JPH0257020A - 光学的に微小パワーを供給されるセンサ装置および複数のパラメータを検出する方法 - Google Patents

光学的に微小パワーを供給されるセンサ装置および複数のパラメータを検出する方法

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JPH0257020A
JPH0257020A JP1117659A JP11765989A JPH0257020A JP H0257020 A JPH0257020 A JP H0257020A JP 1117659 A JP1117659 A JP 1117659A JP 11765989 A JP11765989 A JP 11765989A JP H0257020 A JPH0257020 A JP H0257020A
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JP1117659A
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James E Lenz
ジエームズ・イー・レンツ
Paul E Bjork
ポール・イー・ブジヨーク
Hisatoshi Fujiwara
ヒサトシ・フジワラ
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    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセンサに関するものであり、とくに光フアイバ
センサに関するものである。更に詳しくいえば、本発明
は光学的にパワーを供給されるファイバセンサに関する
ものである。
光フアイバセンサは極めて大きな潜在力を秘めているが
、容易に入手できるそれらの製品は少い。
関連する技術はシステム（たとえば航空機）のための光
フアイバセンサを標準化し、多重化するための４種類の
概念を示すものである。それらの概念は干渉計位相変調
、時間領域変調、光スペクトラム変調および搬送波強度
変調を含む。
〔従来の技術および解決すべき課題〕
干渉計位相変調は争−モードファイバにおける信号と参
照ビームの間の干渉を利用する。回転検出ジャイロおよ
び光共振器のためにサグナック（Ｓａｇｎａｃ　）干渉
計が用いられる。光フアイバ水中聴音器および磁界セン
サ用にマツ・・＝ヅユンダ＝（Ｍａｃｈ　−Ｚｅｈｎｄ
ｅｒ　）干渉計構成が用いられる。
それらの種類のセンサは、震動、レーザの不安定さ、温
度ドリフトのよう々ノイズ源に非常に弱いことが研究に
より判明している。また、それらのセンサは計装の要求
が高度で、特殊性が高いから、それらのセンサを標準の
光インターフェイスとインターフェイスさせることは困
難である。
光パワーの時間領域変調の原理を用いるセンサバ、光パ
ワーレベル中の検出された情報を時間の関数として符号
化する。２種類のこの変調がノくルス幅変調およびパル
ス遅延変調である。パルス幅変調では、光パルスの長さ
がある環境パラメータとともに変化する。それの−例が
、温度センサ内の温度に依存する螢光物質に入射する光
パルスによる螢光時間長である。パルス遅延変調におい
ては、光路長がある物理的基準に従って変化し、光パル
スの到達時間または戻り時間を変化させる。
レーダおよび光学的時間領域反射率計技術が２つの例で
ある。圧力センサ／トランスデユーサを構成するために
光学的時間領域反射率計技術においてマイクロペンディ
ングセンザが用いられている。
その種のセンサを用いると不正確で、効率が低く、費用
がかさむが、それでも必要である計装となる結果となる
。また、その技術は環境の震動に非常に弱い。マイクロ
ベンディング光損失に耐える小型で頑丈な遅延線セット
を製作することは困難である。この技術のために、１本
の光ファイバに対して２個以上のセンサを用いる多重化
は困難である。
光スペクトラム変調においては、屈折率伝播定数におけ
る波長依存変化、またはある種の色分散素子を用いる波
長選択伝送を含むある物理過程によシ光源のスペクトラ
ムが直接変えられる。この変調技術におけるいくつかの
問題として、エネルギーがいくつかのスペクトル帯に分
割されることによる信号対雑音比が低く力ること、セン
サを多重化することおよび標準インターフェイスの開発
が困難なこと、およびデータが混合された、インターフ
ェイスモジュールからの光源光を有する単一光ファイバ
技術の問題がある。最後に記した問題においては、コネ
クタからの後方散乱が弱い直流（ＤＣ）信号をマスクす
る傾向がある。
搬送波強度変調においては、検出した情報を運ぶために
用いられる光、または搬送波の強さを変えるためにある
効果が用いられる。簡単なアナログ強度変調は、光の強
さの変化と光ファイバの相互接続損失に影響を受けるた
めに、そのアナログ強度変調は用いられることはまれで
ある。検出したパラメータの大きさが搬送波変調周波数
に直線的に写像される（双側帯波および強度変調）デー
タ符号化技術が一般的である。トランスデユーサ情報を
任意の光インターフエイスモジュールへ送る周波数変換
技術に対してこの電圧を用いる技術にはいくつかの欠点
がある。それらの欠点には、データの変換および伝送に
大きな電力を必要とすること、いくつかのセンサを多重
化することが困難であること、送信周波数を短い時間で
正確に決定することが困難であることが含まれる。
関連する技術が光によシパヮーを供給されるセンサ技術
の例を示す。それらの例の１つが、モニタまたは制御端
部から光パワーをセンサ端部へ送る光ファイバを有する
。第２の光ファイバがセンサ信号を制御端部へ戻す。別
の技術が、センサ端部への光パワーの供給と、センサ信
号の制御端部への返還のために１本の光ファイバを用い
る。この技術には２つの変型がある。その１つは各端部
に半透明鏡を用いる。第２の変型例は、効率が非常に高
く、反射率が波長に依存するようなダイクロイックミラ
ーを各端部に用い、パワー伝送およびセンサ信号返還の
ために２種類の波長が用いられる。ただ１個のセンサを
取扱うためにそれら２つの変型技術が構成され、かつそ
れらの変型例の可能性は明らかには示されていない。
〔課題を解決する手段〕
本発明は上記の関連する技術の諸問題を解消するもので
ある。微少電力で動作するＡ／Ｄ変換器、演算増幅器、
論理回路等が最近出現したことによシ、本発明は光でパ
ワーを供給されるセンサを可能にしたものである。すな
わち、センサと、種々のセンサの之めの多重化装置を含
む関連する電子装置とへ１本の光ファイバを通じて十分
な光パワーを検出端へ送シ、その元パワーだけでセ／す
および電子装置を適切に動作させることができる。
本発明は、制御端と検出端の間にタイミングおよび同期
化プロトコルを含む。そのプロトコルは検出端において
多重化技術全利用できるようにし、それによシ制御端と
検出端の間にただ１本の光ファイバを用い、光でパワー
を供給される多数のセンサを用いる結果となる。
本発明は動作でき、かつ実ハできることが判明している
。本発明は、１）必要な性能と環境の要求に合致する試
験ずみのセンサと、２）広範囲の用途に適合するための
既存のセンサ技術と、３）光フアイバ通信技術によシ開
発された簡単で、しかも頑丈な光パッケージンク技術と
、４）全てのセ／すに対して検出端と受信端における標
準の単一光ファイバインターフェイスと、５）検出端に
おいて光パワーを受けるために、昇圧トランスとともに
標準的な１個のフォトダイオード、捷たは多数の光タイ
オードと、６）多重波長伝送のために利用できる発光ダ
イオードまたはレーザダイオードおよＯ・多重波長受信
のための光ダイオードと、７）多数のセンサから１本の
データリンクでデータの多数のビットを利用できること
、を利用する点で、本発明は容易に実現できる。
光でパワーを供給されるセンサの大きな利点は、センサ
と胱出しの間に電磁妨害（ＥＭＩ）　　がほとんどない
ことである。別の利点は光ファイバが銅線よシ軽いこと
である。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は、光によシ微少なパワーを供給されるセンサ装
置１０の基本的な部品のブロック図である。タイミング
手段１３が必要なりロック発生電子装置を有する。クロ
ックをベースとするトリガ信号がパワー手段１１へ加え
られる。パワー手段１１は光タイミング信号と光パワー
を光ファイバ１６を通じて変換手段１７へ送る。変換手
段１７は光信号と光パワーを電気信号と電力へ変換する
。
変換手段１１からの電力はインターフェイス手段２１と
、変換手段２３と、センサ手段２５とへ必要な全ての電
力を供給する。インターフェイス手段２１はタイミング
信号を変換手段１７から取出す。インターフェイス手段
２１は論理タイミング、多重化および増幅に必要なもの
をセンサ手段２５と変換手段２３へ供給する。センサ手
段２５は、パラメータ情報を供給する全てのセンサ装置
で構成される。その情報はインターフェイス手段２１に
より処理されて適切な時間ベース信号へ変えられる。そ
れらのインターフェイス信号は変換手段２３によシ戻り
光信号へ変換される。それらの戻り光信号は結合器３２
により光ファイバ１６へ結合される。それらの戻り光信
号は結合器３４によシ光ファイバ１６から受波手段１５
へ結合される。
受波手段１５は、タイミング手段１３とともに１戻り光
信号を適切な電気信号へ変換する。それらの電気信号は
、センサ手段２５によシ測定されるパラメータについて
の理解できるデータへ変換される。
第２図は本発明の制御端の回路図である。クロック発生
器４２が、光でパワーを供給されるセンサ装置へタイミ
ング信号を供給する。発振器４４が約１６００ヘルツ（
Ｈ７）の方形波を発生する。
その発振器は７４ＨＣ５５５型集積回路タイマである。
発振器４４の出力が２進アツプ／ダウンカウンタ４６へ
供給される。そのアップ／ダウンカウンタ４６の出力が
２進アツプ／ダウンカウンタ４８へ供給される。そのア
ップ／ダウンカウンタ４８の出力が２進アツプ／ダウン
カウンタ５０へ供給される。それらのカウンタ４６．４
８．５０は７４ＨＣ１９３型集積回路である。カウンタ
４６．４８．５０は、７４ＨＣ４５３８型集積回路であ
るチップ５２の第１のマルチバイブレータのＱ出力によ
りクリヤされる。カウンタ５０の１０２４出力と２０４
８出力がナントゲート５４へ加えられる。そのナントゲ
ート５４の出力はナントゲート５６により反転される。
そのナントゲート５６の出力は、７４ＨＣ７４型集積回
路である集積回路５８中の２つのＤ形フリップフロップ
のうち第１のフリップフロップのクロック入力端子へ加
えられる。Ｑ出力はそのフリップフロップのＤ入力端子
へ接続される。チップ５２の第２のマルチバイブレータ
のＱ出力がチップ５８の第１の７リツプ７０ツブのクロ
ック入力端子へ加えられる。発振器４４の出力端子がナ
ントゲート６００Å力端子へ接続される。ナントゲート
６０の出力端子がアナログ−デジタル（Ａ／′Ｄ）変換
器６２のクロック入力端子へ接続される。そのＡ／Ｄ変
換器６２はハネウｘル（Ｈｏｎｅ）ｒｗｅ　ｌ　１　）
　＃のＨ７２１型ＣＭＯ８８ピツ）　Ａ／ｐ変換器であ
る。Ａ／Ｄ変換器６２の標本パルスすなわちクロック出
力がチップ５２の第１のマルチパイプレークのＡ端子と
、第２のマルチパイプレークのＢ端子とへ接続される。
３つの２進アップ／ダウンカウンタ４６，４８゜５０は
ナントゲート５４．５６とともに、発振器４４からの１
６００Ｈｚのパルスを約９８０ミリ秒の間カウントする
。したがって、ナントゲート６０は約９８０ミリ秒間は
オフ状態にされる。ナンドグー）６０がオン状態にされ
ると、発振器４４からの１６００Ｈｚの方形波がナント
ゲート６０を通ってＡ／Ｄ変換器６２のクロック入力端
子Ｔへ加えられる。そうすると、Ａ／Ｄ変換器６２の出
力は、クロックパルスを２５個カウントした後で、その
Ａ／　０変換器６２の端子８における標本出力を高レベ
ルにする。その高レベル標本出力はチップ５２の第１と
第２のマルチバイブレータの端子Ａ、Ｂへ加えられる。
第１のマルチバイブレータはアップ／ダウンカウンタ４
６，４８．５０をクリヤする出力を発生し、ナントゲー
ト６０の出力は９８０ミリ秒の間再び低レベルになる。
この動作は自身で繰返えされる。ナンドグー）６Ｇの出
力はレーザダイオードドライバ１２へも加えられる。そ
のレーザダイオードドライバはトランジスタ・トランジ
スタ・ロジック（ＴＴＬ）信号を受ける。
Ａ／　Ｄ変換器６２の標本パルス出力は、第１と第２の
マルチパイプレークを有する７４ＨＣ４５３８型集積回
路であるチップ６４の第２のマルチバイブレータの入力
端子Ａへ加えられる。そのチップ６４は、同期のために
ピットクロックを遅延できるピットクロックタイミング
調整器６６を有する。
Ａ／Ｄ変換器６２はピットクロック出力を端子１１に生
ずる。そのピットクロック出力は変換信号の各ピットを
同期させる。そのピットクロック出力は、端子７に加え
られたクロック入力を２５分の１にしたものである。Ａ
／Ｄ変換器６２は、送出端と制御端の間でクロックを同
期させるために用いられる。チップ６４の第２のマルチ
バイブレータのＱ出力はチップ６４の第１のマルチバイ
ブレータのＢ入力端子へ加えられる。テップ６４の第１
のマルチパイプレークのＱ出力がチップ５８の第２の７
リツプ７０ツブのクリヤ入力端子へ加えられる。チップ
６４の第２のマルチバイブレータのＱ出力はクロックを
シフトレジスタ６８へ供給する。そのシフトレジスタは
、それの端子Ａ−Ｈへ接続されている１６進発光ダイオ
ード（ＩＪＤ）表示器６９を駆動するために、データの
様式を直列から並列へ変える。シフトレジスタ６８１ｄ
７４ＨＣ１６４型集積回路である８ビット直列／並列シ
フトレジスタである。
光−電気変換器（第２図、第４図）からの信号は、光フ
アイバ１６中のフレネル反射によシひき起されるノイズ
のようなノイズを含む。光−電気変換器３６からの電気
信号が、翻駅器７１によシ、ＴＴＬ回路に適合する形式
にされる。それらの信号は、制御信号と、戻υ信号フィ
ルタ７０のナントゲート７２へ加えられる直列データと
で構成される。ナントゲート６０からは、９８０ミリ秒
の間は高レベルで、それから２５個のパルスを有し、ナ
ンド形インバータ７４−＞加えられる信号が加えられる
。そのインバータ７４からの信号がバッツアフロへ加え
られる。このバッファ７６の出力端子はナントゲート７
８の入力端子と５０オームの抵抗８０へ接続される。そ
の抵抗の別の端子はバッファ８２の入力端子と１マイク
ロフアラドのコンデンサ８４へ接続される。そのコンデ
ンサの別の端子は接地される。バッファ７６の出力端子
はナントゲート７８の入力端子へ接続される。そのナン
トゲート７８の出力端子はナンド形インバータ８６を介
してナントゲート７２の入力端子へ接続される。そのナ
ントゲート７２の出力端子はナントゲート形インバータ
８８の入力端子へ接続される。そのインバータ８８の出
力端子はチップ５日の第２のフリップフロップのクロッ
ク入力端子へ接続される。チップ５８の第２のフリップ
フロップは戻り信号フィルタγ０の一部である。その第
２のフリップフロッグのＱ出力は実効的には戻り信号フ
ィルタ７０の出力である。チップ５２と５８は、８ピッ
ト直列データの形のピットクロックの直後にくるデータ
だけを許す。フィルタ７０は、光−電気変換器３６から
翻訳器７１を介して加えられる信号からノイズと制御信
号を除去し、検出端から直列データだけを除去する。チ
ップ５８の第２のフリップフロッグのＱ出力端子からの
直列データがレジスタ６８の入力端子へ加えられ、上記
のように処理される。
第３Ａ図と第３Ｂ図は本発明の検出端の回路図である。
光ダイオード１８（第４図）によりそれが光ファイバ１
６を通じて受けた光を電気へ変える。その電気は直流（
ＤＣ）−ＤＣ１１Ｌ圧変換器９０へ加えられる。そのＤ
Ｃ−ＤＣ電圧変換器９０の入力端子は１μＦのコンデン
サ９２と、２Ｎ２９０７ＰＮＰ　　）ランジスタ９４の
エミッタへ接続される。
そのトランジスタのベースは１３００オームの抵抗の１
つの端子へ接続される。その抵抗の他の端子は、センタ
ータップを有するトランス１００　の次巻線の一端へ接
続され、他端はトランジスタ９４のコレクタへ接続され
る。トランス１００　のセンタータップは、ダイオード
１８のアノードへ接続されている基準端子１０２へ接続
される。その基準端子１０２ヘコンデンサ９２が接続さ
れる。
トランジスタ９４と、抵抗９６と、コンデンサ９２と、
トランス１００の一次巻線とがＤＣ−ＤＣ電圧変換器の
スイッチング回路を構成する。そのスイッチング回路は
ＤＣ電気を交流（ＡＣ）電気へ変換するから、トランス
１００は変圧に使用できる。
トランス１００の二次巻線の巻線数は各−次巻線の巻線
数の６倍である。その二次巻線の一端がダイオード１０
４のアノードとダイオード１０６のカソードへ接続され
、他端はダイオード１０８のアノードとダイオード１１
０のカソードへ接続される。ダイオード１０４，１０８
のカソードは５．１ボルトツエナーダイオード１１４の
カソードへ接続される。ダイオード１０６と１１０のカ
ソードがツェナーダイオード１１４　のアノードと端子
１０２へ接続される。ダイオード１０４，１０６　。
１０８．１１０は全波整流器を構成する。ツェナダイオ
ード１１４の端子間にＩＯＶ、１００μＦのコンデンサ
が接続される。ツェナーダイオード１１４の端子間電圧
が本発明の検出用の出力電源電圧１３２　である。
第５図は、直列接続された複数の光ダイオード１９を有
する別の多重ダイオード光−電気変換器９１を示す。光
ダイオード１９の第１のカソードがダイオード２９のア
ノードへ接続され、光ダイオード１９のアノードが、直
列接続されている光ダイオード１９のカソードへ接続さ
れ、直列接続されている光ダイオードの他端の光ダイオ
ードのアノードが検出端の接地端子１０２へ接続される
。
この光−電気変換器の特徴は簡単なことである。
光ダイオード２９とコンデンサ３１は、光ダイオード１
８（第３図）の代シに光ダイオード１９が用いられると
、第３図の電子装置９０の全ての代シを行う。
光ダイオードにおいて検出されるクロック信号は約０．
２ボルトだけである。クロックピックオフ回路１２０が
、クロック信号の電圧レベルをＴＴＬ電圧レベルまで高
くするための増幅器として機能する。光ダイオード１８
の第１のアノードが４７０００オームの入力抵抗１１６
へ接続される。この入力抵抗１１６は１メグオームの抵
抗１１８と、２Ｎ２２２形ＮＰＮ　）ランジスタ１２２
のベースへ接続される。そのトランジスタのエミッタは
端子１０２へ接続され、コレクタがｉｏｏ、ｏｏｏオー
ムの抵抗１２４と、１５０，０００オームの抵抗１２８
へ接続される。抵抗１１８は出力電源電圧１３２と、抵
抗１２４と、１０，０００オームの抵抗１２６とへ接続
される。抵抗１２８は２Ｎ２２２２形トランジスタ１３
０のベースへ接続される。このトランジスタのエミッタ
が端子１０２へ接続され、コレクタが抵抗１２６へ接続
される。クロックピックオフ回路１２０　の出力がトラ
ンジスタ１３０のコレクタへ加えられる。
Ａ／Ｄ変換器１３４　がトランジスタ１３０のコレクタ
からクロック入力をビン７に受ける。ビン４０が基準端
子１０２へ接続される。ピン２５が電源１３２へ接続さ
れる。ビン１はＡ／Ｄ変換器１３４へのアナログ入力端
子である。ピン３５は電圧基準出力端子である。ピン８
には標本出力パルスが現われる。これは、標本パルスが
ピン７におけるクロック入力の２ビツトに対して高い時
に、ピン１における入力をＡ／Ｉ）変換器１３４　が標
本化することを意味する。ビン１１に、変換サイクルの
各ビットを同期するビットクロック出力が現われる。ピ
ットクロック率はクロック率の２５分の１である。ビン
２４にＡ／Ｄ変換器１３４の直列デジタルデータ出力が
現われる。直列出力の最上位のビットが、標本パルスの
後の最初のピットクロック中に生ずる。
チップ１４２は２つのマルチバイブレータを持つ７４）
（０４５３８型集積回路である。Ａ／Ｄ変換器１３４の
ピン８からの標本パルスがチップ１４２の第１のマルチ
バイブレータのへ入力端子へ加えられる。ピットクロッ
ク出力は第１のマルチバイブレークのＢ入力端子へ加え
られる。Ａ／Ｄ変換器１３４のビン２４からの直列デー
タ出力が第２のマルチバイブレータのＣ入力端子へ加え
られる。
第１のマルチバイブレータのＱ出力が第２のマルチバイ
ブレータのＢ入力端子へ加えられる。第２のマルチバイ
ブレークのＱ出力は本発明の制御端への戻り信号である
。チップ１４２の２つのマルチバイブレークは戻り信号
タイミング調整とパルスの統合を行う。チップ１４２か
らの戻り信号は、ＮＰＮ　）ランジスタ１４６へ接続さ
れている１、２００オームの抵抗１４４へ加えられる。
そのトランジスタ１４６のエミッタが１００オームの抵
抗１４８を介して基準端子１０２へ接続される。抵抗１
４４゜１４８とトランジスタ１４６は戻り信号のための
ＬＥＤ駆動回路を構成する。トランジスタ１４６のコレ
クタはＬｇｐａｏのカソードへ接続される。
そのＬＥＤのアノードは電源１３２へ接続される。
高レベル状態にある各データビットはチップ１４２によ
、９、ＬＥＤ　　ドライバへ加えられる１マイクロ秒の
パルスへ変換される。
増幅器１４０は、Ａ／Ｄ変換器１３４の入力のための磁
力計１３６または熱電対用のインターフェイス回路とし
て用いられる差動増幅器である。
増幅器１４０はＡ／Ｄ変換器１３４のピン３５から基準
電圧を受ける。その基準電圧は公称１．２５ボルトであ
る。差入力が熱電対１３８または磁力計１３６へ加えら
れる。磁力計１３６としてはハネウェル５ＳＢＤ　２７
１９パーマロイ磁力計を用いることができる。増幅器１
４０はＡ／Ｄ変換器１３４のビン１へ接続される。
光によシパワーが供給される本発明のセンサのセンサ端
にデジタル電子装置を有するから、センサの間で多重化
するいくつかの方法を利用できる。
ここに記す１つの方法は、マルチプレクサのアドレスを
選択するため、または戻りデータをクロックするために
、光によシパワーを供給されるセンサのクロック入力信
号をスイッチングすることを許す再トリガ可能なワンシ
ョット回路を用いることを中心とするものである。第６
図はそのようなマルチプレクサ鳴アドレッシング法を示
す。チップ１５０は再トリガ可能なデュアルワンショッ
ト回路である。チップ１５０は、マルチプレクサのアド
レスモードとクロックアウト戻りデータモードの間でス
イッチングを行えるようにするために２つの時定数を用
いる。クロックアウト戻りデータモードは正常なモード
でおる。チップ１５０は、入来パルスを無くす（または
遅らせる）ことによシマルチプレクサモードへ切換えら
れ、ワンショットの時間切れの１つを片づけ、チップを
アドレスモードへ切換えるためにチップをトリガする。
クロック増分とカウンタがアドレスポインタを供給する
。そのアドレスポインタは完全デジタルマルチプレクサ
装置（すなわち、用いているセンサがドアナエツクのよ
うな信号ビットセンサであるような装置）または小ｔカ
アナログスイッチを用いるアナログ装置のいずれかを相
手にできる。
チップ１５０のための第１の時定数（ＲＩＣＩ）が入来
クロックの引続くパルスの間の時間よシ長い。チップ１
５０のための第１の時定数（Ｒ＋Ｃ＋）が入来クロック
の引続ぐパルスの間の時間より長い。チップ１５０のた
めの第２の時定数（Ｒ２Ｃ２）は第１の時定数より長い
。入来クロックは、チップ１５０の第２のマルチバイブ
レークのへ入力端子ト、アンドゲート１５２の入力端子
と、アンドゲート１５４の入力端子とに加えられる。チ
ップ１５０　（７）第１のマルチバイブレータのＱ２出
力端子がチップ１５０　の第１のマルチパイブレークの
クリヤ入力端子へ接続され、Ｑｌ出力端子はチップ１５
０　の第１のマルチバイブレータのへ入力端子へ接続さ
れる。そのＱ＋　出力端子はゲート１５２の入力端子へ
も接続される。チップ１５０の第２のマルチバイブレー
タのＱ２出力端子はゲート１５４の入力端子へ、接続さ
れる。ゲート１５２の出力端子は、クロックピックオフ
回路１２０の出力端子へ接続される代りに、マルチプレ
クサのアドレッシングのためにＡ／Ｄ変換器１３４のク
ロック入力端子へ接続される。マルチプレクサのアドレ
ッシングのために、クロックピックオフ回路１２０の出
力端子はチップ１５０の第２のマルチバイブレータのＡ
入力端子と、ゲート１５２の入力端子と、ゲート１５４
の入力端子とに接続される。
第７図は入来クロック１５１　と、チップ１５０のＱ＋
　出力１５５と、Ｑ２出力１５γとの間のタイミング関
係を示す。ゲート１５４の出力は、７４Ｃ１６１型集積
回路であるチップ１５１　へ加えられる。チップ１５６
の出力端子Ａ、Ｂ　、Ｃ、Ｄ　は１６チヤネルアナログ
スイツチマルチプレクサ１５８（第８図）の入力端子Ａ
　、Ｂ　、Ｃ、Ｄへそれぞれ接続される。そのマルチプ
レクサ１５８の出力はＡ／Ｄ変換器１３４のアナログ電
圧信号入力端子であるビン１へ加えられる。
センサとしてデジタルスイッチを用いるととにより、マ
ルチプレクサの一層デジタル的にした例（第９図）を含
むことができる。この例ではＡ／Ｄ変換器１３４は不要
となる。
第１０図は光ファイバ１６に沿う検出端の制御端から送
られる光パワー信号Ｐを示す。光パワーは、電力へ変換
されてから、８チャネル多重化近接スイッチ１７０（第
１１図）を維持する。制御端は９個のクロック「ゼロ」
パルスを送る。２個の各パルスの間の各周期は各近接ス
イッチのための電力増分に対応する。９個のパルスが送
られると（８個の近接スイッチの場合には８個の増分）
、制御端が光パワーを送って、センサ端において電力へ
変換する。
制御信号Ｃがインバータ１７２によシ反転されてからワ
ンショット１７４　と直列−並列シフトレジスタ１７６
へ送られる。近接スーイッチ１７８゜１８０．１８２，
１８４，１８６，１８８，１９０，１９２にそれぞれ対
応する信号８１〜Ｓ８がＰＮＰ　　）ランジスタのベー
スへ送られる。各近接スイッチ対の出力がオアグー）　
１９４，１９６，１９８，２００へそれぞれ加えられる
。それらのオアゲートの出力が対となってオアゲート２
０２　、２０４へそれぞれ加えられ、それらのオアグー
）２０２，２０４　の出力がゲート２０６へ加えられる
。そのゲート２０６の出力がワンショット２０８へ加え
られる。インバタ１７２からの信号Ｃもワンショット２
０８へ加えられる。それの結果としての出力が戻υ信号
Ｒであって、ＮＰＮ　）ランジスタ２１０のベースへ加
えられる。その電気的戻り信号Ｒは発光ダイオード２１
２により光戻り信号Ｒへ変換される。その光戻り信号Ｒ
は光ファイバ１６を介して制御端へ送られる。
第４図は、本発明の装置の実施例を構成するために利用
できる部品である基本的な部品も示す。
部品３４は、アンフェノール（Ａｍｐｈｅｎｏｌ　）か
ら入手できる２×２結合器、部品Ｎｏ、９４６１１１−
２２００　である。部品１６４は、同様にアンフェノー
ルから入手できる、光フアイバコネクタ、部品Ｎｏ、９
０６−５００−５００２および９０６５００−５００７
、と光フアイバアダプタ、部品Ｎ００９０５−１２０−
５０１６である。部品３２は、アンフェノール製の、光
フアイバスター結合器、部品Ｎｏ、９４６−１１１−１
８００である。しかし、部品１８が光ダイオードを１個
だけ含むから、スター結合器の代シに上記２×２結合器
を使用できる。部品１８と１９はハネウェル（Ｈｏｎｅ
ｙｗｅｌｌ）光ダイオード、部品Ｎｏ、５Ｄ−３４９８
と、アンフェノール製レセプタクル、部品Ｎｏ、９０５
−１３８−５００１を含む。部品３０はノ１ネウエル製
ＬＥＤ。
部品Ｎｏ、　ＨＦＥ−４０００と、アンフェノール製レ
セプタクル、部品Ｎｏ、９０５−１３８−５００１を含
む。
部品１４はスペクトラ・ダイオード・ラボ（８ｐｅｃｔ
ｒａ　Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｂ、　）製のレーザダイオード
。
部品Ｎｏ、　５ＤＬ−２４２０−Ｈ２、である。部品１
２はスペクトラ・ダイオード・ラボ製のレーザダイオー
ドドライバ部品Ｎｏ、５ＤＬ−８００である。部品３６
はハネウェル製のシュミット検出器、部品Ｎｏ、５Ｄ−
３３２４およびアンフェノール製（レセプタクル、部品
Ｎｏ、　９０５−１３８−５００１である。部品１６は
、スペクトラガイド（５ｐｅｃｔｒａｑｖｔｉｄｅ）製
の（１００，／１４０μｍ　）の光ファイバ、部品Ｎｏ
。
Ａ６−４２０−００４８−１４、またはハネウェル製の
光ファイバ、部品Ｎｏ、ＨＦＡ７００４−３０２でおる
。
検出端においては、演算増幅器として、プレシジョン・
モノリシックス社（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｍｏｎｏｌｉ
　ｔｈ　ｃ　ｓ　Ｉ　ｎｃ。）製の７０グラム可能な微
少電力演算増幅器、部品Ｎｏ、０Ｆ−２２、を使用でき
る。
伝送のために多重波長を用いる実施例の場合は、付加部
品には、アメリカ合衆国マサチューセッツ州ミルフォー
ド（Ｍｉ　１ｆｏｒｄ　）所在のアスター（Ａｓｔｅｒ
）製の波長分割マルチプレクサ、部品Ｎｏ。
ＭＭ−ＷＤＭ８５０／１３００−１００と、　アメリカ
合衆国ニューシャーシー州ソンマービル（Ｓｏｍｅｒｖ
ｉｌｌｅ）所在のライチル社（Ｌ７ｔｅｌ　　Ｉｎｃ、
　）製の１３００ｎｍの波長のＬＥＤ、部品Ｎｏ、　０
６６５０００、　ＬＥ−０３９９および１３００ｎｍ光
ダイオード、部品Ｎｏ、０６６８−０００と、ＴＤＫパ
ルストランス、部品Ｎｏ、１３３Ｂ１８　　とが含まれ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置のブロック図、第２Ａ図および第
２Ｂ図は本発明の装置の一実施例の制御端部の回路図、
第３Ａ図および第３Ｂ図は本発明の装置の一実施例の検
出端部の回路図、第４図は本発明の基本的ガ部品を示す
略図、第５図は別の多重ダイオード光−電気変換器の回
路図、第６図は本発明のマルチプレクサアドレッシング
を示スブロック図、第７図はマルチプレクサ信号と入力
クロックの関係を示す波形図、第８図はマルチプレクサ
アナログスイッチを示すブロック図、第９図は多重化の
デジタル化を示すブロック図、第１０図は検出端部の近
接スイッチに関連するタイミング波形図、第１１図は近
接スイッチおよびそれに関連する回路のブロック回路図
である。 １０・・・・センサ装置、１１・・・・パワー手段、１
５・・・・受波手段、１６・・・・光ファイバ、１７．
２３・・・・交換手段、２１Φ会・拳インターフェイス
手段、２５・・・・センサ手段、３２．３４・・・・結
合器、４２・・・・クロック発生器、４４・・・Φ発振
器、４６，４８．５０・・・・アップ／ダウンカウンタ
、６２゜１３４　・・φ・アナログ−デジタル変換器、
６６・・・・ビットクロックタイミング調整器、６８・
拳・拳レジスタ、７０・・、・・フィルタ、９０・・・
・直流−直流電圧変換器、１２０・・・・クロックピッ
クオフ回路、１３６・・・・磁力計、１３５・・・・デ
ジタルスイッチ、１５８・・・・アナログスイッチマル
チプレクサ、１Ｔ４　・・・・ワンショットマルチバイ
ブレータ、１７６・・Φ直列−並列シフトレジスタ、１
７８，１９０゜１９２．１８４，１８６，１８８，１９
０，１９２・・・・近接スイッチ。 特許出願人　　ハネウェル・インコーボレーテッド復代
理人　山　川　政　樹

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）タイミング信号を発生するタイミング手段と、 このタイミング手段へ接続され、パワーとタイミング信
    号を光の形で供給するパワー手段と、パワーとタイミン
    グ信号を前記パワー手段から伝える光導通手段と、 この光導通手段からパワーとタイミング信号を受け、そ
    のパワーおよびタイミング信号を電力と電気的タイミン
    グ信号へ変換する第１の変換手段と、 希望のパラメータを検出して、それらのパラメータを電
    気的パラメータ信号へ変換するセンサ手段と、 前記第１の変換手段と前記センサ手段へ接続され、電気
    的タイミング信号と電気的パラメータ信号を処理するイ
    ンターフェイス手段と、 このインターフェイス手段と前記光導通手段へ接続され
    、前記インターフェイス手段からの論理信号を戻り光信
    号へ変換し、戻り光信号を前記光導通手段へ供給する第
    ２の変換手段と、 前記光導通手段と前記タイミング手段へ接続され、前記
    光導通手段から戻り光信号を受ける、高性能の通信効率
    を有する受波手段と、 を備えることを特徴とする光学的に微少パワーを供給さ
    れるセンサ装置。
  2. （２）請求項１記載の装置において、前記第１の変換手
    段は、 前記光導通手段へ結合され、かつ前記インターフェイス
    手段へ接続される第１の光ダイオード手段と、 この光ダイオード手段と前記インターフェイス手段と、
    前記センサ手段と、前記第２の変換手段とへ接続される
    調整手段と、 を備えることを特徴とする装置。
  3. （３）請求項１記載の装置において、前記インターフェ
    イス手段は、 前記第１の光ダイオード手段と前記調整手段へ接続され
    るクロックピックオフ回路と、 このクロックピックオフ回路と前記調整手段へ接続され
    るマルチプレクサ・アドレッサと、前記クロックピック
    オフ回路と、前記マルチプレクサ・アドレッサと、前記
    第２の変換手段と、前記調整手段へ接続される複数のデ
    ジタルスイッチと、 を備えることを特徴とする装置。
  4. （４）光ファイバと、 この光ファイバへ結合され、光学的にパワーを供給され
    るタイミング信号を送る第１のダイオードと、 この第１のダイオードへ接続される第１のドライバと、 このドライバへ接続されるクロック発生器と、前記光フ
    ァイバへ結合され、光パワーとタイミング信号を受ける
    第２のダイオードと、 この第２のダイオードへ接続される昇圧回路と、この昇
    圧回路へ接続され、光パワーから変換された電力を供給
    するフィルタ回路と、 前記第２のダイオードと前記フィルタ回路へ接続され、
    タイミング信号を取出すクロックピックオフ回路と、こ
    のクロックピックオフ回路と前記フィルタ回路へ接続さ
    れたアナログ−デジタル変換器と、複数のセンサと、 それらの複数のセンサと前記フィルタ回路へ接続される
    複数の増幅器と、 それら複数の増幅器と、前記アナログ−デジタル変換器
    と、前記クロックピックオフ回路と、前記フィルタ回路
    とへ接続されるマルチプレクサと、前記アナログ−デジ
    タル変換器と前記フィルタ回路へ接続される第２のドラ
    イバと、 前記光ファイバへ接続されて前記複数のセンサからの情
    報を含む戻り信号を送り、かつ前記第２のドライバと前
    記フィルタ回路へ接続される第３のダイオードと、前記
    光ファイバへ結合されて戻り信号を受ける第４のダイオ
    ードと、 前記戻り信号へ接続され、戻り信号を理解できるように
    通訳する手段と、 を備え、前記センサのいくつかが前記フィルタへ接続さ
    れることを特徴とする光学的に微少パワーを供給される
    センサ装置。
  5. （５）光パワーと光学的タイミング信号を光ファイバを
    通じて送る過程と、 光パワーと光学的タイミング信号を離れている電力と電
    気的タイミング信号へ変換する過程と、離れている電力
    で複数のパラメータを検出する過程と、 検出したパラメータを離れている電力によりアナログパ
    ラメータ信号へ変換する過程と、 アナログパラメータ信号を離れている電力により多重化
    する過程と、 アナログパラメータ信号を、離れている電力により、タ
    イミング信号に同期される電気的デジタル信号へ変換す
    る過程と、 電気的タイミング信号デジタルパラメータ信号を光学的
    パラメータ信号へ変換する過程と、光学的パラメータ信
    号を光ファイバを介して送る過程と、 光学的パラメータ信号を光ファイバから受ける過程と、 光学的パラメータ信号を電気的パラメータ信号へ変換す
    る過程と、 電気的パラメータ信号を理解できる説明へ解釈する過程
    と、 を備えることを特徴とするパワー源を持たない離れてい
    る場所における複数のパラメータを光ファイバを介して
    検出する方法。
JP1117659A 1988-05-12 1989-05-12 光学的に微小パワーを供給されるセンサ装置および複数のパラメータを検出する方法 Pending JPH0257020A (ja)

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