JPH0361818A

JPH0361818A - 光給電型信号処理装置

Info

Publication number: JPH0361818A
Application number: JP1195421A
Authority: JP
Inventors: Yukio Sai; 行雄佐井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-29
Filing date: 1989-07-29
Publication date: 1991-03-18
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0814501B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、駆動装置側から光エネルギとして信号処理
装置側にエネルギを供給し、信号処理装置側の発電手段
により光エネルギを電気信号に変換してセンサの電源お
よび信号伝送手段の電源とし、また信号処理装置側から
センサ検出信号を光信号に変換して駆動装置側へ伝送し
、駆動装置側で電気信号に復調してセンサ出力として取
出す光給電型信号処理装置に関する。

（従来の技術）電力設備のように非常に厳しいノイズ環境では、センサ
などの信号処理装置の耐ノイズ性を向上するためにその
信号出力を光信号に変換して伝送する方式が広く利用さ
れている。

この場合、信号処理装置内への電力供給ラインもノイズ
の侵入経路さなるため、完全な電磁シールドを行う必要
があり、そのために信号処理装置を電池駆動方式にして
電気的に閉じた系を構成するのが効果的である。しかし
ながら、この場合、電池交換というメンデナンス上の負
荷が求められることになる。

そこで、電池を用いない方式として半導体１ノ−ザなど
の発する光を信号処理装置まで光ファ・イバにより伝送
し、その放射端で太陽電池により発電を行い、信号処理
装置を駆動するいわゆる光給電型信号処理装置を用いて
、光により信号と電源エネルギの絶縁を行う方式が提案
されている。

しかしながら、光給電型信号処理装置では、光／電気変
換の効率が低く、光伝送系の損失も大きいために光源側
では信号処理装置側で消費するエネルギの数十倍の大き
なエネルギを発生させなければならない問題点かぁ−・
た。

第４図はこのような従来の光給電型信号処理装置の一例
を示しており、駆動装置Ｉの高出力光源１から発した光
は光ファイバ２を介して信号処理装置ｎ側へ伝送され、
太陽電池３により電気エネルギに変換される。そして、
信号処理装置■の各機器はこの電気エネルギにより駆動
され、センサ４の入力信号を変換処理部５で処理し、そ
の処理した信号を駆動部６により光信号に変換し、駆動
装置ＷＩまで再び光ファイバ７を通じて伝送する。

駆動装置Ｉでは、光ファイバ７からの信号を受信するｌ
二、光／電気変換部８で適当な電気信号に復調Ｉ７、こ
れをセンサ４の検出信号として電気的に取出すのである
。

（発明が解決しようとする課題）このような従来の光給電型信号処理装置では、高出力光
源εして一般的に半導体レーザが用いられるが、半導体
レーザの寿命は発光パワーの２〜４乗に反比例すること
が知られており、発光パワーを上げていくと指数関数的
に寿命が短くなるためにできる限り必要最小限の発光パ
ワーで駆動するのが望ましい。しかしながら、従来の光
給電型信号処理装置では、光源の発光量の経年変化、太
陽電池の温度変化による変換効率の低下、最大距離伝送
時の損失などのマージンを含めて過剰な光エネルギで光
源を駆動しなけばならず、光源の寿命を必要以上に縮め
ている問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、信号処理装置で受けとる電気エネルギを伝送距
離、周囲の温度条件などにかかわらずに常に最小値に維
持でき、光源寿命を長くすることができる光給電型信号
処理装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は物理量を測定するセンサ、このセンサの検出
信号を光信号に変換して光ファイバを介して伝送する信
号伝送手段、及び光ファイバを介して伝送されてきた光
エネルギを電気エネルギに変換し、前記センサおよび信
号伝送手段に供給する発電手段を備えた信号処理装置と
、前記光ファイバに対して光エネルギを発する高出力光
源、前記信号処理装置から伝送されてくる光信号を電気
信号に変換して前記センサの検出信号を復調する信号処
理手段を備えた駆動装置εを具備して成る光給電型信号
処理装置において、前記信号処理装置側に、発電手段の発電エネルギを検出
する発電エネルギ検出手段と、この発電エネルギ検出手
段による発電エネルギ検出信号を信号伝送手段の出力に
重畳する信号重畳手段を設け、前記駆動装置側に、前記
信号重畳手段の重畳した発電エネルギ検出信号をセンサ
の検出信号から分離する信号分離手段と、分離された発
電エネルギ検出信号に基づいて前記高出力光源の発光量
を制御し、前記発電手段の発電エネルギがほぼ一定にな
るように調整する発光量制御手段を設けたものである。

（作用）この発明の光給電型信号処理装置では、信号処理装置側
において発電手段の変換する発電エネルギを発電エネル
ギ検出手段により検出し、この発電エネルギ検出信号を
信号重畳手段によりセンサ検出信号に重畳して光ファイ
バを介して駆動装置側に伝送する。

駆動装置側では、信号分離手段により２つの信号を分離
して発電エネルギ信号を発光量制御手段に与え、ここで
発電エネルギがほぼ一定になるように高出力光源の発光
量のフィードバック制御を行う。

こうして、光給電によりノイズに強い物理量測定系を構
成すると共に、高出力光源の発光量を常に必要最低限度
に制御することにより光源寿命の長期化を図るのである
。

（実施例）以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例を示している。光給電型信
号処理装置は大きく分けて、駆動装置Ｉと、信号処理装
置■と、両者の間を結ぶ光ファイバ３０．３１とから構
成されている。

駆動装置■は、光源である半導体レーザ１１と、この半
導体レーザ１１の制御駆動回路１２と、前記半導体レー
ザ１１の自動光量制御用フォトダイオード１３と、充電
流増幅回路１４と、信号処理装置■から送られて来る光
信号を受信して電気信号に変換するフォトダイオード１
５と、このフォトダイオード１５の出力としての電気信
号を２つの信号成分ａ、ｂに分離する分離復調回路１６
と、前記電気信号成分を適切な信号に変換する信号処理
部１７とを備えている。

一方、信号処理装置■は、駆動装置Ｉから送られて来る
光エネルギを電気エネルギに変換するためのフォトダイ
オード２１と、このフォトダイオード１２の出力電圧を
昇圧するトランス２２と、トランス２２により昇圧され
た信号を直流に変換する整流回路２３と、その整流回路
２３の直流出力電圧を一定のヒシテリシスを持って基準
電圧と比較する電圧比較器２４と、温度、圧力などの物
理量のセンサ２５の検出信号を変換処理する変換処理部
２６と、前記電圧比較器２４の出力信号と変換処理部２
６の出力信号とを重畳する変調回路２７と、この変調回
路２７の出力によって駆動される光源２８とを備えてい
る。

次に、上記の構成の光給電型信号処理装置の動作につい
て説明する。

光給電型信号処理装置の基本的な機能は２つであり、そ
の１つはセンサ２５の出力信号を変換処理部２６で増幅
し、変調回路２７において例えば周波数信号などに変換
して光伝送し、これを分離復調回路１６により復調して
適切な電気信号として取出すこと機能である。もう１つ
の機能は、信号処理装置■の整流回路２３の出力電圧を
一定にしてセンサ２５に与えるためにヒシテリシスのあ
る電圧比較器２４の出力信号により駆動装置Ｉ側の半導
体レーザ１１の発光パワーを制御することである。

そして、この実施例の特徴は後者の機能にあるので、以
下に半導体レーザ１１の発光パワーを一定に制御する動
作について説明する。

駆動装置■における高出力光源としての半導体レーザ１
１は、自動光量制御のためのフォトダイオード１３の出
力と信号処理部１７からの出力との加算された値が一定
になるようにその順方向電流が制御される構成となって
いる。したがって、信号処理部１７の出力を変化させる
ことにより半導体レーザ１１の発光光量を変化させるこ
とができる。また、半導体レーザ１１は数に〜数十ＫＨ
２のパルス信号で変調されており、前記制御における増
幅回路１４ではピークホールド回路によるピーク値制御
、または積分回路による平均値制御が行われている。

こうして、周波数変調された半導体レーザ１１からの光
信号は光ファイバ３０を介して信号処理装置■側のフォ
トダイオード２１に伝送される。

信号処理装置■では、伝送されてくる光パワーがパルス
により変調されているために、フォトダイオード２１に
よる光／電気変換信号出力は交流となり、トランス２２
によってその出力を昇圧させて変換処理部２６の駆動に
用いることになる。

ここで人力光パワーが不足している時には、昇圧された
電圧が基準電圧より小さく、変調回路２７（ごおいて電
圧比較器２４の出力が変換処理部２６の出力に重畳され
る。逆に、入力光）くワーが過剰な場合、得られる電圧
は基準電圧以上で電圧比較器２４の出力が変換処理部２
６の出力に重畳されない。

この変調回路２７における信号の重畳方式と１７では１
、センサ２５の信号を変換処理部２６により電圧−周波
数変換して周波数信号と１７、電圧比較器２４の出力が
ある場、Ａ、　（、：はこの周波数信号の名パルスをシ
ニ／グツトパルスからダブルパルス（こする方式がある
。この方式によれば、得られる光〕くワーが十分大きい
場合（Ｊはセンサ出力がシングルパルスの周波数信号と
され、光パワーが低下してくるとセンサ出力がダブルパ
ルスの周波数信号とされることになる。

変調回路２７の出力信号は光源２８により光）くルス信
号に変換され、光ファイバ３１を介して駆動装置■側に
伝送される。

駆動装置Ｉ側では、光ファイバ３１を介して伝送さね’
ｒ）　＜　Ｚｌ光信号が分離復調回路１６に入力さね、
ここで電圧比較器２４の出力信号ａはセンサ出力信号り
から分離さ４１、その信号の有無が信号処ゑ７部１７で
判定され、制御増幅回路１２＾２の出力の増減を行う。

この全体の制御の流れが第２図のタイミングチャー１に
示されている。

最初、同図（ｂ）ｌｊ示すように電圧比較器２４からの
出力があり、これがセンサ出力信号に重畳されて信号処
理装置■側から駆動装ＷＩ側に与えられ、光パワーが低
いと判定される。そのため、信号処理部１７は半導体レ
ーザ１１の順電流を同図（Ｃ）に示すように徐々に増加
させていき、この半導体レーｆ１１に対する順電流の増
加に伴って整流回路２３の出力電圧も同図（ａ）に示す
ように上昇１．ていく。

しかしながら、整流出力が電圧比較器２４のヒシデリシ
スの上限を達すると、電圧比較器２４の出力がなくなり
、センサ出力に重畳されなくなるので、信号処理部１７
が半導体レーザ１１−の順方向電流を減少させていく。

そ１．て、光パワーが低下し、ていって再び電圧比較器
２４が出力を出すようになると、半導体１ノーザ１．１
のパワー上昇を行う。

このようにして、信号処理装置ｎ側の整流回路２３の出
力電圧が所定の上下限値の範囲に収まるように半導体レ
ーザ１１の発光量を第２図（ｅ）に示すように増減制御
し、センサ２５の物理量検出に必要な最小限度の光パワ
ーを伝送するようにすることにより、半導体レーザ１−
１が過剰な発光を行うここによる寿命の短命化を防ぐの
である。

なお、この発明は上記の実施例に限定されることはなく
、例えば第３図に示すように光ファイ／く３０．３１に
変えて方向性結合器３３．３４を用いることにより光フ
ァイバ３５の１本だけで光給電とセンサ信号伝送とが双
方向に行えるようになる。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、信号処理装置側に発電
手段の発電エネルギを検出する発電エネルギ検出手段た
、この発電エネルギ検出手段による発電エネルギ検出信
号を信号伝送手段の出力に重畳する信号重畳手段を設け
、駆動装置側に信号重畳手段の電管した発電エネルギ検
出信号をセンサの検出信号から分離する信号分離手段と
、分Ｍ−８れた発電エネルギ検出信号に基づいて高出力
光源の発光量を制御し、発電手段の発電エネルギがほぼ
一定になるように調整する発光量制御手段を設けている
ため、光ファイバを通して駆動装置側から信号処理装置
側に与えられる光パワーをセンサによる物理量測定処理
に必要な最小限度のものに抑スるこεができ、従来のよ
うに過剰な光パワーを伝送することによる高出力光源の
短寿命化が起こらず、高出力光源の寿命を長くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路ブロック図、第
２図は上記実施例の動作を説明するタイミングチャート
、第３図はこの発明の他の実施例に用いる光ファイバの
斜視図、第４図は従来例の回路ブロック図である。 ■・・・駆動装置１１・・・半導体レーザ１３・・・フォトダイオード１４・・・充電流増幅回路１５・・・フォトダイオード１６・・・分離復調回路２１□・・・フォトダイオード２２・・・トランス２４・・・電圧比較器２６・・・変換処理部２８・・・光源３１・・・光ファイバ ■・・・信号処理装置１２・・・制御駆動回路１７・・・信号処理部３・・・整流回路５・・・センサ７・・・変調回路Ｏ・・・光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】物理量を測定するセンサ、このセンサの検出信号を光信
号に変換して光ファイバを介して伝送する信号伝送手段
、及び光ファイバを介して伝送されてきた光エネルギを
電気エネルギに変換し、前記センサおよび信号伝送手段
に供給する発電手段を備えた信号処理装置と、前記光フ
ァイバに対して光エネルギを発する高出力光源、前記信
号処理装置から伝送されてくる光信号を電気信号に変換
して前記センサの検出信号を復調する信号処理手段を備
えた駆動装置とを具備して成る光給電型信号処理装置に
おいて、前記信号処理装置側に、前記発電手段の発電エネルギを
検出する発電エネルギ検出手段と、この発電エネルギ検
出手段による発電エネルギ検出信号を前記信号伝送手段
の出力に重畳する信号重畳手段を設け、前記駆動装置側に、前記信号重畳手段の重畳した発電エ
ネルギ検出信号をセンサの検出信号から分離する信号分
離手段と、分離された発電エネルギ検出信号に基づいて
前記高出力光源の発光量を制御し、前記発電手段の発電
エネルギがほぼ一定になるように調整する発光量制御手
段を設けて成る光給電型信号処理装置。