JPH063639B2 - 光・音響センサ - Google Patents

光・音響センサ

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JPH063639B2
JPH063639B2 JP60107510A JP10751085A JPH063639B2 JP H063639 B2 JPH063639 B2 JP H063639B2 JP 60107510 A JP60107510 A JP 60107510A JP 10751085 A JP10751085 A JP 10751085A JP H063639 B2 JPH063639 B2 JP H063639B2
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JP
Japan
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optical
light
sensor
optical fiber
branching device
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博之 直野
美治男 松本
勝典 藤村
勝治 服部
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、鉄鋼や化学プラント等、電磁誘導の強い場所
や防爆性の要求される場所等の計測情報伝送システムに
利用される光音響センサに関する。
従来の技術 光ファイバ音圧センサは (1) 光ファイバ自体が計測機能をもつセンサとなるも
のと、 (2) 光ファイバは単に光伝送媒体として機能し、その
端面にセンサを附加して計測する場合とがある。
このような従来の光音響ファイバセンサの構成とその信
号の伝送方法について述べる。
従来の光・音響ファイバセンサの構成を第6図に示す。
ここに1は音波、2は先端が可動式の光ファイバ(以下
可動ファイバと言う)、3はフェルール(ファイバ固定
治具)、4は光ファイバ、5は光ファイバ4の固定端
(以下固定ファイバと言う)、6は入射光、7は出射光
である。今、このセンサに音波1が入射すると、可動フ
ァイバ2が振動し、固定ファイバ6との間で軸ずれが起
る。そこで光ファイバ4にレーザ光を入射すると、可動
ファイバ4と固定ファイバ5との間の軸ずれのため、出
射光量7が変化する。この光量変化は音波1に比例す
る。
第7図は波長多重伝送の模式図でここに8a,8b……8nは
波長λi…λnのレーザ光源、9a,9b…9nは光ファイバ、
10は光ファイバ9a,9b,9nのレーザ光を合成する光合
成器、11は光ファイバ、12は光分波器、13a,13b,
…13nは光分波器12で分波されたレーザ光を伝送する光
ファイバでそれぞれ第6図の音響ファイバセンサに接続
される。
今レーザ光源8より、波長λの異なるレーザ光を光ファ
イバ9a,9b…9nに入射する。上記レーザ光を光合波器1
0で合波して1本の光ファイバ11を介して伝送し、光
分波器12へ入射する。光分波器12を出射した波長の
異なる光は光ファイバを介して第1図の可動ファイバセ
ンサの入射光6となる。
第8図は波長多重伝送の模式図(センサからの出射側)
である。第8図において9a,9b,…9nは光ファイバ、1
0は光合波器、11は光ファイバ、12は分波器であり
これらは第7図の構成と同じである。14a,14b3,14n
は分波器12で分波された波長λ1,λ2…λnのレーザ
光を検出する受光器である。ここで第8図の動作を説明
すると第6図の光音響センサの出射光7(波長λ1
λn)は、それぞれ光ファイバ9a,9b,…9nから光合波
器10へ入射され、光ファイバ11へ入射され、伝送され
る。伝送された光ビームは光分波器12へ入射され、各
々の波長λ1〜λnに分波され、受光器14へ入射され、
検出される。
発明が解決しようとする問題点 上記のとおり従来の光・音響センサでは入出力信号を伝
送する場合、伝送路は各センサについて入力1本出力1
本の計2本を使うのが通例であった。また上記のごとく
1本の伝送路で伝送系を波長多重で伝送する方法も提案
されているが、各センサには波長選択性がないため、分
波器、合波器がそれぞれ必要であった。光分波器、合波
器は干渉膜形、回折格子形等であるが、それ自身が現状
では高価であるとともに、充分な性能のものがないのが
実状である。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明の光・音響センサはレ
ーザ光を第1の光分岐器に入射し、その出射光を伝送用
光ファイバで伝送した後、第2の光分岐器に入射し上記
分岐器の複数個の出射分岐路に、それぞれ光ファイバと
マイクロレンズを設け、そのレンズ端面と振動膜との間
の間隔が、それぞれ異なる間隔で、レンズ端面に対向し
て平行に振動膜を設けた平行平面干渉器を設け、上記光
ファイバとマイクロレンズを経た後上記平行平面干渉器
へレーザ光を入射し、上記平行平面干渉器からの反射光
を上記第2の光分岐器、伝送用光ファイバを経て第1の
光分岐器へ入射し、その分岐された反射光を受光器で受
光する また分光器を用いて分光した後、受光器を用い
て、出力を取り出すように構成されている。
作用 レーザ光を上記第2の光分岐器に入射し、その複数個の
出射分岐路にレンズ端面と振動膜との間の間隔がそれぞ
れ異なる間隔をもつ平行平面干渉器を設けてセンサを構
成し、平行平面干渉器にレーザ光を入射してその多重反
射(多光束干渉)を利用して振動膜の微少変位を検出す
るセンサで、上記センサの平行平面板間の間隔を入射す
るレーザ光の波長λ1〜λnに合わせてそれぞれ異なる間
隔にあらかじめ調整したセンサで、センサ自身にλ1
λnの波長選択性を持たせたセンサである。入射光の波
長を任意に変えることにより、遠隔地(入射レーザ光
源)から、波長λに対応したセンサを動作させ、その反
射光束を光源近くの第1の光分岐器を経た後、波長λに
対応したセンサ,出力を取り出すことにより遠隔地から
任意のセンサを選択的に動作できる。
また、波長の異なるλ1〜λnレーザ光源のいくつかを合
波して伝送光ファイバで伝送し、上記複数のセンサを動
作させその反射光を第1の光分岐器に戻した後光分岐器
で分光し、波長λとその出力を検出することにより、ど
のセンサの出力かを区分できるものである。
実施例 本発明の構成とその動作を以下実施例において説明す
る。第1図は本発明に関する光・音響センサ実施例の基
本構成を示すものである。ここに21はレーザ光源、22
はレーザ光源21からのレーザ光と反射光を分岐させる
光分岐器、23はレーザ光を伝送する光ファイバ、24
はマイクロレンズ、25は音響振動により振動する振動
膜、26はマイクロレンズ24と振動板25との間の空
気層、27は分波器22からのレーザ光を検出する受光
器、28は受光器27の信号を増幅する増幅器である。
また第2図は上記光・音響センサに関する動作原理を説
明するための図で、ここにたて軸は、光の反射係数を示
す。又、横軸は振動膜25とマイクロレンズ24との間の
距離を示す。30は入力音の波形、32は動作点、31
は強度変調された光出力である。
第1図でレーザ光源21を出射したレーザ光は光分岐器
22に入射し、光ファイバ23を経てマイクロレンズ2
4に入射する。ここにマイクロレンズ24の空気層26
側の端面と振動膜25の空気層26側の面は、光反射を
生ずるようにメタル等をコートし、マイクロレンズ24
と振動膜25とを空気層26をはさんで平行平面になる
ように配置して平行平面干渉器29を形成している。こ
こにdは上記平行平面干渉器のマイクロレンズ24と振
動膜25の間隔である。マイクロレンズ24を出射した
レーザ光は振動膜25でその一部が反射され、マイクロ
レンズ24へ入射する。マイクロレンズ24の端面でそ
の一部は透過しその一部は再び反射され振動膜25へも
どり振動膜25で再度反射されマイクロレンズ24へ入
射する。このようにレーザ光は空気層26で反射をくり
返す。反射された全光束は、光ファイバ,分岐器22を
経て受光器27へ入射し空気信号に変換される。上記の
ように平行平面干渉器で反射された全光束は第2図の特
性33のようになることが知られている。
上記平行平面干渉器29のマイクロレンズ24と振動膜
25との間隔dを定め、動作点を32のとおりに決め
る。今、音波によって振動膜25が30の如く振動する
とその出力光は31の如く変調されその出力光で、振動
膜25の振動を検出することができる。第3図は上記光
・音響センサの動作説明図である。ここに横軸は位相差 である。
尚、n0は空気層26の屈接率、λはレーザ光の波長、d
は平行平面干渉器29のマイクロレンズ24と振動膜2
5との間隔である。
周知のとおり、位相差δは2π毎に繰返す周期関数であ
る(ここにmは整数である。)たて軸は入射光に対する
反射光の強度反射係数である。またγは、上記平行平面
干渉器29において空気層26から振動膜25、マイク
ロレンズ24を見たときの振巾反射率で、振巾反射率γ
=0.9、γ=0.6、γ=0.3について求めたものである。
ここでマイクロレンズ24と振動膜25との間隔dを、
増加するとδ=4πn0d/λであるからδは第3図横
軸に沿って増加する。今、反射係数γ=0.9として、マ
イクロレンズ24と振動膜25との間隔dを設定し動作点
を決める。今、動作点が点34となるように間隔dを設
定し、振動膜に音圧を加えると、前述のとおり強度変調
された光出力が得られる。しかし、第3図の点35に動
作点を設定すると、振動膜が振動しても、光出力は変化
しない。即ち上記dを変えることにより鋭い波長選択性
を持たせることができる。
第4図は本発明の光・音響センサの波長可変レーザを用
いた第1の実施例を示す。ここに36は波長可変レー
ザ、22は第1の光分岐器、23は光ファイバ、37は
第2の光分岐器、38a,38b,…38nは第1図で述べた平
行平面干渉器、27は受光器である。尚、第1図の基本
構成図で述べたものは同一番号を付している。また、平
行平面干渉器38a,38b,…38nはマイクロレンズと振動
膜の間の間隔dをそれぞれd1〜dNに変え、波長λ1〜λN
に対し波長選択性を有するように構成してある。波長可
変レーザ光源36からある波長λ1を出射すると、レー
ザ光は光分岐器22、光ファイバ23、第2の光分岐器
37を経て平行平面干渉器38aに入射され、それが反射
されて第1の分岐器22まで戻り、その分岐光は、受光
器27で検出される。
そこで波長可変レーザ光源36の波長λ1,λ2,…λN
を任意に選択することにより、レーザ光の波長に対応し
た間隔d1,d2,…dnを命する平行平面干渉器38a,38b,
…38nを動作させることができ、その出力光を受光器2
7で検出することにより、レーザ光源側から任意のセン
サを動作させることができる。光ファイバ23を長くす
ることにより、遠隔部の測定ができる。
第5図は、複数のレーザ光源を用いた本発明の第2の実
施例を示す構成図である。
第5図において、Nケのレーザ光源で光源の波長17の
λ1〜λNがそれぞれ異なるものである。18は第1の光
分岐器、14は第2の光分岐器で19は光分光器、20
は波長λ1…λNに対応したNケの受光器である。
光源1を出たレーザ光λ1,λ2,…λNは第1の光分岐
器18で合波され、光ファイバ3に入射され第2の光分
岐器14に達する。第2の光分岐器14を出たレーザ光
は上記選択波長の異なるセンサヘッド部15で音声信号
により変調され返送される。返送された信号は光分光器
19で分光され、受光器20で検出される。
このように構成することにより、受光器λ1,λ2…λN
の選択によって1本のファイバで任意のセンサλ0…λ
10の動作さを選択をすることができる。
発明の効果 本発明の光・音響センサは、構成要素である光平行平面
干渉器の振動膜とマイクロレンズとの間隔dが異なる空
気層を設けることにより、レーザ光に対し、各センサに
波長選択性を持たせることができるもので、入射レーザ
光の波長λ1,λ2,…λnを選択することにより遠隔地
より、波長に対応した希望するセンサを選択できるもの
である。
また複数の波長の異なるレーザ光源を合波し1本の光フ
ァイバで波長多重伝送したレーザ光源をセンサに供給す
るシステムでは、センサヘッド部に波長選択性を持つこ
とから、受光側で分光し波長選択することにより、その
波長に対応したセンサヘッド部を選択することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における光・音響センサの基
本構成を示すブロック図、第2図は同光・音響センサの
動作原理を示す特性図、第3図は同光・音響センサの特
性図、第4図は同光・音響センサの波長可変レーザを用
いた構成を示すブロック図、第5図は同波長多重伝送光
・音響センサの構成を示すブロック図、第6図は従来の
可動形光ファイバセンサの断面図、第7図は従来の波長
多重伝送の入射光側のセンサのブロック図、第8図は、
従来の波長多重伝送の出射側センサのブロック図であ
る。 21……レーザ光波、22光分岐器、23光ファイバ、
24……マイクロレンズ、25……振動膜、26……空
気層、27……受光器、28……増幅器、29……平行
平面干渉器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 勝治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−197690(JP,A) 特開 昭58−169007(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光を第1の光分岐器に入射し、その
    出射光を伝送用光ファイバで伝送して、第2の光分岐器
    に入射し、上記分岐器の複数個の出射分岐路に、それぞ
    れ光ファイバとマイクロレンズを設け、そのレンズ端面
    と振動膜との間の間隔がそれぞれ異なる間隔で、レンズ
    端面に対向して平行に振動膜を設けた平行平面干渉器を
    設け、上記光ファイバ及び上記マイクロレンズを経て上
    記平行平面干渉器へレーザ光を入射し、上記平行平面干
    渉器からの反射光を上記第2の光分岐器及び上記伝送用
    光ファイバを経て第1の光分岐器へ入射し、その分岐さ
    れた出力光を受光器を用いて出力を取り出す光・音響セ
    ンサ。
  2. 【請求項2】反射光を第1の分岐器から取り出し、光分
    光器を用いて分光し受光器を用いて出力を取り出す特許
    請求の範囲第1項記載の光・音響センサ。
JP60107510A 1985-05-20 1985-05-20 光・音響センサ Expired - Lifetime JPH063639B2 (ja)

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JP60107510A JPH063639B2 (ja) 1985-05-20 1985-05-20 光・音響センサ

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JPS61264500A JPS61264500A (ja) 1986-11-22
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57197690A (en) * 1981-05-29 1982-12-03 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Optical transmission system
JPS58169007A (ja) * 1982-03-31 1983-10-05 Nec Corp 光学式位置測定装置

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