JPH076854B2 - 計測装置 - Google Patents
計測装置Info
- Publication number
- JPH076854B2 JPH076854B2 JP59165829A JP16582984A JPH076854B2 JP H076854 B2 JPH076854 B2 JP H076854B2 JP 59165829 A JP59165829 A JP 59165829A JP 16582984 A JP16582984 A JP 16582984A JP H076854 B2 JPH076854 B2 JP H076854B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- wavelength
- optical fiber
- photoelectric converter
- optical
- Prior art date
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は光の偏光を利用した計測装置に関するもので
ある。
ある。
第１図は従来のこの種の計測装置の一例を示す説明図で
あり、図において（１）は光源、（２）は光ファイバ
ー、（３）はマイクロレンズ、（４）は偏光子、（５）
は光弾性素子、（６）は1/4波長板、（７）は検光子、
（８），（９）はマイクロレンズ、（10），（11）は光
ファイバー、（12），（13）は光電変換器、（14）は加
算器、（15）は減算器、（16）は割算器である。
あり、図において（１）は光源、（２）は光ファイバ
ー、（３）はマイクロレンズ、（４）は偏光子、（５）
は光弾性素子、（６）は1/4波長板、（７）は検光子、
（８），（９）はマイクロレンズ、（10），（11）は光
ファイバー、（12），（13）は光電変換器、（14）は加
算器、（15）は減算器、（16）は割算器である。
次に動作について説明する。光源（１）から出射された
光は、光ファイバー（２）を伝搬し、マイクロレンズ
（３）はコリメートされ、偏光子（４）に入り、偏光子
（４）で直線偏光に変換され、光弾性素子（５）に入射
される。光弾性素子（５）はその一面に被計測圧力が加
えられるようになっており、その加えられた圧力により
複屈折現象が生ずる。例えば、光弾性素子（５）が等方
性媒体であって、圧力が加えられると、圧力方向の屈折
率とそれに垂直な２方向の屈折率が異なるようになる。
したがって、圧力方向に電界成分をもつ光とそれに垂直
な方向に電界成分をもつ光に位相差を与える。例えば、
偏光子（４）からの直線偏光の光が、圧力方向とそれに
垂直な方向に対して45゜の角度で光弾性素子（５）に入
射されると、光弾性素子（５）から出射される光は、加
えられる圧力に応じた形状の楕円偏光となる。この楕円
偏光となった光に1/4波長板（６）でさらに90゜の位相
差を与え、光学バイアスをかけ、検光子（７）で互いに
垂直な偏光２成分に分岐し、それぞれの成分光をマイク
ロレンズ（８），（９）でそれぞれ集光し、光ファイバ
ー（10），（11）を介して光電変換器（12），（13）が
それぞれ受光し電気信号に変換する。
光は、光ファイバー（２）を伝搬し、マイクロレンズ
（３）はコリメートされ、偏光子（４）に入り、偏光子
（４）で直線偏光に変換され、光弾性素子（５）に入射
される。光弾性素子（５）はその一面に被計測圧力が加
えられるようになっており、その加えられた圧力により
複屈折現象が生ずる。例えば、光弾性素子（５）が等方
性媒体であって、圧力が加えられると、圧力方向の屈折
率とそれに垂直な２方向の屈折率が異なるようになる。
したがって、圧力方向に電界成分をもつ光とそれに垂直
な方向に電界成分をもつ光に位相差を与える。例えば、
偏光子（４）からの直線偏光の光が、圧力方向とそれに
垂直な方向に対して45゜の角度で光弾性素子（５）に入
射されると、光弾性素子（５）から出射される光は、加
えられる圧力に応じた形状の楕円偏光となる。この楕円
偏光となった光に1/4波長板（６）でさらに90゜の位相
差を与え、光学バイアスをかけ、検光子（７）で互いに
垂直な偏光２成分に分岐し、それぞれの成分光をマイク
ロレンズ（８），（９）でそれぞれ集光し、光ファイバ
ー（10），（11）を介して光電変換器（12），（13）が
それぞれ受光し電気信号に変換する。
これらの電気信号の和と差を加算器（14）と減算器（1
5）で算出し、両者の比を割算器（16）で算出すると、
光源の光強度変動および光源側光ファイバー（２）の損
失変動の影響を受けずに、加えられる圧力に比例した出
力を取り出すことができる。
5）で算出し、両者の比を割算器（16）で算出すると、
光源の光強度変動および光源側光ファイバー（２）の損
失変動の影響を受けずに、加えられる圧力に比例した出
力を取り出すことができる。
なお、上記においては感知素子として光弾性素子を用い
た例を示したが、ファラデー素子やポッケルス素子を用
いて磁界や電界を計測する構成にすることもできる。
た例を示したが、ファラデー素子やポッケルス素子を用
いて磁界や電界を計測する構成にすることもできる。
従来のこの種の計測装置は以上のように構成されている
ので、検光子（７）からの光が２本の光ファイバー（1
0），（11）を伝搬して送られてくるため、２本の光フ
ァイバー（10），（11）でのそれぞれの光損失の変動が
測定誤差を発生させることとなっていた。
ので、検光子（７）からの光が２本の光ファイバー（1
0），（11）を伝搬して送られてくるため、２本の光フ
ァイバー（10），（11）でのそれぞれの光損失の変動が
測定誤差を発生させることとなっていた。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、２つの光源からの波長の異なる
光を合成して１本の光ファイバーで伝送し、光変調素子
の光変調度が、波長に応じて変化することを利用して、
電気信号に変換した後、それぞれの波長に対応する信号
に所定の演算処理を行なうことによって対象物理量に対
応する光変調を算出する構成とし、往路、復路とも各１
本の光ファイバーとし、光ファイバー中の光損失の変動
が誤差として現われない計測装置を提供することを目的
としている。
ためになされたもので、２つの光源からの波長の異なる
光を合成して１本の光ファイバーで伝送し、光変調素子
の光変調度が、波長に応じて変化することを利用して、
電気信号に変換した後、それぞれの波長に対応する信号
に所定の演算処理を行なうことによって対象物理量に対
応する光変調を算出する構成とし、往路、復路とも各１
本の光ファイバーとし、光ファイバー中の光損失の変動
が誤差として現われない計測装置を提供することを目的
としている。
この発明の詳細を図について説明する。第２図はこの発
明の一実施例を示す説明図であり、図において（２），
（３），（４），（５），（６），（７），（８），
（10）は第１図の同一符号と同一または相当する部分を
示し、（1a），（1b）はそれぞれ波長λ1，λ2の光を発
生する光源、（21）は光源（1a）からの波長λ1の光と
光源（1b）からの波長λ2の光を合成する合波器、（2
2）は光ファイバー（10）で伝送されてきた光を波長λ1
の光成分と波長λ2の光成分に分離する分波器、（12a）
は分波器（22）からの波長λ1の光成分を電気信号に変
換する光電変換器、（13a）は分波器（22）からの波長
λ2の光成分を電気信号に変換する光電変換器、（2
3），（24），（25），（26）はそれぞれ後に説明する
増幅度をもつ増幅器、（27），（28）は減算器、（29）
は割算器である。
明の一実施例を示す説明図であり、図において（２），
（３），（４），（５），（６），（７），（８），
（10）は第１図の同一符号と同一または相当する部分を
示し、（1a），（1b）はそれぞれ波長λ1，λ2の光を発
生する光源、（21）は光源（1a）からの波長λ1の光と
光源（1b）からの波長λ2の光を合成する合波器、（2
2）は光ファイバー（10）で伝送されてきた光を波長λ1
の光成分と波長λ2の光成分に分離する分波器、（12a）
は分波器（22）からの波長λ1の光成分を電気信号に変
換する光電変換器、（13a）は分波器（22）からの波長
λ2の光成分を電気信号に変換する光電変換器、（2
3），（24），（25），（26）はそれぞれ後に説明する
増幅度をもつ増幅器、（27），（28）は減算器、（29）
は割算器である。
次に動作について説明する。光源（1a）からの波長λ1
の光と光源（1b）からの波長λ2の光とが合波器（21）
で合成され、光ファイバー（２）を伝搬し、偏光子
（４）に入り、直線偏光に変換され、光弾性素子（５）
に入射される。入射された直線偏光の光に光弾性素子
（５）において与えられる波長に対応する位相の変動
が、1/4波長板（６）を介して検光子（７）で光強度の
変動に変換される。従って、光弾性素子（５）に加えら
れる圧力に対応する検光子（７）の出射光の強度は波長
によって変るという特性を有する。
の光と光源（1b）からの波長λ2の光とが合波器（21）
で合成され、光ファイバー（２）を伝搬し、偏光子
（４）に入り、直線偏光に変換され、光弾性素子（５）
に入射される。入射された直線偏光の光に光弾性素子
（５）において与えられる波長に対応する位相の変動
が、1/4波長板（６）を介して検光子（７）で光強度の
変動に変換される。従って、光弾性素子（５）に加えら
れる圧力に対応する検光子（７）の出射光の強度は波長
によって変るという特性を有する。
分波器（22）に入射される光の波長λ1の成分の光強度
をI1，波長λ2の成分の光強度をI2とすると、 となる。ここで、I01，I02は往路側光ファイバー（２）
に入射する波長λ1，λ2の光強度、αは光ファイバー
（２）、（10）の光伝送率、θは波長λ1の光に対する
波長板（６）の位相差、Ｐは光弾性素子（５）に加えら
れる圧力、ｋは定数である。
をI1，波長λ2の成分の光強度をI2とすると、 となる。ここで、I01，I02は往路側光ファイバー（２）
に入射する波長λ1，λ2の光強度、αは光ファイバー
（２）、（10）の光伝送率、θは波長λ1の光に対する
波長板（６）の位相差、Ｐは光弾性素子（５）に加えら
れる圧力、ｋは定数である。
この光を分波器（22）で波長λ1の成分と波長λ2の成分
とに分離し、それぞれ光電変換効率η1，η2の光電変換
器（12a），（13a）で電気信号に変換すると、その出力
V1，V2は となり、V1，V2は圧力Ｐに対して、最小値が０の余弦波
状に変化するが、これらの周期は、波長の関係がλ1＜
λ2であれば、V2の方がV1に比べて長くなる。
とに分離し、それぞれ光電変換効率η1，η2の光電変換
器（12a），（13a）で電気信号に変換すると、その出力
V1，V2は となり、V1，V2は圧力Ｐに対して、最小値が０の余弦波
状に変化するが、これらの周期は、波長の関係がλ1＜
λ2であれば、V2の方がV1に比べて長くなる。
（３）式におけるθおよび（４）式における は波長板（６）でのそれぞれ波長λ1，λ2の光に対する
位相差で、これらが に近い程、圧力Ｐと出力V1，V2の関係が直線に近くな
る。一般に圧力Ｐは正の値であるため、θをπ/2にすれ
ば、圧力Ｐが変化してもV1，V2ともに直線性の良好な範
囲に納まる。すなわち、波長λ1に対する1/4波長板を
（６）に用いると、（３），（４）式は となり、これらを直線近似すると、 という結果が得られる。
位相差で、これらが に近い程、圧力Ｐと出力V1，V2の関係が直線に近くな
る。一般に圧力Ｐは正の値であるため、θをπ/2にすれ
ば、圧力Ｐが変化してもV1，V2ともに直線性の良好な範
囲に納まる。すなわち、波長λ1に対する1/4波長板を
（６）に用いると、（３），（４）式は となり、これらを直線近似すると、 という結果が得られる。
（７），（８）式において、η1，η2,k,λ1，λ2，P0
は一定、I01，I02は光源（1a），（1b）を制御すること
によって一定に保持可能であるから、変数はα,Pのみと
なり、電気信号V1，V2がわかれば、（７），（８）式か
ら圧力Ｐを求めることができる。（７），（８）式を連
立されて解くと、 となり、光ファイバー（２），（10）の光伝送率αに関
係なく、圧力Ｐが求まる。この（９）式を実現するため
には、それぞれ増幅器（23），（24），（25），（26）
の増幅度A1，A2，A3，A4の値を A3＝η1I01 A4＝η1I01ｋ とし、減算器（27），（28）でそれぞれ（25）と（23）
の出力の差、（26）と（24）の出力の差を算出した後、
その差の比を割算器（29）で算出すれば、（９）式の解
として、圧力Ｐが得られる。
は一定、I01，I02は光源（1a），（1b）を制御すること
によって一定に保持可能であるから、変数はα,Pのみと
なり、電気信号V1，V2がわかれば、（７），（８）式か
ら圧力Ｐを求めることができる。（７），（８）式を連
立されて解くと、 となり、光ファイバー（２），（10）の光伝送率αに関
係なく、圧力Ｐが求まる。この（９）式を実現するため
には、それぞれ増幅器（23），（24），（25），（26）
の増幅度A1，A2，A3，A4の値を A3＝η1I01 A4＝η1I01ｋ とし、減算器（27），（28）でそれぞれ（25）と（23）
の出力の差、（26）と（24）の出力の差を算出した後、
その差の比を割算器（29）で算出すれば、（９）式の解
として、圧力Ｐが得られる。
なお、上記実施例には、光弾性素子を用いたものを示し
たが、ポッケルス効果を利用した装置にも適用できる
し、また、光の位相変化を利用した感知素子に限らず、
ファラデー効果のように、光変調度が波長に対応して変
化するような特性を有する素子を用いた装置であれば適
用可能である。
たが、ポッケルス効果を利用した装置にも適用できる
し、また、光の位相変化を利用した感知素子に限らず、
ファラデー効果のように、光変調度が波長に対応して変
化するような特性を有する素子を用いた装置であれば適
用可能である。
以上説明したように、この発明によれば、光ファイバー
の伝送率の変動成分が出力に現われないので光ファイバ
ーの光伝送率の変動による誤差が発生しなくなり、精度
のよい計測値を得ることができるという効果がある。
の伝送率の変動成分が出力に現われないので光ファイバ
ーの光伝送率の変動による誤差が発生しなくなり、精度
のよい計測値を得ることができるという効果がある。
第１図は従来のこの種の計測装置の一例を示す説明図、
第２図はこの発明の一実施例を示す説明図である。 図において（1a），（1b）は光源、（２），（10）は光
ファイバー、（３），（８）はマイクロレンズ、（４）
は偏光子、（５）は光弾性素子、（６）は1/4波長板、
（７）は検光子、（12a），（13b）は光電変換器、（2
1）は合波器、（22）は分波器、（23），（24），（2
5），（26）は増幅器、（27），（28）は減算器、（2
9）は割算器である。 なお各図中同一符号は同一または相当する部分を示すも
のとする。
第２図はこの発明の一実施例を示す説明図である。 図において（1a），（1b）は光源、（２），（10）は光
ファイバー、（３），（８）はマイクロレンズ、（４）
は偏光子、（５）は光弾性素子、（６）は1/4波長板、
（７）は検光子、（12a），（13b）は光電変換器、（2
1）は合波器、（22）は分波器、（23），（24），（2
5），（26）は増幅器、（27），（28）は減算器、（2
9）は割算器である。 なお各図中同一符号は同一または相当する部分を示すも
のとする。
Claims (2)
- 【請求項１】波長λ1の光を発生する第１の光源と波長
λ2の光を発生する第２の光源、上記第１の光源からの
波長λ1の光と上記第２の光源からの波長λ2の光を合成
する合波器、合成した光を伝送する第１の光ファイバ
ー、この第１の光ファイバーからの光を直線偏光に変換
する偏光子、対象物理量に感知して上記偏光子からの光
に波長に対応する位相の変化を与える素子、波長板を介
して上記素子による位相の変化を光強度の変化に変換す
る検光子、この検光子からの光を伝送する第２の光ファ
イバー、この第２の光ファイバーの光を波長λ1の光成
分と波長λ2の光成分に分波する分波器、この分波器か
らの波長λ1の光成分を電気信号に変換する第１の光電
変換器と波長λ2の光成分を電気信号に変換する第２の
光電変換器、上記第１の光電変換器からの電気信号と上
記第２の光電変換器からの電気信号によって上記素子に
よって対象物理量に対応して与えられた位相の変化を算
出する演算部を備えた計測装置。 - 【請求項２】演算部は、素子の光変調度と第１の光ファ
イバーに入射する各光源からの光の強度と波長λ1と波
長λ2の比及び各光電変換器の光電変換係数からそれぞ
れ定まる所定の増幅度をもつ第１の光電変換器からの電
気信号を増幅する第１、第２の増幅器と第２の光電変換
器からの電気信号を増幅する第３、第４の増幅器、上記
第１、第３の増幅器からの出力信号の差を算出する第１
の減算器と上記第２、第４の増幅器の出力信号の差を算
出する第２の減算器、上記第１、第２の減算器の出力信
号の比を算出する割算器を備えたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59165829A JPH076854B2 (ja) | 1984-08-08 | 1984-08-08 | 計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59165829A JPH076854B2 (ja) | 1984-08-08 | 1984-08-08 | 計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61221656A JPS61221656A (ja) | 1986-10-02 |
| JPH076854B2 true JPH076854B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=15819790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59165829A Expired - Lifetime JPH076854B2 (ja) | 1984-08-08 | 1984-08-08 | 計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076854B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109342807B (zh) * | 2018-12-17 | 2021-08-27 | 中北大学 | 一种弹光调制和电光调制联用的电压传感装置及检测方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS578899A (en) * | 1980-06-19 | 1982-01-18 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Optical fiber sensor |
| JPS58190786A (ja) * | 1982-04-30 | 1983-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光フアイバ形磁界センサ |
| JPS5957169A (ja) * | 1982-09-27 | 1984-04-02 | Agency Of Ind Science & Technol | 複屈折干渉計センサ |
-
1984
- 1984-08-08 JP JP59165829A patent/JPH076854B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61221656A (ja) | 1986-10-02 |
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