JPH1078335A - リニアｆｍ方式光ファイバセンサシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不要位相成分の影響を軽減し、センシング信
号が歪みを軽減させるような光ファイバセンサシステム
を得る。 【解決手段】 ビート周波数ω_b に基づいて、レーザ光
電界の周波数を鋸歯波形に変調した時の周期となる掃引
時間Ｔ_μ が、Ｔ_μ ＝２π／ω_b に設定されたレーザ光
を出力するレーザ１と、測定対象の物理量に対応して遅
延時間差が変化する２つの光ファイバを有し、２つの光
ファイバに前記レーザ光を透過させて干渉させる光ファ
イバセンサ２と、干渉したレーザ光の電界ベクトルを電
圧に変換するＯ／Ｅ変換器３と、電圧を復調し、前記物
理量に対応した位相を有する復調信号を出力するヘテロ
ダイン復調器４ａとを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアＦＭ方式光
ファイバセンサシステムの光ファイバの変調方式に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このようなリニアＦＭ方式光ファ
イバセンサシステムの技術としては、「Fibre optic se
nsor using heterodyne signal processing without re
courseto a specific frequncy shifting element」、p
111〜p119、International Conference on Optical Tec
hniques in Process Control 、The Hague,The Netherl
and：June14-16,1983発表の論文に記載のようなものが
ある。

【０００３】図５は前述の論文に基づいたリニアＦＭ方
式による光ファイバセンサシステムの模式図である。１
はレーザ、２は光干渉型センサ、３はＯ／Ｅ変換器、４
は位相復調器である。リニアＦＭ方式による光ファイバ
センサシステムの特徴は、レーザ光電界の周波数を鋸歯
状の波形に変調して発振し、これを光路差を持たせた光
干渉型センサ２に入力して、ヘテロダイン波をＯ／Ｅ変
換器３から出力させる点にある。この動作原理を数式を
用いて数学的に説明する。

【０００４】リニアＦＭ方式のレーザ光電界の周波数ν
_LD（ｔ）はヘビサイドの単位階段関数ｕ（ｔ）及び周期
的δ関数Σ（ｔ−ｎＴ_μ ）を用いて（１）式で表され
る。図６はこのレーザ光電界の周波数ν_LDを表したグラ
フである。

【０００５】

【数１】

【０００６】ただし、 ＰＴ（ｔ−ｎＴ_μ ）＝ｕ（ｔ−ｎＴ_μ ）−ｕ（ｔ−（ｎ＋１）Ｔ_μ ） …（２） である。（１）式において、ν_LDはレーザ光の中心周波
数である。またν_μ は鋸歯状波の周波数掃引率であ
り、Ｔ_μ は繰り返し周期（掃引時間）である。このν
_LD（ｔ）を時間積分すると、レーザ光電界の位相φ
_LD（ｔ）が算出され、（３）式で表される。

【０００７】

【数２】

【０００８】ただし、 φ_-∞＝［２πν_LDｔ］_t=-∞ …（４） である。また、リニアＦＭ方式のレーザ光電界ｅ
_LD（ｔ）は（５）式で表される。

【０００９】

【数３】

【００１０】ここでＰ_LDはレーザ出力パワーである。ま
た、ａ（ｔ）はレーザ出力光の偏向面を表す単位ベクト
ルであり、φ_LD（ｔ）はレーザ出力の位相を表す。図７
はこの位相φ_LD（ｔ）を表したグラフである。

【００１１】図５において、レーザ１から（５）式のよ
うな鋸歯状の波形のレーザ光電界ｅ_LD（ｔ）を持つレー
ザが出力され、このレーザ光電界ｅ_LD（ｔ）のレーザ光
を、時間遅延Ｔ₁ 、Ｔ₂ の光ファイバを通過させた後に
干渉させた入力電界ベクトルｅ_in（ｔ）⁽¹²⁾は式（６）
のようになる。なお、（１２）は経路１（ここでは時間
遅延Ｔ１）の光ファイバと経路２（ここでは時間遅延Ｔ
２）の光ファイバとを通ったレーザ光が干渉したことを
表すものである。

【００１２】

【数４】

【００１３】入力電界ベクトルｅ_in（ｔ）⁽¹²⁾が入力さ
れたときのＯ／Ｅ変換器３の出力電圧Ｖ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾
は、Ｏ／Ｅ変換器感度を１とすれば、式（７）のように
なる。

【００１４】

【数５】

【００１５】ただし、ΔＴ⁽¹²⁾はＴ₁ とＴ₂ との遅延時
間の差を表し、式（８）で表される。またΔφ
_O/E （ｔ）⁽¹²⁾はＯ／Ｅ変換器出力電圧の位相を表し、
式（９）で表される。図８は位相Δφ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾を
表すグラフである。 ΔＴ⁽¹²⁾＝Ｔ₂ −Ｔ₁ …（８） Δφ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾＝φ_LD（ｔ−Ｔ₁ ）−φ_LD（ｔ−Ｔ₂ ） …（９）

【００１６】また、ドット積ａ（ｔ−Ｔ₁ ）・ａ（ｔ−
Ｔ₂ ）はレーザ光電界の偏向に依存する干渉効率を表し
ており、以下においてはこの値を１とする。Ｏ／Ｅ変換
器３の出力の位相Δφ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾を求めると次式
（１０）のようになる。

【００１７】

【数６】

【００１８】（１０）式上の第３項のビート周波数成分
を作り出す位相項をΔφ_b （ｔ）^{(1 2)}とすると、Δφ_b
（ｔ）⁽¹²⁾は次式（１１）で表される。

【００１９】

【数７】

【００２０】Δφ_b （ｔ）⁽¹²⁾は１周期Ｔ₁ ≦ｔ≦Ｔ₁
＋Ｔ_μ の間に、 Δ［Δφ_b （ｔ）⁽¹²⁾］_1cycle＝２πν_μΔＴ⁽¹²⁾Ｔ_μ …（１２） だけ変化する。Ｏ／Ｅ変換器３から出力された波がヘテ
ロダイン波となるためには、２πν_μΔＴ⁽¹²⁾Ｔ_μの値
が２ｋπ（ｋは正の整数）となることが条件である。こ
のｋの値は通常、ｋ＝３やｋ＝７が使われている。ここ
でビート周波数をω_b とし、またＴ_μの角周波数をω_μ
とすると、（１３）式のようになる。 ω_b ＝２πν_μΔＴ⁽¹²⁾＝ｋ・２π／Ｔ_μ＝ｋω_μ …（１３）

【００２１】したがって（１３）式のもとでΔφ
_O/E （ｔ）⁽¹²⁾及びＶ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾は、 Δφ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽¹²⁾ ＋Δφ_u （ｔ）⁽¹²⁾＋ω_b ｔ …（１４） Ｖ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾＝Ｐ_LD／２ ＋（Ｐ_LD／２）ｃｏｓ［Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾＋ω_b ｔ］…（１５） となる。ただし、Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾、Δφ_s （ｔ）
⁽¹²⁾及びΔφ_u （ｔ）⁽¹²⁾は以下のようになる。 Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽¹²⁾＋Δφ_u （ｔ）⁽¹²⁾ …（１６） Δφ_s （ｔ）⁽¹²⁾＝２πν_LDΔＴ⁽¹²⁾ …（１７）

【００２２】

【数８】

【００２３】Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾は、ＦＭ復調方式やパ
ッシブホモダイン復調方式等の位相復調器４から出力さ
れる信号である。Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾は、Δφ_s （ｔ）
⁽¹²⁾及びΔφ_u （ｔ）⁽¹²⁾を含んでいる。Δφ_s （ｔ）
⁽¹²⁾はセンシング信号の成分である。Ｔ₂ の値が外的要
因で変化するとΔＴ⁽¹²⁾の値もそれに応じて変化し、こ
れが位相の変化となる。Δφ_s （ｔ）⁽¹²⁾は、その変化
が位相感度２πν_LDだけ増幅されて位相情報信号に変換
されたものである。通常、ビート周波数はセンシング信
号に影響を及ぼさないように、センシング信号の帯域よ
りも大きくなるようにシステム設計される。一方、Δφ
_u （ｔ）⁽¹²⁾はリニアＦＭ方式に特有の周期Ｔ_μ を持
つパルス波形の位相成分で、フーリエ級数展開すると次
式（１９）のようになる。

【００２４】

【数９】

【００２５】ただしＡ_m 、Θ_m はそれぞれ振幅、位相の
フーリエ級数である。Δφ_u （ｔ）⁽¹²⁾は、復調される
と角周波数ω＝ｍω_μ に存在する線スペクトルとな
り、これがセンシング信号に歪みを与える不要位相成分
となる。

【００２６】（１５）式のＶ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾が位相復調
器４に入力されると、位相復調器４からは（１６）式の
Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾が出力される。

【００２７】また、リニアＦＭ方式を用いて信号の多重
化を行う場合には、周波数多重（ＦＤＭ）方式が採用さ
れる。この場合は干渉型光センサを多重化して各チャネ
ルで光路差となる遅延時間差を異なった値に設定し、ま
た式（７）のビート周波数をその各チャネルに応じて異
なった値にすることで多重化が行われる。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＦ
Ｍ方式光ファイバセンサにおいては、位相Δφ_u （ｔ）
⁽¹²⁾に起因する不要位相成分によって位相情報信号であ
るセンシング信号が歪んでしまうという問題点があっ
た。

【００２９】またＦＤＭ方式によって多重化した際に、
他のチャネルからの不要位相成分が混入し、復調処理を
妨害してしまうという問題点があった。

【００３０】そこで、不要位相成分の影響を軽減し、セ
ンシング信号が歪みを軽減させるような光ファイバセン
サシステムの実現が望まれていた。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るリニアＦＭ
方式光ファイバセンサシステムは、ビート周波数ω_bに
基づいて、レーザ光電界の周波数を鋸歯波形に変調した
時の周期となる掃引時間Ｔ_μ が、Ｔ_μ ＝２π／ω_b に
設定されたレーザ光を出力するレーザ出力手段と、測定
対象の物理量に対応して遅延時間差が変化する２つの光
ファイバを有し、２つの光ファイバにレーザ光を透過さ
せて干渉させる光ファイバセンサ手段と、干渉したレー
ザ光の電界ベクトルを電圧に変換する光−電圧変換手段
と、電圧を復調し、物理量に対応した位相を有する復調
信号を出力する位相復調手段とを備えている。本発明に
おいてレーザ出力手段は、掃引時間Ｔ_μ がＴ_μ ＝２π
／ω_b 、つまりω_b ＝ω_μ に設定されたレーザ光電界
の周波数を鋸歯波形に変調したレーザ光を出力する。測
定対象の物理量に対応して遅延時間差が変化する２つの
光ファイバを有する光ファイバセンサ手段が、２つの光
ファイバを透過したレーザ光を干渉させる。光−電圧変
換手段が干渉したレーザ光の電界ベクトルを電圧に変換
する。位相復調手段は変換された電圧を復調し、測定対
象の物理量に対応した位相を有する復調信号を出力す
る。Ｔ_μ ＝２π／ω_b と設定することで、復調した際
に不要な位相成分である線スペクトルが時間に無関係に
一定の直流成分のみとなり、線スペクトルが一定になる
ため、位相信号の歪みを軽減させる。

【００３２】また本発明に係るリニアＦＭ方式光ファイ
バセンサシステムは、ビート周波数ω_b に基づいて、レ
ーザ光電界の周波数を鋸歯波形に変調した時の周期とな
る掃引時間Ｔ_μ が、Ｔ_μ ＝２π／ω_b に設定されたレ
ーザ光を出力するレーザ出力手段と、測定対象の物理量
に対応して遅延時間差が変化する２つの光ファイバを複
数組有し、それぞれの組には基準となる遅延時間差の整
数倍の遅延時間差を持たせて、それぞれの光ファイバに
レーザ光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段
と、干渉したレーザ光の電界ベクトルを電圧に変換する
光−電圧変換手段と、通過させる帯域の中心周波数を、
それぞれビート周波数ω_b の整数倍とする複数のバンド
パスフィルタと、複数の帯域フィルタを通過したそれぞ
れの電圧を復調し、物理量に対応した位相を有する復調
信号をそれぞれ出力する複数の位相復調手段とを備えて
いる。本発明においてレーザ出力手段は、掃引時間Ｔ_μ
がＴ_μ ＝２π／ω_b 、つまりω_b ＝ω_μ に設定された
レーザ光電界の周波数を鋸歯波形に変調したレーザ光を
出力する。測定対象の物理量に対応して遅延時間差が変
化する２つの光ファイバを複数組有し、それぞれの組が
基準となる遅延時間差の整数倍の遅延時間差を持った光
ファイバセンサ手段が、それぞれの光ファイバを通過し
たレーザ光を干渉させる。光−電圧変換手段が干渉した
レーザ光の電界ベクトルを電圧に変換する。複数のバン
ドパスフィルタは、それぞれ通過させる帯域の中心周波
数をビート周波数の整数倍にして、その周波数帯域の電
圧を通過させる。複数の位相復調手段は、それぞれのバ
ンドパスフィルタを通過した電圧を復調し、測定対象の
物理量に対応した位相を有する復調信号を出力する。Ｔ
_μ ＝２π／ω_b と設定することで、復調した際に不要
な位相成分である線スペクトルが時間に無関係に一定の
直流成分のみとなり、線スペクトルが一定になるため、
位相信号の歪みを軽減させる。また、多重化により混入
される他の線スペクトルについても直流成分となるた
め、位相信号の歪みを軽減させる。

【００３３】

【発明の実施の形態】

実施形態１．図１は本発明の第１の実施の形態に係るＦ
Ｍ方式による光ファイバセンサシステムの模式図であ
る。図において１はレーザであり、（５）式のようなレ
ーザ光電界ｅ_LD（ｔ）のレーザ光を発振する。また２は
１チャネルの干渉型光センサであり、２つの３ｄＢカプ
ラと、光路距離が異なりそれぞれ時間遅延Ｔ₁ 及びＴ₂
を持った光ファイバとで構成される。また時間遅延Ｔ₂
は、音、熱等の外的な要因によってその値を微妙に変化
させられ、これによってＴ₁ とＴ₂ との差に変化が生じ
るようになっている。この変化が復調された信号の位相
の変化として現れる。前段の３ｄＢカプラを通過し、２
つに分かれたレーザ光電界ｅ_LD（ｔ）の信号が、時間遅
延Ｔ₁ 及びＴ₂ の光ファイバをそれぞれ通り、後段の３
ｄＢカプラで結合されて、（６）式のような入力電界ベ
クトルｅ_in（ｔ）⁽¹²⁾として出力される。３はＯ／Ｅ変
換器であり、入力された入力電界ベクトルｅ_in（ｔ）
⁽¹²⁾を（７）式のような電圧Ｖ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾に変換す
る。５はω_b を中心周波数とする帯域フィルタである。
４ａはヘテロダイン復調器であり、帯域フィルタ５を通
過した電圧Ｖ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾をヘテロダインによる方法
で復調し、（１６）式のようなΔφ_det （ｔ）⁽¹²⁾を出
力する。

【００３４】本実施の形態では、まずω_μ ＝ω_b とな
るように、鋸歯状波の繰り返し周期である掃引時間Ｔ
_μ を設定する。したがってＴ_μ ＝２π／ω_μ ＝２π
／ω_bとして設定される。しかもω_μ ＝ω_b は、（７）
式においてｋ＝１とした時であるので、Ｏ／Ｅ変換器３
からヘテロダイン波が出力される条件を満たしている。
Ｏ／Ｅ変換器３から出力される電圧Ｖ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾は
次式（２０）のようになる。

【００３５】

【数１０】

【００３６】電圧Ｖ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾を帯域フィルタ５を
ヘテロダイン復調して積分すると、ヘテロダイン復調器
４ａから出力される信号は次式（２１）のようになる。 Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽¹²⁾＋Ａ₀ ｃｏｓΘ₀ …（２１） ここで、Ａ₀ 、ｃｏｓΘ₀ はｍ＝０のときのＡ_m 、ｃｏ
ｓΘ_m の値である。したがってΔφ_u （ｔ）⁽¹²⁾は時間
ｔにおける位相とは無関係の定数となるので、Δφ
_u （ｔ）⁽¹²⁾は直流成分となる。センシング信号の帯域
には時間ｔで変化する位相を持った不要成分は含まれな
いのでセンシング信号は歪まない。

【００３７】第１の実施の形態においては、ω_μ ＝ω
_b とすることで、センシング信号に影響を及ぼす不要位
相成分を復調した線スペクトルがＡ₀ ｃｏｓΘ₀ の直流
成分だけになり、時間ｔとは無関係に一定にすることが
できるので、センシング信号の歪みが軽減される。

【００３８】実施形態２．図２は本発明の第２の実施の
形態に係るＦＭ方式による光ファイバセンサシステムの
模式図である。図２において図１と同じ番号を付してい
るものは同様の動作を行うものとする。図２において、
４ｂはパッシブホモダイン復調器であり、ホモダインに
よる方法で位相復調を行う。

【００３９】本実施の形態は第１の実施の形態と同様に
ω_μ ＝ω_b となるようにＴ_μ を設定する。したがって
Ｔ_μ ＝２π／ω_b として設定される。このときＯ／Ｅ
変換器３の出力は式（２０）のようになる。これをパッ
シブホモダイン復調すると第１の実施の形態と同様に
（２１）式が出力される。

【００４０】第２の実施の形態においては、ω_μ ＝ω
_b とすることで、センシング信号に影響を及ぼす不要位
相成分を復調した線スペクトルＡ₀ ｃｏｓΘ₀ の直流成
分だけになり、時間ｔとは無関係に一定にすることがで
きるので、センシング信号の歪みが軽減される。

【００４１】実施形態３．図３は本発明の第３の実施の
形態に係るＦＭ方式による光ファイバセンサシステムの
模式図である。図において１はレーザであり、第１及び
第２のの実施の形態と同様に（５）式のようなレーザ光
電界ｅ_LD（ｔ）のレーザ光を発振する。２ａは３チャネ
ルの光センサアレイである。第１及び第２の実施の形態
と同様の光センサ２を３つ並列に並べ、各チャネル毎に
光路の距離に差を持たせて時間遅延差を異なるものにし
たものである。また３はＯ／Ｅ変換器であり、入力され
た入力電界ベクトルｅ_in（ｔ）⁽¹²⁾を電圧Ｖ_O/E （ｔ）
⁽¹²⁾に変換する。４ａ₁ 、４ａ₂ 及び４ａ₃ は、図１の
ヘテロダイン復調器４ａと同様のものである。５ａ、５
ｂ及び５ｃはバンドパスフィルタであり、それぞれ
ω_b 、２ω_b 、３ω_b の帯域の周波数の信号を通過させ
る。本実施の形態においては、ω_μ ＝ω_b となるよう
に掃引時間Ｔ_μ が設定される。したがってＴ_μ は、Ｔ
_μ ＝２π／ω_b として設定される。また、チャネル間
のクロストークが無視できるようにω_b の値を大きな値
（例えばｋＨｚ単位のセンシング信号であればω_b はＭ
Ｈｚ単位）に設定しておく。

【００４２】光センサアレイ２ａのそれぞれのチャネル
の光路差は、ΔＴ⁽¹²⁾、２ΔＴ⁽¹²⁾（＝Ｔ₄ −Ｔ₃ ）及
び３ΔＴ⁽¹²⁾（＝Ｔ₆ −Ｔ₅ ）とする。これは（７）式
においてｋ＝１、２又は３とした場合と同じであるた
め、それぞれの信号について、Ｏ／Ｅ変換器３の出力が
ヘテロダイン波になるための条件は満たされている。

【００４３】光センサアレイ２ａのそれぞれの光センサ
から出力された信号は、Ｏ／Ｅ変換器３を通過してバン
ドパスフィルタ５ａ、５ｂ及び５ｃに入力される。それ
ぞれのバンドパスフィルタでは、ω_b 、２ω_b 、３ω_b
の帯域の周波数の信号を通過させる。

【００４４】バンドパスフィルタ５ａ、５ｂ及び５ｃを
通過した信号をヘテロダイン復調器４ａ₁ 、４ａ₂ 及び
４ａ₃ でそれぞれヘテロダイン復調して積分すると、そ
の出力はそれぞれ、 Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽¹²⁾＋Ａ₀ ｃｏｓΘ₀ …（２２） Δφ_det （ｔ）⁽³⁴⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽³⁴⁾＋Ａ₀₁ｃｏｓΘ₀₁ …（２３） Δφ_det （ｔ）⁽⁵⁶⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽⁵⁶⁾＋Ａ₀₂ｃｏｓΘ₀₂ …（２４） となり、不要位相成分は直流成分として表される。

【００４５】第３の実施の形態においては、ω_μ ＝ω
_b とすることで、復調器４ａ₁ 、４ａ₂ 及び４ａ₃ の出
力において、不要位相成分をＡ₀ ｃｏｓΘ₀ 、Ａ₀₁ｃｏ
ｓΘ₀₁、Ａ₀₂ｃｏｓΘ₀₂の直流成分だけにして、時間ｔ
とは無関係に一定にすることができるので、センシング
信号が歪まない。また他のチャネルからの不要位相成分
も直流成分にすることができるので、その不要位相成分
により復調処理が妨害されることもない。

【００４６】実施形態４．図４は本発明の第４の実施の
形態に係るＦＭ方式による光ファイバセンサシステムの
模式図である。図において図３と同じ番号を付している
ものは、第３の実施の形態の場合と同様の動作を行うも
のである。４ｂ₁ 、４ｂ₂ 及び４ｂ₃ は図２のパッシブ
ホモダイン復調器４ｂと同様のものである。本実施の形
態においても、ω_μ ＝ω_b となるようにＴ_μ を設定す
る。また、チャネル間のクロストークが無視できるよう
にω_b の値を大きな値に設定しておく。

【００４７】光センサアレイ２ａのそれぞれのチャネル
の光路差は、ΔＴ⁽¹²⁾、２ΔＴ⁽¹²⁾（＝Ｔ₄ −Ｔ₃ ）及
び３ΔＴ⁽¹²⁾（＝Ｔ₆ −Ｔ₅ ）とする。これは（７）式
においてｋ＝１、２又は３とした場合と同じであるた
め、それぞれの信号について、Ｏ／Ｅ変換器３の出力が
ヘテロダイン波になるための条件は満たされている。

【００４８】光センサアレイ２ａのそれぞれの光センサ
から出力された信号は、Ｏ／Ｅ変換器３を通過してバン
ドパスフィルタ５ａ、５ｂ及び５ｃに入力される。それ
ぞれのバンドパスフィルタでは、ω_b 、２ω_b 、３ω_b
の帯域の周波数の信号を通過させる。

【００４９】バンドパスフィルタ５ａ、５ｂ及び５ｃを
通過した信号をヘテロダイン復調器４ｂ₁ 、４ｂ₂ 及び
４ｂ₃ でそれぞれホモダイン復調して積分すると、その
出力は第３の実施の形態と同様に、 Δφ_det （ｔ）⁽¹²⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽¹²⁾＋Ａ₀ ｃｏｓΘ₀ …（２２） Δφ_det （ｔ）⁽³⁴⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽³⁴⁾＋Ａ₀₁ｃｏｓΘ₀₁ …（２３） Δφ_det （ｔ）⁽⁵⁶⁾＝Δφ_s （ｔ）⁽⁵⁶⁾＋Ａ₀₂ｃｏｓΘ₀₂ …（２４） となり、不要位相成分は直流成分として表される。

【００５０】第４の実施の形態においては、ω_μ ＝ω
_b とすることで、復調器４ｂ₁ 、４ｂ₂ 及び４ｂ₃ の出
力において、不要位相成分をＡ₀ ｃｏｓΘ₀ 、Ａ₀₁ｃｏ
ｓΘ₀₁、Ａ₀₂ｃｏｓΘ₀₂の直流成分だけにして、時間ｔ
とは無関係に一定にすることができるので、センシング
信号が歪まない。また他のチャネルからの不要位相成分
も直流成分にすることができるので、その不要位相成分
により復調処理が妨害されることもない。

【００５１】なお、第３及び第４の実施の形態では第１
及び第２の実施の形態の干渉型光センサ２を複数個並列
に接続し、多重化に対応させたが、基準の光ファイバに
光路差の異なる複数の光ファイバを接続し、干渉させて
もよい。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザ光
電界の周波数を鋸歯波形に変調したレーザ光を出力する
際に、変調の周期である掃引時間Ｔ_μをＴ_μ＝２π／ω
_b とし、測定対象の物理量に対応して遅延時間差が変化
する２つの光ファイバに出力して干渉させたものを位相
復調するようにしたので、復調信号中の不要な位相成分
は時間に無関係に一定な直流成分のみとなり、復調信号
の歪みが軽減される。

【００５３】また本発明によれば、光ファイバセンサを
多重化際に最小のビート周波数に基づいて掃引時間Ｔ
_μ をＴ_μ ＝２π／ω_b としたので、他の経路において
生じた不要な位相成分についても時間とは無関係に一定
な直流成分になり、位相信号の歪みが軽減され、復調処
理が妨害されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリニアＦＭ方
式による光ファイバセンサシステムの模式図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係るリニアＦＭ方
式による光ファイバセンサシステムの模式図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係るリニアＦＭ方
式による光ファイバセンサシステムの模式図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係るリニアＦＭ方
式による光ファイバセンサシステムの模式図である。

【図５】リニアＦＭ方式による光ファイバセンサシステ
ムの模式図である。

【図６】レーザ光電界の周波数ν_LDを表したグラフであ
る。

【図７】位相φ_LD（ｔ）を表したグラフである。

【図８】位相Δφ_O/E （ｔ）⁽¹²⁾を表すグラフである。

【符号の説明】

１ レーザ ２ 干渉型光センサ ２ａ 光センサアレイ ３ Ｏ／Ｅ変換器 ４ 位相復調器 ４ａ、４ａ₁ 、４ａ₂ 、４ａ₃ ヘテロダイン復調器 ４ｂ、４ｂ₁ 、４ｂ₂ 、４ｂ₃ パッシブホモダイン復
調器 ５、５ａ、５ｂ、５ｃ バンドパスフィルタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビート周波数ω_b に基づいて、レーザ光
   電界の周波数を鋸歯波形に変調した時の周期となる掃引
   時間Ｔ_μ が、Ｔ_μ ＝２π／ω_b に設定されたレーザ光
   を出力するレーザ出力手段と、 測定対象の物理量に対応して遅延時間差が変化する２つ
   の光ファイバを有し、該２つの光ファイバに前記レーザ
   光を透過させて干渉させる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光の電界ベクトルを電圧に変換する
   光−電圧変換手段と、 前記電圧を復調し、前記物理量に対応した位相を有する
   復調信号を出力する位相復調手段とを備えたことを特徴
   とするリニアＦＭ方式光ファイバセンサシステム。
2. 【請求項２】 前記位相復調手段は、通過させる帯域の
   中心周波数を前記ビート周波数ω_b とするバンドパスフ
   ィルタと、 前記帯域フィルタを通過した前記電圧に基づいてヘテロ
   ダイン復調し、前記復調信号を出力するヘテロダイン復
   調器とを有することを特徴とする請求項１記載のリニア
   ＦＭ方式光ファイバセンサシステム。
3. 【請求項３】 ビート周波数ω_b に基づいて、レーザ光
   電界の周波数を鋸歯波形に変調した時の周期となる掃引
   時間Ｔ_μ が、Ｔ_μ ＝２π／ω_b に設定されたレーザ光
   を出力するレーザ出力手段と、 測定対象の物理量に対応して遅延時間差が変化する２つ
   の光ファイバを複数組有し、それぞれの組には基準とな
   る前記遅延時間差の整数倍の遅延時間差を持たせて、そ
   れぞれの光ファイバに前記レーザ光を透過させて干渉さ
   せる光ファイバセンサ手段と、 前記干渉したレーザ光の電界ベクトルを電圧に変換する
   光−電圧変換手段と、 通過させる帯域の中心周波数を、それぞれ前記ビート周
   波数ω_b の整数倍とする複数のバンドパスフィルタと、 該複数の帯域フィルタを通過したそれぞれの電圧を復調
   し、前記物理量に対応した位相信号を有する復調信号を
   それぞれ出力する複数の位相復調手段とを備えたことを
   特徴とするリニアＦＭ方式光ファイバセンサシステム。
4. 【請求項４】 前記位相復調手段は、前記電圧をヘテロ
   ダイン復調し、前記復調信号を出力するヘテロダイン復
   調器を有することを特徴とする請求項１記載のリニアＦ
   Ｍ方式光ファイバセンサシステム。
5. 【請求項５】 前記位相復調手段は、前記電圧に基づい
   てホモダイン復調し、前記復調信号を出力するパッシブ
   ホモダイン復調器を有することを特徴とする請求項１又
   は３記載のリニアＦＭ方式光ファイバセンサシステム。