JPS59128688A - 光学的計測システム - Google Patents

光学的計測システム

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JPS59128688A
JPS59128688A JP58004451A JP445183A JPS59128688A JP S59128688 A JPS59128688 A JP S59128688A JP 58004451 A JP58004451 A JP 58004451A JP 445183 A JP445183 A JP 445183A JP S59128688 A JPS59128688 A JP S59128688A
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JP
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optical
sensor
frequency
sensor unit
optical fiber
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健 小関
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  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、光学的手段のみによる複数のセンサの情報
を伝送、収集する光学的計測システムに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般産業プラントなどの工業計測制御システムでは多数
のセンサが必要であり、現在はとれらのセンサ情報を分
散型プ四セス制御装置に1:1に集線しているため、ケ
ーブルの輻饋やケーブル布線コストが大きな問題となっ
ている。
複数のセンサを接続してその各々のデータを多重化収集
することができれば、有効性紘多大なものがある。しか
しこの種の集線装置では、信頼性の考慮が重要であシ、
多重化収集されるセンサ数を制限しfcシ、二重化を図
ったシする必要がある。
光学的手段のみによるセンサに関するこの種の集線装置
としては、光フアイバ遅延線を用いた時分割多重化方式
のものが知られている。その基本構成は第1図に示すと
おシである。センサとしての光スィッチ11〜13と、
各スイッチ11〜13の情報伝送に時間的なずれをもた
せるための光ファイバM”6& 22 123を糾合せ
てセンサネットワークを構成している。このセンサネッ
トワークの一端に図示の如く光パルスを供給すると、各
光スィッチ11〜13のオン。
オフ情報は時分割多重化されて収集される。
しかしながらこの方式は、広帯域信号を取扱う必要から
高い信号対羅音比を得ることが難しく、・クルゾのオン
、オフ情報の収集などに対象が限られる。またタイムス
ロット割当ての時分割多重化であるため、フレーム同期
装竹を必要とし、ゾロセス制御装置の構成が複雑になる
更にセンサは並列接続でなければならず、センサの布設
位置分布によってはケーブル総延長の低減にガるとは限
らない。また光フアイバ遅延線の伝播遅延時間は約1μ
see/200mであシ、コストの面から遅延線長が制
限されるとタイムスロットは非常に短かいものとなる。
多くのプロセス制御システムではセンサ情報の収集サイ
クルは早くても1センサ当シ数m 1I4Ie〜数十m
5ecであるから、上記時分割多重化方式ではこの許さ
れる長い測定時間を有効に生かせないことになる。
〔発明の目的〕
この発明は上記の如き問題を解決した光学的計測システ
ムを提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
この発明は、センサユニットに周波数を割当ててポーリ
ングする方式で複数のセンサユニットの直列接続を可能
としたものである。即ちこの発明におけるセンサユニッ
トは、被計測量によって光伝送周波数特性が全周波数通
過状態と自己に割当てられた周波数を阻止するフィルタ
状態との間で切換わるように構成する。このようなセン
サユニットを複数個直列接続してセンサネットワークを
構成し、光源からの光波を所定のセンサユニットに割当
てられた周波数で強度変調して上記センサネットワーク
の一端に供給し、他端からの出力光波にその周波数成分
が含捷れるか否かを検知してセンサ情報を収集する。
〔発明の効果〕
この発明の効果を列記すれば、次のとおシである。
(1)複数のセンサユニットの布設位置が離れていても
、これらを光ファイバで直列接続して簡単にセンサネッ
トワークを構成することができる。
(2)  m波数割当て方式であるため、ゾロセス制御
装置から許される1個当シのセンサ検層計測時間を有効
に使って判定誤′1シを簡単に少なくすることができる
。また十分低速な処理でS/Nを向上させることができ
る。
(3)周波数割当て方式であるため、タイムスロット同
期装置のような複雑な回路を必要としない。
(4)複数のセンサ情報についてランダムアクセスも可
能である。
5− 〔発明の実施例〕 以下この発明の詳細な説明する。第2図は一実施例の概
略システム構成を示すものである。
5K(K=1.2.・・・、n1以下同じ)はセンサユ
ニットである。各センサユニットれは光スィッチ11に
と光フアイバ遅延線12にの直列回路と、光フアイバ伝
送線13にとを一対の光分岐−合流器によって並列接続
して構成したもので、これらが直列接続されてセンサネ
ットワークを構成している。光スィッチ11には例えば
バルブのオン、オフに応じて機械的に光路をオン。
オフするように光ファイバを用いて作られる。
各センサユニットSKは後述するように、光フアイバ遅
延線12Kによってそれぞれ自己に固有のポーリング周
波数が割当てられる。14は光源としての発光素子、例
えば半導体レーザであシ、15は発光素子14の出力光
波の強度変調を行うポーリング周波数発生器である。発
光素子14からの出力光波は光フアイバ伝送線10hを
介して上記センサネットワークの一端に供給6− され、他端からの出力光波を光フアイバ伝送線Jl)b
を介してホトダイオード等の受光素子16で検知し、そ
の出力を検波器17.積分器18および判定器19に順
次入力して、センサ情報の収集を行うようになっている
いま、発光素子14から光フアイバ伝送線10aに送出
される強度変調された光信号P、をP、 = P□ (
1+m coB2πfKt)とする。ここに、Poは平
均光電力、mは変調度、八はホーリング周波数である。
センサユニットSKにおいて、光スィッチ11Kが閉じ
ているとすると、光ファイバ遅延線12にで遅延時間τ
えだけ遅延された光信号の光電力は 1P0(1+m cos 21tfK(t +τK )
 )となる。ただし、光分岐−合流器は3 dB結合器
であシ、また光電力の加算は光干渉を生じ々いものとす
る。そうすると、このセンサユニットSKの出力光電力
PKは、光スィッチ11にの状態函数aK(=1または
O)を用いて、 と嚢わされる。
即ち、センサユニットSKは、その光伝送周波数特性が
、光スィッチ11Kが断(aK=O)のとき全周波数通
過状態となり、光スィッチ11Kが閉(ILK=1)の
とき魚(πfKτK)=0にて周波数fKが阻止される
フィルタ状態となる。ag == 1での周波数伝送特
性は第3図に示すとおシである。
そこで例えば、各センサユニットSKに割当てる周波数
の配列(ム)を、第4図に示すように、八=2に−fo
(ただしf。=捧τ)に設定することにより、直列接続
された、複数のセンサユニットSKをポーリングできる
ことになる。勿論、ポーリング周波数の割当ては判定が
可能であれば必ずしも上記の如き配列でなくてもよい。
以上のようにしてこの実施例によれば、周波数割当て方
式を適用して複数のセンサユニットを直列接続してセン
サネットワークを構成し、タイムスロット同期装置のよ
うな複雑な回路を用いることなく、1個当υのセンサ情
報計測時間を有効に使って低速の処理でSハの高い信号
処理を行うことができる。
第2図の実施例に示したセンサユニットは、光スイッチ
断のときに光透過率が約IAに低減する。この点を改良
した実施例のセンサユニット構成を第5図に示す。この
センサユニツ)は、被計測量によって連動開閉する2つ
の光スイッチ218.21bによって光フアイバ遅延線
22と十分短かい光ファイノ々伝送fjI23を切換え
るようにし、この光スイツチ回路部を光分岐−合流器に
よって光フアイバ伝送線24と並列接続している。
このような構成とすれば、光スィッチの状態の如何にか
かわらずセンサユニツ)の光透過率はほぼ一定となシ、
従って安定した信頼性の高い信号処理が可能となる。
9− 次に使用する光スィッチの挿入損失によるセンサユニ、
トの周波数阻止量の劣化を補償するようにした光分岐−
合流器としての一体化カプラ構造を第6図(a) 、 
(b)によシ説明する。同図(、)は平面図、(b)は
斜視図である。1/4ピツチのロッドレンズ31を用い
、その一方の端面32には軸を中心に4本の光フアイバ
アレイM1 。
M2  * Bl  @ B2を接続している。他方の
端面33は一部角度αをもって研磨し、端面32にある
光ファイ・々アレイMl  、M2  、Bl  、B
2の一ピッチ分だけの位置オフセットを生じさせる構成
として反射膜をコーティングしである。
この一体化カシラを用いて、Mlを入力ポート、M2を
出力ポートとし、B1とB2の間に第5図に示した光ス
イッチ21a、21bと光フアイバ遅延線22および伝
送線23からなる光スイツチ回路部分を接続すれば、第
5図のセンサユニットとなる。この場合、入力ポートで
あるMlからの光信号を、B1に光スィッチ等の挿入損
失分だけ多く配合すべく、端面33の10− 垂直端面部の面積S菫を傾斜端面部の面積S2より大き
く選ぶ。そうすると、Mlからの光信号は、大きな面積
の垂直端面部で反射された部分が対称点にあるB1に結
合し、小さい面積の傾斜端面部で反射された部分がM!
に出力される。B1から光スィッチや光遅延線を介して
B、に結合される光信号は、大きな面積の垂直端面部で
反射されて対称点であるM2に出力される。
従って、光スィッチや光フアイバ遅延線からなる光スイ
ツチ回路部の光透過率がTKのとき、として をt”tぼ満たすような結合比CI  * C2に設定
することによって、光スィッチ等による挿入損失の影響
を補償し周波数阻止量を最大にすることができる。
次に、直−並列接続による光センサネットワークを構成
した実施例を説明する。第7図はそのセンサネットワー
クを示している・センサユニ ッ ト S j(’)(
1=1  、 2  、 3  、  j=1.2.3
゜・・・)の配列は、それぞれの直列部分が例えばfo
(1)・2K(k=o s 1* 2 e・・・)なる
阻止周波数系列に設定されている。とのような直列部分
を並列化するために、図示のように群阻止フィルタP、
(1) 、 P、(1)を設け、ポーリングに対して特
定のセンサユニットのみの状態で光センサネットワーク
出力が支配されるようにする。即ち、第1群のセンサユ
ニット配列5l(1)。
S!(1) 、・・・が選択されるときには阻止フィル
タP、(1) 、 p!(1)によって第2群および第
3群のセンサユニット配列51(2) 、 s、(2)
 、・・・およびS菫(3)。
S、(!S)、・・・は非選択状態におかれる。第2群
のセンサユニット配列51(2) 、 S、(2) 、
・・・が選択されるときには阻止フィルタP!(2) 
、 P、(2Jによって第1群および第3群のセンサユ
ニ、ト配列s!(1)。
S鵞(1)、・・・および51(5) 、 s、(!5
) 、・・・は非選択状態におかれる。以下同様である
阻止フィルタP、(1) 、 P、(1)の具体的な構
成基準を以下に説明する。下表は、第7図の第1群セン
サユニット配列S、(1) 、 52(1) 、・・・
に割当てられる周波数配列の一例と、これに対応して設
けられる阻止フィルタP1(1) 、 P、(1)の各
周波数での光透過率を示したものである。Lmは各セン
サユニットに用いられる光ファイ・ぐ遅延線の長さであ
る。また阻止フィルタPl(1) 、 P、(1)に用
いられる各光7アイ・々遅延線の長さはそれぞれ表に示
したとおり、LH=16.5m + B2 =33mで
ある。
13− 表から明らかなように、第1群のセンサユニ、ト配列に
割当てられるべき周波数配列f、(1) 。
f、(1) 、・・・に対して、阻止フィルタP菫(1
) 、 P、(1)を用いると、○印を付けた周波数f
l(1) 、 f、(1) 。
f、(1)およびf 、(1)に対して十分な減衰を与
えることができる。従って第1群のセンサユニット51
(1) 、 S、(1) 、・・・とじて上記の周波数
配列に設定した4個を用いる。第2′gPおよび第3群
のセン14− サユニット配列についても、それぞれ異なる基本周波数
f。0)に対して同様の関係で阻止フィルタを設計する
。こうして、阻止フィルタ4個とセンサユニット4個で
直列部分を構成し、その3系列を並列化することで12
点の測定が可能となる。
なお上記実施例では、被計測量を光スィッチのオン、オ
フにより2値情報として計測する例を説明したが、例え
ば上記実施例において連動光スイツチ点数を増して異な
る遅延時間をもつ光フアイバ遅延線を挿入するととて多
値情報処理が可能である。また、全周波数通過状態と割
当てられた周波数を阻止するフィルタ状態との間を連続
的に利用すれば、アナログセンサを構成することもでき
る。更に、直−並列接続によるセンサネットワークは上
記実施例のように群阻止フィルタを用いず波長多重化を
利用してもよい。更にまた、強度変調は正弦波でなく矩
形波であっても実用上問題はない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の時分割多重化光学的センサシステムの基
本構成を示す図、第2図は本発明の一実施例のセンサシ
ステム構成を示す図、第3図および第4図はそのセンサ
ユニットの周波数特性を示す図、第5図はよシ好ましい
実施例のセンサユニットを示す図、第6図(、) 、 
(b)は同じく光分岐−合流器の好ましい構成例を示す
図、第7図は他の実施例のセンサネットワークを示す図
である。 Sl+Szs・・・、Sn・・・センサユニット、10
a 、 10b・・・光ファイノ々伝送線1.111 
 ・111 、・・・、11n ・・・光スィッチ、1
21 。 12! 、・・・、12n ・・・光フアイバ遅延線、
131゜132 、・・・、13n ・・・光フアイバ
伝送線、14・・・発光素子(光源)、15・・・?−
リング周波数発生器、16・・・受光素子、17・・・
検波器、18・・・積分器、19・・・判定器@ 出願人代理人 弁理士 鈴江 武 彦

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (リ 被計測量によって光伝送周波数特性が全周波数通
    過状態と自己に割当てられた周波数を阻止するフィルタ
    状態との間で切換わるセンサユニットを直列接続してセ
    ンサネットワークを構成し、光源からの光波を所定のセ
    ンサユニットに割当てられた周波数で強度変調して前記
    センサネットワークの一端に供給し、他端からの出力光
    波にその周波数成分が含まれるか否かを検知してセンサ
    情報を収集するようにしたととを特徴とする光学的計測
    システム。 (2)前記センサユニットは、一対の光分岐−合流器を
    用いて光スィッチと光フアイバ遅延線の直列回路に光フ
    アイバ伝送線を並列接続したものである特許請求の範囲
    第1項記載の光学的計測システム。
JP58004451A 1983-01-14 1983-01-14 光学的計測システム Granted JPS59128688A (ja)

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JP58004451A JPS59128688A (ja) 1983-01-14 1983-01-14 光学的計測システム

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JPS59128688A true JPS59128688A (ja) 1984-07-24
JPH0415512B2 JPH0415512B2 (ja) 1992-03-18

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0420130A (ja) * 1990-05-15 1992-01-23 Nec Corp 光データ収集方式

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS506939B1 (ja) * 1970-04-10 1975-03-19
JPS52129610U (ja) * 1976-03-30 1977-10-03

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