JPS6047526B2 - 遠隔光計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光を用いて温度、圧力、変位などを計測す
る遠隔光計測装置に関するものである。

従来の電気的センサを用いた遠隔計測装置は、（１）
電磁誘導による雑音の対策（２）接地電位差の対策 （３）本質安全防爆対策 等に問題のある適用分野が多く、これらを解決するため
に新技術の導入が要望されていた。

光ファイバ通信技術は、まさにこのような要求に対処す
る適切な技術ということができる。 しかし、光ファイ
バ通信技術を導入する場合、基本的問題として温度、圧
力、変位などの被計測量を直接光の担う情報に変換する
光学的センサが必要であるが、目下のところ適切なセン
サは得られていない。

たとえば光の強度を温度、圧力、変位などの被計測量で
変調する形式のものは、光コネクタなどに帰因する光フ
ァイバ伝送系の損失の変化によつて限界があるので、充
分な精度並びに確度が得られなかつた。 この発明は上
記の事情を解決するためのもので、その目的とすること
ろは工業計装システムに適用可能な精度並びに確度を容
易に得ることのできる遠隔光計測装置を提供しようとす
るものである。

すなわちこの発明においては光ファイバ伝送系の損失
の影響を受けないように、光を強度変調しその変調包絡
線位相（光変調波位相）を被計測量によつて変化させ、
これを検出する。

しかし、通常の工業計測システムでは、被計測点と計
装制御部間の伝送路長は数１００７７１、にも達するた
め、光ファイバの群遅延時間の温度による変化は測定誤
差要因として無視できない。

したがつてこれを補償するため、主光伝送部に沿つて補
助光伝送路を設け、この伝送路を経た光の変調波位相を
基準として主光伝送路における群遅時間の変化を測定す
るものである。以下図面を参照してこの発明の一実施例
を説明する。

第１図において、１は計装制御部に設けた光信号発生装
置で、たとえば発光ダイオードを直流バイアス電流に重
畳した正弦波電流て強度変調するものである。

光信号発生装置１の出力端を光分岐装置２に接続して２
分岐し、一方の出力端を主光伝送路３により被計測点に
設けた光学的センサ４を介して再び計装制御部側の遅延
測定装置５に接続する。光分岐装置２の他方の出力端を
主光伝送路３に沿わせて設けた補助光伝送部６によつて
前記遅延測定装置５に接続する。主光伝送路３および補
助光伝送路６は例えば多芯ファイバケーブルの素線のう
ちの２本を用いることができる。光学的センサ４は温度
などの被計測量によつて光の遅延時間が変化するもので
、光ファイバ自体によつて構成することもできる。なお
、遅延測定装置５は第２図に示すような構成のものであ
る。

第２図において７ａ，７ｂは光検出器、８ａ，８ｂは増
幅器、９ａ，９ｂは混合器、１０は局部発振器、１１ａ
，１１ｂはローパスフィルタ、１２は位相比較器である
。次にこの実施例の作用を説明する。

まず光信号発生装置１より強度変調された第３図ａに示
すパルス状の光信号が発生されると、この出力は光分岐
装置２にて２分され第３図Ｂ，ｃに示す波形の出力光と
して夫々主光伝送路３および補助光伝送路６に供給され
る。この場合の第３図Ｂ，ｃに示す出力光の波形は光信
号生装置１より出力された光信号波形と全く同じてある
。主光伝送路３中を伝送された光信号は光学的センサ４
に供給されここで被計測量に応じて遅延される。光ファ
イバの群遅延時間の温度変化による変化は近似的に光フ
ァイバ材料の屈折率の温度変化として見積られる。

光学的センサ４として光学ファイバを用いた場合に、光
学ファイバ長さをＬ１変調周波数をＦｍｌ真空中光速を
Ｃ１屈折率温度係数をＤｎ／ＤＴとすると、温度変化Δ
Ｔに対する位相変化Δφはとなる。

いまＦｍ＝１００ＭＨｚ，．ｄｎ／Ｄｔ＝ー１．２×１
０−５／℃とすれば、Ｌ＝３４７ｗ！．でΔｆ／ΔＴ＝
１０／２℃程度の感度となる。かくして、光学的センサ
４の出力光は主光伝送路３を通じて遅延測定装置５に供
給される。

一方、光分岐装置２の他方の出力は、補助光伝送路６を
通じて伝送され、遅延測定装置５に導かれる。この場合
光学的センサ４の出力光の波形は第３図ｄに示すように
なり補助伝送路６を伝送される第３図ｃに示す出力光の
波形に対し上式の温度変化ΔＴに対応する位相変化Δφ
を有するものとなる。遅延装定装置５（第２図）におい
て両人力はそれぞれ光検波器７ａ，７ｂにより電気量に
変換され、増幅器８ａ，８ｂにより増幅され、混合器８
ａ，８ｂにおいて周波数の変換が行なわれる。

さらにこれらの出力はローパスフィルタ１１ａ，１１ｂ
を介して位相比較器１２において両者の位相差が検出さ
れる。すなわち遅延測定装置５においては、補助伝送路
６の第３図Ｃに示す出力光の変調波位相を基準として、
主光伝送路３における光学的センサ４を介した第３図ｄ
に示す出力光の遅延時間を測定する。

この際、主光伝送路３に温度等の影響による遅延時間の
変動があつても、この主光伝送路３と略同一条件にある
補助光伝送路６によつて伝送された変調波位相と比較さ
れるので、このような変動に基く誤差は補償され、高精
度、高確度の遠隔光計測を容易に行なうことができる。
なお第１図の実施例において、方向性のよい光分岐装置
２が使える場合には、すべての光伝送系反射形（双方向
伝送形）とすることもてきる。

次に第３図は、複数個の光ファイバ遅延線を計測量に応
じて切換える構成の光学的センサを示すものである。第
４図において、２０ａ，２０ｂ・・・・・・は遅延時間
の異なる複数個の光ファイバ遅延線てあり、これらを並
べて配設し、切換器２１はその端部に対向して設けた切
換用の光ファイバ２２を外径寸法程度の微小な位置の移
動を可能とすることにより構成する。

光ファイバ２２を圧力、変位等の被計測量に関連させて
移動させることにより遅延時間を変化させこれにより計
測を行なう。光ファイバ遅延線２０ａ，２０ｂ・・・・
・・の他端を結合器２３により結合し、主光伝送路３に
モードスクランブラ２４を介して送信する。

このモードスクランブラ２４は、多重モードファイバの
モード分散による遅延変化を軽減するため、主光伝送路
３の定常モード電力配分と略等しいモード電力配分で送
信するために用いる。第５図はこの発明のさらに異なる
実施例を示すものてある。

この実施例は遅延測定装置５と光信号発生装置１との間
に電圧制御発振器３０を介在させ帰還ループ回路を構成
する。すなわち遅延測定装置５中の位置比較器１２の出
力電圧て電圧制御発振器３０を制御し、光信号発生装置
１の変調周波数を帰還制御してこの帰還ループの安定周
波数の変化を測定するものである。以上述べたようにこ
の発明によれば、工業計装システムに適用可能な精度並
びに確度を有する遠隔光計測装置を提供することができ
る。

なおこの発明は上記各実施例並びに実施態様のみに限定
されるものてはなく、要旨を変更しない範囲において種
々変形して実施することができる。

例えば光学的センサは光ファイバ自体を用いたもの、あ
るいは複数個の遅延時間の異なる光ファイバ遅延線を切
換える構成のものについて説明したがこれにこだわるも
のではなく他の構成のものを用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略的構成図、第２図は
同実施中遅延測定装置の具体的構成図、第３図は実施例
を説明するための波形図、第４図はこの発明において用
いられる光学的ファイバの異なる構成を示す説明図、第
５図はこの発明の他の実施例を示す概略構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 強度変調された光信号を発生する光信号発生装置と
   、この装置の光出力を分岐するための光分岐装置と、光
   の群遅延時間を温度、圧力、変位などの被計測量に応じ
   て変化させる光学的センサと、前記光分岐装置の一方の
   出力光をこの光学的センサを通じて伝送する主光伝送路
   と、この伝送路に沿つて設置され前記光分岐装置の他方
   の出力光を光学的センサを経ることなしに伝送する補助
   光伝送路と、この補助光伝送路における出力光の変調波
   遅延位相を基準として前記主光伝送路の出力光の変調波
   遅延時間を測定する遅延測定装置とを備えたことを特徴
   とする遠隔光計測装置。 ２ 上記光学的センサとして、光ファイバの群遅延時間
   の温度による変化を利用するものを用いたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の遠隔光計測装置。 ３ 上記光学的センサとして、複数個の遅延時間の異な
   る光ファイバ遅延線を備え主光伝送路からの光を被計測
   量の変化に応じてこれらの遅延線に切り換え供給するよ
   うに構成したものを用いたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の遠隔光計測装置。