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JP2013181789A - Interference type optical fiber sensor - Google Patents

Interference type optical fiber sensor Download PDF

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JP2013181789A
JP2013181789A JP2012044549A JP2012044549A JP2013181789A JP 2013181789 A JP2013181789 A JP 2013181789A JP 2012044549 A JP2012044549 A JP 2012044549A JP 2012044549 A JP2012044549 A JP 2012044549A JP 2013181789 A JP2013181789 A JP 2013181789A
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Ryotaku Sato
陵沢 佐藤
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interference type optical fiber sensor capable of reducing noises of a bandwidth to be demodulated.SOLUTION: An interference type optical fiber sensor includes a pulse light source 2 for outputting pulse light, demodulation signal generators 201, 202 for generating a signal of a specific frequency, optical frequency shifters 211, 212 for shifting inputted pulse light as much as the specific frequency, an optical coupler 6 for overlapping a plurality of pulse light shifted by the optical frequency shifters 211, 212 by interfering the pulse light with each other, a sensing fiber 9 for detecting a measurement signal by modulating a phase of pulse light outputted from the optical coupler 6 on the measurement signal to output the pulse light, and a demodulator 15 for detecting the measurement signal from the signal outputted form the sensing fiber 9.

Description

本発明は干渉型光ファイバセンサに関し、例えば、復調する帯域の雑音を低減する干渉型光ファイバセンサに関する。   The present invention relates to an interference optical fiber sensor, for example, an interference optical fiber sensor that reduces noise in a demodulating band.

干渉型光ファイバセンサは、センシングファイバを光ファイバ干渉計のアームとして用いたものである。具体的には、干渉型光ファイバセンサは、検出する物理量を、センシングファイバの歪みに変える。センシングファイバが歪むにつれ、干渉光は変化する。そこで、干渉型光ファイバセンサは、センシングファイバの歪みに応じて干渉光が変化することを利用することにより、物理量を検出する。これにより、干渉型光ファイバセンサは、さまざまな物理量を検出することが可能である。   The interference type optical fiber sensor uses a sensing fiber as an arm of an optical fiber interferometer. Specifically, the interference optical fiber sensor changes the physical quantity to be detected into the strain of the sensing fiber. As the sensing fiber is distorted, the interference light changes. Therefore, the interference type optical fiber sensor detects the physical quantity by utilizing the fact that the interference light changes according to the strain of the sensing fiber. Thereby, the interference type optical fiber sensor can detect various physical quantities.

例えば、後述する非特許文献１及び非特許文献２には、音響信号を検出するセンサが記載されている。また、後述する非特許文献３には、磁気信号を検出するセンサが記載されている。   For example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, which will be described later, describe sensors that detect acoustic signals. Non-Patent Document 3 described below describes a sensor that detects a magnetic signal.

図１６は、非特許文献１に示された方式（以下、従来技術１と称する）の説明図である。図１６には、従来技術１の干渉型光ファイバセンサの構成と、そのパルス波形とが図示されている。まず、従来技術１の干渉型光ファイバセンサの構成について説明する。従来技術１の干渉型光ファイバセンサは、オシレータ１、パルス光源２、光カプラ３、光周波数シフタ４、遅延補償ファイバ５、光カプラ６、光アンプ７、光カプラ８、センシングファイバ９、ミラー１０、ミラー１１、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｏ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）変換器１２、及び復調器１３等を備えている。復調器１３は、Ａ／Ｄ変換器２１、参照信号発生器２２、参照信号発生器２３、乗算器２４、乗算器２５、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２６、ＬＰＦ２７、逆正接演算器２８、及び不連続点補償演算器２９等を備えている。   FIG. 16 is an explanatory diagram of the method shown in Non-Patent Document 1 (hereinafter referred to as Prior Art 1). FIG. 16 shows the configuration of the interference type optical fiber sensor of the prior art 1 and its pulse waveform. First, the configuration of the interference type optical fiber sensor of the prior art 1 will be described. The interference type optical fiber sensor of the prior art 1 includes an oscillator 1, a pulse light source 2, an optical coupler 3, an optical frequency shifter 4, a delay compensation fiber 5, an optical coupler 6, an optical amplifier 7, an optical coupler 8, a sensing fiber 9, and a mirror 10. , A mirror 11, an O / E (Opto / Electronics) converter 12, a demodulator 13, and the like. The demodulator 13 includes an A / D converter 21, a reference signal generator 22, a reference signal generator 23, a multiplier 24, a multiplier 25, an LPF (Low Pass Filter) 26, an LPF 27, an arctangent calculator 28, A continuous point compensation calculator 29 and the like are provided.

次に、従来技術１の干渉型光ファイバセンサ内でのパルス光の伝搬経路について説明する。まず、伝搬経路中にある各経路点について説明する。経路点Ａは、パルス光源２と、光カプラ３との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｂは、光カプラ３と、光周波数シフタ４との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｃは、光カプラ３と、遅延補償ファイバ５との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｄは、光アンプ７と、光カプラ８との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｅは、ミラー１０に位置するパルス波形の経路点を示すものである。経路点Ｆは、ミラー１１に位置するパルス波形の経路点を示すものである。経路点Ｇは、光カプラ８と、Ｏ／Ｅ変換器１２との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。   Next, the propagation path of pulsed light in the interference type optical fiber sensor of the prior art 1 will be described. First, each path point in the propagation path will be described. The path point A indicates a path point located in the propagation path of the pulse waveform between the pulse light source 2 and the optical coupler 3. The path point B indicates a path point located in the propagation path of the pulse waveform between the optical coupler 3 and the optical frequency shifter 4. A path point C indicates a path point located in the propagation path of the pulse waveform between the optical coupler 3 and the delay compensation fiber 5. A path point D indicates a path point located in a propagation path of a pulse waveform between the optical amplifier 7 and the optical coupler 8. A path point E indicates a path point of a pulse waveform located on the mirror 10. A path point F indicates a path point of a pulse waveform located on the mirror 11. A path point G indicates a path point located in a propagation path of a pulse waveform between the optical coupler 8 and the O / E converter 12.

パルス光源２から出力される光周波数νのパルス光は、光カプラ３で２つに分岐される。光カプラ３で２つに分岐されたパルス光のうち、一方のパルス光は、光周波数シフタ４と光カプラ６とを通過する。そして、光カプラ６を通過したパルス光は、光アンプ７で増幅される。このとき、パルス光は、経路ＡＢＤを伝搬したことになる。ここで、光周波数シフタ４は、オシレータ１から周波数ｆαの信号を受けたとき、光の周波数をｆαシフトするものである。そのため、光カプラ６には、光周波数ν＋ｆαのパルス光が入力される。 The pulsed light having the optical frequency ν output from the pulsed light source 2 is branched into two by the optical coupler 3. Of the pulsed light branched into two by the optical coupler 3, one pulsed light passes through the optical frequency shifter 4 and the optical coupler 6. The pulsed light that has passed through the optical coupler 6 is amplified by the optical amplifier 7. At this time, the pulsed light has propagated along the path ABD. Here, the optical frequency shifter 4 shifts the frequency of light by f α when receiving a signal of frequency f α from the oscillator 1. Therefore, pulsed light having an optical frequency ν + f α is input to the optical coupler 6.

光カプラ３で２つに分岐されたパルス光のうち、もう一方のパルス光は、遅延補償ファイバ５を通過する。このため、遅延補償ファイバ５を通過したパルス光は、経路ＡＢＤを通過したパルス光よりも遅れて光カプラ６を通過する。そして、光カプラ６を通過したパルス光は、光アンプ７で増幅される。このとき、パルス光は経路ＡＣＤを伝搬したことになる。   Of the pulse light branched into two by the optical coupler 3, the other pulse light passes through the delay compensation fiber 5. For this reason, the pulsed light that has passed through the delay compensation fiber 5 passes through the optical coupler 6 with a delay from the pulsed light that has passed through the path ABD. The pulsed light that has passed through the optical coupler 6 is amplified by the optical amplifier 7. At this time, the pulsed light has propagated along the path ACD.

経路点Ｄを通過したパルス光は、光カプラ８で２つに分岐される。光カプラ８で分岐されたパルス光のうち、一方のパルス光は、ミラー１０で反射される。ミラー１０で反射されたパルス光は、再び光カプラ８を通過する。そして、光カプラ８を再度通過したパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力される。このとき、パルス光は経路ＤＥＧを伝搬したことになる。   The pulsed light that has passed through the path point D is branched into two by the optical coupler 8. One of the pulse lights branched by the optical coupler 8 is reflected by the mirror 10. The pulsed light reflected by the mirror 10 passes through the optical coupler 8 again. Then, the pulsed light that has passed through the optical coupler 8 again is input to the O / E converter 12. At this time, the pulsed light has propagated through the path DEG.

光カプラ８で分岐されたパルス光のうち、もう一方のパルス光は、センシングファイバ９を通過する。次に、センシングファイバ９を通過したパルス光は、ミラー１１で反射される。ミラー１１で反射されたパルス光は、再び、センシングファイバ９と、光カプラ８とを通過する。そして、光カプラ８を再度通過したパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力される。このとき、パルス光は経路ＤＦＧを伝搬したことになる。ここで、パルス光がセンシングファイバ９を往復するとき、信号φ（ｔ）で光の位相が変調されることとなる。   Of the pulsed light branched by the optical coupler 8, the other pulsed light passes through the sensing fiber 9. Next, the pulsed light that has passed through the sensing fiber 9 is reflected by the mirror 11. The pulsed light reflected by the mirror 11 passes through the sensing fiber 9 and the optical coupler 8 again. Then, the pulsed light that has passed through the optical coupler 8 again is input to the O / E converter 12. At this time, the pulsed light has propagated through the path DFG. Here, when the pulsed light reciprocates through the sensing fiber 9, the phase of the light is modulated by the signal φ (t).

次に、従来技術１の干渉型光ファイバセンサ内を伝搬するパルス光のパルス波形について説明する。図１６に示すパルス波形Ａは、経路点Ａの位置を通過するパルス波形を示すものである。パルス波形Ａに示されている数字は、パルス光源２から出力される順番を示すものであり、例えば、１、２、３、・・・のように昇順に番号が付与されている。   Next, the pulse waveform of the pulsed light propagating through the interference type optical fiber sensor of the prior art 1 will be described. A pulse waveform A shown in FIG. 16 shows a pulse waveform passing through the position of the path point A. The numbers shown in the pulse waveform A indicate the order of output from the pulse light source 2. For example, numbers are assigned in ascending order like 1, 2, 3,...

図１６に示すパルス波形ＡＢＤＥＧは、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力されるパルス光のうち、経路ＡＢＤＥＧを伝搬したパルス光の成分を図示したパルス波形を示すものである。パルス波形ＡＢＤＥＧに示されている各記号に隣接して付与されている数字は、Ｏ／Ｅ変換器１２に到達する順番を示すものであり、例えば、ａ１、ａ２、ａ３、・・・のように昇順に記号に数字が付与されている。このように、記号と数字とを合わせたものを各々のパルス光に付与することとした。同様にして、図１６に示すパルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、及びパルス波形ＡＣＤＦＧは、それぞれ経路ＡＢＤＦＧ、経路ＡＣＤＥＧ、及び経路ＡＣＤＦＧを伝搬したパルス光の成分を図示したパルス波形を示すものである。また、パルス波形ＡＢＤＦＧ、パルス波形ＡＣＤＥＧ、及びパルス波形ＡＣＤＦＧの各々のパルス光には、パルス波形ＡＢＤＥＧと同様のものが付与されている。   A pulse waveform ABDEG shown in FIG. 16 shows a pulse waveform illustrating the component of the pulsed light that has propagated through the path ABDEG among the pulsed light input to the O / E converter 12. The numbers given adjacent to the respective symbols shown in the pulse waveform ABDEG indicate the order of arrival at the O / E converter 12, for example, a1, a2, a3,. Numbers are assigned to the symbols in ascending order. In this way, a combination of symbols and numbers is given to each pulsed light. Similarly, the pulse waveform ABDFG, the pulse waveform ACDEG, and the pulse waveform ACDFG shown in FIG. 16 show the pulse waveforms illustrating the components of the pulse light propagated through the path ABDFG, the path ACDEG, and the path ACDFG, respectively. Further, the same light as the pulse waveform ABDEG is given to each pulse light of the pulse waveform ABDFG, the pulse waveform ACDEG, and the pulse waveform ACDFG.

ここで、センシングファイバ９の往復伝搬時間を伝搬遅延τとする。伝搬遅延τと、遅延補償ファイバの往復伝搬時間とを等しくすると、パルス波形ＡＢＤＦＧの各パルス光の周期と、パルス波形ＡＣＤＥＧの各パルス光の周期とが等しくなる。つまり、パルス光ｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）と、パルス光ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）とが同一周期になるため、パルス光ｂｉと、パルス光ｃｉとが同じタイミングで重なることになる。これにより、干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）が、経路点Ｇで発生する。   Here, the round-trip propagation time of the sensing fiber 9 is defined as a propagation delay τ. If the propagation delay τ is equal to the round-trip propagation time of the delay compensation fiber, the period of each pulsed light of the pulse waveform ABDFG is equal to the period of each pulsed light of the pulse waveform ACDEG. That is, since the pulse light bi (i = 1, 2, 3,...) And the pulse light ci (i = 1, 2, 3,...) Have the same period, the pulse light bi and the pulse light The light ci overlaps at the same timing. Thereby, the interference pulse light bi + ci (i = 1, 2, 3,...) Is generated at the path point G.

また、光周波数シフタ４を通過したパルス光の周波数と、遅延補償ファイバ５を通過したパルス光の周波数とは、周波数ｆαの差がある。このため、干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉが、Ｏ／Ｅ変換器１２を出力したときには、中心周波数が周波数ｆαである。このとき、センシングファイバ９で検出された信号φ（ｔ）で位相変調されたビートが発生する。 Further, there is a difference in frequency f α between the frequency of the pulsed light that has passed through the optical frequency shifter 4 and the frequency of the pulsed light that has passed through the delay compensation fiber 5. Therefore, the interference pulse light bi + ci is, when the output O / E converter 12, the center frequency is the frequency f alpha. At this time, a beat that is phase-modulated by the signal φ (t) detected by the sensing fiber 9 is generated.

復調器１３は、Ｏ／Ｅ変換器１２から出力される干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉにタイミングを合わせてサンプリングすることにより、式（１）で表される出力を得る。次いで、復調器１３は、センシングファイバ９で検出した信号φ（ｔ）を復調する。図１６に示すΔ（ｔ）はサンプリングを意味する式（２）で表される関数である。   The demodulator 13 samples the interference pulse light bi + ci output from the O / E converter 12 in accordance with the timing, thereby obtaining an output represented by Expression (1). Next, the demodulator 13 demodulates the signal φ (t) detected by the sensing fiber 9. Δ (t) shown in FIG. 16 is a function represented by Expression (2) meaning sampling.

Figure 2013181789
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Figure 2013181789
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ここで、式（２）に示すδはディラックのδ関数を意味するものである。よって、所定の周期間隔で、δ関数と、干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉとを乗算することで、干渉パルス光ｂｉ＋ｃｉは、サンプリングされることになる。また、復調器１３のＬＰＦ２６及びＬＰＦ２７の遮断周波数は、ビート周波数と同じｆαにする。このようにすることで、折り返しが重ならない範囲で、最も広い信号帯域を確保している。 Here, δ in the equation (2) means Dirac's δ function. Therefore, the interference pulse light bi + ci is sampled by multiplying the δ function and the interference pulse light bi + ci at a predetermined cycle interval. Further, the cutoff frequencies of the LPF 26 and LPF 27 of the demodulator 13 are set to the same f α as the beat frequency. By doing in this way, the widest signal band is ensured in the range in which folding does not overlap.

図１７は、非特許文献２に示された時分割多重する構成を利用し、従来技術１の方法で復調するように構成した一例（以下、従来技術２と称する）を示す図である。パルス光源２から光アンプ７までのパルス光の伝搬経路は同一である。また、その区間においては、オシレータ１、パルス光源２、光カプラ３、光周波数シフタ４、遅延補償ファイバ５、光カプラ６、及び光アンプ７は、従来技術１と同様に動作する。従来技術１との相違点は、光アンプ７以降の構成と動作である。   FIG. 17 is a diagram showing an example (hereinafter referred to as Conventional Technology 2) configured to demodulate by the method of Conventional Technology 1 using the time division multiplexing configuration shown in Non-Patent Document 2. The propagation path of the pulse light from the pulse light source 2 to the optical amplifier 7 is the same. In that section, the oscillator 1, the pulse light source 2, the optical coupler 3, the optical frequency shifter 4, the delay compensation fiber 5, the optical coupler 6, and the optical amplifier 7 operate in the same manner as in the prior art 1. The difference from the prior art 1 is the configuration and operation after the optical amplifier 7.

具体的には、光アンプ７を出力したパルス光は、光カプラ４１で分岐する。光カプラ４１で分岐した一方のパルス光は、光カプラ３１を通過後、センシングファイバ７１に送られる。光カプラ４１で分岐したもう一方のパルス光は、遅延ファイバ８１でタイミングをずらされた後、光カプラ４２で分岐する。光カプラ４２で分岐した一方のパルス光は、光カプラ３２を通過後、センシングファイバ７２に送られる。光カプラ４２で分岐したもう一方のパルス光は、遅延ファイバ８２でタイミングをずらされた後、光カプラ３３を通過し、センシングファイバ７３に送られる。その後、パルス光は、光カプラ５２、光カプラ５１で１本の光ファイバに結合される。これにより、信号１〜３が時分割多重で伝送されることになる。   Specifically, the pulsed light output from the optical amplifier 7 is branched by the optical coupler 41. One pulse light branched by the optical coupler 41 is sent to the sensing fiber 71 after passing through the optical coupler 31. The other pulse light branched by the optical coupler 41 is branched by the optical coupler 42 after the timing is shifted by the delay fiber 81. One pulsed light branched by the optical coupler 42 is sent to the sensing fiber 72 after passing through the optical coupler 32. The other pulse light branched by the optical coupler 42 is shifted in timing by the delay fiber 82, passes through the optical coupler 33, and is sent to the sensing fiber 73. Thereafter, the pulsed light is coupled to one optical fiber by the optical coupler 52 and the optical coupler 51. Thereby, the signals 1 to 3 are transmitted by time division multiplexing.

図１７に示された復調器１３は、Ｏ／Ｅ変換器１２から出力されるパルス列から、信号φ1（ｔ）、信号φ2（ｔ）、及び信号φ3（ｔ）を含むパルス光を、別々にサンプリングし、そのサンプリング結果に基づいて位相復調する。図１７においては、位相復調のリファレンスとなるｓｉｎ２πｆβｔまたはｃｏｓ２πｆβｔの乗算と、式（３）〜（５）で表されるサンプリングとを同時に行う一例が示されている。 The demodulator 13 shown in FIG. 17 generates pulsed light including the signal φ 1 (t), the signal φ 2 (t), and the signal φ 3 (t) from the pulse train output from the O / E converter 12. And sampling separately, and phase-demodulating based on the sampling result. 17, the multiplication of the reference become sin2πf β t or cos2πf β t phase demodulation, an example of performing the sampling at the same time represented by formula (3) to (5) are shown.

Figure 2013181789
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Figure 2013181789
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図１７に示されるように、従来技術２は、従来技術１に示された乗算器２４、乗算２５、ＬＰＦ２６、ＬＰＦ２７、逆正接演算器２８、及び不連続点補償演算器２９と同様の機能を有するものを３組用いることにより、信号φ1（ｔ）、信号φ2（ｔ）、及び信号φ3（ｔ）を復調するものである。具体的には、従来技術２は、乗算器１０１〜１０６、ＬＰＦ１１１〜１１６、逆正接演算器１２１〜１２３、及び不連続点補償演算器１３１を用いることにより、信号φ1（ｔ）、信号φ2（ｔ）、及び信号φ3（ｔ）を復調する。 As shown in FIG. 17, the conventional technique 2 has the same functions as the multiplier 24, multiplication 25, LPF 26, LPF 27, arctangent calculator 28, and discontinuity compensation calculator 29 shown in the conventional technique 1. The signal φ 1 (t), the signal φ 2 (t), and the signal φ 3 (t) are demodulated by using three sets. Specifically, the conventional technique 2 uses the multipliers 101 to 106, the LPFs 111 to 116, the arc tangent calculators 121 to 123, and the discontinuous point compensation calculator 131, so that the signal φ 1 (t) and the signal φ 2 (t) and the signal φ 3 (t) are demodulated.

図１８は、従来技術２の干渉型光ファイバセンサ内を伝搬するパルス光のパルス波形の一例を示す図である。センシングファイバ７１、センシングファイバ７２、及びセンシングファイバ７３の往復伝搬時間がそれぞれτであるとする。このとき、遅延補償ファイバ５、遅延補償ファイバ８１、及び遅延補償ファイバ８２の片道伝搬時間が３τであるとする。また、パルス光源２のパルス繰返し周期が９τであるとする。このように各パラメータが仮定されると、経路点Ｇでは、信号φ1（ｔ）、信号φ2（ｔ）、及び信号φ3（ｔ）を含むパルス列が得られることとなる。 FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a pulse waveform of the pulsed light propagating through the interference type optical fiber sensor of the related art 2. It is assumed that the round-trip propagation times of the sensing fiber 71, the sensing fiber 72, and the sensing fiber 73 are τ. At this time, it is assumed that the one-way propagation time of the delay compensation fiber 5, the delay compensation fiber 81, and the delay compensation fiber 82 is 3τ. Further, it is assumed that the pulse repetition period of the pulse light source 2 is 9τ. When the parameters are assumed in this way, at the path point G, a pulse train including the signal φ 1 (t), the signal φ 2 (t), and the signal φ 3 (t) is obtained.

Ｇ．Ａ．Ｃｒａｎｃｈ ｅｔ ａｌ．，“Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ−ａｐｅｒｔｕｒｅ，ｓｅａｂｅｄ，ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ ａｒｒａｙ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｖｏｌ．１１５，Ｎｏ．６，ｐｐ．２８４８−２８５８（２００４）G. A. Cranch et al. , “Acoustic performance of a large-aperture, seabed, fiber-optical hydrophone array,” Journal of the Acoustical Society of America, Amer. 115, no. 6, pp. 2848-2858 (2004) 佐藤陵沢、他３名、「光ファイバハイドロホンの開発」、電子情報通信学会技術研究報告、平成７年５月、ＯＰＥ９５−２、ｐ．７−１２Ryozawa Sato, 3 others, “Development of optical fiber hydrophone”, IEICE Technical Report, May 1995, OPE95-2, p. 7-12 Ｒｙｏｔａｋｕ ＳＡＴＯ ｅｔ ａｌ．，“Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ，”Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｐｐ．８１７−８２０（２００７）Ryotaku SATO et al. , “Design of Fiber-Optic Magnetometer Utilizing Magnetostriction,” Japan Journal of Applied Physics, pp. 817-820 (2007)

図１９は、従来技術１、２のＡ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの一例を示す概念図である。図１９に示されるパワースペクトルは、Ｏ／Ｅ変換器１２の出力結果が、Ａ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換されたものである。Ｏ／Ｅ変換器１２は、受光したパルス光が分別可能となる通過帯域を有する必要がある。例えば、従来技術１のＯ／Ｅ変換器１２は、サンプリング周波数１／（３τ）が通過帯域上限より低くなる必要がある。また、従来技術２のＯ／Ｅ変換器１２は、サンプリング周波数１／（９τ）が通過帯域上限より低くなる必要がある。   FIG. 19 is a conceptual diagram showing an example of a power spectrum after A / D conversion is performed by the A / D converter 21 of the prior arts 1 and 2. The power spectrum shown in FIG. 19 is obtained by A / D converting the output result of the O / E converter 12 by the A / D converter 21. The O / E converter 12 needs to have a pass band in which the received pulsed light can be separated. For example, in the O / E converter 12 of the prior art 1, the sampling frequency 1 / (3τ) needs to be lower than the upper limit of the passband. Further, in the O / E converter 12 of the conventional technique 2, the sampling frequency 1 / (9τ) needs to be lower than the upper limit of the passband.

ここで、パルス光がサンプリングされると、サンプリングによる折り返し現象が生じることがある。このため、ビートと側波帯（上側波帯及び下側波帯）や光アンプ７等で発生した雑音が、Ｏ／Ｅ変換器１２の通過帯域全体にわたって多数発生することとなる。このとき、折り返しで発生するビートと側波帯は、光ファイバコイルの周波数特性による制限で、復調する帯域までは影響しにくい。これに対して、光アンプ７等で発生した雑音は、周波数帯域が広い。よって、Ｏ／Ｅ変換器１２の通過帯域全体にわたって、折り返しが多数重なることとなる。これにより、復調する帯域の雑音を増加させていた。   Here, when pulsed light is sampled, a folding phenomenon may occur due to sampling. For this reason, beats and sidebands (upper sideband and lower sideband), noise generated in the optical amplifier 7 and the like are generated in large numbers throughout the passband of the O / E converter 12. At this time, beats and sidebands generated by folding are limited by the frequency characteristics of the optical fiber coil and hardly affect the band to be demodulated. In contrast, noise generated by the optical amplifier 7 or the like has a wide frequency band. Therefore, a large number of turns are overlapped over the entire pass band of the O / E converter 12. Thereby, the noise of the band to demodulate was increased.

また、従来技術２に示すように時分割多重した場合、多重化する信号が多くなるにつれ、サンプリング周波数を低くすることになる。そのため、サンプリング周波数が低くなった分だけ折り返し雑音が増加してしまう。このような場合には、使用上許容できる雑音レベルを超えないように多重化の数が制限を受けており、復調する帯域の雑音も増加させていた。   In addition, when time-division multiplexing is performed as shown in Prior Art 2, the sampling frequency is lowered as the number of signals to be multiplexed increases. Therefore, aliasing noise increases as the sampling frequency is lowered. In such a case, the number of multiplexing is limited so as not to exceed a noise level that is acceptable for use, and the noise of the band to be demodulated is also increased.

以上のことから、従来技術１、２では、折り返し雑音を低減することにより、復調する帯域の雑音を低減することができないという問題点があった。   From the above, the prior arts 1 and 2 have a problem that the noise of the band to be demodulated cannot be reduced by reducing the aliasing noise.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、折り返し雑音を低減することにより、復調する帯域の雑音を低減することができる干渉型光ファイバセンサを提供するものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an interference type optical fiber sensor that can reduce noise in a demodulated band by reducing aliasing noise. .

本発明の干渉型光ファイバセンサは、パルス光を出力する光源と、特定の周波数の信号を発生する変調信号発生器と、入力された前記パルス光を前記特定の周波数だけシフトする光周波数シフタと、前記光周波数シフタでシフトされた複数のパルス光を重畳する光カプラと、前記光カプラから出力されたパルス光の位相を、測定信号に基づいて変調して出力することで、前記測定信号を検出するセンシングファイバと、前記センシングファイバから出力された信号から、測定信号を検知する復調器と、を備え、各前記変調信号発生器は、１つのセンシングファイバで検出された信号が、周波数の異なる複数のビートにそれぞれ含まれるように、互いに異なる周波数を発生させ、前記光カプラは、前記変調信号発生器から出力された前記互いに異なる周波数に基づいて前記光周波数シフタでシフトされたパルス光を重畳し、前記センシングファイバで検出された信号を含むビートを発生させるものである。   The interference type optical fiber sensor of the present invention includes a light source that outputs pulsed light, a modulation signal generator that generates a signal of a specific frequency, an optical frequency shifter that shifts the input pulsed light by the specific frequency, An optical coupler that superimposes a plurality of pulse lights shifted by the optical frequency shifter, and a phase of the pulse light output from the optical coupler is modulated and output based on the measurement signal, thereby outputting the measurement signal. A sensing fiber for detection, and a demodulator for detecting a measurement signal from a signal output from the sensing fiber, each of the modulation signal generators having a frequency different from that of the signal detected by one sensing fiber. Different frequencies are generated so as to be included in each of a plurality of beats, and the optical couplers output the modulated signal generators from each other. Made based on the frequency superimposed pulsed light is shifted by the optical frequency shifter, it is intended to generate a beat that contains the signal detected by the sensing fiber.

本発明は、折り返し雑音を低減することにより、復調する帯域の雑音を低減することができるという効果を有する。   The present invention has an effect that noise in a demodulated band can be reduced by reducing aliasing noise.

本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the optical frequency of the pulsed light in Embodiment 1 of this invention, and its timing. 本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。It is a figure which shows the pulse waveform explaining operation | movement of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１におけるＩA、ＩB、ＩCをＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの概念図である。I A in the first embodiment of the present invention, I B, is a conceptual view of the power spectrum after the I C was converted A / D. 本発明の実施の形態２における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the optical frequency of the pulsed light in Embodiment 3 of this invention, and its timing. 本発明の実施の形態３における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。It is a figure which shows the pulse waveform explaining operation | movement of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３におけるＩA、ＩB、ＩCをＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの概念図である。I A in the third embodiment of the present invention, I B, is a conceptual view of the power spectrum after the I C was converted A / D. 本発明の実施の形態４における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態４におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the optical frequency of the pulsed light in Embodiment 4 of this invention, and its timing. 本発明の実施の形態４における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。It is a figure which shows the pulse waveform explaining operation | movement of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態５におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the optical frequency of the pulsed light in Embodiment 5 of this invention, and its timing. 本発明の実施の形態５における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。It is a figure which shows the pulse waveform explaining operation | movement of the interference type optical fiber sensor in Embodiment 5 of this invention. 非特許文献１に示された方式（以下、従来技術１と称する）の説明図である。It is explanatory drawing of the system (henceforth the prior art 1) shown by the nonpatent literature 1. FIG. 非特許文献２に示された方式（以下、従来技術２と称する）を示す図である。It is a figure which shows the system (henceforth the prior art 2) shown by the nonpatent literature 2. FIG. 従来技術２の干渉型光ファイバセンサ内を伝搬するパルス光のパルス波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pulse waveform of the pulsed light which propagates the inside of the interference type optical fiber sensor of the prior art 2. FIG. 従来技術１、２のＡ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the power spectrum after A / D-converting with the A / D converter 21 of the prior art 1,2.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施の形態１．
（構成の説明）
図１は、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。まず、干渉型光ファイバセンサの構成について説明する。干渉型光ファイバセンサは、パルス光源２、光カプラ３、変調信号発生器２０１、変調信号発生器２０２、光周波数シフタ２１１、光周波数シフタ２１２、遅延補償ファイバ５、光カプラ６、光アンプ７、光カプラ８、センシングファイバ９、ミラー１０、ミラー１１、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｏ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）変換器１２、及び復調器１３等を備えている。復調器１３は、Ａ／Ｄ変換器２１、参照信号発生器９１、参照信号発生器９２、参照信号発生器９３、参照信号発生器９４、参照信号発生器９５、参照信号発生器９６、乗算器１０１、乗算器１０２、乗算器１０３、乗算器１０４、乗算器１０５、乗算器１０６、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１１１、ＬＰＦ１１２、ＬＰＦ１１３、ＬＰＦ１１４、ＬＰＦ１１５、ＬＰＦ１１６、逆正接演算器１２１、逆正接演算器１２２、逆正接演算器１２３、不連続点補償演算器１３１、不連続点補償演算器１３２、不連続点補償演算器１３３及び加算器２２１を備えている。 Embodiment 1 FIG.
(Description of configuration)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the interference optical fiber sensor according to Embodiment 1 of the present invention. First, the configuration of the interference type optical fiber sensor will be described. The interference type optical fiber sensor includes a pulse light source 2, an optical coupler 3, a modulation signal generator 201, a modulation signal generator 202, an optical frequency shifter 211, an optical frequency shifter 212, a delay compensation fiber 5, an optical coupler 6, an optical amplifier 7, An optical coupler 8, a sensing fiber 9, a mirror 10, a mirror 11, an O / E (Opto / Electronics) converter 12, a demodulator 13, and the like are provided. The demodulator 13 includes an A / D converter 21, a reference signal generator 91, a reference signal generator 92, a reference signal generator 93, a reference signal generator 94, a reference signal generator 95, a reference signal generator 96, and a multiplier. 101, multiplier 102, multiplier 103, multiplier 104, multiplier 105, multiplier 106, LPF (Low Pass Filter) 111, LPF 112, LPF 113, LPF 114, LPF 115, LPF 116, arc tangent calculator 121, arc tangent calculator 121 122, an arctangent calculator 123, a discontinuous point compensation calculator 131, a discontinuous point compensation calculator 132, a discontinuous point compensation calculator 133, and an adder 221.

パルス光源２は、一定波長のパルス光を生成し、光カプラ３に入射させるものである。光カプラ３、６、８は、入射したパルス光を分岐したり、一つに重畳したりするものである。変調信号発生器２０１、２０２は、特定の周波数の信号を発生させるものである。光周波数シフタ２１１、２１２は、変調信号発生器２０１、２０２から入力された特定の周波数の信号に基づいて、周波数をシフトするものである。遅延補償ファイバ５は、遅延時間差を補償するものである。   The pulsed light source 2 generates pulsed light having a constant wavelength and makes it incident on the optical coupler 3. The optical couplers 3, 6, and 8 branch incident light beams or superimpose them into one. The modulation signal generators 201 and 202 generate signals having a specific frequency. The optical frequency shifters 211 and 212 shift the frequency based on a signal having a specific frequency input from the modulation signal generators 201 and 202. The delay compensation fiber 5 compensates for the delay time difference.

光アンプ７は、入力されたパルス光を増幅し、光カプラ８に入力するものである。センシングファイバ９は、加わる物理量により歪みが生じるものであり、これによりセンシングファイバを通過する光が位相変調される。このため、センシングファイバ９は、測定する物理量に応じて、その物理量の変動を検知することができる。ミラー１０、１１は、入射光を反射するものである。Ｏ／Ｅ変換器１２は、パルス光の信号を光電変換することで、電気信号を生成するものである。復調器１３は、入力される電気信号に基づいて復調を行うものであり、位相φ（ｔ）を算出するものである。すなわち、復調器１３は、センシングファイバ９からの干渉光に基づいて、物理量に対応する測定信号を検知するものである。   The optical amplifier 7 amplifies the input pulsed light and inputs it to the optical coupler 8. The sensing fiber 9 is distorted by the added physical quantity, and thereby the light passing through the sensing fiber is phase-modulated. For this reason, the sensing fiber 9 can detect the change of the physical quantity according to the physical quantity to be measured. The mirrors 10 and 11 reflect incident light. The O / E converter 12 generates an electric signal by photoelectrically converting a pulsed light signal. The demodulator 13 demodulates based on the input electric signal and calculates the phase φ (t). That is, the demodulator 13 detects the measurement signal corresponding to the physical quantity based on the interference light from the sensing fiber 9.

Ａ／Ｄ変換器２１は、アナログ信号をデジタル信号に変換するものである。参照信号発生器９１〜９６は、δ関数に基づいて、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を所定の間隔でサンプリングするタイミング信号と位相復調のための参照信号を発生するものである。乗算器１０１〜１０６は、Ａ／Ｄ変換器２１の出力信号と、参照信号発生器９１〜９６の出力信号とを乗算することにより、必要な信号をサンプリングすると同時に位相復調のための参照信号を乗算するものである。ＬＰＦ１１１〜１１６は、乗算器１０１〜１０６の出力信号の高周波成分をカットするものである。逆正接演算器１２１〜１２３は、位相を求めるものである。不連続点補償演算器１３１〜１３３は、逆正接演算で発生する不連続点を補間するものである。加算器２２１は、不連続点補償演算器１３１〜１３３を加算することにより、［ΔA（ｔ）＋ΔB（ｔ）＋ΔC（ｔ）］Φ（ｔ）を出力するものである。 The A / D converter 21 converts an analog signal into a digital signal. The reference signal generators 91 to 96 generate a timing signal for sampling an A / D converted digital signal at a predetermined interval and a reference signal for phase demodulation based on the δ function. The multipliers 101 to 106 multiply the output signal of the A / D converter 21 and the output signals of the reference signal generators 91 to 96, thereby sampling a necessary signal and simultaneously generating a reference signal for phase demodulation. Multiply. The LPFs 111 to 116 cut high frequency components of the output signals of the multipliers 101 to 106. The arc tangent calculators 121 to 123 determine the phase. The discontinuous point compensation calculators 131 to 133 interpolate discontinuous points generated by arctangent calculation. The adder 221 outputs [Δ A (t) + Δ B (t) + Δ C (t)] Φ (t) by adding the discontinuous point compensation calculators 131 to 133.

次に、干渉型光ファイバセンサ内でのパルス光の伝搬経路について説明する。まず、伝搬経路中にある各経路点について説明する。経路点Ａは、パルス光源２と、光カプラ３との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｂは、光カプラ６と、光周波数シフタ２１１との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｃは、光カプラ６と、遅延補償ファイバ５との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｄは、光アンプ７と、光カプラ８との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。経路点Ｅは、ミラー１０に位置するパルス波形の経路点を示すものである。経路点Ｆは、ミラー１１に位置するパルス波形の経路点を示すものである。経路点Ｇは、光カプラ８と、Ｏ／Ｅ変換器１２との間のパルス波形の伝搬経路内に位置する経路点を示すものである。   Next, the propagation path of pulsed light in the interference type optical fiber sensor will be described. First, each path point in the propagation path will be described. The path point A indicates a path point located in the propagation path of the pulse waveform between the pulse light source 2 and the optical coupler 3. The path point B indicates a path point located in the propagation path of the pulse waveform between the optical coupler 6 and the optical frequency shifter 211. A path point C indicates a path point located in the propagation path of the pulse waveform between the optical coupler 6 and the delay compensation fiber 5. A path point D indicates a path point located in a propagation path of a pulse waveform between the optical amplifier 7 and the optical coupler 8. A path point E indicates a path point of a pulse waveform located on the mirror 10. A path point F indicates a path point of a pulse waveform located on the mirror 11. A path point G indicates a path point located in a propagation path of a pulse waveform between the optical coupler 8 and the O / E converter 12.

パルス光源２から出力される光周波数νのパルス光は、光カプラ３で２つに分岐される。光カプラ３で２つに分岐されたパルス光のうち、一方のパルス光は、光周波数シフタ２１１と光カプラ６とを通過する。そして、光カプラ６を通過したパルス光は、光アンプ７で増幅される。このとき、パルス光は、経路ＡＢＤを伝搬したことになる。ここで、光周波数シフタ２１１は、変調信号発生器２０１から周波数ｆf（ｔ）の信号を受けたとき、光の周波数をｆf（ｔ）シフトするものである。そのため、光カプラ６には、光周波数ν＋ｆf（ｔ）のパルス光が入力される。 The pulsed light having the optical frequency ν output from the pulsed light source 2 is branched into two by the optical coupler 3. One of the pulse lights branched into two by the optical coupler 3 passes through the optical frequency shifter 211 and the optical coupler 6. The pulsed light that has passed through the optical coupler 6 is amplified by the optical amplifier 7. At this time, the pulsed light has propagated along the path ABD. Here, the optical frequency shifter 211 shifts the frequency of light by f f (t) when receiving a signal of frequency f f (t) from the modulation signal generator 201. Therefore, pulsed light having an optical frequency ν + f f (t) is input to the optical coupler 6.

光カプラ３で２つに分岐されたパルス光のうち、もう一方のパルス光は、光周波数シフタ２１２と遅延補償ファイバ５とを順に通過する。そして、光カプラ６を通過したパルス光は、光アンプ７で増幅される。このとき、パルス光は、経路ＡＣＤを伝搬したことになる。ここで、光周波数シフタ２１２は、変調信号発生器２０２から周波数ｆb（ｔ）の信号を受けたとき、光の周波数をｆb（ｔ）シフトするものである。そのため、光カプラ６には、光周波数ν＋ｆb（ｔ）のパルス光が入力される。 Of the pulse light branched into two by the optical coupler 3, the other pulse light passes through the optical frequency shifter 212 and the delay compensation fiber 5 in order. The pulsed light that has passed through the optical coupler 6 is amplified by the optical amplifier 7. At this time, the pulsed light has propagated through the path ACD. Here, the optical frequency shifter 212 shifts the frequency of light by f b (t) when receiving a signal of frequency f b (t) from the modulation signal generator 202. Therefore, pulsed light having an optical frequency ν + f b (t) is input to the optical coupler 6.

経路点Ｄを通過したパルス光は、光カプラ８で２つに分岐される。光カプラ８で分岐されたパルス光のうち、一方のパルス光は、ミラー１０で反射される。ミラー１０で反射されたパルス光は、再び光カプラ８を通過する。そして、光カプラ８を再度通過したパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力される。このとき、パルス光は経路ＤＥＧを伝搬したことになる。   The pulsed light that has passed through the path point D is branched into two by the optical coupler 8. One of the pulse lights branched by the optical coupler 8 is reflected by the mirror 10. The pulsed light reflected by the mirror 10 passes through the optical coupler 8 again. Then, the pulsed light that has passed through the optical coupler 8 again is input to the O / E converter 12. At this time, the pulsed light has propagated through the path DEG.

光カプラ８で分岐されたパルス光のうち、もう一方のパルス光は、センシングファイバ９を通過する。次に、センシングファイバ９を通過したパルス光は、ミラー１１で反射される。ミラー１１で反射されたパルス光は、再び、センシングファイバ９と、光カプラ８とを通過する。そして、光カプラ８を再度通過したパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２に入力される。このとき、パルス光は経路ＤＦＧを伝搬したことになる。ここで、パルス光がセンシングファイバ９を往復するとき、信号φ（ｔ）で光の位相が変調されることとなる。なお、図１においては、信号φ（ｔ）の（ｔ）を省略して図示することとした。   Of the pulsed light branched by the optical coupler 8, the other pulsed light passes through the sensing fiber 9. Next, the pulsed light that has passed through the sensing fiber 9 is reflected by the mirror 11. The pulsed light reflected by the mirror 11 passes through the sensing fiber 9 and the optical coupler 8 again. Then, the pulsed light that has passed through the optical coupler 8 again is input to the O / E converter 12. At this time, the pulsed light has propagated through the path DFG. Here, when the pulsed light reciprocates through the sensing fiber 9, the phase of the light is modulated by the signal φ (t). In FIG. 1, (t) of the signal φ (t) is omitted from the illustration.

次に、干渉型光ファイバセンサの要部構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサは、光カプラ３で分岐したパルス光の両方が、周波数シフト可能な構成となっている。具体的には、光カプラ３で分岐したパルス光のうち、一方のパルス光は、光周波数シフタ２１１に入力される。光カプラ３で分岐したパルス光のうち、もう一方のパルス光は、光周波数シフタ２１２に入力される。   Next, the configuration of the main part of the interference type optical fiber sensor will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the interference optical fiber sensor according to Embodiment 1 of the present invention has a configuration in which both of the pulsed light branched by the optical coupler 3 can be shifted in frequency. Specifically, one of the pulse lights branched by the optical coupler 3 is input to the optical frequency shifter 211. Of the pulsed light branched by the optical coupler 3, the other pulsed light is input to the optical frequency shifter 212.

光周波数シフタ２１１には、変調信号発生器２０１が接続されている。光周波数シフタ２１１は、入力されたパルス光を所定の周波数だけシフトするものである。そのシフトする周波数は、変調信号発生器２０１から光周波数シフタ２１１に入力される。例えば、変調信号発生器２０１から光周波数シフタ２１１に周波数ｆf（ｔ）が入力されたと想定する。このとき、パルス光源２からは、光カプラ３を介して光周波数シフタ２１１に光周波数νのパルス光が入力されている。よって、光周波数シフタ２１１に入力されたパルス光は、その周波数が周波数ν＋ｆf（ｔ）だけシフトされて出力されることになる。 A modulation signal generator 201 is connected to the optical frequency shifter 211. The optical frequency shifter 211 shifts the input pulsed light by a predetermined frequency. The frequency to be shifted is input from the modulation signal generator 201 to the optical frequency shifter 211. For example, it is assumed that the frequency f f (t) is input from the modulation signal generator 201 to the optical frequency shifter 211. At this time, pulsed light having an optical frequency ν is input from the pulsed light source 2 to the optical frequency shifter 211 via the optical coupler 3. Therefore, the pulsed light input to the optical frequency shifter 211 is output with its frequency shifted by the frequency ν + f f (t).

一方、光周波数２１２には、変調信号発生器２０２が接続されている。光周波数シフタ２１２は、入力されたパルス光を所定の周波数だけシフトするものである。そのシフトする周波数は、変調信号発生器２０２から光周波数シフタ２１２に入力される。例えば、変調信号発生器２０２から光周波数シフタ２１２に周波数ｆb（ｔ）が入力されたと想定する。このとき、パルス光源２からは、光カプラ３を介して光周波数シフタ２１２に光周波数νのパルス光が入力されている。よって、光周波数シフタ２１２に入力されたパルス光は、その周波数が周波数ν＋ｆb（ｔ）だけシフトされて出力されることになる。 On the other hand, a modulation signal generator 202 is connected to the optical frequency 212. The optical frequency shifter 212 shifts the input pulsed light by a predetermined frequency. The frequency to be shifted is input from the modulation signal generator 202 to the optical frequency shifter 212. For example, it is assumed that the frequency f b (t) is input from the modulation signal generator 202 to the optical frequency shifter 212. At this time, pulsed light having an optical frequency ν is input from the pulsed light source 2 to the optical frequency shifter 212 via the optical coupler 3. Therefore, the pulsed light input to the optical frequency shifter 212 is output with its frequency shifted by the frequency ν + f b (t).

また、１つのセンシングファイバ９に対して、参照信号発生器９１〜９６、乗算器１０１〜１０６、ＬＰＦ１１１〜１１６、逆正接演算器１２１〜１２３、及び不連続点補償演算器１３１〜１３３が用いられている。そして、不連続点補償演算器１３１〜１３３の出力は、加算器２２１で加算される。   For one sensing fiber 9, reference signal generators 91 to 96, multipliers 101 to 106, LPFs 111 to 116, arc tangent calculators 121 to 123, and discontinuous point compensation calculators 131 to 133 are used. ing. Then, the outputs of the discontinuous point compensation calculators 131 to 133 are added by the adder 221.

すなわち、参照信号発生器９１、９２、乗算器１０１、１０２、ＬＰＦ１１１、１１２、逆正接演算器１２１、及び不連続点補償演算器１３１が一つの組となる。また、参照信号発生器９３、９４、乗算器１０３、１０４、ＬＰＦ１１３、１１４、逆正接演算器１２２、及び不連続点補償演算器１３２が一つの組となる。また、参照信号発生器９５、９６、乗算器１０５、１０６、ＬＰＦ１１５、１１６、逆正接演算器１２３、及び不連続点補償演算器１３３が一つの組となる。よって、１つのセンシングファイバ９でセンシングされた信号φは、これらの組でそれぞれ演算されることで、信号φがセンシングされることになる。   That is, the reference signal generators 91 and 92, the multipliers 101 and 102, the LPFs 111 and 112, the arc tangent calculator 121, and the discontinuous point compensation calculator 131 form one set. The reference signal generators 93 and 94, the multipliers 103 and 104, the LPFs 113 and 114, the arc tangent calculator 122, and the discontinuous point compensation calculator 132 form one set. Further, the reference signal generators 95 and 96, the multipliers 105 and 106, the LPFs 115 and 116, the arctangent calculator 123, and the discontinuous point compensation calculator 133 form one set. Therefore, the signal φ sensed by one sensing fiber 9 is calculated by each of these sets, whereby the signal φ is sensed.

次に、干渉型光ファイバセンサ内を伝搬するパルス光のパルス波形と、光周波数シフタ２１１、２１２で周波数シフトされるパルス光の周波数との相関関係について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。パルス光源２の出力波形であるパルス光と、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波とは、同期が取れている。すなわち、光周波数シフタ２１１、２１２が出力するパルス光の周波数は、パルス光源２のパルス光の出力タイミングに合わせて、ステップ状にその大きさを変化させる。   Next, the correlation between the pulse waveform of the pulsed light propagating through the interference type optical fiber sensor and the frequency of the pulsed light shifted in frequency by the optical frequency shifters 211 and 212 will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the optical frequency of pulsed light and its timing in Embodiment 1 of the present invention. The pulsed light that is the output waveform of the pulsed light source 2 and the substantially rectangular waves of the optical frequency shifters 211 and 212 are synchronized. That is, the frequency of the pulsed light output from the optical frequency shifters 211 and 212 is changed stepwise in accordance with the pulsed light output timing of the pulsed light source 2.

図２に示すように、横軸は時間であり、縦軸は、光周波数である。そして、３τごとにステップ状の周波数の変動は元に戻る。つまり、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波の周期は３τであり、周波数は１／（３τ）である。また、パルス光源２から出力されるパルス光は、光周波数シフタ２１１、２１２に到達する順番に数字が付与されている。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、・・・のように昇順に番号が付与されている。   As shown in FIG. 2, the horizontal axis is time, and the vertical axis is optical frequency. Then, the step-like frequency fluctuation is restored every 3τ. That is, the period of the substantially rectangular wave of the optical frequency shifters 211 and 212 is 3τ, and the frequency is 1 / (3τ). The pulse light output from the pulse light source 2 is given a number in the order of arrival at the optical frequency shifters 211 and 212. For example, numbers are assigned in ascending order such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,.

ここで、ｆf1−ｆb1の差を１とする。すなわち、（ν＋ｆb1）−（ν＋ｆf1）の差を１と想定する。次に、ｆf2−ｆb2の差を３とする。すなわち、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）の差を３とする。また、ｆf3−ｆb3の差を５とする。すなわち、（ν＋ｆf3）−（ν＋ｆb3）の差を５とする。また、ｆb3−ｆf2の差及びｆb2−ｆf1の差がそれぞれ７とする。すなわち、（ν＋ｆb3）−（ν＋ｆf2）の差を７とし、（ν＋ｆb2）−（ν＋ｆf1）の差を７とする。また、ｆf1−ｆb1は周波数１／（３τ）の１／３０とする。すなわち、（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）の差を１／（３τ）の１／３０とする。このように、１、３、５、７ととびとびの値で出力周波数の大きさの割合を設定するのは、折り返し雑音を低減させるためである。すなわち、エイリアシングを発生させないようにするために、とびとびの値が設定されるのである。なお、１、３、５、７といった数字は、一例を示すものであり、これに限定されるものではない。 Here, the difference of f f1 −f b1 is set to 1. That is, the difference of (ν + f b1 ) − (ν + f f1 ) is assumed to be 1. Next, the difference of f f2 −f b2 is set to 3. That is, the difference of (ν + f f2 ) − (ν + f b2 ) is set to 3. Further, the difference of f f3 −f b3 is set to 5. That is, a difference of (ν + f f3 ) − (ν + f b3 ) is set to 5. The difference between f b3 −f f2 and the difference between f b2 −f f1 are 7 respectively. That is, a difference of (ν + f b3 ) − (ν + f f2 ) is set to 7, and a difference of (ν + f b2 ) − (ν + f f1 ) is set to 7. Further, f f1 −f b1 is 1/30 of the frequency 1 / (3τ). That is, the difference of (ν + f f1 ) − (ν + f b1 ) is 1/30 of 1 / (3τ). The reason why the ratio of the magnitude of the output frequency is set by the discrete values 1, 3, 5, 7 is to reduce aliasing noise. That is, a discrete value is set so as not to cause aliasing. Numbers such as 1, 3, 5, and 7 are examples, and are not limited thereto.

なお、図２において、周波数のパラメータｔの記載については、省略することとする。   In FIG. 2, description of the frequency parameter t is omitted.

次に、Ｏ／Ｅ変換器１２の帯域幅は、受光したパルス列の分別が可能な範囲にし、他のパルスからの漏れ込みが問題とならない範囲にし、帯域幅の狭いものを用いることとする。ここで、復調器１３の参照信号発生器９１、９２のΔA（ｔ）、復調器１３の参照信号発生器９３、９４のΔB（ｔ）、及び復調器１３の参照信号発生器９５、９６のΔC（ｔ）は、次式（６）〜（８）で表される。 Next, the bandwidth of the O / E converter 12 is set to a range in which the received pulse train can be separated, a range in which leakage from other pulses does not cause a problem, and a bandwidth having a narrow bandwidth is used. Here, Δ A (t) of the reference signal generators 91 and 92 of the demodulator 13, Δ B (t) of the reference signal generators 93 and 94 of the demodulator 13, and the reference signal generator 95 of the demodulator 13, Δ C (t) of 96 is expressed by the following equations (6) to (8).

Figure 2013181789
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Figure 2013181789
Figure 2013181789

Figure 2013181789
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（動作の説明）
図３は、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。図３に示すように、経路点Ａを通過するパルス光については、パルス光源２から出力される順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、各パルス光の光周波数についても、νというように付与されている。 (Description of operation)
FIG. 3 is a diagram showing a pulse waveform for explaining the operation of the interference optical fiber sensor according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 3, for the pulsed light that passes through the path point A, the numbers are given in ascending order as 1, 2, 3, 4,. The optical frequency of each pulsed light is also given as ν.

また、経路点ＡＢを通過するパルス光については、経路点ＡＢを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢを通過するパルス光の光周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。 For the pulsed light passing through the path point AB, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point AB in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Also, the optical frequencies of the pulsed light passing through the path point AB are given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3,.

また、経路点ＡＣを通過するパルス光については、経路点ＡＣを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣを通過するパルス光の光周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣには、経路点ＡＢと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣでは、パルス光は、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point AC, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point AC in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Also, the optical frequencies of the pulsed light passing through the path point AC are given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3,. Note that the pulsed light is input to the path point AC with a delay of τ compared to the path point AB. This is because the pulsed light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point AC.

また、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。 For the pulsed light that passes through the path point ABDEG, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDEG in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDEG is also given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,.

また、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦＧには、経路点ＡＢＤＥＧと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦＧでは、パルス光が、センシングファイバ９を通過するためである。 For the pulsed light passing through the path point ABDFG, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point ABDFG in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ABDFG are also given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ABDFG with a delay of τ compared to the path point ABDEG. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 9 at the path point ABDFG.

また、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥＧには、経路点ＡＢＤＥＧと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥＧでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDEG, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDEG in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ACDEG are also given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDEG with a delay of τ compared to the path point ABDEG. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDEG.

また、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦＧには、経路点ＡＢＤＦＧ、経路点ＡＣＤＥＧと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦＧでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ９とを通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDFG, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDFG in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Also, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ACDFG are given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDFG with a delay of 2τ compared to the path point ABDFG and the path point ACDEG. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 9 at the path point ACDFG.

また、ここでは、遅延補償ファイバ５による遅延時間と、センシングファイバ９による遅延時間とは、同じであるとする。例えば、遅延時間はτである。これにより、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・と、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・とは同期することになる。よって、正確に（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）、（ν＋ｆf3）−（ν＋ｆb3）等を求めることができる。よって、経路点Ｇでは、始動直後の４つのパルス光を除くと、パルス光は、ＩA、ＩB、ＩCの３種類となり、ＩA、ＩB、ＩC、ＩA、ＩB、・・・と続いていくことになる。 Here, it is assumed that the delay time by the delay compensation fiber 5 and the delay time by the sensing fiber 9 are the same. For example, the delay time is τ. As a result, ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,... Are synchronized with ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3,. Therefore, (ν + f f1 ) − (ν + f b1 ), (ν + f f2 ) − (ν + f b2 ), (ν + f f3 ) − (ν + f b3 ), etc. can be obtained accurately. Therefore, at the path point G, except for the four pulse lights immediately after the start, there are three kinds of pulse lights I A , I B , I C , and I A , I B , I C , I A , I B , ... and will continue.

図４は、本発明の実施の形態１におけるＩA、ＩB、ＩCをＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの概念図である。ＩAの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf1−ｆb1である。すなわち、ＩAでは、中心周波数ｆf1−ｆb1のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。また、ＩBの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf2−ｆb2である。すなわち、ＩBでは、中心周波数ｆf2−ｆb2のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。また、ＩCの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf3−ｆb3である。すなわち、ＩCでは、中心周波数ｆf3−ｆb3のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。復調器１３は、ＩA、ＩB、ＩCのそれぞれから信号φ（ｔ）を復調し、加算器２２１で加算後に出力する。 FIG. 4 is a conceptual diagram of a power spectrum after A / D conversion is performed on I A , I B , and I C according to Embodiment 1 of the present invention. For I A, the center frequency of the beat and sidebands containing the signal detected by the sensing fiber 9 is a f f1 -f b1. That is, in I A , the signal φ (t) is modulated to the beat having the center frequency f f1 −f b1 . Also, in the case of I B, the center frequency of the beat and sidebands containing the signal detected by the sensing fiber 9 is a f f2 -f b2. That is, in I B , the signal φ (t) is modulated to the beat having the center frequency f f2 −f b2 . In the case of I C , the center frequency of the beat and the sideband including the signal detected by the sensing fiber 9 is f f3 −f b3 . That is, in I C , the signal φ (t) is modulated to the beat having the center frequency f f3 −f b3 . The demodulator 13 demodulates the signal φ (t) from each of I A , I B , and I C and outputs the result after addition by the adder 221.

（効果の説明）
周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリングの数を増やして合成することにより、折り返し雑音を低減することができる。これは、合成する信号には相関があり、雑音は無相関であることから得られる効果である。具体的には、相関がある合成する信号同士は、信号が強め合う度合いが大きい。一方、無相関である雑音同士は、信号が強め合う度合いが小さい。よって、合成する信号と、雑音とは、相関関係の有無により、相対的に大きな差が生じることとなる。つまり、雑音が低減されることになる。 (Explanation of effect)
By generating a plurality of beats having different frequencies and combining them by increasing the number of samplings, aliasing noise can be reduced. This is an effect obtained because the signals to be combined are correlated and the noise is uncorrelated. Specifically, signals to be combined with correlation have a large degree of signal reinforcement. On the other hand, uncorrelated noise has a small degree of signal reinforcement. Therefore, a relatively large difference occurs between the signal to be synthesized and the noise depending on the presence or absence of the correlation. That is, noise is reduced.

出力波形では、従来技術１と同じ帯域幅のフィルタに通すことにより雑音低減効果を確認することができる。さらに、サンプリングを細かくしたことにより、例えば、信号のタイミングを精密に測る必要がある用途では、従来よりも細かく測ることができる。   In the output waveform, the noise reduction effect can be confirmed by passing the filter through the filter having the same bandwidth as that of the prior art 1. Further, by making the sampling finer, for example, in an application where the timing of the signal needs to be measured precisely, it can be measured more finely than in the past.

本実施の形態１では、経路が異なる多くのパルス光が干渉する。しかし、図４に示されるように、ｆf1−ｆb1はＩAでのみ発生する。ｆf2−ｆb2はＩBでのみ発生する。ｆf3−ｆb3はＩCでのみ発生する。よって、Ｏ／Ｅ変換器の帯域制限で他のパルス光の成分が、復調するパルス光に多少漏れ込んだとしても、復調出力への影響を少なくすることができる。 In the first embodiment, many pulse lights having different paths interfere with each other. However, as shown in FIG. 4, f f1 -f b1 occurs only at I A. f f2 −f b2 occurs only at I B. f f3 −f b3 occurs only at I C. Therefore, even if other pulse light components leak into the pulse light to be demodulated to some extent due to the band limitation of the O / E converter, the influence on the demodulated output can be reduced.

発生するビートを全て復元するには、標本化定理により、１／（３τ）≧２×２４（ｆf1−ｆb1）にすることになる。本実施の形態１では、図４に示されるように、復調する３つの周波数が、低い側から順に３つとなる。また、折り返しで発生したビートの最も低い周波数は、復調する帯域に重ならない限界のｆf1−ｆb1の７倍になる。つまり、折り返しが発生したとき、復調に使う帯域には折り返しで発生したビートと側波帯が入らないように、復調に使わないビートと側波帯の帯域には折り返しで発生したビートと側波帯が重なるようにする。これにより、サンプリング周波数は低くなり、その分、Ｏ／Ｅ変換器の帯域幅は狭くなる。帯域幅が狭くなれば、折り返しが多数重なることにはならないため、折り返し雑音を抑制することができる。 In order to restore all the generated beats, 1 / (3τ) ≧ 2 × 24 (f f1 −f b1 ) according to the sampling theorem. In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the three frequencies to be demodulated are three in order from the lowest side. Further, the lowest frequency of beats generated by folding is seven times the limit f f1 −f b1 that does not overlap the band to be demodulated. In other words, when folding occurs, beats and sidebands generated by folding are not used for demodulation and beats and sidebands, so that beats and sidebands generated by folding do not enter the band used for demodulation. Make sure the bands overlap. As a result, the sampling frequency is lowered, and the bandwidth of the O / E converter is reduced accordingly. If the bandwidth is narrow, a large number of aliasing does not overlap, so that aliasing noise can be suppressed.

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。
なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については本発明の実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the interference optical fiber sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
In the second embodiment, items not particularly described are the same as those in the first embodiment of the present invention, and the same functions and configurations are described using the same reference numerals.

（構成の説明）
本実施の形態１との相違点は、参照信号発生器９７、９８の出力が異なること、乗算器１０１、１０２、ＬＰＦ１１１、１１２、逆正接演算器１２１、及び不連続点補償演算器１３１の処理器構成を１組しか使わないこと、加算器２２１を使わないことである。本発明の実施の形態２の参照信号発生器９７の出力は、本発明の実施の形態１の参照信号発生器９１、参照信号発生器９３、及び参照信号発生器９５の各出力を加算した波形としている。また、本発明の実施の形態２の参照信号発生器９８の出力は、本発明の実施の形態１の参照信号発生器９２、参照信号発生器９４、及び参照信号発生器９６の各出力を加算した波形としている。そのために、加算器２２１は不要なのである。 (Description of configuration)
The difference from the first embodiment is that the outputs of the reference signal generators 97 and 98 are different, the processing of the multipliers 101 and 102, the LPFs 111 and 112, the arctangent calculator 121, and the discontinuous point compensation calculator 131. That is, only one set of unit configurations is used, and the adder 221 is not used. The output of the reference signal generator 97 according to the second embodiment of the present invention is a waveform obtained by adding the outputs of the reference signal generator 91, the reference signal generator 93, and the reference signal generator 95 according to the first embodiment of the present invention. It is said. The output of the reference signal generator 98 according to the second embodiment of the present invention is the sum of the outputs of the reference signal generator 92, the reference signal generator 94, and the reference signal generator 96 according to the first embodiment of the present invention. It has a waveform. Therefore, the adder 221 is not necessary.

（動作の説明）
パルス光源２の出力から復調器１３のＡ／Ｄ変換器の出力までは、本発明の実施の形態１と同様の動作をする。これに対して、参照信号発生器９７及び参照信号発生器９８から出力される波形は、本発明の実施の形態１とは異なる出力となる。具体的には、参照信号発生器９７から出力される波形は、ΔA（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせたものとなるため、正弦波ではなく不連続な波形となる。また、参照信号発生器９８から出力される波形は、ΔA（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせたものとなるため、正弦波ではなく不連続な波形となる。 (Description of operation)
From the output of the pulse light source 2 to the output of the A / D converter of the demodulator 13, the same operation as in the first embodiment of the present invention is performed. On the other hand, the waveforms output from the reference signal generator 97 and the reference signal generator 98 are different from those in the first embodiment of the present invention. Specifically, the waveforms output from the reference signal generator 97 are Δ A (t) sin 2π (f 1f −f 1b ) t, Δ B (t) sin 2π (f 2f −f 2b ) t, and Δ C. (T) Since three waveforms of sin 2π (f 3f −f 3b ) are superimposed, a discontinuous waveform is obtained instead of a sine wave. The waveforms output from the reference signal generator 98 are Δ A (t) cos 2π (f 1f −f 1b ) t, Δ B (t) cos 2π (f 2f −f 2b ) t, and Δ C (t). Since the three waveforms of cos 2π (f 3f −f 3b ) are superimposed, the waveform is not a sine wave but a discontinuous waveform.

ここで、式（６）〜（８）によると、ΔA（ｔ）とΔB（ｔ）との差は、τであり、ΔB（ｔ）とΔC（ｔ）との差は、τであり、ΔC（ｔ）とΔA（ｔ）との差は、τである。よって、ΔA（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせることで、周期が３τから１τになる。同様に、ΔA（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせることで、周期が３τから１τになる。従って、Ａ／Ｄ変換器２１の出力と、参照信号発生器９７、９８との出力を乗算し、ＬＰＦ１１１、１１２に通した後には、従来技術１と比較して、３倍の周波数でサンプリングした波形が形成される。次いで、逆正接演算器１２１を経て、不連続点補償演算器１３１で出力される波形は、本発明の実施の形態１の加算器２２１で出力される波形と同じ波形が得られることになる。 Here, according to the equations (6) to (8), the difference between Δ A (t) and Δ B (t) is τ, and the difference between Δ B (t) and Δ C (t) is τ, and the difference between Δ C (t) and Δ A (t) is τ. Therefore, three waveforms, Δ A (t) sin 2π (f 1f −f 1b ) t, Δ B (t) sin 2π (f 2f −f 2b ) t, and Δ C (t) sin 2π (f 3f −f 3b ). The period is changed from 3τ to 1τ. Similarly, Δ A (t) cos 2π (f 1f −f 1b ) t, Δ B (t) cos 2π (f 2f −f 2b ) t, and Δ C (t) cos 2π (f 3f −f 3b ) By superimposing the waveforms, the period is changed from 3τ to 1τ. Therefore, after multiplying the output of the A / D converter 21 and the outputs of the reference signal generators 97 and 98 and passing through the LPFs 111 and 112, the sampling is performed at a frequency three times that of the prior art 1. A waveform is formed. Next, the waveform output from the discontinuous point compensation calculator 131 through the arctangent calculator 121 is the same as the waveform output from the adder 221 according to the first embodiment of the present invention.

（効果の説明）
本実施の形態１の復調器１５より簡素な機能構成の復調器１６でありつつも、本実施の形態１と同様の効果が得られる。つまり、ΔA（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｓｉｎ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせた波形を出力する参照信号発生器９７と、ΔA（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ1f−ｆ1b）ｔ、ΔB（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ2f−ｆ2b）ｔ、及びΔC（ｔ）ｃｏｓ２π（ｆ3f−ｆ3b）の３つの波形を重ね合わせた波形を出力する参照信号発生器９８とを用いることにより、復調器１６の他の機能を簡素化することができる。これにより、低コストでありつつも、周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリングの数を増やして合成することにより、折り返し雑音を低減することができる。 (Explanation of effect)
Although the demodulator 16 has a simpler functional configuration than the demodulator 15 of the first embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. That is, three waveforms, Δ A (t) sin 2π (f 1f −f 1b ) t, Δ B (t) sin 2π (f 2f −f 2b ) t, and Δ C (t) sin 2π (f 3f −f 3b ). And a reference signal generator 97 that outputs a waveform obtained by superimposing the waveforms, Δ A (t) cos 2π (f 1f −f 1b ) t, Δ B (t) cos 2π (f 2f −f 2b ) t, and Δ C (t ) Other functions of the demodulator 16 can be simplified by using the reference signal generator 98 that outputs a waveform obtained by superposing the three waveforms of cos 2π (f 3f −f 3b ). Thereby, although it is low-cost, aliasing noise can be reduced by generating a plurality of beats having different frequencies and combining them by increasing the number of samplings.

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。
なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１、２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the interference optical fiber sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
In the third embodiment, items not particularly described are the same as those in the first and second embodiments, and the same functions and configurations are described using the same reference numerals.

（構成の説明）
本実施の形態１、２との相違点は、変調信号発生器２０１、２０２の出力周波数の大きさの割合が異なること、参照信号発生器２３１、２３２の出力波形が異なることである。図７は、本発明の実施の形態３におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。図７に示すように、パルス光源２の出力波形であるパルス光と、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波とは、同期が取れている。すなわち、光周波数シフタ２１１、２１２が出力するパルス光の周波数は、パルス光源２のパルス光の出力タイミングに合わせて、ステップ状にその大きさを変化させる。 (Description of configuration)
The differences from the first and second embodiments are that the ratios of the magnitudes of the output frequencies of the modulation signal generators 201 and 202 are different and the output waveforms of the reference signal generators 231 and 232 are different. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the optical frequency and timing of pulsed light according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 7, the pulse light that is the output waveform of the pulse light source 2 and the substantially rectangular waves of the optical frequency shifters 211 and 212 are synchronized. That is, the frequency of the pulsed light output from the optical frequency shifters 211 and 212 is changed stepwise in accordance with the pulsed light output timing of the pulsed light source 2.

図７に示すように、横軸は時間であり、縦軸は、光周波数である。そして、２τごとにステップ状の周波数の変動は元に戻る。つまり、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波の周期は２τであり、周波数は１／（２τ）である。また、パルス光源２から出力されるパルス光は、光周波数シフタ２１１、２１２に到達する順番に数字が付与されている。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、・・・のように昇順に番号が付与されている。   As shown in FIG. 7, the horizontal axis is time, and the vertical axis is optical frequency. Then, the step-like frequency fluctuation is restored every 2τ. That is, the period of the substantially rectangular wave of the optical frequency shifters 211 and 212 is 2τ, and the frequency is 1 / (2τ). The pulse light output from the pulse light source 2 is given a number in the order of arrival at the optical frequency shifters 211 and 212. For example, numbers are assigned in ascending order such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,.

ここで、ｆf1−ｆb1の差を１とする。すなわち、（ν＋ｆb1）−（ν＋ｆf1）の差を１と想定する。次に、ｆf2−ｆb2の差を３とする。すなわち、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）の差を３とする。また、ｆb2−ｆf1の差を５とする。すなわち、（ν＋ｆb2）−（ν＋ｆf1）の差を５とする。また、ｆf1−ｆb1は周波数１／（３τ）の１／１４とする。すなわち、（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）の差を１／（３τ）の１／１４とする。このように、１、３、５ととびとびの値で出力周波数の大きさの割合を設定するのは、折り返し雑音を低減させるためである。すなわち、エイリアシングを発生させないようにするために、とびとびの値が設定されるのである。なお、１、３、５といった数字は、一例を示すものであり、これに限定されるものではない。 Here, the difference of f f1 −f b1 is set to 1. That is, the difference of (ν + f b1 ) − (ν + f f1 ) is assumed to be 1. Next, the difference of f f2 −f b2 is set to 3. That is, the difference of (ν + f f2 ) − (ν + f b2 ) is set to 3. Further, the difference of f b2 −f f1 is set to 5. That is, the difference of (ν + f b2 ) − (ν + f f1 ) is set to 5. Further, f f1 −f b1 is assumed to be 1/14 of the frequency 1 / (3τ). That is, the difference of (ν + f f1 ) − (ν + f b1 ) is 1/14 of 1 / (3τ). The reason why the ratio of the magnitude of the output frequency is set by the discrete values of 1, 3, 5 is to reduce aliasing noise. That is, a discrete value is set so as not to cause aliasing. Numbers such as 1, 3, and 5 are examples, and are not limited thereto.

換言すれば、各周波数の差が、１、３、及び５の割合になるようにする。なお、図７において、周波数のパラメータｔの記載については、省略することとする。   In other words, the difference between the frequencies is set to a ratio of 1, 3, and 5. In FIG. 7, the description of the frequency parameter t is omitted.

ここで、復調器１３の参照信号発生器２３１、２３２のΔA（ｔ）及びΔB（ｔ）は、次式（９）及び（１０）で表される。 Here, Δ A (t) and Δ B (t) of the reference signal generators 231 and 232 of the demodulator 13 are expressed by the following equations (9) and (10).

Figure 2013181789
Figure 2013181789

Figure 2013181789
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式（９）、（１０）に示されるように周期は２τとなっている。すなわち、サンプリング間隔が、周期３τのときに比べて細かくなっている。   As shown in equations (9) and (10), the period is 2τ. That is, the sampling interval is narrower than when the period is 3τ.

（動作の説明）
図８は、本実施の形態３における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。図８に示すように、経路点Ａを通過するパルス光については、パルス光源２から出力される順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、各パルス光の光周波数についても、νというように付与されている。 (Description of operation)
FIG. 8 is a diagram showing a pulse waveform for explaining the operation of the interference optical fiber sensor according to the third embodiment. As shown in FIG. 8, the numbers of the pulsed light passing through the path point A are given in ascending order of 1, 2, 3, 4,. The optical frequency of each pulsed light is also given as ν.

また、経路点ＡＢを通過するパルス光については、経路点ＡＢを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢを通過するパルス光の光周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。 For the pulsed light passing through the path point AB, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point AB in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Also, the optical frequency of the pulsed light passing through the path point AB is given as ν + f f1 , ν + f f2,.

また、経路点ＡＣを通過するパルス光については、経路点ＡＣを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣを通過するパルス光の光周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣには、経路点ＡＢと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point AC, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point AC in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Also, the optical frequencies of the pulsed light passing through the path point AC are given as ν + f b1 , ν + f b2,. Note that the pulsed light is input to the path point AC with a delay of τ compared to the path point AB. This is because the pulsed light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point AC.

また、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。 For the pulsed light that passes through the path point ABDEG, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDEG in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDEG is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,...

また、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦＧには、経路点ＡＢＤＥＧと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦＧでは、パルス光が、センシングファイバ９を通過するためである。 For the pulsed light passing through the path point ABDFG, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point ABDFG in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDFG is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,... Note that the pulsed light is input to the path point ABDFG with a delay of τ compared to the path point ABDEG. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 9 at the path point ABDFG.

また、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥＧには、経路点ＡＢＤＥＧと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥＧでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDEG, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDEG in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDEG is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDEG with a delay of τ compared to the path point ABDEG. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDEG.

また、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光に順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦＧを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦＧには、経路点ＡＢＤＦＧ、経路点ＡＣＤＥＧと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦＧでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ９とを通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDFG, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDFG in ascending order of 1, 2, 3, 4,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDFG is also given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDFG with a delay of 2τ compared to the path point ABDFG and the path point ACDEG. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 9 at the path point ACDFG.

また、ここでは、遅延補償ファイバ５による遅延時間と、センシングファイバ９による遅延時間とは、同じであるとする。例えば、遅延時間はτである。これにより、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・と、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・とは同期することになる。よって、正確に（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）及び（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）等を求めることができる。よって、経路点Ｇでは、始動直後の４つのパルス光を除くと、パルス光は、ＩA、ＩBの２種類となり、ＩA、ＩB、ＩA、ＩB、・・・と続いていくことになる。 Here, it is assumed that the delay time by the delay compensation fiber 5 and the delay time by the sensing fiber 9 are the same. For example, the delay time is τ. As a result, ν + f f1 , ν + f f2 ,... Are synchronized with ν + f b1 , ν + f b2,. Therefore, (ν + f f1 ) − (ν + f b1 ), (ν + f f2 ) − (ν + f b2 ), etc. can be obtained accurately. Thus, the route point G, except four pulsed light immediately after starting, the pulse light becomes a two I A, I B, I A , I B, I A, I B, followed with ... Will go.

図９は、本発明の実施の形態３におけるＩA、ＩBをＡ／Ｄ変換した後のパワースペクトルの概念図である。ＩAの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf1−ｆb1である。すなわち、ＩAでは、中心周波数ｆf1−ｆb1のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。また、ＩBの場合、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の中心周波数は、ｆf2−ｆb2である。すなわち、ＩBでは、中心周波数ｆf2−ｆb2のビートに信号φ（ｔ）が変調されている。復調器１７は、ＩA、ＩBのそれぞれから信号φ（ｔ）を復調し、復調したものを出力する。 FIG. 9 is a conceptual diagram of a power spectrum after A / D conversion of I A and I B in Embodiment 3 of the present invention. For I A, the center frequency of the beat and sidebands containing the signal detected by the sensing fiber 9 is a f f1 -f b1. That is, in I A , the signal φ (t) is modulated to the beat having the center frequency f f1 −f b1 . Also, in the case of I B, the center frequency of the beat and sidebands containing the signal detected by the sensing fiber 9 is a f f2 -f b2. That is, in I B , the signal φ (t) is modulated to the beat having the center frequency f f2 −f b2 . The demodulator 17 demodulates the signal φ (t) from each of I A and I B and outputs the demodulated signal.

（効果の説明）
本実施の形態１と同様に、周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリングの数を増やしたことにより、折り返し雑音を低減することができる。さらに、式（９）、（１０）に示されるように、サンプリングの間隔をより細かくしたことにより、信号のタイミングを精密に測る必要があるような用途においては、従来よりも細かく測ることができる。 (Explanation of effect)
Similar to the first embodiment, aliasing noise can be reduced by generating a plurality of beats having different frequencies and increasing the number of samplings. Further, as shown in the equations (9) and (10), by making the sampling interval finer, in applications where it is necessary to measure the timing of the signal precisely, it can be measured more finely than in the past. .

また、本実施の形態１よりサンプリング周波数を低くできることにより、本実施の形態１よりもＯ／Ｅ変換器１２の帯域幅を狭くすることができる。これにより、折り返し雑音を抑制することができる。ただし、本発明の実施の形態３においては、復調するパルス光の周波数と同じ周波数のビートが、ＩAとＩBの両方で発生する。具体的には、図９に示されるように、ＩAでは、ｆf1−ｆb1とｆf2−ｆb2が発生している。このうち、ＩAでは、ｆf1−ｆb1が、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の周波数である。また、ＩBでは、ｆf1−ｆb1とｆf2−ｆb2が発生している。このうち、ＩBでは、ｆf2−ｆb2が、センシングファイバ９で検出した信号を含むビートと側波帯の周波数である。よって、Ｏ／Ｅ変換器１２による帯域制限で、復調するパルス光への時間的に前のパルス光の漏れ込みにより、別の雑音が発生しやすくなることがある。 Further, since the sampling frequency can be made lower than that in the first embodiment, the bandwidth of the O / E converter 12 can be made narrower than that in the first embodiment. Thereby, aliasing noise can be suppressed. However, in Embodiment 3 of the present invention, a beat having the same frequency as the frequency of the pulsed light to be demodulated is generated in both I A and I B. Specifically, as shown in FIG. 9, the I A, f f1 -f b1 and f f2 -f b2 occurs. Of these, in I A , f f1 −f b1 is the beat and sideband frequency including the signal detected by the sensing fiber 9. Further, the I B, f f1 -f b1 and f f2 -f b2 occurs. Among these, in I B , f f2 −f b2 is the beat and sideband frequencies including the signal detected by the sensing fiber 9. Therefore, due to the band limitation by the O / E converter 12, another noise may be easily generated due to leakage of the previous pulse light into the pulse light to be demodulated.

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。
なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１〜３と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of the interference optical fiber sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
In the fourth embodiment, items that are not particularly described are the same as those in the first to third embodiments, and the same functions and configurations are described using the same reference numerals.

（構成の説明）
本発明の実施の形態１〜３との相違点は、変調信号発生器２０５から出力される周波数信号の出力タイミングと、変調信号発生器２０６から出力する周波数信号の出力タイミングと、参照信号発生器２３３〜２３８の出力波形である。 (Description of configuration)
The difference from the first to third embodiments of the present invention is that the output timing of the frequency signal output from the modulation signal generator 205, the output timing of the frequency signal output from the modulation signal generator 206, and the reference signal generator 233 to 238 are output waveforms.

図１１は、本発明の実施の形態４におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。図１１に示されるように、変調信号発生器２０５、２０６から出力される周波数信号は、周期３τで出力される。このため、本発明の実施の形態１〜３の変調信号発生器２０１〜２０４の周期τの場合と比較して、３倍長い間隔となっている。また、パルス光源２の出力波形であるパルス光と、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波とは、同期が取れている。すなわち、光周波数シフタ２１１、２１２が出力するパルス光の周波数は、パルス光源２のパルス光の出力タイミングに合わせて、ステップ状にその大きさを変化させる。図１１に示すように、横軸は時間であり、縦軸は、光周波数である。そして、９τごとにステップ状の周波数の変動は元に戻る。つまり、光周波数シフタ２１１、２１２の略矩形波の周期は９τであり、周波数は１／（9τ）である。また、パルス光源２から出力されるパルス光は、光周波数シフタ２１１、２１２に到達する順番に数字が付与されている。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、・・・のように昇順に番号が付与されている。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the optical frequency and timing of pulsed light according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 11, the frequency signals output from the modulation signal generators 205 and 206 are output with a period of 3τ. For this reason, the interval is three times longer than that in the case of the period τ of the modulation signal generators 201 to 204 according to the first to third embodiments of the present invention. Further, the pulsed light that is the output waveform of the pulsed light source 2 and the substantially rectangular waves of the optical frequency shifters 211 and 212 are synchronized. That is, the frequency of the pulsed light output from the optical frequency shifters 211 and 212 is changed stepwise in accordance with the pulsed light output timing of the pulsed light source 2. As shown in FIG. 11, the horizontal axis is time, and the vertical axis is optical frequency. And the fluctuation of the stepped frequency returns to the original every 9τ. That is, the period of the substantially rectangular wave of the optical frequency shifters 211 and 212 is 9τ, and the frequency is 1 / (9τ). The pulse light output from the pulse light source 2 is given a number in the order of arrival at the optical frequency shifters 211 and 212. For example, numbers are assigned in ascending order such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,.

また、参照信号発生器２３３〜２３８は、ΔA（ｔ）、ΔB（ｔ）、ΔC（ｔ）の定義が異なっている。具体的には、式（１１）〜（１３）に表されるように、サンプリング間隔が異なっている。 Further, the reference signal generators 233 to 238 have different definitions of Δ A (t), Δ B (t), and Δ C (t). Specifically, the sampling intervals are different as represented by equations (11) to (13).

Figure 2013181789
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Figure 2013181789
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Figure 2013181789
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すなわち、ｆ1f−ｆ1b、ｆ2f−ｆ2b、ｆ3f−ｆ3bの各間隔が３τであるため、ΔA（ｔ）、ΔB（ｔ）、ΔC（ｔ）の各間隔も３τとなるように定義されている。要するに、変調信号発生器２０５、２０６の出力タイミングと、参照信号発生器２３３〜２３８とのサンプリング間隔とは、同一になるようにするのである。ここで、ｆf1−ｆb1の差を１とする。すなわち、（ν＋ｆb1）−（ν＋ｆf1）の差を１と想定する。次に、ｆf2−ｆb2の差を３とする。すなわち、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）の差を３とする。また、ｆf3−ｆb3の差を５とする。すなわち、（ν＋ｆf3）−（ν＋ｆb3）の差を５とする。このように、１、３、５ととびとびの値で出力周波数の大きさの割合を設定するのは、折り返し雑音を低減させるためである。すなわち、エイリアシングを発生させないようにするために、とびとびの値が設定されるのである。なお、１、３、５といった数字は、一例を示すものであり、これに限定されるものではない。 That is, since the intervals of f 1f −f 1b , f 2f −f 2b , and f 3f −f 3b are 3τ, the intervals of Δ A (t), Δ B (t), and Δ C (t) are also 3τ. Is defined to be In short, the output timings of the modulation signal generators 205 and 206 and the sampling intervals of the reference signal generators 233 to 238 are set to be the same. Here, the difference of f f1 −f b1 is set to 1. That is, the difference of (ν + f b1 ) − (ν + f f1 ) is assumed to be 1. Next, the difference of f f2 −f b2 is set to 3. That is, the difference of (ν + f f2 ) − (ν + f b2 ) is set to 3. Further, the difference of f f3 −f b3 is set to 5. That is, a difference of (ν + f f3 ) − (ν + f b3 ) is set to 5. The reason why the ratio of the magnitude of the output frequency is set by the discrete values of 1, 3, 5 is to reduce aliasing noise. That is, a discrete value is set so as not to cause aliasing. Numbers such as 1, 3, and 5 are examples, and are not limited thereto.

（動作の説明）
図１２は、本発明の実施の形態４における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。図１２に示すように、経路点Ａを通過するパルス光については、パルス光源２から出力される順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。 (Description of operation)
FIG. 12 is a diagram showing pulse waveforms for explaining the operation of the interference optical fiber sensor according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, for the pulsed light passing through the path point A, the numbers are given in ascending order as 1, 2, 3, 4,.

また、経路点ＡＢＤＥ１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ１、２ａ１、３ａ１、４ａ１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。 For the pulsed light that passes through the path point ABDE1G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDE1G in ascending order of 1a1, 2a1, 3a1, 4a1,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ABDE1G are given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,.

また、経路点ＡＢＤＦ１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ１、２ｂ１、３ｂ１、４ｂ１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ１Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ７１を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ABDF1G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDF1G in ascending order as 1b1, 2b1, 3b1, 4b1,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ABDF1G are also given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,. The pulsed light is input to the path point ABDF1G with a delay of τ compared to the path point ABDE1G. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 71 at the path point ABDF1G.

また、経路点ＡＣＤＥ１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ１、２ｃ１、３ｃ１、４ｃ１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light passing through the path point ACDE1G, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point ACDE1G in ascending order of 1c1, 2c1, 3c1, 4c1,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDE1G is given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3 ,. The pulsed light is input to the path point ACDE1G with a delay of τ compared to the path point ABDE1G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDE1G.

また、経路点ＡＣＤＦ１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ１、２ｄ１、３ｄ１、４ｄ１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ７１を通過するためである。 In addition, for the pulsed light passing through the path point ACDF1G, numbers are sequentially assigned to the pulsed light passing through the path point ACDF1G in ascending order of 1d1, 2d1, 3d1, 4d1,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ACDF1G are given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDF1G with a delay of 2τ compared to the path point ABDE1G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 71 at the path point ACDF1G.

また、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ２、２ａ２、３ａ２、４ａ２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。 For the pulsed light that passes through the path point ABDE2G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDE2G in ascending order of 1a2, 2a2, 3a2, 4a2,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ABDE2G are given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,.

また、経路点ＡＢＤＦ２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ２、２ｂ２、３ｂ２、４ｂ２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ２Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ７２を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ABDF2G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDF2G in ascending order as 1b2, 2b2, 3b2, 4b2,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ABDF2G are given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,. The pulsed light is input to the path point ABDF2G with a delay of τ compared to the path point ABDE2G. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 72 at the path point ABDF2G.

また、経路点ＡＣＤＥ２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ２、２ｃ２、３ｃ２、４ｃ２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDE2G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDE2G in ascending order of 1c2, 2c2, 3c2, 4c2,. Also, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ACDE2G are given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDE2G with a delay of τ compared to the path point ABDE2G. This is because pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDE2G.

また、経路点ＡＣＤＦ２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ２、２ｄ２、３ｄ２、４ｄ２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ７２を通過するためである。 Further, for the pulsed light passing through the path point ACDF2G, numbers are sequentially assigned to the pulsed light passing through the path point ACDF2G in ascending order as 1d2, 2d2, 3d2, 4d2,. Also, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ACDF2G are given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDF2G with a delay of 2τ as compared with the path point ABDE2G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 72 at the path point ACDF2G.

また、経路点ＡＢＤＥ３Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ３Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ３、２ａ３、３ａ３、４ａ３、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ３Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。 In addition, for the pulsed light that passes through the path point ABDE3G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDE3G in ascending order as 1a3, 2a3, 3a3, 4a3,. Also, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ABDE3G are given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,.

また、経路点ＡＢＤＦ３Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ３Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ３、２ｂ３、３ｂ３、４ｂ３、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ３Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ３Ｇには、経路点ＡＢＤＥ３Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ３Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ７３を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ABDF3G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDF3G in ascending order as 1b3, 2b3, 3b3, 4b3,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ABDF3G are given as ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,. The pulsed light is input to the path point ABDF3G with a delay of τ compared to the path point ABDE3G. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 73 at the path point ABDF3G.

また、経路点ＡＣＤＥ３Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ３Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ３、２ｃ３、３ｃ３、４ｃ３、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ３Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ３Ｇには、経路点ＡＢＤＥ３Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ３Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDE3G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDE3G in ascending order of 1c3, 2c3, 3c3, 4c3,. Further, the frequencies of the pulsed light passing through the path point ACDE3G are given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDE3G with a delay of τ compared to the path point ABDE3G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDE3G.

また、経路点ＡＣＤＦ３Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ３Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ３、２ｄ３、３ｄ３、４ｄ３、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ３Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ３Ｇには、経路点ＡＢＤＥ３Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ３Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ７３を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDF3G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDF3G in ascending order of 1d3, 2d3, 3d3, 4d3,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDF3G is given as ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDF3G with a delay of 2τ compared to the path point ABDE3G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 73 at the path point ACDF3G.

なお、経路点ＡＢＤＥ１Ｇを通過するパルス光と、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。また、経路点ＡＢＤＥ２Ｇを通過するパルス光と、経路点ＡＢＤＥ３Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。   A time difference of 3τ is set between the pulsed light passing through the path point ABDE1G and the pulsed light passing through the path point ABDE2G. In addition, a time difference of 3τ is set between the pulsed light passing through the path point ABDE2G and the pulsed light passing through the path point ABDE3G.

また、ここでは、遅延補償ファイバ５、８１、８２による遅延時間と、センシングファイバ７１、７２、７３による遅延時間とは、同じであるとする。例えば、遅延時間はτである。これにより、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、ν＋ｆf3、・・・と、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、ν＋ｆb3、・・・とは同期することになる。よって、正確に（ν＋ｆf1）−（ν＋ｆb1）、（ν＋ｆf2）−（ν＋ｆb2）及び（ν＋ｆf3）−（ν＋ｆb3）等を求めることができる。よって、経路点Ｇでは、始動直後の１０個のパルス光を除くと、パルス光は、ＩA、ＩB、Ｉc、の３種類となり、ＩA、ＩB、Ｉc、ＩA、ＩB、Ｉc、・・・と続いていくことになる。そして、復調器１８は、ＩA、ＩB、Ｉcから信号φ1（ｔ）、φ2（ｔ）、φ3（ｔ）を復調している。 Here, it is assumed that the delay time due to the delay compensation fibers 5, 81, and 82 and the delay time due to the sensing fibers 71, 72, and 73 are the same. For example, the delay time is τ. As a result, ν + f f1 , ν + f f2 , ν + f f3 ,... Are synchronized with ν + f b1 , ν + f b2 , ν + f b3,. Therefore, (ν + f f1 ) − (ν + f b1 ), (ν + f f2 ) − (ν + f b2 ), (ν + f f3 ) − (ν + f b3 ), etc. can be obtained accurately. Therefore, at the path point G, except for 10 pulse lights immediately after the start, there are three kinds of pulse lights I A , I B , I c , and I A , I B , I c , I A , I B, so that I c, go on with .... The demodulator 18 demodulates the signals φ 1 (t), φ 2 (t), and φ 3 (t) from I A , I B , and I c .

（効果の説明）
本発明の実施の形態４では、センシングファイバ７１、７２、７３を用い、各パルス光のタイミングをずらしていくことにより、１つのパルス光から３つの信号が得られる。すなわち、ｆf1とｆf2との時間差が３τに設定され、ｆf2とｆf3との時間差が３τに設定され、ｆf3とｆf1との時間差が３τに設定され、ｆb1とｆb2との時間差が３τに設定され、ｆb2とｆb3との時間差が３τに設定され、ｆb3とｆb1との時間差が３τに設定されることで、ｆf1−ｆb1、ｆf2−ｆb2、ｆf3−ｆb3が同時に出現していくようになる。そして、１つの周波数のビートに複数のセンシングファイバで検出された複数の信号が交番して含まれる。例えば、ｆf1−ｆb1の周波数のビートの内、ＩAのパルス光には信号φ1（ｔ）、ＩBのパルス光には信号φ2（ｔ）、ＩCのパルス光には信号φ3（ｔ）が含まれる。３つの周波数のビートを同時に復調することで３つの信号が同時に得られる。 (Explanation of effect)
In the fourth embodiment of the present invention, three signals are obtained from one pulsed light by using the sensing fibers 71, 72, 73 and shifting the timing of each pulsed light. That is, the time difference between f f1 and f f2 is set to 3τ, the time difference between f f2 and f f3 is set to 3τ, the time difference between f f3 and f f1 is set to 3τ, and f b1 and f b2 Is set to 3τ, the time difference between f b2 and f b3 is set to 3τ, and the time difference between f b3 and f b1 is set to 3τ, so that f f1 −f b1 and f f2 −f b2 , F f3 −f b3 appear at the same time. A plurality of signals detected by a plurality of sensing fibers are alternately included in one frequency beat. For example, of the beats having a frequency of f f1 −f b1, the signal φ 1 (t) is used for the pulse light of I A , the signal φ 2 (t) is used for the pulse light of I B , and the signal φ is the signal of the pulse light of I C. φ 3 (t) is included. By demodulating beats of three frequencies simultaneously, three signals can be obtained simultaneously.

要するに、周波数の異なるパルス光が、時間的に少しずつずらされて経路内を伝搬していくことにより、同じ時間では、同時並行的に多くのパルス光が伝搬されている状態となる。これにより、１度に多くの信号が得られるのである。よって、従来技術２においては、１度得た信号を再度得るには９τの時間間隔が必要であったのに対し、本発明の実施の形態４においては、１度得た信号を再度得るには３τの時間間隔で済むようになった。そのため、周期が短くなった。したがって、サンプリング周波数が高くなり、折り返し雑音を低減することができる。   In short, pulse lights having different frequencies are gradually shifted in time and propagated in the path, so that many pulse lights are propagated in parallel at the same time. As a result, many signals can be obtained at one time. Therefore, in the prior art 2, a time interval of 9τ is necessary to obtain the signal obtained once, whereas in the fourth embodiment of the present invention, the signal obtained once is obtained again. Can now be done at 3τ time intervals. Therefore, the cycle was shortened. Therefore, the sampling frequency is increased and aliasing noise can be reduced.

実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５における干渉型光ファイバセンサの構成の一例を示すブロック図である。
なお、本実施の形態５において、特に記述しない項目については実施の形態１〜４と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。 Embodiment 5 FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of the interference optical fiber sensor according to Embodiment 5 of the present invention.
In the fifth embodiment, items that are not particularly described are the same as those in the first to fourth embodiments, and the same functions and configurations are described using the same reference numerals.

（構成の説明）
本発明の実施の形態１〜４との相違点は、変調信号発生器２０７、２０８から出力される周波数信号の出力タイミングと、変調信号発生器２０７、２０８から出力される各周波数信号の大きさの割合と、複数のセンシングファイバがＮ個にグループ化されて構成されている点と、参照信号の出力波形である。 (Description of configuration)
The difference from the first to fourth embodiments of the present invention is that the output timing of the frequency signal output from the modulation signal generators 207 and 208 and the magnitude of each frequency signal output from the modulation signal generators 207 and 208. , A point where a plurality of sensing fibers are grouped into N pieces, and an output waveform of a reference signal.

図１４は、本発明の実施の形態５におけるパルス光の光周波数とそのタイミングの一例について説明する図である。図１４に示されるように、変調信号発生器２０７、２０８から出力される周波数信号は、半周期ｋＭτで出力される。このため、パルス光源２の出力波形であるパルス光の周期は、ｋＭτとなるように設定される。また、変調信号発生器２０７、２０８は、ν＋ｆf1とν＋ｆb1との差が２ｉ−１であり、ν＋ｆf2とν＋ｆb2との差が２ｉ−１であり、ν＋ｆb2とν＋ｆf1との差が２Ｎ＋１である。つまり、ｆf1−ｆb1と、ｆf2−ｆb2と、ｆb2−ｆf1との割合が、２ｉ−１、２ｉ−１、２Ｎ＋１となるようにする。ただし、ｉは、１、２、・・・、Ｎと自然数であるとする。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the optical frequency and timing of pulsed light according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, the frequency signals output from the modulation signal generators 207 and 208 are output with a half cycle kMτ. For this reason, the period of the pulsed light that is the output waveform of the pulsed light source 2 is set to be kMτ. Further, the modulation signal generators 207 and 208 have a difference between ν + f f1 and ν + f b1 of 2i−1, a difference between ν + f f2 and ν + f b2 of 2i−1, and a difference between ν + f b2 and ν + f f1. 2N + 1. That is, the ratio of f f1 −f b1 , f f2 −f b2 , and f b2 −f f1 is set to 2i−1, 2i−1, and 2N + 1. However, i is assumed to be a natural number such as 1, 2,.

ここで、Ｎは、復調するビート周波数の数であり、Ｍは、自分割多重する信号の数であるとする。本発明の実施の形態４では、Ｎ＝２、Ｍ＝２の場合について説明する。ｋは、パルス光源２から出力するパルス繰返し周期とセンシングファイバ往復伝搬時間τの係数の１つであり、通常、２または３が設定される。本発明の実施の形態４では、ｋ＝３の場合について説明する。そして、パルス光源２から順次出力されるパルス光が分岐され、伝搬経路を経て、Ｏ／Ｅ変換器に送られた際、各パルス光が同一時間で重ならないようにするために、各経路点間に遅延ファイバ５、８３、８４、８５を取り付ける。   Here, N is the number of beat frequencies to be demodulated, and M is the number of signals to be self-division multiplexed. In the fourth embodiment of the present invention, a case where N = 2 and M = 2 will be described. k is one of the coefficients of the pulse repetition period output from the pulse light source 2 and the sensing fiber round-trip propagation time τ, and is usually set to 2 or 3. In the fourth embodiment of the present invention, a case where k = 3 will be described. Then, when the pulsed light sequentially output from the pulsed light source 2 is branched and sent to the O / E converter through the propagation path, each path point is set so as not to overlap in the same time. Delay fibers 5, 83, 84, and 85 are attached between them.

このような前提で、光アンプ７の出力は、光カプラ３０１で分岐され、Ｎ個のグループに送られ、各グループのミラー、例えば、グループ１の場合にはミラー３３１等、グループ２の場合にはミラー３３５等で反射される。このような伝搬経路により多重伝送されたパルス光は、Ｏ／Ｅ変換器１２で受光され、復調器１９のＡ／Ｄ変換器に入力される。   Under such a premise, the output of the optical amplifier 7 is branched by the optical coupler 301 and sent to N groups. Each group of mirrors, for example, the mirror 331 in the case of the group 1 and the like in the case of the group 2 Is reflected by a mirror 335 or the like. The pulse light multiplexed and transmitted through such a propagation path is received by the O / E converter 12 and input to the A / D converter of the demodulator 19.

復調器１９は、参照信号発生器２３９〜２４６を有している。参照信号発生器２３９〜２４６は、ｓｉｎ２π（ｆ1f−ｆ1b）〜ｓｉｎ２π（ｆNf−ｆNb）の参照信号及び式（１４）〜（１９）等で表されるサンプリング関数を掛け合わせたＮ×Ｍ対の参照信号並びにｃｏｓ２π（ｆ1f−ｆ1b）〜ｃｏｓ２π（ｆNf−ｆNb）の参照信号及び式（１４）〜（１９）等で表されるサンプリング関数を掛け合わせたＮ×Ｍ対の参照信号の内、復調する信号を含んだビート周波数のタイミングに対応した参照信号が加算された参照信号を出力する。そして、復調器１９は、それぞれの信号に対応した参照信号とＡ／Ｄ変換器２１の出力とを乗算し、位相復調する。 The demodulator 19 includes reference signal generators 239 to 246. The reference signal generators 239 to 246 multiply N by multiplying the reference signal of sin 2π (f 1f −f 1b ) to sin 2π (f Nf −f Nb ) and the sampling function represented by the equations (14) to (19). N × M obtained by multiplying × M pairs of reference signals, a reference signal of cos 2π (f 1f −f 1b ) to cos 2π (f Nf −f Nb ), and a sampling function represented by equations (14) to (19) Among the pair of reference signals, a reference signal added with a reference signal corresponding to the timing of the beat frequency including the signal to be demodulated is output. Then, the demodulator 19 multiplies the reference signal corresponding to each signal by the output of the A / D converter 21 and performs phase demodulation.

Figure 2013181789
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Figure 2013181789
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Figure 2013181789
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Figure 2013181789
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（動作の説明）
図１５は、本発明の実施の形態５における干渉型光ファイバセンサの動作を説明するパルス波形を示す図である。図１５に示すように、経路点Ａを通過するパルス光については、パルス光源２から出力される順に番号が、１、２、３、４、・・・と昇順に付与されている。 (Description of operation)
FIG. 15 is a diagram showing pulse waveforms for explaining the operation of the interference optical fiber sensor according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, for the pulsed light that passes through the path point A, numbers are assigned in ascending order as 1, 2, 3, 4,.

また、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ１１、２ａ１１、３ａ１１、４ａ１１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。 In addition, for the pulsed light that passes through the path point ABDE11G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDE11G in ascending order as 1a11, 2a11, 3a11, 4a11,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDE11G is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,.

また、経路点ＡＢＤＦ１１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ１１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ１１、２ｂ１１、３ｂ１１、４ｂ１１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ１１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ１１Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ３２１を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ABDF11G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDF11G in ascending order as 1b11, 2b11, 3b11, 4b11,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDF1G is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,. Note that the pulsed light is input to the route point ABDF11G with a delay of τ compared to the route point ABDE11G. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 321 at the path point ABDF11G.

また、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ１１、２ｃ１１、３ｃ１１、４ｃ１１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ１１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 In addition, for the pulsed light that passes through the path point ACDE11G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDE11G in ascending order, such as 1c11, 2c11, 3c11, 4c11,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDE11G is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDE11G with a delay of τ compared to the path point ABDE11G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDE11G.

また、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ１１、２ｄ１１、３ｄ１１、４ｄ１１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ１１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ３２１を通過するためである。 Further, for the pulsed light passing through the path point ACDF11G, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point ACDF11G in ascending order as 1d11, 2d11, 3d11, 4d11,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDF11G is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. The pulsed light is input to the path point ACDF11G with a delay of 2τ compared to the path point ABDE11G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 321 at the path point ACDF11G.

また、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ１２、２ａ１２、３ａ１２、４ａ１２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。 For the pulsed light that passes through the path point ABDE12G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDE12G in ascending order as 1a12, 2a12, 3a12, 4a12,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDE12G is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,.

また、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ１２、２ｂ１２、３ｂ１２、４ｂ１２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ１２Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ３２２を通過するためである。 Further, for the pulsed light that passes through the path point ABDF12G, numbers are sequentially assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDF12G in ascending order of 1b12, 2b12, 3b12, 4b12,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDF12G is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,... Note that the pulsed light is input to the path point ABDF12G with a delay of τ compared to the path point ABDE12G. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 322 at the path point ABDF12G.

また、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ１２、２ｃ１２、３ｃ１２、４ｃ１２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ１２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light passing through the path point ACDE12G, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point ACDE12G in ascending order of 1c12, 2c12, 3c12, 4c12,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDE12G is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDE12G with a delay of τ compared to the path point ABDE12G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDE12G.

また、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ１２、２ｄ１２、３ｄ１２、４ｄ１２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ１２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ３２２を通過するためである。 Further, for the pulsed light passing through the path point ACDF12G, numbers are sequentially assigned to the pulsed light passing through the path point ACDF12G in ascending order of 1d12, 2d12, 3d12, 4d12,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDF12G is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. The pulsed light is input to the path point ACDF12G with a delay of 2τ compared to the path point ABDE12G. This is because the pulsed light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 322 at the path point ACDF12G.

また、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ２１、２ａ２１、３ａ２１、４ａ２１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇを通過するパルス光の周波数については、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・となるが図示は省略する。 In addition, for the pulsed light that passes through the path point ABDE21G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDE21G in ascending order as 1a21, 2a21, 3a21, 4a21,. The frequencies of the pulsed light passing through the path point ABDE21G are ν + f f1 , ν + f f2 ,.

また、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ２１、２ｂ２１、３ｂ２１、４ｂ２１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ２１Ｇでは、パルス光が、センシングファイバ３２３を通過するためである。 In addition, for the pulsed light that passes through the path point ABDF21G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDF21G in ascending order as 1b21, 2b21, 3b21, 4b21,. Further, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDF21G is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,. Note that the pulsed light is input to the route point ABDF21G with a delay of τ compared to the route point ABDE21G. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 323 at the path point ABDF21G.

また、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ２１、２ｃ２１、３ｃ２１、４ｃ２１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ２１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 Further, for the pulsed light passing through the path point ACDE21G, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point ACDE21G in ascending order as 1c21, 2c21, 3c21, 4c21,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDE21G is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. The pulsed light is input to the path point ACDE21G with a delay of τ compared to the path point ABDE21G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDE21G.

また、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ２１、２ｄ２１、３ｄ２１、４ｄ２１、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ２１Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ３２３を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDF21G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDF21G in ascending order of 1d21, 2d21, 3d21, 4d21,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDF21G is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. The pulsed light is input to the path point ACDF21G with a delay of 2τ compared to the path point ABDE21G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 323 at the path point ACDF21G.

また、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ａ２２、２ａ２２、３ａ２２、４ａ２２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。 For the pulsed light that passes through the path point ABDE22G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDE22G in ascending order as 1a22, 2a22, 3a22, 4a22,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDE22G is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,.

また、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｂ２２、２ｂ２２、３ｂ２２、４ｂ２２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆf1、ν＋ｆf2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＢＤＦ２２Ｇでは、パルス光は、センシングファイバ３２４を通過するためである。 Further, for the pulsed light that passes through the path point ABDF22G, numbers are sequentially assigned to the pulsed light that passes through the path point ABDF22G in ascending order of 1b22, 2b22, 3b22, 4b22,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ABDF22G is given as ν + f f1 , ν + f f2 ,... The pulsed light is input to the path point ABDF22G with a delay of τ compared to the path point ABDE22G. This is because the pulsed light passes through the sensing fiber 324 at the path point ABDF22G.

また、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｃ２２、２ｃ２２、３ｃ２２、４ｃ２２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇと比較して、τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＥ２２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５を通過するためである。 For the pulsed light that passes through the path point ACDE22G, numbers are assigned to the pulsed light that passes through the path point ACDE22G in ascending order of 1c22, 2c22, 3c22, 4c22,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDE22G is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. The pulsed light is input to the path point ACDE22G with a delay of τ compared to the path point ABDE22G. This is because the pulse light passes through the delay compensation fiber 5 at the path point ACDE22G.

また、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇを通過するパルス光については、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇを通過するパルス光に順に番号が、１ｄ２２、２ｄ２２、３ｄ２２、４ｄ２２、・・・と昇順に付与されている。また、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇを通過するパルス光の周波数についても、ν＋ｆb1、ν＋ｆb2、・・・というように付与されている。なお、パルス光は、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇには、経路点ＡＢＤＥ２２Ｇと比較して、２τだけ遅れて入力される。これは、経路点ＡＣＤＦ２２Ｇでは、パルス光が、遅延補償ファイバ５とセンシングファイバ３２４を通過するためである。 Further, for the pulsed light passing through the path point ACDF22G, numbers are assigned to the pulsed light passing through the path point ACDF22G in ascending order of 1d22, 2d22, 3d22, 4d22,. Also, the frequency of the pulsed light passing through the path point ACDF22G is given as ν + f b1 , ν + f b2 ,. Note that the pulsed light is input to the path point ACDF22G with a delay of 2τ compared to the path point ABDE22G. This is because the pulsed light passes through the delay compensation fiber 5 and the sensing fiber 324 at the path point ACDF22G.

なお、経路点ＡＢＤＥ１１Ｇを通過するパルス光と、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。また、経路点ＡＢＤＥ１２Ｇを通過するパルス光と、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。また、経路点ＡＢＤＥ２１Ｇと、ＡＢＤＥ２２Ｇを通過するパルス光とは、３τの時間差が設定されている。   A time difference of 3τ is set between the pulsed light passing through the path point ABDE11G and the pulsed light passing through the path point ABDE12G. Further, a time difference of 3τ is set between the pulsed light passing through the path point ABDE12G and the pulsed light passing through the path point ABDE21G. A time difference of 3τ is set between the path point ABDE21G and the pulsed light passing through the ABDE22G.

よって、経路点Ｇでは、始動直後のｋＭＮ＋１個のパルス光を除くと、パルス光は、ｋＭＮ種類となり、Ｉ11、Ｉ12、Ｉ21、Ｉ22、・・・と続いていくことになる。そして、復調器１９は、それぞれのセンシングファイバ３２１、３２２、３２３、３２４で検出した信号をサンプリングして位相復調する。 Therefore, at the path point G, except for kMN + 1 pulse light immediately after the start, the pulse light is of the kMN type and continues as I 11 , I 12 , I 21 , I 22 ,. The demodulator 19 samples the signals detected by the sensing fibers 321, 322, 323, and 324 and demodulates the phase.

（効果の説明）
従来技術２では、時分割多重されたＭ個のみの多重伝送となる。これに対して、本発明の実施の形態５では、時分割多重されたＭ個と、ビート周波数の違いで多重化されたＮ個とを掛け合わせたＭ×Ｎ個の信号を多重伝送することができる。 (Explanation of effect)
In the prior art 2, only M multiplexed transmissions that are time-division multiplexed are performed. In contrast, in the fifth embodiment of the present invention, M × N signals obtained by multiplying time-division-multiplexed M signals and N-multiplexed signals with different beat frequencies are multiplexed and transmitted. Can do.

（利用形態の説明）
（１）全ての実施例で光の周波数を変化させる方法に変調信号発生器の周波数を変化させる方法で説明したが、光周波数シフタの通過回数、多段の周波数シフタの経路切り替えなと他の方法で光の周波数を変化させることもできる。
（２）全ての実施例で光の周波数をステップ状に変化させる例を示したが、ステップ状ではなくても、２つの光の周波数の差が変化することにより、同様に動作させることができる。
（３）本発明の実施の形態１では、周波数ごとに位相復調してから加算する例を示した。本発明の実施の形態２〜５では、複数の周波数の参照信号を加算した参照信号を用いる例を示した。このほかにも、位相復調過程の他の位置で加算することもできる。 (Explanation of usage)
(1) In all the embodiments, the method of changing the frequency of the modulation signal generator has been described as the method of changing the frequency of the light. However, the number of times the optical frequency shifter passes, and other methods such as switching the path of the multistage frequency shifter are not used. You can also change the frequency of light.
(2) In all the embodiments, the example in which the frequency of light is changed stepwise has been shown. However, even if the frequency is not stepwise, the operation can be similarly performed by changing the difference between the frequencies of the two lights. .
(3) In Embodiment 1 of the present invention, an example is shown in which the phase is demodulated for each frequency and then added. In Embodiments 2 to 5 of the present invention, examples in which a reference signal obtained by adding a plurality of frequency reference signals is used. In addition, addition can be performed at other positions in the phase demodulation process.

（４）本発明の実施の形態１、２、４では、３つのビート周波数を用いる一例をそれぞれ示した。本発明の実施の形態３、５では、２つのビート周波数を用いる一例をそれぞれ示した。このほかにも、使用されるビート周波数の数は、他の数で行うことができる。つまり、ビート周波数の数は、任意でよく、限定されるものではない。
（５）本発明の実施の形態５では、ビート周波数の多重化数が２で設定され、時分割多重の多重化数が２で設定される一例について説明したが、ＭとＮの数を変えることで、多重化数を変えることもできる。
（６）本発明の実施の形態１、２、３では、全てのパルス光に信号が含まれるようにした一例について、それぞれ示したが、信号を含まないパルス光がある構成にしても、サンプリング数を増やしただけの効果を得ることができる。 (4) In Embodiments 1, 2, and 4 of the present invention, an example using three beat frequencies is shown. In the third and fifth embodiments of the present invention, examples using two beat frequencies are shown. Besides this, other numbers of beat frequencies can be used. That is, the number of beat frequencies may be arbitrary and is not limited.
(5) In the fifth embodiment of the present invention, an example in which the beat frequency multiplexing number is set to 2 and the time division multiplexing number is set to 2 has been described, but the number of M and N is changed. Thus, the multiplexing number can be changed.
(6) In the first, second, and third embodiments of the present invention, an example in which a signal is included in all the pulsed light has been shown. You can get the effect of just increasing the number.

（７）本発明の実施の形態１〜５において、センシングファイバに光カプラとミラーを取り付けてマイケルソン干渉計を構成する例で説明したが、マッハ・ツェンダ干渉計、ミラーの代わりにＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた干渉計等を用いることもできる。
（８）本発明の実施の形態１〜５において、光カプラでパルス光を分岐する一例を示したが、部分反射ミラー、ＦＢＧ等で分岐させることもできる。
（９）本発明の実施の形態１〜５において、ビート周波数に対応した参照信号とサンプリングするタイミング信号とを掛け合わせた参照信号を用いる一例で説明したが、サンプリングとビート周波数に対応した参照信号の乗算を別々に行うこともできる。
（１０）本発明の実施の形態１〜５において、Ａ／Ｄ変換してからデジタル処理で復調する一例を示したが、一部または全てをアナログ処理の復調器にすることもできる。
（１１）本発明の実施の形態１〜５において、同じ位相復調方法を示したが、他の位相復調方法を用いることもできる。 (7) In the first to fifth embodiments of the present invention, an example in which a Michelson interferometer is configured by attaching an optical coupler and a mirror to a sensing fiber has been described. However, instead of a Mach-Zehnder interferometer and a mirror, an FBG (Fiber) is used. It is also possible to use an interferometer or the like using Bragg grating.
(8) In Embodiments 1 to 5 of the present invention, an example in which pulsed light is branched by an optical coupler has been shown.
(9) In the first to fifth embodiments of the present invention, the example using the reference signal obtained by multiplying the reference signal corresponding to the beat frequency and the timing signal to be sampled has been described, but the reference signal corresponding to the sampling and the beat frequency is used. Can be performed separately.
(10) In the first to fifth embodiments of the present invention, an example in which A / D conversion is performed and then demodulated by digital processing has been shown.
(11) Although the same phase demodulation method is shown in the first to fifth embodiments of the present invention, other phase demodulation methods can also be used.

（１２）本発明の実施の形態５では、ビート周波数を多重化する干渉計及び光カプラを並列に接続し、時分割多重する干渉計及び光カプラを直列に接続する一例を示したが、並列と直列とを入れ替えるか、または、並列と直列とを組み合わせる等の他の形に接続することもできる。
（１３）本発明の実施の形態５では、ビート周波数の多重化と時分割多重とを併用した一例を示したが、波長分岐多重等の他の多重化方法と併用することもできる。 (12) In the fifth embodiment of the present invention, an example is shown in which an interferometer and an optical coupler that multiplex beat frequencies are connected in parallel, and an interferometer and an optical coupler that perform time division multiplexing are connected in series. May be connected in other forms, such as a combination of parallel and series.
(13) In the fifth embodiment of the present invention, an example in which the multiplexing of the beat frequency and the time division multiplexing are used is shown, but it can be used in combination with other multiplexing methods such as wavelength branch multiplexing.

１ オシレータ、２ パルス光源、３、６、８、３１、３２、３３、４１、４２、５１、５２、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０ 光カプラ、４ 光周波数シフタ、５、８１、８２、８３、８４、８５ 遅延補償ファイバ、７ 光アンプ、９、７１、７２、７３、３２１、３２２、３２３、３２４ センシングファイバ、１０、１１、６１、６２、６３、６４、６５、６６、３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８ ミラー、１２ Ｏ／Ｅ変換器、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９ 復調器、２１ Ａ／Ｄ変換器、２２、２３、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、２４６ 参照信号発生器、２４、２５、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８ 乗算器、２６、２７、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８ ＬＰＦ、２８、１２１、１２２、１２３、１２４ 逆正接演算器、２９、１３１、１３２、１３３、１３４ 不連続点補償演算器、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８ 変調信号発生器、２１１、２１２ 光周波数シフタ、２２１ 加算器。   1 Oscillator 2 Pulse light source 3, 6, 8, 31, 32, 33, 41, 42, 51, 52, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310 Optical coupler, 4 Optical frequency shifter 5, 81, 82, 83, 84, 85 Delay compensation fiber, 7 Optical amplifier, 9, 71, 72, 73, 321, 322, 323, 324 Sensing fiber 10, 11, 61, 62, 63 64, 65, 66, 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338 mirror, 12 O / E converter, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 demodulator, 21 A / D converter, 22, 23, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 23 9, 240, 241, 242, 243, 244, 245, 246 Reference signal generator, 24, 25, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 Multiplier, 26, 27, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 LPF, 28, 121, 122, 123, 124 Inverse tangent calculator, 29, 131, 132, 133, 134 Discontinuous point compensation calculator, 201, 202, 203, 204 205, 206, 207, 208 Modulation signal generator 211, 212 Optical frequency shifter, 221 Adder.

Claims (7)

パルス光を出力する光源と、
特定の周波数の信号を発生する変調信号発生器と、
入力された前記パルス光を前記特定の周波数だけシフトする光周波数シフタと、
前記光周波数シフタでシフトされた複数のパルス光を重畳する光カプラと、
前記光カプラから出力されたパルス光の位相を、測定信号に基づいて変調して出力することで、前記測定信号を検出するセンシングファイバと、
前記センシングファイバから出力された信号から、測定信号を検知する復調器と、
を備え、
各前記変調信号発生器は、
１つのセンシングファイバで検出された信号が、周波数の異なる複数のビートにそれぞれ含まれるように、互いに異なる周波数を発生させ、
前記光カプラは、
前記変調信号発生器から出力された前記互いに異なる周波数に基づいて前記光周波数シフタでシフトされたパルス光を重畳し、前記センシングファイバで検出された信号を含むビートを発生させる
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサ。 A light source that outputs pulsed light;
A modulation signal generator for generating a signal of a specific frequency;
An optical frequency shifter that shifts the input pulsed light by the specific frequency;
An optical coupler for superimposing a plurality of pulse lights shifted by the optical frequency shifter;
A sensing fiber that detects the measurement signal by modulating and outputting the phase of the pulsed light output from the optical coupler based on the measurement signal;
A demodulator for detecting a measurement signal from the signal output from the sensing fiber;
With
Each said modulation signal generator is
Different signals are generated so that signals detected by one sensing fiber are included in a plurality of beats having different frequencies,
The optical coupler is
Interference characterized by superimposing pulsed light shifted by the optical frequency shifter based on the different frequencies output from the modulation signal generator to generate a beat including a signal detected by the sensing fiber Type optical fiber sensor. 前記復調器は、
前記複数のビートに基づいて演算された複数の信号を合成する
ことを特徴とする請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The demodulator
The interference type optical fiber sensor according to claim 1, wherein a plurality of signals calculated based on the plurality of beats are synthesized. 前記復調器は、
前記センシングファイバから出力された信号をサンプリングする参照信号発生器を有し、
前記参照信号発生器は、
複数の周波数のビートに対応し、サンプリング間隔の異なる信号から成る複数の参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The demodulator
A reference signal generator for sampling a signal output from the sensing fiber;
The reference signal generator is
The interference type optical fiber sensor according to claim 1 or 2, wherein a plurality of reference signals corresponding to beats of a plurality of frequencies and having different sampling intervals are generated. 前記光カプラは、
前記周波数の異なる複数のビートを発生させる
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The optical coupler is
The interference type optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of beats having different frequencies are generated. 前記復調器で復調に使わないビートと側波帯の帯域に折り返しで発生したビートと側波帯が重なるようにした
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The interference type according to any one of claims 1 to 4, wherein a beat and a sideband generated by folding in a beat and a sideband that are not used for demodulation by the demodulator overlap each other. Optical fiber sensor. 複数のセンシングファイバで検出された複数の信号が１つの周波数のビートに交番して含まれる
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The interference type optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of signals detected by a plurality of sensing fibers are alternately included in a beat of one frequency. 前記復調器に入力される時分割多重されたパルス光の列には、周波数が異なる複数のビートが含まれる
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の干渉型光ファイバセンサ。 The interference type according to any one of claims 1 to 4, wherein the time-division multiplexed pulsed light input to the demodulator includes a plurality of beats having different frequencies. Optical fiber sensor.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015112116A1 (en) * 2014-01-21 2015-07-30 Halliburton Energy Services, Inc Systems and methods for multiple-code continuous-wave distributed acoustic sensing
CN105403236A (en) * 2015-11-18 2016-03-16 中国矿业大学 Optical fiber sensing device and method of mechanical state of coal cutter
US9733120B2 (en) 2013-08-12 2017-08-15 Halliburton Energy Services, Inc. Systems and methods for spread spectrum distributed acoustic sensor monitoring
JP2018036107A (en) * 2016-08-30 2018-03-08 沖電気工業株式会社 Interference-type optical fiber sensor
CN109489698A (en) * 2018-11-21 2019-03-19 电子科技大学 It is a kind of based on the FBG demodulating system for stablizing interferometer
US11333573B2 (en) 2014-08-28 2022-05-17 Adelos, Inc. Noise management for optical time delay interferometry

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001251371A (en) * 2000-03-03 2001-09-14 Oki Electric Ind Co Ltd Demodulation processing unit
JP2003344148A (en) * 2002-05-29 2003-12-03 Oki Electric Ind Co Ltd Optical fiber sensor
JP2008082921A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Oki Electric Ind Co Ltd Optical fiber sensor system
JP2009506311A (en) * 2005-08-23 2009-02-12 キネテイツク・リミテツド Demodulation of phase-modulated signals in fiber optic sensor systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001251371A (en) * 2000-03-03 2001-09-14 Oki Electric Ind Co Ltd Demodulation processing unit
JP2003344148A (en) * 2002-05-29 2003-12-03 Oki Electric Ind Co Ltd Optical fiber sensor
JP2009506311A (en) * 2005-08-23 2009-02-12 キネテイツク・リミテツド Demodulation of phase-modulated signals in fiber optic sensor systems
JP2008082921A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Oki Electric Ind Co Ltd Optical fiber sensor system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
佐藤 陵沢 RYOTAKU SATO: ""広ダイナミックレンジ光ファイバハイドロホン Wide Dynamic-Range Fiber-Optic Hydrophone"", 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 111, no. 311, JPN6015042713, 17 November 2011 (2011-11-17), pages 15 - 20, ISSN: 0003181749 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9733120B2 (en) 2013-08-12 2017-08-15 Halliburton Energy Services, Inc. Systems and methods for spread spectrum distributed acoustic sensor monitoring
USRE49680E1 (en) 2013-08-12 2023-10-03 Adelos, Llc Systems and methods for spread spectrum distributed acoustic sensor monitoring
WO2015112116A1 (en) * 2014-01-21 2015-07-30 Halliburton Energy Services, Inc Systems and methods for multiple-code continuous-wave distributed acoustic sensing
US10139268B2 (en) 2014-01-21 2018-11-27 Halliburton Energy Services, Inc. Systems and methods for multiple-code continuous-wave distributed acoustic sensing
US11333573B2 (en) 2014-08-28 2022-05-17 Adelos, Inc. Noise management for optical time delay interferometry
CN105403236A (en) * 2015-11-18 2016-03-16 中国矿业大学 Optical fiber sensing device and method of mechanical state of coal cutter
CN105403236B (en) * 2015-11-18 2017-02-08 中国矿业大学 Optical fiber sensing device and method of mechanical state of coal cutter
JP2018036107A (en) * 2016-08-30 2018-03-08 沖電気工業株式会社 Interference-type optical fiber sensor
CN109489698A (en) * 2018-11-21 2019-03-19 电子科技大学 It is a kind of based on the FBG demodulating system for stablizing interferometer
CN109489698B (en) * 2018-11-21 2020-01-14 电子科技大学 FBG demodulation system based on stable interferometer

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