特許 5910483 光ファイバ振動センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5910483

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】光ファイバ振動センサ

(51)【国際特許分類】

   G01H 9/00 20060101AFI20160414BHJP

【ＦＩ】

   G01H9/00 C

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-273586(P2012-273586)

(22)【出願日】2012年12月14日

(65)【公開番号】特開2014-119311(P2014-119311A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2014年8月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100071526

【弁理士】

【氏名又は名称】平田 忠雄

(74)【代理人】

【識別番号】100099597

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 賢二

(74)【代理人】

【識別番号】100119208

【弁理士】

【氏名又は名称】岩永 勇二

(74)【代理人】

【識別番号】100124235

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 恵子

(74)【代理人】

【識別番号】100124246

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 和光

(74)【代理人】

【識別番号】100128211

【弁理士】

【氏名又は名称】野見山 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100145171

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 浩行

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 達也

(72)【発明者】

【氏名】大貫 渉

【審査官】 田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−３０９７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０１０７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００２８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５７２８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｈ １／００−１７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光信号を出力する発光素子と、
前記発光素子が出力した前記光信号を戻り光信号として受光し、前記戻り光信号を電気信号に変換して出力する受光素子と、
前記発光素子から出力された前記光信号を１対の光信号に分岐するとともに、帰還した前記１対の光信号同士を干渉させてそれを前記戻り光信号として前記受光素子側に出力する光接続部と、
前記光接続部で分岐された前記１対の光信号を互いに異なる回転方向に導入して前記光接続部に帰還させる光ファイバループと、
前記受光素子が出力した前記電気信号に含まれる位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力を積分し、積分した値が一定になるように前記発光素子に供給する電流を制御する制御部と、
前記受光素子から前記電気信号を入力し、１対の光信号間の間の位相差に基づいて前記光ファイバループの振動を検出する検出部とを備えた光ファイバ振動センサであって、
前記発光素子は、前記光信号を出力するとともに、出力した前記光信号の前記戻り光信号を自己結合効果により増幅して前記受光素子に出力し、
前記光接続部は、前記１対の光信号同士を干渉させた前記戻り光信号を前記発光素子側に出力する、
光ファイバ振動センサ。

【請求項2】

前記受光素子が出力した前記電気信号に含まれる直流成分を除去して前記電気信号に含まれる交流成分を通過させるトランスインピーダンス回路と、
前記トランスインピーダンス回路を通過した前記電気信号に含まれる交流成分を増幅する増幅部とを、さらに備えた、
請求項１に記載の光ファイバ振動センサ。

【請求項3】

前記位相変調周波数成分及びその高調波成分の検波を行う検波部を、さらに備え、
前記検出部は、前記検波部の前記検波によって得られた前記位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力比に基づいて前記１対の光信号の位相差を求めることで、前記光ファイバループの振動を検出する、
請求項１又は２に記載の光ファイバ振動センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サニャック干渉系を構成した光ファイバ振動センサに関する。

【背景技術】

【0002】

空港、港湾、発電所などの重要施設や、人が集まる公共施設や無人発電所等では、敷地の外周に設置されるフェンス等に不審な侵入者を検知する目的で侵入検知センサが設けられている。従来、その侵入検知センサとして光ファイバを用いた光ファイバ振動センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

この光ファイバ振動センサは、光源、受光器、第１のカプラ、偏光子、第２のカプラ及びこれらを接続する接続用光ファイバ、並びに信号処理ユニットが収納された振動センサ本体部と、振動センサ本体部に接続されて光閉回路を形成する光ファイバループと、振動センサ本体部と光ファイバループを接続する２つの光コネクタとを備え、光ファイバループに互いに逆回りの光信号を伝送させて周回した両光信号を干渉させ、その干渉光の強度変化を測定することで光ファイバループに加えられた物理的外乱（振動）を検出する、サニャック干渉系を構成するセンサである。

【0004】

また、従来の光ファイバ振動センサは、光源からの背面側に出力された光信号を受光器でモニタリングし、背面側に出力された光信号に基づいて光源に出力する電流を制御することで、背面側に出力される光信号を一定のレベルにして光源から出力される光信号を一定レベルに維持していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−２０８０８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来の光ファイバ振動センサは、光源の出力変動をモニタし、それを相殺するように制御を行っているが、光ファイバループ部分を通過した光出力をモニタすることは、行っていなかった。そのため、光ファイバ振動センサの光学系において損失が発生してしまうと（例えば、振動によって光ファイバループ部分に恒久的な曲げ部が生じて損失が発生した場合。）受光器に入射する光出力も小さくなり、光ファイバループの振動の検知感度が劣化することが予測される。

【0007】

したがって、本発明の目的は、光学系に損失が発生した場合でも、光ファイバループの振動の検出感度を維持できる光ファイバ振動センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の光ファイバ振動センサを提供する。
［１］光信号を出力する発光素子と、
前記発光素子が出力した前記光信号を戻り光信号として受光し、前記戻り光信号を電気信号に変換して出力する受光素子と、
前記発光素子から出力された前記光信号を１対の光信号に分岐するとともに、帰還した前記１対の光信号同士を干渉させてそれを前記戻り光信号として前記受光素子側に出力する光接続部と、
前記光接続部で分岐された前記１対の光信号を互いに異なる回転方向に導入して前記光接続部に帰還させる光ファイバループと、
前記受光素子が出力した前記電気信号に含まれる位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力を積分し、積分した値が一定になるように前記発光素子に供給する電流を制御する制御部と、
前記受光素子から前記電気信号を入力し、１対の光信号間の間の位相差に基づいて前記光ファイバループの振動を検出する検出部とを備えた、
光ファイバ振動センサ。
［２］前記受光素子が出力した前記電気信号に含まれる直流成分を除去して前記電気信号に含まれる交流成分を通過させるトランスインピーダンス回路と、
前記トランスインピーダンス回路を通過した前記電気信号に含まれる交流成分を増幅する増幅部とを、さらに備えた
前記［１］に記載の光ファイバ振動センサ。
［３］前記位相変調周波数成分及びその高調波成分の検波を行う検波部を、さらに備え、
前記検出部は、前記検波部の前記検波によって得られた前記位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力比に基づいて前記１対の光信号の位相差を求めることで、前記光ファイバループの振動を検出する、
前記［１］又は［２］に記載の光ファイバ振動センサ。
［４］前記発光素子は、前記光信号を出力するとともに、出力した前記光信号の前記戻り光信号を自己結合効果により増幅して前記受光素子に出力し、
前記光接続部は、前記１対の光信号同士を干渉させた前記戻り光信号を前記発光素子側に出力する、
前記[１]から[３]のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、光学系に損失が発生した場合でも、光ファイバループの振動の検出感度を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ振動センサの構成例を示す図である。

【図2】図２（ａ）は、光信号を分岐する際の光信号の伝送を示す模式図であり、図２（ｂ）は、光信号を干渉させる際の光信号の伝送を示す模式図である。

【図3】図３は、信号処理部の回路の一例を示すブロック図である。

【図4】図４は、センサケーブルの断面図である。

【図5】図５（ａ）は、楕円ジャケット型PMFの断面図、図５（ｂ）は、楕円コア型PMFの断面図である。

【図6】図６は、光ファイバ振動センサが設置された状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

【0012】

［実施の形態の要約］
本実施の形態の光ファイバ振動センサは、光ファイバループの振動を検出するサニャック干渉型の光ファイバ振動センサにおいて、光信号を出力する発光素子と、前記発光素子が出力した前記光信号を戻り光信号として受光し、前記戻り光信号を電気信号に変換して出力する受光素子と、前記発光素子から出力された前記光信号を１対の光信号に分岐するとともに、帰還した前記１対の光信号同士を干渉させてそれを前記戻り光信号として前記受光素子側に出力する光接続部と、前記光接続部で分岐された前記１対の光信号を互いに異なる回転方向に導入して前記光接続部に帰還させる光ファイバループと、前記受光素子が出力した前記電気信号に含まれる位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力を積分し、積分した値が一定になるように前記発光素子に供給する電流を制御する制御部と、前記受光素子から前記電気信号を入力し、前記電気信号から得られる前記光ファイバループに導入された前記１対の光信号の間の位相差に基づいて前記光ファイバループの振動を検出する検出部とを備える。

【0013】

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ振動センサの構成例を示す図である。この光ファイバ振動センサ１は、図１に示すように、振動センサ本体部２と、光ファイバがループ状に形成された光ファイバループ３とを備えるサニャック干渉型の光ファイバ振動センサである。

【0014】

（振動センサ本体部）
振動センサ本体部２は、光信号Ｓ_１の発光及びその戻り光信号Ｓ_２の受光を行う発光受光部２１と、発光受光部２１から出力された光信号Ｓ_１を１対の光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２に分岐する光カプラ２２と、光カプラ２２により分岐された光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２を遅延させる光ファイバコイル２３と、光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２の位相を変調する位相変調器２４と、１対の光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２間の位相差に基づいて光ファイバループ３の振動を検出し、発光受光部２１及び位相変調器２４を制御する信号処理部２５と、光ファイバループ３と振動センサ本体部２とを接続する光コネクタ２６と、光信号Ｓ_１、Ｓ_１１、Ｓ_１２、及び戻り光信号Ｓ_２の経路となる光ファイバ２００ａ、２００ｂ、２００ｃとを備える。なお、光カプラ２２は、光接続部の一例である。

【0015】

（発光受光部）
発光受光部２１は、信号処理部２５から信号線２０１を介して出力される電流に基づいて偏光特性を有する光信号Ｓ_１を出力するとともに、光信号Ｓ_１の戻り光信号Ｓ_２を透過させて自己結合効果により増幅した光信号Ｓ_２ａを背面側に出力する発光素子２１１と、発光素子２１１の背面側に設けられ、発光素子２１１が出力する光信号Ｓ_２ａを電気信号に変換し、信号線２０１を介して信号処理部２５に出力する受光素子２１２と、発光素子２１１から出力された光信号Ｓ_１を光ファイバ２００ａに集光して光結合させるレンズ２１３とを備える。

【0016】

発光素子２１１は、光信号を出力する半導体レーザであり、例えばコンパクトディスクプレイヤー等で使用される低コストなマルチモード半導体レーザであるＣＤ−ＬＤ（Laser Diode for Compact Disc Player）が用いられる。受光素子２１２には、例えばフォトダイオードが用いられる。

【0017】

レンズ２１３は、発光素子２１１の表面側に設けられ、光信号Ｓ_１を光ファイバ２００ａと光結合させ、光カプラ２２から出力された戻り光信号Ｓ_２を発光素子２１１に集光する。レンズ２１３は、例えば、アクリル系、エポキシ系等の樹脂、石英ガラス等を用いることができる。

【0018】

発光素子２１１が有する自己結合効果は、半導体レーザの活性層で生じる干渉、増幅現象に起因するものであり、光信号Ｓ_１と戻り光信号Ｓ_２との干渉によって生じるため、高い波長選択性がある。そのため、発光素子２１１は、出力した光信号Ｓ_１と同じ波長を有する戻り光信号Ｓ_２のみを自己結合効果により増幅して背面側の受光素子２１２に出力する。自己結合効果を有する発光素子２１１及び受光素子２１２を背面側に備えた発光受光部２１は、半導体レーザのパッケージと、レンズ２１３のみで発光受光部２１を構成することが可能である。この半導体パッケージを用いることで振動センサ本体部２の光学部品を省くことができ、さらに振動センサ本体部２の組立工程を簡略化することが可能になる。また、戻り光信号Ｓ_２を選択的に増幅することが可能になることから、微小な光信号でも高精度に検出することが可能になる。

【0019】

（光ファイバ）
発光受光部２１、光カプラ２２、光ファイバコイル２３、位相変調器２４及び光コネクタ２６間を接続する光ファイバ２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、後述する図５（ａ）、図５（ｂ）に示す偏波面保存ファイバを用いることが好ましい。

【0020】

（光カプラ）
図２（ａ）は、光信号を分岐する際の光信号の伝送を示す模式図、図２（ｂ）は、光信号を干渉させる際の光信号の伝送を示す模式図である。光カプラ２２は、発光素子２１１から光ファイバ２００ａを介して出力された光信号Ｓ_１を１対の光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２に分岐し、１対の光ファイバ２００ｂ、２００ｃ及び光コネクタ２６を介して光ファイバループ３から帰還した１対の光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２を干渉させた戻り光信号Ｓ_２を発光素子２１１側に出力する。

【0021】

すなわち、光カプラ２２は、図２（ａ）に示すように発光素子２１１から出力された光信号Ｓ_１を透過による光信号Ｓ_１１と、結合による光信号Ｓ_１２に分岐する。光カプラ２２は、図２（ｂ）に示すように光ファイバループ３から帰還した結合による光信号Ｓ_１１と、透過による光信号Ｓ_１２を干渉させて戻り光信号Ｓ_２を発光素子２１１側に出力する。

【0022】

光カプラ２２により分岐及び干渉される１対の光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２は、透過と結合を１回ずつ経た後に戻り光信号Ｓ_２として発光素子２１１側に出力される。そのため、光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２が出力される経路は相反なものとなる。

【0023】

（光ファイバコイル）
光ファイバコイル２３は、図１に示すように、一端が光ファイバ２００ｂにより光カプラ２２に接続され、他端が光ファイバ２００ｂ及び光コネクタ２６を介して光ファイバループ３に接続される。光ファイバコイル２３は、光ファイバループ３の全長とほぼ同じ長さの光ファイバを備え、光ファイバループ３の振動を検出する感度を光ファイバループ３の長さ方向で一定にする。

【0024】

すなわち、光ファイバコイル２３は、光カプラ２２により分岐された光信号Ｓ_１１又は光信号Ｓ_１２を遅延させ、光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２が光ファイバループ３に到達する時間差を生じさせることにより、光ファイバループ３の長さ方向において振動を検出する感度を一定にする。

【0025】

（位相変調器）
位相変調器２４は、円筒型のピエゾセラミックと、ピエゾセラミックに巻きつけられた光ファイバとを備える。位相変調器２４は、一端が光ファイバ２００ｃにより光カプラ２２に接続され、他端が光ファイバ２００ｃ及び光コネクタ２６を介して光ファイバループ３に接続され、信号線２０１を介して信号処理部２５に接続される。ピエゾセラミックには、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられる。

【0026】

位相変調器２４は、信号処理部２５から、例えばピエゾセラミックの共振周波数である位相変調周波数２２ｋＨｚの正弦波電圧が供給されると、正弦波電圧によってピエゾセラミックが振動し、この振動によりピエゾセラミックに巻きつけられた光ファイバが伸縮することで光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２の位相を変調する。

【0027】

位相変調器２４で光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２の位相を変調することにより、変調された光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２が光カプラ２２に到達する時間差が生じて光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２間の位相差が誘起され、この位相差に基づく戻り信号Ｓ_２が受光素子２１２によって受光される。

【0028】

（信号処理部）
図３は、信号処理部の回路の一例を示すブロック図である。信号処理部２５は、受光素子２１２から出力された電気信号の直流成分を除去して交流成分を通過させるトランスインピーダンス回路２５１と、トランスインピーダンス回路２５１を通過した電気信号の交流成分を増幅するプリアンプ２５２と、プリアンプ２５２から出力された電気信号に基づいて発光素子２１１の出力制御を行う制御回路２５４と、制御回路２５４が行う出力制御に基づいて発光素子２１１に電流を供給する駆動回路２５５と、プリアンプ２５２で増幅された電気信号が有する予め定められた複数の周波数の検波を行うロックインアンプ２５３と、ロックインアンプ２５３が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２５７と、光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２間の位相差に基づいて光ファイバループ３の振動を検出するＣＰＵ（Central Processing Unit）２５６とを備える。

【0029】

トランスインピーダンス回路２５１は、一端が信号線２０１を介して受光素子２１２に電気的に接続され、他端がプリアンプ２５２に電気的に接続されている。トランスインピーダンス回路２５１は、コンデンサＣ_１と抵抗器Ｒ_１とを備え、抵抗器Ｒ_１の一端が基準電位に接続されたＲＣ回路を構成する。

【0030】

トランスインピーダンス回路２５１は、受光素子２１２から出力された電気信号に含まれる直流成分を除去した交流成分をプリアンプ２５２に出力することにより、プリアンプ２５２の出力が飽和することを防止する。

【0031】

プリアンプ２５２は、一端がトランスインピーダンス回路２５１に電気的に接続され、他端がロックインアンプ２５３及び制御回路２５４に電気的に接続されている。プリアンプ２５２は、増幅した電気信号をロックインアンプ２５３及び制御回路２５４に出力する。

【0032】

制御回路２５４は、一端がプリアンプ２５２に電気的に接続され、他端が駆動回路２５５に電気的に接続されている。制御回路２５４は、プリアンプ２５２から出力された電気信号に含まれる位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力を全て積分し、積分した周波数成分の値（振幅値）が一定になるように発光素子２１１への供給電流を制御する。

【0033】

例えば、制御回路２５４は、フェンス等の振動計測対象にセンサケーブル３００を取り付けた状態で予め積分した周波数成分のリファレンス値を取得することによって、積分した周波数成分の値が一定になるように発光素子２１１への供給電流を制御する。すなわち、位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力をある一定の期間ｔにおいて全て積分し、積分した周波数成分の値をリファレンス値として図示しないメモリに記憶する。そして、制御回路２５４は、位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力を積分した周波数成分の振幅の値と、予め記憶したリファレンス値とが等しくなるように発光素子２１１への供給電流を制御する。なお、センサーケーブル３００が取り付けられた状態でリファレンス値をメモリに記憶するのは、光ファイバループ３の敷設状況によってリファレンス値が変化するからである。

【0034】

駆動回路２５５は、一端が制御回路２５４に電気的に接続され、他端が信号線２０１を介して発光素子２１１に電気的に接続されている。駆動回路２５５は、制御回路２５４の出力制御に基づいて発光素子２１１を駆動する。

【0035】

ロックインアンプ２５３は、一端がプリアンプ２５２に電気的に接続され、他端がＡ／Ｄ変換器２５７を介してＣＰＵ２５６に電気的に接続されている。ロックインアンプ２５３は、プリアンプ２５２で増幅された電気信号に含まれる周波数成分のうち、予め定められる複数の周波数成分を検波する。ロックインアンプ２５２は、その検波した複数の周波数成分の振幅に相当する信号を平滑及び増幅してＡ／Ｄ変換器２５７を介してＣＰＵ２５６に出力する。

【0036】

ＣＰＵ２５６は、ロックインアンプ２５２からＡ／Ｄ変換器２５７を介して信号を入力する。その信号は、複数の周波数成分として位相変調周波数成分及びその高調波成分（例えば、２次、４次成分）を含む。ＣＰＵ２５６は、位相変調周波数成分の振幅値と高調波成分（例えば、２次成分）の振幅値の比を求め、その振幅値の比から光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２の位相差を算出する。また、ＣＰＵ２５６は、図示しないＤ／Ａ変換器及び信号線２０１を介して位相変調器２４に接続され、位相変調器２４に電気信号を出力することにより位相変調器２４のピエゾセラミックを振動させて光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２の位相の変調を制御する。

【0037】

（光ファイバループ）
図４は、センサケーブルの断面図である。図５（ａ）は、楕円ジャケット型ＰＭＦの断面図、図５（ａ）は、楕円コア型ＰＭＦの断面図である。

【0038】

光ファイバループ３は、図１に示すように、１対の光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２が導入されるセンサケーブル３００を備え、光カプラ２２で分岐された１対の光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２が互いに異なる回転方向に光コネクタ２６を介して導入される。光ファイバループ３は、導入した光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２を光カプラ２２に帰還させる。

【0039】

センサケーブル３００は、図４に示すように、２心の光ファイバ３０１と、光ファイバ３０１を補強する補強繊維３０２と、光ファイバ３０１の曲げ、伸びを防止する補強部材３０３と、光ファイバ３０１、補強繊維３０２及び補強部材３０３を被覆する被覆部材３０４とを備える。

【0040】

センサケーブル３００に用いられる光ファイバ３０１は、光信号の偏波の回転によって振動検出が不安定になることを防止するため、偏波面保存ファイバ（Polarization Maintaining Fiber : ＰＭＦ）が用いられる。この偏波面保存ファイバには、図５（ａ）に示す楕円ジャケット型ＰＭＦ、図５（ｂ）に示す楕円コア型ＰＭＦ等が用いられる。

【0041】

楕円ジャケット型ＰＭＦ３０１ａは、図５（ａ）に示すように、コア３１０ａ、クラッド３１１ａ、楕円ジャケット３１２及びサポート３１３を備える。楕円ジャケット３１２は所望の複屈折が得られるようにコア３１０ａに対して応力を付与する。楕円ジャケット型ＰＭＦ３０１ａは、伝送損失が低く、かつ高い偏波保持特性を有することから長距離の光ファイバ３０１を備えるセンサケーブル３００に利用される。

【0042】

楕円コア型ＰＭＦ３０１ｂは、図５（ｂ）に示すように、断面形状を楕円形にしたコア３１０ｂ及びクラッド３１１ｂを備える。楕円コア型ＰＭＦ３０１ｂは、低コストであるが、長距離の特性に難があるため、比較的短距離のセンサケーブル３００に利用される。

【0043】

（光ファイバ振動センサの設置例）
図６は、光ファイバ振動センサ１の設置例を示す図である。光ファイバ振動センサ１は、フェンス４の柱部４１に振動センサ本体部２を収納した筺体２０が取り付けられ、センサケーブル３００をフェンス４の金網４２等に固定されてフェンス４に設置される。光ファイバループ３を形成するセンサケーブル３００は、両端部が筺体２０に収納された振動センサ本体部２の光コネクタ２６に接続される。

【0044】

（光ファイバ振動センサの動作）
以下、光ファイバ振動センサ１の動作の一例について説明する。

【0045】

発光素子２１１は、信号処理部２５から出力される電気信号に基づいて光信号Ｓ_１を出力する。光信号Ｓ_１は、光カプラ２２に伝送され、光カプラ２２によって透過による光信号Ｓ_１１と、結合による光信号Ｓ_１２に分岐される。

【0046】

光カプラ２２により分岐された光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２の一方の光信号Ｓ_１１は、光ファイバコイル２３を経由して光ファイバループ３に入射し、もう一方の光信号Ｓ_１２は、位相変調器２４により光信号Ｓ_１２の位相が変調されて光ファイバループ３に入射する。光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２は、光ファイバループ３を互いに異なる回転方向に伝送する。

【0047】

光ファイバループ３に導入された１対の光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２は、光ファイバループ３を周回し、光ファイバコイル２３又は位相変調器２４を経由して光カプラ２２に帰還する。光カプラ２２は、帰還した結合による光信号Ｓ_１１と帰還した透過による光信号Ｓ_１２とを干渉させた戻り光信号Ｓ２を発光素子２１１側に出力する。光ファイバループ３が振動した場合、光ファイバ３０１の伸縮により、光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２間に位相差が生じる。

【0048】

発光素子２１１に出力された戻り光信号Ｓ_２は、発光素子２１１を透過し、自己結合効果により増幅された光信号Ｓ_２ａとして発光素子２１１の背面側に設けられた受光素子２１２に出力される。

【0049】

受光素子２１２に出力された光信号Ｓ_２ａは、受光素子２１２により電気信号に変換され、信号処理部２５に出力される。

【0050】

受光素子２１２から電気信号が信号処理部２５に出力されると、電気信号は、まずトランスインピーダンス回路２５１によりその電気信号の直流成分が除去される。直流成分が除去された電気信号は、プリアンプ２５２により増幅されて制御回路２５４及びロックインアンプ２５３に出力される。

【0051】

プリアンプ２５２から出力された一方の電気信号は、ロックインアンプ２５３で予め定められた複数の周波数成分が検波及び増幅されて出力され、Ａ／Ｄ変換回路２５７を介してデジタル信号としてＣＰＵ２５６に出力される。

【0052】

ＣＰＵ２５６は、ロックインアンプ２５３からＡ／Ｄ変換器２５７を介して出力されたデジタル信号に基づいて位相変調周波数成分の振幅値と位相変調周波数成分の高調波成分の振幅値の比を求め、その振幅値の比から光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２の位相を算出して光ファイバループ３の振動を検出する。

【0053】

プリアンプ２５２から出力されたもう一方の電気信号は、制御回路２５４で電気信号の交流成分の電圧値が積分される。制御回路２５４は、位相変調周波数成分や高周波成分の出力を全て積分し、積分した周波数成分の振幅値が一定になるように発光素子２１１への供給電流を制御する。

【0054】

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（ア）受光素子２１２が出力した電気信号に含まれる位相変調周波数成分及びその高調波成分の出力を全てを制御回路２５４で積分し、制御回路２５４が発光素子２１１の出力を制御することにより、受光素子２１２に入射する戻り光信号Ｓ_２の出力レベルを一定に維持することができるので、光ファイバループ３の振動検出感度を維持することが可能になる。
（イ）トランスインピーダンス回路２５１によって受光素子２１２が出力した電気信号の直流成分を除去することにより、プリアンプ２５２の出力が飽和することを防止できるので、光ファイバループ３の高精度な振動検出が可能になる。
（ウ）ロックインアンプ２５３が受光素子２１２が出力した電気信号が有する予め定められた複数の周波数を検波することにより、ＣＰＵ２５６が光信号Ｓ_１１、Ｓ_１２間の位相差に基づいて光ファイバループ３の振動を検出することが可能になるので、発光素子の出力や増幅器の増幅効率の変動による影響を低減することができる。
（エ）発光素子２１１が出力した光信号Ｓ_１の戻り光信号Ｓ_２を発光素子２１１の背面側に設けた受光素子２１２で受光することにより、光カプラ２２を１つにした構成でも光信号の経路を相反な光学系にすることができるので、透過と結合による光信号の位相差が少なくなり、高精度な振動測定が可能となる。また、光カプラを１つにすることで、光カプラによる放射損失を抑えることができる。
（オ）光カプラ２２を１つにすることにより、戻り光信号Ｓ_２の分岐損失を低減することができるので、光カプラ２２を２つ備える構成と比較して、戻り光信号Ｓ_２の出力の減衰量を約半分に低減することができる。さらに、光ファイバ振動センサ１の部品点数を減らして振動センサ本体部２の組立等の工程を簡略化することができる。

【0055】

［変形例］
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態では、発光素子２１１としてＣＤ−ＬＤが用いられると説明したが、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等の半導体発光素子を用いてもよい。

【0056】

また、上記実施の形態の光ファイバ振動センサ１は、光カプラ２２を１つ備えるものとして説明したが、光カプラ２２を２つ備え、発光素子２１と受光素子２２のそれぞれが別の光ファイバにより光カプラ２２に接続される構成としてもよい。

【0057】

また、１対の振動センサ本体部２、光ファイバループ３をフェンス４等に設置して振動検知の感度差によって振動箇所を特定できる構成としてもよい。

【0058】

また、本発明の要旨を変更しない範囲内で上記実施の形態の構成要素のうち一部を除くことも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本発明は、例えば侵入者検出用の振動センサ、地震、落石を検知する防災センサとして適用可能である。

【符号の説明】

【0060】

１ 光ファイバ振動センサ
２ 振動センサ本体部
３ 光ファイバループ
４ フェンス
２０ 筺体
２１ 発光受光部
２２ 光カプラ
２３ 光ファイバコイル
２４ 位相変調器
２５ 信号処理部
２６ 光コネクタ
４１ 柱部
４２ 金網
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ 光ファイバ
２０１ 信号線
２１１ 発光素子
２１２ 受光素子
２１３ レンズ
２５１ トランスインピーダンス回路
２５２ プリアンプ
２５３ ロックインアンプ
２５４ 制御回路
２５５ 駆動回路
２５６ ＣＰＵ
３００ センサケーブル
３０１ 光ファイバ
３０２ 補強繊維
３０３ 補強部材
３０４ 被覆部材
３１０ａ，３１０ｂ コア
３１１ａ，３１１ｂ クラッド
３１２ 楕円ジャケット
３１３ サポート
３０１ａ 楕円ジャケット型ＰＭＦ（光ファイバ）
３０１ｂ 楕円コア型ＰＭＦ（光ファイバ）
Ｃ_１ コンデンサ
Ｒ_１ 抵抗器
Ｓ_１、Ｓ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_２ａ 光信号
Ｓ_２ 戻り光信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】