特開 2023-111332 光ファイバセンサシステムおよび光ファイバセンサ復調方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023111332

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】光ファイバセンサシステムおよび光ファイバセンサ復調方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/353 20060101AFI20230803BHJP

【ＦＩ】

G01D5/353 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022013140

(22)【出願日】2022-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤原 甫

【テーマコード（参考）】

2F103

【Ｆターム（参考）】

2F103BA10

2F103EB01

2F103EB11

2F103EC09

2F103ED25

2F103FA01

(57)【要約】

【課題】同期ずれの発生を抑えることができる光ファイバセンサシステムおよび光ファイバセンサ復調方法を得る。
【解決手段】検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する光ファイバセンサ２２を複数有し、それぞれの光ファイバセンサ２２からの戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させるセンサ群２と、戻り信号に基づいて復調処理を行う復調処理部５とを備え、復調処理部５は、基準トリガ信号が送られると、計数値をクリアして、戻り信号に同期したクロックのパルスを計数し、処理対象の光ファイバセンサの戻り信号の先頭となる信号が復調処理部５に送られるタイミングに設定された設定値分のパルスを計数すると、トリガ信号を出力するトリガ信号生成部５２２と、トリガ信号が送られると復調処理を行う復調回路部５２５とを備えるものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する光ファイバセンサを複数有し、それぞれの前記光ファイバセンサからの前記戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させる光ファイバセンサアレイと、
前記戻り信号に基づいて復調処理を行い、前記光の位相変化量のデータを得る復調処理部とを備え、
前記復調処理部は、
前記戻り信号の先頭を規定する基準となる基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアして、前記戻り信号に同期したクロックのパルスを計数し、処理対象の前記光ファイバセンサの前記戻り信号の先頭となる信号が前記復調処理部に送られるタイミングに設定された設定値分の前記パルスを計数すると、トリガ信号を出力するトリガ信号生成部と、
前記トリガ信号が送られると前記復調処理を行う復調回路部と
を備える光ファイバセンサシステム。

【請求項2】

前記トリガ信号生成部は、
前記基準トリガ信号が入力されると、前記計数値をクリアして初期値に戻し、前記クロックのパルスを計数する基準トリガ同期カウンタと、
前記基準トリガ同期カウンタの前記計数値と前記設定値とを比較し、前記計数値と前記設定値とが同じ値になると前記トリガ信号を出力するトリガ信号用比較回路と
を有する請求項１に記載の光ファイバセンサシステム。

【請求項3】

前記復調処理部は、
信号間にずれが発生していると判定すると、ずれ検知信号を出力するトリガ信号監視部をさらに備える請求項１または請求項２に記載の光ファイバセンサシステム。

【請求項4】

前記復調処理部は、
初回動作における前記クロック、前記基準トリガ信号および前記戻り信号の前記タイミングに基づいて設定された前記設定値を記憶する設定値記憶部をさらに備える請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバセンサシステム。

【請求項5】

検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する複数の光ファイバセンサからの前記戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させる工程と、
前記戻り信号の先頭を規定する基準となる基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアして、前記戻り信号に同期したクロックのパルスを計数する工程と、
処理対象の前記光ファイバセンサの前記戻り信号による先頭となる信号が復調処理を行うタイミングに設定された設定値分の前記パルスを計数すると、トリガ信号を出力する工程と、
前記トリガ信号が送られると前記復調処理を行って光の位相変化量のデータを得る工程と
を有する光ファイバセンサ復調方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この技術は、物理量を検出するセンサとして、光ファイバを用いる光ファイバセンサシステムおよび光ファイバセンサ復調方法に関するものである。特に、複数チャネルの光ファイバセンサで構成される光ファイバセンサアレイを用いたときの復調に係るものである。

【背景技術】

【0002】

近年、光ファイバセンサシステムに関する技術の発展が目覚ましい。光ファイバセンサは、たとえば、音圧（音波）などの物理量を計測、検出などするために、光ファイバを利用したセンサである。センシングを行う光ファイバが物理量によって伸び縮みすると、光の伝搬距離が変わるため、通過する光の位相が変化する。そして、このため、基準となる位相と物理量により変化した位相との位相差に基づいて物理量の検出などを行うことができる。そして、特に、光ファイバセンサを通過して戻ってくる光から位相変化量などを復調する光ファイバセンサシステムの復調方式について、様々な手法が提案されている。

【0003】

ＰＭＤＩ（Ｐａｔｈ Ｍａｔｃｈｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）干渉型光ファイバセンサシステムにおける復調方式の一つに、ＰＧＣ（Ｐｈａｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｃａｒｒｉｅｒ）復調方式がある。ＰＧＣ復調方式は、信号によって伸縮する光ファイバセンサに対し、狭線幅かつ連続パルス波形が出力可能な光源からの光を通過させる。そして、光ファイバセンサ前後からの反射光について、後段の補償コイルにおいて位相変調および干渉させ、得られた位相変化量を復調して、センシングに係る位相信号を得るものである。ここで、ＰＧＣ復調方式における復調処理量をより抑制するため、３×３カプラ復調方式を用いたＰＭＤＩ干渉型光ファイバセンサシステムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４８４４３２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、光ファイバセンサを通過して得られる光に基づいて復調処理を行い、位相信号を得るためには、時分割多重で送られた戻り側の信号（干渉光または非干渉光）から、復調処理を行う対象とする光ファイバセンサからの信号における先頭などの位置（サンプリングなどのタイミング）を特定する必要がある。そこで、システムにおける処理などのタイミングの基となるクロックと戻り信号とを同期させた上で、自走カウンタが、戻り信号の周期に合わせて計数値が循環するようにして、クロックにおけるパルスを自動的に計数する。そして、ある計数値になったタイミングで出力されるトリガ信号に基づき、復調回路は、処理対象となる戻りパルス光信号の目印となる先頭位置を特定して復調処理を行う。

【0006】

しかし、外部から電気的または電磁的雑音などが混入し、クロックが一時的に途切れ、クロックのパルスの個数が減るなどすると、本来の計数値との間にずれが生じる。このため、トリガ信号および戻り信号の位置などの信号において時間的な関係がずれる事象（以下、同期ずれ）が発生する。同期ずれが発生して、カウンタが計数する計数値のずれが継続すると、復調処理において正確なタイミングで戻り信号が得られず、正常に位相変化量を復調することができなくなり、後段における整相処理の工程に影響を与えることになる。

【0007】

そこで、同期ずれの発生を抑えることができる光ファイバセンサシステムおよび光ファイバセンサ復調方法の実現が望まれていた。

【課題を解決するための手段】

【0008】

開示に係る光ファイバセンサシステムは、検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する光ファイバセンサを複数有し、それぞれの光ファイバセンサからの戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させる光ファイバセンサアレイと、戻り信号に基づいて復調処理を行い、光の位相変化量のデータを得る復調処理部とを備え、復調処理部は、戻り信号の先頭を規定する基準となる基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアして、戻り信号に同期したクロックのパルスを計数し、処理対象の光ファイバセンサの戻り信号の先頭となる信号が復調処理部に送られるタイミングに設定された設定値分のパルスを計数すると、トリガ信号を出力するトリガ信号生成部と、トリガ信号が送られると復調処理を行う復調回路部とを備えるものである。

【0009】

また、開示に係る光ファイバセンサ復調方法は、検出した物理量に基づいて、通過する光の位相を変化させて戻り信号として周期的に送信する複数の光ファイバセンサからの戻り信号を、設定されたパルス順序で通過させる工程と、戻り信号の先頭を規定する基準となる基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアして、戻り信号に同期したクロックのパルスを計数する工程と、処理対象の光ファイバセンサの戻り信号による先頭となる信号が復調処理を行うタイミングに設定された設定値分のパルスを計数すると、トリガ信号を出力する工程と、トリガ信号が送られると復調処理を行って光の位相変化量のデータを得る工程とを有するものである。

【発明の効果】

【0010】

この開示によれば、復調処理部のトリガ信号生成部が、基準トリガ信号が送られてから、設定値に基づくタイミングで、トリガ信号を出力するようにした。このため、外部からのノイズ混入により信号の同期ずれが発生しても、トリガ信号のずれを抑えることができ、復調回路部は、処理対象の光ファイバセンサに係る位相変化量を復調することができる。したがって、復調処理部における同期ずれの影響が整相処理まで及ばす、精度の高いセンシング処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態１に係る光ファイバセンサシステム１００の構成を示す図である。

【図2】実施の形態１に係る復調処理基板５２のトリガ信号などの生成に係る回路を中心とする構成の一例を示す図である。

【図3】実施の形態１に係る光ファイバセンサシステム１００の初回動作における復調処理部５の処理の流れを示す図である。

【図4】実施の形態１に係る初回動作時における各信号の関係を示す図である。

【図5】実施の形態１に係る光ファイバセンサシステム１００のセンシング動作における復調処理部５の処理の流れを示す図である。

【図6】実施の形態１に係る光ファイバセンサシステム１００のセンシング動作において同期ずれが発生したときの各種信号の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施の形態に係る光ファイバセンサシステムについて、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。明細書に記載された機器がすべて含まれていなくてもよい場合がある。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、符号、添字などを省略して記載する場合がある。

【0013】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光ファイバセンサシステム１００の構成を示す図である。光ファイバセンサシステム１００は、光ファイバを用いて物理量を検出するセンシング処理を行うシステムである。実施の形態１におけるシステムの説明においては、検出対象とする物理量は音波の音圧とし、音波を信号とする音響信号をセンシングするシステムを例に説明する。図１の光ファイバセンサシステム１００は、パルス光源部１、センサ群２、遅延補償器３、受光部４、復調処理部５および整相処理部６を有する。

【0014】

パルス光源部１は、後述する復調処理部５が有する基準信号生成部５１から送られる送信トリガ信号に同期して、たとえば、変調を施したパルス光（レーザ光）信号を送出する。パルス光源部１が出力したパルス光信号は、往路側伝送ファイバ１０１を通過して、後述するように光ファイバセンサアレイを構成する複数の光ファイバセンサ２２を有するセンサ群２に送られる。

【0015】

センサ群２は、往路側伝送ファイバ１０１を通過したパルス光信号に、音響信号における音波の音圧に対応して位相が変化したパルス光信号などを含む戻りパルス光信号を復路側伝送ファイバ１０２に、設定されたパルス順序で通過させる。したがって、戻りパルス光信号には、音響信号に基づく位相変化量がデータとして重畳されることになる。センサ群２は、複数の往路側光カプラ２１、複数の光ファイバセンサ２２および複数の復路側光カプラ２３を有する。ここで、実施の形態１の光ファイバセンサシステム１００では、センサ群２における光ファイバセンサ２２は、６台で構成されているものとして説明する。ただし、光ファイバセンサ２２は６台に限定するものではなく、任意の台数で構成することができる。

【0016】

往路側光カプラ２１（往路側光カプラ２１－１～往路側光カプラ２１－６）は、パルス光源部１から送られて往路側伝送ファイバ１０１を通過したパルス光信号を分岐する。各往路側光カプラ２１を通過した光は、複数の光ファイバセンサ２２に送られる。ここで、図１には往路側光カプラ２１－６が設置されているが、パルス光源部１から見て、パルス光信号の伝送が最も遠い距離に位置する光ファイバセンサ２２－６には、往路側光カプラ２１－６が設置されなくてもよい。

【0017】

光ファイバセンサ２２（光ファイバセンサ２２－１～光ファイバセンサ２２－６）は、センシングを行うチャネルとなり、音響信号に基づいて位相を変化させたパルス光信号を含む戻り信号である戻りパルス光信号を出力する。光ファイバセンサ２２において、センシングを行う光ファイバは、たとえば、弾性円筒に巻かれている。そして、音圧により弾性円筒に歪みが生じると、光ファイバも音響信号の大きさに応じて伸縮する。このとき、光ファイバ内を通過する光の経路長（伝搬距離）が変化することで光の位相が変化して、変化した位相分に対応する音響信号の検出を行うことができる。したがって、音響信号に基づくパルス光信号の位相変化量がデータとして重畳される。

【0018】

復路側光カプラ２３（復路側光カプラ２３－１～復路側光カプラ２３－６）は、対応する光ファイバセンサ２２からの戻りパルス光信号を、他の戻りパルス光信号と合流させる。合流した戻りパルス光信号は、復路側伝送ファイバ１０２を通過して、遅延補償器３に送られる。合流した光ファイバセンサ２２からの戻りパルス光信号は、各光ファイバセンサ２２からの戻りパルス光信号が時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）された信号となる。したがって、各光ファイバセンサ２２からの戻りパルス光信号は時間的に重ならない。ここで、図１には復路側光カプラ２３－６が設置されているが、設置されなくてもよい。

【0019】

実施の形態１の遅延補償器３は、各光ファイバセンサ２２と同じ遅延時間差をとることで、各光ファイバセンサ２２からの戻りパルス光信号（非干渉光）より干渉光を取得する。そして、遅延補償器３は、３×３カプラを通して、パルス光の位相を＋１／３πおよび－１／３πずらした２経路の戻り信号パルス光を出力する。

【0020】

受光部４は、遅延補償器３から送られる戻り信号パルス光における干渉光および非干渉光の強度を調整する。さらに、受光部４は、光信号をアナログ電気信号に変換し、復調処理部５へと出力するＯ／Ｅ変換器となる。

【0021】

復調処理部５は、受光部４からのアナログ電気信号を、デジタル電気信号に変換する。また、復調処理部５は、基準トリガ信号および基準クロックを生成する。さらに、復調処理部５は、デジタル電気信号から、処理対象（以下、目標という）とする光ファイバセンサ２２における戻りパルス光信号の先頭位置（サンプリングを行う基準となるタイミング）を検出する。そして、復調処理部５は、先頭位置に基づいてサンプリングした信号中のデータ値から位相変化量を取得する復調処理を行う。また、復調処理部５は、位相変化量をデータとして含む位相信号を、後述する整相処理部６に出力する。復調処理部５は、図１に示すように、基準信号生成部５１、復調処理基板５２、外部インターフェース部５３を有する。

【0022】

基準信号生成部５１は、送信トリガ信号、基準トリガ信号および基準クロックを生成する。送信トリガ信号は、前述したようにパルス光源部１に送られる。基準クロックは、たとえば、１０ＭＨｚ程度の周波数の信号である。基準トリガ信号は、送信トリガ信号と同期して送られる信号である。基準トリガ信号は、後述する復調回路部５２５がセンサ群２を通過した戻りパルス光信号に係る戻り信号パルス光の先頭位置を、変換したデジタル電気信号から検出するために用いられる信号である。

【0023】

復調処理基板５２は、回路などの装置が搭載された基板であり、復調処理を行う。ここで、復調処理基板５２は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のようなデジタル信号処理に特化したソフトウェア、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）のようなプログラム可能な論理回路を用いたハードウェアなどにより復調処理を実現することができる。

【0024】

外部インターフェース部５３は、外部装置とのデータなどの入出力のインターフェースとなる装置である。外部インターフェース部５３は、入力インターフェース部５３１および出力インターフェース部５３２を有する。入力インターフェース部５３１は、外部から復調処理部５に信号が入力されるインターフェースとなる。入力インターフェース部５３１は、システム利用者が後述する設定値などのデータに係る信号を入力する入力装置７０１と接続するインターフェースである。また、出力インターフェース部５３２は、復調処理部５から外部に信号を出力する際のインターフェースとなる。出力インターフェース部５３２は、後述するトリガ信号、クロックおよびデジタル電気信号によって示される戻りパルス光信号の位置関係を確認するためのオシロスコープ７０２などの表示装置と接続するインターフェースである。また、出力インターフェース部５３２は、復調処理部５と信号の通信が可能な外部制御装置７０３と接続するインターフェースである。

【0025】

整相処理部６は、復調処理部５からの位相信号に基づいて、所望の到来方位からの音を強調する整相処理を行って、音の到来方位などを検出する。

【0026】

図２は、実施の形態１に係る復調処理基板５２のトリガ信号などの生成に係る回路を中心とする構成の一例を示す図である。復調処理基板５２は、位相同期部５２１、トリガ信号生成部５２２、トリガ信号監視部５２３、設定値記憶部５２４および復調回路部５２５を有する。

【0027】

位相同期部５２１は、ＰＬＬ回路を有し、基準信号生成部５１が生成した基準クロックを逓倍したクロックを信号として生成する処理を行う。位相同期部５２１が基準クロックを逓倍してクロックを生成することで、戻りパルス光信号における数十ｎｓオーダのパルス幅の中心付近を正確に検出することができる。

【0028】

設定値記憶部５２４は、入力装置７０１および入力インターフェース部５３１を介してシステム利用者が入力した設定値のデータを記憶する。設定値は、センサ群２を通過した戻りパルス光信号における先頭位置を規定するデータである。設定値は、オシロスコープ７０２に表示された波形などに基づき、パルス光源部１から復調処理部５までの伝送路を通過したパルス光信号内のパルスの伝搬遅延時間を考慮して設定される。

【0029】

トリガ信号生成部５２２は、復調の目標とする光ファイバセンサ２２の戻りパルス光信号における先頭位置を特定するトリガ信号を生成する処理を行う。トリガ信号生成部５２２は、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａおよびトリガ信号用比較回路５２２Ｂを有する。基準トリガ同期カウンタ５２２Ａは、クロックを計数（カウントアップ）してトリガ用計数値として出力する。基準トリガ同期カウンタ５２２Ａは、０～ｎまでの計数値を循環させる。ｎの値は、たとえば、パルス光源部１が送出するパルス光信号の周期（センサ群２からの時分割多重された戻りパルス光信号の時間。各光ファイバセンサ２２のセンシングの周期にもなる）に対応するクロックの計数分とする。したがって、基準信号生成部５１が生成した基準トリガ信号の周期と基準トリガ同期カウンタ５２２Ａの０～ｎまでの計数とが同期する。このため、基本的には、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａが計数値ｎを計数した後、基準信号生成部５１からの基準トリガ信号と位相同期部５２１からのクロックとが同期して入力され、次周期における計数が、初期値である計数値「０」から始まる。ただし、実施の形態１における基準トリガ同期カウンタ５２２Ａは、基準トリガ信号が入力されると、計数値をクリアし、初期値である計数値「０」に戻して計数を再開する。したがって、実施の形態１における基準トリガ同期カウンタ５２２Ａは、基準トリガ信号を、計数値をクリアして初期値に戻す信号として用いることになる。また、トリガ信号用比較回路５２２Ｂは、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａから出力された計数値が設定値記憶部５２４に記憶された設定値と同じ値になると、トリガ信号を出力する。ここでは、初期値となる計数値は計数値「０」とするが、任意の計数値であってもよい。

【0030】

トリガ信号監視部５２３は、トリガ信号を監視し、トリガ信号にずれが生じたかどうかを判定する処理を行う。トリガ信号監視部５２３は、トリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａ、監視比較回路５２３Ｂおよびトリガ信号ずれ検知回路５２３Ｃを有する。トリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａは、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａと同様に、クロックを０～ｎまで計数する。そして、トリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａは、計数値を監視用計数値として出力する。ただし、実施の形態１のトリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａは、初期状態以外においては、基準トリガ信号が入力されても、計数値を０にクリアせずに計数値ｎまで計数を行う点が基準トリガ同期カウンタ５２２Ａと異なる。また、監視比較回路５２３Ｂは、トリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａからの監視計数値が設定値記憶部５２４に記憶された設定値と同じ値になると、監視信号を出力する。そして、トリガ信号ずれ検知回路５２３Ｃは、ＸＯＲ回路を有し、トリガ信号と監視信号との間にずれが生じているときにはずれ検知信号を出力する。ここで、実施の形態１では、復調処理基板５２がトリガ信号監視部５２３を有するものとして説明するが、トリガ信号監視部５２３は必須ではない。

【0031】

復調回路部５２５は、トリガ信号に基づいて、デジタル電気信号に含まれる戻りパルス光信号における先頭位置を検出し、目標とする光ファイバセンサ２２からの戻りパルス光信号に対応するデジタル電気信号を得る。また、復調回路部５２５は、目標とする光ファイバセンサ２２からの戻りパルス光信号に対応するデジタル電気信号に基づく復調処理を行う。そして、復調回路部５２５は、復調処理して得られた目標とする光ファイバセンサ２２におけるセンシングによる検出光の位相変化量をデータとして含む位相信号を出力する。

【0032】

図３は、実施の形態１に係る光ファイバセンサシステム１００の初回動作における復調処理部５の処理の流れを示す図である。ここで、初回動作とは、システム設置時だけでなく、光ファイバセンサ２２の追加など、システムの機器などに変更があって再設定を行うような場合も含むものとする。また、ここでは、入力装置７０１およびオシロスコープ７０２が復調処理部５の外部インターフェース部５３に接続されているものとする。

【0033】

たとえば、システム利用者が光ファイバセンサシステム１００を起動させると、復調処理部５の基準信号生成部５１は、送信トリガ信号、基準トリガ信号および基準クロックを生成する（ステップＳ１）。基準信号生成部５１が生成した信号に基づき、光ファイバセンサシステム１００は動作を開始する。

【0034】

光ファイバセンサシステム１００の初回動作時には、復調処理部５は、出力インターフェース部５３２を介して、表示に係る信号をオシロスコープ７０２に送り、クロック、トリガ信号および戻りパルス光信号を表示させる（ステップＳ２）。システム利用者は、オシロスコープ７０２に表示された各信号の関係に基づいて、トリガ信号生成部５２２がトリガ信号を出力するタイミングを設定し、入力装置７０１に設定値を入力する。設定値を含む信号は、入力インターフェース部５３１を介して、復調処理部５に入力される。復調処理部５の設定値記憶部５２４は、入力された設定値をデータとして記憶する（ステップＳ３）。そして、光ファイバセンサシステム１００は、初回動作を終了する。

【0035】

図４は、実施の形態１に係る初回動作時における各信号の関係を示す図である。ここでは、システム利用者による設定値の決定について説明する。前述したように、光ファイバセンサシステム１００の動作においては、復調処理部５の基準信号生成部５１から送られた送信トリガ信号に基づいて、パルス光源部１はパルス光信号を送出する。ここで、初回の起動時においては、パルス光源部１は、パルス光信号を送出しない時間を設け、送信パルス間隔を広げる。これにより、戻りパルス光信号がない「歯抜け状態」となる時間ができる。デジタル電気信号におけるセンサ群２からの戻りパルス光信号の先頭位置を明確に判別することができる。そして、パルス光源部１から送出されたパルス光信号がセンサ群２の各光ファイバセンサ２２を通過し、戻りパルス光信号として遅延補償器３に入力する。そして、遅延補償器３および受光部４が戻りパルス光信号を処理して得られたアナログ電気信号が復調処理部５に送られる。ここで、図４に示すデジタル電気信号に係る戻りパルス光信号について説明する。たとえば、光ファイバセンサ２２－１における戻りパルス光信号のうち、参照ファイバによる参照光（非干渉光）をｐ１１、センシングファイバによる検出光（非干渉光）をｐ１２、遅延補償器３によって得られた干渉光をＩ１とする。他の光ファイバセンサ２２－２～光ファイバセンサ２２－６からの戻りパルス光信号についても、同様の方法で示している。

【0036】

復調処理部５においては、前述したように、基準信号生成部５１が、送信トリガ信号とともに、基準トリガ信号および基準クロックを生成する。復調処理基板５２は、基準トリガ信号および基準クロックに基づいて、トリガ信号およびクロックを生成する。ここで、クロックは、戻りパルス光信号におけるパルスのパルス幅の中心付近となるタイミングにパルスが立上がるように生成される。また、トリガ信号は、クロックの立下りエッジと立上りエッジが同期するように生成される。

【0037】

システム利用者は、基準トリガ信号が入力され、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａが計数値を０にして計数を再開した後に、目標とする光ファイバセンサ２２の戻りパルス光信号における先頭位置が確認されるまでのクロックのパルス数を判断する。ここで、光ファイバセンサ２２－１の戻りパルス光信号に対応するデジタル電気信号が復調処理の目標であるとする。このとき、図４に示すように、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａが計数値「６」のときに、光ファイバセンサ２２－１における戻りパルス光信号の先頭となる参照光ｐ１１のデジタル電気信号が入力される。そこで、システム利用者は、入力装置７０１に設定値「６」を入力し、復調処理部５の設定値記憶部５２４は、設定値「６」をデータとして記憶する。これにより、設定値「６」が設定される。

【0038】

図５は、実施の形態１に係る光ファイバセンサシステム１００のセンシング動作における復調処理部５の処理の流れを示す図である。たとえば、システム利用者が光ファイバセンサシステム１００を起動させると、復調処理部５の基準信号生成部５１は、復調処理基板５２の送信トリガ信号、基準トリガ信号および基準クロックを生成する（ステップＳ１１）。基準信号生成部５１が生成した信号に基づき、光ファイバセンサシステム１００は動作を開始する。

【0039】

トリガ信号生成部５２２は、位相同期部５２１が基準クロックを逓倍したクロックを計数した計数値に基づいて、トリガ信号を出力する（ステップＳ１２）。前述したように、トリガ信号生成部５２２の基準トリガ同期カウンタ５２２Ａは、クロックを計数する。基準トリガ同期カウンタ５２２Ａは、基準トリガ信号をクリア信号として用い、基準トリガ信号が入力されると計数値「０」にクリアして計数を再開する。そして、トリガ信号用比較回路５２２Ｂは、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａが計数した計数値が設定値記憶部５２４が記憶する設定値と同じ値になると、トリガ信号を出力する。

【0040】

また、トリガ信号監視部５２３は、信号に同期ずれが発生したかどうかを判定する（ステップＳ１３）。トリガ信号監視部５２３は、同期ずれが発生したと判定すると、ずれ検知信号を出力する（ステップＳ１４）。トリガ信号監視部５２３のトリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａは、計数値「０」～計数値「ｎ」まで循環させつつ、クロックを計数する。監視比較回路５２３Ｂは、トリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａが計数した計数値が設定値記憶部５２４が記憶する設定値と同じ値になると、監視信号を出力する。そして、トリガ信号ずれ検知回路５２３Ｃは、トリガ信号と監視信号との間にずれが生じている場合にずれ検知信号を出力する。

【0041】

そして、復調回路部５２５は、トリガ信号に基づいて、目標とする光ファイバセンサ２２に対応するデジタル電気信号に係る値をサンプリングし、復調処理を行って得られた位相変化量をデータとして含む位相信号を出力する（ステップＳ１５）。光ファイバセンサシステム１００のセンシング動作が終了すると判定するまで（ステップＳ１６）、処理を行う。

【0042】

図６は、実施の形態１に係る光ファイバセンサシステム１００のセンシング動作において同期ずれが発生したときの各種信号の関係を示す図である。ここでは、前述したように、光ファイバセンサ２２－１の戻りパルス光信号に対応するデジタル電気信号が復調処理の目標であるとし、設定値記憶部５２４には、設定値「６」のデータが記憶されているものとする。

【0043】

センシング動作において同期ずれが発生してなければ、基準トリガ信号が入力され、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａが計数値「６」を計数したときに、トリガ信号生成部５２２からトリガ信号が出力される。

【0044】

ここで、図６に示すように、クロックに外部からのノイズが重畳して、本来、計数値「１０」および計数値「１１」として計数される２つのパルスが抜けることで、それらのパルスは計数されなくなる。このため、前述した図４のように、干渉光Ｉ１の入力に対応する計数値は、本来は計数値「１２」になるはずであるが、図６では、計数値「１０」となっており、ずれが生じることになる。

【0045】

しかしながら、図６に示すように、実施の形態１の光ファイバセンサシステム１００では、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａは、計数値「ｎ－２」であっても、基準トリガ信号が入力されると、計数値「０」にクリアして計数を再開する。このため、次の周期における参照光ｐ１１に対応する計数値は計数値「６」となる。したがって、ある周期におけるクロック（計数値）とトリガ信号とのずれによる影響は、次の周期には及ばない。また、図６では示していないが、基準トリガ同期カウンタ５２２Ａが計数値「０」から計数値「６」までを計数する間に、クロックのパルス抜けがあった場合には、その周期におけるトリガ信号には出力のずれが発生するが、次の周期には及ばない。このため、最大１周期でトリガ信号の出力タイミングが修正されることになる。

【0046】

一方、トリガ信号監視部５２３のトリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａは、自走しており、計数値「ｎ－２」で計数値をクリアすることなく、計数値「ｎ」まで計数した後に、計数値「０」に戻って計数を始める。このため、次の周期において、トリガ信号監視用自走カウンタ５２３Ａが計数値「６」を計数したときに出力される監視信号は、トリガ信号より遅く出力される。このため、トリガ信号と監視信号との間にはずれが生じるため、ずれ検知信号が出力される。ずれ検知信号は、出力インターフェース部５３２を介して、外部制御装置７０３に送られる。たとえば、外部制御装置７０３は、ずれが発生した旨の警報を発生する。

【0047】

以上のように、実施の形態１における光ファイバセンサシステム１００によれば、復調処理部５の復調処理基板５２がトリガ信号生成部５２２を有する。そして、トリガ信号生成部５２２は、基準トリガ信号が送られてから初回のシステム動作時に設定された設定値に基づくタイミングで、トリガ信号を出力するようにした。このため、外部からのノイズ混入により信号の同期ずれが発生しても、トリガ信号と戻りパルス光信号とは、最大でも１周期のずれだけですむ。そして、次の周期には、トリガ信号生成部５２２に基準トリガ信号が入力されてからトリガ信号生成部５２２がトリガ信号を出力するタイミングを同じにし、トリガ信号と戻りパルス光信号とを同期させることができる。そして、復調処理部５の復調回路部５２５は、目標とする光ファイバセンサ２２に係る位相変化量を復調することができる。したがって、実施の形態１における光ファイバセンサシステム１００は、トリガ信号のずれを最大１周期に抑え、次周期には再同期することができるので、復調処理部５における同期ずれの影響が整相処理部６まで及ばす、精度の高いセンシングを行うことができる。

【0048】

また、実施の形態１の光ファイバセンサシステム１００では、復調処理部５の復調処理基板５２がトリガ信号監視部５２３を有する。そして、トリガ信号監視部５２３が信号間の同期ずれが発生したと判定すると、ずれ検知信号を出力するようにしたので、システムの状態監視を行うことができる。このため、監視に基づき外部雑音低減などの対策を行うことができ、光ファイバセンサシステム１００の精度向上をはかることができる。

【0049】

実施の形態２．
上述した実施の形態１における光ファイバセンサシステム１００は、トリガ信号監視部５２３が出力したずれ検知信号を、外部制御装置７０３に出力するものとしたが、これに限定するものではない。たとえば、音、表示などにより同期ずれの旨を報知する報知装置を、外部インターフェース部５３に接続してもよい。

【0050】

また、上述した実施の形態１では、ＰＭＤＩ干渉方式を用いた光ファイバセンサシステム１００について説明したが、これに限定するものではない。たとえば、同期式且つＴＤＭ出力される構造の干渉型光ファイバセンサシステム全般に適用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１ パルス光源部
２ センサ群
３ 遅延補償器
４ 受光部
５ 復調処理部
６ 整相処理部
２１，２１－１～２１－６ 往路側光カプラ
２２，２２－１～２２－６ 光ファイバセンサ
２３，２３－１～２３－６ 復路側光カプラ
５１ 基準信号生成部
５２ 復調処理基板
５３ 外部インターフェース部
１００ 光ファイバセンサシステム
１０１ 往路側伝送ファイバ
１０２ 復路側伝送ファイバ
５２１ 位相同期部
５２２ トリガ信号生成部
５２２Ａ 基準トリガ同期カウンタ
５２２Ｂ トリガ信号用比較回路
５２３ トリガ信号監視部
５２３Ａ トリガ信号監視用自走カウンタ
５２３Ｂ 監視比較回路
５２３Ｃ トリガ信号ずれ検知回路
５２４ 設定値記憶部
５２５ 復調回路部
５３１ 入力インターフェース部
５３２ 出力インターフェース部
７０１ 入力装置
７０２ オシロスコープ
７０３ 外部制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】