亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：光纤传感系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用光纤对测定对象的物理量进行测定的光纤传感系统。
背景技术：
近年来，提出了将光纤用作检测例如地基变动、建筑物应变、变形等的传感器的方 法，其代表之一，可以举出FBG(Fiber Bragg Grating 光纤布拉格光栅)法。在该FBG法中，对光纤的特定的芯部照射紫外激光，在光纤长度方向生成周期性 的折射率调制，只反射与周期一致的特定的波长的光，而使其他波长的光透过。如果对该被照射了紫外激光的部分从外部施加压力或改变其周围的温度，则其折 射率发生变化，该部分所反射的光的波长发生漂移(shift)。通过测定该返回光的波长的漂 移变化，来检测上述地基变动、液体温度、建筑物的位移、应变等。例如，专利文献1中公开了这样的技术，利用FBG高精度确定针对复合素材的冲击 的有无、位置、大小。另外，专利文献2公开了这样的技术，利用FBG对测定对象的变形进行 测定。专利文献1 JP特开2008-139171号公报。专利文献2 JP特开2004-309218号公报。

发明内容
然而，会存在这样的情况因光源的出射功率、光纤的插入损耗、受光器的灵敏度 或放大器等的变动、另外因光纤弯曲导致的光能的损失(弯曲损失)、因光纤之间连接的连 接器导致的光能的损耗(连接器损耗)、平台(platform)所具备的电路系统的增益变动等 的影响等的测定对象的物理量以外的干扰的影响。上述这些情况对测定对象的物理量的测 定产生影响而导致无法高精度测定情况，期望提供防止这些干扰影响而能够高精度测定的 光纤传感系统。本发明是鉴于上述课题而做成的，提供一种光纤传感系统，能够通过防止上述测 定对象的物理量以外的干扰影响从而进行高精度测定。通过以下方法来解決上述课题。第一技术方案的发明提供一种光纤传感系统，其特征在于，包括光分支单元，与 用于输出物理计测光的光源相连接；第一光纤，与上述光分支单元相连接；至少一个反射 传感器，与上述第一光纤的末端相连接，使根据测定对象的物理量变化来对物理计测光进 行调制得到的反射光谱返回至上述光纤；光分离单元，与上述光分支单元的支线相连接，将 来自上述反射传感器的返回光分离为强度根据该反射光谱的变化而互补变化的两束光；第 二光线、第三光纤，分别为来自上述光分离单元的两束光各自的光路；模拟光纤，与上述第 二光纤相连接，对被上述光分离单元分离的一束光赋予规定时间差即规定光程差；光耦合 器，使上述第三光纤的末端与上述模拟光纤的末端相结合；受光单元，接收来自上述光耦合 器的光；检测单元，基于上述两束光的强度比，计算上述测定对象的物理变化量。
5
第二技术方案的发明是在第一技术方案的光纤传感系统上，上述光分离单元由波 长倾斜滤光器与循环器构成。第三技术方案的发明是在第一技术方案的光纤传感系统上，上述光分离单元由波 长倾斜滤光器构成。第四技术方案的发明是在第一 三技术方案中任意一个光纤传感系统上，还具有 将上述光分离单元的周边温度保持为恒定的温度保持单元。第五技术方案的发明提供一种光纤传感系统，其特征在于，具有光纤，其与用于 输出物理计测光的光源相连接；反射传感器单元，其包括光分离单元、模拟光纤，上述光分 离单元与从光耦合器分支出的两条支线中的一条支线相连接，将物理计测光分离为强度根 据测定对象的物理量变化来互补变化的两束光，使这被分离的两束光中的一束光返回至上 述光耦合器，上述光耦合器连接在上述光纤的末端，上述模拟光纤与上述光分离单元相连 接，对被上述光分离单元分离的两束光中的另一束光赋予规定时间差即规定光程差，而且， 上述光耦合器的另一条支线与上述模拟光纤的另一端相连接，使被分离的另一束光经由上 述模拟光纤而返回至上述光耦合器；光分支单元，其与上述光纤的光源侧端部相连接；受 光单元，其与上述光分支单元的端部相连接，接收被分离的两束光；检测单元，其基于受光 单元接收到的两束光的强度比，计算上述测定对象的物理变化量。第六技术方案的发明是在第五技术方案的光纤传感系统上，上述光分离单元，由 配置为不与上述平行光平行的反射板和透过板构成，根据测定对象的物理量而使反射板 和透过板中的至少一个板发生位移，从而使反射光和透过光中的至少一束光的强度发生变 化。第七技术方案的发明是在第一 六技术方案中任意一个光纤传感系统上，上述光 纤从光干线经由光分支器而分支出光分支路，在该光分支路上设置有上述反射传感器。第八技术方案的发明是在第一 六技术方案中任意一个光纤传感系统上，上述光 纤从光干线经由光分光器而分支出多条光分支路，在各光分支路上设置有上述反射传感
ο第九技术方案的发明是在第一 八技术方案中任意一个光纤传感系统上，还具 有PN码(pseudorandom noise code 伪随机噪声码)生成器，其生成伪随机信号；调制单 元，其基于由上述PN码生成器生成的伪随机信号，对上述物理计测光进行调制；变换单元， 其将由上述受光单元接收的两束光变换为电信号；相关单元，其利用所变换的电信号和来 自上述PN码生成器的伪随机信号进行相关运算，从而计算两束光的强度。第十技术方案提供一种光纤传感系统，其特征在于，包括光分支单元，与用于输 出物理计测光的光源相连接；光纤，与上述光分支单元相连接；至少一个反射传感器，与上 述光纤的末端相连接，使根据测定对象的物理量变化来对物理计测光进行调制得到的反射 光谱返回至上述光纤；光耦合器，与上述光分支单元的支线相连接；巡回光路，包括光分离 单元、模拟光纤，上述光分离单元与从上述光耦合器分支出的两条支线中的一条支线相连 接，将来自上述反射传感器的返回光分离为两束光，这两束光的透过等级和反射等级根据 该返回光的反射光谱的变化来互补变化，并使这被分离的两束光中的一束光返回至上述光 耦合器，上述模拟光纤与上述光分离单元相连接，对被上述光分离单元分离的两束光中的 一束光赋予规定时间差即规定光程差，而且，该模拟光纤的另一端与上述光耦合器的另一条支线相连接，使从上述光耦合器分支的一条支线入射并被上述光分离单元分离的另一束 光，经由另一条支线返回至上述光耦合器；受光单元，从上述光耦合器接收被上述光分离单 元分离的具有时间差的两束光和在上述巡回光路中巡回过的光；检测单元，基于来自上述 受光单元的三束光的强度比，计算上述测定对象的物理变化量。第十一技术方案提供一种光纤传感系统，其特征在于，包括光纤，其与用于输出 物理计测光的光源相连接；反射传感器单元，其包括巡回光路，上述巡回光路包括光分离单 元、模拟光纤，上述光分离单元与从上述光耦合器分支出的两条支线中的一条支线相连接， 将来自上述反射传感器的返回光分离为两束光，这两束光的透过等级和反射等级根据该返 回光的反射光谱的变化来互补变化，并使这被分离的两束光中的一束光返回至上述光耦合 器，上述模拟光纤与上述光分离单元相连接，对被上述光分离单元分离的两束光中的一束 光赋予规定时间差即规定光程差，而且，该模拟光纤的另一端与上述光耦合器的另一条支 线相连接，使从上述光耦合器分支的一条支线入射并被上述光分离单元分离的另一束光， 经由另一条支线返回至上述光耦合器；光分支单元，其与上述光纤的光源侧端部相连接，受 光单元，其与上述光分支单元相连接，接收被上述光分离单元分离的具有时间差的两束光 和在上述巡回光路中巡回过的光；检测单元，其基于上述受光单元接收到的三束光的强度 比，计算上述测定对象的物理变化量。第十二技术方案的发明是在第十一技术方案的光纤传感系统上，上述光分离单 元，由配置为不与上述平行光平行的反射板和透过板构成，根据测定对象的物理量而使反 射板和透过板中的至少一个板发生位移，从而使反射光和透过光中的至少一束光的强度发
生变化。第十三技术方案的发明是在第十 十二技术方案中任意一个光纤传感系统上，上 述光纤从光干线经由光分支器而分支出光分支路，在该光分支路上设置有上述反射传感器 单元。第十四技术方案的发明是在第十 十二技术方案中任意一个光纤传感系统上，上 述光纤从光干线经由光分光器而分支出多条光分支路，在各光分支路上设置有上述反射传 感器单元。第十五技术方案的发明是在第十 十四技术方案中任意一个光纤传感系统上，还 具有PN码生成器，其生成伪随机信号；调制单元，其基于由上述PN码生成器生成的伪随机 信号，对上述物理计测光进行调制，变换单元，其将由上述受光单元接收的三束光变换为电信号；相关单元，其利用所 变换的电信号和来自上述PN码生成器的伪随机信号进行相关运算，从而计算两束光的强度。第十六技术方案的发明是在第一 十五技术方案中任意一个光纤传感系统上，利 用一个受光单元来接收所分离的两束光。根据第一技术方案所记载的发明，分离为强度根据测定对象的物理量而互补变化 的两束光，根据这两束光的强度比来测定与测定对象的物理量相关的信息，因此能够使光 纤被捻等的测定对象以外的物理量以外的干扰要素相抵销，从而能够进行高精度测定。根据第二技术方案所记载的发明，光分离单元由波长倾斜滤光器和循环器构成， 因此能够利用波长倾斜滤光器将来自反射传感器的返回光分离为两束光，另外能够将与来自反射传感器的反射光分离的光导向规定方向。根据第三技术方案所记载的发明，能够只利用波长倾斜滤光器来分离反射传感器 的返回光，进而将所分离的两束光导向规定的方向，因此能够廉价地制造光分离单元。根据第四技术方案所记载的发明，通过将光分离单元的周边温度保持为恒定，能 够防止温度变化对测定结果带来影响。根据第五技术方案所记载的发明，能够在反射传感器部分离为强度根据测定对象 的物理量而互补变化的两束光。另外，根据这两束光的强度比来测定与测定对象的物理量 相关的信息，因此能够使光纤被捻等的测定对象以外的物理量以外的干扰要素相抵销，从 而能够进行高精度测定。根据第六技术方案所记载的发明，能够将物理计测光置为平行光，因此能够扩大 光的范围(range)，进行高精度测定。根据第七技术方案所记载的发明，能够级联(cascade)设置多个反射传感器，因 此能够同时多点测定。根据第八技术方案所记载的发明，能够放射状设置多个反射传感器，因此能够同 时多点测定。根据第九技术方案所记载的发明，能够利用伪随机编码(Pseudo-Random code)来 进行测定。因此，能够容易地根据伪随机编码对导入光纤的光的动态范围进行控制。例如， 通过增大编码长度，能够对测定对象的物理量的微小变化进行测定根据第十技术方案所记载的发明，能够将来自反射传感器的反射光分离为三束 光，基于这三束光的强度来检测测定对象的物理量，能够进行更高精度的测定。根据第十一技术方案記載的发明，能够在反射传感器部根据测定对象的物理量变 化而将物理计测光分离为三束光，基于这三束光来测定测定对象的物理量，因此能够进行 更高精度的测定。根据第十二技术方案所记载的发明，能够将物理计测光置为平行光，因此能够扩 大光的范围(range)，进行高精度测定。根据第十三技术方案所记载的发明，能够级联设置多个反射传感器，因此能够同 时多点测定。根据第十四技术方案所记载的发明，能够放射状设置多个反射传感器，因此能够 同时多点测定。根据第十五技术方案所记载的发明，能够利用伪随机编码来进行测定。因此，能够 容易地根据伪随机编码对导入光纤的光的动态范围进行控制。例如，通过增大编码长度，能 够对测定对象的物理量的微小变化进行测定根据第十六技术方案所记载的发明，能够利用一个受光单元接收被分离的两束 光，因此能够因回避受光元件的特性差，从而能够进行高精度测定。


图1是表示第一实施方式的光纤传感系统的整体结构的图。图2的(a)部分是表示用PN码生成器生成的伪随机编码的一例的图，(b)部分是 表示导入光纤的物理计测光的图。
图3是表示针对入射至波长倾斜滤光器2 的传感器反射光的波长的透过率和反 射率的图。图4的(a)和(b)部分是表示比较针对导入至光纤23a的物理计测光的反射光的 增益和针对物理计测光的透过光的增益的图。图5是用于说明波长漂移的计算方法的图。图6是表示反射脉冲和透过脉冲的漂移的图。图7的(a)部分是表示从宽频带光源22导入光纤23a的光的图，(b)部分是将其 部分放大表示的图。图8的(a)部分是表示来自FBG4a、4b、4c的光被高斯型(gauss type)滤光器分 离后的透过光与反射光的波形的图，(b)部分是表示将透过光与反射光合成后的波的波形 的图。图9的(a)部分是表示利用由PN码生成器20生成的伪随机编码来对PD27接收 到的合成反射波取彼此间相关的图，(b)部分是表示检测值相对于FBG温度的关系的图。图10是表示利用光纤传感系统1测定容器内的液体的温度时的结构的图。图11是表示宽频带光源22的发光谱的图。图12是表示频带滤光器的反射光谱的图。图13是表示波长相对于温度的变化的图。图14是表示中心波长的温度特性的图。图15是表示水的温度为30°C时的波形应答(反应)的图。图16是表示水的温度为56°C时的波形应答的图。图17是表示校准曲线的图。图18是表示向容器注入70°C的热水，在其中浸入FBG^和温度计后使其自然冷却 时的测定结果的图。图19是表示与被温度计测定为温度指示值的温度之间的相关关系的图。图20是表示第一实施方式的光纤传感系统的第一变形例的图。图21是表示第一实施方式的光纤传感系统的第二变形例的图。图22是表示第二实施方式的光纤传感系统的一例的图。图23的(a)部分是表示由PN码生成器生成的伪随机编码的一例的图，(b)部分 是表示导入光纤内的物理计测光的图。图M是表示位移传感器单元的结构的一例的图。图25是表示位移传感器的剖面的图。图沈是表示针对施加位移的透过板和反射板的位置、透过光和反射光的强度的 图。图27的(a)部分是表示透过率及反射率相对于位移的变化的图，(b)部分是表示 相对于位移的透过率/反射率比的图。图28是表示准直光的剖面分布的图。图四是表示准直光的剖面强度分布的图。图30是表示相对于用物理计测光的光束直径w标准化的位移x/w的、透过等级与 反射等级的变化的图。
图31是表示在I x/w I < 1的范围内透过率/反射率比(ζ )相对于标准位移x/w 的变化的图。图32是表示将物理计测光的光束直径w作为参数时相对于位移(X)的透过率/ 反射率比(ζ)的变化的图。图33是表示相对于用物理计测光的光束直径w标准化的位移x/w的、透过率/反 射率比(ζ)的变化的图。图34是表示进行计测实验时的装置结构的图。图35是表示从位移施加装置施加的位移为0. 21mm的情况下的反射应答波形的图。图36是表示从位移施加装置施加的位移为0. Ilmm的情况下的反射应答波形的图。图37是表示相对于位移(X)的透过光的受光等级以及反射光的受光等级的图。图38是表示位移(χ)与透过受光等级/反射受光等级比(ζ )的关系的图。图39是表示第二实施例的温度传感器单元的结构的图。图40是表示针对倾斜滤光器的入射光的反射率与透过率的图。图41是表示温度与透过反射功率比的关系的图。图42是表示第三实施例的温度传感器单元的结构的图。图43是表示第四实施例中的设置位移传感器单元与温度传感器单元，同时测定 位移与温度时的结构的图。图44是表示位移传感器单元与温度传感器单元的各自的反射应答的图。图45是表示反射传感器单元的变形例的图。图46是用于说明光纤的连接状态的图。
具体实施例方式下面，参照附图，针对用于实施本申请的发明(以下只称为“本发明”)的最佳方式 进行说明。(第一实施方式)首先，参照

本发明的第一实施方式。(整体结构)图1是表示第一实施方式的光纤传感系统的整体结构的图。如图所示，光纤传感系统1具有计测装置2、光耦合器3a、3b、FBG4a，4b，如等，两个 光耦合器3a、3b插入在直通干线5上。另外，光耦合器3a、3b的分支路上分别连接有FBG4a、 4b，直通干线5的末端连接有FBG4c。计测装置2具有PN码生成器20，光源驱动器21，宽频带光源22，光纤23a、23b、 23c、23d、23e，循环器(cirulator) Ma、Mb，温度控制机构25，波长倾斜滤光器25a，模拟光 纤(dummy fiber) 26，光耦合器3c，PD (光电二极管)27，前置放大器(preamp) 28，A/D29、相 关器30和漂移解析器31等。PN码生成器20以规定的芯片速度，生成图2的(a)部分所示的具有编码长度N的 M系列的伪随机编码(以下称为伪随机编码)，并将伪随机信号发送至光源驱动器21和相
10关器30。伪随机编码的编码长度越大，则越能够生成0与1的发生概率相等的高精度编 码，另外导入光纤的光的峰值变高，因此能够高精度测定反射等级小的返回光(例如瑞利 散射)。例如，如果将瑞利散射的反射增益设为_60dB。则能够通过将编码的长度设为N = 221_1(相当于增益63dB)以上来进行高精度测定。在本实施方式中，虽然使用M系列的伪随机编码，但不限于此，例如也可以使用 Gold系列等的其他伪随机编码。光源驱动器21被来自PN码生成器20的伪随机信号所驱动，基于来自PN码生成 器20的伪随机信号，对从宽频带光源22发出的光进行PN调制(以下将调制后的光称为物 理计测光)，将物理计测光导入光纤23a。例如，在PN码生成器20生成具有图2的(a)部分所示的编码长度N的伪随机编 码的情况下，从宽频带光源22将图2的(b)部分所示的物理计测光导入光纤23a。在此，作为宽频带光源22，通常使用超辐射发光二极管(SLD :Super Luminescent Diode)，但在测定的动态范围窄的情况下，也可以组合发光二极管和线芯直径大的多模光 纤进行使用。循环器Ma、24b具有三个输入输出端口，入射至第一端口的光从第二端口输出， 入射至第二端口的光从第三端口输出，但阻断从第二端口向第一端口的方向传递的光，并 且阻断从第三端口向第二端口以及从第一端口、第一端口向第三端口的方向传递的光。例如，循环器Ma将从光纤23a入射来的光输出至直通干线5，另一方面，将从直通 干线5入射至循环器2 的光输出至光纤23b。另外，循环器24b将从光纤2 入射的光输 出至光纤23c，另一方面，将从光纤23c入射的光输出至光纤23e。温度控制机构25保持波长倾斜滤光器25a的温度恒定。波长倾斜滤光器2 根据来自FBG4a、4b和如的返回光的波长，将强度互补变化 的透过光与反射光分离。此外，由循环器24b与波长倾斜滤光器2 构成光分离单元，另外，作为波长倾斜 滤光器25a，使用在光纤的端面上蒸镀电介质多层膜滤光器而成的倾斜滤光器、边缘滤光器寸。图3是分别表示针对入射至波长倾斜滤光器25a的光的波长的、透过率和反射率 的图。如图所示，设定为在光的波长为λ 0的情况下反射率与透过率相等，反射率与透 过率互补变化，如果忽略滤光器的损失，则透过率与反射率的和一直为1。图4的(a)、(b)部分是表示透过光与反射光的应答波形的图。在入射至倾斜滤光器2 光的波长为λ 0的情况下，如上述那样反射率与透过率 相等，因此，如图4的(a)部分所示那样透过光等级30与反射光的等级31分别相同。另一方面，在测定对象的物理量发生变化而返回光的波长漂移的情况下，例如在 变为λΟ+δ的情况下，如图3的(a)部分所示，透过率只增加了 h，另一方面，反射率减少 Th。其结果，如图4的(b)部分所示，透过光的等级32增加，另一方面反射光的等级33减 少。模拟光纤沈对被波长倾斜滤光器25a分离的反射光与透过光，赋予计测装置2所具有的距离分辨能力以上的光程差。在此，模拟光纤沈的长度只要在由PN码生成器20的 芯片速度决定的距离分辨能力以上即可。由以下的公式计算距离分辨能力。距离分辨能力AL = 4X (100/fc) (m)(其中，fc是PN码生成器20的芯片速度)例如，在芯片速度为IOMHz的情况下，模拟光纤沈只要在40m以上即可。此外，在本实施方式中，将模拟光纤沈设在光纤2 上，但也可以将模拟光纤沈 设在光纤23d上。光耦合器3c对来自光纤23e的反射波和来自光纤23d的透过光进行合成。PD27由光电二极管(photodiode)等构成，隔着特定时间差来接收透过光和反射 光，所述特定时间差是与所赋予的光程差对应的时间差。前置放大器观对由PD27接收的透过光与反射光进行放大。A/D29分别将由前置放大器观放大后的透过光与反射光变换为电信号。相关器30，在来自A/1^9的电信号与来自PN码生成器20的伪随机编码之间取相 关，从而根据透过光与反射光的强度来分别计算针对物理计测光的增益。漂移解析设备31根据由相关器30计算出的透过光的峰值时的增益与反射光的峰 值时的增益，来求出(透过率/反射率)比，根据该比的值来计算波长漂移，从而检测测定 对象的物理量的信息。光耦合器3a、3b以规定的比率将从直通干线5通过的光的能量分支到两根光纤。 在该实施方式中进行设定，从而对FBG4a、4b和如分别分配相等能量的光。FBG4a、4b和4c是光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating)，被分别以(间隔)比 计测装置2的距离分辨能力充分长的距离设置。另外，在测定对象的物理量不变化的情况 下，FBG4a、4b和如反射波长λ 0的光作为返回光，另一方面，在测定对象的物理量发生了 变化的情况下，根据测定对象的物理量的变化来使返回光的波长漂移。在此，FBG4a、4b和如的设置间隔只要在由PN码生成器20的芯片速度决定的距 离分辨能力以上即可。按以下的公式计算距离分辨能力。距离分解AL = 4X (100/fc) (m)(其中，fc是PN码生成器20的芯片速度，单位是MHz)例如，在芯片速度为IOMHz的情况下，FBG4a、4b和如的设置间隔分别为40m以上 即可。此外，在本实施方式中，虽然将物理计测光的强度作为计算透过光与反射光的等级时 的基准，但并不仅限于此，可以按其他基准来计算透过光的等级与反射光的等级。接下来，说明利用光纤传感系统1的测定对象物理量的测定方法。首先，当利用PN码生成器20生成了图2的(a)部分所示的伪随机编码时，根据该 编码来驱动光源驱动器21，针对从宽频带光源22输出的光进行PN调制，从宽频带光源22 将图2的(b)部分所示的物理计测光导入光纤23a。导入到光纤23a的物理计测光通过直通干线5，然后被光耦合器3a、!3b分支，分别 入射至FBG4a、4b和如。在FBG4a、4b和如中，反射具有基于测定对象的物理量的波长的 光。
12
来自FBG4a、4b*k的光分别以(间隔)与设置间隔对应的时间差入射至计测装置2。首先，来自设置在最近接计测装置2的位置的FBG4a的返回光入射至循环器Ma， 并被输入至光纤23b。输出至光纤23b的光入射至循环器24b，并被输出至光纤23c。输出至光纤23c的光入射至波长倾斜滤光器25a，根据波长而被分离为强度互补 变化的透过光与反射光。透过光在光纤23d中前进而被PD27接收。另一方面，反射光在光纤23c中向循环 器24b的方向前进，入射至循环器Mb。入射光被输出至光纤23e，被模拟光纤沈赋予了计 测装置2所具有的距离分辨能力以上的光程差之后，被PD27接收。接下来，反射光和透过光被前置放大器观放大后，被A/1^9变换为电信号，进而被 发送至相关器30。在相关器30中，利用从PN码生成器20发送来的伪随机编码，对来自A/1^9的电 信号取相关，分别计算针对物理计测光的反射光和透过光的增益，然后使其向解析设备31 出射。在解析设备31中，求出透过光的峰值时的增益与反射光的峰值时的增益的分贝 (decibel)差。以下，基于该分贝差来计算波长漂移，根据漂移量来计算测定对象的物理量。此外，对来自FBG4b和如的返回光也采用与上述同样的处理，分别检测出测定对 象的物理量。(波长漂移的计算方法)接下来，参照附图来说明根据上述分贝差来计算波长的漂移量的方法。图5是为了说明波长的漂移量的计算方法而简化了图3所示的图之后的图，横轴 表示频率(MHz)，纵轴表示透过率(dB)和反射率(dB)。曲线51表示针对波长的入射至波长倾斜滤光器2 的光的透过率，用于数式1来表不。数式1
权利要求
1.一种光纤传感系统，其特征在于，包括 光分支单元，与用于输出物理计测光的光源相连接， 第一光纤，与上述光分支单元相连接，至少一个反射传感器，与上述第一光纤的末端相连接，使根据测定对象的物理量变化 来对物理计测光进行调制得到的反射光谱返回至上述光纤，光分离单元，与上述光分支单元的支线相连接，将来自上述反射传感器的返回光分离 为强度根据该反射光谱的变化而互补变化的两束光，第二光线、第三光纤，分别为来自上述光分离单元的两束光各自的光路， 模拟光纤，与上述第二光纤相连接，对被上述光分离单元分离的一束光赋予规定时间 差即规定光程差，光耦合器，使上述第三光纤的末端与上述模拟光纤的末端相结合， 受光单元，接收来自上述光耦合器的光，检测单元，基于上述两束光的强度比，计算上述测定对象的物理变化量。
2.如权利要求1所述的光纤传感系统，其特征在于，上述光分离单元由波长倾斜滤光 器与循环器构成。
3.如权利要求1所述的光纤传感系统，其特征在于，上述光分离单元由波长倾斜滤光 器构成。
4.如权利要求1 3中任意一项所述的光纤传感系统，其特征在于，还具有将上述光分 离单元的周边温度保持为恒定的温度保持单元。
5.一种光纤传感系统，其特征在于，具有 光纤，其与用于输出物理计测光的光源相连接，反射传感器单元，其包括光分离单元、模拟光纤，上述光分离单元与从光耦合器分支出 的两条支线中的一条支线相连接，将物理计测光分离为强度根据测定对象的物理量变化来 互补变化的两束光，使这被分离的两束光中的一束光返回至上述光耦合器，上述光耦合器 连接在上述光纤的末端，上述模拟光纤与上述光分离单元相连接，对被上述光分离单元分 离的两束光中的另一束光赋予规定时间差即规定光程差，而且，上述光耦合器的另一条支 线与上述模拟光纤的另一端相连接，使被分离的另一束光经由上述模拟光纤而返回至上述 光華禹合器，光分支单元，其与上述光纤的光源侧端部相连接，受光单元，其与上述光分支单元的端部相连接，接收被分离的两束光，检测单元，其基于受光单元接收到的两束光的强度比，计算上述测定对象的物理变化量。
6.如权利要求5所述的光纤传感系统，其特征在于，上述光分离单元由配置为不与上 述平行光平行的反射板和透过板构成，根据测定对象的物理量来使反射板和透过板中的至 少一个板发生位移，从而使反射光和透过光中的至少一束光的强度发生变化。
7.如权利要求1 6中任意一项所述的光纤传感系统，其特征在于，上述光纤从光干线 经由光分支器而分支出光分支路，在该光分支路上设置有上述反射传感器。
8.如权利要求1 6中任意一项所述的光纤传感系统，其特征在于，上述光纤从光干线 经由光分光器而分支出多条光分支路，在各光分支路上设置有上述反射传感器。
9.如权利要求1 8中任意一项所述的光纤传感系统，其特征在于，还具有 PN码生成器，其生成伪随机信号，调制单元，其基于由上述PN码生成器生成的伪随机信号，对上述物理计测光进行调制，变换单元，其将由受光单元接收的两束光变换为电信号，相关单元，其利用所变换的电信号和来自上述PN码生成器的伪随机信号来进行相关 运算，从而计算两束光的强度。
10.一种光纤传感系统，其特征在于，包括 光分支单元，与用于输出物理计测光的光源相连接， 光纤，与上述光分支单元相连接，至少一个反射传感器，与上述光纤的末端相连接，使根据测定对象的物理量变化来对 物理计测光进行调制得到的反射光谱返回至上述光纤， 光耦合器，与上述光分支单元的支线相连接，巡回光路，包括光分离单元、模拟光纤，上述光分离单元与从上述光耦合器分支出的两 条支线中的一条支线相连接，将来自上述反射传感器的返回光分离为两束光，这两束光的 透过等级和反射等级根据该返回光的反射光谱的变化来互补变化，并使这被分离的两束光 中的一束光返回至上述光耦合器，上述模拟光纤与上述光分离单元相连接，对被上述光分 离单元分离的两束光中的一束光赋予规定时间差即规定光程差，而且，该模拟光纤的另一 端与上述光耦合器的另一条支线相连接，使从上述光耦合器分支的一条支线入射并被上述 光分离单元分离的另一束光，经由另一条支线返回至上述光耦合器，受光单元，从上述光耦合器接收被上述光分离单元分离的具有时间差的两束光和在上 述巡回光路中巡回过的光，检测单元，基于来自上述受光单元的三束光的强度比，计算上述测定对象的物理变化量。
11.一种光纤传感系统，其特征在于，包括 光纤，其与用于输出物理计测光的光源相连接，反射传感器单元，其包括巡回光路，上述巡回光路包括光分离单元、模拟光纤，上述光 分离单元与从上述光耦合器分支出的两条支线中的一条支线相连接，将来自上述反射传感 器的返回光分离为两束光，这两束光的透过等级和反射等级根据该返回光的反射光谱的变 化来互补变化，并使这被分离的两束光中的一束光返回至上述光耦合器，上述模拟光纤与 上述光分离单元相连接，对被上述光分离单元分离的两束光中的一束光赋予规定时间差即 规定光程差，而且，该模拟光纤的另一端与上述光耦合器的另一条支线相连接，使从上述光 耦合器分支的一条支线入射并被上述光分离单元分离的另一束光，经由另一条支线返回至 上述光耦合器，光分支单元，其与上述光纤的光源侧端部相连接，受光单元，其与上述光分支单元相连接，接收被上述光分离单元分离的具有时间差的 两束光和在上述巡回光路中巡回过的光，检测单元，其基于上述受光单元接收到的三束光的强度比，计算上述测定对象的物理变化量。
12.如权利要求11所述的光纤传感系统，其特征在于，上述光分离单元由配置为不与 上述平行光平行的反射板和透过板构成，根据测定对象的物理量来使反射板和透过板中的 至少一个板发生位移，从而使反射光和透过光中的至少一束光的强度发生变化。
13.如权利要求10 12中任意一项所述的光纤传感系统，其特征在于，上述光纤从光 干线经由光分支器而分支出光分支路，在该光分支路上设置有上述反射传感器单元。
14.如权利要求10 12中任意一项所述的光纤传感系统，其特征在于，就上述光纤而 言，从光干线经由光分光器而分支出多条光分支路，在各光分支路上设置有上述反射传感 器单元。
15.如权利要求10 14中任意一项所述的光纤传感系统，其特征在于，还具有 PN码生成器，其生成伪随机信号，调制单元，其基于由上述PN码生成器生成的伪随机信号，对上述物理计测光进行调制，变换单元，其将由上述受光单元接收的三束光变换为电信号，相关单元，其利用所变换的电信号和来自上述PN码生成器的伪随机信号进行相关运 算，从而计算两束光的强度。
16.如权利要求1 15中任意一项所述的光纤传感系统，其特征在于，利用一个受光单 元来接收所分离的两束光。
全文摘要
提供一种高精度光纤传感系统，能够防止因光源的出射功率、光纤的插入损耗、受光器的灵敏度或放大器等的变动、另外因光纤弯曲导致的光能的损失(弯曲损失)、因光纤之间连接的连接器导致的光能的损耗(连接器损耗)、平台(platform)所具备的电路系统的增益变动等的影响等的测定对象的物理量以外的干扰的影响，即，防止这些测定对象的物理量以外的干扰影响。在与用于输出物理计测光的光源相连接的光纤上设置反射传感器，将来自该反射传感器的反射光分离为两束光。并且，基于上述两束光的强度比来检测与测定对象的物理量相关的信息。
文档编号G01B11/16GK102124306SQ20098013235
公开日2011年7月13日 申请日期2009年8月20日 优先权日2008年8月20日
发明者中野正行, 井上惠一, 斧田诚一 申请人:斧田诚一, 株式会社渡边制作所