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光纤 传感器和光纤 传感器系统

阅读：536发布：2024-01-01

专利汇可以提供光纤传感器和光纤传感器系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在光纤传感器中，可以在互相相反的方向上传播两束光通过单个光纤，同时使其不易受噪声影响。光纤(19)在振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态。光发送器(11)经由分离器(17)将第一波长光输入到光纤(19)，并且光发送器(12)经由分离器(18)将第二波长光输入到光纤(19)。分别由光接收器 (13和12)经由分离器(18和17)接收在互相相反的方向上传播通过光纤(19)的第一和第二波长光，并且在偏振变动检测器(16和15)中检测偏振的变动。数据处理装置(22)收集指示由偏振变动检测器(15)检测到的偏振的变动的数据以及由偏振变动检测器(16)检测到的偏振的变动的数据。，下面是光纤传感器和光纤传感器系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光纤传感器系统，所述光纤传感器系统包括：
光纤传感器，所述光纤传感器包括：
光纤，所述光纤被配置成当振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态；
第一光发送器，所述第一光发送器设置在所述光纤的一端并且被配置成将第一波长光输入到所述光纤；
第一光接收器，所述第一光接收器设置在所述光纤的另一端并且被配置成接收在从所述一端向所述另一端的第一方向上传播通过所述光纤的所述第一波长光；
第一偏振变动检测器，所述第一偏振变动检测器被配置成检测由所述第一光接收器接收到的光的偏振的变动；
第二光发送器，所述第二光发送器设置在所述光纤的所述另一端并且被配置成将第二波长光输入到所述光纤；
第二光接收器，所述第二光接收器设置在所述光纤的所述一端并且被配置成接收在与所述第一方向相反的第二方向上传播通过所述光纤的所述第二波长光；
第二偏振变动检测器，所述第二偏振变动检测器被配置成检测由所述第二光接收器接收到的光的偏振的变动；
第一分离器，所述第一分离器设置在所述光纤的所述一端与所述第一光发送器及所述第二光接收器之间，并且被配置成将从所述第一光发送器输出的所述第一波长光输入到所述光纤并使所述第二光接收器接收在所述第二方向上传播通过所述光纤的所述第二波长光；以及
第二分离器，所述第二分离器设置在所述光纤的所述另一端与所述第二光发送器及所述第一光接收器之间，并且被配置成将从所述第二光发送器输出的所述第二波长光输入到所述光纤并使所述第一光接收器接收在所述第一方向上传播通过所述光纤的所述第一波长光，以及
 数据处理装置，所述数据处理装置被配置成收集指示在所述第一偏振变动检测器中检测到的偏振的变动的第一偏振变动数据以及指示在所述第二偏振变动检测器中检测到的偏振的变动的第二偏振变动数据。
2.根据权利要求1所述的光纤传感器系统，其中，所述第一分离器包括：
第一端口，所述第一端口连接至所述光纤的所述一端；
第二端口，所述第二端口连接至所述第一光发送器；
第三端口，所述第三端口连接至所述第二光接收器；以及
第一波长复用器/解复用器，所述第一波长复用器/解复用器被配置成将所述第一波长光从所述第二端口传递到所述第一端口并且将所述第二波长光从所述第一端口传递到所述第三端口，
并且其中，所述第二分离器包括：
第四端口，所述第四端口连接至所述光纤的所述另一端；
第五端口，所述第五端口连接至所述第二光发送器；
第六端口，所述第六端口连接至所述第一光接收器；以及
第二波长复用器/解复用器，所述第二波长复用器/解复用器被配置成将所述第一波长光从所述第四端口传递到所述第六端口并且将所述第二波长光从所述第五端口传递到所述第四端口。
3.根据权利要求1或2所述的光纤传感器系统，其中，所述第一光接收器包括：
第一偏振分量检测器，所述第一偏振分量检测器被配置成检测在所述第一方向上传播通过所述光纤的所述第一波长光的第一偏振方向上的光分量；以及
第二偏振分量检测器，所述第二偏振分量检测器被配置成检测与所述第一偏振方向正交的第二偏振方向上的光分量，
并且其中，所述第二光接收器包括：
第三偏振分量检测器，所述第三偏振分量检测器被配置成检测在所述第二方向上传播通过所述光纤的所述第二波长光的第三偏振方向上的光分量；以及
第四偏振分量检测器，所述第四偏振分量检测器被配置成检测与所述第三偏振方向正交的第四偏振方向上的光分量。
4.根据权利要求3所述的光纤传感器系统，其中，所述第一光接收器进一步包括第一偏振分离器，所述第一偏振分离器被配置成将传播通过所述光纤的所述第一波长光中的所述第一偏振方向上的所述光分量分支到所述第一偏振分量检测器并且将所述第二偏振方向上的所述光分量分支到所述第二偏振分量检测器，
并且其中，所述第二光接收器进一步包括第二偏振分离器，所述第二偏振分离器被配置成将传播通过所述光纤的所述第二波长光中的所述第三偏振方向上的所述光分量分支到所述第三偏振分量检测器并且将所述第四偏振方向上的所述光分量分支到所述第四偏振分量检测器。
5.根据权利要求4所述的光纤传感器系统，其中，所述第一偏振分离器包括第一偏振分束器，所述第一偏振分束器被配置成透射所述第一偏振方向上的光和所述第二偏振方向上的光中的一个并且反射所述第一偏振方向上的所述光和所述第二偏振方向上的所述光中的另一个，
并且其中，所述第二偏振分离器包括第二偏振分束器，所述第二偏振分束器被配置成透射所述第三偏振方向上的光和所述第四偏振方向上的光中的一个并且反射所述第三偏振方向上的所述光和所述第四偏振方向上的所述光中的另一个。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，所述第一偏振变动检测器包括第一偏振旋转检测器，所述第一偏振旋转检测器被配置成，基于由所述第一偏振分量检测器检测到的所述第一偏振方向上的所述光分量和由所述第二偏振分量检测器检测到的所述第二偏振方向上的所述光分量，来检测传播通过所述光纤的所述第一波长光中的偏振平面的旋转，
并且其中，所述第二偏振变动检测器进一步包括第二偏振旋转检测器，所述第二偏振旋转检测器被配置成，基于由所述第三偏振分量检测器检测到的所述第三偏振方向上的所述光分量和由所述第四偏振分量检测器检测到的所述第四偏振方向上的所述光分量，来检测传播通过所述光纤的所述第二波长光中的偏振平面的旋转。
7.根据权利要求6所述的光纤传感器系统，其中，所述第一偏振旋转检测器基于所检测到的所述第一偏振方向上的光分量与所检测到的所述第二偏振方向上的光分量的比率来检测所述偏振平面的所述旋转，
并且其中，所述第二偏振旋转检测器基于所检测到的所述第三偏振方向上的光分量与所检测到的所述第四偏振方向上的光分量的比率来检测所述偏振平面的所述旋转。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，所述第一光发送器包括被配置成输出线性偏振光的第一光源，并且所述第二光发送器包括被配置成输出线性偏振光的第二光源。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，在所述光纤传感器系统中设置有多个所述光纤传感器。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，所述光纤进一步充当用在光信号传送系统中以发送和接收光信号的光纤。
11.根据权利要求10所述的光纤传感器系统，其中，在所述光纤的两端设置有每个均被配置成发送和接收所述光信号的多个光信号收发器，
并且其中，设置在所述光纤的一端的所述多个光信号收发器中的一部分用作所述第一光发送器和所述第二光接收器，并且设置在所述光纤的所述另一端的所述多个光信号收发器中的一部分用作所述第二光发送器和所述第一光接收器。
12.根据权利要求11所述的光纤传感器系统，其中，所述光信号传送系统使用数字相干光通信系统来发送和接收偏振复用光信号，并且所述光信号收发器包括数字相干光接收器。
13.根据权利要求12所述的光纤传感器系统，其中，设置在所述光纤的所述一端的所述数字相干光接收器用作所述第二光接收器，并且设置在所述光纤的所述另一端的所述数字相干光接收器用作所述第一光接收器。
14.根据权利要求13所述的光纤传感器系统，其中，所述数字相干光接收器包括：偏振分离装置，所述偏振分离装置用于将所述偏振复用光信号分离为彼此正交的两个偏振分量；光/电转换装置，所述光/电转换装置用于将所分离的偏振分量中的每个偏振分量转换为电信号；信号转换装置，所述信号转换装置用于将所述偏振分量中的每个偏振分量的转换后的电信号转换为数字信号；以及数字信号处理装置，所述数字信号处理装置用于对所述数字信号执行预定处理。
15.根据权利要求14所述的光纤传感器系统，其中，所述偏振分离装置和所述光/电转换装置用作所述第一光接收器和所述第二光接收器。
16.根据权利要求15所述的光纤传感器系统，其中，所述第一偏振变动检测器和所述第二偏振变动检测器基于所述偏振分量中的每个偏振分量的转换后的电信号来检测所述偏振的所述变动。
17.根据权利要求15所述的光纤传感器系统，其中，在所述数字信号处理装置中执行的所述信号处理包括偏振分离信号处理，
并且其中，所述第一偏振变动检测器和所述第二偏振变动检测器基于在所述偏振分离信号处理中计算的偏振角度来检测所述偏振的所述变动。
18.根据权利要求17所述的光纤传感器系统，其中，所述数字信号处理装置包括可从外部装置访问的寄存器并且将在所述偏振分离信号处理中计算的所述偏振角度写入到所述寄存器中。
19.根据权利要求10至18中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，所述光信号传送系统使用波分复用系统来在多个信道中发送所述光信号，并且所述多个信道中的一部分用在所述光纤传感器中。
20.根据权利要求1至19中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，所述数据处理装置包括：第一数据处理装置，所述第一数据处理装置被配置成从所述第一偏振变动检测器收集所述第一偏振变动数据；第二数据处理装置，所述第二数据处理装置被配置成从所述第二偏振变动检测器收集所述第二偏振变动数据；以及第三数据处理装置，所述第三数据处理装置被配置成从所述第一数据处理装置和所述第二数据处理装置收集所述第一偏振变动数据和所述第二偏振变动数据。
21.根据权利要求20所述的光纤传感器系统，其中，所述第一数据处理装置为所述第一偏振变动数据加盖时间戳，并且所述第二数据处理装置为所述第二偏振变动数据加盖时间戳。
22.根据权利要求1至21中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，所述数据处理装置包括位置识别装置，所述位置识别装置用于基于所述第一偏振变动数据和所述第二偏振变动数据识别在所述光纤中发生所述振动和所述位移中的至少一个的位置。
23.一种光纤传感器，所述光纤传感器包括：
光纤，所述光纤被配置成当振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态；
第一光发送器，所述第一光发送器设置在所述光纤的一端并且被配置成将第一波长光输入到所述光纤；
第一光接收器，所述第一光接收器设置在所述光纤的另一端并且被配置成接收在从所述一端向所述另一端的第一方向上传播通过所述光纤的所述第一波长光；
第一偏振变动检测器，所述第一偏振变动检测器被配置成检测由所述第一光接收器接收到的光的偏振的变动；
第二光发送器，所述第二光发送器设置在所述光纤的所述另一端并且被配置成将第二波长光输入到所述光纤；
第二光接收器，所述第二光接收器设置在所述光纤的所述一端并且被配置成接收在与所述第一方向相反的第二方向上传播通过所述光纤的所述第二波长光；
第二偏振变动检测器，所述第二偏振变动检测器被配置成检测由所述第二光接收器接收到的光的偏振的变动；
第一波长复用器/解复用器，所述第一波长复用器/解复用器设置在所述光纤的所述一端与所述第一光发送器及所述第二光接收器之间，并且被配置成将从所述第一光发送器输出的所述第一波长光输入到所述光纤并使所述第二光接收器接收在所述第二方向上传播通过所述光纤的所述第二波长光；以及
第二波长复用器/解复用器，所述第二波长复用器/解复用器设置在所述光纤的所述另一端与所述第二光发送器及所述第一光接收器之间，并且被配置成将从所述第二光发送器输出的所述第二波长光输入到所述光纤并使所述第一光接收器接收在所述第一方向上传播通过所述光纤的所述第一波长光。

说明书全文

光纤传感器和光纤 传感器系统

技术领域

[0001] 本公开涉及一种光纤传感器和一种光纤传感器系统，更具体地，涉及一种使用光纤来检测振动和位移中的至少一个的光纤传感器以及一种包括这种光纤传感器的光纤传感器系统。

背景技术

[0002] 在此之前，已经提出了使用光纤的各种传感器。例如，专利文献1公开了一种使用光纤作为传感器的入侵位置检测装置。专利文献1中公开的入侵位置检测装置包括在待监视的区域中彼此相邻设置的第一光纤和第二光纤。第一光纤和第二光纤分别响应于外力在传播的光中引起偏振的变动。

[0003] 在专利文献1中公开的入侵位置检测装置中，光源设置在第一光纤的一端，并且偏振变动检测器设置在第一光纤的另一端。另一方面，偏振变动检测器设置在第二光纤的一端，并且光源设置在第二光纤的另一端。在待监视的区域中，第一光纤和第二光纤在互相相反的方向上传播光。

[0004] 在待监视的区域中，当对第一光纤和第二光纤施加外力时，在通过第一光纤传播的光和通过第二光纤传播的光中分别发生偏振变动。在通过第一光纤传播的光中发生的偏振由设置在第一光纤的另一端的偏振变动检测器(第一偏振变动检测器)检测。另一方面，在通过第二光纤传播的光中发生的偏振由设置在第二光纤的一端的偏振变动检测器(第二偏振检测器)检测。在专利文献1中公开的入侵位置检测装置中，通过在两个偏振变动检测器中检测偏振变动，可以检测到在待监视的区域中施加了外力。

[0005] 另外，在专利文献1中公开的入侵位置检测装置中，在第一光纤中的光的传播方向与在第二光纤中传播的光的传播方向相反，因此，从设置偏振变动检测器的一端到在第一光纤中施加外力的部分的距离与第二光纤中的距离不同。由于距离上的这种差异，在第一偏振变动检测器中检测到偏振变动时的定时与在第二偏振检测器中检测到偏振变动时的定时之间会出现定时差。通过使用这种定时差，专利文献1中公开的入侵位置检测装置可以识别在待监视的区域中施加外力的部分(位置)。

[0006] 此处，在专利文献1中公开的入侵位置检测装置中，使用了第一光纤和第二光纤这两个光纤。当对光纤施加诸如振动或撞击的外力时在第一光纤中在传播通过光纤的光中发生的偏振变动可能与在第二光纤中的偏振变动不同。在这种情况下，在第一偏振检测器中检测到的偏振的时间变动(波形)与在第二偏振检测器中检测到的时间变动(波形)不同。当在第一偏振变动检测器中检测到的指示偏振变动的波形与在第二偏振检测器中检测到的波形不同时，难以准确地获取上文的定时差，因此也难以识别位置。

[0007] 为了克服上文提到的问题，专利文献2公开了一种在单个光纤中双向传播光的光纤传感器。在专利文献2中公开的光纤中，通过光分路器将从偏振光源输出的偏振光分为两束光。将被分为两束的偏振光分别引导到光纤的两端并且从两端沿着相反方向输入到光纤。专利文献2中公开的光纤包括在光纤两端的分离器，并且在互相相反的方向上传播通过光纤的光通过分离器并分别由设置在光纤的一端和另一端的光电检测器检测。

[0008] 在专利文献2中公开的光纤传感器中，分别检测设置在光纤的一端的光电检测器的检测信号的奇点以及设置在光纤的另一端的光电检测器的检测信号的奇点，并且测量它们之间的时间差(定时差)。在专利文献2中公开的光纤传感器中，由于通过单个光纤传播两束检测光，所以与专利文献1中不同，可以针对两束光引起相同的偏振变动。在专利文献2中公开的光纤传感器中，由于在两个光电检测器的检测信号中出现类似的奇点，所以可以准确地获取上文的定时差，从而可以准确地识别位置。

[0009] 引文列表

[0010] 专利文献

[0011] 专利文献1：日本特开第2000-48269号公报

[0012] 专利文献2：日本特开第2008-203239号公报发明内容

[0013] 技术问题

[0014] 在专利文献2中，从偏振光源输出的偏振光被分为两束光，并且所划分的偏振光从两端沿着相反方向输入到光纤。因此，在专利文献2中，在互相相反的方向上传播通过光纤相同波长的两束偏振光。当通过光纤在互相相反的方向上传播相同波长的光时，在两束光中出现不可控制的相干拍频噪声。可以想到由于相干拍频噪声的影响无法正确地检测到偏振变动，从而使位置识别的准确性恶化。

[0015] 已经鉴于前面提到的情况提出了本公开，并且本公开旨在提供一种能够通过单个光纤在互相相反的方向上传播两束光同时使其不易受噪声影响的光纤传感器以及一种包括这种光纤传感器的光纤传感器系统。

[0016] 技术方案

[0017] 为了实现前面提到的目的，本公开提供了一种光纤传感器系统，该光纤传感器系统包括：

[0018] 光纤传感器，该光纤传感器包括：

[0019] 光纤，该光纤被配置成当振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态；

[0020] 第一光发送器，该第一光发送器设置在光纤的一端并且被配置成将第一波长光输入到光纤；

[0021] 第一光接收器，该第一光接收器设置在光纤的另一端并且被配置成接收在从所述一端向所述另一端的第一方向上传播通过所述光纤的第一波长光；

[0022] 第一偏振变动检测器，该第一偏振变动检测器被配置成检测由第一光接收器接收到的光的偏振的变动；

[0023] 第二光发送器，该第二光发送器设置在光纤的另一端并且被配置成将第二波长光输入到光纤；

[0024] 第二光接收器，该第二光接收器设置在光纤的所述一端并且被配置成接收在与所述第一方向相反的第二方向上传播通过所述光纤的第二波长光；

[0025] 第二偏振变动检测器，该第二偏振变动检测器被配置成检测由第二光接收器接收到的光的偏振的变动；

[0026] 第一分离器，该第一分离器设置在光纤的所述一端与第一光发送器及第二光接收器之间，并且被配置成将从第一光发送器输出的第一波长光输入到光纤并使第二光接收器接收在所述第二方向上传播通过所述光纤的第二波长光；以及

[0027] 第二分离器，该第二分离器设置在光纤的另一端与第二光发送器及第一光接收器之间，并且被配置成将从第二光发送器输出的第二波长光输入到光纤并使第一光接收器接收在所述第一方向上传播通过所述光纤的第一波长光，以及

[0028] 数据处理装置，该数据处理装置被配置成收集指示在第一偏振波长检测器中检测到的偏振的变动的第一偏振变动数据以及指示在第二偏振变动检测器中检测到的偏振的变动的第二偏振变动数据。

[0029] 进一步地，本公开提供了一种光纤传感器，该光纤传感器包括：

[0030] 光纤，该光纤被配置成当振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态；

[0031] 第一光发送器，该第一光发送器设置在光纤的一端并且被配置成将第一波长光输入到光纤；

[0032] 第一光接收器，该第一光接收器设置在光纤的另一端并且被配置成接收在从所述一端向所述另一端的第一方向上传播通过所述光纤的第一波长光；

[0033] 第一偏振变动检测器，该第一偏振变动检测器被配置成检测由第一光接收器接收到的光的偏振的变动；

[0034] 第二光发送器，该第二光发送器设置在光纤的另一端并且被配置成将第二波长光输入到光纤；

[0035] 第二光接收器，该第二光接收器设置在光纤的所述一端并且被配置成接收在与所述第一方向相反的第二方向上传播通过所述光纤的第二波长光；

[0036] 第二偏振变动检测器，该第二偏振变动检测器被配置成检测由第二光接收器接收到的光的偏振的变动；

[0037] 第一波长复用器/解复用器，该第一波长复用器/解复用器设置在光纤的所述一端与第一光发送器及第二光接收器之间，并且被配置成将从第一光发送器输出的第一波长光输入到光纤并使第二光接收器接收在所述第二方向上传播通过所述光纤的第二波长光；以及

[0038] 第二波长复用器/解复用器，该第二波长复用器/解复用器设置在光纤的另一端与第二光发送器及第一光接收器之间，并且被配置成将从第二光发送器输出的第二波长光输入到光纤并使第一光接收器接收在所述第一方向上传播通过所述光纤的第一波长光。

[0039] 技术效果

[0040] 根据本公开的光纤传感器和光纤传感器系统可以通过单个光纤在互相相反的方向上传播两束光，同时使其不易受噪声影响。附图说明

[0041] 图1是示出了根据本公开的光纤传感器系统的框图。

[0042] 图2是示出了根据本公开的第一实施例的光纤传感器系统的框图。

[0043] 图3是示出了第一光收发器的详细构成的框图。

[0044] 图4是示出了服务器的构成的框图。

[0045] 图5是示出了彼此正交的两个偏振分量的检测信号的波形图。

[0046] 图6是示出了光纤与施加外力的位置之间的关系的示意图。

[0047] 图7是示出了根据本公开的第二实施例的光纤传感器的框图。

[0048] 图8是示出了被配置为数字相干光接收器的光信号接收器的示例性构成的框图。

[0049] 图9是示出了数字信号处理单元的构成的框图。

[0050] 图10是示出了偏振分离单元和偏振角度检测器的框图。

[0051] 图11是示出了光纤传感器系统的第一使用示例的示意图。

[0052] 图12是示出了光纤传感器系统的第二使用示例的示意图。

[0053] 图13是示出了光纤传感器系统的第三使用示例的示意图。

具体实施方式

[0054] 在描述本公开的实施例之前，将描述本公开的概述。图1示出了根据本公开的光纤传感器系统。光纤传感器系统10包括光纤传感器21、数据处理装置22。光纤传感器21包括光发送器11和12、光接收器13和14、偏振变动检测器15和16、分离器17和18以及光纤19。

[0055] 光纤19是用于传播(引导)光的光纤以及在振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态的光纤。在光纤传感器21中，光发送器11、光接收器13、偏振变动检测器15和分离器17设置在光纤19的一端，并且光发送器12、光接收器14、偏振变动检测器16和分离器18设置在光纤19的另一端。

[0056] 光发送器(第一光发送器)11输出第一波长光并且从光纤19的一端将第一波长光输入到光纤19。在光纤19中沿着从所述一端向所述另一端的方向(第一方向)传播从第一光发送器11输出的第一波长光。光接收器(第一光接收器)14在光纤19的所述另一端接收在光纤19中沿着第一方向传播的光。偏振变动检测器(第一偏振变动检测器)16检测由第一光接收器14接收到的光的偏振的变动。

[0057] 光发送器(第二光发送器)12输出第二波长光，该第二波长光的波长与第一波长光的波长不同，并且从光纤19的另一端将第二波长光输入到光纤。在光纤19中沿着从所述另一端向所述一端的方向(第二方向)传播从第二光发送器12输出的第二波长光。光接收器(第二光接收器)13在光纤19的一端接收在光纤19中沿着第二方向传播的光。偏振变动检测器(第二偏振变动检测器)15检测由第二光接收器13接收到的光的偏振的变动。

[0058] 分离器(第一分离器)17设置在光纤19的所述一端与第一光发送器11及第二光接收器13之间。第一分离器17将从第一光发送器11输出的第一波长光输入到光纤19并且使第二光接收器13接收通过光纤19在第二方向上传播的第二波长光。分离器(第二分离器)18设置在光纤19的另一端与第二光发送器12及第一光接收器14之间。第二分离器18将从第二光发送器12输出的第二波长光输入到光纤19并且使第一光接收器14接收通过光纤19在第一方向上传播的第一波长光。

[0059] 数据处理装置22从第一偏振变动检测器16和第二偏振变动检测器15收集指示由这些检测器检测到的偏振的变动的数据(偏振变动数据)。数据处理装置22从第一偏振变动检测器16收集第一偏振变动数据，并且从第二偏振变动检测器15收集第二偏振变动数据。数据处理装置22可以基于第一偏振变动数据和第二偏振变动数据识别在光纤19中发生振动和位移中的至少一个的位置。

[0060] 在本公开中，光纤传感器21具有在光纤19的所述一端输出第一波长光的第一光发送器11以及在光纤19的另一端输出第二波长光的第二光发送器。在光纤传感器21中，在光纤19中沿着互相相反的方向传播第一波长光和第二波长光。在光纤19中沿着第一方向传播的第一波长光由第一光接收器14接收，并且在第二方向上传播的第二波长光由第二光接收器13接收。

[0061] 当对光纤19施加外力等并且在光纤19中发生振动和位移中的至少一个时，在光纤19中传播的第一波长光和第二波长光的偏振状态分别变动，由第一光接收器14和第二光接收器13接收到的光的偏振状态改变。通过使用第一偏振变动检测器16和第二偏振变动检测器15来检测偏转状态的这种变化，可以检测到在铺设有光纤19的位置中已经发生了振动和位移中的至少一个。进一步地，通过获取在第一方向上传播的光中已经发生的偏振的变动与在第二方向上传播的光中已经发生的偏振的变动之间的时间差，可以识别已经发生振动和位移中的至少一个的位置。

[0062] 在根据本公开的光纤传感器21中，在光纤19中沿着第一方向传播的光的波长与在光纤19中沿着第二方向传播的光的波长不同。因此，可以抑制噪声诸如相干拍频噪声被叠加到在光纤中传播的光上。因此，当在光纤传感器21中沿着互相相反的方向在单个光纤中传播两束光时，可以抑制噪声对由偏振检测器检测到的偏振的变动的影响。

[0063] 在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。图2示出了根据本发明的第一实施例的光纤传感器系统。光纤传感器系统100包括多个光收发器(第一光收发器)101-1至101-n、多个光收发器(第二光收发器)102-1至102-n、和多个光纤103-1至103-n，其中，n是大于或等于2的整数。

[0064] 在光纤传感器系统100中，第一光收发器101-1至101-n、第二光收发器102-1至102-n、和光纤103-1至103-n的每个集合构成光纤传感器。在以下描述中，当不必明确区分它们时，多个第一光收发器101-1至101-n、多个第二光收发器102-1至102-n、和多个光纤
103-1至103-n可以统称为第一光收发器101、第二光收发器102、和光纤103。

[0065] 光纤103是用于通过其传播光的光纤，并且在振动和位移中的至少一个发生时改变通过其传播的光的偏振状态。例如，单模光纤用于光纤103。

[0066] 第一光收发器101和第二光收发器102被配置成能够发送光信号(发出光)并且接收光信号(接收光)的装置。第一光收发器101包括光发送器111、光接收器112、偏振角度检测器113和波长复用器/解复用器114。第二光收发器102包括光发送器121、光接收器122、偏振角度检测器123和波长复用器/解复用器124。第一光收发器101设置在光纤103的一端，并且第二光收发器102设置在光纤103的另一端。

[0067] 被包括在第一光收发器101中的光发送器(第一光发送器)111从光纤103的所述一端将第一波长光输入到光纤103。第一光发送器111包括发出第一波长光的光源。例如，第一光发送器111包括发出线性偏振激光的半导体激光器，该线性偏振激光的波长是第一波长。例如，半导体激光器被配置成发出具有恒定功率的激光的CW(连续波)激光器。在光纤103中沿着从所述一端向所述另一端的方向(第一方向)传播从第一光发送器111输出的第一波长光。

[0068] 被包括在第二光收发器102中的光发送器(第二光发送器)121从光纤103的所述另一端将第二波长光输入到光纤103。第二波长与第一波长光不同。第二光发送器121包括发出第二波长光的光源。例如，第二光发送器121包括发出线性偏振激光的半导体激光器，该线性偏振激光的波长是第二波长。例如，半导体激光器被配置为发出具有恒定功率的激光的CW激光器。在光纤103中沿着从所述另一端向所述一端的方向(第二方向)传播从第二光发送器121输出的第二波长光。

[0069] 被包括在第二收发器102中的光接收器(第一接收器)122在光纤103的所述另一端接收在光纤103中沿着第一方向传播的光。例如，第一光接收器122包括用于检测彼此正交的两个偏振分量的两个光检测器，这两个偏振分量被包括在接收到的第一波长光中。例如，第一光接收器122包括用于检测彼此正交的偏振分量中的一个偏振分量(第一偏振分量)的光检测器(第一偏振分量检测器)以及用于检测另一个偏振分量(第二偏振分量)的光检测器(第二偏振分量检测器)。每个光检测器都输出与检测到的偏振分量的量相对应的电信号。

[0070] 偏振角度检测器(第一偏振角度检测器)123检测由第一光接收器122接收到的光的偏振平面的角度(偏振角度)作为发生在第一波长光中的变动。例如，第一偏振角检测器123基于从第一光接收器122输出的与第一偏振分量的量相对应的电信号以及与第二偏振分量的量相对应的电信号来检测偏振角度。例如，第一偏振角度检测器123可以被配置成DSP(数字信号处理器)或者LSI(大规模集成电路)。

[0071] 被包括在第一光收发器101中的光接收器(第二光接收器)112在光纤103的所述一端接收在光纤103中沿着第二方向传播的光。例如，第一光接收器122包括用于检测彼此正交的两个偏振分量的两个光检测器，这两个偏振分量被包括在接收到的第二波长光中。例如，第二光接收器112包括用于检测彼此正交的偏振分量中的一个偏振分量(第三偏振分量)的光检测器(第三偏振分量检测器)以及用于检测另一个偏振分量(第四偏振分量)的光检测器(第四偏振分量检测器)。每个光检测器都输出与检测到的偏振分量的量相对应的电信号。

[0072] 偏振角度检测器(第二偏振角度检测器)113检测由第二光接收器112接收到的光的偏振平面的角度(偏振角度)作为发生在第二波长光中的变动。例如，第二偏振角度检测器113基于从第二光接收器112输出的与第三偏振分量的量相对应的电信号以及与第四偏振分量的量相对应的电信号来检测偏振角度。例如，第一偏振角度检测器123可以被配置为DSP或者LSI。

[0073] 被包括在第一光收发器101中的波长复用器/解复用器(第一波长复用器/解复用器)114设置在光纤103的所述一端与第一光发送器111及第二光接收器112之间。第一波长复用器/解复用器114将从第一光发送器111输出的第一波长光输入到光纤103，并且使第二光接收器112接收在第二方向上传播通过光纤103的第二波长光。例如，波分复用耦合器(WDM耦合器)用于第一波长复用器/解复用器114。

[0074] 被包括在第二光收发器102中的波长复用器/解复用器(第二波长复用器/解复用器)124设置在光纤103的所述另一端与第二光发送器121及第一光接收器122之间。第二波长复用器/解复用器124将从第二光发送器121输出的第二波长光输入到光纤103，并且使第一光接收器122接收在第一方向上传播通过光纤103的第一波长光。例如，WDM耦合器用于第一波长复用器/解复用器114。

[0075] 服务器106从第一偏振角度检测器123收集指示在第一偏振角度检测器123中检测到的偏振平面的角度的数据(第一偏振角度数据)作为指示已经发生在第一波长光中的偏振的变动的数据。服务器106从被包括在多个第二光收发器102-1至102-n中的每个第二光收发器中的第一偏振角度检测器123收集第一偏振角度数据。服务器106通过有线网络或者无线网络连接至被包括在每个第二光收发器102中的第一偏振角度检测器123，并且通过这些网络收集第一偏振角度数据。

[0076] 服务器105从第二偏振角度检测器113收集指示在第二偏振角度检测器113中检测到的偏振平面的角度的数据(第二偏振角度数据)作为指示已经发生在第二波长光中的偏振的变动的数据。服务器105从被包括在多个第一光收发器101-1至101-n中的每个第一光收发器中的第二偏振角度检测器113收集第二偏振角度数据。服务器104经由服务器105和服务器106收集第一偏振角度数据和第二偏振角度数据。服务器105通过有线网络或者无线网络连接至被包括在每个第一光收发器101中的第二偏振角度检测器113，并且通过这些网络收集第一偏振角度数据。

[0077] 应该注意的是，被包括在第一光收发器101中的光发送器111、光接收器112、偏振角度检测器113和波长复用器/解复用器114分别与图1所示的第一光发送器11、第二光接收器13、偏振变动检测器15和分离器17相对应。被包括在第二光收发器102中的光发送器121、光接收器122、偏振角度检测器123和波长复用器/解复用器124分别与图1所示的第二光发送器12、第一光接收器14、偏振变动检测器16和分离器18相对应。

[0078] 图3示出了第一光收发器101的详细构成。在图3所示的示例性构成中，第一波长复用器/解复用器114由WDM耦合器配置。第一波长复用器/解复用器(WDM耦合器)114包括连接至光纤103的所述一端的第一端口、连接至第一光发送器111的第二端口以及连接至第二光接收器112的第三端口。WDM耦合器114将第一波长光从第二端口传递到第一端口，并且将第二波长光从第一端口传递到第三端口。

[0079] 第二光接收器112包括偏振分离器115和光检测器116和117。偏振分离器115将输入到其中的光分离为彼此正交的两个偏振方向上的光分量。偏振分离器115将被包括在传播通过光纤103的第二波长光中在一个偏振方向(第三偏振方向)上的光分量分支到光检测器116，并且将另一个偏振方向(第四偏振方向)上的光分量分支到光检测器117。例如，偏振分离器115包括偏振分束器，该偏振分束器透射第三偏振方向上的光和第四偏振方向上的光中的一个并且反射这两束中的另一个。

[0080] 光检测器116(第三偏振分量检测器)检测第二波长光在第三偏振方向上的光分量，该光分量是经由偏振分离器115输入到光检测器116的。光检测器117(第四偏振分量检测器)检测第二波长光在第四偏振方向上的光分量，该光分量是经由偏振分离器115输入到光检测器117的。例如，光检测器116和117包括光/电转换元件，诸如，PD(光电检测器)元件。

[0081] 第二偏振角度检测器113基于由光检测器116检测到的第三偏振方向上的光分量以及由光检测器117检测到的第四偏振方向上的光分量来检测传播通过光纤103的第二波长光的偏振平面的旋转。例如，第二偏振角度检测器113基于由光检测器116检测到的第三偏振方向上的光分量与由光检测器117检测到的第四偏振方向上的光分量的比率来检测偏振平面的旋转。

[0082] 第二光收发器102的构成与图3所示的第一光收发器101的构成相同。被包括在第二光收发器102中的WDM耦合器(与图2所示的偏振复用器/解复用器124相对应)包括连接至光纤103的所述另一端的端口(第四端口)、连接至第二光发送器121的端口(第五端口)以及连接至第一光接收器122的端口(第六端口)。该WDM耦合器将第一波长光从第四端口传递到第六端口，并且将第二波长光从第五端口传递到第四端口。

[0083] 被包括在第二光收发器102中的第一光接收器包括偏振分离器和两个光检测器，与图3所示的第二光接收器112类似。被包括在第二光接收器112中的偏振分离器将传播通过光纤103的第一波长光分离为彼此正交的两个偏振方向。该偏振分离器将一个偏振方向(第一偏振方向)上的光分量分支到两个光检测器中的一个光检测器并且将另一个偏振方向上的光分量(第二偏振分量)分支到两个光检测器中的另一个光检测器。例如，偏振分离器包括偏振分束器，该偏振分束器透射第一偏振方向上的光和第二偏振方向上的光中的一个并且反射这两束光中的另一个。

[0084] 被包括在第一光接收器122中的两个光检测器中的一个光检测器(第一偏振分量检测器)检测第一波长光在第一偏振方向上的光分量，该光分量是经由上文提到的偏振分离器输入到光检测器的。另一个光检测器(第二偏振分量检测器)检测第一波长光在第二偏振方向上的光分量，该光分量是经由上文提到的偏振分离器输入到光检测器的。例如，这些光检测器包括光/电转换元件，诸如，PD元件。

[0085] 第一偏振角度检测器123基于由光检测器116检测到的第一偏振方向上的光分量以及由光检测器117检测到的第二偏振方向上的光分量来检测传播通过光纤103的第一波长光的偏振平面的旋转。例如，第一偏振角度检测器123基于由上文的第一偏振分量检测器检测到的第一偏振方向上的光分量与由上文的第二偏振分量检测器检测到的第二偏振方向上的光分量的比率来检测偏振平面的旋转。

[0086] 图4示出了服务器的构成。服务器104至106通常被配置为包括CPU(中央处理单元)、存储器和辅助存储装置的计算机设备。服务器104至106的功能中的至少一部分可以通过根据预定程序进行操作的CPU实施。例如，服务器104以及服务器105和106经由有线网络或者无线网络互相连接，因此可以在服务器104与服务器105之间以及服务器104与服务器106之间进行通信。

[0087] 服务器104至106与图1所示的数据处理装置22相对应。应该注意的是，尽管在图2和图4中图示了通过三个服务器构成数据处理装置的示例，但是本公开并不限于此。在根据该实施例的光纤传感器系统100中，可以采用其中一个服务器包括服务器104至106的功能的构成。

[0088] 作为第一数据处理装置的服务器106包括数据收集单元161、时间戳加盖单元162和数据发送单元163。数据收集单元(数据收集装置)161从被包括在每个第二光收发器102-1至102-n中的第一偏振角度检测器123收集第一偏振角度数据。时间戳加盖单元(时间戳加盖装置)162为由数据收集单元161收集到的第一偏振角度数据加盖时间戳。

[0089] 数据发送单元(数据发送装置)163向服务器104发送第一偏振角度数据。例如，服务器104和服务器106经由有线网络或者无线网络连接，并且数据发送单元163经由这些网络向服务器104发送第一偏振角度数据。

[0090] 例如，数据发送单元163向服务器104实时地发送时刻变化的第一偏振角度数据。可替代地，当由数据收集单元161收集到的第一偏振角度数据存储在未示出的存储装置中时，数据发送单元163可以从该存储装置读出预定时间段内的第一偏振角度数据并且向服务器104发送第一偏振角度数据。进一步地，数据发送单元163可以确定第一偏振角度数据的变化是否大于或等于阈值。当确定第一偏振角度数据大于或等于阈值时，数据发送单元
163可以向服务器104发送包括变化前和变化后的预定时间段内的第一偏振角度数据。

[0091] 作为第二数据处理装置的服务器105包括数据收集单元151、时间戳加盖单元152和数据发送单元153。数据收集单元151、时间戳加盖单元152和数据发送单元153的功能与服务器106中的数据收集单元161、时间戳加盖单元162和数据发送单元163的功能类似，除了数据从第一偏振角度数据变化为第二偏振角度数据之外。即，数据收集单元151从被包括在每个第一光收发器101-1至101-n中的第二偏振角度检测器113收集第二偏振角度数据。时间戳加盖单元152为由数据收集单元151收集到的第二偏振角度数据加盖时间戳。数据发送单元153向服务器104发送第二偏振角度数据。

[0092] 作为第三数据处理装置的服务器104包括数据接收单元141、振动/位移检测单元142和位置识别单元143。数据接收单元(数据接收装置)141接收来自服务器106的第一偏振角度数据并且接收来自服务器105的第二偏振角度数据。振动/位移检测单元(振动/位移检测装置)142基于由数据接收单元141接收到的第一偏振角度数据和第二偏振角度数据中的至少一个来检测光纤103中的振动和位移中的至少一个的发生。

[0093] 位置识别单元(位置识别装置)143基于基于第一偏振角度数据检测到的振动和位移中的至少一个的检测定时与基于第二偏振角度数据检测到的振动和位移中的至少一个的检测定时之间的差异来识别在光纤103中发生振动和位移中的至少一个的位置。可以从加盖到第一偏振角度数据的时间戳以及加盖到第二偏振角度数据的时间戳获得检测定时的差异。

[0094] 图5示出了在两个互相正交的偏振方向上的一个偏振分量和另一个偏振分量的信号波形的示例。在图5中，示出了当对铺设在地板上的光纤103施加外力时从光检测器116和光检测器117(参照图3)输出的信号的信号波形。例如，当摇晃或扭曲光纤103时，传播通过光纤103的光的偏转状态会改变。进一步地，当人或汽车越过光纤103时，或者当对光纤103施加撞击时，传播通过光纤103的光的偏转状态会改变。

[0095] 当传播通过光纤103的光的偏转状态改变时，由光检测器116检测到的从光发送器输入到光纤103的线性偏振光的一个偏振分量(X偏振分量)与由光检测器117检测到的另一个偏振分量(Y偏振分量)之间的比率改变。例如，如图5所示，当X偏振分量减小时，Y偏振分量增大。在服务器104中，可以通过检查X偏振分量与Y偏振分量之间的比率来检测偏振角度的变动，并且可以检测到上文提到的事件。

[0096] 图6示出了光纤103与施加外力的位置之间的关系。假设光纤103从一端到另一端的距离(总长度)是L。在光纤103中，假设对距所述一端距离L1处的位置施加外力，并且发生振动、位移等。对光纤103施加外力的位置与光纤103的所述另一端之间的距离L2表示为L2＝L-L1。

[0097] 传播通过光纤的光的速度具有有限值，并且设置在光纤103的所述一端的第二偏振角度检测器113(参照图2)在从施加外力时的定时延迟了光行进距离L1所需时间的定时检测偏振角度的变动。另一方面，设置在光纤103的所述另一端的第一偏振角度检测器123在从施加外力时的定时延迟了光行进距离L2所需时间的定时检测偏振角度的变动。位置识别单元143(参照图4)可以基于光纤103的总长度以及两个偏振角度检测器检测到偏振角度的变动的定时差来识别对光纤103施加外力的位置。

[0098] 在该实施例中，输出第一波长光的第一光发送器111设置在光纤103的所述一端，并且输出第二波长光的第二光发送器121设置在光纤103的所述另一端。第一波长光和第二波长光在互相相反的方向上传播通过光纤103。第一波长光由设置在光纤103的所述另一端的第一光接收器122接收，并且第二波长光由设置在光纤103的所述一端的第二光接收器112接收。光纤103在振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态。通过由第一偏振角度检测器123和第二偏振角度检测器113检测偏振状态的这种变化，可以检测到在光纤103中发生了振动和位移中的至少一个。进一步地，可以基于第一偏振角度检测器123与第二偏振角度检测器113之间的检测定时差来识别发生振动和位移中的至少一个的位置。

[0099] 在该实施例中，具体地，在光纤103中沿着从所述一端向所述另一端的第一方向传播的光的波长与在光纤103中沿着从所述另一端向所述一端的第二方向传播的光的波长不同。因此，在根据该实施例的光纤传感器中，不会生成当采用专利文献2的构成时产生问题的相干拍频噪声。因此，与专利文献2中公开的光纤传感器相比，根据该实施例的光纤传感器可以抑制噪声的影响。在根据该实施例的光纤传感器中，通过抑制噪声的影响，与专利文献2中公开的光纤传感器相比，可以更准确地检测偏振的变动，并且与专利文献2中公开的光纤传感器相比，可以更准确地获取第一偏振角度检测器123中的检测定时与第二偏振角度检测器113中的检测定时之间的差。

[0100] 接下来，将描述本公开的第二实施例。图7示出了根据本公开的第二实施例的光纤传感器。根据该实施例的光纤传感器200包括光信号收发器201和202、偏振角度检测器203和204、以及光纤205。图7所示的光纤传感器200可以用作被包括在图2所示的光纤传感器系统100中的多个光纤传感器中的至少一部分。应该注意的是，未在图7中示出与图2所示的波长复用器/解复用器114和124相对应的分离器。

[0101] 在该实施例中，在光纤传感器200中使用的光纤205可以进一步充当在用于发送和接收光信号的光信号传送系统中使用的光纤。换言之，光信号传送系统中用于发送和接收光信号的光纤可以被用在光纤传感器200中。例如，光信号传送系统可以是使用数字相干光通信系统发送和接收偏振复用光信号的系统。

[0102] 在根据该实施例的光纤传感器200中，设置在光纤205的一端的光信号收发器(第一光信号收发器)201包括光信号发送器211和光信号接收器212。设置在光纤205的另一端的光信号收发器202包括光信号发送器221和光信号接收器222。

[0103] 被包括在第一光收发器201中的光信号发送器(第一光信号发送器)211根据要发送的数据通过给定调制方法调制第一波长光以生成光信号(第一光信号)，并且使第一光信号输入到光纤205的所述一端。从第一光信号发送器211输出的第一光信号从所述一端向所述另一端传播通过光纤205，并且由设置在光纤205的所述另一端的第二光信号收发器202接收。被包括在第二光信号收发器202中的光信号接收器(第一光信号接收器)222接收第一光信号并且通过使用与发送器侧的调制方法相对应的解调方法来解调所发送的数据。

[0104] 被包括在第二光收发器202中的光信号发送器(第二光信号发送器)221根据要发送的数据通过给定调制方法调制第二波长光以生成光信号(第二光信号)，并且使第二光信号输入到光纤205的所述另一端。从第二光信号发送器221输出的第二光信号从所述另一端向所述一端传播通过光纤205，并且由设置在光纤205的所述一端的第一光信号收发器201接收。被包括在第一光信号收发器201中的光信号接收器(第二光信号接收器)212接收第二光信号并且通过使用与发送器侧的调制方法相对应的解调方法来解调所发送的数据。

[0105] 在该实施例中，第一光信号收发器201(被包括在其中的第一光信号发送器211和第二光信号接收器212)可以用作第一光发送器111和第二光接收器112(参照图2)。进一步地，第二光信号收发器202(第二光信号发送器221和第一光信号接收器222)可以用作第二光发送器121和第一光接收器122。第一光信号发送器211和第二光信号发送器221可以在不根据要发送的数据执行调制的情况下将线性偏振连续波输入到光纤205中。进一步地，第一光信号接收器222和第二光信号接收器212可以在不执行解调的情况下分别检测第一光信号和第二光信号彼此正交的偏振方向上的光分量的强度。

[0106] 偏振角度检测器(第一偏振角度检测器)204基于由第一光信号接收器222检测到的第一光信号彼此正交的偏振方向上的光分量来检测第一光信号的偏振平面的角度。偏振角度检测器(第二偏振角度检测器)203基于由第二光接收器212检测到的第二光信号彼此正交的偏振方向上的光分量来检测第二光信号的偏振平面的角度。第一偏振角度检测器204和第二偏振角度检测器203分别与图2所示的第一偏振角度检测器123和第二偏振角度检测器113相对应。

[0107] 应该注意的是，尽管在图7中示出了一个第一光信号收发器201和一个第二光信号收发器202，但是光纤传感器200可以在光纤205的两端包括多个第一光信号收发器201和多个第二光信号收发器202。在这种情况下，多个第一光信号收发器201中的一部分可以用作光纤传感器的第一光发送器111和第二光接收器112，并且多个第二光信号收发器202中的一部分可以用作光纤传感器的第二光发送器121和第一光接收器122。剩余的第一光信号收发器201和剩余的第二光信号收发器202可以用于在光信号传送系统中发送和接收光信号。例如，光信号传送系统可以被配置为使用波分复用方法来通过多个信道发送光信号的系统，并且多个信道中的一部分可以用于光纤传感器200。

[0108] 在该实施例中，光信号传送系统可以是通过使用数字相干光通信系统来发送和接收偏振复用光信号的系统。在这种情况下，第一光信号接收器222和第二光信号接收器212可以被配置为数字相干光接收器。数字相干光接收器通常包括：偏振分离单元(偏振分离装置)，该偏振分离单元用于将偏振复用光信号分离为彼此正交的两个偏振分量；光/电转换单元(光/电转换装置)，该光/电转换单元用于将每个所分离的偏振分量转换为电信号；信号转换单元(信号转换装置)，该信号转换单元用于将转换后的所述偏振分量中的每个偏振分量的电信号转换为数字信号；以及数字信号处理单元(数字信号处理装置)，该数字信号处理单元用于对数字信号执行包括偏振分离信号处理的预定处理。在数字相干光接收器中，具体地，偏振分离单元和光/电转换单元的部分可以用作光纤传感器的第一光接收器122和第二光接收器112(参照图2)。

[0109] 图8示出了被配置为数字相干光接收器的第一光信号接收器222的示例性构成。此处，考虑了将双偏振-正交相移键控(DP-QPSK)用作光信号传送系统中的光信号的调制方法的情况。光信号接收器222包括偏振分束器251、1/4波长板252、光混合器253和254、光/电转换器256至259、AD(模数)转换器260至263、以及数字信号处理单元264。

[0110] 偏振分束器251与偏振分离单元相对应并且将通过光纤205(参照图7)接收到的第一波长的偏振复用光信号分离为彼此正交的两个偏振分量。即，偏振分束器251将偏振复用光信号分离为X偏振分量和Y偏振分量。光混合器253将由偏振分束器251分离的X偏振分量的光(调制的X偏振的信号光)与本地振荡光混合。光混合器254将经由1/4波长板输入到其中的Y偏振分量的光(调制的Y偏振的信号光)与本地振荡光混合。光混合器253输出调制的X偏振的信号的I分量和Q分量的检测光。光混合器254输出调制的Y偏振的信号光的I分量和Q分量的检测光。

[0111] 光/电转换器(O/E)256至259是光/电转换单元并且将光转换为电信号。光/电转换器256和257是与X偏振分量相对应的光/电转换器，并且光/电转换器258和259是与Y偏振分量相对应的光/电转换器。光/电转换器256将X偏振的I分量的检测光转换为电信号，并且光/电转换器257将X偏振的Q分量的检测光转换为电信号。光/电转换器258将Y偏振的I分量的检测光转换为电信号，并且光/电转换器259将Y偏振的Q分量的检测光转换为电信号。

[0112] 加法器265将与从光/电转换器256输出的X偏振的I分量的检测光相对应的电信号和与从光/电转换器257输出的X偏振的Q分量的检测光相对应的电信号相加。加法器266将与从光/电转换器258输出的Y偏振的I分量的检测光相对应的电信号和与从光/电转换器259输出的Y偏振的Q分量的检测光相对应的电信号相加。

[0113] 加法器265将与被包括在偏振复用光信号中的X偏振分量相对应的电信号输出到偏振角度检测器204。从加法器265输出的电信号与从图3所示的光检测器116输出的电信号相对应。进一步地，加法器266将与被包括在偏振复用光信号中的Y偏振分量相对应的电信号输出到偏振角度检测器204。从加法器266输出的电信号与从图3所示的光检测器117输出的电信号相对应。偏振角度检测器204基于与从加法器265输出的X偏振分量相对应的电信号以及与从加法器266输出的Y偏振分量相对应的电信号来检测传播通过光纤205的第一波长的偏振复用光信号的偏振平面的旋转。

[0114] AD转换器260至263与信号转换单元相对应并且将模拟电信号转换为数字信号。AD转换器260和261是与X偏振分量相对应的AD转换器，并且AD转换器262和263是与Y偏振分量相对应的AD转换器。AD转换器260将与从光/电转换器256输出的X偏振的检测光的I分量相对应的电信号转换为数字信号。AD转换器261将与从光/电转换器257输出的X偏振的检测光的Q分量相对应的电信号转换为数字信号。AD转换器262将与从光/电转换器258输出的Y偏振的检测光的I分量相对应的电信号转换为数字信号。AD转换器263将与从光/电转换器259输出的Y偏振的检测光的Q分量相对应的电信号转换为数字信号。

[0115] 数字信号处理单元264对从AD转换器260至263输出的数字信号执行数字信号处理。在数字信号处理单元264中执行的数字信号处理包括偏振分离信号处理。进一步地，在数字信号处理单元264中执行的数字信号处理包括基于输入的数字信号再生在偏振复用光信号的发送源处调制的发送数据作为接收数据的处理。例如，可以使用DSP、LSI等来构成数字信号处理单元264。

[0116] 应该注意的是，第二光信号接收器212(参照图7)的构成与图8所示的第一光信号接收器222的构成相同。连接至第二光信号接收器212的第二偏振角度检测器203基于在第二光信号接收器212中生成的与被包括在偏振复用光信号中的X偏振分量相对应的电信号以及与被包括在偏振复用光信号中的Y偏振分量相对应的电信号来检测传播通过光纤205的第二波长的偏振复用光信号的偏振平面的旋转。

[0117] 在上文的描述中，描述了偏振角度检测器203和204基于光电转换的偏振分量的电信号来检测偏振角度的旋转的示例。然而，本公开并不限于此。偏振角度检测器203和204可以基于在数字信号处理单元264中执行的偏振分离信号处理中计算的偏振角度来检测偏振角度的旋转，而不是使用光电转换的电信号来检测偏振角度的旋转。

[0118] 图9示出了数字信号处理单元264的构成。数字信号处理单元264包括波长色散补偿单元271、偏振分离单元272、光频同步单元273和274、以及相位同步单元275和276。波长色散补偿单元271对波长色散进行补偿。偏振分离单元272执行偏振分离信号处理。例如，偏振分离单元272使用诸如CMA(恒模算法)的偏振分离数字信号处理算法来分离两个互相正交的信号(偏振)。由偏振分离单元272执行的处理包括偏振角度的计算。偏振角度检测器204基于在偏振分离单元272中计算的偏振角度来检测传播通过光纤205的偏振复用光信号的偏振平面的旋转。

[0119] 图10示出了偏振分离单元272和偏振角度检测器204。例如，偏振分离单元272(数字信号处理单元264)包括可从外部装置访问的寄存器277。偏振分离单元272将在偏振分离信号处理中计算的偏振角度写入到寄存器277中。偏振角度检测器204访问寄存器277并且获取在偏振分离信号处理中计算的偏振角度。当采用这种配置时，通过将可从外部装置访问的寄存器添加到现有的数字信号处理单元，可以针对光纤传感器使用数字信号处理单元。

[0120] 参照回图9，光频同步单元273使光频相对于X偏振分量同步。相位同步单元275使相位相对于X偏振分量同步。光频同步单元274使光频相对于Y偏振分量同步。相位同步单元275使相位相对于Y偏振分量同步。尽管未在图8中示出，但是数字信号处理单元264也基于其相位同步的X偏振分量和Y偏振分量执行在发送侧调制的数据的解调。

[0121] 在该实施例中，光纤205也用于光信号传送系统。在该实施例中，例如，光信号传送系统中的多个信道中的一部分可以用于光纤传感器200。在这种情况下，不需要铺设专用于光纤传感器200的光纤。进一步地，在该实施例中，用于发送和接收光信号的光信号收发器201和202用于光纤传感器200。在该实施例中，例如，可以使用光信号传送系统中的多个信道之中未使用的信道来检测在光纤中已经发生的振动和位移中的至少一个。在这种情况下，在发送和接收光信号时，可以检测在用于发送和接收光信号的光纤中已经发生的振动和位移中的至少一个。

[0122] 在下文中，将描述光纤传感器系统的使用示例。首先，将描述第一使用示例。图11示出了光纤传感器系统的第一使用示例。第一使用示例是将光纤传感器应用到桥上的示例。在第一使用示例中，将三个光纤103-1至103-3沿着马路铺设在桥上。更具体地，将光纤103-1铺设在穿过桥的马路的一端，将光纤103-2铺设在马路的中央，并且将光纤103-3铺设在马路的另一端。第一光收发器101-1至101-3设置在光纤103-1至103-3的一端，并且第二光收发器102-1至102-3设置在光纤的另一端。

[0123] 应该注意的是，尽管未在图11中示出，但是第一光收发器101-1至101-3经由网络等连接至服务器105(参照图2等)，并且第二光收发器102-1至102-3经由网络等连接至服务器106。进一步地，在未示出的服务器104中，检测在光纤103-1至103-3中已经发生的振动和位移中的至少一个。

[0124] 在第一使用示例中，例如，可以检测当汽车等穿过马路时传播到光纤103的振动。进一步地，当三个光纤103-1至103铺设在图11所示的桥(马路)的不同部分时，可以分析振动或位移仅发生在马路的一端还是发生在整条马路上。

[0125] 接下来，将描述第二使用示例。图12示出了光纤传感器系统的第二使用示例。第二使用示例是收容站(中继站)与每个房屋之间的光纤用于光纤传感器的示例。第一光收发器101-1至101-3设置在每个房屋中，并且第二光收发器102设置在收容站中。光纤103的一端分支到每个房屋。第一光收发器101设置在光纤103的每个分支端，并且第二光收发器102设置在光纤的另一端。与第一使用示例类似，未在图12中示出服务器104至106。

[0126] 在第二使用示例中，例如，可以检测在包括光纤103等的架空线中已经发生的振动或位移。进一步地，当发生地震时，可以通过使用光纤103来检测其震动。在第二使用示例中，当发生地震等时，可以通过检测分支到多个房屋中的每个光纤处的振动或位移来根据位置的差异分析震动的差异。

[0127] 接下来，将描述第三使用示例。图13示出了光纤传感器系统的第三使用示例。第三使用示例是将光纤传感器系统应用到光信号传送系统的示例。光信号传送系统包括由光纤205互相连接的多个网络节点。网络节点N1和网络节点N2通过光纤205-1互相发送和接收光信号。网络节点N1和网络节点N3通过光纤205-2互相发送和接收光信号，并且网络节点N1和网络节点N4通过光纤205-3互相发送和接收光信号。进一步地，网络节点N2和网络节点N5通过光纤205-4互相发送和接收光信号。例如，节点内距离(节点之间的光纤的长度)超过数百千米。

[0128] 例如，光信号传送系统被配置为使用数字相干光通信方法来发送和接收偏振复用光信号的系统。网络节点N1至N5中的每个网络节点都经由光纤205在相反的另一节点之间发送和接收偏振复用光信号。光信号收发器201和偏振角度检测器203(参照图7)设置在光纤205-1至205-4中的每个光纤的一端，并且第二光信号收发器202和偏振角度检测器204设置在光纤的另一端，尽管未在图13中示出这些。与第一和第二使用示例类似，未在图13中示出服务器104至106。

[0129] 在第三使用示例中，可以检测在节点之间连接的光纤205中已经发生的振动或位移。进一步地，当检测到振动或位移时，可以分析振动或位移发生在特定区域还是振动或位移发生在整个区域。

[0130] 应该注意的是，在上述实施例中的每个实施例中，已经描述了光发送器(光信号发送器)将连续波光输入到组成光纤传感器的光纤的示例。然而，本公开并不限于此。从光发送器输出的光并不限于具有恒定功率的光。光发送器可以将强度随着时间变化的光输入到光纤。例如，当基于彼此正交的两个偏振方向的分量的比率在接收器侧检测到偏振平面的变动时，即使在发送器侧的光强度不恒定，也可以检测到偏振角度的旋转。

[0131] 在上述实施例中，被描述为“装置(单元)”等的一些元件可以实施为硬件，或者可以通过使计算机(CPU)执行自愿程序来实施。可以通过使用任何类型的非暂时性计算机可读介质来存储各种程序并将其提供给计算机。非暂时性计算机可读介质包括任何类型的有形存储介质。非暂时性计算机可读介质的示例包括磁性存储介质(诸如，软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如，磁光盘)、光盘介质(诸如，CD(光盘)或者DVD(数字通用光盘))、半导体存储器(诸如，掩模型ROM(只读存储器)、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪速ROM、RAM(随机存取存储器))。可以通过使用任何类型的暂时性计算机可读介质来向计算机提供这些程序。暂时性计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。暂时性计算机可读介质可以用于经由有线通信线路(例如，电线和光纤)或者无线通信线路向计算机提供程序。

[0132] 尽管已经参照示例性实施例描述了本公开，但是本公开不应受限于上述实施例。可以对本公开的构成或细节做出各种修改，本领域技术人员可以确认这些修改在本公开的范围内。

[0133] 例如，上文公开的实施例的全部或者部分可以描述为但不限于下面的补充说明。

[0134] (补充说明1)

[0135] 一种光纤传感器系统，该光纤传感器系统包括：

[0136] 光纤传感器，该光纤传感器包括：

[0137] 光纤，该光纤被配置成当振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态；

[0138] 第一光发送器，该第一光发送器设置在光纤的一端并且被配置成将第一波长光输入到光纤；

[0139] 第一光接收器，该第一光接收器设置在光纤的另一端并且被配置成接收在从所述一端向所述另一端的第一方向上传播通过所述光纤的第一波长光；

[0140] 第一偏振变动检测器，该第一偏振变动检测器被配置成检测由第一光接收器接收到的光的偏振的变动；

[0141] 第二光发送器，该第二光发送器设置在光纤的另一端并且被配置成将第二波长光输入到光纤；

[0142] 第二光接收器，该第二光接收器设置在光纤的所述一端并且被配置成接收在与所述第一方向相反的第二方向上传播通过所述光纤的第二波长光；

[0143] 第二偏振变动检测器，该第二偏振变动检测器被配置成检测由第二光接收器接收到的光的偏振的变动；

[0144] 第一分离器，该第一分离器设置在光纤的所述一端与第一光发送器及第二光接收器之间，并且被配置成将从第一光发送器输出的第一波长光输入到光纤并使第二光接收器接收在所述第二方向上传播通过所述光纤的第二波长光；以及

[0145] 第二分离器，该第二分离器设置在光纤的另一端与第二光发送器及第一光接收器之间，并且被配置成将从第二光发送器输出的第二波长光输入到光纤并使第一光接收器接收在所述第一方向上传播通过所述光纤的第一波长光，以及

[0146] 数据处理装置，该数据处理装置被配置成收集指示在第一偏振变动检测器中检测到的偏振的变动的第一偏振变动数据以及指示在第二偏振变动检测器中检测到的偏振的变动的第二偏振变动数据。

[0147] (补充说明2)

[0148] 根据补充说明1的光纤传感器系统，其中，第一分离器包括：

[0149] 第一端口，该第一端口连接至光纤的所述一端；

[0150] 第二端口，该第二端口连接至第一光发送器；

[0151] 第三端口，该第三端口连接至第二光接收器；以及

[0152] 第一波长复用器/解复用器，该第一波长复用器/解复用器被配置成将第一波长光从第二端口传递到第一端口并且将第二波长光从第一端口传递到第三端口，[0153] 并且其中，第二分离器包括：

[0154] 第四端口，该第四端口连接至光纤的另一端；

[0155] 第五端口，该第五端口连接至第二光发送器；

[0156] 第六端口，该第六端口连接至第一光接收器；以及

[0157] 第二波长复用器/解复用器，该第二波长复用器/解复用器被配置成将第一波长光从第四端口传递到第六端口并且将第二波长光从第五端口传递到第四端口。

[0158] (补充说明3)

[0159] 根据补充说明1或2的光纤传感器系统，其中，第一光接收器包括：

[0160] 第一偏振分量检测器，该第一偏振分量检测器被配置成检测在所述第一方向上传播通过所述光纤的所述第一波长光的第一偏振方向上的光分量；以及

[0161] 第二偏振分量检测器，该第二偏振分量检测器被配置成检测与第一偏振方向正交的第二偏振方向上的光分量，

[0162] 并且其中，第二光接收器包括：

[0163] 第三偏振分量检测器，该第三偏振分量检测器被配置成检测在所述第二方向上传播通过所述光纤的所述第二波长光的第三偏振方向上的光分量；以及

[0164] 第四偏振分量检测器，该第四偏振分量检测器被配置成检测与第三偏振方向正交的第四偏振方向上的光分量。

[0165] (补充说明4)

[0166] 根据补充说明3的光纤传感器系统，其中，第一光接收器进一步包括第一偏振分离器，该第一偏振分离器被配置成将在传播通过光纤的第一波长光中的第一偏振方向上的光分量分支到第一偏振分量检测器并且将第二偏振方向上的光分量分支到第二偏振分量检测器，

[0167] 并且其中，第二光接收器进一步包括第二偏振分离器，该第二偏振分离器被配置成将在传播通过光纤的第二波长光中的第三偏振方向上的光分量分支到第三偏振分量检测器并且将第四偏振方向上的光分量分支到第四偏振分量检测器。

[0168] (补充说明5)

[0169] 根据补充说明4的光纤传感器系统，其中，第一偏振分离器包括第一偏振分束器，该第一偏振分束器被配置成透射所述第一偏振方向上的光和第二偏振方向上的光中的一个并且反射第一偏振方向上的光和第二偏振方向上的光中的另一个，

[0170] 并且其中，第二偏振分离器包括第二偏振分束器，该第二偏振分束器被配置成透射所述第三偏振方向上的光和第四偏振方向上的光中的一个并且反射第三偏振方向上的光和第四偏振方向上的光中的另一个。

[0171] (补充说明6)

[0172] 根据补充说明3至5中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，第一偏振变动检测器包括第一偏振旋转检测器，该第一偏振旋转检测器被配置成基于由第一偏振分量检测器检测到的第一偏振方向上的光分量和由第二偏振分量检测器检测到的第二偏振方向上的光分量来检测传播通过光纤的第一波长光中的偏振平面的旋转，

[0173] 并且其中，第二偏振变动检测器进一步包括第二偏振旋转检测器，该第二偏振旋转检测器被配置成，基于由第三偏振分量检测器检测到的第三偏振方向上的光分量和由第四偏振分量检测器检测到的第四偏振方向上的光分量，来检测传播通过光纤的第二波长光中的偏振平面的旋转。

[0174] (补充说明7)

[0175] 根据补充说明6的光纤传感器系统，其中，第一偏振旋转检测器基于所检测到的第一偏振方向上的光分量与所检测到的第二偏振方向上的光分量的比率来检测偏振平面的旋转，

[0176] 并且其中，第二偏振旋转检测器基于所检测到的第三偏振方向上的光分量与所检测到的第四偏振方向上的光分量的比率来检测偏振平面的旋转。

[0177] (补充说明8)

[0178] 根据补充说明1至7中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，第一光发送器包括被配置成输出线性偏振光的第一光源，并且第二光发送器包括被配置成输出线性偏振光的第二光源。

[0179] (补充说明9)

[0180] 根据补充说明1至8中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，光纤传感器系统中设置有多个光纤传感器。

[0181] (补充说明10)

[0182] 根据补充说明1至9中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，光纤进一步充当用在光信号传送系统中以发送和接收光信号的光纤。

[0183] (补充说明11)

[0184] 根据补充说明10的光纤传感器系统，其中，在所述光纤的两端设置有每个均被配置成发送和接收光信号的多个光信号收发器，

[0185] 并且其中，设置在光纤的所述一端的多个光信号收发器中的一部分用作第一光发送器和第二光接收器，并且设置在光纤的另一端的多个光信号收发器中的一部分用作第二光发送器和第一光接收器。

[0186] (补充说明12)

[0187] 根据补充说明11的光纤传感器系统，其中，光信号传送系统通过使用数字相干光通信系统来发送和接收偏振复用光信号，并且光信号收发器包括数字相干光接收器。

[0188] (补充说明13)

[0189] 根据补充说明12的光纤传感器系统，其中，设置在光纤的所述一端的数字相干光接收器用作第二光接收器，并且设置在光纤的另一端的数字相干光接收器用作第一光接收器。

[0190] (补充说明14)

[0191] 根据补充说明13的光纤传感器系统，其中，数字相干光接收器包括：偏振分离装置，该偏振分离装置用于将偏振复用光信号分离为彼此正交的两个偏振分量；光/电转换装置，该光/电转换装置用于将所分离的偏振分量中的每个偏振分量转换为电信号；信号转换装置，该信号转换装置用于将将所述偏振分量中的每个偏振分量的转换后的电信号转换为数字信号；以及数字信号处理装置，该数字信号处理装置用于对数字信号执行预定处理。

[0192] (补充说明15)

[0193] 根据补充说明14的光纤传感器系统，其中，偏振分离装置和光/电转换装置用作第一光接收器和第二光接收器。

[0194] (补充说明16)

[0195] 根据补充说明15的光纤传感器系统，其中，第一偏振变动检测器和第二偏振变动检测器基于所述偏振分量中的每个偏振分量的转换后的电信号来检测偏振的变动。

[0196] (补充说明17)

[0197] 根据补充说明15的光纤传感器系统，其中，在数字信号处理装置中执行的信号处理包括偏振分离信号处理，

[0198] 并且其中，第一偏振变动检测器和第二偏振变动检测器基于在偏振分离信号处理中计算的偏振角度来检测偏振的变动。

[0199] (补充说明18)

[0200] 根据补充说明17的光纤传感器系统，其中，数字信号处理装置包括可从外部装置访问的寄存器并且将在偏振分离信号处理中计算的偏振角度写入到寄存器中。

[0201] (补充说明19)

[0202] 根据补充说明10至18中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，光信号传送系统使用波分复用系统来在多个信道中发送光信号，并且多个信道中的一部分用在光纤传感器中。

[0203] (补充说明20)

[0204] 根据补充说明1至19中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，数据处理装置包括：第一数据处理装置，该第一数据处理装置被配置成从第一偏振变动检测器收集第一偏振变动数据；第二数据处理装置，该第二数据处理装置被配置成从第二偏振变动检测器收集第二偏振变动数据；以及第三数据处理装置，该第三数据处理装置被配置成从第一数据处理装置和第二数据处理装置收集第一偏振变动数据和第二偏振变动数据。

[0205] (补充说明21)

[0206] 根据补充说明20的光纤传感器系统，其中，第一数据处理装置为第一偏振变动数据加盖时间戳，并且第二数据处理装置为第二偏振变动数据加盖时间戳。

[0207] (补充说明22)

[0208] 根据补充说明1至21中的任一项所述的光纤传感器系统，其中，数据处理装置包括位置识别装置，该位置识别装置用于基于第一偏振变动数据和第二偏振变动数据识别在光纤中发生振动和位移中的至少一个的位置。

[0209] (补充说明23)

[0210] 一种光纤传感器，该光纤传感器包括：

[0211] 光纤，该光纤被配置成当振动和位移中的至少一个发生时改变传播光的偏振状态；

[0212] 第一光发送器，该第一光发送器设置在光纤的一端并且被配置成将第一波长光输入到光纤；

[0213] 第一光接收器，该第一光接收器设置在光纤的另一端并且被配置成接收在从所述一端向所述另一端的第一方向上传播通过所述光纤的第一波长光；

[0214] 第一偏振变动检测器，该第一偏振变动检测器被配置成检测由第一光接收器接收到的光的偏振的变动；

[0215] 第二光发送器，该第二光发送器设置在光纤的另一端并且被配置成将第二波长光输入到光纤；

[0216] 第二光接收器，该第二光接收器设置在光纤的所述一端并且被配置成接收在与所述第一方向相反的第二方向上传播通过所述光纤的第二波长光；

[0217] 第二偏振变动检测器，该第二偏振变动检测器被配置成检测由第二光接收器接收到的光的偏振的变动；

[0218] 第一波长复用器/解复用器，该第一波长复用器/解复用器设置在光纤的所述一端与第一光发送器及第二光接收器之间，并且被配置成将从第一光发送器输出的第一波长光输入到光纤并使第二光接收器接收在所述第二方向上传播通过所述光纤的第二波长光；以及

[0219] 第二波长复用器/解复用器，该第二波长复用器/解复用器设置在光纤的另一端与第二光发送器及第一光接收器之间，并且被配置成将从第二光发送器输出的第二波长光输入到光纤并使第一光接收器接收在所述第一方向上传播通过所述光纤的第一波长光。

[0220] 本申请基于并要求来自于2016年4月14日提交的日本专利申请第2016-080768号的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

[0221] 参考标记列表

[0222] 10：光纤传感器系统

[0223] 21：光纤传感器

[0224] 11、12：光发送器

[0225] 13、14：光接收器

[0226] 15、16：偏振变动检测器

[0227] 19：光纤

[0228] 21：光纤传感器

[0229] 22：数据处理装置

[0230] 100：光纤传感器系统

[0231] 101：第一光收发器

[0232] 102：第二光收发器

[0233] 103：光纤

[0234] 104-106：服务器

[0235] 111：光发送器

[0236] 112：光接收器

[0237] 113：偏振角度检测器

[0238] 114：波长复用器/解复用器

[0239] 116、117：光检测器

[0240] 121：光发送器

[0241] 122：光接收器

[0242] 123：偏振角度检测器

[0243] 124：波长复用器/解复用器

[0244] 141：数据接收单元

[0245] 142：振动/位移检测单元

[0246] 143：位置识别单元

[0247] 151、161：数据收集单元

[0248] 152、162：时间戳加盖单元

[0249] 153、163：数据发送单元

[0250] 200：光纤传感器

[0251] 201、202：光信号收发器

[0252] 203、204：偏振角度检测器

[0253] 205：光纤

[0254] 211、221：光信号发送器

[0255] 212、222：光信号接收器

[0256] 251：偏振分束器

[0257] 252：1/4波长板

[0258] 253、254：光混合器

[0259] 256-259：光/电转换器

[0260] 260-263：AD转换器

[0261] 264：数字信号处理单元

[0262] 265、266：加法器

[0263] 271：波长色散补偿单元

[0264] 272：偏振分离单元

[0265] 273、274：光频同步单元

[0266] 275、276：相位同步单元

[0267] 277：寄存器

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