JP3579142B2 - 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置 - Google Patents
光ファイバ干渉型伸縮量測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3579142B2 JP3579142B2 JP23111695A JP23111695A JP3579142B2 JP 3579142 B2 JP3579142 B2 JP 3579142B2 JP 23111695 A JP23111695 A JP 23111695A JP 23111695 A JP23111695 A JP 23111695A JP 3579142 B2 JP3579142 B2 JP 3579142B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measurement
- optical
- expansion
- optical path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ自体をセンサとして利用し、その伸縮量を光学的に検出する光ファイバ干渉型伸縮量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コヒーレント光を分岐した後、再びこれらの波面を重ね合わせると、２光波の位相分布と密接に関係した干渉パターンが得られることが知られており、これを利用して、干渉パターンの変化を検出することにより、測定対象物の伸縮量を測定する光ファイバ干渉型伸縮量測定装置が提案されている。
【０００３】
図６は従来の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図であって、レーザ光源６１から照射されたレーザの光路上に、参照光を反射するハーフミラー６２と、測定光を反射するミラー６３が配置され、前記ハーフミラー６２と光源６１の間には、ハーフミラー６２及びミラー６３から反射されてきた参照光及び測定光を分岐して光センサ６４に導くビームスプリッタ等の光分岐器６５が配設され、前記各光路は光ファイバで形成されると共に、ハーフミラー６２とミラー６３の間の光ファイバが測定用光ファイバ６６として用いられる。
【０００４】
そして、ハーフミラー６２で反射された参照光と、ミラー６３で反射された測定光は、光分岐器６５の手前で重ね合わされ、干渉光として光分岐器６５から出射されるので、光センサ６４で干渉光を検出することができる。
ここで、測定用光ファイバ６６に外力が作用して伸縮すると、測定光の光路長が変化し、これに伴って干渉縞が変化するので、干渉縞の変化を検出することにより伸縮量量を検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石油パイプライン，ガス配管，電気通信ケーブルなどに外力が作用してこれらが異常に伸縮したり破断したことを検出しようとする場合に、どの部分がどの程度伸縮したかを検知することができないという問題があった。
すなわち、測定用光ファイバ６６を石油パイプラインなどに沿わして取り付ければ、全体の伸縮量を検出することは可能である。しかし、実際の石油パイプラインなどには、部分的な伸縮を吸収するための伸縮部材が介装されているため、温度変化などにより各部位が伸縮してもこれが吸収されてしまうので、全体的に伸縮することはないし、全体の伸縮量がわかったとしても各部位ごとの伸縮量を検出することはできないので、どこでどの程度の伸縮があったかを作業者が確認しなければならないという面倒がある。
【０００６】
これを、自動的に検出しようとすると、例えば石油パイプラインを所定長さごとに分割して複数の測定エリアを設定し、各測定エリアごとに個別に干渉計を設ければ、各測定エリアごとに伸縮量を検出することができるので、どの部分がどの程度伸縮しているかを検知することができる。
しかしこの場合は、測定エリアの数だけ干渉計を設けなければならないので、伸縮量を検出する光ファイバを測定エリアの数に応じて多数配線しなければならないだけでなく、干渉光を検出する光センサも別々に設けなければならないので、コストが嵩むという問題があった。
そこで本発明は、測定対象物に装着する光ファイバは一本で足り、干渉光を検出する光検出手段も一つで済み、しかも、多数の測定エリアの伸縮量を個別に検出することができ、事故が起きた場合にその位置を正確に検知できるようにすることを技術的課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、請求項１の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバが波長可変型コヒーレント光源に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアが多数設定され、前記各測定エリアには、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングが対となって配設されると共に、参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングのブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各測定エリアごとに前記光源の波長可変範囲内で異なる値に設定され、前記光源には、照射するコヒーレント光の波長を、各測定エリア毎にそのファイバグレーティングのブラッグ反射波長と等しく設定すると共に、当該ブラッグ反射波長を中心として反射波長帯の範囲内で変化させる光源駆動回路が接続され、前記測定用光ファイバには、前記各測定エリアの各ファイバグレーティングから反射された参照光と測定光が重ね合わされた干渉光を分岐して取り出す干渉光導光ファイバが接続され、前記干渉光導光ファイバには、前記光源駆動回路によりコヒーレント光の波長を各測定エリア毎にそのファイバグレーティングのブラッグ反射波長を中心としてその反射波長帯の範囲内で変化させたときに生ずる干渉光の光強度変化を検出する光センサが接続され、光センサには、その光強度変化の回数を計数するカウンタと、その回数に基づいて各測定エリアの長さを算出し予め算出した長さと比較して伸縮量を算出する算出手段が接続されたことを特徴とする。
【０００８】
これによれば、測定用光ファイバの光路上に設定された各測定エリアの両端に、ブラッグ反射波長が互いに等しい参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングが配設されると共に、前記ブラッグ反射波長は、各測定エリア毎に異なる値に設定されているので、光源から照射されるコヒーレント光の波長を任意の測定エリアのブラッグ反射波長と等しく設定することにより、当該測定エリアの各ファイバグレーティングから反射される参照光及び測定光のみを選択して干渉させることができる。
【０００９】
そして、コヒーレント光の波長を、任意の測定エリアのブラッグ反射波長に設定して干渉を起こさせた状態で、そのブラッグ反射波長を中心としてファイバグレーティングの反射波長帯の範囲内で変化させると、各測定エリアの参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングから反射される参照光と測定光の光路差に応じて干渉光の光強度が変動する。
このときの光強度の変動回数は光路差に異存し、光路差は測定エリアの長さに依存するので、光強度の変動回数に基づいて、測定エリアの長さが算出される。
【００１０】
このようにして光源から照射される波長を、各測定エリアのブラッグ反射波長に応じて順次変化させていけば、各測定エリアごとに長さを求めることができ、予め設定された時間が経過するたびに各測定エリアの長さを検出し、予め検出された基準となる長さと比較すれば、各測定エリアごとに伸縮量を算出できる。
また、測定エリアは一本の測定用光ファイバ上に形成されているので、測定対象物に装着する光ファイバは一本で足り、干渉光をモニタする光センサも一つで足りる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバがインコヒーレント光源に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアが多数設定され、前記各測定エリアには、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングが対となって配設されると共に、参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングのブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各測定エリアごとに前記光源から照射される光の波長の範囲内で異なる値に設定され、前記測定用光ファイバには、前記各測定エリアの各ファイバグレーティングから反射された参照光と測定光を干渉させる干渉計が接続され、当該干渉計は、その入射端部で分岐され出射端部で接続される長短二つの光路と、当該二つの光路のうち少なくとも一方の光路長を伸縮させることにより他方の光路長との光路差を各測定エリアの参照光及び測定光の光路差に一致させる光路長調整手段からなり、前記入射端部が測定用光ファイバから分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサが設けられ、前記光源から干渉計の出射端部に至る光路中に、光源から照射されたインコヒーレント光又は各測定エリアの各ファイバグレーティングから反射されてくる参照光及び測定光から、所望の測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波する分波手段が介装され、前記光センサには、分波手段により分波された光の光強度が変化したときの干渉計の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアの伸縮量を求める伸縮量算出手段が接続されたことを特徴とする。
【００１２】
これによれば、測定用光ファイバがインコヒーレント光源に接続されているので、各測定エリアの参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングからは、そのブラッグ反射波長を中心波長とする参照光及び測定光が反射される。
したがって、フィルタ等の分波手段により各測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波すれば、その測定エリアから反射された参照光及び測定光のみが干渉計を介して光センサに導かれる。
【００１３】
そして、各測定エリアには、光源に近い方及び遠い方の端部に夫々参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングが設けられているので、干渉計に至るまでの参照光及び測定光の光路は、測定光の方が測定エリアの長さの２倍分長いことになる。
干渉計では、光路の短い参照光の一部は長い方の光路に導かれ、光路の長い測定光の一部は干渉計の短い方の光路に導かれ、参照光及び測定光が出射端部で重ね合わされる。
このとき、光源からはインコヒーレント光が照射されているので、光路調整手段により参照光の光路と、測定光の光路を完全に一致させれば、参照光と測定光が干渉を起こす。
【００１４】
そこで、まず、光路調整手段により干渉計の長短いずれかの光路を伸縮させて両方の光路を一致させれば、参照光と測定光が干渉する。この状態で、測定エリアが伸縮すると、測定光の光路のみが延びて干渉しなくなるので、光路長調整手段によりいずれかの光路を伸縮させて参照光及び測定光を干渉させる。
この光路伸縮量は、測定エリアの伸縮量に比例するから、光路伸縮量に基づいて伸縮量を算出することができる。
次いで、他の測定エリアについても、各測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を前記分波手段により順次選択して分波していけば、各測定エリアごとに伸縮量を求めることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバがインコヒーレント光源に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアが多数設定され、前記各測定エリアには、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に光ファイバを伝わる光の一部を反射する参照光反射素子及び測定光反射素子が配設されると共に、前記各測定エリアは夫々異なる長さに選定され、前記測定用光ファイバには、前記各測定エリアの各反射素子から反射された参照光と測定光を干渉させる干渉計が接続され、当該干渉計は、その入射端部で分岐され出射端部で接続される長短二つの光路と、当該二つの光路のうち少なくとも一方の光路長を伸縮させることにより他方の光路長との光路差を各測定エリアの参照光及び測定光の光路差に一致させる光路長調整手段からなり、前記入射端部が測定用光ファイバから分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサが設けられ、前記光センサには、干渉計から出射された光の光強度が変化したときの干渉計の光路長伸縮量に基づいて各測定光反射素子間の伸縮量を求める伸縮量算出手段が接続されたことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、光源から照射され、各測定エリアの反射素子で反射され、干渉計に至るまでの測定光と参照光の光路差により生ずる測定光の遅延時間が、各測定エリアごとに夫々異なるから、光路長調整手段により参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアの光路差に合わせて調整すれば、参照光に対する測定光の遅延時間が０となるので、その測定エリアから反射される参照光及び測定光のみが干渉する。
【００１７】
この状態で、測定エリアが伸縮すると、測定光の光路のみが延びて干渉しなくなるので、光路長調整手段により再びいずれかの光路を伸縮させて参照光及び測定光を干渉させる。
このときの光路伸縮量は、測定エリアの伸縮量に比例するから、光路伸縮量に基づいて伸縮量を算出することができる。
そして、参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアの光路差に合わせて順次調整し、測定エリアが伸縮する前後の光路伸縮量に基づいて各測定エリアごとに伸縮量を求めることができる。
【００１８】
請求項４の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ及び測定対象物の伸縮量の影響を受けない参照用光ファイバがインコヒーレント光源に接続され、前記測定用光ファイバ及び参照用光ファイバには、測定光反射用ファイバグレーティング及び参照光反射用グレーティングが対応する位置に配設され、前記各ファイバグレーティングのブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各対ごとに前記光源から照射される光に含まれる波長の範囲内で異なる値に設定されると共に、各ファイバグレーティングから反射された参照光と測定光を重ね合わせて取り出す干渉光導光ファイバが分岐接続され、当該干渉光導光ファイバの出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサが設けられ、前記測定用光ファイバ及び参照用光ファイバの少なくとも一方には、各ファイバグレーティングから反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段が介装され、光源から光センサに至る光路中には、光源から照射されたインコヒーレント光又は各ファイバグレーティングから反射されてくる参照光及び測定光から、所望のファイバグレーティングのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波する分波手段が介装され、前記光センサには、分波手段により分波された光の光強度変化が検出されたときの光路長調整手段の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアの伸縮量を求める伸縮量算出手段が接続されたことを特徴とする。
【００１９】
これによれば、測定用光ファイバ及び参照用光ファイバには、ブラッグ反射波長の等しい測定光反射用ファイバグレーティング及び参照光反射用グレーティングが対応する位置に設けられると共に、前記ブラッグ反射波長は、各対ごとに異なっている。
そこで、まず、フィルタ等の分波手段により対となる任意の測定光反射用ファイバグレーティング及び参照光反射用グレーティングのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波すれば、そのファイバグレーティングから反射された参照光及び測定光のみが光センサに導かれ、光路調整手段により測定用光ファイバ及び参照用光ファイバのいずれか一方を伸縮させて両方の光路を一致させれば、その参照光と測定光が干渉する。
【００２０】
次いで、この状態で、測定用光ファイバが伸縮すると測定光の光路のみが延びて、測定光と参照光は干渉しなくなるので、光路長調整手段により測定用光ファイバ又は参照用光ファイバの光路を伸縮させることにより測定光及び参照光を干渉させる。
このときの光路伸縮量は、測定エリアの伸縮量に比例するから、光路伸縮量に基づいて伸縮量を算出することができる。
そして、前記分波手段により各測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を順次選択して分波していけば、測定用光ファイバが伸縮する前後の光路伸縮量に基づいて測定用光ファイバの伸縮量を各対ごとに求めることができる。
【００２１】
請求項５の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ及び測定対象物の伸縮量の影響を受けない参照用光ファイバがインコヒーレント光源に接続され、前記測定用光ファイバ及び参照用光ファイバには、各光ファイバ内を伝わる光の一部を反射させる測定光反射素子及び参照光反射素子が対応する位置に配設され、対となる反射素子から反射される測定光及び参照光の光路差が、各対ごとに異なる値に設定されると共に、各反射素子から反射された参照光と測定光が重ね合わされた干渉光を取り出す干渉光導光ファイバが分岐接続されて、当該干渉光導光ファイバの出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサが設けられ、前記測定用光ファイバ及び参照用光ファイバの少なくとも一方には、各反射素子から反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段が介装され、前記光センサには、光センサにより光強度変化が検出されたときの光路長調整手段の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアの伸縮量を求める伸縮量算出手段が接続されたことを特徴とする。
【００２２】
これによれば、光源から照射され、各対の測定光反射素子及び参照光反射素子で反射され、干渉光導光ファイバに至るまでの測定光及び反射光の光路差により生ずる遅延時間が各対ごとに異なるから、光路長調整手段により参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアの光路差に合わせて調整すれば、参照光に対する測定光の遅延時間が０となるので、その測定エリアから反射される参照光及び測定光のみが干渉する。
【００２３】
この状態で、測定エリアが伸縮すると、測定光の光路のみが延びて干渉しなくなるので、光路長調整手段により再びいずれかの光路を伸縮させて参照光及び測定光を干渉させる。
このときの光路伸縮量は、測定エリアの伸縮量に比例するから、光路伸縮量に基づいて伸縮量を算出することができる。
そして、参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアの光路差に合わせて順次調整し、測定エリアが伸縮する前後の光路伸縮量に基づいて各測定エリアごとに伸縮量を求めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１はコヒーレント光源を利用した光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の一例を示す基本構成図、図２〜図５は夫々インコヒーレント光源を利用した光ファイバ干渉型伸縮量測定装置を示す基本構成図である。
【００２５】
本例は、コヒーレント光源を利用した波長多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置であって、測定対象物（図示せず）に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ１が波長可変型のレーザ光源（コヒーレント光源）２に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアＡ１ 〜Ａｎが多数設定されている。
【００２６】
前記各測定エリアＡ１ 〜Ａｎには、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及び測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎが対となって配設されると共に、前記各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎは、対となるファイバグレーティング同士が等しく設定されると共に、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとにレーザ光源２の波長可変範囲内で夫々異なる値に設定されている。
【００２７】
例えば、レーザ光源２の波長可変範囲が８０ｎｍの場合、各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎを３ｎｍずつずらしておけば、２０波程度の多重化が可能となる。
そして、参照光及び測定光の光強度をなるべく高く維持すると共に、二次反射の影響が少なく、しかも、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎでの光損失がなるべく少なくなるように、参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及び測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎはその反射率が設定されている。
【００２８】
また、レーザ光源２には、照射するレーザ光（コヒーレント光）の波長を可変制御する光源駆動回路３が接続され、レーザ光の波長を、各測定エリアＡ１ 〜ＡｎのファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長に一致させて照射させると共に、各ブラッグ反射波長を中心として各ファイバグレーティングの反射波長帯の範囲内で変化させることができるように成されている。また、測定用光ファイバ１には、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射された参照光と測定光が重ね合わされた干渉光を取り出す干渉光導光ファイバ４が光分岐器５を介して接続されている。
【００２９】
この干渉光導光ファイバ４には、前記光源駆動回路３によりレーザ光の波長を各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長を中心としてその反射波長帯の範囲内で変化させたときに生ずる干渉光の光強度変化を検出する光センサ６が接続され、当該光センサ６には、その光強度変化の回数を計数するカウンタ７と、その回数に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの長さを算出し予め算出した長さと比較して伸縮量を算出する伸縮量算出手段８が接続されている。
【００３０】
以上が、本発明に係る光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の一構成例であって、次に、その作用について説明する。
まず、測定用光ファイバを石油パイプライン，ガス配管，電気通信ケーブル等の測定対象物に固定した状態で、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの長さを測定する。
例えば、測定エリアＡ１ の長さを測定する場合は、その参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 及び測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ のブラッグ反射波長λ１ のレーザ光を照射すると、各ファイバグレーティングＲ１ 及びＭ１ から反射された参照光及び測定光が干渉し、その干渉光が干渉光導光ファイバ４を介して光センサ６に導かれる。
【００３１】
ここで、光源駆動回路３によりそのブラッグ反射波長λ１ を中心として、ファイバグレーティングＲ１ 及びＭ１ の反射波長帯の範囲λ１１〜λ１２で、レーザ光源２から照射する光の波長を変化させると、干渉光の光強度が明るくなったり暗くなったりして変化する。
この光強度の変化する回数は、参照光と測定光の光路差に対応し、この光路差は測定エリアＡ１ の長さの２倍に相当するから、光センサ６で干渉光の光強度を検出し、その強弱の変化をカウンタ７で計数し、その回数に基づいて算出手段８により測定エリアＡ１ の長さが算出される。
このようにして、他の各測定エリアＡ２ 〜Ａｎについても、同様に長さを測定し、測定された長さを記憶装置（図示せず）に記憶させておく。
【００３２】
次いで、所定時間が経過したところで、同様に、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの長さを測定し、これを先に算出した長さの差を算出して各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに伸縮量を算出する。
したがって、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎは、長さ変化のない場合は伸縮量が０になり、伸長している場合は伸縮量が正の値で出力され、収縮している場合は負の値で出力される。
そして、所定時間（例えば５分）ごとに、各測定エリアの伸縮量を監視すれば、どの測定エリアがどの程度伸縮したかを正確に検知することができ、例えば、アラーム装置などを設けておき、予め設定した許容範囲を超えて異常に伸縮した場合、自動的にアラームを鳴らすこともできる。
【００３３】
図２は、インコヒーレント光源を利用した波長多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の一例を示す基本構成図であって、図１と重複する部分については同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例では、測定用光ファイバ１１がインコヒーレント光源１２に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアＡ１ 〜Ａｎが多数設定され、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎには、光源１２に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及び測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎが対となって配設されると共に、前記各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎは、前記光源１２から照射される光に含まれる波長の範囲内で各測定エリアＡ１ 〜Ａｎ毎に異なる値に設定されている。
この場合、例えば、光源１２から照射される光に１５３０〜１５６０ｎｍの光が多く含まれていると、各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎを３ｎｍ程度ずつずらしておけば、中心波長が３ｎｍ程度ずつずれた１０波程度の光の多重化が可能となる。
【００３４】
また、測定用光ファイバ１１と光源１２との間には光分岐器１３が介装され、その光分岐器１３の出力側には、前記各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射されてくる測定光及び参照光を各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに分波して干渉させる干渉計１４が接続されている。
当該干渉計１４は、その入射端部で光分岐器１５を介して分岐され出射端部で光接続器１８を介して接続される長短二つの光路１６Ｓ，１６Ｌと、このうち少なくとも一方の光路長を伸縮させることにより他方の光路長との光路差を各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの参照光及び測定光の光路差と一致させる光路長調整手段１７からなり、前記入射端部が光分岐器１３を介して測定用光ファイバ１１に分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ１９が設けられている。
【００３５】
光路長調整手段１７は、例えば短い方の光路１６Ｓに介装されており、同一光軸上で間隔調整可能に配設された二つのロッドレンズ２０，２１が、前記光分岐器１５に接続された光ファイバ及び前記光接続回路１８に接続された光ファイバの端面に夫々取り付けられている。
そして、一方のロッドレンズ２０が例えばパルスモータ２２で回転されるボールネジ（図示せず）によりねじ送りされて、任意の距離だけ移動させることができるように形成されている。
なお、２３は前記パルスモータ２２を回転させてロッドレンズ２０を任意の距離だけ移動させモータ駆動回路で、２４は当該駆動回路２３の駆動信号に基づいてロッドレンズ２０の位置から光路長の伸縮量を求める光路長伸縮量検知手段である。
【００３６】
また、２５は干渉計１４の各光路１６Ｓ，１６Ｌで重ね合わされた二つの光が干渉したときに光強度を変化させるための位相変調器であって、例えば長い方の光路１６Ｌに介装され、当該光路１６Ｌを波長の数倍の範囲で１００Ｈｚ 程度で伸縮させるようになされている。
そして、位相変調器２５を作動させながら、前記光路長調整手段１７で光路長を調整すると、光路１６Ｓ，１６Ｌの光路長が等しくなったときに二つの光が干渉して、光接続回路１８から出力される光が明るくなったり暗くなったりするので、光強度をモニタすることにより、光路１６Ｓ，１６Ｌの光路長が等しくなったか否か判断できる。
【００３７】
さらに、前記光源１２から干渉計１４の出射端部に至る光路中には、光源１２から照射されたインコヒーレント光又は各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射されてくる参照光及び測定光から、所望の測定エリアＡｉ のブラッグ反射波長λｉ に応じた波長の光を選択的に分波するフィルタ等の分波手段２６が介装されている。
【００３８】
前記光センサ１９には、分波手段２６により分波された光の光強度が変化したときの干渉計１４の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を求める伸縮量算出手段２７が接続されている。
この算出手段２７は、光センサ１９の出力信号に基づいて光が干渉しているか否かを判断する判別回路２８と、光が干渉したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を算出する演算手段２９を備えている。
なお、前記分波手段２６は、光源１２側に設けて、特定の波長の光だけを測定用光ファイバ１１に導く場合であっても、また、干渉計１４に介装して、測定用光ファイバ１１から反射された光のうち特定の波長の光だけを光センサ１９に導く場合であってもよい。
【００３９】
そして、まず、測定用光ファイバ１１を測定対象物に固定した状態で、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに、各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射される参照光及び測定光の光路が一致するように光路長調整手段１７のロッドレンズ２０の位置から光路の伸縮量を求める。
例えば測定エリアＡ１ について、参照光及び測定光の光路が一致するロッドレンズ２０の位置を求めるときは、分波手段２６を介して測定エリアＡ１ のファイバグレーティングＲ１ 及びＭ１ のブラッグ反射波長λ１ と等しい波長の光だけを光センサ２７に導き、位相変調器２５を作動させながら、前記光路長調整手段１７で光路長を調整する。
【００４０】
このとき、各ファイバグレーティングＲ１ 及びＭ１ から反射された参照光及び測定光は、夫々その半分が光分岐器１３を介して干渉計１４に導かれ、さらに夫々の半分が光分岐器１５を介して長短二つの光路１６Ｌ，１６Ｓに導かれ、測定光の光路は参照光の光路に比して測定エリアＡ１ の長さの２倍分長いので、短い光路１６Ｓに導かれた参照光と長い光路１６Ｌに導かれた測定光の両方の光路が一致したときに各光が干渉する。
【００４１】
光が干渉したか否かは光センサ１９で検出される光強度をモニタすればよく、光が干渉しない間は光強度は一定であり、光が干渉を起こすと光強度は変化するので、光強度が変化したか否かを判別回路２８で判別する。
そして、干渉を起こしたときに、ロッドレンズ２０の位置に基づいて光路長の伸縮量を光路長伸縮量検知手段２４で読み取り、これを予め読み取った光路長の伸縮量と比較して測定エリアＡ１ の伸縮量を算出する。
【００４２】
すなわち、測定エリアＡ１ が伸縮すると、その参照光の光路長は変化しないが、測定光の光路長が変化するので、伸縮量を生ずる前後で、干渉を起こすロッドレンズ２０の位置が異なり、その変位は伸縮した測定光の光路の二倍に相当する。したがって、ロッドレンズ２０の変位の１／２が測定エリアＡ１ の伸縮量になる。
そして、分波手段２６により他の各測定エリアＡ２ 〜ＡｎのファイバグレーティングＲ２ 〜Ｒｎ及びＭ２ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ２ 〜λｎを順次選択していけば、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに夫々の伸縮量が算出される。
【００４３】
図３は、インコヒーレント光源を利用した遅延時間多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の一例を示す基本構成図である。なお、図２と重複する部分については、同一符号を付して詳細説明は氏略する。
【００４４】
本例では、インコヒーレント光源３２に接続された測定用光ファイバ３１に、当該光ファイバ３１を伝わる光の一部を反射し残部を透過する反射素子ＲＭ０ 〜ＲＭｎが夫々異なる間隔をもって配設され、各反射素子ＲＭ０ 〜ＲＭｎが参照光反射素子及び測定光反射素子を兼用し、隣接する反射素子ＲＭｉ−１ 及びＲＭｉの間が夫々測定エリアＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）に形成されている。
すなわち、測定エリアＡｉの両端には、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に夫々参照光反射素子となる反射素子ＲＭｉ−１ 及び測定光反射素子となる反射素子ＲＭｉが配設されており、光源３２側の反射素子ＲＭｉ−１ は隣接する測定エリアＡｉ−１ の測定光反射素子を兼用し、反射素子ＲＭｉは隣接する測定エリアＡｉ＋１ の参照光反射素子を兼用している。
【００４５】
そして、測定用光ファイバ３１には、前記各反射素子からＲＭ０ 〜ＲＭｎ及びから反射されてくる測定光及び参照光を各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに干渉させる干渉計１４が光分岐器１３を介して接続されている。
当該干渉計１４は、その入射端部で光分岐器１５を介して分岐され出射端部で光接続器１８を介して接続される長短二つの光路１６Ｓ，１６Ｌと、光路長調整手段１７からなり、前記入射端部が光分岐器１３を介して測定用光ファイバ３１に分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ１９が設けられている。
【００４６】
このとき、光源１２から照射され、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの反射素子ＲＭ０ 〜ＲＭｎで反射され、干渉計１４に至るまでの測定光と参照光は、その光路差により生ずる測定光の遅延時間が、各測定エリアごとに夫々異なるから、光路長調整手段１７により参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの光路差に合わせて調整すれば、参照光に対する測定光の遅延時間が０となるので、任意の一の測定エリアから反射される参照光及び測定光のみが干渉する。
したがって、夫々の光路差を予想される伸縮量より大きく設定しておけば、遅延時間の異なる多数の光を多重化することができる。
【００４７】
なお、光路長調整手段１７は、同一光軸上で間隔調整可能に配設された二つのロッドレンズ２０，２１のうち，一方のレンズ２０が例えばパルスモータ２２で回転されるボールネジなどによりねじ送りされて、任意の距離だけ移動させることができるように形成されている。
また、２３は前記パルスモータ２２のモータ駆動回路で、２４は光路長の伸縮量を求める光路長伸縮量検知手段である。
そして、光センサ１９には、その出力信号に基づいて光が干渉しているか否かを判断する判別回路２８と、光が干渉したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を算出する演算手段２９を備えた伸縮量算出手段２７が接続されている。
【００４８】
これによれば、まず、測定用光ファイバ３１を測定対象物に固定した状態で、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに、各反射素子ＲＭ０ 〜ＲＭｎから反射される参照光及び測定光の光路が一致するように光路長調整手段１７を調整し、その光路の伸縮量を求める。
例えば測定エリアＡ１ について、参照光及び測定光の光路を一致させるときは、位相変調器２５を作動させながら、光路長調整手段１７で光路長を調整していく。
【００４９】
このとき、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの長さは夫々異なるので、参照光及び測定光の光路差は各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに異なり、例えば、光路１６Ｓ，１６Ｌの光路差を測定エリアＡ１ の長さの２倍に設定すれば、測定エリアＡ１ の反射素子ＲＭ０ 及びＲＭ１ から反射される参照光及び測定光のみが干渉を起こすことになる。
【００５０】
すなわち、反射素子ＲＭ０ 及びＲＭ１ から反射された参照光及び測定光は、夫々その半分が光分岐器１３を介して干渉計１４に導かれ、さらに夫々の半分が光分岐器１５を介して長短二つの光路１６Ｌ，１６Ｓに導かれ、測定光の光路は参照光の光路に比して測定エリアＡ１ の長さの２倍分長いので、短い光路１６Ｓに導かれた参照光と長い光路１６Ｌに導かれた測定光が干渉する。
【００５１】
光が干渉したか否かは光センサ１９で検出される光強度をモニタすればよく、光が干渉しない間は光強度は一定であり、光が干渉を起こすと光強度は変化するので、光強度が変化したか否かを判別回路２８で判別する。
そして、干渉を起こしたときに、ロッドレンズ２０の位置に基づいて光路長の伸縮量を光路長伸縮量検知手段２４で読み取り、これを予め読み取った光路長の伸縮量と比較して測定エリアＡ１ の伸縮量を算出する。
【００５２】
すなわち、測定エリアＡ１ が伸縮すると、光源３２に近い方の反射素子ＲＭ０ から反射する参照光の光路長は変化しないが、光源３２にから遠い方の反射素子ＲＭ１ から反射する測定光の光路長が変化するので、伸縮量を生ずる前後で、光路長調整手段１７のロッドレンズ２０の位置が異なり、その変位は変化した測定光の光路の二倍に相当する。したがって、ロッドレンズ２０の変位の１／２が測定エリアＡ１ の伸縮量に相当する。
したがって、これに基づいて測定エリアＡ１ の伸縮量を容易に算出することができる。
そして、他の各測定エリアＡ２ 〜Ａｎについても、同様に干渉を生じたときのロッドレンズ２０の位置を検知して光路１６Ｓの伸縮量を求めれば、これに基づいて、各測定エリアＡ２ 〜Ａｎの伸縮量を算出することができる。
【００５３】
図４は、図２と同様にインコヒーレント光源を利用した波長多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置である。なお、図２と共通する部分については同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例では、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ４１と、測定対象物の伸縮量の影響を受けない参照用光ファイバ４２が、光分岐器４３を介してインコヒーレント光源４４に接続されている。
【００５４】
前記測定用光ファイバ４１及び参照用光ファイバ４２には、測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及び参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎが対となって所定の間隔で設けられ、前記各ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及びＲ１ 〜Ｒｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎは、対となるファイバグレーティング（例えばＭ１ とＲ１ ）同士で等しく、各対ごとに前記光源４４から照射される光に含まれる波長の範囲内で異なる値に選定されている。
ここで測定用光ファイバ４１の端部４１ａを測定対象物に固定すると、当該端部４１ａと各測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎとの間が測定エリアＡ１ 〜Ａｎとなる。
前記光分岐器４３には、各ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及びＲ１ 〜Ｒｎから反射された参照光と測定光を重ね合わせて取り出す干渉光導光ファイバ４５が接続され、当該干渉光導光ファイバ４５の出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ４６が設けられている。
【００５５】
また、測定用光ファイバ４１及び参照用光ファイバ４２の少なくとも一方には、各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段１７が介装されている。
そして、光源４４から光センサ４６に至る光路中には、光源から照射されたインコヒーレント光又は各ファイバグレーティングから反射されてくる参照光及び測定光から、所望の測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波するフィルタなどの分波手段２６が介装されている。
【００５６】
前記光センサ４６には、分波手段２６により分波された波長の光の光強度が変化したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を求める伸縮量算出手段４７が接続されている。
この伸縮量算出手段４７は、光センサ４６の出力信号に基づいて光が干渉しているか否かを判断する判別回路４８と、光が干渉したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を算出する演算手段４９を備えている。
【００５７】
これによれば、測定用光ファイバ４１を測定対象物に取り付けると共に、参照用光ファイバ４２を測定対象物の伸縮量の影響を受けないところに設置すると、光源４４から照射されたインコヒーレント光は光分岐器４３を介して各光ファイバ４１及び４２に導かれ、各ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及びＲ１ 〜Ｒｎから反射された参照光と測定光が、干渉光導光ファイバ４５で重ね合わされて光センサ４６に入射される。
【００５８】
このとき、各ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及びＲ１ 〜Ｒｎは、そのブラッグ反射波長が各対ごとに異なるので、例えば、測定エリアＡ１ の伸縮量を測定しようとするときは、分波手段２６を介して測定エリアＡ１ のファイバグレーティングＭ１ のブラッグ反射波長λ１ と等しい波長の光のみを光センサ４６に導き、位相変調器２５を作動させながら、前記光路長調整手段１７で光路長を調整する。
【００５９】
そして、前記測定光の光路と参照光の光路が一致したときに光が干渉してその光強度が変化するので、光センサ４６で光強度をモニタすることにより、光路が一致したか否かを判別回路２８で判別する。
そして、光路が一致したときの、ロッドレンズ２０の位置に基づいて光路長の伸縮量を光路長伸縮量検知手段２４で読み取り、これを予め読み取った光路長の伸縮量と比較して測定エリアＡ１ の伸縮量を算出する。
【００６０】
すなわち、測定エリアＡ１ が伸縮すると、その参照光の光路長は変化しないが、測定光の光路長が変化するので、伸縮量を生ずる前後で、干渉を起こすロッドレンズ２０の位置が異なり、その変位は変化した測定光の光路の二倍に相当する。したがって、ロッドレンズ２０の変位の１／２が測定エリアＡ１ の伸縮量に相当する。
このようにして、他の各測定エリアＡ２ 〜Ａｎについても、分波手段２６によりファイバグレーティングＲ２ 〜Ｒｎ及びＭ２ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ２ 〜λｎを選択して、夫々の伸縮量を算出する。
【００６１】
なお、本例の場合、測定用光ファイバ４１の端部と各測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎの間が測定エリアＡ１ 〜Ａｎとなるので、例えば測定光反射用ファイバグレーティングＭｉ−１ 〜Ｍｉ の間の部分が伸縮すると、測定エリアＡ１ 〜Ａｉ−１ は伸縮せず、測定エリアＡｉ〜Ａｎはすべて伸縮することとなる。したがって、隣接する測定光反射用ファイバグレーティングＭｉ−１ 〜Ｍｉ の間の伸縮量δ１ 〜δｎは、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量Δ１ 〜Δｎを算出した後、
δｉ＝Δｉ−Δｉ−１ （ｉ＝１〜ｎ，Δ０ ＝０）
により算出できる。
【００６２】
図５は、インコヒーレント光源を利用した遅延時間多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置である。なお、図３と共通する部分については同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例では、測定用光ファイバ５１と参照用光ファイバ５２が光分岐器５３を介してインコヒーレント光源５４に接続され、各光ファイバ５１及び５２には、夫々の光ファイバ５１及び５２を伝わる光の一部を反射させ、残部を透過させる測定光反射素子ＭＤ１ 〜ＭＤｎ及び参照光反射素子ＲＤ１ 〜ＲＤｎが対応した位置に配設され、対となる反射素子（例えばＲＤ１ とＭＤ１ ）から反射される測定光及び参照光の光路差が、各対ごとに異なる値に設定されている。
これら反射素子ＭＤ１ 〜ＭＤｎ及びＲＤ１ 〜ＲＤｎとしては、光の一部を反射させ残部を透過させるものであれば、ハーフミラー，ファイバグレーティングなど任意の手段を使用し得る。
ここで測定用光ファイバ５１の端部５１ａを測定対象物に固定すると、当該端部５１ａと各測定光反射素子ＭＤ１ 〜ＭＤｎとの間が測定エリアＡ１ 〜Ａｎとなる。
【００６３】
また、各光ファイバ５１及び５２には、各反射素子ＲＤ１ 〜ＲＤｎ及びＭＤ１ 〜ＭＤｎから反射された参照光と測定光を重ね合わせた干渉光を取り出す干渉光導光ファイバ５５が分岐接続されて、当該干渉光導光ファイバ５５の出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ５６が設けられている。
そして、測定用光ファイバ５１及び参照用光ファイバ５２の少なくとも一方には、各反射素子ＲＤ１ 〜ＲＤｎ及びＭＤ１ 〜ＭＤｎから反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段１７が介装されている。
【００６４】
前記光センサ５６には、測定光及び参照光の光路長が一致したときお光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を求める伸縮量算出手段５７が接続されている。
この伸縮量算出手段５７は、光センサ５６の出力信号に基づいて光が干渉しているか否かを判断する判別回路５８と、光が干渉したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を算出する演算手段５９を備えている。
【００６５】
これによれば、対となる測定光反射素子及び参照光反射素子から反射された測定光及び参照光の光路差が、各対ごとに異なるので、その光調長調整手段１７により測定しようとする測定エリアＡｉの光路差を相殺して光源５４から光センサ５６に至る光路長が一致するようにように調整すると、その測定エリアＡｉの測定光及び反射光だけ光路長が等しくなるので干渉を生ずる。
【００６６】
したがって、干渉が生じたか否かをモニタすることにより、光路が一致したか否かを判別できる。
そして、前記測定光の光路と参照光の光路が一致したときの光路長の伸縮量を光路長伸縮量検知手段２４で読み取り、これを予め読み取った光路長の伸縮量と比較して測定エリアＡ１ の伸縮量を算出する。
次いで、他の各測定エリアＡ２ 〜Ａｎについても、同様にして夫々の伸縮量を算出すればよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、測定対象物に一本の測定用光ファイバを装着するだけでよく、干渉光を検出する光検出手段も一つで済み、しかも、多数の測定エリアの伸縮量を個別に検出することができるので、コストが節減できるだけでなく、石油パイプライン等に事故が起きて部分的に伸縮した場合に，どの位置が，どの程度伸縮したかを正確に検知することができるという大変優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図２】本発明に係る他の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図３】本発明に係る他の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図４】本発明に係る他の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図５】本発明に係る他の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図６】従来の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【符号の説明】
１，１１，３１，４１，５１・・測定用光ファイバ
２・・・・・・・・・・・・・レーザ光源（コヒーレント光源）
Ａ１ 〜Ａｎ・・・・・・・・・測定エリア
Ｒ１ 〜Ｒｎ・・・・・・・・・参照光反射用ファイバグレーティング
Ｍ１ 〜Ｍｎ・・・・・・・・・測定光反射用ファイバグレーティング
３・・・・・・・・・・・・・光源駆動回路
４，４５，５５・・・・・・・干渉光導光ファイバ
６，１９，４６，５６・・・・光センサ
７・・・・・・・・・・・・・カウンタ
８，２７，４７，５７・・・・伸縮量算出手段
１２，３２，４４，５４・・・・インコヒーレント光源
１４・・・・・・・・・・・・・干渉計
１６Ｓ，１６Ｌ・・・・・・・・光路
１７・・・・・・・・・・・・・光路長調整手段
２０，２１・・・・・・・・・・二つのロッドレンズ
２２・・・・・・・・・・・・・パルスモータ
２４・・・・・・・・・・・・・光路長伸縮量検知手段
２６・・・・・・・・・・・・・分波手段
２７・・・・・・・・・・・・・伸縮量算出手段
ＲＭ０ 〜ＲＭｎ・・・・・・・・反射素子
ＭＤ１ 〜ＭＤｎ・・・・・・・・測定光反射素子
ＲＤ１ 〜ＲＤｎ・・・・・・・・参照光反射素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ自体をセンサとして利用し、その伸縮量を光学的に検出する光ファイバ干渉型伸縮量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コヒーレント光を分岐した後、再びこれらの波面を重ね合わせると、２光波の位相分布と密接に関係した干渉パターンが得られることが知られており、これを利用して、干渉パターンの変化を検出することにより、測定対象物の伸縮量を測定する光ファイバ干渉型伸縮量測定装置が提案されている。
【０００３】
図６は従来の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図であって、レーザ光源６１から照射されたレーザの光路上に、参照光を反射するハーフミラー６２と、測定光を反射するミラー６３が配置され、前記ハーフミラー６２と光源６１の間には、ハーフミラー６２及びミラー６３から反射されてきた参照光及び測定光を分岐して光センサ６４に導くビームスプリッタ等の光分岐器６５が配設され、前記各光路は光ファイバで形成されると共に、ハーフミラー６２とミラー６３の間の光ファイバが測定用光ファイバ６６として用いられる。
【０００４】
そして、ハーフミラー６２で反射された参照光と、ミラー６３で反射された測定光は、光分岐器６５の手前で重ね合わされ、干渉光として光分岐器６５から出射されるので、光センサ６４で干渉光を検出することができる。
ここで、測定用光ファイバ６６に外力が作用して伸縮すると、測定光の光路長が変化し、これに伴って干渉縞が変化するので、干渉縞の変化を検出することにより伸縮量量を検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石油パイプライン，ガス配管，電気通信ケーブルなどに外力が作用してこれらが異常に伸縮したり破断したことを検出しようとする場合に、どの部分がどの程度伸縮したかを検知することができないという問題があった。
すなわち、測定用光ファイバ６６を石油パイプラインなどに沿わして取り付ければ、全体の伸縮量を検出することは可能である。しかし、実際の石油パイプラインなどには、部分的な伸縮を吸収するための伸縮部材が介装されているため、温度変化などにより各部位が伸縮してもこれが吸収されてしまうので、全体的に伸縮することはないし、全体の伸縮量がわかったとしても各部位ごとの伸縮量を検出することはできないので、どこでどの程度の伸縮があったかを作業者が確認しなければならないという面倒がある。
【０００６】
これを、自動的に検出しようとすると、例えば石油パイプラインを所定長さごとに分割して複数の測定エリアを設定し、各測定エリアごとに個別に干渉計を設ければ、各測定エリアごとに伸縮量を検出することができるので、どの部分がどの程度伸縮しているかを検知することができる。
しかしこの場合は、測定エリアの数だけ干渉計を設けなければならないので、伸縮量を検出する光ファイバを測定エリアの数に応じて多数配線しなければならないだけでなく、干渉光を検出する光センサも別々に設けなければならないので、コストが嵩むという問題があった。
そこで本発明は、測定対象物に装着する光ファイバは一本で足り、干渉光を検出する光検出手段も一つで済み、しかも、多数の測定エリアの伸縮量を個別に検出することができ、事故が起きた場合にその位置を正確に検知できるようにすることを技術的課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、請求項１の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバが波長可変型コヒーレント光源に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアが多数設定され、前記各測定エリアには、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングが対となって配設されると共に、参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングのブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各測定エリアごとに前記光源の波長可変範囲内で異なる値に設定され、前記光源には、照射するコヒーレント光の波長を、各測定エリア毎にそのファイバグレーティングのブラッグ反射波長と等しく設定すると共に、当該ブラッグ反射波長を中心として反射波長帯の範囲内で変化させる光源駆動回路が接続され、前記測定用光ファイバには、前記各測定エリアの各ファイバグレーティングから反射された参照光と測定光が重ね合わされた干渉光を分岐して取り出す干渉光導光ファイバが接続され、前記干渉光導光ファイバには、前記光源駆動回路によりコヒーレント光の波長を各測定エリア毎にそのファイバグレーティングのブラッグ反射波長を中心としてその反射波長帯の範囲内で変化させたときに生ずる干渉光の光強度変化を検出する光センサが接続され、光センサには、その光強度変化の回数を計数するカウンタと、その回数に基づいて各測定エリアの長さを算出し予め算出した長さと比較して伸縮量を算出する算出手段が接続されたことを特徴とする。
【０００８】
これによれば、測定用光ファイバの光路上に設定された各測定エリアの両端に、ブラッグ反射波長が互いに等しい参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングが配設されると共に、前記ブラッグ反射波長は、各測定エリア毎に異なる値に設定されているので、光源から照射されるコヒーレント光の波長を任意の測定エリアのブラッグ反射波長と等しく設定することにより、当該測定エリアの各ファイバグレーティングから反射される参照光及び測定光のみを選択して干渉させることができる。
【０００９】
そして、コヒーレント光の波長を、任意の測定エリアのブラッグ反射波長に設定して干渉を起こさせた状態で、そのブラッグ反射波長を中心としてファイバグレーティングの反射波長帯の範囲内で変化させると、各測定エリアの参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングから反射される参照光と測定光の光路差に応じて干渉光の光強度が変動する。
このときの光強度の変動回数は光路差に異存し、光路差は測定エリアの長さに依存するので、光強度の変動回数に基づいて、測定エリアの長さが算出される。
【００１０】
このようにして光源から照射される波長を、各測定エリアのブラッグ反射波長に応じて順次変化させていけば、各測定エリアごとに長さを求めることができ、予め設定された時間が経過するたびに各測定エリアの長さを検出し、予め検出された基準となる長さと比較すれば、各測定エリアごとに伸縮量を算出できる。
また、測定エリアは一本の測定用光ファイバ上に形成されているので、測定対象物に装着する光ファイバは一本で足り、干渉光をモニタする光センサも一つで足りる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバがインコヒーレント光源に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアが多数設定され、前記各測定エリアには、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングが対となって配設されると共に、参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングのブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各測定エリアごとに前記光源から照射される光の波長の範囲内で異なる値に設定され、前記測定用光ファイバには、前記各測定エリアの各ファイバグレーティングから反射された参照光と測定光を干渉させる干渉計が接続され、当該干渉計は、その入射端部で分岐され出射端部で接続される長短二つの光路と、当該二つの光路のうち少なくとも一方の光路長を伸縮させることにより他方の光路長との光路差を各測定エリアの参照光及び測定光の光路差に一致させる光路長調整手段からなり、前記入射端部が測定用光ファイバから分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサが設けられ、前記光源から干渉計の出射端部に至る光路中に、光源から照射されたインコヒーレント光又は各測定エリアの各ファイバグレーティングから反射されてくる参照光及び測定光から、所望の測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波する分波手段が介装され、前記光センサには、分波手段により分波された光の光強度が変化したときの干渉計の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアの伸縮量を求める伸縮量算出手段が接続されたことを特徴とする。
【００１２】
これによれば、測定用光ファイバがインコヒーレント光源に接続されているので、各測定エリアの参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングからは、そのブラッグ反射波長を中心波長とする参照光及び測定光が反射される。
したがって、フィルタ等の分波手段により各測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波すれば、その測定エリアから反射された参照光及び測定光のみが干渉計を介して光センサに導かれる。
【００１３】
そして、各測定エリアには、光源に近い方及び遠い方の端部に夫々参照光反射用ファイバグレーティング及び測定光反射用ファイバグレーティングが設けられているので、干渉計に至るまでの参照光及び測定光の光路は、測定光の方が測定エリアの長さの２倍分長いことになる。
干渉計では、光路の短い参照光の一部は長い方の光路に導かれ、光路の長い測定光の一部は干渉計の短い方の光路に導かれ、参照光及び測定光が出射端部で重ね合わされる。
このとき、光源からはインコヒーレント光が照射されているので、光路調整手段により参照光の光路と、測定光の光路を完全に一致させれば、参照光と測定光が干渉を起こす。
【００１４】
そこで、まず、光路調整手段により干渉計の長短いずれかの光路を伸縮させて両方の光路を一致させれば、参照光と測定光が干渉する。この状態で、測定エリアが伸縮すると、測定光の光路のみが延びて干渉しなくなるので、光路長調整手段によりいずれかの光路を伸縮させて参照光及び測定光を干渉させる。
この光路伸縮量は、測定エリアの伸縮量に比例するから、光路伸縮量に基づいて伸縮量を算出することができる。
次いで、他の測定エリアについても、各測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を前記分波手段により順次選択して分波していけば、各測定エリアごとに伸縮量を求めることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバがインコヒーレント光源に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアが多数設定され、前記各測定エリアには、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に光ファイバを伝わる光の一部を反射する参照光反射素子及び測定光反射素子が配設されると共に、前記各測定エリアは夫々異なる長さに選定され、前記測定用光ファイバには、前記各測定エリアの各反射素子から反射された参照光と測定光を干渉させる干渉計が接続され、当該干渉計は、その入射端部で分岐され出射端部で接続される長短二つの光路と、当該二つの光路のうち少なくとも一方の光路長を伸縮させることにより他方の光路長との光路差を各測定エリアの参照光及び測定光の光路差に一致させる光路長調整手段からなり、前記入射端部が測定用光ファイバから分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサが設けられ、前記光センサには、干渉計から出射された光の光強度が変化したときの干渉計の光路長伸縮量に基づいて各測定光反射素子間の伸縮量を求める伸縮量算出手段が接続されたことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、光源から照射され、各測定エリアの反射素子で反射され、干渉計に至るまでの測定光と参照光の光路差により生ずる測定光の遅延時間が、各測定エリアごとに夫々異なるから、光路長調整手段により参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアの光路差に合わせて調整すれば、参照光に対する測定光の遅延時間が０となるので、その測定エリアから反射される参照光及び測定光のみが干渉する。
【００１７】
この状態で、測定エリアが伸縮すると、測定光の光路のみが延びて干渉しなくなるので、光路長調整手段により再びいずれかの光路を伸縮させて参照光及び測定光を干渉させる。
このときの光路伸縮量は、測定エリアの伸縮量に比例するから、光路伸縮量に基づいて伸縮量を算出することができる。
そして、参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアの光路差に合わせて順次調整し、測定エリアが伸縮する前後の光路伸縮量に基づいて各測定エリアごとに伸縮量を求めることができる。
【００１８】
請求項４の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ及び測定対象物の伸縮量の影響を受けない参照用光ファイバがインコヒーレント光源に接続され、前記測定用光ファイバ及び参照用光ファイバには、測定光反射用ファイバグレーティング及び参照光反射用グレーティングが対応する位置に配設され、前記各ファイバグレーティングのブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各対ごとに前記光源から照射される光に含まれる波長の範囲内で異なる値に設定されると共に、各ファイバグレーティングから反射された参照光と測定光を重ね合わせて取り出す干渉光導光ファイバが分岐接続され、当該干渉光導光ファイバの出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサが設けられ、前記測定用光ファイバ及び参照用光ファイバの少なくとも一方には、各ファイバグレーティングから反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段が介装され、光源から光センサに至る光路中には、光源から照射されたインコヒーレント光又は各ファイバグレーティングから反射されてくる参照光及び測定光から、所望のファイバグレーティングのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波する分波手段が介装され、前記光センサには、分波手段により分波された光の光強度変化が検出されたときの光路長調整手段の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアの伸縮量を求める伸縮量算出手段が接続されたことを特徴とする。
【００１９】
これによれば、測定用光ファイバ及び参照用光ファイバには、ブラッグ反射波長の等しい測定光反射用ファイバグレーティング及び参照光反射用グレーティングが対応する位置に設けられると共に、前記ブラッグ反射波長は、各対ごとに異なっている。
そこで、まず、フィルタ等の分波手段により対となる任意の測定光反射用ファイバグレーティング及び参照光反射用グレーティングのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波すれば、そのファイバグレーティングから反射された参照光及び測定光のみが光センサに導かれ、光路調整手段により測定用光ファイバ及び参照用光ファイバのいずれか一方を伸縮させて両方の光路を一致させれば、その参照光と測定光が干渉する。
【００２０】
次いで、この状態で、測定用光ファイバが伸縮すると測定光の光路のみが延びて、測定光と参照光は干渉しなくなるので、光路長調整手段により測定用光ファイバ又は参照用光ファイバの光路を伸縮させることにより測定光及び参照光を干渉させる。
このときの光路伸縮量は、測定エリアの伸縮量に比例するから、光路伸縮量に基づいて伸縮量を算出することができる。
そして、前記分波手段により各測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を順次選択して分波していけば、測定用光ファイバが伸縮する前後の光路伸縮量に基づいて測定用光ファイバの伸縮量を各対ごとに求めることができる。
【００２１】
請求項５の発明は、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ及び測定対象物の伸縮量の影響を受けない参照用光ファイバがインコヒーレント光源に接続され、前記測定用光ファイバ及び参照用光ファイバには、各光ファイバ内を伝わる光の一部を反射させる測定光反射素子及び参照光反射素子が対応する位置に配設され、対となる反射素子から反射される測定光及び参照光の光路差が、各対ごとに異なる値に設定されると共に、各反射素子から反射された参照光と測定光が重ね合わされた干渉光を取り出す干渉光導光ファイバが分岐接続されて、当該干渉光導光ファイバの出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサが設けられ、前記測定用光ファイバ及び参照用光ファイバの少なくとも一方には、各反射素子から反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段が介装され、前記光センサには、光センサにより光強度変化が検出されたときの光路長調整手段の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアの伸縮量を求める伸縮量算出手段が接続されたことを特徴とする。
【００２２】
これによれば、光源から照射され、各対の測定光反射素子及び参照光反射素子で反射され、干渉光導光ファイバに至るまでの測定光及び反射光の光路差により生ずる遅延時間が各対ごとに異なるから、光路長調整手段により参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアの光路差に合わせて調整すれば、参照光に対する測定光の遅延時間が０となるので、その測定エリアから反射される参照光及び測定光のみが干渉する。
【００２３】
この状態で、測定エリアが伸縮すると、測定光の光路のみが延びて干渉しなくなるので、光路長調整手段により再びいずれかの光路を伸縮させて参照光及び測定光を干渉させる。
このときの光路伸縮量は、測定エリアの伸縮量に比例するから、光路伸縮量に基づいて伸縮量を算出することができる。
そして、参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアの光路差に合わせて順次調整し、測定エリアが伸縮する前後の光路伸縮量に基づいて各測定エリアごとに伸縮量を求めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１はコヒーレント光源を利用した光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の一例を示す基本構成図、図２〜図５は夫々インコヒーレント光源を利用した光ファイバ干渉型伸縮量測定装置を示す基本構成図である。
【００２５】
本例は、コヒーレント光源を利用した波長多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置であって、測定対象物（図示せず）に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ１が波長可変型のレーザ光源（コヒーレント光源）２に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアＡ１ 〜Ａｎが多数設定されている。
【００２６】
前記各測定エリアＡ１ 〜Ａｎには、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及び測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎが対となって配設されると共に、前記各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎは、対となるファイバグレーティング同士が等しく設定されると共に、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとにレーザ光源２の波長可変範囲内で夫々異なる値に設定されている。
【００２７】
例えば、レーザ光源２の波長可変範囲が８０ｎｍの場合、各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎを３ｎｍずつずらしておけば、２０波程度の多重化が可能となる。
そして、参照光及び測定光の光強度をなるべく高く維持すると共に、二次反射の影響が少なく、しかも、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎでの光損失がなるべく少なくなるように、参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及び測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎはその反射率が設定されている。
【００２８】
また、レーザ光源２には、照射するレーザ光（コヒーレント光）の波長を可変制御する光源駆動回路３が接続され、レーザ光の波長を、各測定エリアＡ１ 〜ＡｎのファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長に一致させて照射させると共に、各ブラッグ反射波長を中心として各ファイバグレーティングの反射波長帯の範囲内で変化させることができるように成されている。また、測定用光ファイバ１には、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射された参照光と測定光が重ね合わされた干渉光を取り出す干渉光導光ファイバ４が光分岐器５を介して接続されている。
【００２９】
この干渉光導光ファイバ４には、前記光源駆動回路３によりレーザ光の波長を各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長を中心としてその反射波長帯の範囲内で変化させたときに生ずる干渉光の光強度変化を検出する光センサ６が接続され、当該光センサ６には、その光強度変化の回数を計数するカウンタ７と、その回数に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの長さを算出し予め算出した長さと比較して伸縮量を算出する伸縮量算出手段８が接続されている。
【００３０】
以上が、本発明に係る光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の一構成例であって、次に、その作用について説明する。
まず、測定用光ファイバを石油パイプライン，ガス配管，電気通信ケーブル等の測定対象物に固定した状態で、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの長さを測定する。
例えば、測定エリアＡ１ の長さを測定する場合は、その参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 及び測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ のブラッグ反射波長λ１ のレーザ光を照射すると、各ファイバグレーティングＲ１ 及びＭ１ から反射された参照光及び測定光が干渉し、その干渉光が干渉光導光ファイバ４を介して光センサ６に導かれる。
【００３１】
ここで、光源駆動回路３によりそのブラッグ反射波長λ１ を中心として、ファイバグレーティングＲ１ 及びＭ１ の反射波長帯の範囲λ１１〜λ１２で、レーザ光源２から照射する光の波長を変化させると、干渉光の光強度が明るくなったり暗くなったりして変化する。
この光強度の変化する回数は、参照光と測定光の光路差に対応し、この光路差は測定エリアＡ１ の長さの２倍に相当するから、光センサ６で干渉光の光強度を検出し、その強弱の変化をカウンタ７で計数し、その回数に基づいて算出手段８により測定エリアＡ１ の長さが算出される。
このようにして、他の各測定エリアＡ２ 〜Ａｎについても、同様に長さを測定し、測定された長さを記憶装置（図示せず）に記憶させておく。
【００３２】
次いで、所定時間が経過したところで、同様に、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの長さを測定し、これを先に算出した長さの差を算出して各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに伸縮量を算出する。
したがって、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎは、長さ変化のない場合は伸縮量が０になり、伸長している場合は伸縮量が正の値で出力され、収縮している場合は負の値で出力される。
そして、所定時間（例えば５分）ごとに、各測定エリアの伸縮量を監視すれば、どの測定エリアがどの程度伸縮したかを正確に検知することができ、例えば、アラーム装置などを設けておき、予め設定した許容範囲を超えて異常に伸縮した場合、自動的にアラームを鳴らすこともできる。
【００３３】
図２は、インコヒーレント光源を利用した波長多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の一例を示す基本構成図であって、図１と重複する部分については同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例では、測定用光ファイバ１１がインコヒーレント光源１２に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリアＡ１ 〜Ａｎが多数設定され、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎには、光源１２に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及び測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎが対となって配設されると共に、前記各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎは、前記光源１２から照射される光に含まれる波長の範囲内で各測定エリアＡ１ 〜Ａｎ毎に異なる値に設定されている。
この場合、例えば、光源１２から照射される光に１５３０〜１５６０ｎｍの光が多く含まれていると、各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎを３ｎｍ程度ずつずらしておけば、中心波長が３ｎｍ程度ずつずれた１０波程度の光の多重化が可能となる。
【００３４】
また、測定用光ファイバ１１と光源１２との間には光分岐器１３が介装され、その光分岐器１３の出力側には、前記各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射されてくる測定光及び参照光を各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに分波して干渉させる干渉計１４が接続されている。
当該干渉計１４は、その入射端部で光分岐器１５を介して分岐され出射端部で光接続器１８を介して接続される長短二つの光路１６Ｓ，１６Ｌと、このうち少なくとも一方の光路長を伸縮させることにより他方の光路長との光路差を各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの参照光及び測定光の光路差と一致させる光路長調整手段１７からなり、前記入射端部が光分岐器１３を介して測定用光ファイバ１１に分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ１９が設けられている。
【００３５】
光路長調整手段１７は、例えば短い方の光路１６Ｓに介装されており、同一光軸上で間隔調整可能に配設された二つのロッドレンズ２０，２１が、前記光分岐器１５に接続された光ファイバ及び前記光接続回路１８に接続された光ファイバの端面に夫々取り付けられている。
そして、一方のロッドレンズ２０が例えばパルスモータ２２で回転されるボールネジ（図示せず）によりねじ送りされて、任意の距離だけ移動させることができるように形成されている。
なお、２３は前記パルスモータ２２を回転させてロッドレンズ２０を任意の距離だけ移動させモータ駆動回路で、２４は当該駆動回路２３の駆動信号に基づいてロッドレンズ２０の位置から光路長の伸縮量を求める光路長伸縮量検知手段である。
【００３６】
また、２５は干渉計１４の各光路１６Ｓ，１６Ｌで重ね合わされた二つの光が干渉したときに光強度を変化させるための位相変調器であって、例えば長い方の光路１６Ｌに介装され、当該光路１６Ｌを波長の数倍の範囲で１００Ｈｚ 程度で伸縮させるようになされている。
そして、位相変調器２５を作動させながら、前記光路長調整手段１７で光路長を調整すると、光路１６Ｓ，１６Ｌの光路長が等しくなったときに二つの光が干渉して、光接続回路１８から出力される光が明るくなったり暗くなったりするので、光強度をモニタすることにより、光路１６Ｓ，１６Ｌの光路長が等しくなったか否か判断できる。
【００３７】
さらに、前記光源１２から干渉計１４の出射端部に至る光路中には、光源１２から照射されたインコヒーレント光又は各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射されてくる参照光及び測定光から、所望の測定エリアＡｉ のブラッグ反射波長λｉ に応じた波長の光を選択的に分波するフィルタ等の分波手段２６が介装されている。
【００３８】
前記光センサ１９には、分波手段２６により分波された光の光強度が変化したときの干渉計１４の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を求める伸縮量算出手段２７が接続されている。
この算出手段２７は、光センサ１９の出力信号に基づいて光が干渉しているか否かを判断する判別回路２８と、光が干渉したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を算出する演算手段２９を備えている。
なお、前記分波手段２６は、光源１２側に設けて、特定の波長の光だけを測定用光ファイバ１１に導く場合であっても、また、干渉計１４に介装して、測定用光ファイバ１１から反射された光のうち特定の波長の光だけを光センサ１９に導く場合であってもよい。
【００３９】
そして、まず、測定用光ファイバ１１を測定対象物に固定した状態で、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに、各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射される参照光及び測定光の光路が一致するように光路長調整手段１７のロッドレンズ２０の位置から光路の伸縮量を求める。
例えば測定エリアＡ１ について、参照光及び測定光の光路が一致するロッドレンズ２０の位置を求めるときは、分波手段２６を介して測定エリアＡ１ のファイバグレーティングＲ１ 及びＭ１ のブラッグ反射波長λ１ と等しい波長の光だけを光センサ２７に導き、位相変調器２５を作動させながら、前記光路長調整手段１７で光路長を調整する。
【００４０】
このとき、各ファイバグレーティングＲ１ 及びＭ１ から反射された参照光及び測定光は、夫々その半分が光分岐器１３を介して干渉計１４に導かれ、さらに夫々の半分が光分岐器１５を介して長短二つの光路１６Ｌ，１６Ｓに導かれ、測定光の光路は参照光の光路に比して測定エリアＡ１ の長さの２倍分長いので、短い光路１６Ｓに導かれた参照光と長い光路１６Ｌに導かれた測定光の両方の光路が一致したときに各光が干渉する。
【００４１】
光が干渉したか否かは光センサ１９で検出される光強度をモニタすればよく、光が干渉しない間は光強度は一定であり、光が干渉を起こすと光強度は変化するので、光強度が変化したか否かを判別回路２８で判別する。
そして、干渉を起こしたときに、ロッドレンズ２０の位置に基づいて光路長の伸縮量を光路長伸縮量検知手段２４で読み取り、これを予め読み取った光路長の伸縮量と比較して測定エリアＡ１ の伸縮量を算出する。
【００４２】
すなわち、測定エリアＡ１ が伸縮すると、その参照光の光路長は変化しないが、測定光の光路長が変化するので、伸縮量を生ずる前後で、干渉を起こすロッドレンズ２０の位置が異なり、その変位は伸縮した測定光の光路の二倍に相当する。したがって、ロッドレンズ２０の変位の１／２が測定エリアＡ１ の伸縮量になる。
そして、分波手段２６により他の各測定エリアＡ２ 〜ＡｎのファイバグレーティングＲ２ 〜Ｒｎ及びＭ２ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ２ 〜λｎを順次選択していけば、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに夫々の伸縮量が算出される。
【００４３】
図３は、インコヒーレント光源を利用した遅延時間多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の一例を示す基本構成図である。なお、図２と重複する部分については、同一符号を付して詳細説明は氏略する。
【００４４】
本例では、インコヒーレント光源３２に接続された測定用光ファイバ３１に、当該光ファイバ３１を伝わる光の一部を反射し残部を透過する反射素子ＲＭ０ 〜ＲＭｎが夫々異なる間隔をもって配設され、各反射素子ＲＭ０ 〜ＲＭｎが参照光反射素子及び測定光反射素子を兼用し、隣接する反射素子ＲＭｉ−１ 及びＲＭｉの間が夫々測定エリアＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）に形成されている。
すなわち、測定エリアＡｉの両端には、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に夫々参照光反射素子となる反射素子ＲＭｉ−１ 及び測定光反射素子となる反射素子ＲＭｉが配設されており、光源３２側の反射素子ＲＭｉ−１ は隣接する測定エリアＡｉ−１ の測定光反射素子を兼用し、反射素子ＲＭｉは隣接する測定エリアＡｉ＋１ の参照光反射素子を兼用している。
【００４５】
そして、測定用光ファイバ３１には、前記各反射素子からＲＭ０ 〜ＲＭｎ及びから反射されてくる測定光及び参照光を各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに干渉させる干渉計１４が光分岐器１３を介して接続されている。
当該干渉計１４は、その入射端部で光分岐器１５を介して分岐され出射端部で光接続器１８を介して接続される長短二つの光路１６Ｓ，１６Ｌと、光路長調整手段１７からなり、前記入射端部が光分岐器１３を介して測定用光ファイバ３１に分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ１９が設けられている。
【００４６】
このとき、光源１２から照射され、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの反射素子ＲＭ０ 〜ＲＭｎで反射され、干渉計１４に至るまでの測定光と参照光は、その光路差により生ずる測定光の遅延時間が、各測定エリアごとに夫々異なるから、光路長調整手段１７により参照光及び測定光の一方の光路長を各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの光路差に合わせて調整すれば、参照光に対する測定光の遅延時間が０となるので、任意の一の測定エリアから反射される参照光及び測定光のみが干渉する。
したがって、夫々の光路差を予想される伸縮量より大きく設定しておけば、遅延時間の異なる多数の光を多重化することができる。
【００４７】
なお、光路長調整手段１７は、同一光軸上で間隔調整可能に配設された二つのロッドレンズ２０，２１のうち，一方のレンズ２０が例えばパルスモータ２２で回転されるボールネジなどによりねじ送りされて、任意の距離だけ移動させることができるように形成されている。
また、２３は前記パルスモータ２２のモータ駆動回路で、２４は光路長の伸縮量を求める光路長伸縮量検知手段である。
そして、光センサ１９には、その出力信号に基づいて光が干渉しているか否かを判断する判別回路２８と、光が干渉したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を算出する演算手段２９を備えた伸縮量算出手段２７が接続されている。
【００４８】
これによれば、まず、測定用光ファイバ３１を測定対象物に固定した状態で、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに、各反射素子ＲＭ０ 〜ＲＭｎから反射される参照光及び測定光の光路が一致するように光路長調整手段１７を調整し、その光路の伸縮量を求める。
例えば測定エリアＡ１ について、参照光及び測定光の光路を一致させるときは、位相変調器２５を作動させながら、光路長調整手段１７で光路長を調整していく。
【００４９】
このとき、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの長さは夫々異なるので、参照光及び測定光の光路差は各測定エリアＡ１ 〜Ａｎごとに異なり、例えば、光路１６Ｓ，１６Ｌの光路差を測定エリアＡ１ の長さの２倍に設定すれば、測定エリアＡ１ の反射素子ＲＭ０ 及びＲＭ１ から反射される参照光及び測定光のみが干渉を起こすことになる。
【００５０】
すなわち、反射素子ＲＭ０ 及びＲＭ１ から反射された参照光及び測定光は、夫々その半分が光分岐器１３を介して干渉計１４に導かれ、さらに夫々の半分が光分岐器１５を介して長短二つの光路１６Ｌ，１６Ｓに導かれ、測定光の光路は参照光の光路に比して測定エリアＡ１ の長さの２倍分長いので、短い光路１６Ｓに導かれた参照光と長い光路１６Ｌに導かれた測定光が干渉する。
【００５１】
光が干渉したか否かは光センサ１９で検出される光強度をモニタすればよく、光が干渉しない間は光強度は一定であり、光が干渉を起こすと光強度は変化するので、光強度が変化したか否かを判別回路２８で判別する。
そして、干渉を起こしたときに、ロッドレンズ２０の位置に基づいて光路長の伸縮量を光路長伸縮量検知手段２４で読み取り、これを予め読み取った光路長の伸縮量と比較して測定エリアＡ１ の伸縮量を算出する。
【００５２】
すなわち、測定エリアＡ１ が伸縮すると、光源３２に近い方の反射素子ＲＭ０ から反射する参照光の光路長は変化しないが、光源３２にから遠い方の反射素子ＲＭ１ から反射する測定光の光路長が変化するので、伸縮量を生ずる前後で、光路長調整手段１７のロッドレンズ２０の位置が異なり、その変位は変化した測定光の光路の二倍に相当する。したがって、ロッドレンズ２０の変位の１／２が測定エリアＡ１ の伸縮量に相当する。
したがって、これに基づいて測定エリアＡ１ の伸縮量を容易に算出することができる。
そして、他の各測定エリアＡ２ 〜Ａｎについても、同様に干渉を生じたときのロッドレンズ２０の位置を検知して光路１６Ｓの伸縮量を求めれば、これに基づいて、各測定エリアＡ２ 〜Ａｎの伸縮量を算出することができる。
【００５３】
図４は、図２と同様にインコヒーレント光源を利用した波長多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置である。なお、図２と共通する部分については同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例では、測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ４１と、測定対象物の伸縮量の影響を受けない参照用光ファイバ４２が、光分岐器４３を介してインコヒーレント光源４４に接続されている。
【００５４】
前記測定用光ファイバ４１及び参照用光ファイバ４２には、測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及び参照光反射用ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎが対となって所定の間隔で設けられ、前記各ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及びＲ１ 〜Ｒｎのブラッグ反射波長λ１ 〜λｎは、対となるファイバグレーティング（例えばＭ１ とＲ１ ）同士で等しく、各対ごとに前記光源４４から照射される光に含まれる波長の範囲内で異なる値に選定されている。
ここで測定用光ファイバ４１の端部４１ａを測定対象物に固定すると、当該端部４１ａと各測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎとの間が測定エリアＡ１ 〜Ａｎとなる。
前記光分岐器４３には、各ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及びＲ１ 〜Ｒｎから反射された参照光と測定光を重ね合わせて取り出す干渉光導光ファイバ４５が接続され、当該干渉光導光ファイバ４５の出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ４６が設けられている。
【００５５】
また、測定用光ファイバ４１及び参照用光ファイバ４２の少なくとも一方には、各ファイバグレーティングＲ１ 〜Ｒｎ及びＭ１ 〜Ｍｎから反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段１７が介装されている。
そして、光源４４から光センサ４６に至る光路中には、光源から照射されたインコヒーレント光又は各ファイバグレーティングから反射されてくる参照光及び測定光から、所望の測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波するフィルタなどの分波手段２６が介装されている。
【００５６】
前記光センサ４６には、分波手段２６により分波された波長の光の光強度が変化したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を求める伸縮量算出手段４７が接続されている。
この伸縮量算出手段４７は、光センサ４６の出力信号に基づいて光が干渉しているか否かを判断する判別回路４８と、光が干渉したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を算出する演算手段４９を備えている。
【００５７】
これによれば、測定用光ファイバ４１を測定対象物に取り付けると共に、参照用光ファイバ４２を測定対象物の伸縮量の影響を受けないところに設置すると、光源４４から照射されたインコヒーレント光は光分岐器４３を介して各光ファイバ４１及び４２に導かれ、各ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及びＲ１ 〜Ｒｎから反射された参照光と測定光が、干渉光導光ファイバ４５で重ね合わされて光センサ４６に入射される。
【００５８】
このとき、各ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎ及びＲ１ 〜Ｒｎは、そのブラッグ反射波長が各対ごとに異なるので、例えば、測定エリアＡ１ の伸縮量を測定しようとするときは、分波手段２６を介して測定エリアＡ１ のファイバグレーティングＭ１ のブラッグ反射波長λ１ と等しい波長の光のみを光センサ４６に導き、位相変調器２５を作動させながら、前記光路長調整手段１７で光路長を調整する。
【００５９】
そして、前記測定光の光路と参照光の光路が一致したときに光が干渉してその光強度が変化するので、光センサ４６で光強度をモニタすることにより、光路が一致したか否かを判別回路２８で判別する。
そして、光路が一致したときの、ロッドレンズ２０の位置に基づいて光路長の伸縮量を光路長伸縮量検知手段２４で読み取り、これを予め読み取った光路長の伸縮量と比較して測定エリアＡ１ の伸縮量を算出する。
【００６０】
すなわち、測定エリアＡ１ が伸縮すると、その参照光の光路長は変化しないが、測定光の光路長が変化するので、伸縮量を生ずる前後で、干渉を起こすロッドレンズ２０の位置が異なり、その変位は変化した測定光の光路の二倍に相当する。したがって、ロッドレンズ２０の変位の１／２が測定エリアＡ１ の伸縮量に相当する。
このようにして、他の各測定エリアＡ２ 〜Ａｎについても、分波手段２６によりファイバグレーティングＲ２ 〜Ｒｎ及びＭ２ 〜Ｍｎのブラッグ反射波長λ２ 〜λｎを選択して、夫々の伸縮量を算出する。
【００６１】
なお、本例の場合、測定用光ファイバ４１の端部と各測定光反射用ファイバグレーティングＭ１ 〜Ｍｎの間が測定エリアＡ１ 〜Ａｎとなるので、例えば測定光反射用ファイバグレーティングＭｉ−１ 〜Ｍｉ の間の部分が伸縮すると、測定エリアＡ１ 〜Ａｉ−１ は伸縮せず、測定エリアＡｉ〜Ａｎはすべて伸縮することとなる。したがって、隣接する測定光反射用ファイバグレーティングＭｉ−１ 〜Ｍｉ の間の伸縮量δ１ 〜δｎは、各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量Δ１ 〜Δｎを算出した後、
δｉ＝Δｉ−Δｉ−１ （ｉ＝１〜ｎ，Δ０ ＝０）
により算出できる。
【００６２】
図５は、インコヒーレント光源を利用した遅延時間多重方式の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置である。なお、図３と共通する部分については同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例では、測定用光ファイバ５１と参照用光ファイバ５２が光分岐器５３を介してインコヒーレント光源５４に接続され、各光ファイバ５１及び５２には、夫々の光ファイバ５１及び５２を伝わる光の一部を反射させ、残部を透過させる測定光反射素子ＭＤ１ 〜ＭＤｎ及び参照光反射素子ＲＤ１ 〜ＲＤｎが対応した位置に配設され、対となる反射素子（例えばＲＤ１ とＭＤ１ ）から反射される測定光及び参照光の光路差が、各対ごとに異なる値に設定されている。
これら反射素子ＭＤ１ 〜ＭＤｎ及びＲＤ１ 〜ＲＤｎとしては、光の一部を反射させ残部を透過させるものであれば、ハーフミラー，ファイバグレーティングなど任意の手段を使用し得る。
ここで測定用光ファイバ５１の端部５１ａを測定対象物に固定すると、当該端部５１ａと各測定光反射素子ＭＤ１ 〜ＭＤｎとの間が測定エリアＡ１ 〜Ａｎとなる。
【００６３】
また、各光ファイバ５１及び５２には、各反射素子ＲＤ１ 〜ＲＤｎ及びＭＤ１ 〜ＭＤｎから反射された参照光と測定光を重ね合わせた干渉光を取り出す干渉光導光ファイバ５５が分岐接続されて、当該干渉光導光ファイバ５５の出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ５６が設けられている。
そして、測定用光ファイバ５１及び参照用光ファイバ５２の少なくとも一方には、各反射素子ＲＤ１ 〜ＲＤｎ及びＭＤ１ 〜ＭＤｎから反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段１７が介装されている。
【００６４】
前記光センサ５６には、測定光及び参照光の光路長が一致したときお光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を求める伸縮量算出手段５７が接続されている。
この伸縮量算出手段５７は、光センサ５６の出力信号に基づいて光が干渉しているか否かを判断する判別回路５８と、光が干渉したときの光路長調整手段１７の光路長伸縮量に基づいて各測定エリアＡ１ 〜Ａｎの伸縮量を算出する演算手段５９を備えている。
【００６５】
これによれば、対となる測定光反射素子及び参照光反射素子から反射された測定光及び参照光の光路差が、各対ごとに異なるので、その光調長調整手段１７により測定しようとする測定エリアＡｉの光路差を相殺して光源５４から光センサ５６に至る光路長が一致するようにように調整すると、その測定エリアＡｉの測定光及び反射光だけ光路長が等しくなるので干渉を生ずる。
【００６６】
したがって、干渉が生じたか否かをモニタすることにより、光路が一致したか否かを判別できる。
そして、前記測定光の光路と参照光の光路が一致したときの光路長の伸縮量を光路長伸縮量検知手段２４で読み取り、これを予め読み取った光路長の伸縮量と比較して測定エリアＡ１ の伸縮量を算出する。
次いで、他の各測定エリアＡ２ 〜Ａｎについても、同様にして夫々の伸縮量を算出すればよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、測定対象物に一本の測定用光ファイバを装着するだけでよく、干渉光を検出する光検出手段も一つで済み、しかも、多数の測定エリアの伸縮量を個別に検出することができるので、コストが節減できるだけでなく、石油パイプライン等に事故が起きて部分的に伸縮した場合に，どの位置が，どの程度伸縮したかを正確に検知することができるという大変優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図２】本発明に係る他の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図３】本発明に係る他の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図４】本発明に係る他の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図５】本発明に係る他の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【図６】従来の光ファイバ干渉型伸縮量測定装置の基本構成図。
【符号の説明】
１，１１，３１，４１，５１・・測定用光ファイバ
２・・・・・・・・・・・・・レーザ光源（コヒーレント光源）
Ａ１ 〜Ａｎ・・・・・・・・・測定エリア
Ｒ１ 〜Ｒｎ・・・・・・・・・参照光反射用ファイバグレーティング
Ｍ１ 〜Ｍｎ・・・・・・・・・測定光反射用ファイバグレーティング
３・・・・・・・・・・・・・光源駆動回路
４，４５，５５・・・・・・・干渉光導光ファイバ
６，１９，４６，５６・・・・光センサ
７・・・・・・・・・・・・・カウンタ
８，２７，４７，５７・・・・伸縮量算出手段
１２，３２，４４，５４・・・・インコヒーレント光源
１４・・・・・・・・・・・・・干渉計
１６Ｓ，１６Ｌ・・・・・・・・光路
１７・・・・・・・・・・・・・光路長調整手段
２０，２１・・・・・・・・・・二つのロッドレンズ
２２・・・・・・・・・・・・・パルスモータ
２４・・・・・・・・・・・・・光路長伸縮量検知手段
２６・・・・・・・・・・・・・分波手段
２７・・・・・・・・・・・・・伸縮量算出手段
ＲＭ０ 〜ＲＭｎ・・・・・・・・反射素子
ＭＤ１ 〜ＭＤｎ・・・・・・・・測定光反射素子
ＲＤ１ 〜ＲＤｎ・・・・・・・・参照光反射素子
Claims (5)
- 測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ（１）が波長可変型コヒーレント光源（２）に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） が多数設定され、
前記各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） には、光源（２）に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ） 及び測定光反射用ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ） が対となって配設されると共に、参照光反射用ファイバグレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ） 及び測定光反射用ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ） のブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） ごとに前記光源（２）の波長可変範囲内で異なる値に設定され、
前記光源（２）には、照射するコヒーレント光の波長を、各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） 毎にそのファイバグレーティングのブラッグ反射波長に等しく設定すると共に、当該ブラッグ反射波長を中心として反射波長帯の範囲内で変化させる光源駆動回路（３）が接続され、
前記測定用光ファイバ（１）には、前記各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） の各ファイバグレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ，Ｍ１〜Ｍｎ） から反射された参照光と測定光が重ね合わされた干渉光を分岐して取り出す干渉光導光ファイバ（５）が接続され、
前記干渉光導光ファイバ（５）には、前記光源駆動回路（３）によりコヒーレント光の波長を各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） 毎にそのファイバグレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ，Ｍ１〜Ｍｎ） のブラッグ反射波長（λ１ 〜λｎ）を中心としてその反射波長帯の範囲内で変化させたときに生ずる干渉光の光強度変化を検出する光センサ（６）が接続され、
光センサ（６）には、その光強度変化の回数を計数するカウンタ（７）と、その回数に基づいて各測定エリアの長さを算出し予め算出した長さと比較して各測定エリアごとに伸縮量を算出する伸縮量算出手段（８）が接続されたことを特徴とする光ファイバ干渉型伸縮量測定装置。 - 測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ（１１）がインコヒーレント光源（１２）に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） が多数設定され、
前記各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） には、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に参照光反射用ファイバグレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ）及び測定光反射用ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ） が対となって配設されると共に、参照光反射用ファイバグレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ）及び測定光反射用ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ） のブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） ごとに前記光源（１２）から照射される光に含まれる波長の範囲内で異なる値に設定され、
前記測定用光ファイバ（１１）には、前記各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） の各ファイバグレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ，Ｍ１〜Ｍｎ） から反射された参照光と測定光を干渉させる干渉計（１４）が接続され、当該干渉計（１４）は、その入射端部で分岐され出射端部で接続される長短二つの光路（１６Ｌ， １６Ｓ）と、当該二つの光路（１６Ｌ， １６Ｓ）のうち少なくとも一方の光路長を伸縮させることにより他方の光路長との光路差を各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） の参照光及び測定光の光路差に一致させる光路長調整手段（１７）からなり、前記入射端部が測定用光ファイバ（１１）から分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ（１９）が設けられ、
前記光源（１２）から干渉計（１４）の出射端部に至る光路中に、光源（１２）から照射されたインコヒーレント光又は各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） の各ファイバグレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ，Ｍ１〜Ｍｎ） から反射されてくる参照光及び測定光から、所望の測定エリアのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波する分波手段（２６）が介装され、
前記光センサ（１９）には、分波手段（２６）により分波された光の光強度が変化したときの干渉計（１４）の光路長伸縮量に基づいて各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） の伸縮量を求める伸縮量算出手段（２７）が接続されたことを特徴とする光ファイバ干渉型伸縮量測定装置。 - 測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ（３１）がインコヒーレント光源（３２）に接続されると共に、その光路上には所定長さの測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） が多数設定され、
前記各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） には、光源に近い方の端部及び遠い方の端部に光ファイバ（３１）を伝わる光の一部を反射する参照光反射素子及び測定光反射素子（ＲＭ０ 〜ＲＭｎ）が配設されると共に、前記各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） は夫々異なる長さに選定され、
前記測定用光ファイバ（３１）には、前記各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） の各反射素子（ＲＭ０ 〜ＲＭｎ）から反射された参照光と測定光を干渉させる干渉計（１４）が接続され、当該干渉計（１４）は、その入射端部で分岐され出射端部で接続される長短二つの光路（１６Ｌ， １６Ｓ）と、当該二つの光路（１６Ｌ， １６Ｓ）のうち少なくとも一方の光路長を伸縮させることにより他方の光路長との光路差を各測定エリア（Ａ１〜Ａｎ） の参照光及び測定光の光路差に一致させる光路長調整手段（１７）からなり、前記入射端部が測定用光ファイバ（３１）から分岐接続されると共に、出射端部には干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ（１９）が設けられ、
前記光センサ（１９）には、干渉計（１４）から出射された光の光強度が変化したときの干渉計（１４）の光路長伸縮量に基づいて各測定光反射素子（ＲＭ０ 〜ＲＭｎ）間の伸縮量を求める伸縮量算出手段（２７）が接続されたことを特徴とする光ファイバ干渉型伸縮量測定装置。 - 測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ（４１）及び測定対象物の伸縮量の影響を受けない参照用光ファイバ（４２）がインコヒーレント光源（４４）に接続され、
前記測定用光ファイバ（４１）及び参照用光ファイバ（４２）には、測定光反射用ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ） 及び参照光反射用グレーティング（Ｒ１〜Ｒｎ）が対応する位置に配設され、前記各ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ，Ｒ１〜Ｒｎ） のブラッグ反射波長は、対となるファイバグレーティング同士で等しく、各対ごとに前記光源 （４４） から照射される光に含まれる波長の範囲内で異なる値に設定されると共に、各ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ，Ｒ１〜Ｒｎ） から反射された参照光と測定光を重ね合わせて取り出す干渉光導光ファイバ （４５） が分岐接続され、当該干渉光導光ファイバ（４５）の出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ（４６）が設けられ、
前記測定用光ファイバ（４１）及び参照用光ファイバ（４２）の少なくとも一方には、各ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ，Ｒ１〜Ｒｎ） から反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段（１７）が介装され、
光源（４４）から光センサ（４６）に至る光路中には、光源（４４）から照射されたインコヒーレント光又は各ファイバグレーティング（Ｍ１〜Ｍｎ，Ｒ１〜Ｒｎ） から反射されてくる参照光及び測定光から、所望のファイバグレーティングのブラッグ反射波長に応じた波長の光を選択的に分波する分波手段（２６）が介装され、
前記光センサ（４６）には、分波手段（２６）により分波された光の光強度変化が検出されたときの光路長調整手段（１７）の光路長伸縮量に基づいて測定用光ファイバ（１１）の伸縮量を求める伸縮量算出手段（４７）が接続されたことを特徴とする光ファイバ干渉型伸縮量測定装置。 - 測定対象物に取り付けてその伸縮量を検出する測定用光ファイバ（５１）及び測定対象物の伸縮量の影響を受けない参照用光ファイバ（５２）がインコヒーレント光源に接続され、
前記測定用光ファイバ（５１）及び参照用光ファイバ（５２）には、各光ファイバ（５１，５２）内を伝わる光の一部を反射させると共に残部を透過させる測定光反射素子（ＭＤ１ 〜ＭＤｎ）及び参照光反射素子（ＲＤ１ 〜ＲＤｎ）が対応する位置に配設され、対となる反射素子から反射される測定光及び参照光の光路差が、各対ごとに異なる値に設定されると共に、各反射素子（ＭＤ１ 〜ＭＤｎ， ＲＤ１〜ＲＤｎ）から反射された参照光と測定光が重ね合わされた干渉光を取り出す干渉光導光ファイバ（５５）が分岐接続されて、当該干渉光導光ファイバ（５５）の出射端部には、干渉光の光強度変化の有無を検出する光センサ（５６）が設けられ、
前記測定用光ファイバ（５１）及び参照用光ファイバ（５２）の少なくとも一方には、各反射素子（ＭＤ１ 〜ＭＤｎ， ＲＤ１〜ＲＤｎ）から反射される測定光及び参照光のうち、一方の光路長を伸縮させることにより双方の光路長を一致させる光路長調整手段（１７）が介装され、
前記光センサ（５６）には、その出力信号により光強度変化が検出されたときの光路長調整手段（１７）の光路長伸縮量に基づいて各測定光反射素子（ＭＤ１〜ＭＤｎ）間の伸縮量を求める伸縮量算出手段（５７）が接続されたことを特徴とする光ファイバ干渉型伸縮量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23111695A JP3579142B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23111695A JP3579142B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972720A JPH0972720A (ja) | 1997-03-18 |
| JP3579142B2 true JP3579142B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=16918549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23111695A Expired - Fee Related JP3579142B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3579142B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5987197A (en) * | 1997-11-07 | 1999-11-16 | Cidra Corporation | Array topologies for implementing serial fiber Bragg grating interferometer arrays |
| KR100329042B1 (ko) * | 1999-08-03 | 2002-03-18 | 윤덕용 | 광섬유 구조물 변형 감지시스템 |
| AU2005225034B2 (en) * | 2005-10-18 | 2011-08-11 | The Australian National University | Interferometric sensor |
| KR100785802B1 (ko) * | 2007-05-29 | 2007-12-13 | (주) 인텍플러스 | 입체 형상 측정장치 |
| GB0713413D0 (en) * | 2007-07-11 | 2007-08-22 | Qinetiq Ltd | Phased based sensing |
| JPWO2010140440A1 (ja) * | 2009-06-03 | 2012-11-15 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 内視鏡システム |
| JPWO2011033649A1 (ja) * | 2009-09-18 | 2013-02-07 | 公立大学法人高知工科大学 | 複数のセンシング領域を有する分布型光ファイバーセンサー装置 |
| JP6091052B2 (ja) | 2011-04-05 | 2017-03-08 | オリンパス株式会社 | 光学式曲がり測定装置 |
| CN105865361B (zh) * | 2016-04-07 | 2019-08-09 | 哈尔滨工业大学 | 用于材料面内变形、应变场测量的激光干涉仪及使用方法 |
| CN113267127B (zh) * | 2021-05-08 | 2022-03-08 | 煤炭科学研究总院 | 以锚杆为传感媒介的光纤光栅传感巷道围岩安全监测系统 |
| CN113670208B (zh) * | 2021-08-05 | 2023-10-27 | 国家石油天然气管网集团有限公司 | 一种采空塌陷区油气管道位移监测系统 |
-
1995
- 1995-09-08 JP JP23111695A patent/JP3579142B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0972720A (ja) | 1997-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3579142B2 (ja) | 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置 | |
| US4806012A (en) | Distributed, spatially resolving optical fiber strain gauge | |
| US4807950A (en) | Method for impressing gratings within fiber optics | |
| US5757487A (en) | Methods and apparatus for distributed optical fiber sensing of strain or multiple parameters | |
| EP0192659B1 (en) | Distributed, spatially resolving optical fiber strain gauge | |
| JP2008527549A5 (ja) | ||
| CA2272033A1 (en) | Arrangement for determining the temperature and strain of an optical fiber | |
| EP0727640B1 (en) | Optical distance measurement | |
| US5552882A (en) | Methods of and apparatus for calibrating precisely spaced multiple transverse holographic gratings in optical fibers | |
| JPH1151619A (ja) | 厚さ測定装置 | |
| CA2965628A1 (en) | Apparatus and method for characterization of fbg reflector array | |
| KR100766178B1 (ko) | 광도파로의 굴절률 분포 측정장치 | |
| US7570350B2 (en) | Detecting different spectral components of an optical signal by means of an optical shutter | |
| EP3710787B1 (en) | A fibre optic sensing device | |
| US11236995B2 (en) | Optical shape sensing method and system | |
| CA3222615A1 (en) | Physical quantity measurement device | |
| RU2690230C1 (ru) | Способ формирования массива волоконных решеток Брэгга с различными длинами волн отражения | |
| KR102461021B1 (ko) | 진동 측정 장치 및 이를 이용한 진동 측정 방법 | |
| KR20030040875A (ko) | 물질의 굴절율과 흡수율을 동시에 측정하는 장치 | |
| JP3336613B2 (ja) | 分岐線路監視システム及び分岐線路監視方法 | |
| KR20230155697A (ko) | Fbg를 이용하는 온도 측정 장치 | |
| JP2002005755A (ja) | 光監視システム及び温度検知システム | |
| RU1803725C (ru) | Способ измерени диаметра лазерного пучка | |
| JP2023504714A (ja) | 低コヒーレンス光干渉手法を用いた材料のレーザ加工のための機械における少なくとも１つの光学素子の局所位置を決定するための方法およびシステム | |
| JP3977078B2 (ja) | 干渉装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040325 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040615 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040715 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080723 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090723 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |