JP2003329417A

JP2003329417A - 歪み計測センサおよびそのセンサを用いた歪み計測システム

Info

Publication number: JP2003329417A
Application number: JP2002140075A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kasuga; 裕一春日; Koji Kamijo; 宏二上條
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】リードケーブルが切断されても、それ以降に
取り付けられている歪み検出部からの反射光の取り込み
を可能にして、被測定対象物の物理量変化を正確に測定
する。【解決手段】幹線光ケーブル１０のそれぞれの端部に
広帯域光源２１と終端部１２を設け、広帯域光源２１か
ら幹線光ケーブル１０に伝搬される光の反射光を検出し
てシステムに発生した歪みを計測する歪み測定システム
にて、幹線光ケーブル１０を伝搬する光を光カプラ３０
で分岐させて、ＦＢＧ１８からリードケーブル１５を介
してこの分岐された光の反射光を、幹線光ケーブル１５
すことによって、リードケーブルが途中で切断されて
も、それ以降の幹線光ケーブルを介して取り付けられて
いるＦＢＧ１８からの反射光の取り込みを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被計測対象物の
物理量変化に伴う歪みを、前記光伝送路を伝搬する反射
光の波長シフト量変化として計測する歪み計測センサお
よびそのセンサを用いた歪み計測システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の計測システムでは、図１
２に示すように、幹線光ケーブル１０が敷設されてお
り、この幹線光ケーブル１０の中の１心を歪み計測用の
光ファイバ１１として用いている。この光ファイバ１１
のそれぞれの端部には、歪みの計測を行う基地局２０
と、光ファイバ１１の端部によって光が反射されないよ
うに無反射処理が施された終端部１２が接続されてい
る。

【０００３】この幹線光ケーブル１０は、図１２中の×
印で示す接続点で歪み検出用リードケーブル１５と融着
接続され、この接続点は、保守用カバーである光接続箱
１３内に収納されている。このリードケーブル１５の中
の１心は、歪み計測用の光ファイバ１６として用いられ
ており、光ファイバ１１とシリアルに接続されている。
また、この光ファイバ１６は、歪み検出部１７内に設け
られ、被測定対象物の物理量変化に伴う歪みを検出する
ための歪み検出用ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティ
ング素子）１８を有している。

【０００４】この歪み検出部１７内のＦＢＧ１８は、光
ファイバのコアに図示しないブラッグ回折格子を形成
し、予め設定された波長の光を反射しており、光ファイ
バに加わる歪み量の変化に応じて、ブラッグ回折格子の
格子間隔が変わって反射光の波長がシフトしている。な
お、このシステムに用いられる各ＦＢＧ１８の反射波長
は、全ての使用範囲で重ならないように波長配列が決定
されている。

【０００５】この基地局２０は、例えば自然放出光（Ａ
ｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓ
ｉｏｎ：ＡＳＥ）または白色光を光ファイバ１１に発射
する広帯域光源２１と、光ファイバ１１に設けられた光
サーキュレータ２２と、光ファイバ２３を介して光サー
キュレータ２２で分岐された反射光を測定する光波長測
定装置２４と、歪み量の検出を行う演算・処理装置２５
とから構成されている。

【０００６】広帯域光源２１から光ファイバ１１に出射
された光は、光接続箱１３を通過してＦＢＧ１８に入力
されている。各ＦＢＧ１８は、歪み検出部１７に貼り付
けられており、この歪み検出部１７の歪み量に応じてシ
フトされた波長の光をそれぞれ反射しており、反射され
なかった光は、無反射処理が施された終端部１２で終端
されている。

【０００７】このＦＢＧ１８によって反射された光は、
光サーキュレータ２２を介して光波長測定装置２４に入
力しており、光波長測定装置２４は、入力した光の波長
を測定している。演算・処理装置２５は、この測定され
た波長のシフト量から歪み量や被計測対象物の物理量変
化を求めていた。このシステムは、測定すべき物理量の
変化とＦＢＧからの反射光の波長シフト量との関係を予
め把握することで、例えば圧力、流量、温度、変位、歪
みなどの物理量変化を測定することが可能となってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、光検出用のリードケーブル１５を変化する被
測定対象物の近傍に敷設する必要があり、状況によって
はこのリードケーブル１５が切断される事態が発生す
る。このシステムでは、幹線光ケーブル１０と光検出用
のリードケーブル１５がシリアルに接続されているの
で、このリードケーブル１５のいずれかで切断される
と、それ以降に取り付けられている歪み検出部１７から
の反射光が、光波長測定装置２４まで戻らなくなってし
まい、被測定対象物の物理量変化を正確に測定すること
ができなくなるという問題点があった。

【０００９】この発明は、上記問題点に鑑みなされたも
ので、リードケーブルが途中で切断されても、それ以降
に取り付けられている歪み検出部からの反射光の取り込
みを可能にして、被測定対象物の物理量変化を正確に測
定できる歪み計測センサおよびそのセンサを用いた歪み
計測システムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、光伝送路に設けられ、所定の物理量
変化に伴う歪みを、前記光伝送路を伝搬する光の波長シ
フト量の変化として計測する歪み計測センサにおいて、
前記光伝送路を伝搬する光を分岐する分岐手段と、前記
分岐された光のうち、前記変化に伴う歪み量に応じた波
長の光を反射させる第１の光反射手段と、前記光反射手
段を透過した光を終端させる無反射手段とを備えたこと
を特徴とする歪み計測センサが提供される。

【００１１】この発明の歪み計測センサによれば、幹線
の光伝送路を伝搬する光を分岐手段で分岐させて、第１
の光反射手段からリードケーブルである分岐光伝送路を
介してこの分岐された光の反射光を、幹線の光伝送路に
戻すことによって、リードケーブルが途中で切断されて
も、それ以降の幹線の光伝送路に取り付けられている第
１の光反射手段からの反射光の取り込みを可能にする。

【００１２】この発明の請求項２では、上記発明におい
て、前記歪み計測センサは、前記所定の物理量として周
囲温度変化に伴って歪み、前記分岐された光のうち、前
記変化する歪み量に応じた波長の光を反射させる第２の
光反射手段をさらに備えたことを特徴とする。

【００１３】この発明の歪み計測センサによれば、周囲
の温度変化のみによって反射波長が変化する第２の光反
射手段をさらに設けて、第１の光反射手段で反射された
波長シフト量から温度変化の影響を取り除くことを可能
とする。

【００１４】この発明の請求項３では、上記発明におい
て、前記第１および第２の光反射手段とは、前記変化す
る歪み量に応じて、それぞれ異なる波長の光を反射させ
ることを特徴とする。

【００１５】この発明の歪み計測センサによれば、第１
および第２の光反射手段の使用波長範囲が重ならないよ
うに異なる波長配列を決定して、歪み量の測定時には、
この決定された波長範囲内の変化で、この歪み量に応じ
たそれぞれ異なる波長の光を反射させる。

【００１６】この発明の請求項４では、上記発明におい
て、前記第１の光反射手段は、前記所定の物理量変化と
して水位変化、歪み変化、圧力変化、流量変化、温度変
化および変位変化のいずれか一つの変化に伴う歪み量に
応じた波長シフト量の光を反射させることを特徴とす
る。

【００１７】この発明の歪み計測センサによれば、被測
定対象の物理量と波長シフト量との関係を把握すること
で、第１の光反射手段では、水位、歪み、圧力、流量、
温度および変位などの物理量を測定可能になる。

【００１８】この発明の請求項５，６では、上記発明に
おいて、前記第１および第２の光反射手段は、光ファイ
バ中にブラッグ回折格子が形成されたファイバブラッグ
グレーティング素子からなることを特徴とする。

【００１９】この発明の歪み計測センサによれば、光フ
ァイバのコアの中にブラック回折格子が形成されたＦＢ
Ｇを用いて第１および第２の光反射手段を構成して、特
定波長の光を反射させることで、被測定対象物の物理量
の測定を可能にする。

【００２０】この発明の請求項７では、光伝送路のそれ
ぞれの端部に光源と無反射手段を設け、前記光源から前
記光伝送路に伝搬される光の反射光を検出してシステム
に発生した歪みを計測する歪み測定システムにおいて、
前記分岐手段によって前記光伝送路に接続される請求項
１〜６のいずれか一つに記載された少なくとも一つの歪
み計測センサと、前記光伝送路に伝搬される前記反射光
の波長を計測する波長計測手段と、前記計測された波長
の波長シフト量に応じて歪み量を検出する歪み検出手段
とを備えたことを特徴とする歪み計測センサを用いた歪
み計測システムが提供される。

【００２１】この発明の歪み計測システムによれば、請
求項１〜６のいずれか一つに記載された歪み計測センサ
を光カプラなどの分岐手段を介して光伝送路に接続さ
せ、光源から幹線の光伝送路に伝搬される光をこの分岐
手段で分岐させて、歪み計測センサからこの分岐された
光の反射光を光伝送路に戻すように構成することによっ
て、被測定対象物の物理量変化の測定を可能にする。

【００２２】この発明の請求項８では、上記発明におい
て、前記光源からの光が伝搬する光伝送路を少なくとも
２経路に分岐する多分岐手段をさらに備え、前記歪み計
測センサは、前記分岐手段によって当該多分岐された光
伝送路に接続されることを特徴とする。

【００２３】この発明の歪み計測システムによれば、光
スターカプラなどの多分岐手段を介して光伝送路を複数
経路に分岐させて分岐数を増大させ、かつこれら光伝送
路に光カプラなどの分岐手段を介して歪み計測センサを
接続させ、光伝送路を伝搬する光の反射光を歪み計測セ
ンサから光伝送路に戻すように構成することによって、
被測定対象物の物理量変化の測定を可能にする。

【００２４】この発明の請求項９では、上記発明におい
て、前記歪み計測システムは、前記歪み検出手段で検出
された歪み量の情報に基づいて前記所定物理量の２次情
報を検知する情報検知手段をさらに備えたことを特徴と
する。

【００２５】この発明の歪み計測システムによれば、歪
み計測センサで反射された波長シフト量から歪み量の情
報を歪み検出手段で検出し、さらにこの歪み量の情報に
基づいて物理量の２次情報である歪み変化、圧力変化、
流量変化、温度変化および変位変化などの情報検知手段
で検知することで、被測定対象物の物理量変化の測定を
可能にする。

【００２６】この発明の請求項１０では、上記発明にお
いて、前記歪み計測システムは、前記波長計測手段で計
測される波長に基づいて、システムの障害発生を検出す
る障害検出手段をさらに備えたことを特徴とする。

【００２７】この発明の歪み計測システムによれば、波
長計測手段で測定された反射光の波長配列を障害検出手
段で調べることによって、測定された波長配列の中に抜
けた波長領域がある場合には、その領域を認識すること
で障害発生を検出することが可能となる。

【００２８】この発明の請求項１１では、上記発明にお
いて、前記歪み計測システムは、複数の前記歪み計測セ
ンサを備えており、前記各歪み計測センサの第１の光反
射手段は、前記変化する歪み量に応じて、それぞれ異な
る波長の光を反射させることを特徴とする。

【００２９】この発明の歪み計測システムによれば、各
歪み計測センサでは第１の光反射手段の使用波長範囲が
重ならないように異なる波長配列を決定しており、歪み
量の測定時には、この決定された波長範囲内の変化で、
この歪み量に応じたそれぞれ異なる波長の光を反射させ
る。

【００３０】この発明の請求項１２では、上記発明にお
いて、前記歪み計測システムは、複数の前記歪み計測セ
ンサを備えており、前記各歪み計測センサの第２の光反
射手段は、前記変化する歪み量に応じて、それぞれ異な
る波長の光を反射させることを特徴とする。

【００３１】この発明の歪み計測システムによれば、各
歪み計測センサでは第２の光反射手段の使用波長範囲が
重ならないように異なる波長配列を決定しており、歪み
量の測定時には、この決定された波長範囲内の変化で、
この歪み量に応じたそれぞれ異なる波長の光を反射させ
る。

【００３２】この発明の請求項１３では、上記発明にお
いて、前記歪み計測センサのうち、前記分岐手段は、前
記光伝送路上に設置される光接続箱に配設され、前記第
１の光反射手段と無反射手段とは、前記所定の物理量変
化に伴う歪みを検出する歪み検出部にそれぞれ配設さ
れ、該第１の光反射手段は、前記歪み検出部の歪みに応
じて反射光の波長シフト量を変化させることを特徴とす
る。

【００３３】この発明の歪み計測システムによれば、分
岐手段を幹線の光伝送路上の光接続箱に、第１の光反射
手段と無反射手段を歪み検出を行う歪み検出部に配設す
ることで、例えば光伝送路から被測定対象物までの距離
が長い場合にも光接続箱と歪み検出部を接続させるリー
ドケーブルの長さを調節することによって対応可能とし
た。

【００３４】この発明の請求項１４では、上記発明にお
いて、前記歪み計測センサのうち、前記分岐手段は、前
記光伝送路上に設置される光接続箱に配設され、前記第
１および第２の光反射手段と無反射手段とは、前記所定
の物理量変化に伴う歪みを検出する歪み検出部にそれぞ
れ配設されるとともに、前記第２の光反射手段は、該歪
み検出部の歪みの影響を受けない位置に配設され、前記
第１の光反射手段は、前記歪み検出部の歪みに応じて反
射光の波長シフト量を変化させることを特徴とする。

【００３５】この発明の歪み計測システムによれば、分
岐手段を光接続箱に、第１および第２の光反射手段と無
反射手段を歪み検出部に配設することで、例えば光伝送
路から被測定対象物までの距離が長い場合にも光接続箱
と歪み検出部を接続させるリードケーブルの長さを調節
することによって対応可能とし、また第２の光反射手段
は、歪み検出部の歪みの影響を受けない位置に配設さ
れ、周囲の温度変化のみによって反射波長が変化するよ
うに配設される。

【００３６】この発明の請求項１５では、上記発明にお
いて、前記歪み計測センサは、前記光伝送路上に設置さ
れる光接続箱に配設されることを特徴とする。

【００３７】この発明の歪み計測システムによれば、例
えば光伝送路から被測定対象物までの距離が短い場合に
は、歪み計測センサの分岐手段、第１および第２の光反
射手段、無反射手段を、光伝送路上の光接続箱に収納す
ることによって、システムのコンパクト化を図ることが
可能となる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる歪み計測センサおよびそのセンサを用いた
歪み計測システムの好適な実施の形態を説明する。な
お、以下の図において、図１２と同様の構成部分に関し
ては、説明の都合上、同一符号を付記するものとする。

【００３９】（実施例１）図１は、この発明にかかる歪
み計測センサを用いた歪み計測システムの実施例１の構
成を示すシステム構成図である。図において、この実施
例では、図１２と同様に、多心構成の幹線光ケーブル１
０の中の１心を歪み計測用の光ファイバ１１として使用
し、被測定対象物の物理量変化に伴う歪みを検出してい
る。

【００４０】この実施例における歪み計測センサが、図
１２に示した従来の歪み計測センサと異なる点は、光フ
ァイバ１１上に設けられたクロージャ（光接続箱）１３
内に、この光ファイバ１１に接続される光カプラ３０を
配設するとともに、歪み検出用ＦＢＧ１８を有するリー
ドケーブル１５内の光ファイバ１６の端部に、光が反射
されないように無反射処理が施された終端部３１を接続
させて、歪み検出部１７内に配設している。なお、この
光ファイバ１６は、後述する温度検出用のＦＢＧ１９も
有している。

【００４１】歪み検出部１７は、例えば河川、湖、池、
ダム、下水道などの水位を測定する場合に用いられてお
り、図２の構成図に示すように、中空の円筒形から構成
されるケース１７Ａと、このケース１７Ａ内の下部に配
設される外圧用受圧素子であるダイヤフラム１７Ｂと、
このダイヤフラム１７Ｂを支持する台座１７Ｃと、この
ケース１７Ａの上部に載置されてリードケーブル１５を
保持する上部金具１７Ｄとを有している。これら部材の
接合部は、例えばＯリングを設けてシールし、歪み検出
部１７内部の気密性を保っている。なお、ケース１７Ａ
とダイヤフラム１７Ｂは、同一の金属材質から構成され
ている。

【００４２】リードケーブル１５は、上部金具１７Ｄを
貫通してケース１７Ａ内に挿入されており、光ファイバ
１６は、余長部分がこのケース１７Ａ内に納められてい
る。ダイヤフラム１７Ｂは、少なくとも外部からの圧
力、周囲温度の変動に伴う熱膨張および歪み検出部１７
内部の圧力のいずれによっても撓み、歪みが生じること
となる。この余長部分の光ファイバ１６の光伝搬方向の
一部には、水圧などの外圧を検出するＦＢＧ１８と、周
囲温度検出用のＦＢＧ１９とを有している。

【００４３】ＦＢＧ１８は、ダイヤフラム１７Ｂの歪み
を検出するための外圧用のＦＢＧで、例えば外圧によっ
て撓むダイヤフラム１７Ｂ上の中央部に貼り付けられて
いる。このダイヤフラム１７Ｂが撓んで歪みが生じる
と、この歪みに応じた伸び縮みがＦＢＧ１８に発生し、
ＦＢＧのブラッグ回折格子の格子間隔が変わり、反射光
の波長が図３に示すように、シフトすることとなる。

【００４４】ＦＢＧ１９は、周囲温度の変動を検出して
温度補正するための温度検出用のＦＢＧで、ダイヤフラ
ム１７Ｂからの機械的な外力を受けないように、例えば
ケース１７Ａの内壁などに貼り付けられている。このＦ
ＢＧ１９も、ＦＢＧ１８と同様に、周囲の温度変動に応
じた伸び縮みがＦＢＧ１９に発生し、ＦＢＧのブラッグ
回折格子の格子間隔が変わり、反射光の波長が図３に示
すように、シフトすることとなる。このＦＢＧ１９は、
ダイヤフラム１７Ｂと同一材質のケース１７Ａに貼り付
けられているので、ダイヤフラム１７Ｂと同様の熱膨張
によってケース１７Ａが歪み、この歪みに応じた伸び縮
みがＦＢＧ１９に生じることとなる。

【００４５】このような構成において、基地局２０の広
帯域光源２１は、光ファイバ１１の伝送波長帯域１．３
μｍの光を、この光ファイバ１１に発射しており、クロ
ージャ１３内では、光カプラ３０によって光ファイバ１
１を伝搬する広帯域光源２１の光を分岐させ、リードケ
ーブル１５内の光ファイバ１６に分岐された光を伝搬さ
せて、ＦＢＧ１８（１９）に入力させる。ＦＢＧ１８
（１９）では、予め設定されたピーク波長や中心波長の
光を反射しており、反射されなかった光は、無反射処理
された終端部３１で終端される。

【００４６】反射された光は、光カプラ３０、光サーキ
ュレータ２２、光ファイバ２３を介して、光波長測定装
置２４に入力しており、光波長測定装置２４は、時間軸
上で波長毎の反射光を測定している。

【００４７】このシステムを例えば河川、湖、池、ダ
ム、下水道などの水位を計測する計測システムとして用
いる場合には、水位の変動に対応して加わる水圧の大き
さがダイヤフラム１７Ｂによって検出される。この場合
には、水圧の大きさに応じてダイヤフラムに変形が生
じ、この変形によってＦＢＧの歪み量が変化してＦＢＧ
で反射される光の波長が変化することとなる。すなわ
ち、図４の水位変動に伴う波長シフト量に示すように、
水位がある基準水位ｈ０から水位ｈに変化すると、ＦＢ
Ｇ１８の歪みは、ε０からεへ変化する。この変化によ
って、反射波長は、ΔλＰ＝λ−λ０シフトする。

【００４８】そこで、予め較正曲線（水位変化Δｈと波
長シフト量ΔλＰとの関係）を求めておけば、ＦＢＧの
反射波長シフト量ΔλＰを測定することによって、基準
水位からの水位変化を求めることができる。

【００４９】このようにして求めたＦＢＧの波長シフト
量は、水圧による機械的変形の他に、温度変化による熱
膨張の要因が含まれている。このため、熱膨張による要
因を取り除いて、水圧による波長シフト分のみを求める
必要がある。この水圧による波長シフト量のみを求める
ためには、この実施例のように、水圧の影響を受けない
位置に温度検出用のＦＢＧ１９を取り付けて温度による
波長シフト量を補正する必要がある（図２参照）。

【００５０】すなわち、図５の水位変動および温度変動
に伴う波長シフト量に示すように、歪み検出部１７に取
り付けられた２つのＦＢＧ１８，１９から予め反射光の
波長を水圧および温度の関数として測定し、外圧（水
圧）検出用のＦＢＧ１８では、歪みは水位と温度によっ
て変化するので、温度をパラメータとすると、図５中、
右上がりの線状群で表される。また、温度検出用のＦＢ
Ｇ１９では、歪みは水圧に依存しないように配設されて
いるので、図５中、縦軸に平行な線状群で表される。

【００５１】ここで、ある基準点Ａ（水位ｈ０、温度Ｔ
０）から、水圧と温度が、 Δｈ＝ｈ−ｈ０ ΔＴ＝Ｔ−Ｔ０変化すると、Ｂ点の状態に移り、外圧検出用のＦＢＧ１
８の歪み変化は、 ΔεＰ＝εＰ１−εＰ０＝（εＰ１−εＰ）＋（εＰ−
εＰ０）ここで、（εＰ１−εＰ）：温度変化による歪み変化（εＰ−εＰ０）：水位変化による歪み変化となる。

【００５２】この結果、外圧検出用のＦＢＧ１８の反射
光の波長は、次の大きさだけシフトする。 ΔλＰ＝λＰ１−λＰ０＝ΔλＰｐ＋ΔλＰｔここで、ΔλＰｐ：水圧変化による波長シフトで、Δλ
Ｐｐ＝λＰ−λＰ０ ΔλＰｔ：温度変化による波長シフトで、ΔλＰｔ＝λ
Ｐ１−λＰとなる。このように、外圧検出用ＦＢＧ１８の波長シフ
ト、ΔλＰの測定からは、図５に示す見掛け上誤った
（補正前の）水位ｈ１が求められる。

【００５３】ここで、温度変化ΔＴが分れば、温度変化
による波長シフトΔλＰｔの大きさを求めることができ
る。つまり、温度検出用のＦＢＧ１９の状態は、Ａ１か
らＢ１に移り、温度検出用のＦＢＧ１９の波長シフト
は、 ΔλＴｔ＝λＴ−λＴ０を測定することにより、温度変化ΔＴを求めることがで
きる。この水位計の温度変化ΔＴが求まると、外圧検出
用ＦＢＧ１８に関しては、温度変化による波長シフト
を、 ΔλＰｔ＝λＰ１−λＰで求め、水圧変化による波長シフトを、 ΔλＰｐ＝ΔλＰ−ΔλＰｔで求めて水圧変化のみの波長シフト量を求めることがで
きる。

【００５４】演算・処理装置２５は、光波長測定装置２
４で測定された波長から上述の演算を行って、水圧の変
化に基づく水位を求めることができるとともに、ケーブ
ルの監視を行っており、所定範囲内の波長が測定されな
いことによって、リードケーブルや幹線光ケーブルの障
害発生を検出することができる。

【００５５】このように、この実施例では、幹線光ケー
ブルを伝搬する光を光カプラで分岐させ、ＦＢＧからリ
ードケーブル、光カプラを介してこの分岐された光の反
射光をこの幹線光ケーブルに戻すことができるので、リ
ードケーブルが途中で切断されても、それ以降の幹線光
ケーブルに取り付けられている歪み検出部からの反射光
の取り込みを可能にして、被測定対象物の物理量変化を
正確に測定できる。

【００５６】また、この実施例では、温度変化のみによ
って反射波長が変化する温度検出用のＦＢＧをさらに備
え、外圧検出用のＦＢＧで反射された波長シフト量を補
正して、温度変化の影響を取り除くので、さらに被測定
対象物の物理量変化を正確に測定できる。

【００５７】また、この実施例では、クロージャ内には
光カプラのみを配設し、ＦＢＧと終端部は歪み検出部に
配設するので、例えば幹線光ケーブルから被測定対象物
までの距離が長い場合には、リードケーブルの長さを調
節するだけで被測定対象物の測定に対応可能となる。

【００５８】（実施例２）図６は、この発明にかかる歪
み計測システムの実施例２の構成を示すシステム構成図
である。図において、この実施例では、図１に示した構
成において、複数の歪み計測センサを幹線光ケーブル１
０の光ファイバ１１に接続させた構成例である。なお、
クロージャ１３ｃと歪み検出部１７ｃは、外観のみを示
しているが、このクロージャ１３ｃ内には、光カプラ３
０ｃが、歪み検出部１７ｃ内には、ＦＢＧ１８ｃ（１９
ｃ）と終端部３１ｃがそれぞれ配設されている。

【００５９】この場合には、各歪み計測センサのＦＢＧ
１８ａ〜１８ｃおよび１９ａ〜１９ｃには、異なる反射
波長が設定されており、測定水位範囲および測定温度範
囲で全てのＦＢＧの波長が重ならないように波長配列を
決定している。

【００６０】この構成において、広帯域光源２１から光
ファイバ１１に送出された光は、クロージャ１３ａ〜１
３ｃ内の光カプラ３０ａ〜３０ｃでそれぞれ分岐され
て、光ファイバ１６ａ〜１６ｃを介して歪み検出部１７
ａ〜１７ｃ内のＦＢＧ１８ａ（１９ａ）〜１８ｃ（１９
ｃ）に入力される。ＦＢＧ１８ａ（１９ａ）〜１８ｃ
（１９ｃ）では、予め設定された特定波長の光のみが反
射されており、反射されなかった光は、終端部３１ａ〜
３１ｃに至り、ここで終端される。

【００６１】各ＦＢＧ１８ａ（１９ａ）〜１８ｃ（１９
ｃ）からは、水位変化および温度変化に応じて波長シフ
トされた反射光が各光カプラ３０ａ〜３０ｃ、光ファイ
バ１１を介して基地局２０に戻ってきており、光波長測
定装置２４は、これら反射光の波長を測定し、演算・処
理装置２５は、この測定された波長に基づいて、各歪み
検出部１７ａ〜１７ｃでの水位を測定している。

【００６２】ここで、例えばリードケーブル１５ａ内の
光ファイバ１６ａが断線した場合には、光波長測定装置
２４には、ＦＢＧ１８ｂ（１９ｂ），１８ｃ（１９ｃ）
から反射された特定波長の光が戻り、ＦＢＧ１８ａ（１
９ａ）からの特定波長の光が戻ってこなくなる。演算・
処理装置２５は、この測定されなかった波長に基づい
て、光ファイバ１６ａの断線を認識することができる。

【００６３】また、クロージャ１３ａと１３ｂ間の幹線
光ケーブル１０内の光ファイバ１１が断線した場合に
は、ＦＢＧ１８ａ（１９ａ）から反射された特定波長の
光が戻り、ＦＢＧ１８ｂ（１９ｂ），１８ｃ（１９ｃ）
からの特定波長の光が戻ってこなくなる。演算・処理装
置２５は、この測定されなかった波長に基づいて、光フ
ァイバ１１の断線または光ファイバ１６ｂ，１６ｃの断
線を認識することができる。

【００６４】このように、この実施例では、複数の歪み
計測センサを幹線光ケーブルに接続させ、かつＦＢＧに
異なる反射波長を設定し、各歪み検出部からの反射波長
を幹線光ケーブルに戻すことができるので、複数の地点
で被測定対象物の物理量変化を正確に測定できるととも
に、被測定対象物までの距離に拘わらずにこの被測定対
象物の測定に対応可能となる。

【００６５】また、この実施例では、ＦＢＧに異なる反
射波長を設定して演算・処理装置でこの反射波長の戻り
を認識しているので、測定されなかった波長に基づい
て、幹線光ケーブルおよびリードケーブル内の光ファイ
バの断線箇所を特定することが可能となった。

【００６６】（実施例３）図７は、この発明にかかる歪
み計測システムの実施例３の構成を示すシステム構成図
である。図において、この実施例では、光ファイバ１１
に複数のクロージャ１３ａ〜１３ｃをシリアルに接続さ
せた構成例である。これらクロージャ１３ａ〜１３ｃ内
には、光カプラ３０ａ〜３０ｃと、ＦＢＧ１８ａ〜１８
ｃと、終端部３１ａ〜３１ｃからなる歪み計測センサが
それぞれ配設されている。

【００６７】この場合、各クロージャ１３ａ〜１３ｃ内
のＦＢＧ１８ａ〜１８ｃには、異なる反射波長１〜３が
設定されており、光カプラ３０ａ〜３０ｃで分岐された
光のうち、これら特定波長１〜３の光のみが光ファイバ
１１に反射されている。このＦＢＧ１８ａ〜１８ｃは、
例えばクロージャ１３ａ〜１３ｃの枠体に貼り付けられ
ており、このクロージャに加わる圧力の変化などを波長
シフト量として検出している。

【００６８】この構成において、広帯域光源２１から光
ファイバ１１に送出された光は、クロージャ１３ａ〜１
３ｃ内の光カプラ３０ａ〜３０ｃでそれぞれ分岐され
て、光ファイバ１６ａ〜１６ｃを伝搬してＦＢＧ１８ａ
〜１８ｃに入力される。ＦＢＧ１８ａ〜１８ｃでは、予
め定められた特定波長の光が反射されており、反射され
なかった光は、終端部３１ａ〜３１ｃに至り、ここで終
端される。

【００６９】このように、この実施例では、複数のクロ
ージャを幹線光ケーブルにシリアルに接続させ、かつＦ
ＢＧに異なる波長を設定し、クロージャに加わる圧力に
対して反射波長を幹線光ケーブルに戻すことができるの
で、各クロージャで被測定対象物の物理量変化を正確に
測定できるとともに、幹線光ケーブルと被測定対象物が
近距離である場合には、歪み計測センサを１つのクロー
ジャに収納して使用することができるので、システム構
成をコンパクトにすることができる。

【００７０】また、この実施例でも、実施例２と同様
に、反射波長の戻りを認識して光ファイバの断線などの
障害発生に対応することができるので、幹線光ケーブル
およびリードケーブル内の光ファイバの断線箇所を特定
することが可能となる。

【００７１】（実施例４）図８は、この発明にかかる歪
み計測センサを用いた歪み計測システムの実施例４の構
成を示すシステム構成図である。図において、この実施
例では、光スターカプラ３２によって分岐された各光フ
ァイバ１１ａ〜１１ｄに複数のクロージャ１３ａ〜１３
ｄをそれぞれパラレルに接続させた構成例である。この
場合にも、クロージャ１３ａ〜１３ｄ内のＦＢＧ１８ａ
〜１８ｄでは、異なる波長１〜波長４が設定されてお
り、光ファイバ１１ａ〜１１ｄの端部には無反射処理が
施された終端部１２ａ〜１２ｄがそれぞれ設けられてい
る。

【００７２】この場合にも、クロージャに圧力が加わる
と、設定された波長１〜波長４がこの圧力に応じてシフ
トして、圧力変化を検出している。また、クロージャ間
での光ケーブルの断線やクロージャ内での光ケーブルの
断線などの障害に対しても、ＦＢＧからの反射光が基地
局２０に戻ってこなくなるので、切断の発生箇所を検出
することができる。

【００７３】このように、この実施例では、複数のクロ
ージャを分岐された複数の光ファイバにパラレルに接続
させ、かつＦＢＧに異なる反射波長を設定し、この反射
波長のシフトに基づいて加わる圧力を計測するので、実
施例３と同様に、各クロージャで被測定対象物の物理量
変化を正確に測定できるとともに、幹線光ケーブルと被
測定対象物が近距離である場合には、歪み計測センサを
１つのクロージャに収納して使用することができるの
で、システム構成をコンパクトにすることができる。

【００７４】また、この実施例でも、上記実施例と同様
に、反射波長の戻りを認識して光ファイバの断線などの
障害発生に対応することができるので、幹線光ケーブル
およびリードケーブル内の光ファイバの断線箇所を特定
することが可能となる。

【００７５】（実施例５）図９は、この発明にかかる歪
み計測システムの実施例５の構成を示すシステム構成図
である。図において、この実施例では、クロージャ１３
ｅを光ファイバ１１ｅにシリアルに接続させるととも
に、光スターカプラ３２によって分岐された各光ファイ
バ１１ａ〜１１ｄに複数のクロージャ１３ａ〜１３ｄを
それぞれパラレルに接続させた構成例である。この場合
にも、クロージャ１３ａ〜１３ｅ内のＦＢＧ１８ａ〜１
８ｅでは、異なる波長１〜波長５が設定されており、光
ファイバ１１ａ〜１１ｄの端部には無反射処理が施され
た終端部１２ａ〜１２ｄがそれぞれ設けられている。

【００７６】この場合にも、クロージャに圧力が加わる
と、設定された波長１〜波長５がこの圧力に応じてシフ
トして、圧力変化を検出している。また、クロージャ間
での光ケーブルの断線やクロージャ内での光ケーブルの
断線などの障害に対しても、ＦＢＧからの反射光が基地
局２０に戻ってこなくなるので、切断の発生箇所を検出
することができる。

【００７７】このように、この実施例では、少なくとも
１つのクロージャを光ファイバにシリアルに接続させる
とともに、複数のクロージャを分岐させた複数の光ファ
イバにパラレルに接続させ、かつＦＢＧに異なる反射波
長を設定し、この反射波長のシフトに基づいて加わる圧
力を計測するので、上記実施例と同様に、各クロージャ
で被測定対象物の物理量変化を正確に測定できるととも
に、幹線光ケーブルと被測定対象物が近距離である場合
には、歪み計測センサを１つのクロージャに収納して使
用することができるので、システム構成をコンパクトに
することができる。

【００７８】（実施例６）図１０、図１１は、この発明
にかかる歪み計測システムの実施例６の概略構成を示す
上面図と側面図である。図において、この実施例では、
幹線光ケーブル１０にシリアルに接続されたクロージャ
１３ａ，１３ｂ内の光カプラによって光ケーブルを分岐
させるとともに、この分岐ケーブル３３ａ，３３ｂにシ
リアルに接続されたクロージャ３４ａ〜３４ｄ内の光カ
プラによって光ケーブルを分岐させ、さらにこの分岐さ
れたリードケーブル３５ａ〜３５ｄを介して歪み検出部
３６ａ〜３６ｄを接続させる構成とした。なお、この光
ケーブル１０のそれぞれの端部には、上記実施例に示し
た基地局と、終端部が接続されており、この歪み検出部
３６ａ〜３６ｄ内には、この発明にかかる歪み計測セン
サのＦＢＧと終端部がそれぞれ配設されている。

【００７９】このような構成のシステムは、例えば河
川、湖、池、ダム、下水道などの水位監視に用いること
が可能であり、この場合には河川の堤防４０にこのシス
テムを敷設し、例えば歪み検出部３６ｂ，３６ｄを常時
監視用のセンサ、歪み検出部３６ａ，３６ｃを異常時監
視用のセンサとしてセッティングする。

【００８０】この場合にも、歪み検出部３６ａ〜３６ｄ
内のＦＢＧには、異なる波長１〜波長４が設定されてお
り、歪み検出部に水圧が加わると、設定された波長１〜
波長４がこの水圧に応じてシフトして基地局に戻され、
この圧力変化から水位変化を検出することができる。そ
して、歪み検出部３６ａ，３６ｃに水圧が加わって波長
のシフトが発生すると、基地局では、異常状態の発生を
検出することが可能となる。

【００８１】このように、この実施例では、分岐ケーブ
ルを介して歪み計測センサをツリー状に接続させ、かつ
ＦＢＧに異なる波長を設定し、歪み検出部に加わる水圧
に対して反射波長を幹線光ケーブルに戻すことができる
ので、上記実施例と同様の効果を得ることができるとと
もに、通常時の物理量変化と、異常時の物理量変化を検
出することができるので、被測定対象物の物理量変化を
さらに詳細に測定することが可能となる。

【００８２】この発明は、これら実施形態に限定される
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の変形実施が可能である。この実施例では水位測定の場
合について説明したが、この発明はこれに限らず、例え
ば歪み、圧力、流量、温度および変位などの物理量を測
定する場合にも応用可能であり、用途としては下水道や
河川の他に、建物、トンネル、橋などの建造物にも応用
することが可能である。なお、建造物にこの発明を用い
る場合には、歪み検出部を図２に示した円筒形の構成に
限らず、例えば箱形の形状に構成してもよいし、ＦＢＧ
を建造物に直接貼り付けて歪みや変位を検出してもよ
い。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１では、光伝送路を伝搬する光を分岐する分岐手段と、
リードケーブルを介して分岐手段と接続され、物理量変
化に伴う歪み量に応じた波長の光を反射させる第１の光
反射手段と、前記光反射手段を透過した光を終端させる
無反射手段とを備えることで、リードケーブルが切断さ
れても、それ以降の幹線の光伝送路に取り付けられてい
る歪み検出部からの反射光の取り込みを可能にして、被
測定対象物の物理量変化を正確に測定できる。

【００８４】この発明の請求項２では、周囲の温度変化
のみによって反射波長が変化する第２の光反射手段をさ
らに設けて、第１の光反射手段で反射された波長シフト
量をこの第２の光反射手段で反射された波長シフト量で
補正するので、被測定対象物の物理量変化をさらに正確
に測定できる。

【００８５】この発明の請求項３では、第１および第２
の光反射手段からは、それぞれ異なる波長の光を反射さ
せるように、使用波長配列を決定するので、センサ毎の
物理量変化や障害発生の検知が可能となる。

【００８６】この発明の請求項４，９では、水位、歪
み、圧力、流量、温度および変位などの物理量と波長シ
フト量との関係を把握して、これらの物理量を測定可能
とするので、幅広い用途に用いることが可能となる。

【００８７】この発明の請求項５，６では、ＦＢＧを用
いて物理量変化に伴う歪み量に応じた特定波長の光を反
射させるので、被測定対象物の物理量を正確に測定でき
る。

【００８８】この発明の請求項７では、光伝送路を分岐
手段で分岐させて、光源からの光をリードケーブルを介
して請求項１〜６のいずれか一つに記載された歪み計測
センサに入力させ、該歪み計測センサから特定波長の反
射光を光伝送路に戻した後に、波長計測手段で測定し、
かつ歪み検出手段で波長シフト量に応じた歪み量を検出
するので、被測定対象物の物理量変化を正確に測定でき
る。

【００８９】この発明の請求項８では、多分岐手段で幹
線光伝送路を複数経路に分岐させて分岐数を増大させ、
歪み計測センサを分岐された光伝送路にパラレルに接続
させた場合も、歪み計測センサから反射光を幹線光伝送
路に戻すように構成するので、被測定対象物の物理量変
化の測定を可能にする。

【００９０】この発明の請求項１０では、障害検出手段
をさらに設け、予め設定された反射光の波長配列を調べ
て、抜けた波長領域を認識するので、障害発生領域を正
確に検出することができる。

【００９１】この発明の請求項１１，１２では、第１お
よび第２の光反射手段の使用波長範囲が重ならないよう
に異なる波長配列を決定するので、歪み量の測定時に
は、この決定された波長範囲内の変化で、この歪み量に
応じたそれぞれ異なる波長の光を反射できる。

【００９２】この発明の請求項１３，１４では、分岐手
段を幹線の光伝送路上の光接続箱に、第１の光反射手段
と無反射手段を歪み検出を行う歪み検出部に配設するの
で、光接続箱と歪み検出部を接続させるリードケーブル
の長さを調節することで、光伝送路から被測定対象物の
距離に対応可能となる。

【００９３】この発明の請求項１５では、歪み計測セン
サを光伝送路上の光接続箱に収納するので、システムの
コンパクト化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる歪み計測センサを用いた歪み
計測システムの実施例１の構成を示すシステム構成図で
ある。

【図２】図１に示した歪み検出部の構成の一例の断面図
である。

【図３】同じく、歪み検出部のＦＢＧ反射光特性を示す
特性図である。

【図４】水位変動に伴う波長シフトを説明するための水
位とＦＢＧの歪みの特性およびＦＢＧ反射光特性を示す
特性図である。

【図５】水位変動および温度変動に伴う波長シフトを説
明するための水位および温度とＦＢＧの歪みの特性およ
びＦＢＧ反射光特性を示す特性図である。

【図６】この発明にかかる歪み計測システムの実施例２
の構成を示すシステム構成図である。

【図７】この発明にかかる歪み計測システムの実施例３
の構成を示すシステム構成図である。

【図８】この発明にかかる歪み計測システムの実施例４
の構成を示すシステム構成図である。

【図９】この発明にかかる歪み計測システムの実施例５
の構成を示すシステム構成図である。

【図１０】この発明にかかる歪み計測システムの実施例
６の概略構成を示す上面図である。

【図１１】同じく、実施例６の概略構成を示す側面図で
ある。

【図１２】従来の歪み計測システムの構成を示す構成図
である。

【符号の説明】

１０線光ケーブル１１，１１ａ〜１１ｅ，２３光ファイバ１２，１２ａ〜１２ｅ終端部１３，１３ａ〜１３ｄ，３４ａ〜３４ｄクロージャ
（光接続箱）１５，１５ａ〜１５ｃ，３５ａ〜３５ｄリードケーブ
ル１６，１６ａ〜１６ｃ光ファイバ１７，１７ａ〜１７ｃ，３６ａ〜３６ｄ歪み検出部１７Ａケース１７Ｂダイヤフラム１７Ｃ台座１７Ｄ上部金具１８，１８ａ〜１８ｃ，１９，１９ａ〜１９ｃＦＢＧ２０基地局２１広帯域光源２２光サーキュレータ２４光波長測定装置２５演算・処理装置３０，３０ａ〜３０ｃ光カプラ３１，３１ａ〜３１ｃ終端部３２光スターカプラ３３ａ，３３ｂ分岐ケーブル４０堤防

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F014 AA04 AB02 BA10 2F065 AA65 DD16 EE01 FF48 GG02 LL03 LL42 UU08 2F073 AA01 AA22 AB02 AB03 AB12 BB06 BC04 CC02 CD05 DD05 FH02 FH17 GG01 GG04 GG09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝送路に設けられ、所定の物理量変化
に伴う歪みを、前記光伝送路を伝搬する光の波長シフト
量の変化として計測する歪み計測センサにおいて、前記光伝送路を伝搬する光を分岐する分岐手段と、前記分岐された光のうち、前記変化に伴う歪み量に応じ
た波長の光を反射させる第１の光反射手段と、前記光反射手段を透過した光を終端させる無反射手段と
を備えたことを特徴とする歪み計測センサ。
【請求項２】前記歪み計測センサは、前記所定の物理
量として周囲温度変化に伴って歪み、前記分岐された光
のうち、前記変化する歪み量に応じた波長の光を反射さ
せる第２の光反射手段をさらに備えたことを特徴とする
請求項１に記載の歪み計測センサ。
【請求項３】前記第１および第２の光反射手段とは、
前記変化する歪み量に応じて、それぞれ異なる波長の光
を反射させることを特徴とする請求項１または２に記載
の歪み計測センサ。
【請求項４】前記第１の光反射手段は、前記所定の物
理量変化として水位変化、歪み変化、圧力変化、流量変
化、温度変化および変位変化のいずれか一つの変化に伴
う歪み量に応じた波長シフト量の光を反射させることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の歪み計
測センサ。
【請求項５】前記第１の光反射手段は、光ファイバ中
にブラッグ回折格子が形成されたファイバブラッググレ
ーティング素子からなることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか一つに記載の歪み計測センサ。
【請求項６】前記第２の光反射手段は、光ファイバ中
にブラッグ回折格子が形成されたファイバブラッググレ
ーティング素子からなることを特徴とする請求項２また
は３に記載の歪み計測センサ。
【請求項７】光伝送路のそれぞれの端部に光源と無反
射手段を設け、前記光源から前記光伝送路に伝搬される
光の反射光を検出してシステムに発生した歪みを計測す
る歪み測定システムにおいて、前記分岐手段によって前記光伝送路に接続される請求項
１〜６のいずれか一つに記載された少なくとも一つの歪
み計測センサと、前記光伝送路に伝搬される前記反射光の波長を計測する
波長計測手段と、前記計測された波長の波長シフト量に応じて歪み量を検
出する歪み検出手段とを備えたことを特徴とする歪み計
測センサを用いた歪み計測システム。
【請求項８】前記歪み測定システムは、前記光源から
の光が伝搬する光伝送路を少なくとも２経路に分岐する
多分岐手段をさらに備え、前記歪み計測センサは、前記
分岐手段によって当該多分岐された光伝送路に接続され
ることを特徴とする請求項７に記載の歪み計測センサを
用いた歪み計測システム。
【請求項９】前記歪み計測システムは、前記歪み検出
手段で検出された歪み量の情報に基づいて前記所定物理
量の２次情報を検知する情報検知手段をさらに備えたこ
とを特徴とする請求項７または８に記載の歪み計測セン
サを用いた歪み計測システム。
【請求項１０】前記歪み計測システムは、前記波長計
測手段で計測される波長に基づいて、システムの障害発
生を検出する障害検出手段をさらに備えたことを特徴と
する請求項７〜９のいずれか一つに記載の歪み計測セン
サを用いた歪み計測システム。
【請求項１１】前記歪み計測システムは、複数の前記
歪み計測センサを備えており、前記各歪み計測センサの
第１の光反射手段は、前記変化する歪み量に応じて、そ
れぞれ異なる波長の光を反射させることを特徴とする請
求項７〜１０のいずれか一つに記載の歪み計測センサを
用いた歪み計測システム。
【請求項１２】前記歪み計測システムは、複数の前記
歪み計測センサを備えており、前記各歪み計測センサの
第２の光反射手段は、前記変化する歪み量に応じて、そ
れぞれ異なる波長の光を反射させることを特徴とする請
求項７〜１０のいずれか一つに記載の歪み計測センサを
用いた歪み計測システム。
【請求項１３】前記歪み計測センサのうち、前記分岐
手段は、前記光伝送路上に配置された光接続箱に配設さ
れ、前記第１の光反射手段と無反射手段とは、前記所定
の物理量変化に伴う歪みを検出する歪み検出部にそれぞ
れ配設され、該第１の光反射手段は、前記歪み検出部の
歪みに応じて反射光の波長シフト量を変化させることを
特徴とする請求項７〜１２のいずれか一つに記載の歪み
計測センサを用いた歪み計測システム。
【請求項１４】前記歪み計測センサのうち、前記分岐
手段は、前記光伝送路上に設置される光接続箱に配設さ
れ、前記第１および第２の光反射手段と無反射手段と
は、前記所定の物理量変化に伴う歪みを検出する歪み検
出部にそれぞれ配設されるとともに、前記第２の光反射
手段は、該歪み検出部の歪みの影響を受けない位置に配
設され、前記第１の光反射手段は、前記歪み検出部の歪
みに応じて反射光の波長シフト量を変化させることを特
徴とする請求項７〜１２のいずれか一つに記載の歪み計
測センサを用いた歪み計測システム。
【請求項１５】前記歪み計測センサは、前記光伝送路
上に設置される光接続箱に配設されることを特徴とする
請求項７〜１２のいずれか一つに記載の歪み計測センサ
を用いた歪み計測システム。