JP2005147909A - 光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間の測定が可能で、回路の単純化も図れるFBGセンサーを用いた測定装置を提供する。
【解決手段】FBGセンサー6が接続された光ファイバーOFに、レーザー装置1によりレーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作でレーザーを導き、FBGセンサー6からの反射レーザーを受光手段3で受光し、レーザー装置1がスイープを開始してから受光手段3で反射レーザーを受光するまでのスイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて反射レーザーの波長を反射波長決定手段8で決定する。そして、決定された反射レーザーの波長をパラメータとし、予め記憶している基準となる反射レーザー波長とそのときの変位とに基づいてFBGセンサー6の受けた変位を測定手段8で求める。
【選択図】図１

Description

本発明は光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置に関する。

光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置は、水位計、圧力計、地中歪み計、水温計、構造物歪み計などの用途がある。

光ファイバーグレーティング（Fiber Bragg Grating）は、ファイバーのコア部の屈折率を周期的に変化させたもので、グレーティング長、周期、屈折率増加量を変化させることにより、特定の波長（ブラッグ波長）の光を任意に反射させることができる特性を備えていることが知られている。

そこで、この光ファイバーグレーティング（以下ＦＢＧと称す）の特性を利用し、FBGが温度変化，圧力変化等によって変位したことを反射光の波長の変化で検出し、温度、圧力、歪などを測定できるようにした測定装置が提案されている（特許文献１）。

この測定装置は、
図７に示すように、光源として波長可変レーザーを用いたもので、可変波長レーザー装置７１から発信されるレーザー光を外部変調器７２を用いて強度変調し、該強度変調した発信光をカップラー７を経て光ファイバーに導入し、該光ファイバーに接続されるＦＢＧ８０に当てる。

ＦＢＧ８０はコアに回折格子が形成され、特定の波長のみを反射させる機能を有し、ＦＢＧ８０に例えば熱応力、引張あるいは圧縮応力などが加わって歪が生じると反射波長にずれが生じるという特性を備えている。そして、当該特定の波長でレーザー光を光ファイバーに導入した場合、ＦＧＢ８０に熱応力、引張応力あるいは圧縮応力などによる歪が加わっていない基準状態にあれば、このＦＧＢ８０は該特定波長を反射し、この特定波長の反射光がビームスプリッタとして機能するカップラー７３を経て、光電変換機能を備えたＯ/Ｅ変換器７４に導かれ電気信号に変換されて同期検波装置７５に反射光信号が入力される。

同期検波装置７５は、入力された反射光信号の反射ピーク波長に可変波長レーザー装置７１から出力されるレーザーの発信波長を同調させる同調制御を行うために、レーザーの発信波長を変化させる指令を処理器７６に出力しながら反射光信号の反射ピークをチェックするフィードバック制御を行う。

上述したＦＧＢ８０に熱応力、引張応力あるいは圧縮応力などによる歪が加わっていない基準状態の場合、反射光信号は反射ピークに達しているため、レーザーの発信波長を変化させる同調制御は不要である。しかし、ＦＧＢ８０に歪が発生している場合には反射光信号が反射ピークに達していないため、レーザーの発信波長を変化させながら反射光信号の反射ピークをチェックする同調制御が行われ、レーザーの発信波長を同調させるのに要した波長の変化量を求め、この変化量と、予め用意した例えば「波長変化量ー温度換算テーブル」を用いてＦＧＢ８０の測定した温度を演算するようになっている。
特開２００１―３１１６１０号公報

上記した図７に示す従来の光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置にあっては、波長可変レーザーの出力が小さく、改めて光増幅器などを必要とし、復調するにあたり外部変調器を用い、同期検波等により同調動作をさせてＳ／Ｎ比を向上させるようにしていることから、測定にはある程度の時間を要し、また同調動作というフィードバック制御を行うため、測定装置の回路構成も複雑化する。

さらに、１つのファイバー上に複数のＦＧＢ８０を設けるような多チャンネルの測定を行う場合、ＦＧＢ８０毎に同期検波などにより一つずつ同調動作を行う必要があるため、高速な波長検出には不向きであった。

本願発明は、このような従来の問題に鑑みなされたもので、短時間の測定が可能で、多チャンネルの測定も短時間で行え、回路の単純化も図れる光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置を提供しようとするものである。

第１の発明は、請求項１に記載のように、光ファイバーに接続された光ファイバーグレーティングセンサーと、レーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作により前記光ファイバーにレーザーを導くレーザー装置と、前記光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーを受光する受光手段と、前記レーザー装置がスイープを開始してから前記受光手段で反射レーザーを受光するまでのスイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて反射レーザーの波長を決定する反射波長決定手段と、前記反射波長決定手段で決定された前記反射レーザーの波長をパラメータとし、予め記憶している基準となる反射レーザー波長とそのときの変位とに基づいて前記光ファイバーグレーティングセンサーの受けた変位を求める測定手段と、を有することを特徴とする光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置とするものである。

第２の発明は、請求項２に記載のように、光ファイバーに接続された光ファイバーグレーティングセンサーと、レーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作により前記光ファイバーにレーザーを導くレーザー装置と、前記光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーを受光する受光手段と、前記レーザー装置がスイープを開始してから前記受光手段で反射レーザーを受光するまでのスイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて反射レーザーの波長を決定する反射波長決定手段と、前記レーザー装置によるスイープ動作を複数回繰り返し行うことにより前記反射波長決定手段によって得られた異なる波長の相対波長差をパラメータとし、予め記憶している単位波長における変位量に基づいて前記光ファイバーグレーティングセンサーの受けた変位を求める測定手段と、を有することを特徴とする光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置とするものである。

第３の発明は、請求項３に記載のように、光ファイバーに接続され、反射波長が互い異なる複数の光ファイバーグレーティングセンサーと、レーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作により前記光ファイバーにレーザーを導くレーザー装置と、前記複数の光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーを受光する受光手段と、前記レーザー装置がスイープを開始してから前記受光手段で前記各光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーをそれぞれ受光するまでの各スイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて前記各光ファイバーグレーティングセンサー毎の反射レーザーの波長を決定する反射波長決定手段と、前記レーザー装置によるスイープ動作を複数回繰り返し行うことにより前記反射波長決定手段によって得られた異なる波長の相対波長差をパラメータとし、予め記憶している単位波長における変位量に基づいて前記各光ファイバーグレーティングセンサーの受けた変位をそれぞれ求める測定手段と、を有することを特徴とする光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置とするものである。

第４の発明は、請求項４に記載のように、光ファイバーに接続され、反射波長が同一の測定用光ファイバーグレーティングセンサー及び校正用光ファイバーグレーティングセンサーと、レーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作により前記光ファイバーにレーザーを導くレーザー装置と、前記測定用光ファイバーグレーティングセンサー及び校正用光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーを受光する受光手段と、前記レーザー装置がスイープを開始してから前記受光手段で前記各光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーをそれぞれ受光するまでの各スイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて前記各光ファイバーグレーティングセンサー毎の反射レーザーの波長を決定する反射波長決定手段と、前記レーザー装置によるスイープ動作を複数回繰り返し行うことにより前記反射波長決定手段によって得られ前記測定用光ファイバーグレーティングセンサーと前記校正用光ファイバーグレーティングセンサーからの異なる波長の相対波長差をパラメータとし、予め記憶している単位波長における変位量に基づいて前記測定用光ファイバーグレーティングセンサーの受けた変位を求める測定手段と、を有することを特徴とする光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置とするものである。

請求項１〜４に係る発明によれば、レーザー装置にレーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作を行わせるだけで、光ファイバーグレーティングセンサーの反射レーザーの波長を求めることができるので、従来のように、光ファイバーグレーティングセンサー毎に同期検波を行うフィードバック制御が不要となり、短時間の測定が可能となった。

また、光ファイバーグレーティングセンサーを複数設けた場合でも、レーザー波長を連続的に変化させる間に各光ファイバーグレーティングセンサーの反射レーザーの波長を求めることができるので、多チャンネルの測定も短時間で行える。

また、請求項４に係る発明によれば、校正用光ファイバーグレーティングセンサーを例えば温度校正用に用いた場合、相対波長差を求めることで温度を計測することができる。

このように本発明によれば、従来の方法では得られなかった温度環境が厳しく、振動がある屋外等の条件下で、同調器等を持つ方式では得られない高速振動検出、高速多チャンネル計測が可能となる。
また、本発明によればレーザー装置からレーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作（スキャンニング）を行わせるだけで良いため、従来よりはるかに構成が単純で、小型軽量で、振動に強く、応答速度の速い、高温度範囲で使用可能な測定装置を低コストで実現できる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す。

図１は光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置のブロック図である。
図１に示す本実施の形態における光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置は、光源にＷＤＭ（WaveLength devision multiplex、波長分割多重方式）用波長可変半導体レーザー装置（米国アイオロン社製「商品名：チューナブルレーザー」、以下レーザー装置と略称する）１を用いたもので、このレーザー装置１は、MEMS（Micro Erectomechanical System）方式のマイクロマシーンなどと称される駆動手段により、出力されるレーザーの波長を可変としている。

２はビームスプリッタとして機能する光ファイバー用方向性カップラーで、レーザー装置１から入力されるレーザーを光ファイバーＯＦに導入して一つのＦＢＧセンサ６からなるセンサ部へ向けて出力すると共に、ＦＢＧセンサ６から反射したレーザーを受光部１２へ出力する。

この受光部１２は、光電変換手段としての受光器３、増幅器４及びＡ/Ｄ変換器７により構成され、カップラー２からの反射レーザーを受光器３が検出して電気信号に変換し、変換された反射光信号を増幅器４で増幅後、Ａ/Ｄ変換器７でデジタル信号に変換された反射光信号１１を外部出力波長指示装置としてのパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略す）８に出力する。

本実施の形態において、ＰＣ８は、レーザー装置１に対してレーザーの出力開始の指令１０を出力する。レーザー装置１は、ＰＣ８からレーザーの出力開始の指令を受けると、上記したMEMS方式の駆動手段により出力されるレーザーの波長を予め設定した範囲内で増加あるいは減少させながら変更するスイープ動作が行われる。

本実施の形態におけるレーザー装置１は、スイープ動作を行う際、波長可変信号がレーザー波長の応答速度に対して充分低速度であれば、該波長可変信号に対する直線性、応答性が極めて高く、スイープ開始波長とスイープ終了波長を認識すれば、その間における波長情報はスイープ時間の経過のみで推定可能である。

このため、本実施の形態では、ＰＣ８のメモリ９にこのスイープ開始波長とスイープ終了波長とを記憶させ、受光部１２からの反射光信号の入力タイミングに基づいて該反射光信号の波長を求め、求めた波長と予めメモリ９に記憶しているＦＢＧセンサ６の基準波長（ＦＢＧセンサ６に対して歪がゼロとした場合の反射波長）との波長差（実際には反射波長のピーク値と基準波長との波長差）に基づいてＦＢＧセンサ６の歪、あるいは該歪に起因する温度、圧力などを予め記憶している換算テーブルにより求める。

すなわち、ＰＣ８は、レーザー装置１に対して出力開始を指示するが、受光部１２からの反射光信号に基づいて、波長を調整するといったフィードバック制御を行わせるものではなく、レーザー装置１はＰＣ８からの出力開始の指示を受けると、出力されるレーザーの波長を例えば開始波長から終了波長に向けて所定時間で連続的に変更させる予め決められているスイープ動作を行う。

一方、受光器３の出力レベルは、レーザー装置１から出力されるレーザーの波長が例えば長くなるに従って反射ピークが現れ、そのレベル値をＰＣ８内のメモリ９にスイープ開始からの経過時間（以下スイープ時間と称す）をパラメータとして記憶する。このスイープ時間、スイープ開始波長並びに波長可変速度（以下スイープ速度と称す）により反射波長を求めることになる。

次に、受光部１２で受光した反射光信号の波長の求め方を図４を参照しながら以下に説明する。

図４（ａ）は横軸に波長（時間ｔ）、縦軸にレーザーの出力レベルを示し、時間の経過と共に波長が変化するレーザー光が一定レベルで出力される様子を示している。そして、レーザー装置１から出力されるレーザーのスイープは波長が小さい所定のスイープ開始波長からスイープが開始され、該スイープ開始波長（波長をλ0）からスイープ終了波長（λmax）まで時間と共に波長を変化させる。

図４（ａ）に示すスイープが実行されている途中で、図４（ｂ）に示すように、スイープ時間ｔａの時に受光器３で反射レベルピークＬａを検出したとすると、本実施の形態ではＦＢＧセンサ６を一つだけ取り付けた場合を例にしているので、反射レベルピークＬaはこのＦＢＧセンサ６で反射されたレーザーであることが特定され、デジタル変換された反射レベルピークＬaの反射光信号がＰＣ８のメモリ９にスイープ時間ｔaと共に記憶される。

ＰＣ８は、記憶したスイープ時間ｔa、スイープ開始波長λ0、スイープ速度からこの時の反射したレーザーの波長λaを求める。ここで波長λaはＦＢＧセンサ６に歪を生じさせていない場合における基準反射波長として図４（ｃ）を説明する。

次に、図４（ｃ）は、ＦＢＧセンサ６を実際に温度、圧力、歪などを測定する状態に設置し、上述したスイープ動作を行った際に検出した受光器３の反射レベルを示している。図４（ｃ）中、実線で示す計測中の反射レベルＬb（破線で示す上記基準反射波長λaとは異なる波長）をスイープ時間ｔbと共にメモリ９に記憶する。そして、ＰＣ８にて、スイープ時間ｔb、スイープ開始波長λ0、スイープ速度からスイープ時間ｔｂで反射したレーザーの波長λbを求める。また、ＰＣ８ではこの変化した波長λb（λa＜λb）と、基準反射波長λaとの相対波長差Δλを求め、この相対波長差Δλと予めメモリ９に用意した圧力、温度あるいは歪の換算テーブルとから、ＦＢＧセンサ６に加えられた圧力、温度、歪などを測定することが可能となる。例えば、Δλが１ピコメートルならば、１マイクロトレインの歪が測定され、２ピコメートルならば２マイクロトレインの歪が測定されたことになる。
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。

上記した第１の実施の形態ではＦＢＧセンサ６を一つだけ設けた場合を例にしているが、本実施の形態ではＦＢＧセンサを複数設けた場合を示しており、装置全体の構成は第１の実施の形態と同様で、ＰＣ８による演算処理が第１の実施の形態とは異なっている。

本実施の形態において、複数のＦＢＧセンサ５、６の反射波長は同一条件下にあっても、その反射波長を僅かにずらして作成されており、ＦＢＧセンサ５の反射波長（λa１）をFBGセンサ６の反射波長（λb1）よりも短く設定している（λa1＜λb1）。

また、本実施の形態において、ＦＢＧセンサ５は温度校正用として用い、他のＦＢＧセンサ６は圧力および歪み受領用として用いるようにしている。

図５は受光部１２で受光した反射光信号の波長の求め方を示したもので、以下図５を参照しながら説明する。

図５（ａ）は横軸に波長（時間ｔ）、縦軸にレーザーの出力レベルを示し、時間の経過と共に波長が変化するレーザー光が一定レベルで出力される様子を示している。レーザー装置１から出力されるレーザーのスイープは波長が小さい所定のスイープ開始波長からスイープが開始され、該スイープ開始波長（波長をλ0）からスイープ終了波長（λmax）まで時間と共に波長を変化させる。

図５（ａ）に示すスイープが実行されている途中で、図５（ｂ）に示すように、スイープ時間ｔa1の時に受光器３で反射レベルピークＬa1を検出し、その後のスイープ時間ｔb1の時に受光器３で反射レベルピークＬb1を検出したとすると、本実施の形態では反射波長が短いＦＢＧセンサ５と反射波長の長いＦＢＧセンサ６を備えているので、スイープ時間ｔa1の時に検出された反射光はＦＢＧセンサ一５からのレーザーであり、スイープ時間ｔb1の時に検出された反射光はＦＢＧセンサ６からのレーザーであることが特定され、デジタル変換された反射レベルピークＬa1及びＬb1の反射光信号がＰＣ８のメモリ９にスイープ時間ｔa1及びｔb1と共に記憶される。

ＰＣ８は、記憶したスイープ時間ｔa1及びｔb1、スイープ開始波長λ0、スイープ速度からこの時の反射したレーザーの波長λa１及びλb1を求める。ここで波長λa1及びλb1はそれぞれＦＢＧセンサ５及びＦＢＧセンサ６に歪を生じさせていない場合における基準反射波長として図５（ｃ）を説明する。

次に、図５（ｃ）は、ＦＢＧセンサ６を実際に温度、圧力、歪などを測定する状態に設置し、上述したスイープ動作を行った際に検出した受光器３の反射レベルを示している。図５（ｃ）中、最初に検出された実線で示す計測中の反射レベルＬa2（破線で示す上記基準反射波長λa1とは異なる波長）をスイープ時間ｔa2と共にメモリ９に記憶し、次に検出された実線で示す計測中の反射レベルＬｂ2（破線で示す上記基準反射波長λｂ1とは異なる波長）をスイープ時間ｔｂ2と共にメモリ９に記憶する。そして、ＰＣ８にて、スイープ時間ｔb、スイープ開始波長λ0、スイープ速度から、それぞれスイープ時間ｔa2、ｔb2で反射したレーザーの波長λa2、λｂ2を求める。また、ＰＣ８ではこの変化した波長λa2、λb2（λa1＜λa2＜λb1＜λb）と、基準反射波長λa1、λb1との相対波長差Δλa、Δλbを求め、この相対波長差Δλa、Δλbと予めメモリ９に用意した圧力、温度あるいは歪の換算テーブルとから、温度校正用のＦＢＧセンサ５が受けた温度変化、圧力及び歪み受領用のＦＢＧセンサ６が受けた圧力又は歪値を算出する。例えば、Δλが１ピコメートルならば、１マイクロトレインの歪が測定され、２ピコメートルならば２マイクロトレインの歪が測定されたことになる。
ＦＢＧセンサの歪みによる反射波長の変化は前述した通り、１マイクロトレインで約１ｐｍであり、又温度による波長変化は１℃あたり１０ｐｍであるので、Δλａが１ｐｍ（ピコメートル）であれば、ＦＢＧセンサ５には０．１℃の温度変化があったことになる。また、Δλｂが５ｐｍならばＦＢＧセンサ６は５マイクロトレインの歪を測定したこととなる。

このように、本実施の形態にあっては、複数のＦＢＧセンサを設けた場合でも、各ＦＢＧセンサ毎にスイープするのではなく、所定の波長の範囲で例えば短い波長から長い波長に向けて時間と共に波長を変化させるだけであって、１回のスイープで複数のＦＢＧセンサに対応することができる。これは、従来例のように、同期検波によってフィードバック制御を行っていないことに大きく由来するものである。

（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態を示す。

上記した第２の実施の形態では、複数のＦＢＧセンサを用いて温度、圧力及び歪みを測定するようにしているが、本実施の形態では測定対象の連続的な変化を検出可能としたものである。

本実施の形態は、測定対象を温度とし、温度測定用（温度監視用）ＦＢＧセンサ５とは別に、恒温槽３２内に設けられた恒温槽内用ＦＢＧセンサ３０を備えたもので、ＦＢＧセンサ５が連結された光ファイバーＯＦに分岐用の光ファイバー用方向性カップラー３１設け、このカップラー３１に接続される分岐光ファイバーＯＦ１に恒温槽内用ＦＢＧセンサ３０を連結しており、他の装置全体の構成は第２の実施の形態と同様で、ＰＣ８による演算処理が第２の実施の形態とは異なっている。
ここで、ＦＢＧセンサ５とＦＢＧセンサ３０とは共に同一グレーティング構造のものを使用し、且つ温度対波長の特性も同一のものを使用している。
レーザー装置１から出力されたレーザーは、カップラー２を経て主伝送路をなす光ファイバーＯＦに導かれて温度検出用ＦＢＧセンサ５に達し、また分岐用のカップラー３１から分岐用光ファイバーＯＦ１に分岐されたレーザーが恒温槽３２内のＦＢＧセンサ３０に達する。

レーザー装置１から出力されるレーザーは、上記した各実施の形態と同様に、所定の波長範囲内において、スイープ開始波長からスイープ終了波長まで波長を連続的に変化し、ＦＢＧセンサ５およびＦＢＧセンサ３０で反射した反射光はそれぞれ受光器３で受光されることになる。

図６は受光器３で受光した反射光信号の受光レベルと反射光の波長との関係を時間をパラメータとして示したものである。

図６（ａ）に示すように、レーザー装置１から出力されるレーザーは一定の出力で波長λ0からλmaxまでスイープ（スキャン）される。

このスキャンの際に、ＦＢＧセンサからの反射光が受光器３に受光されることになるが、反射光が温度検出用ＦＢＧセンサ５と恒温槽内のＦＢＧセンサ３０の２つのＦＢＧセンサは、その反射波長が温度変化に対して同じになるように作成されているため、恒温槽内温度とＦＢＧセンサ５の周辺温度が同じ場合には、図６（ｂ）に示すように、受光器３の出力レベルにはレーザー装置１から出力されるレーザーの波長が移動するにつれ、ＦＢＧセンサ５およびＦＢＧセンサ３０とも同じスイープ時間（ｔa）で同一波長（λa）となるため、反射レーザーの出力レベル（Ｌa）が１つの反射ピークとして検出される。

また、恒温槽内温度とＦＢＧセンサ５の周辺温度が異なる場合には、受光器３の出力レベルにはレーザー装置１から出力されるレーザーの波長が移動するにつれ、図６（ｃ）に示すように、２ケ所の反射ピークが現れる（以下ＦＢＧセンサ５が恒温槽内温度と異なるものとして説明する）。恒温槽３２内のＦＢＧ３０は周囲が一定温度であるため、スイープ時間が一定（ｔa）の反射ピークは恒温槽３２内のＦＧＢ３０から反射されたレーザーと判定される。そして、スイープ時間の変化によって変化する反射ピークは温度変化に晒されているＦＢＧセンサ５から反射されたレーザーと判定される。

このような判定は、
受光部１２で検出したデータ（レベルＬa、Ｌb、スイープ時間ｔa、ｔb）がＰＣ８のメモリ９へ記憶されることにより、ＰＣ８で行われる。また、ＰＣ８ではメモリ９に記憶した２つのピークレベルの波長（λa、λb）を上述した手法で求め、さらに両ピークレベルの反射レーザーの相対波長差（Δλ）を求め、自己のスイープ速度より予め記憶した温度値を参照して、温度検出用ＦＢＧセンサ５が観測している温度を算出する。

具体的には、図６（ａ）に示すようにレーザー装置１光源がスイープ開始波長からスイープ終了波長まで時間とともに波長を変化させ、高温槽内温度とＦＢＧセンサ５の測定温度が同じ場合には図６（ｂ）に示すように、レーザー装置１から出力されるレーザーがスイープ時間taの時にＦＢＧセンサ３０並びにＦＢＧセンサ５で反射され、受光器３での反射レベルピークＬａが検出され、該レベル値をスイープ時間に対応させてＰＣ８内のメモリ９に記憶する。

高温槽３２内の温度とＦＢＧセンサ５の測定温度が異なる場合には、図６（ｃ）に示すように、レーザー装置１から出力されるレーザーがスイープ時間taの時にＦＢＧセンサ３０で反射され、受光器３で反射レベルピークＬａ‘が検出され、続いてスイープ時間tbの時にＦＢＧセンサ３０で反射され、受光器３での反射レベルピークＬｂが検出され、各々のレベル値をスイープ時間に対応させてＰＣ８内のメモリ９に記憶する。

ＰＣ８では、入力された２つのピークレベルＬa’、Ｌbの検出時間差（Δｔ）、スイープ速度から相対波長差（Δλ）を求め、予め用意した温度値に換算して、ＦＢＧセンサ５の環境温度を算出する。

尚、本方式によるＦＢＧのひずみによる反射波長の変化は１℃当たり１０ｐｍの波長変化となって現れる。

本発明の第１の実施の形態を示す光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置のブロック図。 本発明の第２の実施の形態を示す光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置のブロック図。 本発明の第３の実施の形態を示す光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置のブロック図。 図１に示す第１の実施の形態の動作及び測定原理を示す図。 図２に示す第２の実施の形態の動作及び測定原理を示す図。 図３に示す第３の実施の形態の動作及び測定原理を示す図。 従来の光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置のブロック図。

符号の説明

ＯＦ 光ファイバー
ＯＦ１ 分岐光ファイバー
１ 波長可変半導体レーザー装置
２ 光ファイバー用方向性カップラー
３ 受光器
４ 増幅器
５ ＦＢＧセンサ
６ ＦＢＧセンサ
７ Ａ/Ｄ変換器
８ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
９ メモリ
１０ 出力開始の指令
１１ 反射光信号
１２ 受光部
３０ 恒温槽内用ＦＢＧセンサ
３１ カップラー
３２ 恒温槽

Claims (4)

1. 光ファイバーに接続された光ファイバーグレーティングセンサーと、
   レーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作により前記光ファイバーにレーザーを導くレーザー装置と、
   前記光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーを受光する受光手段と、
   前記レーザー装置がスイープを開始してから前記受光手段で反射レーザーを受光するまでのスイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて反射レーザーの波長を決定する反射波長決定手段と、
   前記反射波長決定手段で決定された前記反射レーザーの波長をパラメータとし、予め記憶している基準となる反射レーザー波長とそのときの変位とに基づいて前記光ファイバーグレーティングセンサーの受けた変位を求める測定手段と、
   を有することを特徴とする光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置。
2. 光ファイバーに接続された光ファイバーグレーティングセンサーと、
   レーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作により前記光ファイバーにレーザーを導くレーザー装置と、
   前記光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーを受光する受光手段と、
   前記レーザー装置がスイープを開始してから前記受光手段で反射レーザーを受光するまでのスイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて反射レーザーの波長を決定する反射波長決定手段と、
   前記レーザー装置によるスイープ動作を複数回繰り返し行うことにより前記反射波長決定手段によって得られた異なる波長の相対波長差をパラメータとし、予め記憶している単位波長における変位量に基づいて前記光ファイバーグレーティングセンサーの受けた変位を求める測定手段と、
   を有することを特徴とする光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置。
3. 光ファイバーに接続され、反射波長が互い異なる複数の光ファイバーグレーティングセンサーと、
   レーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作により前記光ファイバーにレーザーを導くレーザー装置と、
   前記複数の光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーを受光する受光手段と、
   前記レーザー装置がスイープを開始してから前記受光手段で前記各光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーをそれぞれ受光するまでの各スイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて前記各光ファイバーグレーティングセンサー毎の反射レーザーの波長を決定する反射波長決定手段と、
   前記レーザー装置によるスイープ動作を複数回繰り返し行うことにより前記反射波長決定手段によって得られた異なる波長の相対波長差をパラメータとし、予め記憶している単位波長における変位量に基づいて前記各光ファイバーグレーティングセンサーの受けた変位をそれぞれ求める測定手段と、
   を有することを特徴とする光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置。
4. 光ファイバーに接続され、反射波長が同一の測定用光ファイバーグレーティングセンサー及び校正用光ファイバーグレーティングセンサーと、
   レーザー波長を連続的に変化させるスイープ動作により前記光ファイバーにレーザーを導くレーザー装置と、
   前記測定用光ファイバーグレーティングセンサー及び校正用光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーを受光する受光手段と、
   前記レーザー装置がスイープを開始してから前記受光手段で前記各光ファイバーグレーティングセンサーからの反射レーザーをそれぞれ受光するまでの各スイープ時間をパラメータとし、予め設定した波長の変化と時間との関係による波長決定手法に基づいて前記各光ファイバーグレーティングセンサー毎の反射レーザーの波長を決定する反射波長決定手段と、
   前記レーザー装置によるスイープ動作を複数回繰り返し行うことにより前記反射波長決定手段によって得られ前記測定用光ファイバーグレーティングセンサーと前記校正用光ファイバーグレーティングセンサーからの異なる波長の相対波長差をパラメータとし、予め記憶している単位波長における変位量に基づいて前記測定用光ファイバーグレーティングセンサーの受けた変位を求める測定手段と、
   を有することを特徴とする光ファイバーグレーティングセンサーを用いた測定装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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