JP2017075819A

JP2017075819A - Detector, interrogator, and distortion detection system

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Publication number: JP2017075819A
Application number: JP2015202745A
Authority: JP
Inventors: 知子大原; Tomoko Ohara; 卓也北嶌; Takuya Kitajima; 厚北村; Atsushi Kitamura
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: JP6560952B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detector that can appropriately adjust the relation between the center wavelength of a light returning from an FBG sensor and the filter characteristics of an optical filter easily.SOLUTION: The detector for detecting the wavelength of a light returning from an FBG sensor includes: an optical filter, which divides the returning light into a transmitting light and a reflecting light; a first optical detector, which receives the transmitting light from the optical filter; a second optical detector, which receives the reflecting light from the optical filter; and a rotational mechanism, which rotates the optical filter so that the angle at which the returning light enters the optical filter will change.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサ用の検出装置及びインテロゲータに関する。 The present invention relates to a detection device and an interrogator for a fiber Bragg grating (FBG) sensor.

温度やひずみの変化を光を用いて検出する光ファイバセンサの一つとして、ＦＢＧセンサが知られている。ＦＢＧセンサは、円筒状のコアと、コアの一部に形成されたファイバブラッググレーティングとを有する。ファイバブラッググレーティングにおいては、コアの屈折率はコアの軸方向に周期的に変化している。 An FBG sensor is known as one of optical fiber sensors that detect changes in temperature and strain using light. The FBG sensor has a cylindrical core and a fiber Bragg grating formed on a part of the core. In the fiber Bragg grating, the refractive index of the core periodically changes in the axial direction of the core.

ＦＢＧセンサのコアに軸方向の一方から入射した光のうち、所定の中心波長を有する光はファイバブラッググレーティングにより反射されて戻り光となり、その他の波長成分を有する光はファイバブラッググレーティングを通過する。そして、ＦＢＧセンサにひずみや温度変化が生じると、ファイバブラッググレーティングの周期が変化し、ファイバブラッググレーティングによって反射される戻り光の波長は中心波長からシフトする。したがってＦＢＧセンサに広帯域光を入射し、戻り光の波長の中心波長からのシフト量を計測することでＦＢＧセンサに生じた温度やひずみの変化を検知することができる。ＦＢＧセンサは、空港や港湾、プラント等のフェンスの乗り越えや不法侵入を検知する侵入検知システムや、ダム、河川、下水道などの水位をリアルタイムに監視する水位監視システム、航空・宇宙用の圧力計測システム等に活用されている。 Of light incident on the core of the FBG sensor from one side in the axial direction, light having a predetermined center wavelength is reflected by the fiber Bragg grating to return light, and light having other wavelength components passes through the fiber Bragg grating. When a strain or temperature change occurs in the FBG sensor, the period of the fiber Bragg grating changes, and the wavelength of the return light reflected by the fiber Bragg grating shifts from the center wavelength. Accordingly, it is possible to detect changes in temperature and strain generated in the FBG sensor by making broadband light incident on the FBG sensor and measuring the shift amount of the return light wavelength from the center wavelength. FBG sensors include intrusion detection systems that detect overpasses and illegal intrusions in airports, harbors, plants, etc., water level monitoring systems that monitor water levels in dams, rivers, sewers, etc., and aerospace and space pressure measurement systems. Etc.

特許文献１は、ＦＢＧセンサからの反射光をファイバ状のひずみ計測用光学フィルタで透過光と反射光に分離し、透過光の強度と反射光の強度との和及び差に基づいて戻り光の波長を求めるＦＢＧセンシング装置を開示している。 In Patent Document 1, the reflected light from the FBG sensor is separated into transmitted light and reflected light by a fiber-shaped strain measurement optical filter, and the return light is based on the sum and difference between the intensity of the transmitted light and the intensity of the reflected light. An FBG sensing device for determining a wavelength is disclosed.

特開２００５−３２６３２６号JP-A-2005-326326

特許文献１に記載のファイバ状のひずみ計測用光学フィルタは、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長と、ひずみ計測用光学フィルタのフィルタ特性との間にずれが生じ計測誤差が生じるような状況となったとき、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長と計測用光学フィルタのフィルタ特性とを適切な関係に調整することが難しい。 The fiber-shaped strain measurement optical filter described in Patent Document 1 has a situation in which a deviation occurs between the center wavelength of the return light from the FBG sensor and the filter characteristics of the strain measurement optical filter, resulting in a measurement error. When this happens, it is difficult to adjust the center wavelength of the return light from the FBG sensor and the filter characteristics of the measurement optical filter to an appropriate relationship.

本発明は上記の課題を解決することを目的とし、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長と、光フィルタのフィルタ特性とを、容易に適切な関係に調整することのできる検出装置、及びこれを備えるインテロゲータ並びにそのようなインテロゲータを備えるひずみ検出システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to solve the above problems, and a detection device capable of easily adjusting the center wavelength of the return light from the FBG sensor and the filter characteristics of the optical filter to an appropriate relationship, and It is an object of the present invention to provide an interrogator provided and a strain detection system provided with such an interrogator.

本発明の第１の態様に従えば、
ＦＢＧセンサからの戻り光の波長を検出するための検出装置であって、
前記戻り光を透過光と反射光とに分離する光フィルタと、
前記光フィルタからの前記透過光を受光する第１光検出器と、
前記光フィルタからの前記反射光を受光する第２光検出器と、
前記戻り光の前記光フィルタへの入射角が変化するように前記光フィルタを回転させる回転機構とを備える検出装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention,
A detection device for detecting the wavelength of the return light from the FBG sensor,
An optical filter for separating the return light into transmitted light and reflected light;
A first photodetector for receiving the transmitted light from the optical filter;
A second photodetector for receiving the reflected light from the optical filter;
A detection device is provided that includes a rotation mechanism that rotates the optical filter so that an incident angle of the return light to the optical filter changes.

第１の態様の検出装置は前記戻り光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光フィルタを更に備えてもよく、該偏光フィルタで分離された前記戻り光の前記Ｐ偏光が前記光フィルタに入射されてもよい。 The detection device according to the first aspect may further include a polarization filter that separates the return light into P-polarized light and S-polarized light, and the P-polarized light of the return light separated by the polarization filter is incident on the optical filter. May be.

第１の態様の検出装置において、前記光フィルタは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に積層された誘電体多層膜とを有してもよい。 In the detection device according to the first aspect, the optical filter may include a glass substrate and a dielectric multilayer film laminated on the glass substrate.

第１の態様の検出装置は、前記回転機構によって前記光フィルタを回転させることによって、前記光フィルタのフィルタ特性を調整してもよい。第１の態様の検出装置において、前記光フィルタは、所定の波長幅の領域で透過率が直線的に変化するフィルタ特性を有し得る。 The detection device according to the first aspect may adjust the filter characteristics of the optical filter by rotating the optical filter by the rotation mechanism. In the detection device according to the first aspect, the optical filter may have a filter characteristic in which the transmittance changes linearly in a region of a predetermined wavelength width.

本発明の第２の態様に従えば、
ＦＢＧセンサに広帯域光を照射する光源と、
第１の態様の検出装置と、
第１光検出器と第２光検出器からの検出信号を比較する信号比較部とを備えるインテロゲータが提供される。 According to the second aspect of the present invention,
A light source that emits broadband light to the FBG sensor;
A detection device according to a first aspect;
An interrogator including a signal comparison unit that compares detection signals from a first photodetector and a second photodetector is provided.

第２の態様のインテロゲータは、前記信号比較部の比較結果に基づいて前記ＦＢＧセンサのひずみ量を求める制御部を更に備えてもよい。 The interrogator of the second aspect may further include a control unit that obtains the strain amount of the FBG sensor based on the comparison result of the signal comparison unit.

本発明の第３の態様に従えば、
ＦＢＧセンサと、
第２の態様のインテロゲータとを備えるひずみ検出システムが提供される。 According to a third aspect of the invention,
An FBG sensor;
A strain detection system comprising the interrogator of the second aspect is provided.

第３の態様のひずみ検出システムは、さらに、前記ＦＢＧセンサの温度を検知する温度センサを備えてもよく、前記温度センサの検出温度に応じて前記回転機構を制御して前記光フィルタを回転させる回転機構制御部を備えてもよい。 The strain detection system according to the third aspect may further include a temperature sensor for detecting the temperature of the FBG sensor, and the optical filter is rotated by controlling the rotation mechanism according to the temperature detected by the temperature sensor. A rotation mechanism control unit may be provided.

本発明の検出装置及びインテロゲータは、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長と、光フィルタのフィルタ特性とを、容易に適切な関係に調整することができる。 The detection apparatus and interrogator of the present invention can easily adjust the center wavelength of the return light from the FBG sensor and the filter characteristics of the optical filter to an appropriate relationship.

図１は、本発明の実施形態に係るインテロゲータの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an interrogator according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の実施形態に係るＦＢＧセンサ用の検出装置の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a detection device for an FBG sensor according to an embodiment of the present invention. 図３は、ＦＢＧセンサの動作を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the FBG sensor. 図４は、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長からのシフトを示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a shift from the center wavelength of the return light from the FBG sensor. 図５は、Ｐ偏光の入射光に対する光フィルタの透過率の変化を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a change in transmittance of the optical filter with respect to incident light of P-polarized light. 図６は、非偏光の入射光に対する光フィルタの透過率の変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a change in transmittance of the optical filter with respect to non-polarized incident light. 図７は、光フィルタに入射する入射光の入射角の変化に対するフィルタ特性の変化を示す。FIG. 7 shows changes in filter characteristics with respect to changes in the incident angle of incident light incident on the optical filter. 図８は、本発明の変形例に係るＦＢＧセンサ用の検出装置の構成を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a detection device for an FBG sensor according to a modification of the present invention. 図９は、光フィルタに入射する入射光の入射角の変化に対するフィルタ特性の変化を示す。FIG. 9 shows changes in filter characteristics with respect to changes in the incident angle of incident light incident on the optical filter.

＜実施形態＞
本発明の実施形態のインテロゲータについて、図１〜図７を参照して説明する。 <Embodiment>
An interrogator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１に示す通り、本実施形態のインテロゲータ１００は、光源１０と、カプラ２０と、検出部（検出装置）３０と、制御部４０とを主に有する。 As shown in FIG. 1, the interrogator 100 of this embodiment mainly includes a light source 10, a coupler 20, a detection unit (detection device) 30, and a control unit 40.

光源１０は、掃引型レーザ、掃引型レーザの波長範囲をカバーするような広帯域光源であり、例えば１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍ程度の波長の光を照射する。 The light source 10 is a broadband light source that covers the wavelength range of the sweep laser and the sweep laser, and irradiates light having a wavelength of about 1520 nm to 1580 nm, for example.

カプラ２０は、２本の光ファイバを融着した１×２カプラであり、第１の端部が光ファイバＯＦ１を介して光源１０と、第２の端部が光ファイバＯＦ２を介してＦＢＧセンサ２００と、第３の端部が光ファイバＯＦ３を介して検出部３０と接続されている。カプラ２０により、光源１０からの光をＦＢＧセンサ２００に送ると共に、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光を検出部３０に送る。カプラ２０は市販の光ファイバカプラを使用することができる。 The coupler 20 is a 1 × 2 coupler in which two optical fibers are fused. The FBG sensor has a first end via the optical fiber OF1 and the second end via the optical fiber OF2. 200 and the third end are connected to the detection unit 30 via the optical fiber OF3. The coupler 20 sends light from the light source 10 to the FBG sensor 200 and sends return light from the FBG sensor 200 to the detection unit 30. As the coupler 20, a commercially available optical fiber coupler can be used.

検出部３０は、図２に示す通り、光ファイバＯＦ３と検出部３０の光ファイバ３１ａを接続するフェルール３１と、フェルール３１及び光ファイバ３１ａを介して検出部３０に入射された光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光フィルタ３２と、偏光フィルタ３２からのＰ偏光の一部を透過し、残りを反射する光フィルタ３３と、光フィルタ３３を回転軸３３ａを中心に回転可能に保持する回転機構３４と、光フィルタ３３を透過した透過光を受光する第１光検出器３５と、光フィルタ３３によって反射された反射光を受光する第２光検出器３６とを主に備える。第１光検出器３５及び第２光検出器３６は、この実施形態ではフォトダイオードが使われる。 As shown in FIG. 2, the detection unit 30 includes a ferrule 31 that connects the optical fiber OF3 and the optical fiber 31a of the detection unit 30, and the light incident on the detection unit 30 via the ferrule 31 and the optical fiber 31a is converted to P-polarized light. A polarizing filter 32 that separates into S-polarized light, an optical filter 33 that transmits a part of the P-polarized light from the polarizing filter 32 and reflects the rest, and a rotation that holds the optical filter 33 rotatably around a rotation axis 33a. It mainly includes a mechanism 34, a first photodetector 35 that receives the transmitted light that has passed through the optical filter 33, and a second photodetector 36 that receives the reflected light reflected by the optical filter 33. In the present embodiment, photodiodes are used for the first photodetector 35 and the second photodetector 36.

以下では、光ファイバ３１ａから出射される光の進行方向を「検出部の光軸方向」又は単に「光軸方向」と呼び、それに直交する方向を「直交方向」と呼ぶ。 Hereinafter, the traveling direction of the light emitted from the optical fiber 31 a is referred to as “optical axis direction of the detection unit” or simply “optical axis direction”, and the direction orthogonal thereto is referred to as “orthogonal direction”.

偏光フィルタ３２は、光ファイバ３１ａからの出射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタであり、直角プリズムを２つ組合せたキューブ形の偏光ビームスプリッタとすることができる。 The polarizing filter 32 is a polarizing beam splitter that separates light emitted from the optical fiber 31a into P-polarized light and S-polarized light, and can be a cube-shaped polarizing beam splitter in which two right-angle prisms are combined.

偏光フィルタ３２の偏光面３２ｓは、検出部の光軸方向に対して４５°の角度を有して位置するように設けられている。換言すれば、光ファイバ３１ａからの出射光が偏光面３２ｓに対して４５°の入射角で入射するように配置されている。これにより、光ファイバ３１ａからの出射光は、偏光面３２ｓを透過して光軸方向に進むＰ偏光と、偏光面３２ｓに反射されて直交方向に進むＳ偏光とに分離される。 The polarizing surface 32s of the polarizing filter 32 is provided so as to be positioned at an angle of 45 ° with respect to the optical axis direction of the detection unit. In other words, the light emitted from the optical fiber 31a is arranged so as to enter the polarization plane 32s at an incident angle of 45 °. As a result, the outgoing light from the optical fiber 31a is separated into P-polarized light that passes through the polarization plane 32s and travels in the optical axis direction, and S-polarized light that is reflected by the polarization plane 32s and travels in the orthogonal direction.

光フィルタ３３は、偏光フィルタ３２からのＰ偏光を透過光と反射光とに分離するビームスプリッタである。光フィルタ３３は、ガラス基板３３ｂと、ガラス基板上に形成された誘電体多層膜３３ｆとを有し、誘電体多層膜３３ｆの最表面が入射面３３ｓである。誘電体多層膜３３ｆは、例えばＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）、ＴｉＯ_２（ｎ＝２．４０）、ＭｇＦ_２（ｎ＝１．３８）等の膜材料から形成されている。光フィルタ３３は、これらの材料を蒸着、スパッタリング等を用いてガラス基板３３ｂ上に積層して形成したり、あるいは市販の光フィルタを用いてもよい。 The optical filter 33 is a beam splitter that separates P-polarized light from the polarizing filter 32 into transmitted light and reflected light. The optical filter 33 includes a glass substrate 33b and a dielectric multilayer film 33f formed on the glass substrate, and the outermost surface of the dielectric multilayer film 33f is the incident surface 33s. The dielectric multilayer film 33f is formed of a film material such as SiO _{2 (} n = 1.46), TiO ₂ (n = 2.40), MgF ₂ (n = 1.38), for example. The optical filter 33 may be formed by laminating these materials on the glass substrate 33b using vapor deposition, sputtering, or the like, or a commercially available optical filter may be used.

光フィルタ３３は、光ファイバ３１ａの出射光に対して、入射面３３ｓが４５°の角度で配置されている。換言すれば、偏光フィルタ３２からのＰ偏光が光フィルタ３３の光軸（入射面３３ｓの法線）に対して４５°の入射角で入射するように配置されている。これにより偏光フィルタ３２からのＰ偏光は、光フィルタ３３を通過して光軸方向に進む透過光と、入射面３３ｓによって反射されて直交方向に進む反射光とに分離される。 In the optical filter 33, the incident surface 33s is disposed at an angle of 45 ° with respect to the light emitted from the optical fiber 31a. In other words, the P-polarized light from the polarizing filter 32 is arranged so as to be incident at an incident angle of 45 ° with respect to the optical axis of the optical filter 33 (normal line of the incident surface 33 s). Thus, the P-polarized light from the polarizing filter 32 is separated into transmitted light that passes through the optical filter 33 and travels in the optical axis direction, and reflected light that is reflected by the incident surface 33s and travels in the orthogonal direction.

また光フィルタ３３のガラス基板３３ｂには、ガラス基板３３ｂを回転させるための回転軸３３ａが、ガラス基板３３ｂの側部の幅方向中央から外側に突出する２つの凸部として形成されている。 In addition, on the glass substrate 33b of the optical filter 33, a rotation shaft 33a for rotating the glass substrate 33b is formed as two convex portions protruding outward from the center in the width direction of the side portion of the glass substrate 33b.

回転機構３４は、モータ３４ｍと、モータ３４ｍに取り付けられた駆動ギア３４ｇ１と、駆動ギア３４ｇ１によって回転される従動ギア３４ｇ２とを備え、従動ギア３４ｇ２は光フィルタ３３の回転軸３３ａに取り付けられている。モータ３４ｍは後述する制御部４０の角度調整部４１に接続されている。モータ３４ｍは角度調整部４１により制御されて回転し、駆動ギア３４ｇ１、従動ギア３４ｇ２を介して、光フィルタ３３を、回転軸３３ａ中心に回転させる。 The rotation mechanism 34 includes a motor 34m, a drive gear 34g1 attached to the motor 34m, and a driven gear 34g2 rotated by the drive gear 34g1, and the driven gear 34g2 is attached to the rotation shaft 33a of the optical filter 33. . The motor 34m is connected to an angle adjustment unit 41 of the control unit 40 described later. The motor 34m rotates under the control of the angle adjusting unit 41, and rotates the optical filter 33 around the rotation shaft 33a via the drive gear 34g1 and the driven gear 34g2.

第１光検出器３５は、検出部３０の光軸上に配置されている。また、光フィルタ３３と第１光検出器３５との間には、集光レンズＣＬ１が配置されており、光フィルタ３３を透過した透過光は、集光レンズＣＬ１によって集光されて第１光検出器３５に入射する。 The first photodetector 35 is disposed on the optical axis of the detection unit 30. Further, a condensing lens CL1 is disposed between the optical filter 33 and the first photodetector 35, and the transmitted light that has passed through the optical filter 33 is condensed by the condensing lens CL1 to generate the first light. The light enters the detector 35.

第２光検出器３６は、光フィルタ３３からの反射光を受光するように配置されている。また、光フィルタ３３と第２光検出器３６との間には、集光レンズＣＬ２が配置されており、光フィルタ３３によって反射された反射光は、集光レンズＣＬ２によって集光されて第２光検出器３６に入射する。 The second photodetector 36 is disposed so as to receive the reflected light from the optical filter 33. A condensing lens CL2 is disposed between the optical filter 33 and the second photodetector 36, and the reflected light reflected by the optical filter 33 is condensed by the condensing lens CL2 to be second. The light enters the photodetector 36.

第１光検出器３５及び第２光検出器３６は、それぞれ光エネルギーを電流に変換する光電変換部（不図示）及び、電流を電圧に変換するＩＶアンプ（不図示）を介して、後述する制御部４０の信号強度比較部４２に接続されている。 The first photodetector 35 and the second photodetector 36 will be described later via a photoelectric conversion unit (not shown) that converts light energy into current and an IV amplifier (not shown) that converts current into voltage, respectively. The control unit 40 is connected to the signal intensity comparison unit 42.

図１に示すように、制御部４０は、検出部３０のモータ３４ｍに接続された角度調整部４１と、検出部３０の第１光検出器３５及び第２光検出器３６に接続された信号強度比較部（信号比較部）４２とを有する。角度調整部４１は、インテロゲータ１００の操作者等の要求に応じてモータ３４ｍを回転させ、光軸方向に対する光フィルタ３３の角度を調整する。信号強度比較部４２は、後述するように、第１光検出器３５から光電変換部及びＩＶアンプを介して入力される電圧信号の強度と、第２光検出器３６から光電変換部及びＩＶアンプを介して入力される電圧信号の強度とを比較することで、ＦＢＧセンサ２００からの光の波長を算出する。 As illustrated in FIG. 1, the control unit 40 includes an angle adjustment unit 41 connected to the motor 34 m of the detection unit 30, and a signal connected to the first photodetector 35 and the second photodetector 36 of the detection unit 30. An intensity comparison unit (signal comparison unit) 42. The angle adjusting unit 41 adjusts the angle of the optical filter 33 with respect to the optical axis direction by rotating the motor 34m in response to a request from the operator of the interrogator 100 or the like. As will be described later, the signal intensity comparison unit 42 includes the intensity of the voltage signal input from the first photodetector 35 via the photoelectric conversion unit and the IV amplifier, and the photoelectric conversion unit and IV amplifier from the second photodetector 36. The wavelength of the light from the FBG sensor 200 is calculated by comparing the intensity of the voltage signal input via the FBG sensor 200.

次に、インテロゲータ１００とＦＢＧセンサ２００とを用いて、被計測物のひずみを計測する方法を説明する。 Next, a method for measuring the strain of the measurement object using the interrogator 100 and the FBG sensor 200 will be described.

被計測物に生じるひずみを計測する際には、まず被計測物にＦＢＧセンサ２００を取り付ける。次いで光源１０から１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍ程度の波長帯域を有する広帯域光を照射し、光ファイバＯＦ１、カプラ２０、光ファイバＯＦ２を介してＦＢＧセンサ２００に入射させる。 When measuring the strain generated in the measurement object, first, the FBG sensor 200 is attached to the measurement object. Next, broadband light having a wavelength band of about 1520 nm to 1580 nm is irradiated from the light source 10 and is incident on the FBG sensor 200 via the optical fiber OF1, the coupler 20, and the optical fiber OF2.

ＦＢＧセンサ２００は、図３に示す通り、屈折率がｎである光ファイバコアＣを有し、光ファイバコアＣの一部にはファイバブラッググレーティング部ｆｂｇが形成されている。ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇにおいては、光ファイバコアＣの屈折率は、光ファイバコアＣの軸方向に周期長Λで周期的に変化している。 As shown in FIG. 3, the FBG sensor 200 includes an optical fiber core C having a refractive index n, and a fiber Bragg grating portion fbg is formed in a part of the optical fiber core C. In the fiber Bragg grating portion fbg, the refractive index of the optical fiber core C periodically changes in the axial direction of the optical fiber core C with a periodic length Λ.

光ファイバコアＣに、光ファイバコアＣの軸方向の一方、例えば図３の左側から入射する入射光は、波長λｂ＝２ｎΛを満たす光のみがファイバブラッググレーティング部ｆｂｇで干渉により図３の左側に戻り光として戻され、その他の波長の光は、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇを通過して図３の右側に送られる。 The incident light that enters the optical fiber core C from one of the axial directions of the optical fiber core C, for example, from the left side of FIG. 3, is only light that satisfies the wavelength λb = 2nΛ is interfered by the fiber Bragg grating portion fbg and left on the left side of FIG. The light having the other wavelengths returned as the return light passes through the fiber Bragg grating section fbg and is sent to the right side in FIG.

本実施形態では、ＦＢＧセンサ２００にひずみが生じていない場合には、戻り光の波長は、λｂ＝１５５０ｎｍである。このような、ＦＢＧセンサ２００にひずみが生じていない状態での戻り光の波長をＦＢＧセンサの中心波長と呼ぶ。 In the present embodiment, when the FBG sensor 200 is not distorted, the wavelength of the return light is λb = 1550 nm. The wavelength of the return light in a state where the FBG sensor 200 is not distorted is called the center wavelength of the FBG sensor.

光ファイバＯＦ２を介してＦＢＧセンサ２００に入射した広帯域光は、ＦＢＧセンサ２００にひずみが生じていない状態では、中心波長１５５０ｎｍの光のみがファイバブラッググレーティングｆｂｇによって反射され、戻り光として光ファイバＯＦ２に戻され、その他の波長の光はファイバブラッググレーティングｆｂｇを通過する。なお、戻り光の波長は厳密には１５５０ｎｍのみではなく、図４の実線で示すように、中心波長１５５０ｎｍをピークとして長波長側及び短波長側に所定の拡がりを有して分布している。 In the state where the FBG sensor 200 is not distorted, only the light having the center wavelength of 1550 nm is reflected by the fiber Bragg grating fbg and the broadband light incident on the FBG sensor 200 via the optical fiber OF2 is returned to the optical fiber OF2. The light of other wavelengths passes through the fiber Bragg grating fbg. Strictly speaking, the wavelength of the return light is not limited to only 1550 nm, but is distributed with a predetermined spread on the long wavelength side and the short wavelength side with a peak at the center wavelength of 1550 nm as shown by the solid line in FIG.

ＦＢＧセンサ２００から光ファイバＯＦ２に戻された戻り光は、カプラ２０及び光ファイバＯＦ３を介して検出部３０に送られ、検出部３０の光ファイバ３１ａから光軸上を偏光フィルタ３２に向けて出射される。次いで、偏光フィルタ３２の偏光面３２ｓによってＰ偏光とＳ偏光とに分離され、偏光面３２ｓを透過したＰ偏光は光フィルタ３３の入射面３３ｓに入射する。なお、偏光面３２ｓで反射されたＳ偏光は、本実施形態のインテロゲータ１００及び検出部３０では使用されない。 The return light returned from the FBG sensor 200 to the optical fiber OF2 is sent to the detection unit 30 via the coupler 20 and the optical fiber OF3, and is emitted from the optical fiber 31a of the detection unit 30 toward the polarization filter 32 on the optical axis. Is done. Next, the P-polarized light and the S-polarized light which are separated by the polarization plane 32 s of the polarization filter 32 and transmitted through the polarization plane 32 s enter the incident plane 33 s of the optical filter 33. The S-polarized light reflected by the polarization plane 32s is not used in the interrogator 100 and the detection unit 30 of the present embodiment.

偏光フィルタ３２を通過したＰ偏光は光フィルタ３３に入射し、光フィルタ３３によって透過光と反射光とに分離される。ここで、光フィルタ３３のフィルタ特性は図５に示す通り、広帯域の光に対して波長１５４５ｎｍ以下の光に対する透過率が約１０％、波長１５５５ｎｍ以上の光に対する透過率が約９０％である。また波長１５４５ｎｍから波長１５５５ｎｍの区間では、光の波長が長くなるに従って透過率が高くなり、波長１５５０ｎｍの光に対する透過率がほぼ５０％である。光フィルタ３３は、所定の波長幅の領域、例えば、少なくとも５ｎｍ、特に、少なくとも８ｎｍ、さらに特に少なくとも１０ｎｍの波長幅を有する領域で直線的に透過率が変化するフィルタ特性を有するのが望ましい。 The P-polarized light that has passed through the polarizing filter 32 enters the optical filter 33 and is separated into transmitted light and reflected light by the optical filter 33. Here, as shown in FIG. 5, the filter characteristic of the optical filter 33 is about 10% transmittance for light having a wavelength of 1545 nm or less and about 90% transmittance for light having a wavelength of 1555 nm or more with respect to broadband light. Further, in the section from the wavelength 1545 nm to the wavelength 1555 nm, the transmittance increases as the wavelength of light increases, and the transmittance for light having a wavelength of 1550 nm is approximately 50%. The optical filter 33 preferably has a filter characteristic in which the transmittance varies linearly in a region having a predetermined wavelength width, for example, a region having a wavelength width of at least 5 nm, particularly at least 8 nm, and more particularly at least 10 nm.

ＦＢＧセンサ２００からの戻り光は中心波長１５５０ｎｍをピークとする波長分布を有するため、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の波長も同様に、中心波長１５５０ｎｍ付近にピークを有し、短波長側と長波長側とに対称に分布している（図４）。従って、光フィルタ３３に入射するＰ偏光は、その約５０％が光フィルタ３３を透過し、残りの約５０％が光フィルタ３３によって反射される。 Since the return light from the FBG sensor 200 has a wavelength distribution having a peak at the center wavelength of 1550 nm, the wavelength of the P-polarized light incident on the optical filter 33 similarly has a peak near the center wavelength of 1550 nm, which is longer than the shorter wavelength side. It is distributed symmetrically to the wavelength side (FIG. 4). Therefore, about 50% of the P-polarized light incident on the optical filter 33 is transmitted through the optical filter 33 and the remaining 50% is reflected by the optical filter 33.

光フィルタ３３を透過した透過光と光フィルタ３３で反射された反射光は、それぞれ、第１光検出器３５と第２光検出器３６によって検出され、いずれも光電変換部、ＩＶアンプを介して、受光した透過光の光量に応じた電圧信号に変換される。そのため、光フィルタ３３の透過光の光量に応じた電圧信号と、反射光の光量に応じた電圧信号はほぼ等しくなる。 The transmitted light that has passed through the optical filter 33 and the reflected light that has been reflected by the optical filter 33 are detected by a first photodetector 35 and a second photodetector 36, respectively, both via a photoelectric conversion unit and an IV amplifier. And converted into a voltage signal corresponding to the amount of transmitted light received. Therefore, the voltage signal corresponding to the amount of light transmitted through the optical filter 33 is substantially equal to the voltage signal corresponding to the amount of reflected light.

信号強度比較部４２は、透過光の光量に応じた電圧信号と、反射光の光量に応じた電圧信号との比に基づいて、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長を求める。すなわち信号強度比較部４２は、透過光の光量に応じた電圧信号と、反射光の光量に応じた電圧信号がほぼ同一であるとの比較結果に基づいて、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長が中心波長１５５０ｎｍであると決定する。 The signal intensity comparison unit 42 obtains the wavelength of the return light from the FBG sensor 200 based on the ratio of the voltage signal corresponding to the amount of transmitted light and the voltage signal corresponding to the amount of reflected light. That is, the signal intensity comparison unit 42 determines the wavelength of the return light from the FBG sensor 200 based on the comparison result that the voltage signal according to the amount of transmitted light and the voltage signal according to the amount of reflected light are substantially the same. Is determined to have a center wavelength of 1550 nm.

被計測物にひずみが生じた場合、被計測物に取り付けられたＦＢＧセンサ２００にもひずみが生じ、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇの周期長Λが変化する。例えば被計測物に伸びひずみが生じ、ＦＢＧセンサ２００が長手方向に延ばされた場合には、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇの周期長Λも延びるため、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇでの干渉条件λｂ＝２ｎΛにより、生じる戻り光の波長λｂは中心波長よりも長波長側にシフトする。一例として、図４に破線で示す通り、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇからの戻り光の波長のピークは１５５１ｎｍとなる。反対に、被計測物に圧縮ひずみが生じ、ＦＢＧセンサ２００が長手方向に圧縮された場合には、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇの周期長Λも縮むため、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇからの戻り光の波長λｂは短波長側にシフトする。一例として、図４に一点鎖線で示す通り、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇからの戻り光の波長のピークは１５４９ｎｍとなる。 When the measurement object is distorted, the FBG sensor 200 attached to the measurement object is also distorted, and the period length Λ of the fiber Bragg grating portion fbg changes. For example, when the strain to be measured occurs in the object to be measured and the FBG sensor 200 is extended in the longitudinal direction, the period length Λ of the fiber Bragg grating portion fbg also extends, so that the interference condition λb = 2nΛ in the fiber Bragg grating portion fbg. Thus, the wavelength λb of the generated return light is shifted to the longer wavelength side than the center wavelength. As an example, as indicated by a broken line in FIG. 4, the wavelength peak of the return light from the fiber Bragg grating portion fbg is 1551 nm. On the other hand, when compressive strain occurs in the object to be measured and the FBG sensor 200 is compressed in the longitudinal direction, the period length Λ of the fiber Bragg grating portion fbg is also shortened, so that the wavelength of the return light from the fiber Bragg grating portion fbg λb shifts to the short wavelength side. As an example, the peak of the wavelength of the return light from the fiber Bragg grating portion fbg is 1549 nm, as indicated by the alternate long and short dash line in FIG.

光フィルタ３３は、図５に示す通り、波長が１５５１ｎｍの光に対して約６０％の透過率を有する。したがって、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが１５５１ｎｍにシフトしている場合には、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の約６０％が光フィルタ３３を透過し、残りの約４０％が光フィルタ３３により反射される。それゆえ、透過光の光量に応じた電圧信号と反射光の光量に応じた電圧信号との比は約６対４となる。信号強度比較部４２は、透過光の光量に応じた電圧信号と反射光の光量に応じた電圧信号との比が約６対４であるとの比較結果に基づいて、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが１５５１ｎｍであると求める。 As shown in FIG. 5, the optical filter 33 has a transmittance of about 60% for light having a wavelength of 1551 nm. Therefore, when the wavelength peak of the return light from the FBG sensor 200 is shifted to 1551 nm, about 60% of the P-polarized light incident on the optical filter 33 is transmitted through the optical filter 33, and the remaining about 40% is Reflected by the optical filter 33. Therefore, the ratio of the voltage signal corresponding to the amount of transmitted light and the voltage signal corresponding to the amount of reflected light is about 6 to 4. The signal intensity comparison unit 42 returns from the FBG sensor 200 based on the comparison result that the ratio of the voltage signal according to the amount of transmitted light and the voltage signal according to the amount of reflected light is about 6 to 4. The peak of the wavelength of light is determined to be 1551 nm.

同様に、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが１５４９ｎｍにシフトしている場合には、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の約４０％が光フィルタ３３を透過し、残りの約６０％が光フィルタ３３により反射される。従って、透過光の光量に応じた電圧信号と反射光の光量に応じた電圧信号との比は約４対６となり、信号強度比較部４２は、この比較に基づいて、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが１５４９ｎｍであると求める。 Similarly, when the wavelength peak of the return light from the FBG sensor 200 is shifted to 1549 nm, about 40% of the P-polarized light incident on the optical filter 33 is transmitted through the optical filter 33 and the remaining about 60%. Is reflected by the optical filter 33. Therefore, the ratio of the voltage signal corresponding to the amount of transmitted light and the voltage signal corresponding to the amount of reflected light is about 4 to 6, and the signal intensity comparison unit 42 returns from the FBG sensor 200 based on this comparison. The light wavelength peak is determined to be 1549 nm.

制御部４０は、上記のように求めたＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長に基づいてＦＢＧセンサ２００に生じたひずみの量を計測することができ、ひいては被計測物に生じたひずみの量を計測することができる。 The control unit 40 can measure the amount of strain generated in the FBG sensor 200 based on the wavelength of the return light from the FBG sensor 200 obtained as described above, and by extension, the amount of strain generated in the object to be measured. It can be measured.

上記のように光フィルタ３３によりＦＢＧセンサ２００からの戻り光を分別することでひずみ量を計測しているが、偏光フィルタ３２により光フィルタ３３の入射光の偏光方向を調整することでより高精度な計測を実現している。 As described above, the amount of distortion is measured by separating the return light from the FBG sensor 200 by the optical filter 33. However, by adjusting the polarization direction of the incident light of the optical filter 33 by the polarizing filter 32, it is more accurate. Realizes accurate measurement.

図６は、本実施形態で用いた光学フィルタ３３の非偏光の入射光に対するフィルタ特性を示す。図６に示すフィルタ特性を、同一の光学フィルタ３３のＰ偏光の入射光に対するフィルタ特性（図５）と比較すると、Ｐ偏光の入射光に対する光学フィルタ３３のフィルタ特性は透過率が所定の波長幅(少なくとも５ｎｍ)で直線的に且つ急峻に変化するのに対し、非偏光の入射光に対する光学フィルタ３３のフィルタ特性は、透過率が曲線的に変化するだけである。 FIG. 6 shows the filter characteristics of the optical filter 33 used in this embodiment with respect to non-polarized incident light. When the filter characteristics shown in FIG. 6 are compared with the filter characteristics for the P-polarized incident light of the same optical filter 33 (FIG. 5), the transmittance of the filter characteristics of the optical filter 33 for the P-polarized incident light has a predetermined wavelength width. Whereas it changes linearly and steeply at (at least 5 nm), the filter characteristic of the optical filter 33 for non-polarized incident light only changes in a curve.

したがって、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが中心波長１５５０ｎｍからシフトした場合、入射光がＰ偏光であれば、透過光と反射光の量は入射光の波長のシフト量に比例して直線的に変化するが、入射光が非偏光であれば、透過光と反射光の量は、入射光の波長のシフト量には比例せずランダムな変化を示す。よって、偏光フィルタ３２を用いてＰ偏光の入射光を光フィルタ３３に入射することで、光フィルタ３３のフィルタ特性においてスロープを直線的にすることができ、ひいては制御部４０による被計測物のひずみの計測を容易とすることができる。 Accordingly, when the peak of the wavelength of the return light from the FBG sensor 200 is shifted from the center wavelength 1550 nm, if the incident light is P-polarized light, the amount of transmitted light and reflected light is proportional to the amount of shift of the wavelength of the incident light. Although it changes linearly, if the incident light is non-polarized light, the amount of transmitted light and reflected light is not proportional to the shift amount of the wavelength of the incident light and shows a random change. Accordingly, by making the P-polarized incident light incident on the optical filter 33 using the polarizing filter 32, the slope of the filter characteristic of the optical filter 33 can be made linear, and consequently the distortion of the object to be measured by the control unit 40. Can be easily measured.

本実施形態の検出部３０は、光フィルタ３３に回転機構３４を備えることにより、設計誤差や温度変化等の外乱に対する調整機能を有する。光フィルタ３３のフィルタ特性は、光フィルタ３３に対する入射光の入射角に応じて変化する。具体的には、図７に実線で示す通り、Ｐ偏光が４５°の入射角を有して入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５４５ｎｍから１５５５ｎｍの領域において直線的に変化しており、波長１５５０ｎｍにおいて約５０％である（すなわち図５に示すフィルタ特性である）。 The detection unit 30 of the present embodiment includes an adjustment function for disturbances such as design errors and temperature changes by providing the optical filter 33 with the rotation mechanism 34. The filter characteristics of the optical filter 33 change according to the incident angle of the incident light with respect to the optical filter 33. Specifically, as indicated by a solid line in FIG. 7, the transmittance of the optical filter 33 when the P-polarized light is incident with an incident angle of 45 ° varies linearly in the wavelength region from 1545 nm to 1555 nm. About 50% at a wavelength of 1550 nm (that is, the filter characteristics shown in FIG. 5).

これに対し、Ｐ偏光が４５°−１°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５５０ｎｍから１５６０ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５５５ｎｍにおいて約５０％であり、Ｐ偏光が４５°−２°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５５５ｎｍから１５６５ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長が１５６０ｎｍにおいて約５０％である。 On the other hand, the transmittance of the optical filter 33 when the P-polarized light is incident at an incident angle of 45 ° -1 ° changes linearly in the section where the wavelength is from 1550 nm to 1560 nm, and is approximately 50% at the wavelength of 1555 nm. When the P-polarized light is incident at an incident angle of 45 ° -2 °, the transmittance of the optical filter 33 changes linearly in the section from 1555 nm to 1565 nm, and about 50% at the wavelength of 1560 nm. It is.

逆にＰ偏光が４５°＋１°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５４０ｎｍから１５５０ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５４５ｎｍにおいて約５０％であり、Ｐ偏光が４５°＋２°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５３５ｎｍから１５４５ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長が１５４０ｎｍにおいて約５０％である。 Conversely, the transmittance of the optical filter 33 when the P-polarized light is incident at an incident angle of 45 ° + 1 ° changes linearly in the section where the wavelength is from 1540 nm to 1550 nm, and is about 50% at the wavelength of 1545 nm. When the P-polarized light is incident at an incident angle of 45 ° + 2 °, the transmittance of the optical filter 33 changes linearly in the section from 1535 nm to 1545 nm, and is about 50% at the wavelength of 1540 nm.

したがって、回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転軸３３ａ周りに回転させ、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の入射角を調整することで、光フィルタ３３の誘電体多層膜３３ｆの構成を変えることなく、光フィルタ３３のフィルタ特性を変化させることができることがわかる。 Therefore, the configuration of the dielectric multilayer film 33 f of the optical filter 33 is changed by rotating the optical filter 33 around the rotation axis 33 a using the rotation mechanism 34 and adjusting the incident angle of the P-polarized light incident on the optical filter 33. It can be seen that the filter characteristics of the optical filter 33 can be changed without any change.

本実施形態のＦＢＧセンサ２００は中心波長が１５５０ｎｍであるが、現実のＦＢＧセンサにおいては、中心波長の設計値は１５５０ｎｍであっても製造されたＦＢＧセンサの中心波長が、製造誤差により１５５０．１ｎｍや１５４９．９ｎｍとなることもある。このような場合には回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転させることで、光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープの中心（透過率が５０％の点）を、実際に使用されるＦＢＧセンサの中心波長に合わせることができる。 The FBG sensor 200 of the present embodiment has a center wavelength of 1550 nm. However, in an actual FBG sensor, even if the design value of the center wavelength is 1550 nm, the center wavelength of the manufactured FBG sensor is 1550.1 nm due to manufacturing errors. Or 1549.9 nm. In such a case, by rotating the optical filter 33 using the rotation mechanism 34, the center of the slope of the filter characteristic of the optical filter 33 (the point at which the transmittance is 50%) is adjusted to the actual FBG sensor used. It can be adjusted to the center wavelength.

具体的には、実際に使用されるＦＢＧセンサの中心波長が１５５０．１ｎｍであることが観測された場合には、回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転し、偏光フィルタ３２からのＰ偏光の入射角をわずかに小さくする。これにより、図７に示す通り光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープをわずかに長波長側にシフトすることができ、スロープの中心を、ＦＢＧセンサの中心波長１５５０．１ｎｍに合せることにより、ひずみが生じる前の信号強度比較部４２の初期値を設定することができる。 Specifically, when it is observed that the center wavelength of the actually used FBG sensor is 1550.1 nm, the optical filter 33 is rotated using the rotation mechanism 34 and the P-polarized light from the polarization filter 32 is obtained. The incident angle of is slightly reduced. As a result, as shown in FIG. 7, the slope of the filter characteristic of the optical filter 33 can be slightly shifted to the longer wavelength side, and distortion occurs when the center of the slope is adjusted to the center wavelength of 1550.1 nm of the FBG sensor. The initial value of the previous signal intensity comparison unit 42 can be set.

また、ＦＢＧセンサ２００の、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇからの戻り光の波長は、ＦＢＧセンサ２００にひずみが生じた場合のみではなく、ＦＢＧセンサ２００に温度変化が生じた場合にもシフトする。このような温度変化に起因する戻り光の波長のシフトは、ＦＢＧセンサ２００を用いて被計測物のひずみを計測する場合には、誤差の要因となる。 Further, the wavelength of the return light from the fiber Bragg grating portion fbg of the FBG sensor 200 is shifted not only when the FBG sensor 200 is distorted but also when the temperature change occurs in the FBG sensor 200. The shift of the wavelength of the return light due to such a temperature change causes an error when measuring the strain of the measurement object using the FBG sensor 200.

本実施形態のインテロゲータ１００においては、検出部３０の回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転し、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の入射角を変更することで、ＦＢＧセンサ２００の温度変化により生じる戻り光の波長のシフトを補償することができる。 In the interrogator 100 of the present embodiment, the optical filter 33 is rotated using the rotation mechanism 34 of the detection unit 30, and the incident angle of the P-polarized light incident on the optical filter 33 is changed, so that the temperature change of the FBG sensor 200 occurs. The resulting shift in the wavelength of the return light can be compensated.

具体的には、ＦＢＧセンサ２００の温度変化により、ＦＢＧセンサからの戻り光が長波長側にシフトした場合には、回転機構３４により光フィルタ３３を回転し、偏光フィルタ３２からのＰ偏光の入射角をわずかに小さくする。これにより、図７に示す通り光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープをわずかに長波長側にシフトすることができ、ＦＢＧセンサ２００の温度変化に起因して長波長側にシフトした戻り光の波長のピークと、光フィルタのフィルタ特性のスロープの中心とを合わせることができる。すなわち、ＦＢＧセンサ２００の温度変化により生じる戻り光の波長のシフトを補償することができる。 Specifically, when the return light from the FBG sensor is shifted to the long wavelength side due to the temperature change of the FBG sensor 200, the optical filter 33 is rotated by the rotation mechanism 34, and the P-polarized light is incident from the polarization filter 32. Make the corner slightly smaller. Thereby, as shown in FIG. 7, the slope of the filter characteristic of the optical filter 33 can be slightly shifted to the longer wavelength side, and the wavelength of the return light shifted to the longer wavelength side due to the temperature change of the FBG sensor 200 can be obtained. The peak and the center of the slope of the filter characteristic of the optical filter can be matched. That is, it is possible to compensate for the wavelength shift of the return light caused by the temperature change of the FBG sensor 200.

また、偏光プリズム３２からのＰ偏光の光フィルタ３３に対する入射角が、地震などの環境変化や何らかの外乱等の理由により初期値である４５°からずれる場合もある。このような場合にも、回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転することで、Ｐ偏光の光フィルタ３３に対する入射角を４５°に戻すことができる。 In addition, the incident angle of the P-polarized light filter 33 from the polarizing prism 32 may deviate from the initial value of 45 ° for reasons such as an environmental change such as an earthquake or some disturbance. Even in such a case, the incident angle with respect to the P-polarized optical filter 33 can be returned to 45 ° by rotating the optical filter 33 using the rotation mechanism 34.

上記した回転機構３４で光フィルタ３３を回転することによる補償は、例えばＦＢＧセンサを用いて被計測体のひずみの計測を開始する前のアライメントとして行うことができる。ひずみ計測の前に、ＦＢＧセンサの製造誤差や温度変化を考慮して、ＦＧＢセンサからの戻り光の中心波長に光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心を合わせることで、戻り光の波長のシフトに基づく被計測体のひずみの計測をより正確に行うことができる。 Compensation by rotating the optical filter 33 by the rotation mechanism 34 described above can be performed as alignment before starting measurement of the strain of the measurement object using, for example, an FBG sensor. Before the strain measurement, considering the manufacturing error and temperature change of the FBG sensor, the slope center of the filter characteristic of the optical filter 33 is aligned with the center wavelength of the return light from the FGB sensor, thereby shifting the wavelength of the return light. It is possible to more accurately measure the strain of the measured object based on the measured object.

回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転し、光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心をＦＢＧセンサ２００の中心波長に合わせる具体的な工程は様々であるが、一例として、第１検出部３５の受光量に応じた電圧信号と、第２検出部３６の受光量に応じた電圧信号とを比較し、これらが一致した場合に、光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心とＦＢＧセンサ２００の中心波長とが一致したと判断することができる。このような調整は、制御部４０を用いて自動で行ってもよく、インテロゲータ１００の使用者が手動で行ってもよい。 There are various specific processes for rotating the optical filter 33 using the rotation mechanism 34 and adjusting the slope center of the filter characteristic of the optical filter 33 to the center wavelength of the FBG sensor 200. As an example, the first detection unit 35 A voltage signal corresponding to the amount of received light is compared with a voltage signal corresponding to the amount of received light of the second detector 36, and if they match, the slope center of the filter characteristic of the optical filter 33 and the center wavelength of the FBG sensor 200 are compared. Can be determined to match. Such adjustment may be performed automatically using the control unit 40, or may be performed manually by the user of the interrogator 100.

本実施形態の検出部（ＦＢＧセンサ用の検出装置）３０、及びこれを備えるインテロゲータ１００の効果を以下にまとめる。 The effects of the detection unit (detection device for FBG sensor) 30 of this embodiment and the interrogator 100 including the same are summarized below.

本実施形態の検出部３０が有する光フィルタ３３は、ガラス基板３３ｂ上に、スパッタリングや蒸着等により誘電体多層膜３３ｆを積層することにより形成されている。従って光フィルタ３３のフィルタ特性が光フィルタ３３の温度変化によって変化することがなく、ＦＢＧセンサ２００を用いたひずみ計測において、光フィルタの温度変化による誤差の発生を抑制することができる。 The optical filter 33 included in the detection unit 30 of the present embodiment is formed by laminating a dielectric multilayer film 33f on the glass substrate 33b by sputtering, vapor deposition, or the like. Therefore, the filter characteristics of the optical filter 33 are not changed by the temperature change of the optical filter 33, and the occurrence of errors due to the temperature change of the optical filter can be suppressed in strain measurement using the FBG sensor 200.

本実施形態の検出部３０は、回転機構３４によって光フィルタ３３を回転して光フィルタ３３のフィルタ特性を変更することができるため、ＦＢＧセンサ２００の中心波長と光フィルタ３３のフィルタ特性とを、容易に適切な関係に調整することができる。したがって、ＦＢＧセンサ２００の中心波長が製造誤差等によって設計値と異なる場合や、光フィルタ３３のフィルタ特性が製造誤差等によって設計値と異なる場合でも、光フィルタ３３を回転させることで、ＦＢＧセンサ２００の中心波長と光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心とを一致させることができる。また、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長が、ＦＢＧセンサ２００の温度変化によってシフトした場合にも、光フィルタ３３を回転することで、ＦＢＧセンサ２００のシフト後の波長と光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心とを一致させることができる。 Since the detection unit 30 of the present embodiment can change the filter characteristic of the optical filter 33 by rotating the optical filter 33 by the rotation mechanism 34, the center wavelength of the FBG sensor 200 and the filter characteristic of the optical filter 33 are It can be easily adjusted to an appropriate relationship. Therefore, even when the center wavelength of the FBG sensor 200 is different from the design value due to a manufacturing error or the filter characteristic of the optical filter 33 is different from the design value due to a manufacturing error or the like, the FBG sensor 200 is rotated by rotating the optical filter 33. And the slope center of the filter characteristic of the optical filter 33 can be matched. Further, even when the wavelength of the return light from the FBG sensor 200 is shifted due to the temperature change of the FBG sensor 200, the wavelength after the shift of the FBG sensor 200 and the filter characteristics of the optical filter 33 are rotated by rotating the optical filter 33. The slope center can be matched.

本実施形態の検出部３０は、偏光フィルタ３２を用いてＰ偏光のみを光フィルタ３３に入射させている。したがって、光フィルタ３３のフィルタ特性においてスロープが直線的になり、ひいては制御部４０におけるＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長を求めるための演算が容易である。
＜変形例＞ The detection unit 30 of the present embodiment uses the polarizing filter 32 to allow only the P-polarized light to enter the optical filter 33. Therefore, the slope of the filter characteristic of the optical filter 33 becomes linear, and the calculation for obtaining the wavelength of the return light from the FBG sensor 200 in the control unit 40 is easy.
<Modification>

次に検出部の変形例について、図８及び図９を参照して説明する。 Next, a modified example of the detection unit will be described with reference to FIGS.

検出部３０Ｍは、光フィルタ３３Ｍの入射面が光ファイバ３１ａの出射光に対して１０５°をなしている。すなわち偏光フィルタ３２からのＰ偏光が、光フィルタ３３Ｍの光軸（入射面に対する法線）に対して１５°の入射角で入射し、１５°の反射角で反射されるように配置されている。このため第２光検出器３６Ｍは、光フィルタ３３Ｍからの反射光を受光するような位置に配置されている。以下では、上記実施形態の検出部３０と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。 In the detection unit 30M, the incident surface of the optical filter 33M forms 105 ° with respect to the light emitted from the optical fiber 31a. That is, the P-polarized light from the polarizing filter 32 is incident at an incident angle of 15 ° with respect to the optical axis (normal line to the incident surface) of the optical filter 33M and is reflected at a reflection angle of 15 °. . For this reason, the second photodetector 36M is arranged at a position to receive the reflected light from the optical filter 33M. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the detection part 30 of the said embodiment, and description is abbreviate | omitted.

光フィルタ３３Ｍのフィルタ特性は、光フィルタ３３Ｍに対する入射光の入射角に応じて変化する。具体的には、図９に実線で示す通り、Ｐ偏光が１５°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５４５ｎｍから１５５５ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５５０ｎｍにおいて約５０％である。 The filter characteristics of the optical filter 33M change according to the incident angle of the incident light with respect to the optical filter 33M. Specifically, as shown by the solid line in FIG. 9, the transmittance of the optical filter 33M when the P-polarized light is incident at an incident angle of 15 ° changes linearly in the section where the wavelength is from 1545 nm to 1555 nm. It is about 50% at a wavelength of 1550 nm.

これに対し、Ｐ偏光が１５°−１°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５４８ｎｍから１５５８ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５５２ｎｍにおいて約５０％であり、Ｐ偏光が１５°−２°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５５１ｎｍから１５６１ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長が１５５６ｎｍにおいて約５０％である。 On the other hand, the transmittance of the optical filter 33M when the P-polarized light is incident at an incident angle of 15 ° -1 ° changes linearly in the section from 1548 nm to 1558 nm, and is about 50% at the wavelength of 1552 nm. And the transmittance of the optical filter 33M when the P-polarized light is incident at an incident angle of 15 ° -2 ° changes linearly in the interval from 1551 nm to 1561 nm, and is about 50% at the wavelength of 1556 nm. It is.

逆にＰ偏光が１５°＋１°の入射角を有して入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５４２ｎｍから１５５２ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５４７ｎｍにおいて約５０％であり、Ｐ偏光が１５°＋２°の入射角を有して入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５３９ｎｍから１５４９ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長が１５４４ｎｍにおいて約５０％である。 Conversely, the transmittance of the optical filter 33M when the P-polarized light is incident with an incident angle of 15 ° + 1 ° changes linearly in the section where the wavelength is from 1542 nm to 1552 nm, and is about 50% at the wavelength of 1547 nm. And the transmittance of the optical filter 33M when the P-polarized light is incident with an incident angle of 15 ° + 2 ° changes linearly in the wavelength range from 1539 nm to 1549 nm, and is approximately at the wavelength of 1544 nm. 50%.

このように、偏光フィルタ３２からのＰ偏光が１５°の入射光を有して入射するように配置された光フィルタ３３Ｍのフィルタ特性は、上記実施形態の光フィルタ３３のフィルタ特性とは異なり、入射角の変化に対する波長方向のシフト量が少ない。したがって変形例の検出部３０Ｍにおいては、光フィルタ３３Ｍの回転による光フィルタ３３Ｍのフィルタ特性の調整をより精密に行うことができる。また変形例の検出部３０Ｍにおいては、偏光フィルタ３２からのＰ偏光の光フィルタ３３Ｍへの入射角が変動した場合も、その影響が小さい。 Thus, the filter characteristic of the optical filter 33M arranged so that the P-polarized light from the polarization filter 32 is incident with an incident light of 15 ° is different from the filter characteristic of the optical filter 33 of the above embodiment. The shift amount in the wavelength direction with respect to the change in the incident angle is small. Therefore, in the detection unit 30M of the modification, the filter characteristics of the optical filter 33M can be adjusted more precisely by the rotation of the optical filter 33M. In addition, in the detection unit 30M of the modified example, even when the incident angle of the P-polarized light from the polarizing filter 32 to the optical filter 33M varies, the influence is small.

上記の実施形態及び変形例で具体的に説明した以外に、次の変形態様を採用することもできる。 In addition to the specific description in the above-described embodiment and modification, the following modification may be employed.

上記の実施形態及び変形例では、偏光フィルタ３２は、直角プリズムを２つ組合せたキューブ形の偏光ビームスプリッタであったが、これに代えて、平板状の偏光ビームスプリッタ等、任意の偏光ビームスプリッタを使用することができる。また上記の実施形態及び変形例において、偏光フィルタ３２を省略することもできる。 In the above-described embodiment and modification, the polarizing filter 32 is a cube-shaped polarizing beam splitter in which two right-angle prisms are combined. Instead, an arbitrary polarizing beam splitter such as a flat polarizing beam splitter is used. Can be used. Further, in the above-described embodiment and modification, the polarizing filter 32 can be omitted.

上記の実施形態及び変形例では、光フィルタ３３の回転軸３３ａは、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の光路と交差するように画成されていたがこれには限られない。光フィルタ３３の回転軸３３ａは、光軸方向及び直交方向に直交して延在していればどのような位置に配置してもよい。 In the embodiment and the modification described above, the rotation shaft 33a of the optical filter 33 is defined so as to intersect with the optical path of P-polarized light incident on the optical filter 33, but is not limited thereto. The rotation axis 33a of the optical filter 33 may be disposed at any position as long as it extends perpendicular to the optical axis direction and the orthogonal direction.

上記の実施形態及び変形例の回転機構３４は、モータ３４ｍを有し、角度制御部４１によって制御されて光フィルタ３３の回転を行っていたが、これには限られない。回転機構３４は、光フィルタ３３を回転するための機構であればどのような構成であってもよく、例えば光フィルタ３３の回転軸３３ａにつまみを取り付け手動で回転してもよい。 Although the rotation mechanism 34 of the above-described embodiment and the modification has the motor 34m and is controlled by the angle control unit 41 to rotate the optical filter 33, it is not limited thereto. The rotation mechanism 34 may have any configuration as long as it is a mechanism for rotating the optical filter 33. For example, a knob may be attached to the rotation shaft 33a of the optical filter 33 and rotated manually.

上記の実施形態及び変形例においてはＦＢＧセンサ２００の中心波長を１５５０ｎｍとしたが、ＦＢＧセンサの中心波長はどのような値であってもよい。 In the above embodiment and the modification, the center wavelength of the FBG sensor 200 is 1550 nm, but the center wavelength of the FBG sensor may be any value.

上記の実施形態において、制御部４０は、光フィルタ３３の回転量と、光フィルタ３３のフィルタ特性のシフト量との関係を予め記憶した記憶部（不図示）を有していてもよい。制御部４０の記憶部がこのような関係を記憶している場合には、使用者は、ＦＢＧセンサの中心波長を制御部４０に入力するだけで、光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心をＦＢＧセンサの中心波長に合わせることができる。また、ＦＢＧセンサ２００の近傍に温度センサを設けるとともに、制御部４０の記憶部に、ＦＢＧセンサ２００における温度変化と中心波長のシフト量との関係を記憶させておいてもよい。この構成によれば、制御部４０は、温度センサの計測値に基づいてＦＢＧセンサ２００における中心波長のシフト量と求め、次いで、予め記憶した光フィルタ３３の回転量と光フィルタ３３のフィルタ特性のシフト量との関係に基づいて、求めた中心波長のシフト量が補正されるように回転機構３４を制御部４０により制御して、光フィルタ３３を回転させることができる。 In the above embodiment, the control unit 40 may include a storage unit (not shown) that stores in advance the relationship between the rotation amount of the optical filter 33 and the shift amount of the filter characteristic of the optical filter 33. When the storage unit of the control unit 40 stores such a relationship, the user simply inputs the center wavelength of the FBG sensor to the control unit 40 and sets the slope center of the filter characteristic of the optical filter 33 to FBG. It can be adjusted to the center wavelength of the sensor. Further, a temperature sensor may be provided in the vicinity of the FBG sensor 200, and the relationship between the temperature change in the FBG sensor 200 and the shift amount of the center wavelength may be stored in the storage unit of the control unit 40. According to this configuration, the control unit 40 obtains the shift amount of the center wavelength in the FBG sensor 200 based on the measurement value of the temperature sensor, and then determines the rotation amount of the optical filter 33 and the filter characteristics of the optical filter 33 stored in advance. Based on the relationship with the shift amount, the optical filter 33 can be rotated by controlling the rotation mechanism 34 by the control unit 40 so that the obtained shift amount of the center wavelength is corrected.

上記の実施形態においては、光フィルタ３３は偏光フィルタ３２からのＰ偏光が４５°の入射角を有して入射するように配置されており、上記の変形例においては、光フィルタ３３Ｍは偏光フィルタ３２からのＰ偏光が１５°の入射角を有して入射するように配置されていた。しかしながら光フィルタの配置はこれには限られず、偏光フィルタ３２からのＰ偏光が任意の入射角を有して入射するように配置することができる。なお１５°〜４５°の入射角を有して入射するように配置することが好ましい。 In the above embodiment, the optical filter 33 is arranged so that the P-polarized light from the polarizing filter 32 is incident with an incident angle of 45 °. In the above modification, the optical filter 33M is the polarizing filter. The P-polarized light from 32 was arranged to enter with an incident angle of 15 °. However, the arrangement of the optical filter is not limited to this, and the optical filter can be arranged so that the P-polarized light from the polarizing filter 32 is incident at an arbitrary incident angle. In addition, it is preferable to arrange so as to have an incident angle of 15 ° to 45 °.

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the characteristics of the present invention are maintained, the present invention is not limited to the above embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .

本発明のＦＢＧセンサ用の検出装置、及びインテロゲータによれば、ＦＢＧセンサの中心波長と、光フィルタのフィルタ特性とを容易に適切な関係に調整することができ、ＦＢＧセンサを用いた計測の精度を向上することができる。 According to the detection apparatus and interrogator for the FBG sensor of the present invention, the center wavelength of the FBG sensor and the filter characteristics of the optical filter can be easily adjusted to an appropriate relationship, and the accuracy of measurement using the FBG sensor Can be improved.

１０光源
２０カプラ
３０、３０Ｍ検出部（検出装置）
３１フェルール
３２偏光フィルタ
３３、３３Ｍ光フィルタ
３４回転機構
３５第１光検出器
３６、３６Ｍ第２光検出器
４０制御部（回転機構制御部）
４１角度調整部
４２信号強度比較部（信号比較部）
１００インテロゲータ
２００ＦＢＧセンサ 10 light source 20 coupler 30, 30M detector (detector)
31 Ferrule 32 Polarizing Filter 33, 33M Optical Filter 34 Rotation Mechanism 35 First Photodetector 36, 36M Second Photodetector 40 Control Unit (Rotation Mechanism Control Unit)
41 Angle adjustment unit 42 Signal strength comparison unit (signal comparison unit)
100 interrogator 200 FBG sensor

Claims

A detection device for detecting the wavelength of the return light from the FBG sensor,
An optical filter for separating the return light into transmitted light and reflected light;
A first photodetector for receiving the transmitted light from the optical filter;
A second photodetector for receiving the reflected light from the optical filter;
And a rotation mechanism that rotates the optical filter so that an incident angle of the return light to the optical filter changes.

The detection device according to claim 1, further comprising a polarization filter that separates the return light into P-polarized light and S-polarized light, and the P-polarized light of the return light separated by the polarization filter is incident on the optical filter.

The detection device according to claim 1, wherein the optical filter includes a glass substrate and a dielectric multilayer film laminated on the glass substrate.

The detection device according to claim 1, wherein the filter characteristic of the optical filter is adjusted by rotating the optical filter by the rotating mechanism.

The said optical filter is a detection apparatus as described in any one of Claims 1-4 which has the filter characteristic in which the transmittance | permeability changes linearly in the area | region of a predetermined wavelength width.

A light source that emits broadband light to the FBG sensor;
The detection device according to any one of claims 1 to 5,
An interrogator comprising a signal comparison unit that compares detection signals from the first photodetector and the second photodetector.

The interrogator according to claim 6, further comprising a control unit that obtains a strain amount of the FBG sensor based on a comparison result of the signal comparison unit.

An FBG sensor;
A strain detection system comprising the interrogator according to claim 6.

The strain according to claim 8, further comprising a temperature sensor that detects a temperature of the FBG sensor, and a rotation mechanism control unit that controls the rotation mechanism according to a temperature detected by the temperature sensor to rotate the optical filter. Detection system.