JP4373837B2 - ファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、ファイバブラッググレーティングからの反射光の中心波長の変化量から物理量を計測するファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法に関する。

ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber bragg grating）は、光波長多重通信のキーコンポーネントとして開発されたものであるが、温度や歪み等の物理量に依存して変化する特定波長帯のＦＢＧ反射光を反射する性質があることから、センサとしての応用が盛んに行われ、近年では図１９に示すように種々のＦＢＧを用いて物理量を計測するＦＢＧ物理量計測装置が開発される（例えば特許文献１参照）。

従来のＦＢＧ物理量計測装置１は、光源２に光ファイバ３の一端を接続し、この光ファイバ３に複数のＦＢＧ４を設けた構成である。この光ファイバ３は、光幹線３ａに複数の光分岐器５を設けて構成され、各光分岐器５からは光分岐路３ｂが分岐する。そして、ＦＢＧ４は各光分岐路３ｂに設けられる。この際、各ＦＢＧ４は、互いに反射するＦＢＧ反射光の特定波長帯が相互に影響しないように各光分岐器５からの距離に応じて異なる特定波長帯となるように構成される。

また、光源２側の光分岐器５ａには、反射光用光ファイバ３ｃが接続され、この反射光用光ファイバ３ｃの端部には光検出器６が接続される。さらに、この光検出器６と光源２は制御部７と接続され、制御部７は信号処理装置８と接続される。

このようなＦＢＧ物理量計測装置１では、光ファイバ３により多数のＦＢＧ４を設けて、多数点における物理量を計測することを可能とするために、光源２から各ＦＢＧ４に照射する光の波長を可変として複数の波長帯域のＦＢＧ反射光をＦＢＧ４から受光して物理量を求める波長多重方式と、光をパルス光として複数のＦＢＧ４からのＦＢＧ反射光の時間差を利用して複数のＦＢＧ４における物理量を求める時間多重方式とによる信号処理が行われる。

すなわち、光源２の広帯域光源９から広帯域の連続光が出射され、制御部７のスキャン実行部１０により波長可変フィルタ１１が制御されて所定の波長帯域の連続光が選択的に透過せしめられる。さらに、スキャン実行部１０からの指令信号によりトリガ信号印加部１２から光パルス化装置１３にトリガ信号が印加され、波長可変フィルタ１１を透過した所定の波長帯域の連続光はパルス光に変換されて光幹線３ａ、光分岐器５および光分岐路３ｂを経由して各ＦＢＧ４に照射される。

このため、各ＦＢＧ４からは温度や歪み等の物理量に応じた波長帯のＦＢＧ反射光がそれぞれ反射され、光分岐路３ｂ、光分岐器５および光幹線３ａを経由して光源２側の光分岐器５ａにおいて受光される。そして、光検出器６において各ＦＢＧ反射光は波長ごとに走査され、各ＦＢＧ反射光のスペクトルがそれぞれ得られて、制御部７に受信データとして与えられる。

制御部７に与えられたＦＢＧ反射光の受信データは、パルス積分回路１４においてノイズ処理された後、ゲート信号発生部１５において時間ゲートが与えられることにより着目するＦＢＧ４からのパルスが抽出される。さらに、着目するＦＢＧ４からのパルスはＡ／Ｄ変換装置１６においてデジタイズされてスキャン部を介して信号処理装置８の波長中心計算部１７に与えられる。

そして、信号処理装置８の波長中心計算部１７において各ＦＢＧ反射光の波長領域中心が求められ、物理量変換部１８により各ＦＢＧ反射光の波長領域中心が物理量に変換される。

このようなＦＢＧ４を用いた物理量のセンシングは、ＦＢＧ４のファイバコア中に作られたブラッグ回折格子のピッチの変化に伴う光の反射波長の変化に基づいて行われる。センシングの対象となる物理量としては、温度や歪の他、振動、圧力、水位計測等の物理量が挙げられ、ＦＢＧ４のブラッグ回折格子のピッチ変化を各物理量に変換するメカニズムがＦＢＧ物理量計測装置１に設けられてセンサが構成される。
特開２００２−３５２３６９号公報（第７頁―第１１頁、図６参照）

従来の波長多重方式による信号処理と時間多重方式による信号処理とを併用したＦＢＧ物理量計測装置１においては、波長多重方式において測定レンジの増加や測定精度の向上に伴って測定時間や測定インターバルが増加するという問題、時間多重方式においてＦＢＧパルス反射光のパルス波高値の測定精度が低下するという問題並びに測定時間が増加するという問題がある。

すなわち、波長多重方式により多数点のセンシングを行う場合、各ＦＢＧ４におけるＦＢＧ反射光の特定波長帯が、互いに重複しないように構成されるためＦＢＧ物理量計測装置１全体の波長測定レンジは、各ＦＢＧ４の応答範囲に相当する波長測定レンジ全体に亘ることとなる。このため、ＦＢＧ反射光の波長測定の際、測定レンジに相当する波長全体を常に走査することとなり、必然的に測定時間や測定インターバルが長くなるという問題がる。

特に波長多重方式では、波長の測定精度を向上させるために測定データの平均化や加算処理といった処理を行う場合に、波長測定レンジが大きく走査範囲が広いと処理時間の増加に繋がる。

このため、波長多重方式における測定時間や測定インターバルは測定対象物に応じて異なるが、測定精度を確保しつつ測定時間や測定インターバルをより短くする技術の開発が望まれる。

一方、時間多重方式により多数点のセンシングを行う場合には、光源２からパルス光が光ファイバ３の各点に配置されたＦＢＧ４に照射される。ここで、各ＦＢＧ４と光源２ないし光検出器６との距離がそれぞれ互いに異なるため、パルス光が各ＦＢＧ４に照射された場合、ＦＢＧパルス反射光が光検出器６において受光されるタイミングに時間差が生じる。

従って、時間多重方式によるセンシングでは、光源２から単一のパルス光が各ＦＢＧ４に照射されると複数のパルス列が光検出器６において受光される。この際、各ＦＢＧ４からの各ＦＢＧパルス反射光の強度は一様とならないため、光検出器６において受光されるパルス列の各パルス波高値は必然的に不ぞろいとなり、パルス波高値の測定精度の低下に繋がる。

特に時間多重方式と波長多重方式とを併用したセンシングでは、光源２から各ＦＢＧ４に照射されるパルス光の波長条件に応じて、光検出器６において受光されるＦＢＧパルス反射光であるパルス列の各パルス波高値は経時的に刻一刻と変化することとなる。

一方、時間多重方式によるセンシングでは、パルス列の中からゲート信号を使って特定の着目パルスだけを取り出してデータ処理されるが、これはパルス列における他のパルスの情報を捨てていることになり、光検出器６において得られたパルス列のデータ利用効率が低下して測定時間の増加に繋がるという問題がある。

一方、一般的に微弱で高速なパルス列を検出する場合には、高速かつ全帯域をカバーしつつパルス列を増幅させるために、複数の増幅器により多段階に増幅される。このため必然的に各増幅器は、交流結合回路で構成されることとなる。従って、パルス列の中のパルスが存在しない部分の直流レベルはゼロ電位とならずに、パルス列の各パルス波高値やパルス間隔、パルス列周期に依存した直流レベルに落ち着く。

しかし、時間多重方式によるセンシングでは、パルス列の各パルス波高値が一様とならないため、パルス列の中からゲート信号を使って特定の着目パルスだけを取り出してアナログパルスを処理するような場合には、パルス列の中のパルスが存在しない部分の直流レベルが分からなくなるという問題が生じる。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、物理量の測定精度を確保しつつより短時間で多点における物理量を計測することが可能なファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法を提供することを目的とする。

本発明に係るファイバブラッググレーティング物理量計測装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、光ファイバと、この光ファイバ上に設けられた複数のＦＢＧと、前記ＦＢＧに所要の波長帯域の光を照射させるための波長可変フィルタを備えた光源と、前記ＦＢＧからのＦＢＧ反射光を受光して受信データを取得する光検出器と、前記ＦＢＧ反射光に対して部分詳細スキャンモードの波長走査範囲について予め設定された所要の詳細走査点数で波長走査を実行させるように前記波長可変フィルタを制御する部分詳細スキャン部と、前記ＦＢＧ反射光に対して前記部分詳細スキャンモードの波長走査範囲よりもスキャン範囲が広くかつ前記部分詳細スキャンモードのスキャン間隔よりも広いスキャン間隔としたプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件を設定するプリスキャンパラメータ設定部と、このプリスキャンパラメータ設定部により設定されたスキャン条件で前記プリスキャンモードによる波長走査を前記部分詳細スキャンモードによる波長走査に先だって実行させるように前記波長可変フィルタを制御する一方、前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求め、求めた波長領域中心の両側に前記部分詳細スキャンモードにおける詳細走査点数を確保できるような区間を前記部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定するプリスキャン部と、前記部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める波長中心計算部と、前記波長中心計算部により求められた前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する物理量変換部とを有することを特徴とするものである。

また、本発明に係るＦＢＧ物理量計測方法は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、プリスキャンモードによる波長走査を実行することにより、複数のＦＢＧに所要の波長帯域の光を照射させてＦＢＧ反射光を受光して受信データとして取得するステップと、前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求めるステップと、前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定するステップと、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲について前記詳細走査点数で波長走査を実行することにより部分詳細スキャンモードにおけるＦＢＧ反射光を受信データとして取得するステップと、前記部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求めるステップと、前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換するステップとを有することを特徴とする方法である。

本発明に係るファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法においては、物理量の測定精度を確保しつつより短時間で多点における物理量を計測することができる。

本発明に係るファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係るファイバブラッググレーティング物理量計測装置の第１の実施形態を示す構成図である。

ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）物理量計測装置２０は、光源２１に光ファイバ２２の一端を接続し、この光ファイバ２２に複数のＦＢＧ２３を設けた構成である。この光ファイバ２２は、光幹線２２ａに複数の光分岐器２４を設けて構成され、各光分岐器２４からは光分岐路２２ｂが分岐する。そして、ＦＢＧ２３は各光分岐路２２ｂに直列に設けられる。

また、光源２１側の光分岐器２４ａには、反射光用光ファイバ２２ｃが接続され、この反射光用光ファイバ２２ｃの端部には光検出器２５が接続される。さらに、この光検出器２５と光源２１は共通の制御部２６と接続され、制御部２６は信号処理装置２７と接続される。

ＦＢＧ２３は、ファイバコア中にブラッグ回折格子を設けて構成され、温度、歪、振動、圧力、水位計測等の物理量に依存してブラッグ回折格子のピッチが変化するため、物理量に応じた特定波長帯のＦＢＧ反射光を反射する性質を有する。このため、ＦＢＧ反射光の波長から物理量を求めることができる。そして、各ＦＢＧ２３は、互いに反射するＦＢＧ反射光の特定波長帯が相互に影響しないように各光分岐器２４からの距離に応じて異なる特定波長帯となるように構成される。

光源２１は、広帯域光源２８、波長可変フィルタ２９および光パルス化装置３０で構成される。広帯域光源２８および波長可変フィルタ２９は、温度に敏感な光学機器に対して十分安定な温度範囲を提供する温度調整部３１に設けられる。広帯域光源２８は、広帯域の連続光（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）を生成する機能を、波長可変フィルタ２９は、広帯域光源２８から広帯域連続光を受けて所定の波長帯域の光を選択的に透過させる機能を、光パルス化装置３０は、波長可変フィルタ２９から所定の波長帯域の光を受けてパルス光に変換する機能をそれぞれ有する。そして、光源２１は、所定の波長帯域のパルス光を光ファイバ２２に設けられた各ＦＢＧ２３に照射することができるように構成される。

光検出器２５は、ＦＢＧ２３からのＦＢＧ反射光を受光して光−電気変換するとともに増幅整形して必要な信号強度と帯域幅の電気パルス信号として受信データを得る機能と、得られた受信データを制御部２６に与える機能とを有する。

制御部２６は、トリガ信号印加部３２、プリスキャン部３３、部分詳細スキャン部３４、プリスキャンパラメータ設定部３５、パルス積分回路３６、ゲート信号発生部３７、Ａ／Ｄ変換装置３８を備え、ＦＢＧ反射光の波長走査範囲、すなわち波長可変フィルタ２９が透過させる光の波長帯域や光パルス化装置３０により生成されるパルス光の送信タイミングを光検出器２５から受けた受信データに基づいて制御する機能を有する。この際、制御部２６は、プリスキャンモードおよび部分詳細スキャンモードの２種類の制御モードにより波長可変フィルタ２９および光パルス化装置３０を制御するように構成される。

トリガ信号印加部３２は、光パルス化装置３０にトリガ信号を与えることにより、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御する機能と、トリガ信号のタイミング情報をゲート信号発生部３７に与える機能とを有する。

プリスキャン部３３は、プリスキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に所要の波長帯域の光を照射させる機能と、トリガ信号印加部３２にプリスキャンモードによる波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる機能とを有する。

また、プリスキャン部３３は、プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データを光検出器２５からパルス積分回路３６、ゲート信号発生部３７およびＡ／Ｄ変換装置３８を介して受けて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める機能と求めた波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する機能とを有する。

部分詳細スキャン部３４は、プリスキャン部３３により決定された部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲について部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に所要の波長帯域の光を照射させる機能と、トリガ信号印加部３２に部分詳細スキャンモードによる波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる機能とを有する。また、部分詳細スキャン部３４は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを信号処理装置２７に与える機能を有する。

プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査の際のスキャン範囲や走査点の間隔（スキャン間隔）等のスキャン条件を設定する機能と、設定したスキャン条件をプリスキャン部３３に与える機能とを有する。

この際、プリスキャンモードによる波長走査の際のスキャン範囲は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲よりも広く、かつ、プリスキャンモードによる波長走査における走査点の間隔（スキャン間隔）は部分詳細スキャンモードによる波長走査における走査点の間隔（スキャン間隔）よりも広い間隔とされる。

図２は図１に示すプリスキャン部３３がプリスキャンモードによる波長走査を実行させる際のスキャン間隔と、部分詳細スキャン部３４が部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させる際のスキャン間隔との関係を示す概念図である。

図２において、縦軸は光検出器２５において受光されたＦＢＧ反射光の光強度Ｙｉを示し、横軸は光検出器２５において受光されたＦＢＧ反射光の波長Ｘｉを示す。また図２中において、実線は着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１を、点線は部分詳細スキャンモードによる波長走査の走査点Ａ２を、一点鎖線はプリスキャンモードによる波長走査の走査点Ａ３を、二点鎖線は着目するＦＢＧ７の設計波長範囲Ａ４をそれぞれ示す。

図２に示すように、プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ａ５を、例えばＦＢＧ７の設計波長範囲Ａ４全体として設定する。さらに、プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６を、ＦＢＧ反射光の波長領域中心Ａ７、すなわちＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１の最大値を求めることができる間隔に設定する。このため、プリスキャンパラメータ設定部３５が設定するプリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１上に少なくとも２つの走査点Ａ３が存在するような間隔であればよい。換言すれば、プリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１における分布幅Ａ１ｄの半値以下であればよい。

一方、部分詳細スキャンモードによる波長走査は、プリスキャンモードによる波長走査で求められた波長領域中心Ａ７から両側に物理量計測の要求精度に応じた走査点の数が確保できる区間として決定された波長走査範囲Ａ８について実行される。この際、部分詳細スキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ９は、物理量計測の要求精度に応じた間隔とされる。

図２は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１上にプリスキャンモードによる波長走査の２つの走査点Ａ３がある場合において、２走査点Ａ３上の受信データに基づいて求めたＦＢＧ反射光の波長領域中心Ａ７から両側に部分詳細スキャンモードによる波長走査の波長走査範囲Ａ８を決定した場合の例である。

一方、制御部２６のパルス積分回路３６は、ボックスカー積分器やゲーテッドインテグレータ等の回路で構成され、光検出器２５からＦＢＧ反射光の電気パルス信号として出力された受信データを受けて受信データのパルス波高に比例したパルス面積を得ることによりノイズ低減処理を実行する機能と、ＦＢＧ反射光のパルス列で構成されるノイズ低減処理後の受信データをゲート信号発生部３７に与える機能とを有する。

ゲート信号発生部３７は、時間ゲートを設定することによりパルス積分回路３６から受けたＦＢＧ反射光のパルス列から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の電気パルス信号を抽出する機能と、抽出したＦＢＧ反射光の電気パルス信号を受信データとしてＡ／Ｄ変換装置３８に与える機能とを有する。すなわち、ゲート信号発生部３７は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号のタイミング情報に基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光が光検出器２５において受光されるタイミングに対応するように所要の遅延時間を伴う時間ゲート信号を発生させて、時間ゲート信号がアクティブな間における電気パルス信号のみを検出するように構成される。

Ａ／Ｄ変換装置３８は、ゲート信号発生部３７から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の受信データを受けてＡ／Ｄ変換してプリスキャン部３３または部分詳細スキャン部３４に与える機能を有する。

一方、信号処理装置２７は、波長中心計算部３９と物理量変換部４０とを有する。波長中心計算部３９は、制御部２６の部分詳細スキャン部３４から部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを受けて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める機能を備える。波長中心計算部３９がＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める方法としては、例えばＦＢＧ反射光の受信データであるスペクトルの分布を二次式等の高次式にフィッティングしてスペクトルの変曲点や最大値を求める方法が挙げられる。

物理量変換部４０はＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する機能を備える。また、ＦＢＧ物理量計測装置２０により経時的に変換する物理量をダイナミック計測する場合には、物理量変換部４０には、次の波長走査の開始指令を制御部２６に与える機能が備えられる。

次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０の作用について説明する。

図３は図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０により物理量を計測する際の手順を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まず、ステップＳ１において、プリスキャンパラメータ設定部３５が、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒを着目するＦＢＧ７の設計波長範囲全体に設定する。さらに、プリスキャンパラメータ設定部３５により、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン間隔が、スキャン範囲Ｒを設定値Ｎで割った値に設定される。ここで、設定値Ｎは、スキャン間隔Ｒ／Ｎの値がＦＢＧ反射光のスペクトルの分布幅の半値以下となるように設定される。そして、プリスキャンパラメータ設定部３５は設定したプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒおよびスキャン間隔Ｒ／Ｎをプリスキャン部３３に与える。

次に、ステップＳ２において、プリスキャンモードによる波長走査が任意数回実行される。すなわち、プリスキャン部３３が、プリスキャンパラメータ設定部３５から受けたプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒについて波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御する。さらに、プリスキャン部３３は、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御するようにトリガ信号印加部３２にトリガ信号の印加指令を与える。

一方、広帯域光源２８からは連続光が波長可変フィルタ２９に与えられる。そして、波長可変フィルタ２９は、スキャン範囲Ｒに相当する波長帯の連続光を選択的に透過させて光パルス化装置３０に与える。光パルス化装置３０は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号に対応するタイミングで、スキャン範囲Ｒの波長帯の連続光をパルス光に変換して光ファイバ２２内に送信する。

このため、スキャン範囲Ｒの波長帯のパルス光は、光幹線２２ａを伝播して各光分岐器２４において分岐し、それぞれ光分岐路２２ｂを伝播して光分岐路２２ｂ上に直列に設けられたＦＢＧ２３に照射される。ここで、パルス光の波長帯は、着目するＦＢＧ２３の設計波長範囲に設定されているため、着目するＦＢＧ２３と同一の設計波長範囲の各ＦＢＧ２３から、温度等の物理量に応じた波長帯のＦＢＧ反射光が生じる。

ＦＢＧ２３において生じたＦＢＧ反射光は、再び光分岐路２２ｂ、光分岐器２４、光幹線２２ａを伝播して光源２１側の光分岐器２４ａから反射光用光ファイバ２２ｃに導かれる。そして、反射光用光ファイバ２２ｃに導かれたＦＢＧ反射光は、光検出器２５において受光され、光−電気変換により電気信号の受信データとなって制御部２６のパルス積分回路３６に与えられる。

パルス積分回路３６は、光検出器２５からＦＢＧ反射光の電気パルス信号として出力された受信データを受けて受信データのパルス波高に比例したパルス面積を得ることによりノイズ低減処理を実行した後、受信データをゲート信号発生部３７に与える。

そして、ゲート信号発生部３７は、トリガ信号印加部３２から受けたタイミング情報に基づいて、着目するＦＢＧ７の位置に応じて一定の遅延時間を伴う時間ゲート信号を設定することによりパルス積分回路３６から受けたＦＢＧ反射光のパルス列から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の電気パルス信号を抽出し、抽出したＦＢＧ反射光の電気パルス信号を受信データとしてＡ／Ｄ変換装置３８に与える。

さらに、Ａ／Ｄ変換装置３８は、ゲート信号発生部３７から受けた受信データをＡ／Ｄ変換してプリスキャン部３３に与える。

尚、計算精度を維持するためにプリスキャンモードによる波長走査が複数回実行される場合には、同様な手順により繰り返しＦＢＧ反射光の受信データがプリスキャン部３３に与えられる。

次に、ステップＳ３において、プリスキャン部３３は、計算精度を維持するために十分なＦＢＧ反射光の受信データが得られると、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求め、求めた波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。そして、プリスキャン部３３は、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える。

このため、ステップＳ４において、部分詳細スキャンモードによる波長走査が任意数回実行される。すなわち、部分詳細スキャン部３４が、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲について波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御する。さらに、部分詳細スキャン部３４は、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御するようにトリガ信号印加部３２にトリガ信号の印加指令を与える。

一方、広帯域光源２８から連続光が波長可変フィルタ２９に与えられる。そして、波長可変フィルタ２９は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲に相当する波長帯の連続光を選択的に透過させて光パルス化装置３０に与え、光パルス化装置３０は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲の波長帯の連続光をパルス光に変換して光ファイバ２２内に送信する。

このためプリスキャンモードによる波長走査の場合と同様に、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲についてのＦＢＧ反射光の受信データが部分詳細スキャン部３４に与えられる。さらに、部分詳細スキャン部３４は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを信号処理装置２７の波長中心計算部３９に与える。

このため、ステップＳ５において、波長中心計算部３９は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求めて物理量変換部４０に与える。

さらに、ステップＳ６において、物理量変換部４０は、波長中心計算部３９から受けたＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する。このため、着目するＦＢＧ２３近傍における温度等の物理量を求めることができる。そして、物理量変換部４０は、次の波長走査の開始指令を制御部２６や光源２１に与え、再びステップＳ２からステップＳ６までの手順により各時刻における物理量が計測される。

以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０によれば、着目するＦＢＧ２３の設計波長範囲全体を物理量の要求精度に応じたスキャン間隔で走査することなく要求精度の物理量を取得することができる。このため、ＦＢＧ物理量計測装置２０によれば、物理量の測定精度を確保しつつより短時間で多点における物理量を計測することが可能となり、物理量の測定速度や測定インターバルを高速化させることができる。

図４は本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第２の実施形態を示す構成図である。

図４に示された、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ａでは、信号処理装置２７に波長判定部５０を設けた構成が図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０と相違する。他の構成および作用については図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０と実質的に異ならないため信号処理装置２７と制御部２６のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

ＦＢＧ物理量計測装置２０Ａの信号処理装置２７は、波長中心計算部３９、波長判定部５０および物理量変換部４０を有する。

波長中心計算部３９は、制御部２６の部分詳細スキャン部３４から部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを受けて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める機能と、求めたＦＢＧ反射光の波長領域中心を波長判定部５０に与える機能とを有する。

ここで、プリスキャン部３３により決定された部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲が適切である場合には、部分詳細スキャン部３４により得られるＦＢＧ反射光のスペクトルは正常となり、適切なＦＢＧ反射光の波長領域中心が求めることができるが、プリスキャン部３３により決定された部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲が何らかの原因で不適切である場合には、部分詳細スキャン部３４により得られるＦＢＧ反射光のスペクトルが異常となり、ＦＢＧ反射光の波長領域中心そのものを適切に求めることができない場合がある。

そこで、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求めることができない場合には、波長中心計算部３９がその旨を波長判定部５０に通知するようにされる。

波長判定部５０は、波長中心計算部３９からＦＢＧ反射光の波長領域中心を受けて、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であるか否かを判定する機能と、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であると判定した場合には、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量変換部４０に与える一方、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定した場合には、プリスキャンパラメータ設定部３５にプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件の再設定指令を与える機能を有する。

ここで、波長判定部５０によるＦＢＧ反射光の波長領域中心の適否の判定方法としては、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲にあるか否かを判定する方法が挙げられる。すなわち、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲が何らかの原因で不適切な場合には、波長走査範囲がずれており波長中心計算部３９により計算されたＦＢＧ反射光の波長領域中心、すなわちＦＢＧ反射光のスペクトルの最大値や変曲点は波長走査範囲外となる。そこで、ＦＢＧ反射光のスペクトルの最大値や変曲点が波長走査範囲外であれば、波長判定部５０は、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が不適切と判定することができる。

また、波長判定部５０が、波長中心計算部３９からＦＢＧ反射光の波長領域中心を求めることができない旨の通知を受けた場合にもＦＢＧ反射光の波長領域中心が不適切と判定することができる。

物理量変換部４０は、波長判定部５０から受けたＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する機能と、物理量をダイナミック計測する場合には、次の部分詳細スキャンモードによる波長走査の開始指令を波長走査範囲とともに部分詳細スキャン部３４に与える機能とを有する。

このため、部分詳細スキャン部３４は、ＦＧＢ反射光の波長領域中心が波長判定部５０により適切な値であると判定された場合には、前回の部分詳細スキャンモードの波長走査範囲で次回の部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御するようにされる。

次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ａの作用について説明する。

図５は図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａにより物理量を計測する際の手順を示すフローチャートである。尚、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示し、図３と同等なステップについては同符合を付して説明を省略する。

まず、ステップＳ１からステップＳ５において、図３に示す手順と同様な手順により、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心が計算される。そして、波長中心計算部３９は、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を波長判定部５０に与える。

次に、ステップＳ１０において、波長判定部５０は、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲内であるか否かを基準として、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であるか否かを判定する。

そして、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定された場合には、ステップＳ１１において、波長判定部５０は、プリスキャンパラメータ設定部３５にプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件の再設定指令を与える。

このため、再びステップＳ１からステップＳ５において、新たなスキャン条件でプリスキャンモードによる波長走査が実行された後、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心が計算される。そして、波長中心計算部３９は、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を波長判定部５０に与え、波長判定部５０はＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であるか否かを判定する。

尚、スキャン条件の再設定方法としては、次第にスキャン間隔を小さくする方法、走査点の位置をシフトさせる方法、スキャン範囲を次第に広く設定する方法等の方法が挙げられる。

この結果、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値となるまで繰返しステップＳ１からステップＳ５において、新たなスキャン条件でプリスキャンモードによる波長走査が実行された後、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心が計算される。

一方、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であると判定された場合には、波長判定部５０が、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量変換部４０に与える。

このため、ステップＳ６において、物理量変換部４０は、波長中心計算部３９から受けたＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する。このため、着目するＦＢＧ２３近傍における温度等の物理量を求めることができる。さらに、物理量変換部４０は、次の波長走査の開始指令を部分詳細スキャン部３４に与える。このため、既にプリスキャン部３３により決定された部分詳細スキャンモードの波長走査範囲について部分詳細スキャン部３４が部分詳細スキャンモードによる波長走査を繰返し実行させて物理量の経時的な変化が測定される。

以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０Ａによれば、図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０と同様な効果に加え、プリスキャンモードのスキャン条件とともに部分詳細スキャンモードの波長走査範囲が不適切で、ＦＧＢ反射光の波長領域中心が不適切な値となっても、自動的にプリスキャンモードのスキャン条件を再設定して適切なＦＧＢ反射光の波長領域中心を求める構成であるため、より安定して物理量を計測することができる。

さらに、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ａによれば、一旦適切なＦＧＢ反射光の波長領域中心を求めることができた場合には、再度プリスキャンモードによる波長走査を実行することなく、既に決定した部分詳細スキャンモードの波長走査範囲について波長走査するため、より短時間で物理量を計測することができる。

図６は本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第３の実施形態を示す構成図である。

図６に示された、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｂでは、信号処理装置２７に走査範囲更新部６０を設けた構成が図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａと相違する。他の構成および作用については図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａと実質的に異ならないため信号処理装置２７と制御部２６のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｂの信号処理装置２７は、波長中心計算部３９、波長判定部５０、物理量変換部４０およびを有する。

波長中心計算部３９および波長判定部５０は、図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａの波長中心計算部３９および波長判定部５０と同様な機能を有する。

物理量変換部４０は、波長判定部５０から受けたＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する機能と、物理量をダイナミック計測する場合には、次の部分詳細スキャンモードによる波長走査の範囲設定指令を走査範囲更新部６０に与える機能とを有する。

走査範囲更新部６０は、波長判定部５０から受けたＦＢＧ反射光の波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を次回の部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する機能と、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与えて部分詳細スキャンモードにおける波長走査を実行させる機能とを有する。

次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｂの作用について説明する。

図７は図６に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｂにより物理量を計測する際の手順を示すフローチャートである。尚、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示し、図５と同等なステップについては同符合を付して説明を省略する。

まず、ステップＳ１からステップＳ６、ステップＳ１０およびステップＳ１１において、図５に示す手順と同様な手順により、適切なＦＢＧ反射光の波長領域中心が計算されて物理量に変換される。このため、着目するＦＢＧ２３近傍における温度等の物理量を求めることができる。さらに、物理量変換部４０は、次の部分詳細スキャンモードによる波長走査の範囲設定指令を走査範囲更新部６０に与える。

次に、ステップＳ２０において、走査範囲更新部６０は、波長判定部５０からＦＢＧ反射光の波長領域中心を受けて、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を次の部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。さらに、走査範囲更新部６０は、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャンモードにおける波長走査の開始指令とともに部分詳細スキャン部３４に与える。

このため、再びステップＳ４から部分詳細スキャンモードによる波長走査が実行されて物理量が繰返し経時的に計測され、ステップＳ２０において随時次の部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲が更新される。

以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０Ｂによれば、図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａと同様な効果に加え、より適切な部分詳細スキャンモードの波長走査範囲を決定することができる。特に、ＦＧＢの波長領域中心が経時的に変化するような場合であっても、ＦＧＢの波長領域中心の変化に追従して次の部分詳細スキャンモードの波長走査範囲を決定することができる。このため、ＦＧＢの波長領域中心が経時的に変化するような場合であっても、ＦＧＢの波長領域中心の値が不適切となる確率を低減させることができる。

図８は本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第４の実施形態を示す構成図である。

図８に示された、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃでは、プリスキャン部３３をプリスキャン実行部７０、データ判定部７１、走査範囲決定部７２およびプリスキャン条件設定部７３で構成した点が図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０と相違する。他の構成および作用については図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０と実質的に異ならないためプリスキャン部３３およびプリスキャン部３３と関連する構成のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃのプリスキャン部３３は、プリスキャン実行部７０、データ判定部７１、走査範囲決定部７２およびプリスキャン条件設定部７３を有する。

プリスキャン実行部７０は、プリスキャンパラメータ設定部３５あるいはプリスキャン条件設定部７３から受けたスキャン範囲Ｒやスキャン間隔等のスキャン条件によりプリスキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に一定の波長帯域の光を照射させる機能と、トリガ信号印加部３２にプリスキャンモードによる波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる機能とを有する。

データ判定部７１は、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データを光検出器２５から受けて、各受信データのうち２番目に大きい光強度と３番目に大きい光強度との差が予め設定された閾値以下であるか否かを判定する機能と、２番目と３番目に大きい光強度の差が予め設定された閾値以下であると判定した場合には、２番目および３番目に大きい光強度に対応する受信データの双方または１番大きい光強度に対応する受信データを走査範囲決定部７２に与える一方、２番目と３番目に大きい光強度の差が予め設定された閾値以下でないと判定した場合には、１番目および２番目に大きい光強度に対応する受信データの双方をプリスキャン条件設定部７３に与える機能を有する。

走査範囲決定部７２は、データ判定部７１から受けた受信データに基づいて部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を決定する機能と、決定した波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える機能とを有する。走査範囲決定部７２は、例えば１番大きい光強度に対応する波長を中心として予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定したり、２番目と３番目に大きい光強度にそれぞれ対応する２つの波長間に一定の値を加算または乗算した区間を波長走査範囲として決定するように構成される。

プリスキャン条件設定部７３は、データ判定部７１から受けた受信データに基づいてプリスキャンモードにおけるスキャン範囲Ｒやスキャン間隔等のスキャン条件を再設定する機能と、再設定したスキャン条件をプリスキャン実行部７０に与えることによりプリスキャンモードにおける波長走査を再度実行させる機能とを有する。プリスキャン条件設定部７３は、例えば１番目および２番目に大きい光強度にそれぞれ対応する２つの波長間に一定の値を加算または乗算した区間をプリスキャンモードにおけるスキャン範囲Ｒとして設定するとともに、設定したスキャン範囲Ｒに少なくとも３つの走査点が存在するようにスキャン間隔を設定するように構成される。

次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃの作用について説明する。

図９は図８に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃにより部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を決定する際の手順を示すフローチャートである。尚、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示し、図３と同等なステップについては同符合を付して説明を省略する。

まず、ステップＳ１において、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒとスキャン間隔Ｒ／Ｎとがプリスキャンパラメータ設定部３５により設定されてプリスキャン実行部７０に与えられる。

次に、ステップＳ２において、プリスキャン実行部７０は、プリスキャンパラメータ設定部３５から受けたスキャン範囲Ｒやスキャン間隔等のスキャン条件によりプリスキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に一定の波長帯域の光を照射させる。この際、プリスキャン実行部７０は、トリガ信号印加部３２にプリスキャンモードによる波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる。

このため、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データが光検出器２５からデータ判定部７１に与えられる。ここで、受信データは、波長Ｘｉと光強度Ｙｉとの関係を示すスペクトルとしてデータ判定部７１に与えられる。

次に、ステップＳ３０において、データ判定部７１は、光検出器２５から受けた各受信データ（Ｘｉ，Ｙｉ）のうち２番目に大きい光強度Ｙｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３との差が予め設定された閾値以下であるか否かを判定する。

すなわち、２番目に大きい光強度Ｙｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３との差が閾値以下であり十分に小さければ２番目に大きい光強度Ｙｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３とが等しいとみなすことができる。２番目に大きい光強度Ｙｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３とが等しい場合には、１番に大きい光強度Ｙｄ１のときの波長Ｘｄ１を中心としてほぼ左右対称にＦＢＧ反射光のスペクトルが分布していると推定できる。従って、２番目に大きい光強度Ｙｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３との差が閾値以下であれば、１番大きい光強度Ｙｄ１をＦＢＧ反射光のスペクトルの最大値とみなすことができる。

そこで、２番目に大きい光強度Ｙｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３との差が閾値以下であると判定した場合には、部分詳細スキャンモードによる波長走査おける適切な走査範囲を決定できるため、２番目と３番目に大きい光強度Ｙｄ２、Ｙｄ３に対応する波長Ｘｄ２、Ｘｄ３または１番に大きい光強度Ｙｄ１に対応する波長Ｘｄ１を走査範囲決定部７２に与える。

そして、ステップＳ３において、走査範囲決定部７２は、ＦＢＧ反射光の波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。

例えば、走査範囲決定部７２は、２番目に大きい光強度Ｙｄ２に対応する波長Ｘｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３に対応する波長Ｘｄ３との間[Ｘｄ２、Ｘｄ３]を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。さらに、波長Ｘｄ２と波長Ｘｄ３との間[Ｘｄ２、Ｘｄ３]に詳細走査点数を確保できない場合には、波長Ｘｄ２と波長Ｘｄ３との間の波長範囲[Ｘｄ２、Ｘｄ３]に一定の値を加算あるいは乗算することにより拡張した範囲を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する一方、波長Ｘｄ２と波長Ｘｄ３との間[Ｘｄ２、Ｘｄ３]に詳細走査点数を十分に確保できる場合には、波長Ｘｄ２と波長Ｘｄ３との間の波長範囲[Ｘｄ２、Ｘｄ３]に一定の値を減算あるいは除算することにより縮小した範囲を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。

また、例えば、走査範囲決定部７２は、１番に大きい光強度Ｙｄ１に対応する波長Ｘｄ１を中心として詳細走査点数を確保できるような区間[Ｘｄ１−α、Ｘｄ１＋α]を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定することもできる。

そして、走査範囲決定部７２は、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える。

このため、ステップＳ４において、走査範囲決定部７２により決定された波長走査範囲について、部分詳細スキャン部３４により部分詳細スキャンモードによる波長走査が実行される。

一方、ステップＳ３０において、データ判定部７１が、２番目に大きい光強度Ｙｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３との差が予め設定された閾値以下でないと判定した場合には、１番大きい光強度Ｙｄ１をＦＢＧ反射光のスペクトルの最大値とみなすことができないため、１番目および２番目に大きい光強度Ｙｄ１、Ｙｄ２に対応する波長Ｘｄ１、Ｘｄ２をプリスキャン条件設定部７３に与える。

すなわち、２番目に大きい光強度Ｙｄ２と３番目に大きい光強度Ｙｄ３との差が予め設定された閾値以下でない場合には、ＦＢＧ反射光のスペクトルの最大値が１番目および２番目に大きい光強度Ｙｄ１、Ｙｄ２に対応する波長Ｘｄ１、Ｘｄ２の間[Ｘｄ１、Ｘｄ２]に存在する。そこで、ＦＢＧ反射光のスペクトルの最大値をプリスキャンモードによる波長走査で検出するために、１番目および２番目に大きい光強度Ｙｄ１、Ｙｄ２に対応する波長Ｘｄ１、Ｘｄ２の間[Ｘｄ１、Ｘｄ２]をプリスキャンモードのスキャン範囲とするようにプリスキャン条件設定部７３に与える。

このため、ステップＳ３１において、プリスキャン条件設定部７３は、データ判定部７１から受けた受信データに基づいてプリスキャンモードにおけるスキャン範囲Ｒやスキャン間隔等のスキャン条件を設定する。

すなわち、プリスキャン条件設定部７３は、１番目および２番目に大きい光強度Ｙｄ１、Ｙｄ２に対応する波長Ｘｄ１、Ｘｄ２の間[Ｘｄ１、Ｘｄ２]をプリスキャンモードにおけるスキャン範囲Ｒとして設定する。さらに、プリスキャンモードにおけるスキャン間隔Ｒ／Ｎを設定する。この際、Ｎの値は、スキャン範囲Ｒに少なくとも３つの走査点が存在し、ＦＢＧ反射光のスペクトルの最大値を検出できるような値とされる。

そして、プリスキャン条件設定部７３は、設定したスキャン範囲Ｒおよびスキャン間隔Ｒ／Ｎをプリスキャン実行部７０に与える。

このため、再びステップＳ２において、プリスキャン実行部７０は、プリスキャン条件設定部７３により設定されたスキャン範囲Ｒやスキャン間隔Ｒ／Ｎ等のスキャン条件によりプリスキャンモードによる波長走査を実行させる。このため、ＦＢＧ反射光のスペクトルの最大値が検出されたと判定されるまで繰返し、プリスキャンモードにおけるスキャン条件が再設定されてプリスキャンモードによる波長走査が実行される。

以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃによれば、図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０と同様な効果に加え、プリスキャンモードにおける波長走査において、より簡易な手法でＦＢＧ反射光の波長領域中心を求めて適切な部分詳細スキャンモードの波長走査範囲を決定することができる。

図１０は本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第５の実施形態を示す構成図である。

図１０に示された、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄでは、プリスキャン部３３をプリスキャン実行部７０、関数適合部８０および走査範囲決定部７２で構成した点が図８に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃと相違する。他の構成および作用については図８に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃと実質的に異ならないためプリスキャン部３３およびプリスキャン部３３と関連する構成のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄのプリスキャン部３３は、プリスキャン実行部７０、関数適合部８０および走査範囲決定部７２を有する。

プリスキャン実行部７０は、図８に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃのプリスキャン実行部７０と同等な機能を有する。

関数適合部８０は、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す少なくとも５つの走査点における各受信データを光検出器２５から受けて、予め保存された分布形状の応答関数が各受信データに適合するように応答関数をシフトすることにより応答関数の中心座標を求める機能と、求めた応答関数の中心座標を走査範囲決定部７２に与える機能とを有する。

ここで、応答関数は、着目するＦＢＧ２３について設計情報として与えられたＦＢＧ反射光のスペクトル形状または予め波長走査することにより得られたＦＢＧ反射光のスペクトル形状と、着目しないＦＢＧ２３からのノイズ信号により光検出器２５において得られるベースラインとを重ね合わせることにより定義することができる。

この際、応答関数の光強度が最大値となるときの波長、すなわち応答関数の中心座標は、パラメータとされる。そして、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データと応答関数とを比較することにより、パラメータとされた応答関数の中心座標を求めることができるようにされる。

走査範囲決定部７２は、関数適合部８０から受けた応答関数の中心座標を中心として予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する機能と、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える機能とを有する。

次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄの作用について説明する。

図１１は図１０に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄにより部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を決定する際の手順を示すフローチャートである。尚、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示し、図９と同等なステップについては同符合を付して説明を省略する。

まず、ステップＳ１からステップＳ２において、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒとスキャン間隔Ｒ／Ｎとがプリスキャンパラメータ設定部３５により設定され、プリスキャン実行部７０により、プリスキャンモードによる波長走査が実行される。このため、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データが光検出器２５から関数適合部８０に与えられる。

次に、ステップＳ４０において、関数適合部８０は、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データを光検出器２５から受けて、予め保存された分布形状の応答関数が各受信データに適合するように応答関数をシフトすることによりパラメータとされた応答関数の中心座標を求める。そして、関数適合部８０は、求めた応答関数の中心座標を走査範囲決定部７２に与える。

次に、ステップＳ３において、走査範囲決定部７２は、関数適合部８０から受けた応答関数の中心座標を中心として予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。すなわち、走査範囲決定部７２は、予め設定した値であるｒを用いて応答関数の中心座標±ｒを部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。この際ｒの２倍値（２ｒ）は、部分詳細スキャンモードによる波長走査において、所要の詳細走査点数を確保できるような区間とされる。

そして、走査範囲決定部７２は、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える。

このため、ステップＳ４において、走査範囲決定部７２により決定された波長走査範囲について、部分詳細スキャン部３４により部分詳細スキャンモードによる波長走査が実行される。

以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄによれば、図８に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｃと同様な効果に加え、部分詳細スキャンモードの波長走査範囲を決定するためのプリスキャンモードにおける波長走査回数や走査点の数を低減させることができる。

図１２は本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第６の実施形態を示す構成図である。

図１２に示された、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｅでは、プリスキャン部３３の関数適合部８０を重心演算部９０に置換した点が図１０に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄと相違する。他の構成および作用については図１０に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄと実質的に異ならないためプリスキャン部３３およびプリスキャン部３３と関連する構成のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｅのプリスキャン部３３は、プリスキャン実行部７０、重心演算部９０および走査範囲決定部７２を有する。

プリスキャン実行部７０は、図１０に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄのプリスキャン実行部７０と同等な機能を有する。

重心演算部９０は、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データを光検出器２５から受けて、重心演算法による計算を実行することによりＦＢＧ反射光の波長中心値を求める機能と、求めた波長中心値を走査範囲決定部７２に与える機能とを有する。

すなわち、重心演算部９０は、まず光検出器２５から受けた各受信データから光強度が１番大きい値となるときの受信データと、光強度が２番目に大き値となるときの受信データを検出する。ここで、ＦＢＧ反射光の波長中心は、光強度が１番大きい値となるときの波長と光強度が２番目に大き値となるときの波長との間に存在することとなる。そこで、光強度が１番大きい値となるときの波長と光強度が２番目に大き値となるときの波長とから両側の受信データの波長点を複数点とって、重心演算法による計算を実行することによりＦＢＧ反射光の波長中心値を求めるようにされる。

走査範囲決定部７２は、重心演算部９０から受けたＦＢＧ反射光の波長中心値を中心として予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する機能と、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える機能とを有する。

次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｅの作用について説明する。

図１３は図１２に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｅにより部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を決定する際の手順を示すフローチャートである。尚、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示し、図１１と同等なステップについては同符合を付して説明を省略する。

まず、ステップＳ１からステップＳ２において、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒとスキャン間隔Ｒ／Ｎとがプリスキャンパラメータ設定部３５により設定され、プリスキャン実行部７０により、プリスキャンモードによる波長走査が実行される。このため、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データが光検出器２５から重心演算部９０に与えられる。

次に、ステップＳ５０において、重心演算部９０は、プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データを光検出器２５から受けて、重心演算法による計算を実行することによりＦＢＧ反射光の波長中心値を求める。すなわち、重心演算部９０は、光強度が１番大きい値Ｙｄ１となるときの波長Ｘｄ１と光強度が２番目に大き値Ｙｄ２となるときの波長Ｘｄ２とから両側の受信データの波長点（Ｘｉ，Ｙｉ）を複数点とって、重心演算法による計算を実行することによりＦＢＧ反射光の波長中心値Ｘｐを求める。

そして、重心演算部９０は、求めたＦＢＧ反射光の波長中心値Ｘｐを走査範囲決定部７２に与える。

次に、ステップＳ３において、走査範囲決定部７２は、重心演算部９０から受けたＦＢＧ反射光の波長中心値Ｘｐを中心として予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。すなわち、走査範囲決定部７２は、予め設定した値であるｒを用いてＦＢＧ反射光の波長中心値Ｘｐ±ｒを部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。この際ｒの２倍値（２ｒ）は、部分詳細スキャンモードによる波長走査において、所要の詳細走査点数を確保できるような区間とされる。

そして、走査範囲決定部７２は、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える。

このため、ステップＳ４において、走査範囲決定部７２により決定された波長走査範囲について、部分詳細スキャン部３４により部分詳細スキャンモードによる波長走査が実行される。

以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０Ｅによれば、図１０に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｄと同様な効果に加え、プリスキャンモードにおける波長走査で得られたＦＢＧ反射光のスペクトルからより精度よく波長中心を求めて部分詳細スキャンモードの波長走査範囲を決定することができる。

図１４は本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第７の実施形態を示す構成図である。

図１４に示された、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｆでは、信号処理装置２７に傾向判定部１００を設けた点が図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａと相違する。他の構成および作用については図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａと実質的に異ならないため信号処理装置２７および制御部２６のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｆの信号処理装置２７は、波長中心計算部３９、波長判定部５０、物理量変換部４０および傾向判定部１００を有する。

波長中心計算部３９および物理量変換部４０は、図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａの波長中心計算部３９および物理量変換部４０と同等な機能をそれぞれ有する。

波長判定部５０は、波長中心計算部３９からＦＢＧ反射光の波長領域中心を受けて、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であるか否かを判定する機能と、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であると判定した場合には、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量変換部４０に与える一方、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定した場合には、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光のスペクトルを波長中心計算部３９から受けて傾向判定部１００に与える機能とを有する。

傾向判定部１００は、波長判定部５０から受けたＦＢＧ反射光のスペクトルの傾向を判定する機能と、ＦＢＧ反射光のスペクトルの傾向に基づいてプリスキャンパラメータ設定部３５にプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件の再設定指令とともに再設定方法を与える機能とを有する。

すなわち、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定された場合には、ＦＢＧ反射光のスペクトルが上に凸の分布形状とならずに光強度が波長の増加とともに単調増加あるいは単調減少する分布形状であると推定される。このため、ＦＢＧ反射光のスペクトルの傾向に応じて次のプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件の適切な再設定方法が決定される。つまり、次のプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲をＦＢＧ反射光の波長領域中心であるスペクトルの最大値や変曲点が存在する側に再設定する必要がある。

そこで、傾向判定部１００には、波長判定部５０から受けたＦＢＧ反射光のスペクトルにおいてＦＢＧ反射光の光強度が波長の増加とともに単調増加するのかあるいは単調減少するのかを判定する機能が備えられる。

そして、判定傾向判定部１００は、ＦＢＧ反射光の光強度が波長の増加とともに単調増加すると判定した場合には、例えば部分詳細スキャンモードによる波長走査の波長走査範囲の開始点が次のプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲の開始点となるようにスキャン範囲を設定するようにプリスキャンパラメータ設定部３５に指令する一方、ＦＢＧ反射光の光強度が波長の増加とともに単調減少すると判定した場合には、例えば部分詳細スキャンモードによる波長走査の波長走査範囲の終了点が次のプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲の終了点となるようにスキャン範囲を設定するようにプリスキャンパラメータ設定部３５に指令するようにされる。

次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｆの作用について説明する。

図１５は図１４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｆにより物理量を計測する際の手順を示すフローチャートである。尚、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示し、図５と同等なステップについては同符合を付して説明を省略する。

まず、ステップＳ１からステップＳ５において、図５に示す手順と同様な手順により、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心が計算される。そして、波長中心計算部３９は、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を波長判定部５０に与える。

次に、ステップＳ１０において、波長判定部５０は、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であるか否かを判定し、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であると判定した場合には、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量変換部４０に与える一方、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定した場合には、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光のスペクトルを波長中心計算部３９から受けて傾向判定部１００に与える。

そして、波長判定部５０により、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定された場合には、ステップＳ６０において、傾向判定部１００が、波長判定部５０から受けたＦＢＧ反射光のスペクトルの傾向を判定し、ＦＢＧ反射光のスペクトルの傾向に基づいてプリスキャンパラメータ設定部３５にプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件の再設定指令とともに再設定方法を与える。

すなわち、傾向判定部１００は、波長判定部５０から受けたＦＢＧ反射光のスペクトルにおいてＦＢＧ反射光の光強度が波長の増加とともに単調増加するのかあるいは単調減少するのかを判定する。そして、傾向判定部１００は、ＦＢＧ反射光の光強度が波長の増加とともに単調増加すると判定した場合には、例えば部分詳細スキャンモードによる波長走査の波長走査範囲の開始点が次のプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲の開始点となるようにスキャン範囲を設定するようにプリスキャンパラメータ設定部３５に指令する。また、傾向判定部１００は、ＦＢＧ反射光の光強度が波長の増加とともに単調減少すると判定した場合には、例えば部分詳細スキャンモードによる波長走査の波長走査範囲の終了点が次のプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲の終了点となるようにスキャン範囲を設定するようにプリスキャンパラメータ設定部３５に指令する。

このため、再びステップＳ１において、プリスキャンパラメータ設定部３５はＦＢＧ反射光の波長領域中心が存在すると考えられる波長区間側を新たなプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲として設定する。また、プリスキャンパラメータ設定部３５はＦＢＧ反射光のスペクトルの分布曲線上に少なくとも３つの走査点を存在させるために、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン間隔を、ＦＢＧ反射光のスペクトルの分布幅の半値以下となるように設定する。

この結果、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲は、ＦＢＧ反射光のスペクトルにおいて、光強度が増加する側にシフトされ、光強度が最低となるときの波長がスキャン範囲の端部となる。

そして、ステップＳ２からステップＳ５において、新たなスキャン条件でプリスキャンモードによる波長走査が実行された後、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心が計算される。そして、波長中心計算部３９は、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を波長判定部５０に与え、波長判定部５０はＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であるか否かを判定する。

この結果、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値となるまで繰返しステップＳ１からステップＳ５において、スキャン条件が更新されてプリスキャンモードによる波長走査が実行された後、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心が計算される。

一方、ＦＢＧ反射光の波長領域中心が適切な値であると判定された場合には、波長判定部５０が、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量変換部４０に与える。

このため、ステップＳ６において、物理量変換部４０は、波長中心計算部３９から受けたＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する。さらに、物理量変換部４０は、次の波長走査の開始指令を部分詳細スキャン部３４に与え、既にプリスキャン部３３により決定された部分詳細スキャンモードの波長走査範囲について部分詳細スキャン部３４が部分詳細スキャンモードによる波長走査を繰返し実行させて物理量の経時的な変化が測定される。

以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０Ｆによれば、図４に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ａと同様な効果に加え、部分詳細スキャンモードの波長走査範囲が不適切で、ＦＧＢ反射光の波長領域中心が不適切な値となった場合において、より適切なプリスキャンモードのスキャン条件を再設定することができる。

図１６は本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第８の実施形態を示す構成図である。

図１６に示された、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇでは、制御部２６および信号処理装置２７の構成が図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０と相違する。他の構成および作用については図１に示すＦＢＧ物理量計測装置２０と実質的に異ならないため制御部２６および信号処理装置２７並びにこれらと関連する構成要素のみ図示し、同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇの制御部２６は、トリガ信号印加部３２、スキャン実行部１１０、有限区間設定部１１１およびＡ／Ｄ変換装置３８を備える一方、信号処理装置２７は、積分処理部１１２、波長中心計算部３９および物理量変換部４０を備える。

制御部２６のトリガ信号印加部３２は、光パルス化装置３０にトリガ信号を与えることにより、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御する機能と、トリガ信号のタイミング情報を有限区間設定部１１１に与える機能とを有する。

スキャン実行部１１０は、各ＦＢＧ７に対応する波長走査範囲について波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に一定の波長帯域の光を照射させる機能と、トリガ信号印加部３２に波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる機能とを有する。また、スキャン実行部１１０は、波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データをＡ／Ｄ変換装置３８から受けて信号処理装置２７に与える機能を有する。

有限区間設定部１１１は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号のタイミング情報に基づいて有限の時間的な区間である有限区間を設定する機能と、設定した有限区間に含まれるＦＢＧ反射光の受信データを光検出器２５から受けてＡ／Ｄ変換装置３８に与える機能とを有する。

Ａ／Ｄ変換装置３８は、有限区間設定部１１１からＦＢＧ反射光の受信データを受けてデジタイズすることによりＡ／Ｄ変換してスキャン実行部１１０に与える機能を有する。

また、信号処理装置２７の積分処理部１１２は、スキャン実行部１１０から有限区間に含まれる各ＦＢＧ反射光の受信データを受けて、積分処理を実行することによりノイズを低減させる機能と、積分処理後の各ＦＢＧ反射光の受信データを波長中心計算部３９に与える機能とを有する。

波長中心計算部３９は、積分処理部１１２から有限区間に含まれる各ＦＢＧ反射光の積分処理後における受信データを受けて、有限区間におけるＦＢＧ反射光の波長領域中心をそれぞれ求める機能を備える。

物理量変換部４０は、波長中心計算部３９から受けた各ＦＢＧ反射光の波長領域中心をそれぞれ物理量に変換する機能を有する。

次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇの作用について説明する。

図１７は、図１６に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇにより波長走査を実行する際の手順を示すフローチャートである。尚、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まず、ステップＳ７０において、スキャン実行部１１０は、ＦＢＧ反射光の波長が波長走査範囲の走査点における波長となるように波長可変フィルタ２９を制御する。このため広帯域光源２８から波長可変フィルタ２９に与えられた連続光から特定の波長帯の連続光が選択透過して光パルス化装置３０に与えられる。さらに、スキャン実行部１１０は、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御するようにトリガ信号印加部３２にトリガ信号の印加指令を与える。

次に、ステップＳ７１において、トリガ信号印加部３２は、光パルス化装置３０にトリガ信号を与える。このため、光パルス化装置３０は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号に対応するタイミングで、波長可変フィルタ２９を透過した連続光をパルス光に変換して光ファイバ２２内に送信する。この際、トリガ信号印加部３２は、トリガ信号を光パルス化装置３０に与えた時刻をタイミング情報として有限区間設定部１１１に与える。

このため、ステップＳ７２において、パルス光が光ファイバ２２に設けられた各ＦＢＧ２３に照射され、パルス光の波長帯に対応する各ＦＢＧ２３からＦＢＧ反射光が反射される。各ＦＢＧ２３からのＦＢＧ反射光は、それぞれ光検出器２５において受光され光−電気変換により電気信号の受信データに変換される。

ここで、各ＦＢＧ２３からのＦＢＧ反射光は、光源２１からのそれぞれの距離に応じた時刻に光検出器２５において受光されるため、受信データは、各ＦＢＧ２３からのＦＢＧ反射光を示す複数のパルス列となる。

さらに同様な、波長走査が経時的に繰返し実行され、各ＦＢＧ２３からのＦＢＧ反射光が順次光検出器２５において受光される。そして、光検出器２５から複数のパルス列で構成される各受信データが順次有限区間設定部１１１に与えられる。

一方、ステップＳ７３において、有限区間設定部１１１は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号のタイミング情報に基づいて、例えば、光源２１からパルス光が出射されるタイミング、すなわちトリガ信号印加部３２から光パルス化装置３０にトリガ信号が印加された時刻を時間起点として、各ＦＢＧ７のうち光源２１から光学的に最も離れた位置にあるＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光が光検出器２５において受光されるまでに要する時間に所要の余裕時間を付加した時間区間を有限区間として設定する。

さらに、有限区間設定部１１１は、有限区間に含まれるＦＢＧ反射光の受信データを光検出器２５から受けてＡ／Ｄ変換装置３８に与える。ここで、有限区間は、光パルス化装置３０にトリガ信号が印加されて光源２１からパルス光が出射された時刻から光源２１から光学的に最も離れた位置にあるＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光が光検出器２５において受光されるまでに要する時間に所要の余裕時間を付加した時間区間としたため、単一のトリガ信号により各ＦＢＧ７から得られた各ＦＢＧ反射光が全て有限区間に含まれてＡ／Ｄ変換装置３８に与えられる。

この結果、各時刻のトリガ信号により得られた各ＦＢＧ反射光の受信データは、それぞれ個別の有限区間に区分されて順次Ａ／Ｄ変換装置３８に与えられる。

次に、ステップＳ７４において、Ａ／Ｄ変換装置３８は、有限区間設定部１１１から各有限区間におけるＦＢＧ反射光の受信データを順次受けてデジタイズすることによりＡ／Ｄ変換してスキャン実行部１１０に与え、スキャン実行部１１０は、各有限区間おけるＦＢＧ反射光の受信データを順次積分処理部１１２に与える。

次に、ステップＳ７５において、積分処理部１１２は、スキャン実行部１１０から有限区間に含まれる各ＦＢＧ反射光の受信データを受けて、積分処理を実行することによりノイズを低減させた後、積分処理後の各ＦＢＧ反射光の受信データを波長中心計算部３９に与える。

この際、積分処理部１１２は受信データの取得間隔、すなわちある時刻におけるトリガ信号から次のトリガ信号までの間に定常状態とみなせない程、物理量とともにＦＢＧ反射光の波長領域中心が変化するような動的なＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の受信データについては、有限区間ごとに個別に積分処理を実行する一方、受信データの取得間隔におけるＦＢＧ反射光の波長領域中心の変化量が定常状態とみなせる程度である静的なＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の受信データについては、各有限区間におけるＦＢＧ反射光の受信データの積算値あるいは積算平均から積分処理を実行する。

図１８は、図１６に示すＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇにより設定された有限区間において取得されたＡ／Ｄ変換後における受信データのパルス列の一例をプロットした図である。

図１８において縦軸は、Ａ／Ｄ変換後における受信データの電圧を示し、横軸は時間を示す。また図１８中の２点鎖線は、受信データのパルス列Ａ１０を示す。

図１８に示すように、光検出器２５が信号増幅処理機能を備える場合には、パルス列Ａ１０は、光検出器２５における信号増幅処理の関係から交流結合状態となり必然的にベースラインＡ１１がゼロレベルではなくなる。図１８は、ベースラインＡ１１がマイナス側であり、４つのパルスＡ１２を含む場合のパルス列Ａ１０の例である。

光パルス化装置３０および光検出器２５から各ＦＢＧ２３までの光路の距離は変換しないため、光源２１からＦＢＧ２３に照射されるパルス光のパルス幅やパルス間隔等の時間条件が同じであれば、各パルスＡ１２のトリガ信号が印加された時刻からの遅延時間は一定である。このため、パルス列Ａ１０上の各パルスＡ１２は一定のパルス波形かつ一定の周期で規則的に現れる。すなわち、有限区間ごとに各パルスＡ１２のパルス上の位置は同等な時間間隔で現れ、各有限区間におけるパルス列Ａ１０の各パルスＡ１２の立上りから立下りまでの区間は一定とみなすことができるため、パルスＡ１２の積算有効区間を十分に一定として積分処理を実行することができる。

このため、例えば図１８において斜線で示した３番目のパルスＡ１２ａの面積を積分処理により求める場合には、３番目のパルスＡ１２ａの立上りから立下りまでの区間を予め積算有効区間Ａ１３として設定し、設定した積算有効区間Ａ１３のディジタルデータを積算することによりパルスＡ１２ａの有効積分値を求めることができる。

ここで、パルスＡ１２の有効積分値をＳｅとするとパルスの有効積分値Ｓｅは式（１）により得られる。

［数１］
Ｓｅ＝Ｓ−ｄ・Ｂ …（１）
ただし、
Ｓ：積算有効区間Ａ１３におけるディジタルデータの積算値
ｄ：積算有効区間Ａ１３におけるディジタルデータの点数（個）
Ｂ：ベースラインＡ１１における電圧
である。

すなわち、式（１）に示すようにパルスＡ１２の有効積分値Ｓｅは、積算有効区間Ａ１３におけるディジタルデータの積算値Ｓから積算有効区間Ａ１３におけるディジタルデータの点数ｄとベースラインＡ１１における電圧Ｂとの積を減算することにより求められる。

このため、パルスＡ１２の有効積分値Ｓを求めるためには、ベースラインＡ１１における電圧Ｂを求めることが必要である。そこで、積分処理部１１２は、例えば有限区間において最後尾のパルスＡ１２ｂの立下り以降の所要区間領域Ａ１４の平均レベルをベースラインＡ１１におけるレベルである電圧Ｂとして求めることができる。最後尾のパルスＡ１２ｂの立下り以降の所要区間領域Ａ１４の平均レベルをベースラインＡ１１におけるレベルとすれば、各パルスＡ１２による影響をより抑制してベースラインＡ１１における電圧を求めることができる。

また、積分処理部１１２は、例えば有限区間において隣接するパルスＡ１２間における所要区間領域Ａ１５の平均レベルをベースラインＡ１１におけるレベルである電圧Ｂとして求めることもできる。特に着目するパルスＡ１２の両側の所要区間領域Ａ１５における平均レベルをベースラインＡ１１におけるレベルである電圧Ｂとすれば、他のパルスＡ１２近傍の領域のレベルに依存することなく特定のパルスＡ１２の有効積分値Ｓを求めることができる。

このような積分処理部１１２の積分処理により、ベースラインＡ１１におけるレベルに依存しないより正確なパルスＡ１２の面積、すなわち光強度を求めることができる。例えば、Ａ／Ｄ変換装置３８の入力レンジを有効に使うために、光検出器２５の出力に故意にオフセット電圧を与えているような場合であっても、オフセット電圧の影響を受けることなく正確な光強度の値を求めることができる。

尚、パルスＡ１２の有効積算区間Ａ１３を固定値あるいは設定値として積分処理を実行したが、パルス光の時間条件が一定でない場合のように、必要に応じて平滑化微分の変化から求めてもよい。

次に、ステップＳ７６において、波長中心計算部３９は、積分処理後の各有限区間におけるＦＢＧ反射光の受信データからそれぞれのＦＢＧ反射光の波長領域中心を順次求めて物理量変換部４０に与える。

さらに、ステップＳ７７において、物理量変換部４０は、波長中心計算部３９から受けた各ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する。このため、各ＦＢＧ２３近傍における温度等の物理量を求めることができる。

以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇによれば、複数の各ＦＢＧ２３からのＦＧＢ反射光の受信データにおいて常に全てのパルス列を用いて各ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める構成であるため、より効率的に受信データの取得および処理を行うことが可能となり、物理量の測定時間や測定インターバルを短縮化させることができる。

すなわち、従来のＦＢＧ物理量計測装置１では、時間ゲート信号を用いて受信データのパルス列から着目するパルスを抽出することにより、物理量を求める構成であったが、パルスの抽出と同時に着目しないパルスに関する情報を捨てることとなるため、受信データに含まれる情報の効率的な利用や処理が図られていなかった。

一方、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇでは、ＦＢＧ２３が着目するものであるか否かの区別がないため、受信データに含まれる情報を捨てることなく全て利用することができる。

また、ＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇでは、各ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める際に受信データのベースラインのレベルを取得して簡易なディジタル演算のみで正味のパルス面を求めて積分処理を実行する構成であるため、物理量の精度を確保することができる。

以上の各実施形態におけるＦＢＧ物理量計測装置２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇにおいて、各構成要素は回路のみならずコンピュータにプログラムを読み込ませて構成してもよい。

また、各ＦＢＧ物理量計測装置２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇの一部の機能を省略して構成してもよい。例えばＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇにおいて、時間多重方式のみによる計測を実行する場合には、波長可変フィルタ２９を設けずに、広帯域光源２８を単色光による光源として波長制御機能を省略してもよい。

また、各ＦＢＧ物理量計測装置２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇを組合せて構成してもよい。例えば、ＦＢＧ物理量計測装置２０とＦＢＧ物理量計測装置２０Ｇとを組合せて、プリスキャン部３３においてＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める際、有限区間に含まれ、複数のパルスを含むパルス列で構成される受信データをデジタイズした後に積分処理を行って複数のＦＢＧ反射光の波長領域中心を時間多重方式で求めてもよい。

本発明に係るファイバブラッググレーティング物理量計測装置の第１の実施形態を示す構成図。 図１に示すプリスキャン部がプリスキャンモードによる波長走査を実行させる際のスキャン間隔と、部分詳細スキャン部が部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させる際のスキャン間隔との関係を示す概念図。 図１に示すＦＢＧ物理量計測装置により物理量を計測する際の手順を示すフローチャート。 本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第２の実施形態を示す構成図。 図４に示すＦＢＧ物理量計測装置により物理量を計測する際の手順を示すフローチャート。 本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第３の実施形態を示す構成図。 図６に示すＦＢＧ物理量計測装置により物理量を計測する際の手順を示すフローチャート。 本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第４の実施形態を示す構成図。 図８に示すＦＢＧ物理量計測装置により部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を決定する際の手順を示すフローチャート。 本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第５の実施形態を示す構成図。 図１０に示すＦＢＧ物理量計測装置により部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を決定する際の手順を示すフローチャート。 本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第６の実施形態を示す構成図。 図１２に示すＦＢＧ物理量計測装置により部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を決定する際の手順を示すフローチャート。 本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第７の実施形態を示す構成図。 図１４に示すＦＢＧ物理量計測装置により物理量を計測する際の手順を示すフローチャート。 本発明に係るＦＢＧ物理量計測装置の第８の実施形態を示す構成図。 図１６に示すＦＢＧ物理量計測装置により波長走査を実行する際の手順を示すフローチャート。 図１６に示すＦＢＧ物理量計測装置により設定された有限区間において取得されたＡ／Ｄ変換後における受信データのパルス列の一例をプロットした図。 従来のＦＢＧ物理量計測装置の構成図。

符号の説明

２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｇ…ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）物理量計測装置、２１…光源、２２…光ファイバ、２２ａ…光幹線、２２ｂ…光分岐路、２２ｃ…反射光用光ファイバ、２３…ＦＢＧ、２４，２４ａ…光分岐器、２５…光検出器、２６…制御部、２７…信号処理装置、２８…広帯域光源、２９…波長可変フィルタ、３０…光パルス化装置、３１…温度調整部、３２…トリガ信号印加部、３３…プリスキャン部、３４…部分詳細スキャン部、３５…プリスキャンパラメータ設定部、３６…パルス積分回路、３７…ゲート信号発生部、３８…Ａ／Ｄ変換装置、３９…波長中心計算部、４０…物理量変換部、５０…波長判定部、６０…走査範囲更新部、７０…プリスキャン実行部、７１…データ判定部、７２…走査範囲決定部、７３…プリスキャン条件設定部、８０…関数適合部、９０…重心演算部、１００…傾向判定部、１１０…スキャン実行部、１１１…有限区間設定部、１１２…積分処理部。

Claims (8)

1. 光ファイバと、この光ファイバ上に設けられた複数のファイバブラッググレーティングと、前記ファイバブラッググレーティングに所要の波長帯域の光を照射させるための波長可変フィルタを備えた光源と、前記ファイバブラッググレーティングからのファイバブラッググレーティング反射光を受光して受信データを取得する光検出器と、前記ファイバブラッググレーティング反射光に対して部分詳細スキャンモードの波長走査範囲について予め設定された所要の詳細走査点数で波長走査を実行させるように前記波長可変フィルタを制御する部分詳細スキャン部と、前記ファイバブラッググレーティング反射光に対して前記部分詳細スキャンモードの波長走査範囲よりもスキャン範囲が広くかつ前記部分詳細スキャンモードのスキャン間隔よりも広いスキャン間隔としたプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件を設定するプリスキャンパラメータ設定部と、このプリスキャンパラメータ設定部により設定されたスキャン条件で前記プリスキャンモードによる波長走査を前記部分詳細スキャンモードによる波長走査に先だって実行させるように前記波長可変フィルタを制御する一方、前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を求め、求めた波長領域中心の両側に前記部分詳細スキャンモードにおける詳細走査点数を確保できるような区間を前記部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定するプリスキャン部と、前記部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を求める波長中心計算部と、前記波長中心計算部により求められた前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を物理量に変換する物理量変換部とを有することを特徴とするファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
2. 前記波長中心計算部から前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を受けて、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が適切な値であるか否かを判定し、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が適切な値であると判定した場合には、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を前記物理量変換部に与える一方、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定した場合には、前記プリスキャンパラメータ設定部に前記プリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件の再設定指令を与える波長判定部を設け、前記部分詳細スキャン部は、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が前記波長判定部により適切な値であると判定された場合には、前回の部分詳細スキャンモードの波長走査範囲で次回の部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させるように前記波長可変フィルタを制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
3. 前記波長中心計算部から前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を受けて、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が適切な値であるか否かを判定し、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が適切な値であると判定した場合には、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を前記物理量変換部に与える一方、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定した場合には、前記プリスキャンパラメータ設定部に前記プリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件の再設定指令を与える波長判定部と、この波長判定部から前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が適切な値であると判定された場合に受けた前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を次回の部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定し、決定した前記部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を前記部分詳細スキャン部に与えて部分詳細スキャンモードにおける波長走査を実行させる走査範囲更新部とを設けたことを特徴とする請求項１記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
4. 前記プリスキャン部に、データ判定部と、走査範囲決定部と、プリスキャン条件設定部とを設け、前記データ判定部は、前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた各受信データのうち２番目に大きい光強度と３番目に大きい光強度との差が予め設定された閾値以下であるか否かを判定し、閾値以下であると判定した場合には、２番目および３番目に大きい光強度に対応する受信データの双方または１番大きい光強度に対応する受信データを前記走査範囲決定部に与える一方、閾値以下でないと判定した場合には、１番目および２番目に大きい光強度に対応する受信データの双方を前記プリスキャン条件設定部に与え、前記走査範囲決定部は、前記データ判定部から受けた前記受信データに基づいて前記部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を決定する一方、前記プリスキャン条件設定部は、前記データ判定部から受けた受信データに基づいて前記プリスキャンモードにおけるスキャン条件を再設定し、再設定したスキャン条件で基づいて前記プリスキャンモードにおける波長走査を再度実行させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
5. 前記プリスキャン部に、関数適合部と、走査範囲決定部とを設け、前記関数適合部は、予め保存された分布形状の応答関数を前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す少なくとも５つの走査点における各受信データに適合するようにシフトさせることにより前記応答関数の中心座標を求める一方、前記走査範囲決定部は、前記応答関数の中心座標を中心として予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を前記部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定して前記部分詳細スキャン部に与えるようにしたことを特徴とする請求項１記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
6. 前記プリスキャン部に、重心演算部と、走査範囲決定部とを設け、前記重心演算部は、前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた光強度を示す各受信データのうち光強度が１番大きい値となるときの波長と光強度が２番目に大きい値となるときの波長とから両側の受信データの波長点を複数点とって、重心演算法による計算を実行することにより前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長中心値を求める一方、前記走査範囲決定部は、前記重心演算部から受けた前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長中心値を中心として予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を前記部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定して前記部分詳細スキャン部に与えるようにしたことを特徴とする請求項１記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
7. 前記波長判定部がファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心が適切な値でないと判定した場合において、前記ファイバブラッググレーティング反射光のスペクトルの傾向に基づいて前記プリスキャンパラメータ設定部に前記プリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件の再設定指令とともに再設定方法を与える傾向判定部を設けたことを特徴とする請求項２または３記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
8. プリスキャンモードによる波長走査を実行することにより、複数のファイバブラッググレーティングに所要の波長帯域の光を照射させてファイバブラッググレーティング反射光を受光して受信データとして取得するステップと、前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を求めるステップと、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定するステップと、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲について前記詳細走査点数で波長走査を実行することにより部分詳細スキャンモードにおけるファイバブラッググレーティング反射光を受信データとして取得するステップと、前記部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を求めるステップと、前記ファイバブラッググレーティング反射光の波長領域中心を物理量に変換するステップとを有することを特徴とするファイバブラッググレーティング物理量計測方法。

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