JP4458047B2

JP4458047B2 - 光ファイバセンサの外力検出方法及び光ファイバセンサの外力検出装置

Info

Publication number: JP4458047B2
Application number: JP2006043519A
Authority: JP
Inventors: 英敬清末; 正浩長嶋; 篤志茂木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP2007225298A

Description

この発明は、ファイバブラッグ格子（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）（以下、単に「ＦＢＧ」という。）センサを有する光ファイバに光を入射し、ＦＢＧセンサによる反射光の波長ごとの波長シフトを計測して、侵入者等による外力の有無を検知する光ファイバセンサの外力検出方法及びその外力検出装置に関するものである。

従来、光ファイバセンサの外力検出装置（侵入検知装置）としては、フェンス等のセンサ設置場所における破壊を検知する偏波変動検出器（ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ；ＯＴＤＲ）とＦＢＧセンサとを併用したものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３２２２４号公報（第１図）

光ファイバセンサによる侵入検知装置として、従来、ＦＢＧセンサによる反射光の波長シフト量や偏波変動を測定し、侵入者等による外力や光ファイバの切断の検知を行うものがあった。しかし、この種の従来の装置では、設置したＦＢＧセンサの波長変位（シフト）量を測定して侵入者による外力を検出するが、ＦＢＧセンサは、侵入検知用に屋外や温度変化の生じる場所に設置されることが多く、元来の光ファイバの特性である周囲温度の変動や風などの外乱による屈折率の変化が生じやすく、常に一定の屈折率ではないので、ＦＢＧセンサによる反射光に外力の影響ではない波長シフトが生じてしまい、この波長シフトを侵入者等による外力として、誤検出してしまう、又は検出できない（以下、両方のケースを誤検出と称す）おそれがあるという課題があった。また、従来のこの種の装置では、ＦＢＧセンサや光ファイバ用の温度補償機能（外乱補償を含む）がないため、この種の装置・システムが正常に動作しているか否かを判断することも困難であるという課題があった。

この発明は、前記したような課題を解決するためになされたもので、ＦＢＧセンサの周囲温度の変動や風などの外乱によって、一定の時間、屈折率が変化したとしても外力として誤検出しない温度補償機能を有する新規な光ファイバセンサの検査方法及びその検査装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る光ファイバセンサの外力検出方法は、ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバに光を入射し、前記各ブラッグ格子センサにより反射された反射光を受信し、その受信された反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値を超える一次検出反射光波長を所定の時間間隔で検出し、その一次検出反射光波長が検出された後に前記一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサから連続して一次検出反射光波長が検出される回数を算出して、その回数が規定回数を超える場合、前記一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するものである。

請求項２に係る光ファイバセンサの外力検出装置は、ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバと、この光ファイバに対して光を出射する光源と、前記各ブラッグ格子センサにより反射された各波長の反射光を受信する光受信部と、その受信した反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出するスペクトル検出部と、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値を超える反射光の波長である一次検出反射光波長を所定の時間間隔で検出する一次検出反射光波長検出部と、その一次検出反射光波長が検出された後に前記一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサから連続して一次検出反射光波長が検出される回数を算出する回数算出部と、この回数算出部で算出された回数が規定回数を超える二次検出反射光波長を検出する二次検出反射光波長検出部と、この二次検出反射光波長検出部が検出した二次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサを特定するセンサ特定部とを備え、前記センサ特定部が特定したブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するものである。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、一次検出反射光波長が検出された後に一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサから連続して一次検出反射光波長が検出される回数を算出して、その回数が規定回数を超える場合、一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するので、ブラッグ格子センサの周囲温度の変動に関係なく、光ファイバセンサの外力検出方法を提供できるという効果を奏する。

請求項２に係る発明によれば、一次検出反射光波長が検出された後に一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサから連続して一次検出反射光波長が検出される回数を算出して、その回数が規定回数を超える場合、一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったとセンサ特定部がブラッグ格子センサを特定するので、ブラッグ格子センサの周囲温度の変動に関係なく、光ファイバセンサの外力検出装置を提供できるという効果を奏する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置について、図１〜図７を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置のシステム構成図である。図２は、ブラッグ格子センサの基本動作図で、図２（ａ）は、光ファイバセンサの透視図、図２（ｂ）は、ブラッグ格子の拡大図、図３は、ブラッグ格子の外力による反射光の波長シフト図、図４は、実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置の特定部詳細図、図５は、ブラッグ格子の周囲温度の変動による反射光の波長シフト図、図６は、実施の形態１に係る光ファイバセンサの反射光の時間変化図、図７は実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置のフローチャート図である。図１〜図７において、１は光ファイバ、２は光ファイバ１に設けられたブラッグ格子間隔の異なる複数のブラッグ格子センサで、後述のように、面振動センサ、張力センサ及び荷重センサが含まれる。そして、このブラッグ格子センサ２は、それらのセンサの一種類を複数用いる場合やそれらのセンサの複数種類をそれぞれ一つだけ用いる場合も含まれ、用途に応じて適宜使用される。３は、光ファイバ１に光（送信光）を入射するレーザ光源を含む光源で、この光源により発した光は光ファイバ１に供給され、光源３と光ファイバ１とは光学的にカップリングさせている。４は、各ブラッグ格子センサ２により反射された各波長の反射光を受信する光受信部である。５は、光源３からの光（送信光）を光ファイバ１に入射し、光ファイバ１に設けた各ブラッグ格子センサ２からの反射光を光受信部４に送るためのサーキュレータである。６は、光受信部４により受信した反射光の波長ごとの強度分布を検出するスペクトル検出部、７は、スペクトル検出部６により検出された波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が閾値である所定値Δλを超える波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出し、その波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定する特定部である。また、８は、面振動センサのブラッグ格子センサ２が設置されたフェンス、また、９は、張力センサが設置されたフェンス、さらに１０は、荷重センサが上部に設置された壁面である。１１は、フェンス９に設けられた光ファイバ１のブラッグ格子センサ２付近に接続され、フェンス９の上部に張られた検知線である。１２は、壁面１０の上部に設けられた天板、１３は、天板１２の下部に位置し、光ファイバ１のブラッグ格子センサ２を跨ぎ設けられた屈曲弾性体、１４は、光ファイバ１のクラッド、１５は、光ファイバのコアである。

また、１９は、特定部７を含めて装置全体に制御信号や指令信号などを送り制御する制御部である。２０は、制御部１９を操作する操作部、２１は、特定部７（センサ特定部１８）の検査結果などを表示する出力部であり、記憶部１７及びセンサ特定部１８は、特定部７の外部に設けてもよい。２４は、波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が閾値である所定値を超える一次検出反射光波長を検出する一次検出反射光波長検出部、２９は、一次検出反射光波長が検出された後に一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサ２から連続して一次検出反射光波長が検出される回数を算出する回数算出部、２７は、回数算出部２９で算出された回数が規定回数Ｙを超える二次検出反射光波長を検出する二次検出反射光波長検出部、１７は、各ブラッグ格子センサ２に対する共振反射が起こる波長を記憶する記憶部、１８は、二次検出反射光波長検出部２７により検出された波長と記憶部１７に記憶した波長とを照合して、一致する波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定するセンサ特定部である。なお、２２は、ブラッグ格子センサ２を設けた光ファイバ１を含む光接続器で、図１に示すように、例えば、荷重センサ、張力センサ及び面振動センサを互いに接続するものである。ここで、図中及び明細書中のｉは、ｉ＝１，２，…，６で、一般的には、ｉ＝Ｎ（整数）である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

まず、図１〜図３を用いて、実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置の基本動作について説明する。まず、光ファイバセンサとして使用するブラッグ格子センサ２は、図２に示すように、クラッド１４に包まれたコア１５内に設けられたブラッグ格子は、波長（基準共振反射波長）λΒ，格子間隔（周期長）Λ，コア１５の屈折率ｎとすると、λΒ＝２ｎΛという関係が成り立ち、光ファイバに入射した光はブラッグ格子において、波長λΒの光を反射するという特性がある。一方、この光ファイバに外力が加わり、ブラッグ格子にたわみや歪みが生じると、そのブラッグ格子間隔が変わり、反射光の波長がシフトするという特性を有している。したがって、その波長シフトを計測（観測）することにより、光ファイバセンサを設置した位置に侵入者などが侵入すると、その外力がブラッグ格子センサに加わるため、侵入検知に利用することができる。図３に示すように、波長シフトは反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長、基準共振反射波長を波長λ（ｉ）とした場合、ブラッグ格子がたわみや歪みにより、波長λ（ｉ）の前後にシフトすることを示している。±Δλは、外力による波長シフトを検知する閾値である。

図１において、光源３は、広帯域ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＳＥ）光源を使用する。広帯域ＡＳＥ光源は、例えば、波長範囲が１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ，１５２０〜１６２０ｎｍなど種々のものがあるが、ブラッグ格子センサの数やその共振反射波長から適切なのものを選択すればよい。光源３から送られてくる光（送信光）を共振反射波長が広帯域ＡＳＥ光源の波長範囲に含まれる波長λ（１）〜λ（６）のブラッグ格子センサ２が設けられた光ファイバに送信する。なお、λ（１）〜λ（６）は、波長の短い順に並んでおり、λ（１），λ（２）のブラッグ格子センサ２を面振動センサ、λ（３）〜λ（５）のブラッグ格子センサ２を張力センサ（テンションセンサ）、λ（６）のブラッグ格子センサ２を荷重センサとして設置している。ここで、共振反射波長λ（１）〜λ（６）は、波長シフトの検出する閾値±Δλを、１ｎｍとしたとき、ブラッグ格子センサ２の帯域間隔は５ｎｍ程度でよい。

次に、光ファイバセンサの外力検出装置について、その具体的動作を説明する。光源３からの送信光は、サーキュレータ５から光ファイバ１に送られ、各ブラッグ格子センサ２から反射光がサーキュレータ５に戻ってくる。反射光は、サーキュレータ５により光受信部４に送られる。光受信部４は、反射光を受信して反射光の受信ビデオ信号を生成して、スペクトル検出部６に送る。スペクトル検出部６で受信ビデオ信号の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出して、特定部７により反射光の波長シフト量が閾値Δλを超えたか否かで、ブラッグ格子センサに外力が加わっているかどうかを判定する（図３）。閾値は、ブラッグ格子センサごとに値を変更して、センサの感度を設置場所の環境に応じて変更することが可能である。そして、出力部２１は、表示装置や音声出力装置から構成されており、特定部７から送られてくる判定結果に従って、外力を検知したことを表す情報を表示器に表示し、また、音声出力装置から音声（警報音）によって出力する。なお、図１において、外力が加わっている状態とは、
「フェンス８に侵入者などにより振動が与えられると、フェンス８の網に編み込まれた面振動センサのブラッグ格子センサ２に外力が加わり、反射光の波長シフトが生じる」
「フェンス９の上部に張られた検知線１１に侵入者などが接触して振動が与えられると、張力センサのブラッグ格子センサ２に外力が加わり、反射光の波長シフトが生じる」
「壁面１０の上部に設けられた天板１２に侵入者などが上ると、天板１２の下部に位置し、荷重センサのブラッグ格子センサ２を跨ぎ設けられた屈曲弾性体１３が曲り、ブラッグ格子センサ２に外力が加わり、反射光の波長シフトが生じる」
である。

次に、図４〜図７を用いて、本発明である光ファイバセンサの外力検出装置の詳細について説明する。制御部１９は、事前に設定されたタイミングでの内部処理や操作部２０から送られてくる操作コマンドに応答して、光ファイバセンサ１の外力検出を実行するのための種々の制御信号や指令信号を生成して、光ファイバセンサの検査装置の全体と各部の動作タイミングを制御する。なお、事前に設定されたタイミングとは、定期的な外力検出などを想定している。外力検出が実行されると、制御部１９から光源３へ送信光発光の指令信号が送られ、光源３がサーキュレータ５に送信光を送られる。サーキュレータ５は、光源３から送られてくる送信光を光ファイバ１に送り、光ファイバ１に設けられた各ブラッグ格子センサ２からの反射光を光受信部４に送る。光受信部４は、サーキュレータ５から送られてくる反射光を取り込み、反射光のアナログ信号をＡ／Ｄしてデジタル信号に変換し、反射光の受信ビデオ信号としてスペクトル検出部６に送る。スペクトル検出部６は、制御部１９の指令信号により、光受信部４から送られてくるデジタル信号の受信ビデオ信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を求めて特定部７に送り、特定部７は反射光の波長シフト量が閾値Δλを超えたか否かで、どのブラッグ格子センサ２に外力が加わっているかどうかを判定するのだが、ここで、図５に示すように、ブラッグ格子センサ２の周囲温度の変動や風などの外乱により、ブラッグ格子の屈折率ｎが変化して、反射光の波長シフトが生じることがあり、その波長シフト量が外力検出のための閾値Δλに近接する場合や閾値Δλを超えた場合は、ブラッグ格子センサ２に外力が加わっていると誤検出するおそれがあるので、波長シフト量が閾値Δλを超えたか否かの判定で誤検出を防ぐために、温度補償を行う必要がある。なお、侵入検知用にブラッグ格子センサ２を屋外や温度変化の生じる場所に設置することが多いので、瞬間的にブラッグ格子センサ２に風が強く吹きつけた場合でも温度変化や外乱による誤検出が生じる可能性がある。

図６において、時間τ_０の波長では、基準共振反射波長λ（ｉ）から共振反射波長は、殆ど波長シフトしていないが、時間τ_１と時間τ_２以降の波長では、波長シフトが大きく、外力検出の閾値である±Δλの範囲を超えているが、その波長シフトがブラッグ格子センサ２に外力が加わっているかのか、ブラッグ格子センサ２周辺の温度変化や外乱によるものなのかの判別がつかないので、制御部１９は、判定部７へ制御・指令信号を送り、一次検出反射光波長検出部２４が、スペクトル検出部６から送られてきた波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値Δλを超える一次検出反射光波長を検出し、回数算出部２９が、その一次検出反射光波長が検出された後に対応するブラッグ格子センサ２から連続して一次検出反射光波長が検出される回数を算出する。そして、二次検出反射光波長検出部２７は回数算出部２９が算出した回数が規定回数Ｙを超えた一次検出反射光波長を二次検出反射光波長として検出する。つまり、時間τ_１，τ_２の波長のうち、二次検出反射光波長が検出されるのは、時間τ_２の波長だけである。これは、時間τ_１の波長では、基準共振反射波長λ（ｉ）を中心とした閾値Δλを超えているが、時間τ_１以降の（時間τ_２までの）時間の波長が基準共振反射波長λ（ｉ）を中心にした閾値Δλを超えていないので、温度変化や外乱による波長シフトにより共振反射波長が変化し、外力による波長シフトが生じていないと判定されたことを示している。一方、時間τ_２とそれ以降の時間の波長が基準共振反射波長λ（ｉ）を中心とした閾値Δλを連続して超えており、その連続して超えた回数が規定回数Ｙを超えているので、温度変化や外乱による波長シフトにより共振反射波長が変化したのではなく、外力による波長シフトが生じていると判定されたことを示している。なお、規定回数Ｙは、ブラッグ格子センサ２のスペック及び設置環境並びに設置季節により、設定するが、例えば、波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の検出（以下、処理と称す）間隔が２０ｍｓｅｃだとすれば、４回程度でよい。

次に、二次検出反射光波長検出部２７が二次検出反射光波長を検出すると、制御部１９から供給された指令信号により、センサ特定部１８が「二次検出反射光波長の周囲温度や外力による波長シフト量を考慮した本来の基準共振反射波長」と「記憶部１７に記憶された各ブラッグ格子センサ２に対する基準共振反射波長」とを照合して、一致する波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定する。つまり、二次検出反射光波長検出部２７により検出された波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長が温度変化や外力による波長シフト量を差し引いた基準共振反射波長λ（ｉ）が、例えば、λ（４）であれば、記憶部１７に記憶された各ブラッグ格子センサ２の基準共振反射波長λ（１）からλ（６）のうち、一致する波長のλ（４）の反射光に対応するブラッグ格子センサであることが特定できる。仮に、波長シフト量の検出する閾値Δλ＝１ｎｍとした場合、設置するブラッグ格子センサ２同士の共振反射波長の帯域間隔を５ｎｍ程度のものを選択すれば、各ブラッグ格子センサ２の共振反射波長が波長シフトする最大幅を包含するので、隣り合う共振反射波長のブラッグ格子センサ２同士の波長シフトが被る可能性は低い。

さらに、検出された二次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定した後に、センサ特定部１８の特定結果を出力部２１に送るように指令信号が制御部１９から特定部７に送られ、ブラッグ格子センサ２に外力が加わったこと表すメッセージを出力部２１において、外力検出の表示や音声によって出力する。ここで、記憶部１７に記憶されている波長のブラッグ格子センサ２の設置位置が既知であれば、特定したブラッグ格子センサ２の設置位置も分かる。図１の場合で、外力が検出された基準共振反射波長λ（ｉ）がλ（４）であれば、フェンス９に張力センサとして設けられたブラッグ格子センサλ（４）に外力が加わっていることが特定できる。したがって、センサ特定部１８の特定結果に合わせて、設置位置などの情報を記憶部１７に記憶させておいて出力部２１において、どのブラッグ格子センサ２に外力が加わったことを表す情報を表示や音声によって出力してもよい。

図７を用いて、一次検出反射光波長検出部２４、二次検出反射光波長検出部２７、回数算出部２９の統合的な運用について説明する。まず、光受信部４から送られる反射光の受信ビデオ信号をスペクトル検出部６に送る。制御部１９は特定部７に温度補償処理を実施するための制御・指示信号を特定部７に送る。スペクトル検出部６は、制御部１９の指令信号により、光受信部４から送られてくるデジタル信号の受信ビデオ信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を求めて特定部７に送る。ＳＴＥＰ１では、初期値として、ブラッグ格子センサの総数はＮ（したがって、ブラッグ格子センサの番号はｉ＝１,２,…,Ｎ、図１においては、Ｎ＝６である）、各ブラッグ格子センサの基準共振反射波長λ（ｉ）を設定する。各ブラッグ格子センサの外力検出回数用のカウンタＣｏｕｎｔと各ブラッグ格子センサの処理（反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の検出）回数ｎとは、「０」に設定する。ＳＴＥＰ２では、ブラッグ格子センサの番号ｉと処理回数ｎとを「１」に、誤検出防止のための規定回数Ｙをブラッグ格子センサ２のスペック及び設置環境並びに設置季節に応じて設定する。

次に、ＳＴＥＰ３では１番目のブラッグ格子センサに対して、スペクトル検出部６が周波数分析処理を実施した結果得られた波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長λ_１と、１番目のブラッグ格子センサの基準共振反射波長λ（１）との差を求め、その絶対値が外力の有無を判定するための閾値Δλを超えたかどうかを判定する。その結果、閾値Δλを超えた場合は外力有りとなり一次検出反射光波長が検出され、ＳＴＥＰ４において１番目のブラッグ格子センサのカウンタＣｏｕｎｔ値がインクリメントされる。ＳＴＥＰ５でカウンタＣｏｕｎｔの値が誤検出防止のための規定回数Ｙを超えたかどうかを判定する。その結果、誤検出防止のための規定回数Ｙを超えた場合は、ＳＴＥＰ６で１番目のブラッグ格子センサからの外力有りと残され、次のＳＴＥＰ８を実行する。ＳＴＥＰ５で誤検出防止のための規定回数Ｙを超えなかった場合は外力無しと残し、ＳＴＥＰ８を実行する。ＳＴＥＰ３で外力の有無を判定するための閾値Δλを超えなかった場合、つまり、一次検出反射光波長が検出されない場合、ＳＴＥＰ７でカウンタＣｏｕｎｔ値に「０」を加え、さらに外力無しと残し、ＳＴＥＰ８を実行する。

ＳＴＥＰ８では、ＳＴＥＰ６からの外力有りの情報から二次検出反射光波長を検出し、ＳＴＥＰ９では、ブラッグ格子センサｉとブラッグ格子センサの総数Ｎとを比較し、ブラッグ格子センサｉがブラッグ格子センサの総数Ｎを超えるまで、ブラッグ格子センサに対する誤検出防止処理を実施するために、ＳＴＥＰ１０で、次のブラッグ格子センサの外力検出処理を行うためにブラッグ格子センサｉをインクリメントして、ＳＴＥＰ３からＳＴＥＰ９を繰り返し実行する。そして、ブラッグ格子センサｉがブラッグ格子センサの総数Ｎ超えた場合は、ＳＴＥＰ１１を実行する。ＳＴＥＰ１１では、制御部１９からの制御・指示信号により、外力検出の終了か継続かを判定する。また、処理回数ｎが事前に設定されている場合は、その回数にｎが達するまでは外力検出を継続する。継続の場合は、ＳＴＥＰ１２で、処理回数ｎをインクリメントして、ＳＴＥＰ３からＳＴＥＰ１１までを繰り返し実行する。外力検出終了の場合は全処理を終了して、外力検出結果結果を制御部１９と出力部２１に送る。出力部２１は、特定部７から受け取った結果に基づき、外力の有無を表すメッセージを生成し、その情報を表示や警報音によって出力する。なお、ＳＴＥＰ８，ＳＴＥＰ９，ＳＴＥＰ１１やＳＴＥＰ１〜１２全体の処理状況を逐次制御部１９に送ってもよい。なお、「ＳＴＥＰ９〜ＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ９」ループと「ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１２〜ＳＴＥＰ１１」ループとを入れ替えて、「全ブラッグ格子センサのブラッグ格子センサごとの二次検出反射光波長検出」のフローから「ブラッグ格子センサごとの二次検出反射光波長検出」のフローに変更して運用してもよい。

外力検出結果からセンサ特定部１８が「検出された波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の外力による波長シフト量を考慮した本来の基準共振反射波長」と「記憶部１７に記憶された基準共振反射波長」とを照合し、一致する波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定する。仮に、波長シフト量の検出する閾値Δλ＝１ｎｍとした場合、設置するブラッグ格子センサ２同士の共振反射波長の帯域間隔を５ｎｍ程度のものを選択すれば、各ブラッグ格子センサ２の共振反射波長が波長シフトする最大幅を包含するので、隣り合う共振反射波長のブラッグ格子センサ２同士の波長シフトが被る可能性は低い。また、センサ特定部１８の特定結果を出力部２１に送るように指令が制御部１９から特定部７に送られ、ブラッグ格子センサ２に外力が加わったことを表すメッセージを出力部２１において、外力検出の表示や音声によって出力する。ここで、記憶部１７に記憶されている波長のブラッグ格子センサ２の設置位置が既知であれば、特定したブラッグ格子センサ２の設置位置も分かる。図１の場合で、外力が検出された基準共振反射波長λ（ｉ）がλ（４）であれば、フェンス９に張力センサとして設けられたブラッグ格子センサλ（４）に外力が加わっていることが特定できる。したがって、センサ特定部１８の特定結果に合わせて、設置位置などの情報を記憶部１７に記憶させておいて出力部２１において、どのブラッグ格子センサ２に外力が加わったこと表す情報が表示や音声によって出力してもよい。

以上のように、ブラッグ格子センサ２からの反射光を周波数分析処理した際に得られる波長と共振反射波長との差が規定回数連続して超えたかを判断するように構成したので、光ファイバセンサの外力検出装置に特別なハードウェアを必要としない簡単なシステム構成により、温度補償処理による光ファイバセンサの外力検出の誤検出を防止でき、オペレータによる操作部２０からの指示で、規定回数Ｙを設定できるように構成したので、設置環境に対応した設定が可能となりシステムの柔軟性を向上させることができる。また、図１のように、各ブラッグ格子センサ２間に光接続器２２を配置した光ファイバ１が設置されているので、ブラッグ格子センサ２の交換が容易となっている。

実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置のシステム構成図である。ブラッグ格子センサの基本動作図である。ブラッグ格子の外力による反射光の波長シフト図である。実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置の特定部詳細図である。ブラッグ格子の周囲温度の変動による反射光の波長シフト図である。実施の形態１に係る光ファイバセンサの反射光の時間変化図である。実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置のフローチャート図である。

１…光ファイバ、２…ブラッグ格子センサ、３…光源、４…光受信部、５…サーキュレータ、６…スペクトル検出部、７…特定部、８…フェンス、９…フェンス、１０…壁面、１１…検知線、１２…天板、１３…屈曲弾性体、１４…クラッド、１５…コア、１７…記憶部、１８…センサ特定部、１９…制御部、２０…操作部、２１…出力部、２２…光接続器、２４…一次検出反射光波長検出部、２７…二次検出反射光波長検出部、２９…回数算出部。

Claims

ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバに光を入射し、前記各ブラッグ格子センサにより反射された反射光を受信し、その受信された反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値を超える一次検出反射光波長を所定の時間間隔で検出し、その一次検出反射光波長が検出された後に前記一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサから連続して一次検出反射光波長が検出される回数を算出して、その回数が規定回数を超える場合、前記一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定する光ファイバセンサの外力検出方法。
ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバと、この光ファイバに対して光を出射する光源と、前記各ブラッグ格子センサにより反射された各波長の反射光を受信する光受信部と、その受信した反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出するスペクトル検出部と、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値を超える反射光の波長である一次検出反射光波長を所定の時間間隔で検出する一次検出反射光波長検出部と、その一次検出反射光波長が検出された後に前記一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサから連続して一次検出反射光波長が検出される回数を算出する回数算出部と、この回数算出部で算出された回数が規定回数を超える二次検出反射光波長を検出する二次検出反射光波長検出部と、この二次検出反射光波長検出部が検出した二次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサを特定するセンサ特定部とを備え、前記センサ特定部が特定したブラッグ格子センサに外力が加わったと判定する光ファイバセンサの外力検出装置。