JP4486951B2 - Fbgセンサシステム - Google Patents
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[第1実施形態]
本発明の第1実施形態のFBGセンサシステムの構成を図1に示す。従来のFBGセンサシステムと同一要素には同一符号を付す。波長可変光源10において、半導体レーザ(LD)1のARコートされている端面から出射された光をコリメートレンズ2によってコリメート光に変換して回折格子3へ入射し、その入射光に対して回折格子3が出射する回折光をMEMSスキャナ60に入射する。MEMSスキャナ60は、反射体35と反射体駆動手段50で構成され、回折格子3から入射されるコリメート光に対する回折光が、反射体35の反射面で回折格子3へ反射されて、再び回折格子3で回折され、それによって得られた回折光がコリメートレンズ2を介してLD1に入射されるとき、LD1に入射される回折光が所望の波長の光となるようにするとともに、この所望の波長が所定の波長範囲を含んで往復掃引されるように反射体35の反射面の角度を反射体駆動手段50により所定の掃引周期で往復回転させている。
本発明の第2実施形態のFBGセンサシステムの構成を図2に示す。図1に示した第1実施形態では、所定の波長範囲(上述の測定波長範囲)の光を含んで正弦波状に波長掃引された光を測定光として連続的にFBG15a、15bに入射するようにしたが、第2実施形態では、パルス発生器19から出力されるパルスeで波長可変光源10のLD1の駆動電流をオン/オフすることによって所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生し、この光パルスを測定光としてFBG15a、15bに入射するようにした。したがって、主に光パルスの発生について説明する。
PR=RP0(1−e−2αL)/2 (2)
S/N=PF/PR=2e−2αL/{R(1−e−2αL) } (3)
−exp{−(αc/n)(t−TS)}] (4)
PR=(RP0/2) e−2αL[exp{−(αc/n)( TF−TE)}
−exp{−(αc/n)( TF−TS)}] (7)
=2/[R[exp{−(αc/n)( TF−TE)}
−exp{−(αc/n)( TF−TS)}]] (8)
本発明の第3実施形態のFBGセンサシステムの構成を図3に示す。図2に示した第2実施形態では、パルス発生器19から出力されるパルスeで波長可変光源10のLD1の駆動電流をオン/オフして測定光としての光パルスを発生するようにしたが、第3実施形態では、波長可変光源10と光サーキュレータ13との間に光スイッチ(光SW)11を備え、この光スイッチ11をパルス発生器19から出力されるパルスeでオン/オフすることによって、波長可変光源10の波長掃引された出力光から測定光としての光パルスを発生するようにした。第2実施形態とは、この点のみ異なり他は同一である。したがって詳細説明は省略する。
本発明の第4実施形態のFBGセンサシステムの構成を図4に示す。図2に示した第2実施形態では、パルス発生器19から出力されるパルスeで波長可変光源10のLD1の駆動電流をオン/オフして測定光としての光パルスを発生するようにしたが、第4実施形態では、波長可変光源10と光サーキュレータ13との間に光増幅器12を備え、この光増幅器12を通る光の増幅をパルス発生器19から出力されるパルスeでオン/オフすることによって、波長可変光源10の波長掃引された出力光から測定光としての光パルスを発生するようにした。第2実施形態とは、この点のみ異なり他は同一である。したがって詳細説明は省略する。
Claims (10)
- ファイバ(14a、14b)を介して測定対象に設けられたFBG(15a、15b)に所定の波長範囲の光を測定光として入射し、該測定光の反射光から当該FBGの反射波長を測定するFBGセンサシステムにおいて、
前記所定の波長範囲の光を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を半導体レーザ(1)で発振し、該光を前記測定光として前記FBGに入射させる波長可変光源(10)と、
前記FBGに入射された前記測定光の該FBGからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部(16)と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記FBGからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段(18)と、
前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記FBGの反射波長を測定する処理手段(17)とを備えたことを特徴とするFBGセンサシステム。 - 前記受光部は、
前記FBGからの反射光を受光するPIN−PD(16a)と、
前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて増幅率が変化し、該PIN−PDからの出力を増幅して前記電気信号を出力する可変増幅器(16b)とを備えたことを特徴とする請求項1に記載のFBGセンサシステム。 - 前記受光部は、
供給される逆バイアス電圧に応じて増倍率が変化し、前記FBGからの反射光を受光して前記電気信号を出力するAPD(16c)と、
前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて、前記逆バイアス電圧を変化可能に前記APDに供給する可変バイアス回路(16d)とを備えたことを特徴とする請求項1に記載のFBGセンサシステム。 - ファイバ(14a、14b)を介して測定対象に設けられたFBG(15a、15b)に所定の波長範囲の光を測定光として入射し、該測定光の反射光から当該FBGの反射波長を測定するFBGセンサシステムにおいて、
前記所定の波長範囲の光を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を半導体レーザ(1)で発振させることを可能にさせた波長可変光源(10)と、
該波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記FBGに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器(19)と、
前記FBGに入射された前記測定光の該FBGからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部(16)と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記FBGからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段(18)と、
前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記FBGの反射波長を測定する処理手段(17)とを備え、
前記パルスで前記波長可変光源の前記半導体レーザの駆動電流をオン/オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記FBGに入射させるようにし、かつ、
前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記FBGからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該FBGへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、
前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記FBGへの入射時間が前記光パルスに対する前記FBGからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であることを特徴とするFBGセンサシステム。 - ファイバ(14a、14b)を介して測定対象に設けられたFBG(15a、15b)に所定の波長範囲の光を測定光として入射し、該測定光の反射光から当該FBGの反射波長を測定するFBGセンサシステムにおいて、
前記所定の波長範囲の光を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を半導体レーザ(1)で発振させる波長可変光源(10)と、
該波長可変光源から出射されて前記FBGに入射される光をオン/オフする光スイッチ(11)と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記FBGに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器(19)と、
前記FBGに入射された前記測定光の該FBGからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部(16)と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記FBGからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段(18)と、
前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記FBGの反射波長を測定する処理手段(17)とを備え、
前記パルスで前記光スイッチをオン/オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記FBGに入射させるようにし、かつ、
前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記FBGからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該FBGへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、
前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記FBGへの入射時間が前記光パルスに対する前記FBGからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であることを特徴とするFBGセンサシステム。 - ファイバ(14a、14b)を介して測定対象に設けられたFBG(15a、15b)に所定の波長範囲の光を測定光として入射し、該測定光の反射光から当該FBGの反射波長を測定するFBGセンサシステムにおいて、
前記所定の波長範囲の光を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を半導体レーザ(1)で発振させる波長可変光源(10)と、
該波長可変光源から出射されて前記FBGに入射される光の増幅をオン/オフする光増幅器(12)と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記FBGに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器(19)と、
前記FBGに入射された前記測定光の該FBGからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部(16)と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記FBGからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段(18)と、
前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記FBGの反射波長を測定する処理手段(17)とを備え、
前記パルスで前記光増幅器をオン/オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記FBGに入射させるようにし、かつ、
前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記FBGからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該FBGへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、
前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記FBGへの入射時間が前記光パルスに対する前記FBGからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であることを特徴とするFBGセンサシステム。 - 前記受光部は、
前記FBGからの反射光を受光するPIN−PD(16a)と、
前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて増幅率が変化し、該PIN−PDからの出力を増幅して前記電気信号を出力する可変増幅器(16b)とを備えたことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載のFBGセンサシステム。 - 前記受光部は、
供給される逆バイアス電圧に応じて増倍率が変化し、前記FBGからの反射光を受光して前記電気信号を出力するAPD(16c)と、
前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて、前記逆バイアス電圧を変化可能に前記APDに供給する可変バイアス回路(16d)とを備えたことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載のFBGセンサシステム。 - 前記波長可変光源は、
一方のレーザ光出射端面がARコートされている前記半導体レーザ(1)と、
該半導体レーザのARコートされている端面から出射された光をコリメートするコリメートレンズ(2)と、
該コリメートレンズから出射されたコリメート光を受けて波長に応じた角度で回折させる回折格子(3)と、
反射体(35)と反射体駆動手段(50)とを含んで構成され、前記回折格子から入射される前記コリメート光に対する回折光が、前記反射体の反射面で該回折格子へ反射されて、再び該回折格子で回折され、それによって得られた回折光が前記コリメートレンズを介して前記半導体レーザに入射されるとき、該半導体レーザに入射される回折光が所望の波長の光となるようにするとともに、該所望の波長が前記所定の波長範囲を含んで往復掃引されるように前記反射体の反射面の角度を前記反射体駆動手段により前記所定の掃引周期で繰り返し変化させるMEMSスキャナ(60)とを備えたことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のFBGセンサシステム。 - 前記MEMSスキャナの反射体は、
固定基板(36、37)と、
該固定基板の縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部(38、39)と、
該軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に前記回折格子からの回折光を反射させるための前記反射面が設けられた反射板(40)とを有しており、かつ、
前記MEMSスキャナの反射体駆動手段は、
前記反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の駆動信号によって前記反射板に力を与えて、該反射板を前記固有振動数又はそれに近い振動数の前記所定の掃引周期で往復回転させるように構成されていることを特徴とする請求項9に記載のFBGセンサシステム。
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