JP4607923B2 - Fiber Bragg grating element reflected light wavelength measurement processing apparatus and processing method - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバブラッググレーティング素子(以下「FBG」という)からの反射光の波長を計測・処理する装置及び方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for measuring and processing the wavelength of reflected light from an optical fiber Bragg grating element (hereinafter referred to as “FBG”).
FBGは光ファイバの同軸方向に形成されるもので、光ファイバに応力が加わると、形成されたグレーティングピッチが変化する。この変化は光ファイバの温度、歪・変位、圧力、振動などの物理量に依存するものであり、また、この変化に応じてFBGからの反射光の波長が変化する。したがって、FBGからの反射光の中心波長または波長の変化量を精度よく計測できれば、物理量を精度よく計測することができる。 The FBG is formed in the coaxial direction of the optical fiber. When stress is applied to the optical fiber, the formed grating pitch changes. This change depends on physical quantities such as the temperature, strain / displacement, pressure, and vibration of the optical fiber, and the wavelength of the reflected light from the FBG changes according to this change. Therefore, if the center wavelength of reflected light from the FBG or the amount of change in wavelength can be measured with high accuracy, the physical quantity can be measured with high accuracy.
以下、図18を参照してFBG反射光波長計測処理装置の従来例について説明する。広帯域の光源部18からの出力光(以下、「参照光」という)を光導波部19に導入し、光分岐部20を介して光導波部19に接続されたFBG部21に参照光が照射される。
Hereinafter, a conventional example of the FBG reflected light wavelength measurement processing apparatus will be described with reference to FIG. Output light (hereinafter referred to as “reference light”) from the broadband
FBG部21は特定の波長帯を反射する性質があり、この波長帯はFBG部21に温度変化や歪みなどが加わるとその変化に対応して変化するため、光分岐部20を介して戻ってきた反射光を波長計測部22で受光して、波長の変化を計測する。波長計測部21はたとえば、光スペクトラムアナライザなどが用いられており、反射光を受光して光強度に対する波長強度を高分解能で表示またはデータ値として抽出する機能を備えている。
The
上述の従来のシステムにおいては、以下のような課題がある。 The above-described conventional system has the following problems.
(1) FBGからの反射光は、およそ0.2〜1nm程度の波長帯域幅を有しており、また、スペクトル形状は左右で非対称であるため、加重平均計算などで測定ごとの中心波長を精度よく求めるには、適切な演算区間を設ける必要がある。 (1) The reflected light from the FBG has a wavelength bandwidth of about 0.2 to 1 nm, and the spectrum shape is asymmetrical on the left and right. In order to obtain with high accuracy, it is necessary to provide an appropriate calculation interval.
(2) FBGからの反射光強度が微弱な場合などに、光源ノイズなどの影響による光量ゆらぎが発生してきてスペクトル形状は経時的に一定でない。よって、その波高値は常に揺らいでいる状態になるため、測定ごとに求めた中心波長は変動し、真の中心波長を求めることは困難である。 (2) When the intensity of reflected light from the FBG is weak, the amount of light fluctuation due to the influence of light source noise or the like occurs and the spectrum shape is not constant over time. Therefore, since the peak value always fluctuates, the center wavelength obtained every measurement fluctuates and it is difficult to obtain the true center wavelength.
(3) 高分解能波長計測部を装備することが前提となっているため、精密で細かい波長ステップで必要な波長帯域全てを走査する。このため、必然的に走査時間を必要とし、振動など高速で変化する(以下、動的)物理量を検出することは困難である。 (3) Since it is assumed that a high-resolution wavelength measurement unit is equipped, all necessary wavelength bands are scanned with precise and fine wavelength steps. For this reason, scanning time is inevitably required, and it is difficult to detect a physical quantity that changes at a high speed (hereinafter, dynamic) such as vibration.
(4) 光源出力は、光スペクトル依存性(光強度に対する波長依存性)が一定でないため、反射光の平坦部分に傾きとして現れて中心波長測定に影響が出る可能性がある。 (4) Since the light source output does not have a constant light spectrum dependency (wavelength dependency on light intensity), it may appear as an inclination in the flat part of the reflected light and affect the center wavelength measurement.
本発明は、特に上記(3)の課題に対処してなされたものであり、振動など高速に変化する物理量に対応した時系列の光強度データを取得することにより、光強度変動とその変動周期を解析して変位量や加速度といった振動量を求めることができる装置及びその方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made especially in response to the above problem (3) , and by acquiring time-series light intensity data corresponding to a physical quantity that changes at high speed such as vibration, the light intensity fluctuation and its fluctuation period are obtained. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for analyzing the above-mentioned and obtaining a vibration amount such as a displacement amount and acceleration .
上記課題を解決するために、本発明はファイバブラッググレーティング素子反射光波長計測処理装置の発明であって、光ファイバブラッググレーティング素子を光ファイバで接続し、参照光を前記光ファイバに導入して前記光ファイバブラッググレーティング素子で反射される反射光の波長を計測する装置において、前記反射光に対して特定の波長帯域を選択的に透過するとともに傾斜区間部を両側に有する波長可変フィルタ部と、前記反射光の波長が前記波長可変フィルタ部の片側の傾斜区間部に含まれるように、前記波長可変フィルタ部を固定した状態に設定する波長走査制御部と、前記波長可変フィルタ部を透過した前記反射光の強度の変化をサンプリングで検出して光強度に対応した変動データに変換する光検出処理部と、前記反射光強度の変動データを時系列のデータとする時系列データ処理部と、前記時系列データを解析して振動量を求める振動量解析処理部と、を備え、前記波長可変フィルタ部の片側傾斜区間部における線形直線区間に前記反射光の波長変動範囲を全て包括させるとともに前記線形直線区間の中心点を前記反射光の中心波長値に設定すること、を特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is an invention of a fiber Bragg grating element reflected light wavelength measurement processing apparatus, wherein an optical fiber Bragg grating element is connected by an optical fiber, and a reference light is introduced into the optical fiber to In the apparatus for measuring the wavelength of the reflected light reflected by the optical fiber Bragg grating element, the wavelength tunable filter unit that selectively transmits a specific wavelength band with respect to the reflected light and has inclined sections on both sides; and A wavelength scanning control unit that sets the wavelength tunable filter unit in a fixed state so that the wavelength of the reflected light is included in an inclined section on one side of the wavelength tunable filter unit, and the reflection that is transmitted through the wavelength tunable filter unit A light detection processing unit that detects a change in light intensity by sampling and converts it into fluctuation data corresponding to the light intensity, and the reflection Time-series data processing unit for the variation data of the intensity data of the time series and the time of the vibration amount analysis processing unit that series data by analyzing the determined amount of vibration, comprising a one-side inclined section of said wavelength variable filter unit In the linear linear section, the entire wavelength fluctuation range of the reflected light is included, and the center point of the linear linear section is set to the central wavelength value of the reflected light .
また、本発明はファイバブラッググレーティング素子反射光波長計測処理方法の発明であって、光ファイバブラッググレーティング素子を光ファイバで接続し、参照光を前記光ファイバに導入して前記光ファイバブラッググレーティング素子で反射される反射光の波長を計測する方法において、前記反射光に対して傾斜区間部を両側に有する波長可変フィルタ部は特定の波長帯域を選択的に透過させ、波長走査制御部により前記反射光の波長が前記波長可変フィルタ部の片側の傾斜区間部に含まれるように、前記波長可変フィルタ部を固定した状態に設定し、光検出処理部は前記波長可変フィルタ部を透過した前記反射光の強度の変化をサンプリングで検出して光強度に対応した変動データに変換し、時系列データ処理部により前記反射光強度の変動データを時系列のデータに変換し、振動量解析処理部により前記時系列データを解析して振動量を求め、前記波長可変フィルタ部の片側傾斜区間部における線形直線区間に前記反射光の波長変動範囲を全て包括させるとともに前記線形直線区間の中心点を前記反射光の中心波長値に設定すること、を特徴とする。 Further, the present invention is an invention of a fiber Bragg grating element reflected light wavelength measurement processing method, wherein an optical fiber Bragg grating element is connected by an optical fiber, a reference light is introduced into the optical fiber, and the optical fiber Bragg grating element is used. In the method of measuring a wavelength of reflected light to be reflected, a wavelength tunable filter unit having inclined sections on both sides of the reflected light selectively transmits a specific wavelength band, and the reflected light is reflected by a wavelength scanning control unit. The wavelength tunable filter unit is set in a fixed state so that the wavelength of the reflected light is included in the inclined section on one side of the wavelength tunable filter unit, and the light detection processing unit transmits the reflected light transmitted through the wavelength tunable filter unit. The change in intensity is detected by sampling and converted into fluctuation data corresponding to the light intensity, and the reflected light intensity is converted by the time-series data processing unit. Of converting the variation data on the data of time series, determine the amount of vibration by analyzing the time-series data by the vibration amount analysis processing unit, wherein the reflected light to a linear straight section on one side inclined section of said wavelength variable filter unit All the wavelength variation ranges are included, and the center point of the linear linear section is set to the center wavelength value of the reflected light .
本発明のFBG反射光波長計測処理装置及び処理方法によれば、振動など高速に変化する物理量に対応した時系列の光強度データを取得することにより、光強度変動とその変動周期を解析して変位量や加速度といった振動量を求めることができる。 According to the FBG reflected light wavelength measurement processing apparatus and processing method of the present invention, by obtaining time-series light intensity data corresponding to a physical quantity that changes at high speed such as vibration, the light intensity fluctuation and its fluctuation period are analyzed. The amount of vibration such as displacement and acceleration can be obtained .
以下に本発明に係るFBG反射光波長計測処理装置の実施の形態を図面を用いて説明する。ただし、従来技術とまたは相互に共通もしくは類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Embodiments of an FBG reflected light wavelength measurement processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, parts common to or similar to those of the prior art or common parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1の実施の形態]
図1および図2に第1の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(1)および(2)にほぼ対応し、静的パラメータ演算(狭帯域フィルタスキャン+平滑化微分)を行うものである。図1において、本実施の形態は、狭帯域フィルタ部1、光検出処理部2、波長計算処理部3、波長走査制御部4から構成されている。また、波長計算処理部3には、平滑化微分フィルタ部5、演算区間設定部6、加重平均計算処理部32が含まれている。
[First Embodiment ]
1 and 2 show a first embodiment. This embodiment substantially corresponds to the problems (1) and (2) , and performs static parameter calculation (narrowband filter scan + smoothing differentiation). In FIG. 1, the present embodiment includes a
着目するFBGからの反射光(図18参照)は、狭帯域フィルタ部1に入射して必要な波長のみが選択透過される。狭帯域フィルタ部1は、バンドパスフィルタとも呼ばれており、機能的には干渉型の波長フィルタである。波長走査制御部4は、狭帯域フィルタ部1をFBGからの反射光に対して適切な波長区間を一定波長間隔で波長走査制御させるものである。
Reflected light from the focused FBG (see FIG. 18) is incident on the
狭帯域フィルタ部1を透過した反射光は、反射光をその強度に対応した電気信号量に変換する光電変換器や信号積分器、アナログ−ディジタル変換器など(図示せず)から構成された光検出処理部2で検出処理されて、反射光の光強度に対応した強度値として平滑化微分フィルタ部5に出力される。
The reflected light that has passed through the narrow-
平滑化微分フィルタ部5に出力されたデータは、図2(a)に示すように、FBG反射光波長のスペクトルと近似した形状を成しており、これを波長により平滑化微分すると、図2(b)に示す光強度データに対する微係数値データが得られる。この微係数値データに対して演算区間設定部6では、図2(b)に示すように、あらかじめ設定した第1の閾値H以上の領域と第2の閾値L以下の領域を探索し、これらの領域に挟まれた領域として、反射スペクトルの平坦部のみの区間を演算区間として決定することができる。ここで、第1の閾値Hは第2の閾値Lよりも高く設定されている。
また、平滑化微分することで、反射光が微弱なためにスペクトル形状が揺らいでいても、反射光データの演算区間を平坦部に設定することができる。
As shown in FIG. 2A, the data output to the smoothing
Further, by performing smoothing differentiation, the calculation section of the reflected light data can be set to a flat portion even if the spectrum shape fluctuates because the reflected light is weak.
加重平均計算処理部32は、演算区間設定部6で決定した適切な演算区間からの光強度値と走査波長値のデータを抽出して、これらを加重平均計算して反射光の中心波長あるいは波長シフト量を求めるものである。
The weighted average
このように構成された本実施の形態によれば、FBGからの反射光が微弱で揺らいでいても、その中心波長あるいは波長変化量を簡単かつ正確に求めることが可能である。 According to the present embodiment configured as described above, even if the reflected light from the FBG is weak and fluctuates, the center wavelength or the amount of wavelength change can be easily and accurately obtained.
[第2の実施の形態]
次に、図3および図4に第2の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(1)にほぼ対応し、静的パラメータ演算(波長可変型フィルタスキャン)を行うものである。図3において本実施の形態は、光検出処理部2、波長計算処理部3、波長走査制御部4、波長可変フィルタ部7から構成されている。また、波長計算処理部3の中に最大点探索部8が含まれている。
[Second Embodiment ]
Next, FIGS. 3 and 4 show a second embodiment. This embodiment substantially corresponds to the problem (1 ) and performs static parameter calculation (wavelength variable filter scan). In FIG. 3, the present embodiment includes a light
着目するFBGからの反射光は、波長可変フィルタ部7に入射して、必要な波長帯が選択透過される。波長可変フィルタ部7は、たとえば水晶などの施光(光の進行方向)の波長特性を利用して偏光子の間の角度を変えることで波長を可変とするものである。波長走査制御部4は、波長可変フィルタ部8をFBGからの反射光に対して適切な波長区間を、一定波長間隔で波長走査制御させるものである。
The reflected light from the focused FBG is incident on the wavelength
波長可変フィルタ部7を透過した反射光は、光検出処理部2で検出処理されて最大点探索部8に出力される。その出力データは図4(b)に示すような左右対称のピーク形状を成す。このデータの値が最大となる点が中心波長となるため、その点を最大点探索部8で探索し、波長計算処理部3で探索した最大点に対する走査波長の値を中心波長として求めるものである。
このように構成された本実施の形態によれば、FBGからの反射光の中心波長を簡単に正確に求めることが可能である。
The reflected light that has passed through the wavelength
According to this embodiment configured as described above, the center wavelength of the reflected light from the FBG can be easily and accurately obtained.
[第3の実施の形態]
次に、図5および図6に第3の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(1)および(2)にほぼ対応し、静的パラメータ演算(波長可変フィルタスキャン−加重平均計算方式)を行うものである。本実施の形態は、図5に示すように、図3と類似の構成ながら、波長計算処理部3の中で、最大点探索部8を省き、データ抽出部9、第1の加重平均計算処理部10、演算区間設定部11、第2の加重平均計算処理部34を含んでいる。
[Third Embodiment ]
Next, FIGS. 5 and 6 show a third embodiment. This embodiment substantially corresponds to the problems (1) and (2) , and performs static parameter calculation (wavelength variable filter scan-weighted average calculation method). As shown in FIG. 5, the present embodiment has a configuration similar to that of FIG. 3, but omits the maximum
データ抽出部9では、光検出処理部2より出力された光強度データを参照して、図6(a)に示すように、値が最大となる点を探索して、最大点近傍の複数個のデータを抽出するものである。この抽出データを第1の加重平均計算処理部10により、図6(b)に示した加重平均計算式で計算して仮の波長中心を求め、演算区間設定部11で、仮の波長中心点から対称に演算区間を設定する。そして、設定された演算区間のデータを第2の加重平均計算処理部34で加重平均計算して反射光の中心波長あるいは波長変化量を求める。
The
この構成によれば、反射光の光量が微弱で反射光スペクトルのピーク点を特定するのが困難な場合、スペクトル全体の波長強度を加重平均してその中心点を求め、中心点を中心波長とすることで中心波長を求めることができる。加重平均する場合、不適当な演算範囲を設定すると重心点が正確に求まらないため、あらかじめ仮の中心点を探索してその点から対称に演算区間を設定しておくことで、中心波長を正確に求めることが可能である。 According to this configuration, when it is difficult to specify the peak point of the reflected light spectrum because the amount of reflected light is weak, the center point is obtained by weighted averaging the wavelength intensity of the entire spectrum, and the center point is defined as the center wavelength. By doing so, the center wavelength can be obtained. In the case of weighted averaging, if an inappropriate calculation range is set, the center of gravity point cannot be obtained accurately, so by searching for a temporary center point in advance and setting the calculation interval symmetrically from that point, the center wavelength Can be obtained accurately.
[第4の実施の形態]
次に、図7および図8に第4の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(1)および(2)にほぼ対応し、静的パラメータ演算(波長可変フィルタスキャン−平滑化微分方式)を行うものである。本実施の形態は、図7に示すように、図3と類似の構成ながら、波長計算処理部3の中で、最大点探索部8を省き、平滑化微分フィルタ部5、ゼロレベル点探索部12を含んでいる。
[Fourth Embodiment ]
Next, FIGS. 7 and 8 show a fourth embodiment. The present embodiment substantially corresponds to the problems (1) and (2) , and performs static parameter calculation (wavelength variable filter scan-smoothing differential method). As shown in FIG. 7, the present embodiment has a configuration similar to that shown in FIG. 3, except that the maximum
図4(b)に示した光強度データを平滑化微分フィルタ部5で平滑化微分処理すると、図8に示す微係数値データが得られる。得られた微係数値に対して、ゼロレベル点探索部12は、あらかじめ設定した第1の閾値H以上の点、および、第2の閾値L以下となる点を探索する。ただし、第1の閾値Hは第2の閾値Lよりも高い値である。このようにして、閾値間のゼロレベル点を求める。そして、このゼロレベル点に対する走査波長値を中心波長として求める。微係数値のゼロとなる点がピーク中心を示すから、FBGからの反射光の中心波長を簡単かつ正確に求めることが可能である。
When the light intensity data shown in FIG. 4B is subjected to the smoothing differentiation process by the smoothing
[第5の実施の形態]
次に、図9に第5の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(1)にほぼ対応し、静的パラメータ演算(波長走査範囲)を行うものである。本実施の形態は、第2ないし第4の実施の形態のいずれかと同一の構成であるが、特に波長可変フィルタ部7の波長走査区間についての制約が付加されている。
[Fifth Embodiment ]
Next, FIG. 9 shows a fifth embodiment. This embodiment substantially corresponds to the problem (1 ) and performs static parameter calculation (wavelength scanning range). This embodiment has the same configuration as that of any of the second to fourth embodiments, but is particularly restricted in the wavelength scanning section of the wavelength
FBGからの反射光波長は、あらかじめ設定された物理量変動範囲に対応してその波長値を変化させる。この波長変化量を計測するために、波長可変フィルタ部7を反射光波長に対して必要回数走査し、測定ごとに得られた光強度データから中心波長を求めているが、たとえば、波長可変フィルタ部7の波長走査範囲を物理量変動範囲と同じに設定すると、反射光波長がその範囲の最大、最小点近傍にあったとき、図4に示した片側データしか得られず、これから正確に中心波長を求めるのは困難である。
The wavelength of the reflected light from the FBG changes its wavelength value corresponding to a preset physical quantity variation range. In order to measure this amount of wavelength change, the wavelength
このため、図9において、着目するFBGに対してセンシングする物理量の変動範囲に対応した反射光の波長変動値に、波長可変フィルタ部7の波長フィルタ半値幅を加算して、その半分の値を反射光の波長変動範囲の中心点に対して対称に波長走査区間として設定する。これにより、反射光波長が計測範囲の最大、最小点近傍にあったときでも、図4のスペクトルにおける光強度の半分までのデータを取得することができる。これにより、光強度データの最大点から、あるいは加重平均計算により中心波長を正確に求めることが可能となる。
For this reason, in FIG. 9, the half-value width of the wavelength filter of the wavelength
[第6の実施の形態]
次に、図10および図11に第6の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(3)にほぼ対応し、動的パラメータ演算(振動を光量変化に変換)を行うものである。図10において、本実施の形態は、波長可変フィルタ部7、光検出処理部2、波長走査制御部4、振動量解析処理部14から構成されている。また、振動量解析処理部14の中に時系列データ処理部13が含まれている。
[Sixth Embodiment ]
Next, FIGS. 10 and 11 show a sixth embodiment. The present embodiment substantially corresponds to the problem (3 ) and performs dynamic parameter calculation (converting vibration into light quantity change). In FIG. 10, the present embodiment includes a wavelength
着目するFBGからの反射光は、波長可変フィルタ部7に入射して必要な波長帯が選択透過される。波長走査制御部4では、図11(a)に示すように波長可変フィルタ部7を反射光の波長に対して固定して設定させるものである。波長可変フィルタ部7を透過した反射光は、光検出処理部2において一定サンプリングで検出され、光強度の変動に対応した強度値の変動として、時系列データ処理部13に出力され、時系列データとして記憶あるいは記録される。ただし、FBGが複数接続してある場合、サンプリングレートは全てのFBGに対して一律ではなく、個々のFBGについてあらかじめ設定されるものである。
The reflected light from the focused FBG enters the wavelength
これらの手順によれば、振動など高速に変化する物理量に対応した時系列の光強度データを取得することができる。取得した時系列データは図11(b)に示すように、変動周期と光強度変位量の情報を有している。振動量解析処理部14は、時系列データ処理部13で記憶または記録した時系列データを読み出して、たとえば振動量解析の代表例であるFFT(高速フーリエ・コサイン・サイン変換)処理により光強度変動とその変動周期を解析して変位量や加速度といった振動量を求めるものである。
According to these procedures, time-series light intensity data corresponding to a physical quantity that changes at high speed such as vibration can be acquired. The acquired time-series data has information on the fluctuation period and the light intensity displacement amount as shown in FIG. The vibration amount
[第7の実施の形態]
次に、図12および図13に第7の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(3)にほぼ対応し、動的パラメータ演算(待ち受け波長設定)を行うものである。本実施の形態は、図10と基本的な構成要素は同一であるが、特に波長可変フィルタ部7のFBG反射光波長に対する波長設定条件の制約が付加されている。
[Seventh Embodiment ]
Next, FIGS. 12 and 13 show a seventh embodiment. This embodiment substantially corresponds to the problem (3 ) and performs dynamic parameter calculation (standby wavelength setting). Although the basic components of this embodiment are the same as those in FIG. 10, the restriction of the wavelength setting condition for the FBG reflected light wavelength of the wavelength
図13 において、測定場における無負荷時のFBGからの反射光の中心波長値に、波長可変フィルタ部7の片側傾斜区間部における直線区間の中心点に設定されるように波長走査制御部4で波長可変フィルタ7を制御し、反射光の変動範囲が波長可変フィルタ7の片側傾斜区間部における直線区間に全て含まれるように波長可変フィルタ部7あるいはFBGの波長変動範囲を設定する。たとえば、FBG中心波長1550nm、フィルタ中心点−直線区間の中心点までの波長値1nmとした場合、波長可変フィルタ部7のフィルタ中心波長は、1549nmあるいは1551nmに設定すればよい。
In FIG. 13, the wavelength scanning control unit 4 sets the central wavelength value of the reflected light from the FBG when there is no load in the measurement field to the center point of the straight section in the one-side inclined section of the wavelength
波長可変フィルタ部7を透過した反射光は、光検出処理部2で波長変化量に対応した強度変動値に変換処理されるが、波長可変フィルタ部7の直線区間は通常、図13に示すように対数曲線であるから、この対数曲線の逆係数で強度変動値を補正計算処理すれば、波長変化量に直線対応した強度変動値を取得することができる。更に、たとえばより計測分解能を上げたいときは、波長可変フィルタ部7は半値幅の広いものを用いればよい。
The reflected light that has passed through the wavelength
[第8の実施の形態]
次に、図14および図15に第8の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(3)にほぼ対応し、動的パラメータ演算(光量変動を波長変動に変換)を行うものである。図14において本実施の形態は、図10と基本的な構成要素は類似しているが、振動量解析処理部14の中に、時系列データ処理部13のほか、メモリ部15、波長変換処理部16を含んでいる。
[Eighth Embodiment ]
Next, FIGS. 14 and 15 show an eighth embodiment. The present embodiment substantially corresponds to the problem (3 ) and performs dynamic parameter calculation (converting light quantity variation into wavelength variation). In FIG. 14, the basic components of this embodiment are similar to those of FIG. 10, but in addition to the time series
着目する全てのFBG反射光に対して、センシングする物理量の変動範囲に対応した反射光の波長変動範囲で波長可変フィルタ部7を必要回数走査し、図15に示す光強度値と走査波長値のデータを取得して、その相関関係を関数化してあらかじめメモリ部15に格納しておく。関数はたとえば図15に示してある多項式が適用できる。
For all the FBG reflected light of interest, the wavelength
続いて、着目するFBGの振動センシング時に、該当する関数パラメータを関メモリ部15から呼び出し、この関数を用いて波長変換処理部16は光検出処理部2より得られる強度変動データを波長変動データに変換処理するものである。これらの手順により、たとえば市販されている振動計測用のFBGセンサを用いて、あらかじめ波長変化の値で設計調整された振動変位量あるいは加速度値を直接求めることが可能となる。
Subsequently, at the time of vibration sensing of the FBG of interest, a corresponding function parameter is called from the
[第9の実施の形態]
次に第9の実施の形態について説明する。本実施の形態は、前記課題(1)、(2)、(3)にほぼ対応し、混合システム(静的/動的両立システム)を実現するものである。
[Ninth Embodiment ]
Next, a ninth embodiment will be described. The present embodiment substantially corresponds to the problems (1) , (2) , and (3) , and realizes a mixed system (a static / dynamic compatible system).
第9の実施の形態では、第2ないし第5の実施の形態のうちいずれか一つの構成と第6ないし第8の実施の形態のうちいずれか一つの構成を組み合わせて一つの測定装置に同時に含有させる。 In the ninth embodiment, any one configuration of the second to fifth embodiments and any one configuration of the sixth to eighth embodiments are combined and simultaneously used in one measuring apparatus. Contain.
たとえば、第2の実施の形態の装置(図3、図4)において、第6の実施の形態(図10、図11)の機能、即ち着目する個々のFBG反射光に対して走査波長を固定して、反射光の強度を時間的に連続して取得することで、FBGの波長変動の周期を算出するとともに、波長走査を行うことで波長シフトの量を算出する。 For example, in the apparatus of the second embodiment (FIGS. 3 and 4), the function of the sixth embodiment (FIGS. 10 and 11), that is, the scanning wavelength is fixed for each focused FBG reflected light. Then, by acquiring the intensity of the reflected light continuously in time, the wavelength fluctuation period of the FBG is calculated, and the wavelength shift amount is calculated by performing wavelength scanning.
これらの手順により、波長シフトの量とその周期の両方を求めることが可能となり、時間的に変化し続けること自体を測定する必要のある物理量、たとえば振動計測などと静的な定常状態の計測の両方に用いることが可能になる。 These procedures make it possible to determine both the amount of wavelength shift and its period, and the physical quantities that need to be measured over time, such as vibration measurements and static steady-state measurements. It can be used for both.
[第10の実施の形態]
次に、図16および図17に第10の実施の形態を示す。本実施の形態は、前記課題(4)にほぼ対応し、光源補正(光源の依存性を補正)を行うものである。図16において本実施の形態は、メモリ部30、補正計算処理部17から構成される。
[Tenth embodiment ]
Next, FIG. 16 and FIG. 17 show a tenth embodiment. The present embodiment substantially corresponds to the problem (4) , and performs light source correction (corrects light source dependency). In FIG. 16, the present embodiment includes a
図17において、光源のもつ光強度に対する波長依存性の光強度値と波長値の逆数を関数化してあらかじめメモリ部30に格納しておく。この関数化は、たとえば図17に示すように個々のFBGの波長変動範囲に対して設定しておく。FBGを計測するときに、該当する関数パラメータをメモリ部30から呼び出し、この関数を用いて、光検出処理部2より得られた光強度の生データを補正計算処理部17で補正校正計算処理する。これらの手順により、光源のもつ光強度の波長依存性を補正することが可能になる。この光源補正は、上記第1ないし第9の実施の形態のいずれにも適用することができる。
In FIG. 17, the wavelength-dependent light intensity value with respect to the light intensity of the light source and the reciprocal of the wavelength value are converted into a function and stored in advance in the
1…狭帯域フィルタ部、2…光検出処理部、3…波長計算処理部、4…波長走査制御部、5…平滑化微分フィルタ部、6…演算区間設定部、7…波長可変フィルタ部、8…最大点探索部、9…データ抽出部、10…第1の加重平均計算処理部、11…演算区間設定部、12…ゼロレベル点探索部、13…時系列データ処理部、14…振動量解析処理部、15…メモリ部、16…波長変換処理部、17…補正計算処理部、18…光源部、19…光導波部、20…光分岐部、21…FBG部、22…波長計測部、30…メモリ部、32…加重平均計算処理部、34…第2の加重平均計算処理部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記反射光に対して特定の波長帯域を選択的に透過するとともに傾斜区間部を両側に有する波長可変フィルタ部と、
前記反射光の波長が前記波長可変フィルタ部の片側の傾斜区間部に含まれるように、前記波長可変フィルタ部を固定した状態に設定する波長走査制御部と、
前記波長可変フィルタ部を透過した前記反射光の強度の変化をサンプリングで検出して光強度に対応した変動データに変換する光検出処理部と、
前記反射光強度の変動データを時系列のデータとする時系列データ処理部と、
前記時系列データを解析して振動量を求める振動量解析処理部と、を備え、
前記波長可変フィルタ部の片側傾斜区間部における線形直線区間に前記反射光の波長変動範囲を全て包括させるとともに前記線形直線区間の中心点を前記反射光の中心波長値に設定すること、を特徴とする光ファイバブラッググレーティング素子反射光波長計測処理装置。 In an apparatus that connects an optical fiber Bragg grating element with an optical fiber, introduces reference light into the optical fiber, and measures the wavelength of reflected light reflected by the optical fiber Bragg grating element,
A wavelength tunable filter unit that selectively transmits a specific wavelength band with respect to the reflected light and has inclined sections on both sides;
A wavelength scanning control unit that sets the wavelength tunable filter unit in a fixed state so that the wavelength of the reflected light is included in an inclined section on one side of the wavelength tunable filter unit;
A light detection processing unit that detects a change in the intensity of the reflected light that has passed through the wavelength tunable filter unit by sampling and converts it into variation data corresponding to the light intensity; and
A time-series data processing unit that uses the fluctuation data of the reflected light intensity as time-series data;
A vibration amount analysis processing unit for analyzing the time series data to obtain a vibration amount ,
Including all of the wavelength fluctuation range of the reflected light in the linear linear section in the one-side inclined section of the wavelength tunable filter section, and setting the center point of the linear linear section to the central wavelength value of the reflected light, Optical fiber Bragg grating element reflected light wavelength measurement processing device.
前記反射光の波長変動範囲で前記波長可変フィルタ部を走査して、得られた光強度値と走査波長値の相関関係を関数としてあらかじめ格納しておくメモリ部と、前記反射光の波長を測定するときに前記メモリ部から前記関数を呼び出して、その関数を用いて前記時系列データ処理部より得られた反射光強度値データを波長値データに変換処理する波長変換処理部と、を備えたこと、を特徴とする光ファイバブラッググレーティング素子反射光波長計測処理装置。 In the optical fiber Bragg grating element reflected light wavelength measurement processing device according to claim 1,
The wavelength tunable filter unit is scanned within the wavelength variation range of the reflected light, and a memory unit that stores in advance the correlation between the obtained light intensity value and the scanned wavelength value as a function, and measures the wavelength of the reflected light A wavelength conversion processing unit that calls the function from the memory unit and converts the reflected light intensity value data obtained from the time-series data processing unit into wavelength value data by using the function. An optical fiber Bragg grating element reflected light wavelength measurement processing device characterized by that.
前記反射光に対して傾斜区間部を両側に有する波長可変フィルタ部は特定の波長帯域を選択的に透過させ、
波長走査制御部により前記反射光の波長が前記波長可変フィルタ部の片側の傾斜区間部に含まれるように、前記波長可変フィルタ部を固定した状態に設定し、
光検出処理部は前記波長可変フィルタ部を透過した前記反射光の強度の変化をサンプリングで検出して光強度に対応した変動データに変換し、
時系列データ処理部により前記反射光強度の変動データを時系列のデータに変換し、振動量解析処理部により前記時系列データを解析して振動量を求め、
前記波長可変フィルタ部の片側傾斜区間部における線形直線区間に前記反射光の波長変動範囲を全て包括させるとともに前記線形直線区間の中心点を前記反射光の中心波長値に設定すること、を特徴とする光ファイバブラッググレーティング素子反射光波長計測処理方法。 In the method of measuring the wavelength of reflected light reflected by the optical fiber Bragg grating element by connecting an optical fiber Bragg grating element with an optical fiber, introducing reference light into the optical fiber,
The wavelength tunable filter unit having inclined sections on both sides with respect to the reflected light selectively transmits a specific wavelength band,
The wavelength tunable filter unit is set in a fixed state so that the wavelength of the reflected light is included in the inclined section on one side of the tunable filter unit by the wavelength scanning control unit,
The light detection processing unit detects a change in the intensity of the reflected light transmitted through the wavelength tunable filter unit by sampling and converts it into fluctuation data corresponding to the light intensity,
The time-series data processing unit converts the reflected light intensity fluctuation data into time-series data, the vibration amount analysis processing unit analyzes the time-series data to determine the vibration amount ,
Including all of the wavelength fluctuation range of the reflected light in the linear linear section in the one-side inclined section of the wavelength tunable filter section, and setting the center point of the linear linear section to the central wavelength value of the reflected light, Optical fiber Bragg grating element reflected light wavelength measurement processing method.
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