JP4930126B2 - 物理量測定システム - Google Patents

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Description

本発明は、温度変化の影響がない物理量測定システムに関する。
温度や歪等の物理量を、光ファイバ中のブラッグ回折格子(Fiber Bragg Grating、以下FBG)の反射中心波長の変化によって測定する物理量測定システムがある。この物理量測定システムにアレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)が用いられる。
特許文献1に記載された従来の物理量測定システムを図11に示す。この物理量測定システム201は、広帯域光源202からの測定光が入射される光ファイバ203に複数のFBG204が形成され、各FBG204からの反射光の波長を検出して各FBG204の設置位置における物理量を測定するシステムである。
図11の物理量測定システム201では、複数のFBG204に対し、それぞれ重複しないように微小な反射光帯域を割り当てると共に、各FBG204からの反射光を、中心波長が微小な間隔の複数の出力チャンネルに分離可能なAWG205に入射させ、このAWG205の出力側に各出力チャンネルごとに一対ずつ対応させた受光素子206による光電流の比の対数に基づいて反射光の波長を測定する。なお、出力チャンネルは、特定の波長帯域に対して光透過特性を有するものを言い、また、上記の光透過特性における中心波長を以下、出力チャンネルの中心波長と言う。
この物理量測定システム201では、複数のFBG204の反射光帯域をAWG205の隣接する2つの出力チャンネルの中心波長の間にそれぞれ割り当てる。除算器207(DIV1〜DIV4)は、隣接するフォトダイオード206の光電流の比をLOG値で出力するものである。
非特許文献3の記載に基づいた従来の物理量測定システムを図13に示す。
図13の物理量測定システム211は、広帯域光源212、光分波器213、FBG214、FBG波長測定部215を備えた物理量測定システムである。
FBG波長測定部215は、40個の出力チャンネルを有するAWG216、AWG216の出力側に各出力チャンネルごとに設けられたフォトダイオード217、各フォトダイオード217に接続されたA/D変換器(ADC)218、各A/D変換器218の出力するデータを用いて物理量測定の計算処理を行うCPU219を備える。
この図13の物理量測定システム211において、FBG214の反射中心波長の変化を測定する場合、図14に示されるように、AWG216の隣接する2つの出力チャンネル(出力チャンネルAと出力チャンネルB)の中心波長間の中心付近にFBG214の反射中心波長を設定する。
このとき、FBG214の反射光が波長に応じてAWG216の出力チャンネルAと出力チャンネルBの各々に分岐される。FBG214の反射中心波長が短波長側に変化した場合、AWG216の出力チャンネルAに対応するPD217から出力される電流(光量に比例する)は増加し、このPD217からの電流を電圧に変換して出力するA/D変換器218における電圧値も増加する。逆に、AWG216の出力チャンネルBに対応するPD217から出力される電流(光量に比例する)は減少し、このPD217からの電流を電圧に変換して出力するA/D変換器218における電圧値も減少する。なお、FBG214の反射中心波長が長波長側に変化した場合は、短波長側に変化した場合と逆の動作となる。
このように、FBG214の反射中心波長が長波長側に変化するときと短波長側に変化するときとで、AWG216の出力チャンネルごとに透過してくる反射光の光量の増減が異なるので、これらの透過光をそれぞれPD217及びA/D変換器218で電圧値に変換し、あらかじめ測定しておいたFBGの反射中心波長の変化とAWGの各出力チャンネルからの光量による出力電圧との比と比較して、FBGの反射中心波長の変化を検出する。
AWG216は、FBG214の反射中心波長の変化を等価的に光量の変化に変換する光学フィルタとして働き、この光学フィルタは可動部を有しないため、高周波数で生じるFBG214の反射中心波長変化を高精度に計測するシステムに適する。
図13の物理量測定システム211を用いた計測例を説明する。図14に、FBGの反射特性(反射スペクトル)とAWGのチャンネル別透過特性(透過スペクトル)を示す。FBGの反射特性の値幅を0.5nm、AWGの隣接する2つの出力チャンネル(出力チャンネルA,B)の中心波長間隔を0.8nmとする。
図15に示した弾性波計測装置221は、図13の物理量測定システム211を弾性波計測に応用したものである。この場合、CFRP(炭素繊維プラスチック)222上に、振動を印加するPZTアクチュエータ223とFBG224を配置する。そして、PZTアクチュエータ223からの弾性波に対するFBG224の反射中心波長の変化から、CFRP222に発生した歪みを検出する。
具体的には、PZTアクチュエータ223に図16に示すような電圧信号(PZTinput)を印加した場合、PZTアクチュエータ223からの弾性波がCFRP222に伝達し、FBG224に伝達する。このとき、AWG216(図13)の出力チャンネルA,Bに対応するPD217からADC218へ出力される各信号(AC成分=出力電圧変化で表す)は、図17に示されるように、同じ周期で交互に正負が反転する信号となる。
図17に示された出力チャンネルAの出力(電圧に変換された出力のこと;以下、同)と出力チャンネルBの出力との差分をとることにより、図18に示されるように、FBG224の反射中心波長の変化を電圧で表した差分信号の波形が得られる。なお、この信号にノイズが含まれる場合、複数回の測定、例えば、1000回の測定を行って、平均することによりノイズを除去することができる。
ここで、図14のチャンネル別透過特性において、AWG216の隣接する出力チャンネルの中心波長間に設定されたFBG224の反射中心波長の位置の変化を電圧信号の振幅で表すと、図19のようになる。横軸は、AWG216の隣接する2つの出力チャンネルの中心波長の中心(図14参照)からFBG224の反射中心波長までの相対位置を示す。AWG216の隣接する2つの出力チャンネルの中心波長の中心になる座標を0%とし、AWG216の隣接する2つの出力チャンネルの短波長側の出力チャンネルの中心波長とFBG224の反射中心波長が一致する座標を−50%とし、AWG216の隣接する2つの出力チャンネルの長波長側の出力チャンネルの中心波長とFBG224の反射中心波長が一致する座標を50%とした。
ここで、相対位置は、FBGの反射中心波長に近い側の出力チャンネルの中心波長とFBGの反射中心波長との間隔をAWGの出力チャンネル間隔で割って求められる。
なお、図19において、相対位置が−50%以下の場合及び0%以上の場合に関しては、AWG216の隣接する出力チャンネルにさらに隣接する出力チャンネル(例えば、図14において出力チャンネルAの短波長側の出力チャンネルや出力チャンネルBの長波長側の出力チャンネル)を考慮すると、その波形は、図19に示した−50〜0%の波形とほぼ対称な波形になるため、ここでは省略する。
特許第3760649号公報 NTTエレクトロニクス株式会社ホームページ http://www.nel-world.com/products/photonics/awg_mul_d.html(2006年11月3日掲載) NTTエレクトロニクス株式会社ホームページ http://www.nel-world.com/products/photonics/ather.awg.html(2007年3月13日掲載) 「S.Kojima,A.Hongo,S.Komatsuzaki,and N.Takeda,"High-speed optical wavelength interrogator using a PLC-type optical filter for fiber Bragg grating sensors."SPIE's International Symposium on Smart Structure and Materials,Proceedings of SPIE,Vol.5384,pp.241-249,2004」
しかしながら、図11の物理量測定システム201は、FBG204の反射中心波長を、AWG205の隣接する2つの出力チャンネルの中心波長の間であって、且つ、図12に示されるようにFBG204の反射中心波長対LOG値特性における直線部分に割り当てる必要がある。そのため、以下の問題点が発生する。
まず、AWG205の隣接する2つの出力チャンネルにおける中心波長間隔(分離波長帯域幅)以上にFBG204の反射中心波長が変化した場合、図11の物理量測定システム201ではその変化を検出することが難しい。なぜなら、FBG204における反射中心波長の大きな変化を検出するために、出力チャンネルの幅が広いAWG205を用いた場合、LOG値の変化が波長に比して緩やかになるためFBG204における反射中心波長の微小な変化を検出することが難しくなるからである。例えば、現在、出力チャンネルの幅が0.2、0.4、0.6、0.8、1.6nmのAWG205が市販されている(非特許文献1参照)。これに対し、FBG204の歪感度は約1.2pm/μstrain、温度感度は約10pm/℃であるから、1400μstrain以上の歪を計測する場合、FBG204の反射中心波長は1.6nm以上変化する。よって、上記市販のAWG205でFBG204の反射中心波長の変化に表れた歪を計測することは困難になる。
また、FBG204の反射中心波長対LOG値特性における直線部分をFBG204の反射中心波長範囲に割り当てるためには、AWG205とFBG204の厳密な反射中心波長の設計が必要である。
また、温度や歪によりFBG204の反射中心波長がAWG205の有する波長帯域の幅以上に変化した場合、AWG205の歪や温度を変化させてFBG204の反射中心波長がFBG204の反射中心波長対LOG値特性における直線部分に入るようにする必要があり、製造上、手間がかかる。
さらに、AWG205は温度により各出力チャンネルの中心波長が約10pm/℃で変化するため、FBG204の反射中心波長の変化量を高精度に検出するためには、AWG205の温度を一定に保つ必要があり、ヒータやペルチェ素子等を用いてAWG205の温度を一定に保つ温度調節装置を付加する必要がある。なお、温度による中心波長変化が温度範囲0〜60℃にて数十pmと少ないアサーマルAWGも販売されている(非特許文献2参照)。しかし、アサーマルAWGを用いると物理量測定システムの製造コストが高くなる。
一方、図13に示す物理量測定システム211を図15のような計測装置等に用いた場合、図19の通り、AWG216の隣接する2つの出力チャンネルの中心波長の中心にFBG224の反射中心波長があるとき(相対位置が0%のとき)、電圧信号の振幅が最も大きくなる。また、AWG216の出力チャンネルの中心波長とFBG224の反射中心波長が重なるとき(相対位置が−50%のとき)、電圧信号の振幅が最も小さくなり、相対位置が0%のときと比べて1/20程度の電圧信号の振幅が得られない。
また、FBG224は、歪測定箇所(FBG設置箇所)の温度、歪変化によって反射中心波長が変化する。FBGの反射中心波長が変化する電圧信号の振幅が小さくなる。そこで、電圧信号の振幅が小さくならないよう、AWG216の出力チャンネルの中心波長とFBG224の反射中心波長との相対位置を、FBG224の反射中心波長の変化を測定する感度が良くなる位置に制御する必要がある。このためには、AWG216の温度を調節しておき、物理量計測時にAWG216の隣接する2つの出力チャンネルの中心波長の中心にFBG224の反射中心波長が配置されるようにする必要がある。
しかしながら、AWG216の温度を調節することは困難である。したがって、図13の物理量測定システム211において、AWGの温度調節を行わずに大きい信号振幅を得ることができることが望まれる。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、AWGに温度調節手段を付加することなく、FBGの反射中心波長とAWGの出力チャンネルの中心波長との位置関係によらず、一定の信号振幅が得られる物理量測定システムを提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、ブラッグ回折格子が形成された光ファイバと、該光ファイバに接続され、上記ブラッグ回折格子の反射中心波長の変化帯域を包含する発光帯域を有する光源と、該光源と上記光ファイバの間に光分波器を介して接続され、上記ブラッグ回折格子の1/10損失帯域内に3個以上の出力チャンネルの中心波長が含まれるアレイ導波路回折格子と、該アレイ導波路回折格子の各出力チャンネルごとの出力光を受光する受光素子と、出力チャンネルの中心波長が上記ブラッグ回折格子の反射中心波長の短波長側となる出力チャンネルに対応する受光信号から第1の信号を演算し、上記ブラッグ回折格子の反射中心波長の長波長側となる出力チャンネルに対応する受光信号から第2のグループ信号を演算し、これら第1、第2のグループ信号の差分信号から物理量による上記反射中心波長の変化を検出する反射中心波長変化検出部とを備えたものである。
上記反射中心波長変化検出部は、あらかじめ実測して得た上記差分信号と上記反射中心波長の変化の対応関係を記憶しておき、この対応関係に上記演算して得た差分信号を当てはめて上記反射中心波長の変化を検出してもよい。
上記反射中心波長変化検出部は、上記受光素子が出力する受光信号から直流成分を除去し、交流成分を上記第1、第2のグループ信号の演算に用いてもよい。
上記ブラッグ回折格子は、反射光の値幅が上記出力チャンネルの中心波長間隔の1.6倍以上であってもよい。
上記光ファイバに反射中心波長の変化帯域が異なる複数個のブラッグ回折格子が形成され、上記アレイ導波路回折格子は各々のブラッグ回折格子の1/10損失帯域内に3個以上ずつ出力チャンネルの中心波長が含まれてもよい。
上記ブラッグ回折格子の1/10損失帯域内に含まれる出力チャンネルが上記ブラッグ回折格子の反射中心波長よりも短波長側と長波長側にそれぞれ3個以上存在し、上記反射中心波長変化検出部は、出力チャンネルの中心波長が短波長側となる3個以上の出力チャンネルに対応する受光信号を加算して第1のグループ信号とし、長波長側となる3個以上の出力チャンネルに対応する受光信号を加算して第2のグループ信号とし、これら第1、第2のグループ信号の差分信号から上記反射中心波長の変化を検出してもよい。
本発明は、AWGに温度調節手段を付加することなく、FBGの反射中心波長とAWGの出力チャンネルの中心波長との位置関係によらず、一定の信号振幅が得られる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1に示されるように、本発明に係る物理量測定システム1は、ブラッグ回折格子(FBG)2が形成された光ファイバ3と、該光ファイバ3に接続され、上記ブラッグ回折格子2の反射中心波長の変化帯域を包含する発光帯域を有する光源4と、該光源4と上記光ファイバ3の間に光分波器5を介して接続され、上記ブラッグ回折格子2の1/10損失帯域内に3個以上の出力チャンネルの中心波長が含まれるアレイ導波路回折格子6と、該アレイ導波路回折格子6の各出力チャンネルごとの出力光を受光する受光素子7と、出力チャンネルの中心波長がブラッグ回折格子2の反射中心波長の短波長側となる出力チャンネルに対応する受光信号から第1のグループの信号(Aグループ信号)を演算し、ブラッグ回折格子2の反射中心波長の長波長側となる出力チャンネルに対応する受光信号から第2のグループ信号(Bグループ信号)を演算し、これらA、Bグループ信号の差分信号から物理量による上記反射中心波長の変化を検出する反射中心波長変化検出部8とを備えたものである。
FBG2の1/10損失帯域は、当該FBG2の最大反射光量に対して10分の1の反射光量となる波長で定義する。すなわち、反射光量が最大反射光量/10以上となる波長帯域を1/10損失帯域とする。
仮に、FBG2の1/10損失帯域を固定して考えると、該1/10損失帯域に3個以上の出力チャンネルの中心波長が含まれるような中心波長間隔を有するAWG6を用いることで、本発明の構成とすることができる。
本実施形態では、光ファイバ3に反射中心波長の変化帯域が異なる複数個のブラッグ回折格子2が形成され、上記アレイ導波路回折格子6は各々のブラッグ回折格子2の1/10損失帯域内に3個以上ずつ出力チャンネルの中心波長が含まれている。
光源4は、全ブラッグ回折格子2の反射中心波長の変化帯域を包含する広い発光帯域を有する広帯域光源である。
反射中心波長変化検出部8はCPUで構成される。このため、受光素子(PD)7の信号をデジタル変換するA/D変換器(ADC)9が設けられている。
反射中心波長変化検出部8は、3個以上の受光素子7の信号(デジタル;以下略)を1つのブラッグ回折格子2における反射中心波長の変化検出に使用する。そのアルゴリズムは、出力チャンネルの中心波長がブラッグ回折格子2の反射中心波長の短波長側となる出力チャンネルに対応する受光信号からAグループ信号を演算し、ブラッグ回折格子2の反射中心波長の長波長側となる出力チャンネルに対応する受光信号からBグループ信号を演算し、これらA、Bグループ信号の差分信号から物理量による上記反射中心波長の変化を検出するものである。
具体例として、1つのブラッグ回折格子2からの反射光が6個の受光素子7に受光される場合に、ブラッグ回折格子2の反射中心波長より短波長側となる3個の受光素子7から得た信号を加算してAグループ信号とし、ブラッグ回折格子2の反射中心波長より長波長側となる3個の受光素子7から得た信号を加算してBグループ信号とし、これらAグループ信号とBグループ信号との差分をとる。
さらに、反射中心波長変化検出部8は、ブラッグ回折格子2の反射中心波長の変化、つまり、変化が生じる前後の波長の差をあらかじめ実測し、そのときの上記差分信号の大きさを実測することにより、反射中心波長の変化と差分信号の大きさの対応関係を記憶しておく対応関係記憶手段を備える。この記憶を行った後には、この対応関係に演算して得た差分信号を当てはめると、反射中心波長の変化を求めることができる。
また、反射中心波長変化検出部8は、受光素子7が出力する受光信号から直流成分を除去して、交流成分のみを取り出す。この交流成分が出力電圧変化である。反射中心波長変化検出部8は、この交流成分をA,Bグループ信号の演算に用いるようになっている。
以下、ブラッグ回折格子はFBG、アレイ導波路回折格子はAWGと記す。
次に、図1の物理量測定システム1の作用効果を説明する。
本発明の物理量測定システム1では、FBG2の1/10損失帯域内にAWG6の出力チャンネルの中心波長が3個以上含まれる。
上記構成により、FBG2の1/10損失帯域が3個以上の出力チャンネルにまたがるので、FBG2の反射光がAWG6に入射されると、これらの出力チャンネルに対応する3個以上の出力チャンネルに該反射光が現れることになる。FBG2の反射中心波長が変化すると、3個以上の出力チャンネルに設置された受光素子7において、信号振幅が変化する。
本発明者は、鋭意研究により、FBG2の1/10損失帯域内にAWG6の3個以上の出力チャンネルの中心波長が含まれるように構成し、上記アルゴリズムを適用することにより、相対位置に起因する感度低下を解消することができることを見出した。相対位置に起因する感度低下が解消されると、AWGの温度が変化して出力チャンネルの中心波長が変動しても受光信号には影響が及ばない。その結果、AWGの温度調整が不要となると共に、FBGの反射中心波長の微小変化を精度良く検出できるようになる。
ここで、従来のAWGにおいて、隣接する出力チャンネルの中心波長の間隔を1.6nmとし、出力チャンネルの半値幅を0.8nmとし、最大透過率を100%とし、透過特性の波形形状をガウス形状とする。さらに、このAWGにおいて、1539〜1543.8nmの波長範囲に4つの出力チャンネルの中心波長が含まれるものとする。一方、FBGにおいて、反射光の値幅を0.8nmとし、最大透過率を100%とし、反射特性の波形形状をガウス形状とする。
図2に示されるように、最大反射光量に対して10分の1の反射光量となる波長で定義したFBGの1/10損失帯域は、1.5nmとなる。この1/10損失帯域はAWGの中心波長の間隔より小さい。よって、FBGの1/10損失帯域内にAWGの中心波長は最大でも1個しか入らない。つまり、本発明の構成とはならない。
図1の物理量測定システム1では、例えば、AWG6において、隣接する出力チャンネルの中心波長の間隔を0.4nmとし、出力チャンネルの半値幅を0.2nmとし、最大透過率を100%とし、透過特性の波形形状をガウス形状とする。さらに、このAWG6において、1539〜1543.8nmの波長範囲に13個の出力チャンネルの中心波長が含まれるものとする。一方、FBG2において、反射光の値幅を0.8nmとし、最大透過率を100%とし、反射特性の波形形状をガウス形状とする。
図3に示されるように、最大反射光量に対して10分の1の反射光量となる波長で定義したFBG2の1/10損失帯域は、図2と同様に、1.5nmとなる。しかし、この1/10損失帯域はAWG6の中心波長の間隔より大きい。FBG2の1/10損失帯域内にAWG6の中心波長は3個入る。つまり、本発明の構成となる。
具体的には、以下の式を満たすことで、本発明の構成を実現できる。
(1/10損失帯域の幅)
>(AWGの出力チャンネルの中心波長の間隔)×3 (1)
ところで、FBGの反射特性を表す値としては、半値幅が一般的である。そこで、上記1/10損失帯域を半値幅に置き換えることを考える。反射特性の波形形状をガウス形状とした場合、FBGの半値幅と1/10損失帯域の幅との関係は、図4に示されるように、ほぼリニアに対応しており、その傾斜は0.54である。
つまり、半値幅は、1/10損失帯域の幅の約半分(0.54)である。よって、
(FBGの半値幅)>
{(AWGの出力チャンネルの中心波長の間隔)×3×0.54}
(2)
となる。すなわち、AWGの出力チャンネルの中心波長の間隔の1.6倍以上の値幅を有するFBGを用いることにより、AWGの出力チャンネルが順次隣接した3個以上の出力チャンネルからFBGの反射光を出力することができる。よって、この場合も、相対位置に起因する感度低下を解消することができる。
次に、図15の弾性波計測装置221に本発明の物理量測定システム1を応用する場合を説明する。
図5に示されるように、FBG2の半値幅を0.5nmとし、AWG6の出力チャンネルの中心波長の間隔が0.2nmとする。FBG2の1/10損失帯域内には、AWG6の出力チャンネル第2ch〜第7chの出力チャンネルが含まれる。
この設定において、弾性波を計測する実験を行う。PZTアクチュエータ223に印加する信号は図16に示した電圧信号(PZTinput)とする。AWG6の出力チャンネル第2ch〜第4chに対応するPD7からADC9へ出力され、ADC9にて出力された各出力(交流成分による電圧信号)の変化は、図6のようになる。すなわち、各出力の変化は同じ周期を持ち、正負も同じである。第3chからの出力が最も振幅が大きい。これは、第3chの透過帯域においてFBG反射特性の曲線が最も急峻で、第4chの透過帯域では、FBG反射特性の曲線がなだらかであるためである。
また、AWG6の出力チャンネル第5ch〜第7chに対応するPD7からADC9へ出力され、ADC9にて出力された各出力(交流成分による電圧信号)の変化は、図7のようになる。すなわち、各出力の変化は同じ周期を持ち、正負も同じである。第6chからの出力が最も振幅が大きい。これは、第6chの透過帯域においてFBG反射特性の曲線が最も急峻で、第7chの透過帯域では、FBG反射特性の曲線がなだらかであるためである。
AWG6の出力チャンネル第2ch〜第4chに対応する各ADC9から出力される各出力を加算してAグループ信号とし、AWG6の出力チャンネル第5ch〜第7chに対応する各ADC9から出力される各出力を加算してBグループ信号とする。図8に示されるように、Aグループ信号とBグループ信号は、同じ周期で交互に正負が反転する信号となる。
Aグループ信号とBグループ信号の差分をとることにより、図9に示されるように、FBG2の反射中心波長の変化を電圧で表した差分信号の波形が得られる。なお、この信号にノイズが含まれる場合、複数回の測定、例えば、1000回の測定を行って、平均することによりノイズを除去することができる。
図9には、比較のため図18に示した従来技術による差分信号を記入してある。図9によると、図15のPZTアクチュエータ222から発生した同じ歪みに対して、AWG6の出力チャンネルの中心波長の間隔が0.2nmであって1つのFBG2からの反射光が6個の出力チャンネルから出力される本発明は、AWG216の出力チャンネルの中心波長の間隔が0.8nmであって1つのFBG214からの反射光が2個の出力チャンネルからしか出力されない従来技術に比べて大きな電圧変化を得ることができる。
図10に、本発明における相対位置対振幅特性を示す。本発明は、相対位置が−50〜0%の間、従来技術よりも振幅が大きいことが分かる。また、本発明波は、相対位置が0%から−50%に変化しても、従来技術に比して振幅が大きく低下しないことが分かる。相対位置に対する振幅低下がないということは、相対位置に対する感度低下がないということである。
このことから、本発明では、従来のようにAWG216の出力チャンネルの中心波長の中心にFBG214の反射中心波長が存在するようにAWG216の温度調整を行わなくても、ほぼ一定の信号振幅が得られる。
以上の実施形態では、FBG2の1/10損失帯域内にAWG6の出力チャンネルである第2ch〜第7chの6個の出力チャンネルの中心波長が含まれるものとし、第2ch〜第4chをAグループとし、第5ch〜第7chをBグループとしたが、本発明はこれに限定されない。
出力チャンネルのグループ分けは、FBGの反射中心波長より短波長側のグループと長波長側のグループとを作ればよく、1グループは1出力チャンネル以上で作ることができる。また、両グループ内に出力チャンネルが同数ある必要はない。
本発明の一実施形態を示す物理量測定システムの構成図である。 従来の物理量測定システムにおけるFBG反射特性とAWG透過特性を示す図である。 本発明の物理量測定システムにおけるFBG反射特性とAWG透過特性を示す図である。 FBGの半値幅と1/10損失帯域の幅との関係を示す図である。 本発明の物理量測定システムにおけるFBGの反射特性とAWGのチャンネル別透過特性を示す波長対損失特性図である。 AWGの第2ch〜第4chの出力の出力電圧変化を示す時間波形図である。 AWGの第5ch〜第7chの出力の出力電圧変化を示す時間波形図である。 第2ch〜第4chの出力電圧変化を加算したAグループ信号と第5ch〜第7chの出力電圧変化を加算したBグループ信号の出力電圧変化を示す時間波形図である。 本発明(図8)の2つのグループ信号を差分した差分信号と従来技術(図17,18)による差分信号の時間波形図である。 本発明の物理量測定システムにおける相対位置対振幅特性と図19の従来技術における相対位置対振幅特性である。 従来の物理量測定システムの構成図である。 FBGの反射中心波長対LOG値特性図である。 従来の物理量測定システムの構成図である。 従来におけるFBGの反射特性とAWGのチャンネル別透過特性を示す波長対損失特性図である。 弾性波計測装置の構成図である。 PZTアクチュエータへの入力電圧信号の時間波形図である。 AWGの2つの出力チャンネルの出力の出力電圧変化を示す時間波形図である。 図17に示した2つの出力チャンネルの出力を差分した差分信号の出力電圧変化を示す時間波形図である。 従来の物理量測定システムにおける相対位置対振幅特性図である。
符号の説明
1 物理量測定システム
2 ブラッグ回折格子(FBG)
3 光ファイバ
4 光源
5 光分岐器
6 アレイ導波路回折格子(AWG)
7 受光素子(PD)
8 反射中心波長変化検出部(CPU)
9 A/D変換器

Claims (6)

  1. ブラッグ回折格子が形成された光ファイバと、該光ファイバに接続され、上記ブラッグ回折格子の反射中心波長の変化帯域を包含する発光帯域を有する光源と、該光源と上記光ファイバの間に光分波器を介して接続され、上記ブラッグ回折格子の1/10損失帯域内に3個以上の出力チャンネルの中心波長が含まれるアレイ導波路回折格子と、該アレイ導波路回折格子の各出力チャンネルごとの出力光を受光する受光素子と、出力チャンネルの中心波長が上記ブラッグ回折格子の反射中心波長の短波長側となる出力チャンネルに対応する受光信号から第1のグループ信号を演算し、上記ブラッグ回折格子の反射中心波長の長波長側となる出力チャンネルに対応する受光信号から第2のグループ信号を演算し、これら第1、第2のグループ信号の差分信号から物理量による上記反射中心波長の変化を検出する反射中心波長変化検出部とを備えたことを特徴とする物理量測定システム。
  2. 上記反射中心波長変化検出部は、あらかじめ実測して得た上記差分信号と上記反射中心波長の変化の対応関係を記憶しておき、この対応関係に上記演算して得た差分信号を当てはめて上記反射中心波長の変化を検出することを特徴とする請求項1記載の物理量測定システム。
  3. 上記反射中心波長変化検出部は、上記受光素子が出力する受光信号から直流成分を除去し、交流成分を上記第1、第2のグループ信号の演算に用いることを特徴とする請求項1又は2記載の物理量測定システム。
  4. 上記ブラッグ回折格子は、反射光の値幅が上記出力チャンネルの中心波長間隔の1.6倍以上であることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の物理量測定システム。
  5. 上記光ファイバに反射中心波長の変化帯域が異なる複数個のブラッグ回折格子が形成され、上記アレイ導波路回折格子は各々のブラッグ回折格子の1/10損失帯域内に3個以上ずつ出力チャンネルの中心波長が含まれることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の物理量測定システム。
  6. 上記ブラッグ回折格子の1/10損失帯域内に含まれる出力チャンネルが上記ブラッグ回折格子の反射中心波長よりも短波長側と長波長側にそれぞれ3個以上存在し、上記反射中心波長変化検出部は、出力チャンネルの中心波長が短波長側となる3個以上の出力チャンネルに対応する受光信号を加算して第1のグループ信号とし、長波長側となる3個以上の出力チャンネルに対応する受光信号を加算して第2のグループ信号とし、これら第1、第2のグループ信号の差分信号から上記反射中心波長の変化を検出することを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の物理量測定システム。
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