JP5090136B2

JP5090136B2 - 異常検知システム

Info

Publication number: JP5090136B2
Application number: JP2007296741A
Authority: JP
Inventors: 富男中島; 敬弘荒川
Original assignee: IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Current assignee: IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: JP2009122994A

Description

本発明は、FBG（Fiber Bragg Grating）センサを用いて検知箇所の異常事象を検出する異常検知システムに関するものである。

一般に、セキュリティ区域への侵入等の異常事象の発生を検知する際には、監視カメラ等を用いて異常を検知することが行われている。

また、近年、セキュリティ区域のフェンス等に、FBGセンサを備えた光ファイバを敷設し、侵入者がフェンスを乗り越えた際には、振動や荷重等により、FBGセンサにひずみが生じることから、このFBGセンサのひずみによるブラッグ波長の変化を検出して侵入の有無を判断することが行われている。

ここで、FBGセンサは、ブラッグ波長の変化を検出できるように、予めブラッグ波長の基準値が設定されており、基準値は、ひずみが無いときのブラッグ波長を測定することにより設定されている。また、FBGセンサのブラッグ波長は、温度に対しても感度を有し、外気の温度変化により基準値が大きく変化するため、基準値を逐次更新するようにしている。

更に、屋外のフェンス等に、FBGセンサを備えた光ファイバを敷設する場合には、一本の光ファイバ上に多数のFBGセンサを配置し、監視位置の識別と、個々のひずみによるブラッグ波長の変化とを求めるよう、FBGセンサの全てに異なる波長帯域を持つように設定し、FBGセンサで局所的なひずみを検知し得るようにしている。

尚、本発明と関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１〜３等が既に存在している。
特開２００６−２１５６４９号公報特開２００５−３２２２４号公報特開２００６−１７２３３９号公報

しかしながら、FBGセンサは、外気の温度変化に対応できるようにブラッグ波長の基準値を更新する場合には、監視状態を一時的に解除する必要があるため、侵入等の異常事象を連続的に監視できないという問題があった。

また、一本の光ファイバ上に多数のFBGセンサを配置すると共に、FBGセンサの全てに異なる波長帯域を持つように設定した場合には、ひずみや温度変化を生じてもFBGセンサが互いに識別し得るように、FBGセンサの全てに対してある程度の波長帯域の幅を設定するため、FBGセンサに入射する光源の帯域の制限に応じてFBGセンサの設置個数に制限を生じ、FBGセンサを備えた光ファイバを長距離で敷設することができないという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、基準値を更新することなく、異常事象を常時監視すると共に、光ファイバに備えるFBGセンサの個数や敷設距離の制限を緩和する異常検知システムを提供することを目的としている。

本発明は、FBGセンサを配置する光ファイバと、該光ファイバへ光を連続的に出力する光源と、前記FBGセンサのブラッグ波長で発生した反射光を分離する光サーキュレータと、前記反射光を入射させる光ファイバ・ファブリペローフィルタと、該光ファイバ・ファブリペローフィルタで設定される透過域を基準にして処理する計測手段とを備え、
前記計測手段は、FBGセンサのブラッグ波長の変化を連続的に対比するように、信号が一定時間に光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数を記録すると共に、回数の変化を記録し、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数と、回数による履歴の変化とから異常事象の判断を行い、
外気の温度変化がある場合であっても、ブラッグ波長の変化量に基づき、FBGセンサが敷設された検知箇所での異常事象の有無を常時監視するように構成されたことを特徴とする異常検知システム、に係るものである。

本発明において、複数の光ファイバに同一のブラッグ波長のFBGセンサを直列に配置し、FBGセンサ列で異常事象の有無を常時監視することが好ましい。

本発明において、光源からの光を分岐する光カプラを備え、該光カプラにより光を複数の光ファイバへ入射させて広範囲の異常事象の有無を常時監視することが好ましい。

本発明において、一系統の光ファイバに異なるブラッグ波長のFBGセンサを直列に配置し、各FBGセンサからの反射光を光スプリッタにより分岐し、異常事象の有無を常時監視することが好ましい。

上記した本発明の異常検知システムによれば、FBGセンサのブラッグ波長の変化を連続的に対比するように、信号が一定時間に光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数を記録すると共に、回数の変化を記録し、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数と、回数による履歴の変化とから異常事象の判断を行うので、基準値の更新による監視状態の一時的な解除を不要にして、異常事象を常時監視することができる。また、ブラッグ波長の変化量に基づいて異常事象の有無を判断することにより、FBGセンサの全てに異なる波長帯域を持つことを不要にするので、光源の帯域の制限によるFBGセンサの設置個数を大幅に緩和し、FBGセンサを備えた光ファイバを長距離で敷設することができるという種々の優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
図１〜図５は本発明の異常検知システムを実施する形態の第一例である。

第一例の異常検知システムは、塀、フェンス等の乗り越えや破壊行為、無人居室内への侵入行為、無人エリアでの放火や自然発火等を検出するためのものであり、全体の構成は、FBGセンサ１を中途位置に配置する光ファイバ２と、光ファイバ２へ光を連続的に出力する光源３と、FBGセンサ１と光源３との間に位置して接続される光サーキュレータ４と、光サーキュレータ４から分岐した光を入射させる光学フィルタ５と、光学フィルタ５等からの信号を変換する光電変換器６と、光電変換器６からの信号を処理する信号処理装置（計測手段）７と、信号処理装置７からの指令信号により警報を発信する警報発信装置（警報手段）８とを備えている。

光ファイバ２は、光源３から光サーキュレータ４へ入射光を導波する第一の光ファイバ部２ａと、光サーキュレータ４からFBGセンサ１へ入射光を導波する第二の光ファイバ部２ｂと、光サーキュレータ４から分岐して光学フィルタ５へFBGセンサ１からの反射光を導波する第三の光ファイバ部２ｃと、光学フィルタ５から光電変換器６へ透過光を導波する第四の光ファイバ部２ｄとから構成されている。また光電変換器６から信号処理装置７へは電気信号により信号が伝達される連絡線９で構成されている。

FBGセンサ１は、光ファイバ２のコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成しており、検査対象のひずみや温度変化により反射波長を変化させ、検査対象のひずみや温度変化等を検出するようになっている。

光源３は、第一の光ファイバ部２ａへ光を連続的に出力する広帯域のものが適用されている。

光サーキュレータ４は、光ファイバ２の入射光または反射光による導波の方向を制御するように構成されており、具体的には、光源３からの入射光を第二の光ファイバ部２ｂへ導波させると共に、FBGセンサ１からの反射光を第三の光ファイバ部２ｃへ導波させるようになっている。

光学フィルタ５は、光ファイバ・ファブリペローフィルタ（FFP(Fiber Fabry-Perot)）であり、光ファイバ・ファブリペローフィルタの光学特性は、図２に示す如く、フィルタの透過率が一定の波長間隔（FSR）で周期的に変化し、FBGセンサ１からの反射光が入射した際には、図３に模式的のＡの状態に示すように、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域とFBGセンサ１の反射光スペクトルの重なりあった波長のみが透過するようになっている。ここで、光ファイバ・ファブリペローフィルタの波長間隔（FSR）は、1pm以上500pm以下であることが好ましく、光ファイバ・ファブリペローフィルタのFinesse＝（波長間隔（FSR）／半値幅）は10以上1000以下であることが好ましい。また、光ファイバ・ファブリペローフィルタの波長−透過率特性は、温度により変化するため、温度調整機能を備えて温度調整を行うことが好ましい。なお、光学フィルタ５は、光ファイバ・ファブリペローフィルタと同じ光学特性を示すならば、他のフィルタや光学部材の構成であっても良い。

光電変換器６は、光ファイバ・ファブリペローフィルタからの透過光を電気信号（電圧）に変換するように構成されている。ここで、光電変換器６による電気信号は、FBGセンサ１のひずみ及び温度変化の大きさに応じた時間な変動を生じるようになっている。

信号処理装置（計測手段）７は、単位時間ごとに電圧信号を集録し、電気信号の変動回数を読み取るか、または信号の周波数解析により最も顕著な周波数を読み取り、所定の関数処理を行うようにしている。

警報発信装置（警報手段）８は、所定の条件になった場合に警報アラームの出力や警報ランプの点滅等を生じるようになっている。ここで、警報発信装置８は、図１に示す如く信号処理装置７と一体化しても良い。

以下本発明の異常検知システムを実施する形態の第一例の作用を説明する。

異常検知システムにおいて、塀、フェンス等の乗り越えや破壊行為、無人居室内への侵入行為、無人エリアでの放火や自然発火等を検出する際には、予め設置段階として、塀、フェンス、無人居室、無人エリア等の監視場所に、FBGセンサ１を備えた光ファイバ２を敷設する。

監視を開始した際には、広帯域の光源３から計測光を第一の光ファイバ部２ａへ連続的に照射し（ステップＳ１）、計測光を、第一の光ファイバ部２ａから光サーキュレータ４に入射し（ステップＳ２）、次に光サーキュレータ４から第二の光ファイバ部２ｂを介してFBGセンサ１へ入射し（ステップＳ３）、続いてFBGセンサ１によりブラッグ波長で反射光を発生させる（ステップＳ４）。次に、FBGセンサ１から生じた反射光を第二の光ファイバ部２ｂから光サーキュレータ４に戻し（ステップＳ５）、光サーキュレータ４により分離して第三の光ファイバ部２ｃへ入射し（ステップＳ６，Ｓ７）、光フィルタを通過した透過光を光電変換器６に導き（ステップＳ８）、透過光の光強度を電圧信号に変換し（ステップＳ９）、電圧信号を信号処理装置７に入力して信号処理装置７により電圧信号を一定時間計測する（ステップＳ１０）。ここで、図４、図５はＡによりフローが連続的につながることを示している。

信号処理装置７では、電圧信号を介して電気信号の変動回数を読み取り、若しくは信号の周波数解析により最も顕著な周波数を読み取ることにより、所定の関数プログラムによって、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を何回通過したかを演算し（ステップＳ１１（１））、若しくはこの処理（ステップＳ１１（１））の代わりに、電圧信号の時間データから所定の閾値を超えた回数を求め、その回数から光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数を求める（ステップＳ１１（２））。

ここで、FBGセンサ１に振動や荷重等によるひずみ、または温度変化が生じている場合にはブラッグ波長が変化しており、図２に示す如く、ブラッグ波長が光ファイバ・ファブリペローフィルタ（FFP）の波長間隔（FSR）の半分の変化を生じた例で説明すると、FBGセンサ１からの反射光帯域と光ファイバ・ファブリペローフィルタ（FFP）の透過帯域との重なり状態が変化するため、光ファイバ・ファブリペローフィルタ（FFP）の透過光強度が図３の状態Ｂの如く変化し、この透過光強度の変化は、FBGセンサ１に発生したひずみ及び温度変化によるプラッグ波長の変化に相当する量（ブラッグ波長の変化量）だけ繰り返される。

続いて、信号処理装置７では、一定時間に周波数が光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数を記録すると共に、回数の変化を記録し（ステップＳ１２）、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数と、回数による履歴の変化とから異常事象の判断を行い（ステップＳ１３）、異常事象が無いと判断した場合には、ＳＴＡＲＴへ戻り（ステップＳ１４のＮＯ）、異常事象があると判断した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）には、警報発信装置８により警報を発信する（ステップＳ１５）。ここで、警報を発信する際には、光ファイバ２を敷設した監視場所に何らかの異常があるので、監視カメラ等の他の監視手段を備え、どのような異常事象が発生しているのか確認できるようにしても良いし、警備員等が直ちに急行して異常事象を確認するようにして良い。

而して、このように実施の形態の第一例によれば、光学フィルタ５で設定される透過域を基準にしてFBGセンサ１のブラッグ波長の変化を連続的に対比し、ブラッグ波長の変化量に基づき、FBGセンサ１が敷設された場所（領域）での異常事象の有無を判断するので、基準値の更新による監視状態の一時的な解除を不要にして、異常事象を常時監視することができる。

また、FBGセンサ１の全てに異なる波長帯域を持つことを不要にするので、FBGセンサ１に入射する光源３の帯域の制限によるFBGセンサ１の設置個数を大幅に緩和し、FBGセンサ１を備えた光ファイバ２を長距離で敷設することができる。更に、最小限のFBGセンサ１によって光ファイバ２の一定範囲内の異常事象を認識し得るので、FBGセンサ１の個数等を減らしてコストを大幅に低減することができる。

実施の形態の第一例において、光学フィルタ５は光ファイバ・ファブリペローフィルタであると、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域が短いので、変化を検出する分解能が高く、異常事象の発生を迅速且つ容易に検出することができる。ここで、光ファイバ・ファブリペローフィルタの波長間隔（FSR）は、0.1pm以上500pm以下である場合に異常事象を好適に検出し、波長間隔（FSR）が0.1pm未満の場合には信号の情報量が多すぎるという問題があり、波長間隔（FSR）が500pmより大きい場合には透過域が長くなり過ぎ、異常事象の検出感度が大幅に低下するという問題がある。また、光ファイバ・ファブリペローフィルタのFinesse＝（波長間隔（FSR）／半値幅）は10以上1000以下である場合に異常事象を好適に検出し、Finesseが10未満の場合には光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過帯域半値幅が広すぎるため、光ファイバ・ファブリペローフィルタを透過する光量が多すぎて、FBGセンサのブラッグ波長の変化の識別が難しくなるという問題があり、Finesseが1000より大きい場合には光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過帯域半値幅が狭すぎるため光ファイバ・ファブリペローフィルタを透過する光強度が低下し、この場合もFBGセンサのブラッグ波長の変化の識別が難しくなり、異常事象の検出感度が大幅に低下するという問題がある。なお、FBGセンサ１は、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過光強度の変化を検知し易くするため、アポダイズド処理されたものが好ましい。

以下本発明を実施する形態の第二例を図面を参照しつつ説明する。図６は本発明を実施する形態の第二例を示すものである。

第二例の異常検知システムは、塀、フェンス等の乗り越えや破壊行為、無人居室内への侵入行為、無人エリアでの放火や自然発火等を検出するためのものであって、更に監視区域が大きく、光ファイバの敷設距離が長く構成されている。

全体の構成は、複数のFBGセンサ１１を中途位置に配置する複数の光ファイバ１２（図６では四本）と、光を連続的に出力する光源１３と、光源１３からの光を分岐して夫々の光ファイバ１２へ向かわせる光カプラ１４と、夫々の光ファイバ１２に対応するようFBGセンサ１１と光カプラ１４との間に位置して接続される複数の光サーキュレータ１５と、夫々の光ファイバ１２に対応するよう光サーキュレータ１５から分岐した光を入射させる複数の光学フィルタ１６と、夫々の光学フィルタ１６に対応して光学フィルタ１６等からの信号を変換する光電変換器１７と、光電変換器１７からの信号を処理する信号処理装置（計測手段）１８と、信号処理装置１８からの指令信号により警報を発信する警報発信装置（警報手段）１９とを備えている。

光ファイバ１２は、光源１３から光カプラ１４へ入射光を導波する第一の光ファイバ部１２ａと、光カプラ１４から光サーキュレータ１５へ入射光を導波する第二の光ファイバ部１２ｂと、光サーキュレータ１５からFBGセンサ１１へ入射光を導波する第三の光ファイバ部１２ｃと、光サーキュレータ１５から分岐して光学フィルタ１６へFBGセンサ１１からの反射光を導波する第四の光ファイバ部１２ｄと、光学フィルタ１６から光電変換器１７へ透過光を導波する第五の光ファイバ部１２ｅとから構成されている。また光電変換器１７から信号処理装置１８へは電気信号により信号が伝達される連絡線２０で構成されている。

FBGセンサ１１は、光ファイバ１２のコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成しており、検査対象のひずみや温度変化により反射波長を変化させ、検査対象のひずみ等を検出するようになっている。また、一本（一系統）の光ファイバ１２に配置される複数のFBGセンサ１１は、全て同一のブラッグ波長を備えて直列に配置されている。ここで、光ファイバ１２に配置されるFBGセンサ１１は、光ファイバ１２のラインごとにブラッグ波長を変更しても良いし、同一にしても良い。また、一本（一系統）の光ファイバ１２に配置されるFBGセンサ１１は、所定の間隔を備えて配置されており、この間隔は１個のFBGセンサ１１がひずみや温度変化を検出し得る範囲内になっている。

光源１３は、第一例と同様に、第一の光ファイバ部１２ａへ光を連続的に出力する広帯域のものが適用されている。

光カプラ１４は、接続された光ファイバ１２の数に対応するように入射光を分岐して夫々の光ファイバ１２へ更に入射させるようになっている。

光サーキュレータ１５は、光ファイバ１２の入射光または反射光による導波の方向を制御するように構成されており、具体的には、光源１３からの入射光を第三の光ファイバ部１２ｃへ導波させると共に、FBGセンサ１１からの反射光を第四の光ファイバ部１２ｄへ導波させるようになっている。

光学フィルタ１６は、夫々、光ファイバ・ファブリペローフィルタ（FFP(Fiber Fabry-Perot)）であり、第一例と同様に構成されている。

光電変換器１７は、光ファイバ・ファブリペローフィルタからの透過光を電気信号（電圧）に変換するように構成されている。ここで、光電変換器１７による電気信号は、FBGセンサ１１のひずみ及び温度変化の大きさに対応して時間な変動を生じるようになっている。

信号処理装置（計測手段）１８は、夫々の光学フィルタ１６からの信号をまとめるよう、単位時間ごとに電圧信号を集録し、電気信号の変動回数を読み取るか、または信号の周波数解析により最も顕著な周波数を読み取り、所定の関数処理を行うようにしている。

警報発信装置（警報手段）１９は、所定の条件になった場合に警報アラームの出力や警報ランプの点滅等を生じるようになっている。ここで、警報発信装置１９は、図６に示す如く信号処理装置１８と一体化しても良い。

以下本発明の異常検知システムを実施する形態の第二例の作用を説明する。

異常検知システムにおいて、塀、フェンス等の乗り越えや破壊行為、無人居室内への侵入行為、無人エリアでの放火や自然発火等を検出する際には、予め設置段階として、塀、フェンス、無人居室、無人エリア等の監視場所に、FBGセンサ１１を備えた光ファイバ１２を敷設する。

監視を開始した際には、広帯域の光源１３から計測光を第一の光ファイバ部１２ａへ連続的に照射し、計測光を、第一の光ファイバ部１２ａから光カプラ１４に入射し、次に光カプラ１４から光サーキュレータ１５を介して夫々の光ファイバ１２のライン（FBGセンサ列）へ入射し、続いてFBGセンサ１１によりブラッグ波長で反射光を発生させ、その後、夫々の光ファイバ１２のライン（FBGセンサ列）で第一例と略同様に処理する。

ここで、第二例において光ファイバ・ファブリペローフィルタに入射する光は、個々のFBGセンサ１１からの反射光の波長が異なる成分のみが加算されたものとなっており、FBGセンサ列のブラッグ波長を同じにすることから、最も光サーキュレータ１５に近いFBGセンサ１１からの反射光が強く、その下流にあるFBGセンサ１１からは、それぞれ重ならない波長のみが光ファイバ・ファブリペローフィルタに入射される。

このとき、異常事象の発生により、一本の光ファイバ１２において一つのFBGセンサ１１にブラッグ波長変化が生じた場合には、その反射光は、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過光強度の変化となり、一本の光ファイバ１２のライン（FBGセンサ列）に何らかの変化が生じたことを識別し得る。

また、異常事象の発生により、複数のFBGセンサ１１にブラッグ波長の変化が生じた場合には、一つのFBGセンサ１１にブラッグ波長の変化が生じた場合と同様に、一本の光ファイバ１２（FBGセンサ列）からの反射光スペクトルの帯域の変化となり、光ファイバ・ファブリペローフィルタを透過する光強度の変化の両方が生じ、異常事象の発生有無を検知する。

而して、このように実施の形態の第二例によれば、第一例と略同様な作用効果を得ることができる。また、同一のFBGセンサ１１を用いて、複数の光ファイバ１２（FBGセンサ列）によりある長さ領域の異常事象の監視を行うことができる。

実施の形態の第二例において、複数の光ファイバ１２に同一のブラッグ波長のFBGセンサ１１を直列に配置し、FBGセンサ列で異常事象の有無を常時監視すると、複数のFBGセンサ１１において互いに識別し得るよう、異なる波長帯域を設定することを不要にするので、一本の光ファイバ１２に配置できるFBGセンサ１１の個数制限を無くし、複数のFBGセンサ１１を備えた光ファイバ１２を長距離で敷設することができる。

また、光ファイバ１２のライン（FBGセンサ列）は並列の構成にできるため、全て同じブラッグ波長のFBGセンサ１１を使用することが可能であり、光源１３の波長帯域に制限があっても広範囲で異常事象の監視を行うことができる。更に、同一のFBGセンサ１１の有効的な長さは、例えば、監視カメラ１台が監視できる空間と同程度とすれば、FBGセンサ１１からの信号を基に、侵入や火災等の異常事象に対して監視カメラと連携した監視を行うことができる。

実施の形態の第二例において、光源１３からの光を分岐する光カプラ１４を備え、光カプラ１４により光を複数の光ファイバ１２へ入射させて広範囲の異常事象の有無を常時監視を行うと、容易に光ファイバ１２のライン（FBGセンサ列）を並列の構成にできるため、光源１３の波長帯域に制限があっても好適に広範囲で異常事象の監視を行うことができる。

以下本発明を実施する形態の第三例を図面を参照しつつ説明する。図７は本発明を実施する形態の第三例を示すものである。

第三例の異常検知システムは、塀、フェンス等の乗り越えや破壊行為、無人居室内への侵入行為、無人エリアでの放火や自然発火等を検出するためのものであって、更に監視区域が大きく、光ファイバの敷設距離が長く構成されている。

全体の構成は、複数個で且つ複数種のFBGセンサ２１を中途位置に配置する複数の光ファイバ２２（図７では四本）と、光を連続的に出力する光源２３と、光源２３からの光を分岐して夫々の光ファイバ２２へ向かわせる光カプラ２４と、夫々の光ファイバ２２に対応するようFBGセンサ２１と光カプラ２４との間に位置して接続される複数の光サーキュレータ２５と、夫々の光ファイバ２２に対応するよう光サーキュレータ２５から分岐した光を、異なるブラッグ波長のFBGセンサ２１に対応して更に分岐する複数の光スプリッタ２６と、光スプリッタ２６から分岐した光を入射させる複数の光学フィルタ２７と、夫々の光学フィルタ２７に対応して光学フィルタ２７等からの信号を変換する光電変換器２８と、光電変換器２８からの信号を処理する信号処理装置（計測手段）２９と、信号処理装置２９からの指令信号により警報を発信する警報発信装置（警報手段）３０とを備えている。

光ファイバ２２は、光源２３から光カプラ２４へ入射光を導波する第一の光ファイバ部２２ａと、光カプラ２４から光サーキュレータ２５へ入射光を導波する第二の光ファイバ部２２ｂと、光サーキュレータ２５からFBGセンサ２１へ入射光を導波する第三の光ファイバ部２２ｃと、光サーキュレータ２５から分岐して光スプリッタ２６へFBGセンサ２１からの反射光を導波する第四の光ファイバ部２２ｄと、光スプリッタ２６から光学フィルタ２７へ反射光を導波する第五の光ファイバ部２２ｅと、光学フィルタ２７から光電変換器２８へ透過光を導波する第六の光ファイバ部２２ｆとから構成されている。また光電変換器２８から信号処理装置２９へは電気信号により信号が伝達される連絡線３１で構成されている。

FBGセンサ２１は、光ファイバ２２のコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成しており、検査対象のひずみや温度変化により反射波長を変化させ、検査対象のひずみ等を検出するようになっている。また、一本（一系統）の光ファイバ２２に配置される複数のFBGセンサ２１は、一つのブラッグ波長により統一された複数のFBGセンサ２１ａの単位群λａと、他のブラッグ波長により統一された複数のFBGセンサ２１ｂの単位群λｂとを備えており、夫々、異なるブラッグ波長のFBGセンサ２１ａ，２１ｂの単位群λａ，λｂは、一本（一系統）の光ファイバ２２に直列に配置されている。ここで、光ファイバ２２に配置されるFBGセンサ２１の単位群の個数は、２個以上であり且つ光源２３の帯域の制限を超えないものでならば、特に限定されるものではない。また、一本の光ファイバ２２に配置されるFBGセンサ２１同士の間隔は、１個のFBGセンサ２１がひずみや温度変化を検出し得る範囲内になっている。

光源２３は、第一例と同様に、第一の光ファイバ部２２ａへ光を連続的に出力する広帯域のものが適用されている。

光カプラ２４は、接続された光ファイバ２２の数に対応するように入射光を分岐して夫々の光ファイバ２２へ更に入射させるようになっている。

光サーキュレータ２５は、光ファイバ２２の入射光または反射光による導波の方向を制御するように構成されており、具体的には、光源２３からの入射光を第三の光ファイバ部２２ｃへ導波させると共に、FBGセンサ２１からの反射光を第四の光ファイバ部２２ｄへ導波させるようになっている。

光スプリッタ２６は、一本（一系統）の光ファイバ２２に直列に配置されたFBGセンサ２１の単位群に対応して、異なるブラック波長ごとに区分けするように反射光を分岐し、夫々の光学フィルタ２７へ導波するようになっている。なお、複数の光ファイバ２２には、夫々対応する光スプリッタ２６、光学フィルタ２７、光電変換器２８、信号処理装置２９、警報発信装置３０を備えており、図７では、一本（一系統）の光ファイバ２２にのみ、光スプリッタ２６、光学フィルタ２７、光電変換器２８を示している。

光学フィルタ２７は、夫々、光ファイバ・ファブリペローフィルタ（FFP(Fiber Fabry-Perot)）であり、第一例と同様に構成されている。

光電変換器２８は、光ファイバ・ファブリペローフィルタからの透過光を電気信号（電圧）に変換するように構成されている。ここで、光電変換器２８による電気信号は、FBGセンサ２１のひずみ及び温度変化の大きさに対応して時間な変動を生じるようになっている。

信号処理装置（計測手段）２９は、夫々の光学フィルタ２７からの信号をまとめるよう、単位時間ごとに電圧信号を集録し、電気信号の変動回数を読み取るか、または信号の周波数解析により最も顕著な周波数を読み取り、所定の関数処理を行うようにしている。

警報発信装置（警報手段）３０は、所定の条件になった場合に警報アラームの出力や警報ランプの点滅等を生じるようになっている。ここで、警報発信装置３０は、図７に示す如く信号処理装置２９と一体化しても良い。

以下本発明の異常検知システムを実施する形態の第三例の作用を説明する。

異常検知システムにおいて、塀、フェンス等の乗り越えや破壊行為、無人居室内への侵入行為、無人エリアでの放火や自然発火等を検出する際には、予め設置段階として、塀、フェンス、無人居室、無人エリア等の監視場所に、FBGセンサ２１を備えた光ファイバ２２を敷設する。

監視を開始した際には、広帯域の光源２３から計測光を第一の光ファイバ部２２ａへ連続的に照射し、計測光を、第一の光ファイバ部２２ａから光カプラ２４に入射し、次に光カプラ２４から光サーキュレータ２５を介して夫々の光ファイバ２２のライン（FBGセンサ列）へ入射し、続いてFBGセンサ２１によりブラッグ波長で反射光を発生させ、その後、夫々の光ファイバ２２のライン（FBGセンサ列）で第一例、第二例と略同様に処理する。

而して、このように実施の形態の第三例によれば、第一例、第二例と略同様な作用効果を得ることができる。また、FBGセンサ２１の単位群を用いて、複数の光ファイバ２２（FBGセンサ列）によりある長さ領域の異常事象の監視を行うことができる。

実施の形態の第三例において、一本（一系統）の光ファイバ２２に異なるブラッグ波長のFBGセンサ２１を直列に配置し、各FBGセンサ２１からの反射光を光スプリッタ２６により分岐し、異常事象の有無を常時監視すると、極めて広範囲で異常事象の監視を行うことができる。また、FBGセンサ２１に入射する光源２３の帯域の制限によるFBGセンサ２１の設置個数を大幅に緩和し、FBGセンサ２１を備えた光ファイバ２２を長距離で敷設することができる。

尚、本発明の異常検知システムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態例の第一例の構成を示すブロック図である。光ファイバ・ファブリペローフィルタの光学特性を示す概念図である。ブラッグ波長変化と光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過強度の変化を示す概念図である。異常事象を検知するステップを示す前半のフローである。異常事象を検知するステップを示す後半のフローである。本発明を実施する形態の第二例の構成を示すブロック図である。本発明を実施する形態の第三例の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ FBGセンサ
２光ファイバ
３光源
４光サーキュレータ
５光学フィルタ
６光電変換器
７信号処理装置（計測手段）
１１ FBGセンサ
１２光ファイバ
１３光源
１４光カプラ
１５光サーキュレータ
１６光学フィルタ
１７光電変換器
１８信号処理装置（計測手段）
２１ FBGセンサ
２１ａ FBGセンサ
２１ｂ FBGセンサ
２２光ファイバ
２３光源
２４光カプラ
２５光サーキュレータ
２６光スプリッタ
２７光学フィルタ
２８光電変換器
２９信号処理装置（計測手段）
λａ FBGセンサの単位群
λｂ FBGセンサの単位群

Claims

FBGセンサを配置する光ファイバと、該光ファイバへ光を連続的に出力する光源と、前記FBGセンサのブラッグ波長で発生した反射光を分離する光サーキュレータと、前記反射光を入射させる光ファイバ・ファブリペローフィルタと、該光ファイバ・ファブリペローフィルタで設定される透過域を基準にして処理する計測手段とを備え、
前記計測手段は、FBGセンサのブラッグ波長の変化を連続的に対比するように、信号が一定時間に光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数を記録すると共に、回数の変化を記録し、光ファイバ・ファブリペローフィルタの透過域を通過した回数と、回数による履歴の変化とから異常事象の判断を行い、
外気の温度変化がある場合であっても、ブラッグ波長の変化量に基づき、FBGセンサが敷設された検知箇所での異常事象の有無を常時監視するように構成されたことを特徴とする異常検知システム。
複数の光ファイバに同一のブラッグ波長のFBGセンサを直列に配置し、FBGセンサ列で異常事象の有無を常時監視することを特徴とする請求項１に記載の異常検知システム。
光源からの光を分岐する光カプラを備え、該光カプラにより光を複数の光ファイバへ入射させて広範囲の異常事象の有無を常時監視することを特徴とする請求項１に記載の異常検知システム。
一系統の光ファイバに異なるブラッグ波長のFBGセンサを直列に配置し、各FBGセンサからの反射光を光スプリッタにより分岐し、異常事象の有無を常時監視することを特徴とする請求項１または２に記載の異常検知システム。