JP5090289B2 - Ｆｂｇセンサの計測方法及びその計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、FBGセンサを用いてひずみまたは温度変化を検出するFBGセンサの計測方法及びその計測装置に関するものである。

近年、対象物のひずみを計測する手段には、FBG（Fiber Bragg Grating）センサを用いて計測するものがあり（例えば、特許文献１参照）、FBGセンサは、特定の波長の光信号であるブラッグ波長を反射するものであるため、ブラッグ波長を利用することによりひずみ変化や温度変化を計測するようにしている。

具体的にFBGセンサの計測装置の一例を示すと、FBGセンサの計測装置は、図１４に示す如く、対象物（図示せず）にFBGセンサ１を配置する光ファイバ２と、光ファイバ２へ光を出力する光源３と、FBGセンサ１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４と、光サーキュレータ４からの反射光を入射させるWDM（Wavelength Division Multiplexing 波長分割多重）フィルタ５と、WDMフィルタ５からの透過光及び反射光を受ける光電変換部６と、光電変換部６からの電圧信号を処理する処理手段７とを備えるものがある。

このようなFBGセンサ１の計測装置は、光サーキュレータ４からの反射光をWDMフィルタ５により透過光及び反射光に分割し、更に透過光及び反射光を光電変換部６によりそれぞれの電圧に変換して処理手段７によりひずみを算出している。
特開２００７−１１４０７２号公報

しかしながら、FBGセンサ１の反射波長の変化がWDMフィルタ５で計測し得る波長帯域内を超える場合には、WDMフィルタ５を、異なる波長帯域を有する他のWDMフィルタに交換しなけらればならないという問題があった。またWDMフィルタ５を他のWDMフィルタに交換する場合には、交換作業に時間がかかり、ひずみや温度変化の計測が一定時間中断するという問題があった。更にWDMフィルタ５を用いてブラッグ波長を測定する場合には、ひずみや温度変化を計測する方法に自由度がほとんどないという問題があった。更にまた、光ファイバ２に複数のFBGセンサ１を備え、複数のFBGセンサ１に対応するように複数のWDMフィルタ５を備えた構造であっても、FBGセンサ１の反射波長の変化がWDMフィルタ５で計測し得る波長帯域内を超えた場合には、同様に、異なる波長帯域を有する他のWDMフィルタに交換する必要があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、FBGセンサの反射波長の変化がWDMフィルタで計測し得る波長帯域内を超える場合であっても、WDMフィルタを、異なる波長帯域を有する他のWDMフィルタに交換することなく、ひずみや温度変化を好適に計測し得るFBGセンサの計測方法及びその計測装置を提供することを目的としている。

本発明のFBGセンサの計測方法は、二つのFBGセンサと、波長帯域が連続する二つのWDMフィルタとを用い、前記FBGセンサからの反射光を前記WDMフィルタに入射させ、前記WDMフィルタからの透過光を電圧VTに変換すると共に、前記WDMフィルタからの反射光を電圧VRに変換し、無次元量Ｒ＝（VR−VT）／（VT＋VR）を算出し、予め測定したＲ値と波長特性の関係から波長を求め、ひずみまたは温度変化を計測するFBGセンサの計測方法であって、
前記二つのFBGセンサの二点で計測する際には、前記二つのFBGセンサからの反射光を光スプリッタにより反射波長ごとに区分けするように反射光を分岐し、分岐した反射光を前記二つのWDMフィルタに個別に入射させて、一方のWDMフィルタからの透過光と反射光を夫々電圧に変換すると共に、他方のWDMフィルタからの透過光と反射光を夫々電圧に変換し、夫々の電圧を介して前記二つのFBGセンサの２点によるひずみまたは温度変化を計測し、
前記二つのFBGセンサのうち一点で計測する際には、前記二つのFBGセンサからの反射光を光カプラを介して分割し、分割した反射光を前記二つのWDMフィルタに個別に入射させて、一方のWDMフィルタからの透過光と他方のWDMフィルタからの透過光を足し合わせて電圧VTに変換すると共に、一方のWDMフィルタからの反射光と他方のWDMフィルタからの反射光を足し合わせて電圧VRに変換し、夫々の電圧を介して前記二つのFBGセンサの１点によるひずみまたは温度変化を、前記二つのWDMフィルタの波長帯域で計測し、
前記二つのFBGセンサの二点で計測する場合や、前記二つのFBGセンサのうち一点で計測する場合を同一のFBGセンサの計測装置で計測するものである。

本発明のFBGセンサの計測方法は、Ｒ値の範囲を−０．８以上０．８以下とすることが好ましい。

本発明のFBGセンサの計測装置は、
二つのFBGセンサを配置する光ファイバと、波長帯域が連続する二つのWDMフィルタとを用い、前記FBGセンサからの反射光を前記WDMフィルタに入射させ、前記WDMフィルタからの透過光を電圧VTに変換すると共に、前記WDMフィルタからの反射光を電圧VRに変換し、無次元量Ｒ＝（VR−VT）／（VT＋VR）を算出し、予め測定したＲ値と波長特性の関係から波長を求め、ひずみまたは温度変化を計測するFBGセンサの計測装置であって、
前記光ファイバへ光を連続的に出力する光源と、
前記二つの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、
前記二つのFBGセンサからの反射光を反射波長ごとに区分けして個別に前記二つのWDMフィルタに入射させる光スプリッタと、
前記二つのFBGセンサからの反射光を分割して個別に前記二つのWDMフィルタに入射させる第一の光カプラと、
前記光スプリッタと前記第一の光カプラを切り替える切替手段と、
前記光スプリッタを選択した際に前記WDMフィルタからの透過光及び反射光を処理する光電変換部と、
前記第一の光カプラを選択した際に一方のWDMフィルタからの透過光と他方のWDMフィルタからの透過光とを足し合わせる第二の光カプラと、
前記第二の光カプラからの透過光を電圧VTに変換する他の光電変換部と、
前記第一の光カプラを選択した際に一方のWDMフィルタからの反射光と他方のWDMフィルタからの反射光とを足し合わせる第三の光カプラと、
前記第三の光カプラからの反射光を電圧VRに変換する別の光電変換部と、
前記光スプリッタを選択した際には前記二つのFBGセンサの２点によるひずみまたは温度変化を計測し、前記第一の光カプラを選択した際には前記二つのFBGセンサの１点によるひずみまたは温度変化を、前記二つのWDMフィルタの波長帯域で計測するひずみ演算部と、
を備えたものである。

本発明のFBGセンサの計測装置において、ひずみ演算部は、Ｒ値の範囲を−０．８以上０．８以下とすることが好ましい。

上記した本発明のFBGセンサの計測方法及びその計測装置によれば、１つのWDMフィルタに、波長帯域が連続する他のWDMフィルタを連結して波長帯域内を広げるので、WDMフィルタを他のWDMフィルタに交換することを不要にし、ひずみや温度変化を好適に計測することができる。また同時に他のWDMフィルタへの交換に伴うひずみや温度変化の計測の中断を抑制することができる。更に、WDMフィルタと他のWDMフィルタを連結して適用し得るので、ひずみや温度変化を計測する方法の自由度を向上させることができる。更にまた、光ファイバに複数のFBGセンサを備え、複数のFBGセンサに対応するように複数のWDMフィルタを備えた構造であっても、FBGセンサの反射波長の変化がWDMフィルタで計測し得る波長帯域内を超えた場合には、同様に、WDMフィルタに、波長帯域が連続する他のWDMフィルタを連結して波長帯域内を広げ、WDMフィルタから他のWDMフィルタへの交換を不要に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９はFBGセンサの計測方法及びその計測装置を実施する形態の参考例であって、図１４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

参考例のFBGセンサの計測方法及びその計測装置は、図１に示す如く、対象物（図示せず）に１つのFBGセンサ１を配置する光ファイバ８と、光ファイバ８へ光を出力する光源３と、FBGセンサ１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４と、光サーキュレータ４からの反射光を入射させる第一の光カプラ９と、第一の光カプラ９からの反射光を受ける２つのWDM（Wavelength Division Multiplexing 波長分割多重）フィルタ１０，１１と、WDMフィルタ１０，１１からの透過光または反射光を入射させる第二の光カプラ１２及び第三の光カプラ１３と、第二の光カプラ１２及び第三の光カプラ１３からの透過光または反射光を受ける第一の光電変換部（光電変換器）１４及び第二の光電変換部１５と、第一の光電変換部１４及び第二の光電変換部（光電変換器）１５からの電圧信号を処理するひずみ演算部１６とを備えている。

FBGセンサ１は、光ファイバ８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、検査対象のひずみ変化及び温度変化を検出するようになっている。

光ファイバ８は、光を導波するように、光源３から光サーキュレータ４までのライン、FBGセンサ１を備えて光サーキュレータ４より延在するライン、光サーキュレータ４から第一の光カプラ９までのライン、第一の光カプラ９から２つのWDMフィルタ１０，１１までのライン、WDMフィルタ１０，１１から第二の光カプラ１２及び第三の光カプラ１３までのライン、第二の光カプラ１２及び第三の光カプラ１３から第一の光電変換部１４、第二の光電変換部１５までのラインに敷設されている。

光源３は、光ファイバ８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８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FBGセンサ１へ導波させると共に、FBGセンサ１からの反射光を第一の光カプラ９へ導波するようになっている。

第一の光カプラ９は、光ファイバ８の分割器であって、光サーキュレータ４からの反射光を５０：５０で２分割するように構成されている。ここで光サーキュレータ４からの反射光を５０：５０で２分割し得るならば、第一の光カプラ９の代わりに他の構成手段を用いても良い。

２つのWDMフィルタ１０，１１は、並列に配置され、第一の光カプラ９で分割された反射光を個別に受けるようになっている。またWDMフィルタ１０，１１は、透過率と反射率が変化する遷移帯域（波長帯域）を備え、この遷移帯域（波長帯域）により透過光と反射光を外部へ導波すると共に、２つのWDMフィルタ１０，１１の遷移帯域を連続させるように設定している。ここで１つのWDMフィルタの遷移帯域を基準化して示すと、図２のａ、ａ'に示す如く、波長の所定範囲内（図２では波長（基準化）０〜５０の間）で、１つのWDMフィルタの透過率（図２ではWDMフィルタの透過率ａ）が１から０へ変化するのに対し、同じWDMフィルタの反射率（図２ではWDMフィルタの反射率ａ'）が０から１へ変化し、透過率と反射率とが互いに入れ替わるような状態になっている。なお図２の他のWDMフィルタや並列のWDMフィルタについての説明は後述する。

第二の光カプラ１２は、光ファイバ８の結合器であって、第一のWDMフィルタ（一方のWDMフィルタ）１０からの透過光と、第二のWDMフィルタ（他方のWDMフィルタ）１１からの透過光を５０：５０で結合して一つの透過光にするように構成されている。また第三の光カプラ１３は、第二の光カプラ１２と同様に光ファイバ８の結合器であって、第一のWDMフィルタ１０からの反射光と、第二のWDMフィルタ１１からの反射光を５０：５０で結合して一つの反射光にするように構成されている。ここで、透過光もしくは反射光を５０：５０で結合し得るならば、第二の光カプラ１２、第三の光カプラ１３の代わりに他の構成手段を用いても良い。

第一の光電変換部１４は、第二の光カプラ１２からの透過光を受け、透過光の光強度を電圧VTに変換するようになっている。または第二の光電変換部１５は、第三の光カプラ１３からの反射光を受け、反射光の光強度を電圧VRに変換するようになっている。

ひずみ演算部１６は、所定のプログラムや関数処理によって電圧VT及び電圧VRを処理するようになっている。

以下本発明のFBGセンサの計測方法及びその計測装置を実施する形態の参考例の作用を説明する。

対象物について、ひずみや温度変化を計測する際には、広帯域の光源３から計測光を光ファイバ８へ連続的に放射し（図３に示すステップＳ１）、計測光（入射光）を光サーキュレータ４によりFBGセンサ１に入射させ（ステップＳ２，Ｓ３）、対象物の計測位置から物理量の信号を発するようにFBGセンサ１でブラッグ波長の反射光を発生させる（ステップＳ４）。次に、発生した反射光を光サーキュレータ４に戻して（ステップＳ５）、光サーキュレータ４により分離する（ステップＳ６）。なお図３中、符号Ａは、図４へフローが続くことを示している。

次にFBGセンサ１からの反射光を第一の光カプラ９に入射させて（図４に示すステップＳ７）、２つのWDMフィルタ１０，１１に対応するように２つの反射光に分割し（ステップＳ８）、分割された一方の反射光を第一のWDMフィルタ１０に入射させる（ステップＳ９）と共に、分割された他方の反射光を第二のWDMフィルタ１１に入射させる（ステップＳ１０）。

第一のWDMフィルタ１０では反射光が入射すると、第一のWDMフィルタ１０の遷移帯域により透過光と反射光を生じ（ステップＳ１１）、第二のWDMフィルタ１１では反射光が入射すると、第二のWDMフィルタ１１の遷移帯域により透過光と反射光を生じる（ステップＳ１２）。

続いて、第一のWDMフィルタ１０からの透過光と他方のWDMフィルタ１１からの透過光を第二の光カプラ１２に入射させる（ステップＳ１３）と共に、第一のWDMフィルタ１０からの反射光と他方のWDMフィルタ１１からの反射光を第三の光カプラ１３に入射させる（ステップＳ１４）。第二の光カプラ１２では、２つの透過光を足し合わせて１つの透過光にし（ステップＳ１５）、第三の光カプラ１３で２つの反射光を足し合わせて１つの透過光にする（ステップＳ１６）。ここで一つのWDMフィルタと他のWDMフィルタを連結する概念を図２により基準化して示すと、一つのWDMフィルタは透過光（図２では透過率ａ）と反射光（図２では透過率ａ'）を生じさせると共に、波長帯域（遷移帯域）が連続する他のWDMフィルタは透過光（図２では透過率ｂ）と反射光（図２では透過率ｂ'）を生じさせる。また一つのWDMフィルタと他のWDMフィルタとを連結した際には、波長帯域（遷移帯域）が連続するような透過光（図２では透過率ｃ）と反射光（図２では透過率ｃ'）を用いることができる。なお図４中、符号Ｂ、Ｃは、図５へフローが続くことを示している。

次に、第二の光カプラ１２からの透過光を第一の光電変換部１４に導く（図５に示すステップＳ１７）と共に、第三の光カプラ１３からの反射光を第二の光電変換部１５に導き（ステップＳ１８）、第一の光電変換部１４で透過光の光強度を電圧VTに変換し（ステップＳ１９）、同時に第二の光電変換部１５で反射光の光強度を電圧VRに変換する（ステップＳ２０）。その後、透過光の電圧VTと反射光の電圧VRをひずみ演算部１６に入力させる（ステップＳ２１）。

ひずみ演算部１６では、無次元量Ｒ＝（VR−VT）／（VT＋VR）を用いて透過光の電圧VTと反射光の電圧VRによりＲ値が算出される（ステップＳ２２）。ここで一つのWDMフィルタと他のWDMフィルタを連結する概念を図６のＲ値と波長の関係により基準化して示すと、一つのWDMフィルタのみの場合には１つのライン（図６ではラインＡ）になると共に、他のWDMフィルタのみの場合には他のライン（図６ではラインＢ）になる。これに対し、一つのWDMフィルタと他のWDMフィルタとを連結することにより、波長帯域（遷移帯域）が連続するような結合ライン（図６ではラインＣ）を得ることができる。またＲ値と波長の関係を示す具体的な例を示すと、図７、図８に示す如く、一つのWDMフィルタの場合のラインと、他のWDMフィルタの場合のラインと、一つのWDMフィルタと他のWDMフィルタを連結した場合のラインとを備えるものになる。この時、Ｒ値が−１．０から−０．８まで、及び０．８から１．０まではラインは、急激に変化して不規則になるため、WDMフィルタ１０，１１のＲ値の範囲を−０．８以上０．８以下として、Ｒ値−波長特性が滑らかな特性となるようにしている。

また、ひずみ演算部１６には、使用するFBGセンサ１に対して予めＲ値と波長特性の関係を測定した関数であって、図６のラインＣ、や図７、図８の連結したラインのような関数が入力されており、算出したＲ値を、予め測定したＲ値と波長特性の関係に適用して波長を求める（ステップＳ２３）。波長を求めた後は、予め設定もしくは測定されたひずみと波長（ブラッグ波長）の関係（関数や対照テーブル）、予め設定もしくは測定された温度と波長（ブラッグ波長）の関係（関数や対照テーブル）を適用して、ひずみまたは温度変化を計測する（ステップＳ２４）。

ここで、ひずみまたは温度変化を計測するFBGセンサの計測装置及び計測方法は、２つのWDMフィルタ１０，１１を並列に用いる場合のみならず、３つ以上のWDMフィルタを並列に用いる場合でも良く、WDMフィルタの波長帯域が夫々連続するものならば特に制限されるものではない。この場合、光カプラ等の分割手段で複数に分割した反射光を、夫々のWDMフィルタで透過光と反射光にし、このうち２つのWDMフィルタからの透過光と反射光を上記参考例のように１つの透過光及び１つの反射光にする。そして、この１つの透過光及び１つの反射光に対し、更に別のWDMフィルタからの透過光及び反射光を同様に足し合わせ、１つの透過光及び１つの反射光にする。順次これを繰り返して、波長帯域が夫々連続する複数のWDMフィルタを連結し、波長帯域を広げることができる。また図９には、４つのWDMフィルタ（λ１〜４）を用いた場合における４つのWDMフィルタの個々のＲ値と波長の関係を示し、少なくとも４つのWDMフィルタの波長帯域が連続する必要があることを示している。

而して、このように実施の形態の参考例によれば、第一のWDMフィルタ（一方のWDMフィルタ）１０に、波長帯域が連続する第二のWDMフィルタ（他方のWDMフィルタ）１１を連結して波長帯域内を広げるので、WDMフィルタ１０，１１を他のWDMフィルタに交換することを不要にし、ひずみや温度変化を好適に計測することができる。また同時に他のWDMフィルタへの交換に伴うひずみや温度変化の計測の中断を抑制することができる。更に第一のWDMフィルタ１０と第二のWDMフィルタ１１を連結して適用し得るので、ひずみや温度変化を計測する方法の自由度を向上させることができる。更にまた、光ファイバ８に複数のFBGセンサ１を備え、複数のFBGセンサ１に対応するように複数のWDMフィルタ１０，１１を備えた構造であっても、FBGセンサ１の反射波長の変化がWDMフィルタ１０，１１で計測し得る波長帯域内を超えた場合には、同様に、WDMフィルタ１０に、波長帯域が連続する他のWDMフィルタ１１を連結して波長帯域内を広げ、WDMフィルタ１０，１１から他のWDMフィルタへの交換を不要にすることができる。

また、Ｒ値の範囲を−０．８以上０．８以下とすると、Ｒ値−波長特性が滑らかな特性（直線に近いライン）となり、電圧VT、電圧VRからのＲ値を介して適切な波長を求め、ひずみや温度変化を一層好適に計測することができる。ここで、Ｒ値の範囲を−０．８未満、または０．８より大きい範囲にした場合には、Ｒ値−波長特性が不規則なものとなり、滑らかな特性から外れるため、適切なＲ値を推定することができないという問題がある。

図１０〜図１３は本発明のFBGセンサの計測方法及びその計測装置を実施する形態の第一例であって、図１〜図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

第一例のFBGセンサの計測方法及びその計測装置は、図１０に示す如く、対象物（図示せず）に複数（二つの）のFBGセンサ１を配置する光ファイバ２１と、光ファイバ２１へ光を出力する光源３と、FBGセンサ１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４と、光サーキュレータ４からの反射光を入射させる第一の光カプラ９と、切替により光サーキュレータ４からの反射光を入射させる光スプリッタ２２と、光スプリッタ２２と第一の光カプラ９を切り替える切替手段２３〜３１と、第一の光カプラ９または光スプリッタ２２からの反射光を受ける２つのWDM（Wavelength Division Multiplexing 波長分割多重）フィルタ１０，１１と、WDMフィルタ１０，１１からの透過光または反射光を入射させる第二の光カプラ１２及び第三の光カプラ１３と、WDMフィルタ１０，１１からの透過光及び反射光と共に第二の光カプラ１２及び第三の光カプラ１３からの透過光及び反射光を受ける複数の光電変換部３２〜３５と、複数の光電変換部３２〜３５からの電圧信号を処理するひずみ演算部３６とを備えている。

FBGセンサ１、光源３、光サーキュレータ４、第一の光カプラ９、第二の光カプラ１２、第三の光カプラ１３は参考例と同様に構成されており、光ファイバ２１は、光を導波するように、光源３から光サーキュレータ４までのライン、二つのFBGセンサ１を備えて光サーキュレータ４より延在するラインを含めて光源３から光電変換部３２〜３５までのラインに敷設されている。

光スプリッタ２２は、光サーキュレータ４からの反射光を、二つのFBGセンサ１に対応して二つの波長帯域に分岐するように構成されている。ここで、反射光を二つのFBGセンサ１に対応して二つの波長帯域に分岐するものならば、光スプリッタ２２の代わりに他の光学フィルタ等の構成手段を用いても良い。

２つのWDMフィルタ１０，１１は、並列に配置され、第一の光カプラ９で分割された反射光、もしくは光スプリッタ２２で分岐された反射光を個別に受けるようになっている。またWDMフィルタ１０，１１は、参考例と同様に透過率と反射率が変化する遷移帯域（波長帯域）を備え、この遷移帯域（波長帯域）により透過光と反射光を外部へ導波すると共に、２つのWDMフィルタ１０，１１の遷移帯域を連続させるように設定している。

切替手段２３〜３１は、光サーキュレータ４から光スプリッタ２２及び第一の光カプラ９までの間に位置する第一の光スイッチ２３と、光スプリッタ２２及び第一の光カプラ９から第一のWDMフィルタ１０までの間に位置する第二の光スイッチ２４と、光スプリッタ２２及び第一の光カプラ９から第二のWDMフィルタ１１までの間に位置する第三の光スイッチ２５と、第一のWDMフィルタ１０から第二の光カプラ１２までの間に位置する第四の光スイッチ２６と、第一のWDMフィルタ１０から第三の光カプラ１３までの間に位置する第五の光スイッチ２７と、第二のWDMフィルタ１１から第二の光カプラ１２までの間に位置する第六の光スイッチ２８と、第二のWDMフィルタ１１から第三の光カプラ１３までの間に位置する第七の光スイッチ２９と、第二の光カプラ１２から第三の光電変換部３４までの間に位置する第八の光スイッチ３０と、第三の光カプラ１３から第四の光電変換部３５までの間に位置する第九の光スイッチ３１とを備えている。

第一の光スイッチ２３は、光サーキュレータ４からの反射光を光スプリッタ２２側または第一の光カプラ９側へ切り替えるように構成され、第二の光スイッチ２４は、光スプリッタ２２側または第一の光カプラ９側からの反射光を切り替えるように構成され、第三の光スイッチ２５は、光スプリッタ２２側または第一の光カプラ９側からの反射光を切り替えるように構成され、第四の光スイッチ２６は、第一のWDMフィルタ１０からの透過光を第一の光電変換部３２側（光スプリッタ２２側）または第二の光カプラ１２側（第一の光カプラ９側）へ切り替えるように構成され、第五の光スイッチ２７は、第一のWDMフィルタ１０からの反射光を第二の光電変換部３３側（光スプリッタ２２側）または第三の光カプラ１３側（第一の光カプラ９側）へ切り替えるように構成され、第六の光スイッチ２８は、第二のWDMフィルタ１１からの透過光を第八の光スイッチ３０側（光スプリッタ２２側）または第二の光カプラ１２側（第一の光カプラ９側）へ切り替えるように構成され、第七の光スイッチ２９は、第二のWDMフィルタ１１からの反射光を第九の光スイッチ３１側（光スプリッタ２２側）または第三の光カプラ１３側（第一の光カプラ９側）へ切り替えるように構成され、第八の光スイッチ３０は、第六の光スイッチ２８側（光スプリッタ２２側）または第二の光カプラ１２側（第一の光カプラ９側）からの透過光を切り替えるように構成され、第九の光スイッチ３１は、第七の光スイッチ２９側（光スプリッタ２２側）または第三の光カプラ１３側（第一の光カプラ９側）からの反射光を切り替えるように構成されている。

ここで、第一の光スイッチ２３、第二の光スイッチ２４、第三の光スイッチ２５、第四の光スイッチ２６、第五の光スイッチ２７、第六の光スイッチ２８、第七の光スイッチ２９、第八の光スイッチ３０、第九の光スイッチ３１は、制御部（図示せず）を介して測定方法の切替に伴っていずれか一方または他方に一斉に切り替わるようにしても良いし、また手動等で適宜切り替えるようにしても良い。

第一の光電変換部３２は、第四の光スイッチ２６を介して第一のWDMフィルタ１０からの透過光を受け、透過光の光強度を電圧VTに変換するようになっている。また第二の光電変換部３３は、第五の光スイッチ２７を介して第一のWDMフィルタ１０からの反射光を受け、反射光の光強度を電圧VRに変換するようになっている。

第三の光電変換部３４は、第六の光スイッチ２８及び第八の光スイッチ３０を介して第二のWDMフィルタ１１からの透過光を受けるか、または第八の光スイッチ３０を介して第二の光カプラ１２からの透過光を受け、透過光の光強度を電圧VTに変換するようになっている。ここで、第三の光電変換部３４は、第二のWDMフィルタ１１からの透過光を受ける一つの光電変換部と、第二の光カプラ１２からの透過光を受ける他の光電変換部としても良い。

第四の光電変換部３５は、第七の光スイッチ２９及び第九の光スイッチ３１を介して第二のWDMフィルタ１１からの反射光を受けるか、または第九の光スイッチ３１を介して第三の光カプラ１３からの反射光を受け、反射光の光強度を電圧VRに変換するようになっている。ここで、第四の光電変換部３５は、第二のWDMフィルタ１１からの反射光を受ける一つの光電変換部と、第三の光カプラ１３からの反射光を受ける他の光電変換部としても良い。

ひずみ演算部３６は、所定のプログラムや関数処理によって電圧VT及び電圧VRを処理するようになっている。

以下本発明のFBGセンサの計測方法及びその計測装置を実施する形態の第一例の作用を説明する。

対象物について、ひずみや温度変化を計測する際には、初めに、複数（二つの）のFBGセンサ１の複数点（２点）で夫々狭い波長帯域により測定する測定方法（図１１では（ｉ））を選択するか、または、複数（二つの）のFBGセンサ１の１点で広い波長帯域により測定する測定方法（図１１では（ｉｉ））を選択するか判断する（図１１のステップＳ３１）。

次にFBGセンサ１で複数点（２点）の計測方法を選択した際には、第一の光スイッチ２３から第九の光スイッチ３１までを全て光スプリッタ２２側に切り換え、FBGセンサ１の１点の計測方法を選択した際には、第一の光スイッチ２３から第九の光スイッチ３１までを全て第一の光カプラ９側に切り換えるようにしている。

続いてFBGセンサ１で複数点（２点）の計測方法を選択した際（図１１では（ｉ））には、以下のように処理する。

最初に図３のフローの処理を行った後、二つのFBGセンサ１からの反射光を光サーキュレータ４から第一の光スイッチ２３を介して光スプリッタ２２に入射させ（図１２のステップＳ３３）、光スプリッタ２２により反射光を、二つのFBGセンサ１に対応するように反射波長ごとに区分けして分岐させる（ステップＳ３４）。ここで図１１中の符号Ａ'は図１２のフローへ続くことを意味している。

次に、分岐した一方の反射光を、第二の光スイッチ２４を介して第一のWDMフィルタ１０に入射させる（ステップＳ３５）と共に、分岐した他方の反射光を、第三の光スイッチ２５を介して第二のWDMフィルタ１１に入射させる（ステップＳ３６）。

第一のWDMフィルタ１０では反射光が入射すると、第一のWDMフィルタ１０の遷移帯域により透過光と反射光を生じ（ステップＳ３７）、第二のWDMフィルタ１１では反射光が入射すると、第二のWDMフィルタ１１の遷移帯域により透過光と反射光を生じる（ステップＳ３８）。ここで図１２中の符号Ｂ'，Ｃ'と符号Ｂ''，Ｃ''は、夫々同じように図１３の符号Ｂ'，Ｃ'のフローへ続くことを意味している。

以下、一方のFBGセンサ１のデータとして第一のWDMフィルタ１０からの透過光と反射光を処理する場合（図１２の符号Ｂ'，Ｃ'）と、他方のFBGセンサ１のデータとして第二のWDMフィルタ１１からの透過光と反射光を処理する場合（図１２中の符号Ｂ''，Ｃ''）とに分けて説明する。

第一のWDMフィルタ１０からの透過光と反射光を処理する場合（図１２の符号Ｂ'，Ｃ'）には、図１３のフローに示す如く、第一のWDMフィルタ１０からの透過光を、第四の光スイッチ２６を介して第一の光電変換部３２に導く（ステップＳ４１）と共に、第一のWDMフィルタ１０からの反射光を、第五の光スイッチ２７を介して第二の光電変換部３３に導き（ステップＳ４２）、第一の光電変換部３２で透過光の光強度を電圧VTに変換し（ステップＳ４３）、同時に第二の光電変換部３３で反射光の光強度を電圧VRに変換する（ステップＳ４４）。その後、透過光の電圧VTと反射光の電圧VRをひずみ演算部３６に入力させる（ステップＳ４５）。

ひずみ演算部３６では、無次元量Ｒ＝（VR−VT）／（VT＋VR）を用いて透過光の電圧VTと反射光の電圧VRによりＲ値が算出される（ステップＳ４６）。この時、第一例のひずみ演算は、参考例と同様に、WDMフィルタ１０，１１のＲ値の範囲を−０．８以上０．８以下として、Ｒ値−波長特性が滑らかな特性となるようにしている。

また、ひずみ演算部３６には、参考例と同様に、使用するFBGセンサ１に対して予めＲ値と波長特性の関係を測定した関数が入力されており、算出したＲ値を、予め測定したＲ値と波長特性の関係に適用して波長を求める（ステップＳ４７）。波長を求めた後は、予め設定もしくは測定されたひずみと波長（ブラッグ波長）の関係（関数や対照テーブル）、予め設定もしくは測定された温度と波長（ブラッグ波長）の関係（関数や対照テーブル）を適用して、一方のFBGセンサ１におけるひずみまたは温度変化を計測する（ステップＳ４８）。

一方、第二のWDMフィルタ１１からの透過光と反射光を処理する場合（図１２の符号Ｂ''，Ｃ''）には、第一のWDMフィルタ１０からの透過光と反射光を処理する場合と同様に図１３のフローに示す如く、第二のWDMフィルタ１１からの透過光を、第六の光スイッチ２８及び第八の光スイッチ３０を介して第三の光電変換部３４に導く（ステップＳ４１）と共に、第二のWDMフィルタ１１からの反射光を、第七の光スイッチ２９及び第九の光スイッチ３１を介して第四の光電変換部３５に導き（ステップＳ４２）、第三の光電変換部３４で透過光の光強度を電圧VTに変換し（ステップＳ４３）、同時に第四の光電変換部３５で反射光の光強度を電圧VRに変換する（ステップＳ４４）。その後、透過光の電圧VTと反射光の電圧VRがひずみ演算部３６に入力される（ステップＳ４５）。

ひずみ演算部３６では、第一のWDMフィルタ１０からの反射光と透過光を処理する場合と同様に処理し、他方のFBGセンサ１におけるひずみまたは温度変化を計測する（ステップＳ４８）。

その後、複数（２つの）のFBGセンサ１（複数の個所）で夫々狭い波長帯域により測定する測定方法（図１１では（ｉ））が適切である場合には、この測定方法を維持する。一方、ひずみや温度変化が大きく、反射波長の変化がWDMフィルタ１０，１１の波長帯域を越えた場合には、図１１のステップＳ３１に戻り、複数（二つの）のFBGセンサ１の１点で広い波長帯域により測定する測定方法（図１１では（ｉｉ））に切り替える。

次にFBGセンサ１の１点の計測方法を選択した際（図１１では（ｉｉ））には、以下のように処理する。

処理は図３〜図６のフローに従い、図３のフローの処理の後、二つのFBGセンサからの反射光を光サーキュレータ４から第一の光スイッチ２３を介して第一の光カプラ９に入射させ（図４のステップＳ７）、２つのWDMフィルタ１０，１１に対応するように２つの反射光に分割し（ステップＳ８）、分割された一方の反射光を第二の光スイッチ２４を介して第一のWDMフィルタ１０に入射させる（ステップＳ９）と共に、分割された他方の反射光を第三の光スイッチ２５を介して第二のWDMフィルタ１１に入射させる（ステップＳ１０）。

第一のWDMフィルタ１０では反射光が入射すると、第一のWDMフィルタ１０の遷移帯域により反射光と透過光を生じ（ステップＳ１１）、第二のWDMフィルタ１１では反射光が入射すると、第二のWDMフィルタ１１の遷移帯域により透過光と反射光を生じる（ステップＳ１２）。

続いて、第一のWDMフィルタ１０からの透過光を、第四の光スイッチ２６を介して第二の光カプラ１２に入射させると共に、第二のWDMフィルタ１１からの透過光を、第六の光スイッチ２８を介して第二の光カプラ１２に入射させる（ステップＳ１３）。また、第一のWDMフィルタ１０からの反射光を、第五の光スイッチ２７を介して第三の光カプラ１３に入射させると共に、第二のWDMフィルタ１１からの反射光を、第七の光スイッチ２９を介して第三の光カプラ１３に入射させる（ステップＳ１４）。第二の光カプラ１２では、２つの透過光を足し合わせて１つの透過光にし（ステップＳ１５）、第三の光カプラ１３で２つの反射光を足し合わせて１つの反射光にする（ステップＳ１６）。

次に、第二の光カプラ１２からの透過光を、第八の光スイッチ３０を介して第三の光電変換部３４に導く（図５に示すステップＳ１７）と共に、第三の光カプラ１３からの反射光を、第九の光スイッチ３１を介して第四の光電変換部３５に導き（ステップＳ１８）、第三の光電変換部３４で透過光の光強度を電圧VTに変換し（ステップＳ１９）、同時に第四の光電変換部３５で反射光の光強度を電圧VRに変換する（ステップＳ２０）。その後、透過光の電圧VTと反射光の電圧VRをひずみ演算部３６に入力させる（ステップＳ２１）。

ひずみ演算部３６では、無次元量Ｒ＝（VR−VT）／（VT＋VR）を用いて透過光の電圧VTと反射光の電圧VRによりＲ値が算出される（ステップＳ２２）。この時、第一例のひずみ演算は、参考例と同様に、WDMフィルタ１０，１１のＲ値の範囲を−０．８以上０．８以下として、Ｒ値−波長特性が滑らかな特性となるようにしている。

また、ひずみ演算部３６には、参考例と同様に、使用するFBGセンサ１に対して予めＲ値と波長特性の関係を測定した関数が入力されており、算出したＲ値を、予め測定したＲ値と波長特性の関係に適用して波長を求める（ステップＳ２３）。波長を求めた後は、予め設定もしくは測定されたひずみと波長（ブラッグ波長）の関係（関数や対照テーブル）、予め設定もしくは測定された温度と波長（ブラッグ波長）の関係（関数や対照テーブル）を適用して、ひずみまたは温度変化を計測する（ステップＳ２４）。

ここで、ひずみまたは温度変化を計測するFBGセンサの計測装置及びその計測方法には、２つのWDMフィルタ１０，１１を並列に用いる構成のみならず、３つ以上のWDMフィルタを並列に用いる構成も良く、WDMフィルタの波長帯域が夫々連続するものならば特に制限されるものではない。

その後、複数（二つの）のFBGセンサ１の１点で広い波長帯域により測定する測定方法（図１１では（ｉｉ））が適切である場合には、この測定方法を維持する。一方、複数（二つの）のFBGセンサ１の複数点（２点）で測定する必要がある場合には、図１１のステップＳ３１に戻り、複数（二つの）のFBGセンサ１の複数点（２点）で夫々狭い波長帯域により測定する測定方法（図１１では（ｉ））に切り替える。

而して、このように実施の形態の第一例によれば、一つのFBGセンサに一つのWDMフィルタを適用するように複数のFBGセンサ１の複数点で夫々狭い波長帯域により測定する測定方法と、一つのFBGセンサに２つのWDMフィルタを適用するように複数のFBGセンサ１の１点で広い波長帯域により測定する測定方法とを適用し得るので、ひずみや温度変化を好適に計測することができる。また、複数のFBGセンサ１の複数点で夫々狭い波長帯域により測定する測定方法と、複数のFBGセンサ１の１点で広い波長帯域により測定する測定方法とを必要に応じて選択し得るので、ひずみや温度変化を計測する方法の自由度を向上させることができる。

また実施の形態の第一例によれば、波長帯域が連続する２つのWDMフィルタを連結し、二つのFBGセンサ１の１点で広い波長帯域により測定した場合には、参考例と同様な作用効果を得ることができる。

尚、本発明のFBGセンサの計測装置及びその計測方法は、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の参考例の構成を示すブロック図である。 WDMフィルタの遷移帯域を基準化して示すと共に、波長帯域が連続する一つのWDMフィルタと他のWDMフィルタとを連結した場合を示すグラフである。 参考例の処理を示すものであって最初のフローである。 参考例の処理を示すものであって図３から連続するフローである。 参考例の処理を示すものであって図４から連続するフローである。 Ｒ値と波長特性の関係を基準化して示す共に、波長帯域が連続する一つのWDMフィルタと他のWDMフィルタとを連結した場合を示すグラフである。 Ｒ値と波長特性の関係を具体的な一例で示すグラフである。 Ｒ値と波長特性の関係を具体的な他例で示すグラフである。 波長帯域が連続する４つのWDMフィルタであってＲ値と波長特性の関係を具体例で示すグラフである。 本発明を実施する形態の第一例の構成を示すブロック図である。 第一例の処理を示すものであって最初のフローである。 第一例の処理を示すものであって図１１から連続するフローである。 第一例の処理を示すものであって図１２から連続するフローである。 従来のFBGセンサの計測装置の構成を示すブロック図である。

１ FBGセンサ
３ 光源
４ 光サーキュレータ
８ 光ファイバ
９ 第一の光カプラ
１０ 第一のWDMフィルタ（一方のWDMフィルタ）
１１ 第二のWDMフィルタ（他方のWDMフィルタ）
１２ 第二の光カプラ
１３ 第三の光カプラ
１４ 第一の光電変換部（一方の光電変換部）
１５ 第二の光電変換部（他方の光電変換部）
１６ ひずみ演算部
２１ 光ファイバ
２２ 光スプリッタ
２３ 第一の光スイッチ（切替手段）
２４ 第二の光スイッチ（切替手段）
２５ 第三の光スイッチ（切替手段）
２６ 第四の光スイッチ（切替手段）
２７ 第五の光スイッチ（切替手段）
２８ 第六の光スイッチ（切替手段）
２９ 第七の光スイッチ（切替手段）
３０ 第八の光スイッチ（切替手段）
３１ 第九の光スイッチ（切替手段）
３２ 第一の光電変換部
３３ 第二の光電変換部
３４ 第三の光電変換部（他の光電変換部）
３５ 第四の光電変換部（別の光電変換部）
３６ ひずみ演算部

Claims (4)

1. 二つのFBGセンサと、波長帯域が連続する二つのWDMフィルタとを用い、前記FBGセンサからの反射光を前記WDMフィルタに入射させ、前記WDMフィルタからの透過光を電圧VTに変換すると共に、前記WDMフィルタからの反射光を電圧VRに変換し、無次元量Ｒ＝（VR−VT）／（VT＋VR）を算出し、予め測定したＲ値と波長特性の関係から波長を求め、ひずみまたは温度変化を計測するFBGセンサの計測方法であって、
   前記二つのFBGセンサの二点で計測する際には、前記二つのFBGセンサからの反射光を光スプリッタにより反射波長ごとに区分けするように反射光を分岐し、分岐した反射光を前記二つのWDMフィルタに個別に入射させて、一方のWDMフィルタからの透過光と反射光を夫々電圧に変換すると共に、他方のWDMフィルタからの透過光と反射光を夫々電圧に変換し、夫々の電圧を介して前記二つのFBGセンサの２点によるひずみまたは温度変化を計測し、
   前記二つのFBGセンサのうち一点で計測する際には、前記二つのFBGセンサからの反射光を光カプラを介して分割し、分割した反射光を前記二つのWDMフィルタに個別に入射させて、一方のWDMフィルタからの透過光と他方のWDMフィルタからの透過光を足し合わせて電圧VTに変換すると共に、一方のWDMフィルタからの反射光と他方のWDMフィルタからの反射光を足し合わせて電圧VRに変換し、夫々の電圧を介して前記二つのFBGセンサの１点によるひずみまたは温度変化を、前記二つのWDMフィルタの波長帯域で計測し、
   前記二つのFBGセンサの二点で計測する場合や、前記二つのFBGセンサのうち一点で計測する場合を同一のFBGセンサの計測装置で計測することを特徴するFBGセンサの計測方法。
2. Ｒ値の範囲を−０．８以上０．８以下としたことを特徴する請求項２記載のFBGセンサの計測方法。
3. 二つのFBGセンサを配置する光ファイバと、波長帯域が連続する二つのWDMフィルタとを用い、前記FBGセンサからの反射光を前記WDMフィルタに入射させ、前記WDMフィルタからの透過光を電圧VTに変換すると共に、前記WDMフィルタからの反射光を電圧VRに変換し、無次元量Ｒ＝（VR−VT）／（VT＋VR）を算出し、予め測定したＲ値と波長特性の関係から波長を求め、ひずみまたは温度変化を計測するFBGセンサの計測装置であって、
   前記光ファイバへ光を連続的に出力する光源と、
   前記二つの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、
   前記二つのFBGセンサからの反射光を反射波長ごとに区分けして個別に前記二つのWDMフィルタに入射させる光スプリッタと、
   前記二つのFBGセンサからの反射光を分割して個別に前記二つのWDMフィルタに入射させる第一の光カプラと、
   前記光スプリッタと前記第一の光カプラを切り替える切替手段と、
   前記光スプリッタを選択した際に前記WDMフィルタからの透過光及び反射光を処理する光電変換部と、
   前記第一の光カプラを選択した際に一方のWDMフィルタからの透過光と他方のWDMフィルタからの透過光とを足し合わせる第二の光カプラと、
   前記第二の光カプラからの透過光を電圧VTに変換する他の光電変換部と、
   前記第一の光カプラを選択した際に一方のWDMフィルタからの反射光と他方のWDMフィルタからの反射光とを足し合わせる第三の光カプラと、
   前記第三の光カプラからの反射光を電圧VRに変換する別の光電変換部と、
   前記光スプリッタを選択した際には前記二つのFBGセンサの２点によるひずみまたは温度変化を計測し、前記第一の光カプラを選択した際には前記二つのFBGセンサの１点によるひずみまたは温度変化を、前記二つのWDMフィルタの波長帯域で計測するひずみ演算部と、
   を備えたことを特徴するFBGセンサの計測装置。
4. 前記ひずみ演算部は、Ｒ値の範囲を−０．８以上０．８以下としたことを特徴する請求項３記載のFBGセンサの計測装置。

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