JP5207421B1 - 波長検波型光センサシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】センサとして小型化及び高い測定精度を同時に実現する。
【解決手段】本発明の波長検波型光センサシステムは、光源から出射される光が入射するファブリペロー光共振器ＦＦＰと、このファブリペロー光共振器が出力する前記線スペクトルを含む反射波長帯域を備えて出力光を出射する出力側帯域反射フィルタＦＢＧとを有する複数の前記波長変化型光センサＳ１、Ｓ２と、第一の端子に入射した光を第二の端子から出射し、この第二の端子に入射した光を波長検波手段に接続された第三の端子から出射する光サーキュレータＣＩＲと、光源から複数のファブリペロー光共振器を直列に接続するとともに末端が光サーキュレータの第一の端子に接続された第一の光路と、複数の出力側帯域反射フィルタを直列に接続するとともに末端が光サーキュレータの第二の端子に接続された第二の光路とを具備する。
【選択図】図９

Description

本発明は光ファイバブラッググレーティングを用いた分布型光ファイバ計測システムを構成する場合に好適な波長検波型光センサシステムに関する。
阪神淡路大震災、東日本大震災など我が国は地震大国であり、耐震構造の建築構造物が一般的である。一方建築構造物は時間と共に老朽化していき初期の耐震性が失われていく。高度成長時代は老朽化した建築構造物は取り壊し、新たに建築していくスクラップアンドビルドの考え方が主流であった。しかし地球環境保全の観点からこの方法は用いられなくなり、現在ではすでにあるものを維持保全しながら大切に使っていく方向に社会全体のトレンドが変化してきている。したがって維持保全は重要なアイテムになる。維持保全の方法として保守員が見回り、点検を行いこれを推進していく方法があるが、この方法は常時点検ができないという欠点がある。また人間は点検に際して種々の測量をするが、例えば天井裏、壁の中など本質的に測量しにくい場所もある。そのような場所が耐震構造上重要なチェック対象になる場合もある。これに対して光ファイバ網を建築工事の際同時に建築物に埋め込み測定しようとする技術が検討され一部実用化されている。対象はビルディングのような建築物だけではなく地震で大きな被害を受けた鉄橋、トンネル等もその対象となっている。一方、宇宙航空分野に目を転じても同様な検討が進められている。航空機、ロケットなどの機体に金属疲労が発生して致命的な事故に至らないか否かチェックはその代表的なものである。宇宙航分野の場合、「軽量」は重要なキーワードである。光ファイバはこのリクエストに対して現在最も優れた回答を与えるキーハードである。
以上のような社会背景をもとに技術的な進歩が著しいのが光ファイバブラッググレーティング（以下、単に「ＦＢＧ」と記す）を用いた分布計測システムである。日本女子大学１００年記念館あるいは慶応大学の三田校舎のように実用化が始まっている。第一の従来技術を図１［特許文献１］に示す。図１はよく知られているＦＢＧを用いた代表的な分布計測システムである。この方法は反射波長帯域がそれぞれ異なる複数のＦＢＧを光ファイバで接続し分布計測を可能としたもので光源には広帯域光源が用いられる。光源から出射された光は光カプラを経てＦＢＧ列に入射され、ＦＢＧからの反射光は光分岐器経由波長検波装置に入力される。波長検波装置は各ＦＢＧの反射中心波長を計測する。ＦＢＧの反射中心波長はＦＢＧの温度あるいは歪等の物理量にリンクしてシフトする。このためＦＢＧの波長を計測すれば各ＦＢＧの温度あるいは歪などの物理量が波長検波装置につながるマイクロコンピュータで認識される仕組みである。
次に第二の従来技術について述べる。図２はＦＢＧを用いた測定精度を高めるためのキーハードである。これは光ファイバファブリペロー共振器(以下、単に「ＦＦＰ」と記す)と呼ばれ、光ファイバ内に同じ特性のＦＢＧを一定間隔離して２個描画し作成されるものである。図３はこのＦＦＰの光の波長に対するスペクトルを示す。（Ａ），（Ｂ）は２個のＦＢＧの反射スペクトルであり、いずれも同一の反射スペクトルのものを使う。（Ｃ）はＦＦＰの透過率を示す。スペクトルの中央に狭帯域の例えば１０ｐｍ程度の帯域幅のスペクトルが発生させることができる［特許文献２］。図３の方法を少しアレンジして単一スペクトルだけを抽出する方法が知られている［非特許文献１］。これはＦＦＰとＦＦＰが発生する狭帯域のスペクトルをカバーする反射波長帯域をもつＦＢＧ３それに光サーキュレータＣＩＲを組み合わせ図４に示すような光回路構成にするものである。図５はこの回路の光スペクトルを示す。（Ａ）、（Ｂ）はＦＢＧ１、ＦＢＧ２の反射スペクトル、（Ｃ）はＦＦＰの透過スペクトル、この透過光は光サーキュレータＣＩＲに入射後、ＦＢＧ３で反射される。（Ｄ）はＦＢＧ３の反射スペクトルである。ＦＢＧ３で反射された狭帯域光スペクトルは光サーキュレータＣＩＲの出射ファイバに導かれここから（Ｅ）に示すような狭帯域単一線スペクトルが出射される。
図６はＦＦＰを用いて図４の回路を用いて図１の分布計測システムよりも測定精度を高めた分布計測システムである。単純にＦＢＧを用いた図１に示すシステムの場合はＦＢＧの帯域幅は１５０ｐｍ程度であるが、ＦＦＰを用いると上記のように１０ｐｍ程度の帯域幅にできるので単純にＦＢＧを用いた場合よりもその中心波長をより高い測定精度で求めることができる。その動作の概要は以下のようである［特許文献２］。図６において、センサＳ１はＦＢＧ１とＦＢＧ２からなるＦＦＰ１とＦＢＧ３から成る。このセンサは図７のようにセンサホルダＳＨ内に収められ例えば接着剤などで固定される。これによりＦＦＰ１とＦＢＧ３は同一温度となり、また歪がＳＨに印加されれば同じ歪を受けることになる。センサＳ１は光サーキュレータＣＩＲを介してＦＦＰ１とＦＢＧ３が接続される。広帯域光源からの光Ｌ１は光回路Ｒ１のようにＦＦＰ１を通過した出射光のうち狭帯域単一線スペクトルだけがＦＢＧ３で反射され光サーキュレータＣＩＲ及び波長多重用カプラＷＤＭＣを経て波長検波器に単一の線スペクトルとして入射する。この動作は図８に示すセンサ１の波長帯域で行われる。図８において（ａ）はＦＦＰ１とＦＦＰ２の透過スペクトルを重ね合わせて書いたものであり、（ｂ）はＦＢＧ３とＦＢＧ６の反射スペクトルを重ね合わせて書いたものである。また（ｃ）は波長検波装置への入射スペクトルである。センサごとの波長帯域はシステム設計時に割り与られる。この動作はセンサ２でもセンサ１と同様に行われ、センサ１の波長帯域とセンサ２の波長帯域は図８のように異なった帯域であり、センサ１とは独立に行われる。すなわち図６においてセンサＳ２は光サーキュレータＣＩＲを介してＦＦＰ２とＦＢＧ６が接続される。広帯域光源からの光Ｌ２は光回路Ｒ２のようにＦＦＰ２を通過した出射光のうち狭帯域単一線スペクトルだけがＦＢＧ６で反射され光サーキュレータＣＩＲ及び波長多重用カプラＷＤＭＣを経て波長検波器に入射する。
以上の分布計測システムにおいてセンサ１の温度が変化するとＦＢＧの場合と同様に図８の破線のようにセンサ１の光スペクトルがΔλだけ変化する。図８において（ａ'），（ｂ'），（ｃ'）のスペクトルはセンサ１に温度変化が印加された場合のスペクトルである。（ａ'）はＦＦＰ１とＦＦＰ２の透過スペクトルを重ね合わせて書いたものであり、（ｂ'）はＦＢＧ３とＦＢＧ６の反射スペクトルを重ね合わせて書いたものである。また（ｃ'）は波長検波装置への入射スペクトルである。この時センサ２の波長帯域は前述のようにセンサ１とは異なるので波長スペクトルに変化は生じない。Δλは温度にリンクした量となるのでこれを実際のマイクロコンピュータで温度に変換しセンサ出力とする。この場合温度とΔλとの関係を予めデータとしてリードオンメモリーに記憶しておけば、Δλが入力されたとき温度を出力することができる。センサ２についてもセンサ１の場合とまったく同じようにして温度を出力することができる。
特開２０００−２８３８４３号公報 特開２０１１−１４９８７４号公報
X. P. Cheng, C. H.Tse, P. Shum, R. F. Wu, M. Tang, W. C. Tan and J. Zhang, "All-Fiber Q-Switched Erbium-Doped Fiber Ring Laser Using Phase-Shifted Fiber Bragg Grating," J. Lightw. Technol., vol. 26, no.8, pp. 945-951 (2008)
図１の従来技術はセンサ構成がＦＢＧだけでよいのでセンサのサイズを小さくできる利点があるが、一方でＦＢＧの波長帯域幅が広いため測定する温度・歪等の物理量とリンクする反射中心波長を正確に求めることができずセンサとしての測定精度に課題があった。
図７の従来技術はＦＦＰによりセンサとしての波長帯域幅を狭くできるので物理量とリンクするＦＦＰの中心波長を図１の方式よりも正確に求めることができセンサとしての測定精度は図１に比べ大きく改善される。しかしセンサを構成するためにはＦＦＰ、ＦＢＧ、光サーキュレータＣＩＲを小型化する必要がある。ＦＦＰ、ＦＢＧは図７に示す様にセンサホルダＳＨを用いて小型化が可能であるが、光サーキュレータは寸法が大きい（AGILTRON社、15 Presidential Way, Woburn, MA 01801, Tel 781-935-1200, www.agiltron.com 3-Port Circulator, 長さ58mm, 直径5.5mm）。このため図１の方式に比べて、図７の方式はセンサとして測定精度の向上は図られたが小型化に課題がある。
本発明が解決しようとする課題はセンサとして小型化及び高い測定精度を同時に実現した波長検波型センサシステムを提供することである。
第二の従来技術の図４ではＦＦＰが１個、ＦＢＧが１個でありこれを光サーキュレータで接続し狭帯域単一スペクトルを得ている。複数のＦＦＰを光ファイバで直列に接続し、複数のＦＢＧを光ファイバで接続しこれを図４の１個のＦＦＰ及び１個のＦＢＧに変えて光サーキュレータに接続する。各ＦＦＰの中央の狭帯域スペクトルと対応するＦＢＧの反射中心波長は同一になるように設計する。またＦＦＰと対応するＦＢＧは組み合わせて１つのセンサホルダに組み込みセンサとする。これによりシステムで必要となる光サーキュレータは１個で済みセンサは小型化でき、かつＦＦＰを使用することでセンサは狭帯域のスペクトルを示すので高い測定精度が得られる。
具体的な構成としての本発明の波長検波型光センサシステムは、光源と、この光源から出射される光が入射する光路に沿った被測定部毎に設置され相互に異なる波長検出帯域を備えた複数の波長変化型光センサと、この複数の波長変化型光センサから前記光路を介して出力される出力光を検出する波長検波手段とを備えた波長検波型光センサシステムであって、前記光源から出射される光が入射し、前記光路上において一対の入射側帯域反射フィルタが対向配置されて前記一対の入射側帯域反射フィルタの反射波長帯域内に少なくとも１本の線スペクトルを含む透過スペクトルを出力するファブリペロー光共振器と、このファブリペロー光共振器が出力する前記透過スペクトル中の少なくとも１本の前記線スペクトルの波長領域を含む反射波長帯域を備えて前記出力光を出射する出力側帯域反射フィルタとを有する複数の前記波長変化型光センサと、第一の端子に入射した光を第二の端子から出射し、この第二の端子に入射した光を前記波長検波手段に接続された第三の端子から出射する光サーキュレータと、前記光源から前記複数の波長変化型光センサ毎に設けられた複数の前記ファブリペロー光共振器を直列に接続するとともに末端が前記光サーキュレータの前記第一の端子に接続された第一の光路と、前記複数の波長変化型光センサ毎に設けられた複数の前記出力側帯域反射フィルタを直列に接続するとともに末端が前記光サーキュレータの前記第二の端子に接続された第二の光路と、を具備することを特徴とする。
本発明において、前記第一の光路は光ファイバからなる第一の光ファイバアームで構成され、前記一対の入射側帯域反射フィルタは前記第一の光ファイバアーム中に形成されたファイバブラッググレーティングであり、前記第二の光路は光ファイバからなる第二の光ファイバアームで構成され、前記出射側帯域反射フィルタは前記第二の光ファイバアーム中に形成されたファイバブラッググレーティングであることが好ましい。
本発明において、前記ファブリペロー光共振器は、前記反射波長帯域内に単一の前記線スペクトルを生ずるように構成されることが好ましい。このような構成は、例えば、ファブリペロー光共振器の反射波長帯域幅ＢＷをフリースペクトルレンジＦＳＲの２倍よりも狭くすることによって実現される。
本発明において、前記波長変化型光センサ毎に、前記出射側帯域反射フィルタの反射波長帯域は、前記ファブリペロー光共振器の反射波長帯域内に限定されていることが好ましい。
本発明において、前記波長変化型光センサ毎に、前記出射側帯域反射フィルタは、前記ファブリペロー光共振器より出力される前記線スペクトルの波長と一致した反射中心波長を有することが好ましい。
本発明によれば、小型化及び高い測定精度を同時に実現した波長検波型センサシステムを提供できるという優れた効果を奏し得る。
第一の従来技術による分布計測システムを示す概略構成図である。 ＦＢＧを用いたファブリペロー干渉計を示す概略構成図である。 ＦＢＧを用いたファブリペロー干渉計のスペクトルの説明図（Ａ）〜（Ｃ）である。 狭帯域通過特性を持つ従来の光フィルタを示す概略構成図である。 狭帯域通過特性を持つ従来の光フィルタの各点のスペクトルの説明図（Ａ）〜（Ｅ）である。 第二の従来技術による分布計測システムを示す概略構成図である。 狭帯域単一通過スペクトルをもつフィルタの構成を示す概略構成図である。 第二の従来技術による分布計測システムの各箇所のスペクトル、および、本発明による分布計測システムの各箇所のスペクトルの説明図（ａ）〜（ｃ）、（ａ′）〜（ｃ′）である。 本発明による分布計測システムを示す概略構成図である。 本発明の分布計測システムを用いた実施例のスペクトル計測図である。 実施例の光センサの被測定部の歪と検出波長との関係を線スペクトルが２本と場合と１本の場合についてそれぞれ示すグラフである。 実施例の異なる２つの光センサのうち一方の光センサにのみ歪を印加し続けた場合の両光センサの検出波長を示すグラフである。 実施例の波長検波装置の構成を示す概略構成図である。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。以下に説明する本発明の波長検波型光センサシステムの実施形態は、複数のＦＢＧ（上記入射側帯域反射フィルタに相当する。）を２つペアにして光ファイバファブリペロー干渉計（上記ファブリペロー光共振器に相当する。）を構成し、これを光ファイバで直列に接続しこれを第一の光ファイバアーム（上記第一の光路に相当する。）とし、前記光ファイバファブリペロー干渉計と同数のＦＢＧ（上記出射側帯域反射フィルタに相当する。）を光ファイバで直列に接続しこれを第二の光ファイバアーム（上記第二の光路に相当する。）とし、第一の光ファイバアームの一端を光源に接続し、他端を光サーキュレータの第一の端子に接続し、第一の端子からの光のみを受光する第二の端子に第二の光ファイバアームを接続し、第二の端子からの光のみを受光する第三の端子から出射する光を波長検波器に接続し該波長検波器により得られた波長あるいは波長ドリフトをマイクロコンピュータなどの電子回路及びソフトウエアから当該複数のセンサの物理量を計測し出力することを特徴とする光ファイバ分布計測システムである。本実施形態の分布計測システムの計測対象は温度や歪である。
この場合において、光ファイバファブリペロー干渉計の透過スペクトルは１本とし、この波長と同一の反射中心波長をもつＦＢＧを物理的に該光ファイバファブリペロー干渉計と一体化しセンサとしている。以下、このような具体的な構成について詳細に説明する。
ＦＢＧの反射率Ｒは、モード結合方程式を解くことにより以下の数１の式により表すことができる。ただし、ＦＢＧのグレーティング描画により発生する屈折率変調された実効屈折率の平均値がＦＢＧの描画されていない箇所のコアの実効屈折率に等しいとすれば、以下の数２〜数４の式が成り立つ。そして、ＦＢＧのピーク波長からみて初めて反射率がゼロになる長波長側の波長と短波長側の波長との差で示されるＦＢＧの反射帯域幅ＢＷを数５の式により求めることができる。なお、ｎｅはＦＢＧの実効屈折率、ΔｎｅはＦＢＧの屈折率変調の振幅、ΛはＦＢＧの格子ピッチ、λは波長、λＢはＦＢＧの反射中心波長、ＬｂはＦＢＧの物理的な長さである。
ここで、光ファイバファブリペロー干渉計において一対のＦＢＧが同一特性で同一寸法であるとした場合、その透過率Ｔは上記数１に基づいて以下の数６により示される。ここで、Ｌｇは一対のＦＢＧの間の格子が描画されていない部分の実際の長さであり、ＬｅはＦＢＧの反射光の入射光に対する位相遅れにより生ずる実効長さであって、以下の数７から求められる。ここで、ＦＢＧの反射率Ｒの最大値Ｒｍａｘは数８から得られる。したがって、実効長Ｌｅは以下の数９により求められる。さらに、透過率Ｔの最大値を与える波長λはｍを自然数として数１０の式から得られる。この数１０を用いると、フリースペクトルレンジＦＳＲは以下の数１１から求めることができる。
ここで、上記数５の式で示される、数光ファイバファブリペロー干渉計のＦＢＧの反射帯域幅ＢＷと、上記数１１の式で示されるフリースペクトルレンジＦＳＲとの関係を２ＦＳＲ＞ＢＷとすれば、上記反射帯域幅ＢＷ内において単一の線スペクトル（狭帯域透過スペクトル）のみが生ずる。ただし、本発明においては、単一の線スペクトルのみが現れるように構成する場合に限らず、２本以上の線スペクトルが生ずるようにしても計測は可能である。しかし、単一の線スペクトルのみが生ずるようにすると波長検波が容易になるとともに、各センサの波長検出帯域を狭く設定できるため、多数の被測定部に対応した多数の測定点を設けることができる。
また、上記数４の式で示されるＦＢＧの反射中心波長λＢを上記数１０の式で示される上記線スペクトルのピーク波長λのいずれか一つに等しくなるように、すなわち、２ｎｅΛ＝２ｎｅ（Ｌｇ＋２Ｌｅ）／ｍとなるように、Ｌｇ＝ｍΛ―２Ｌｅが成立するように設計することが好ましい。このように設計すると、温度Ｔや歪εによって上記線スペクトルがシフトしても、当該線スペクトルの中心波長を検出することができる。これは、上記λＢ＝２ｎｅΛとλ＝２ｎｅ（Ｌｇ＋２Ｌｅ）／ｍとが等しくなるように設計されているため、いずれの温度Ｔの偏微分と歪εの偏微分の和もまた相互に等しくなるから、温度Ｔや歪εが変化しても上記反射中心波長λＢの変化量とピーク波長λの変化量もまた相互に等しくなるからである。すなわち、この場合には温度Ｔや歪εが変化しても常に上記反射中心波長がピーク波長に一致する。
図４は狭帯域単一線スペクトルを出力する１個のセンサに対応する光回路を示す。本発明はｎ及びｉを整数としてｎ個のＦＦＰすなわちＦＦＰ１〜ＦＦＰｉ〜ＦＦＰｎを１本の光ファイバに直列に描画し、改めてこれを図４の１個のＦＦＰに対応するものとみなす。光源には広帯域光源からの光をＦＦＰ列に入力する。同時にＮ個のＦＢＧすなわちＦＢＧ１〜ＦＢＧｉ〜ＦＢＧｎを別の１本の光ファイバに直列に描画し、同様に改めてこれを図４の１個のＦＢＧに対応するものとみなす。そのうえで両者を光サーキュレータで図４と同様にして回路接続する。
ｎ＝２の場合のシステムを図９に示す。ＦＦＰｉの線スペクトルの波長とＦＢＧｉの反射中心波長は第二の従来技術と同様に同一とする。ＦＦＰｉとＦＢＧｉは組み合わされ図７に示す構成とし、１つのセンサＳｉとする。ＦＦＰｉとＦＢＧｉの両者にはセンサホルダＳＨにより同じ温度、あるいは歪が印加される。これにより光サーキュレータの出射ファイバからはセンサＳ１〜Ｓｉ〜Ｓｎに対応するｎ個の線スペクトルが出射される。この分布計測システムの各点のスペクトルは第二の従来技術で説明した図８と同じになる。この場合サーキュレータＣＩＲに入射してくる光のスペクトル、すなわちＦＦＰ１とＦＦＰ２を組み合わせた透過スペクトルは図９（ａ）になる。またＦＢＧ３，ＦＢＧ６の反射スペクトルは図９（ｂ）になる。またＦＦＰの狭帯域線スペクトルの波長はＦＢＧの反射中心波長と同一であるので光サーキュレータから出射してくる光が図９（ｃ）で示される。この両者の波長を同一に設計する手法は上記各式により説明したとおりであり、特許文献１に示されている。また両波長が温度変化あるいは印加歪により変化する波長シフト量は同一であることも上記各式により説明したとおりであり、同文献に示されている。更にＦＦＰから出射スペクトルを２本以上の整数ではなく１本の単一スペクトルにするための設計手法も上記各式により説明したとおりであり、同文献に示されている。
なおセンサ１のＳ１に歪あるいは温度変化が印加されるとこれらのスペクトルは第二の従来技術の場合と同様に（ａ）,（ｂ）,（ｃ）のスペクトルは（ａ'）,（ｂ'）,（ｃ'）のようになる。よって波長シフトΔλを波長検波器経由でマイクロコンピュータに接続することによりセンサＳ１からの信号を計測できる。同様にして複数のセンサＳ１〜Ｓｉ〜Ｓｎからの信号を計測することができる。この方式ではセンサＳｉのサイズはサーキュレータが不要のため小型化が可能である。またセンサ測定精度はＦＦＰを用いているのでセンサの波長帯域幅は狭くでき高い精度を得ることができる。これにより従来技術の課題を解決できた。
複数のセンサＳ１〜Ｓｎのそれぞれにおいては、ＦＦＰとＦＢＧが相互に近接して配置されることが好ましい。すなわち、各センサ内においてＦＦＰとＦＢＧが計測量（温度や歪）について実質的に同じ環境となるように配置されることにより、ＦＦＰの特性とＦＢＧの特性の計測量による波長シフトが実質的に同一になるため、透過スペクトル（狭帯域線スペクトル）を確実に検出することができる。また、一つのセンサにおいて所定の計測範囲を確保するために使用する波長検出帯域を狭くすることができるため、波長帯域の利用効率を向上させることができる。ＦＦＰとＦＢＧの具体的な配置態様としては、ＦＦＰとＦＢＧを隣接配置させたり、相互に固定したり、共通の筐体内やベース上に共に固定したりすることが考えられる。この場合に、温度計測の場合には熱伝導性の高い筐体やベースを用いることが望ましく、歪計測の場合には同様の歪を与えることができるようにＦＦＰとＦＢＧを共通の筐体やベースに密着させた状態に固定することが望ましい。
本実施形態では、図８に示すように、ＦＦＰの反射波長帯域とＦＢＧの反射波長帯域のうち少なくともいずれか一方が占有する波長検出帯域を含む波長範囲を各センサＳｉの波長帯域として設定し、複数のセンサＳ１〜Ｓｎの波長帯域が相互に重ならないように構成することにより、異なる波長検出帯域を有する複数のセンサを有する構成が実現されている。このとき、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、各センサＳｉにおいてＦＢＧ（出射側帯域反射フィルタ）の反射波長帯域がＦＦＰ（ファブリペロー光共振器）の反射波長帯域（一対の入射側帯域反射フィルタの反射波長帯域のうち少なくともいずれか一方が占有する領域）内に限定されることが好ましい。これにより、ＦＦＰの線スペクトルのみがＦＢＧによって反射されるため、波長検波手段による線スペクトルの波長検出が容易になる。
次に、本実施形態において本発明の波長検波手段に相当するものとして用いることのできる波長検波装置の動作をマイクロコンピュータと組み合わせて説明する。図１３に示す様に波長検波装置はチューナブルフィルタと受光素子から構成される。このうちチューナブルフィルタの一例がＭＩＣＲＯＮＯＰＴＩＣＳ社のホームページhttp://www.micronoptics.com/tunable_filters.phpに記載されている。同社のＦＦＰ−ＴＦ（製品名若しくは製品番号）、あるいはＦＦＰ−ＴＦ２（製品名若しくは製品番号）、あるいはＦＦＰ−ＴＦ２ ９０００（製品名若しくは製品番号）がこれに相当する。ＦＦＰ−ＴＦ２ ９０００の場合、１３００ｎｍから１６００ｎｍの波長帯域でフリースペクトルレンジは３４０ｎｍであるのでこの区間で透過スペクトルはただの１つとなる。すなわち透過スペクトルは櫛形に何本もの透過スペクトルが存在するのではなく単一の透過スペクトルとなる。このスペクトルの半値全幅は５０ｐｍである。掃引速度は８００Ｈｚである。この波長帯域に１個あるいは複数のセンサの波長帯域をシステム設計時それぞれが重畳しない様に配置すれば各センサのピーク波長はこのチューナブルフィルタの透過スペクトルを掃引すれば判定できる。
掃引は図１３に示す圧電素子ＰＺＴの駆動電圧によって圧電素子ＰＺＴに変位が発生することを使用して行われる。この変位は、波長可変ファブリペロー干渉計（Ｖａｒｉａｂｌｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ＦＦＰ、以下、単に「ＶＦＦＰ」という。）の構成要素である、相互に対向する光ファイバ端面に例えば誘電体多層膜として形成された高反射ミラーＭＲの間で発生するようにチューナブルフィルタでは構成されている。この間隔が変化することによりＶＦＦＰの透過スペクトルが変化する。よってマイクロコンピュータから透過させたい波長に対応した電圧を駆動回路経由で圧電素子ＰＺＴに印加することにより当該波長がＶＦＦＰを通過し、他の波長域の光はＶＦＦＰを透過しないことになる。従ってそれぞれのセンサのピーク波長はＶＦＦＰに接続される受光素子の出力が最大になる波長として判定される。なお掃引するための回路も同社のコントローラＦＦＰ−Ｃ（製品名若しくは製品番号）として販売されている。なおマイクロコンピュータは各センサの物理量とそれに対応する波長を一覧表として例えばリードオンメモリーを用いて記憶しておくことにより、マイクロコンピュータが求めた各センサのピーク波長を使って各センサの物理量を測定値として出力する。
次に、上記実施形態を用いた実験結果を示す。図１０はｎ＝２として測定したスペクトルであり図８の（ｃ）あるいは（ｃ'）に相当する波形である。図１１はｎ＝１とした場合（図示では黒い丸）と、ｎ＝２として測定した場合（図示では灰色の正方形）の歪を横軸にとり縦軸を波長検波装置で計測された波長にとったグラフである。歪印加に対する波長の変化の割合は何れの場合も同じで、相互に対応する黒い丸と灰色の正方形の位置は全て重なっている。これにより測定精度はセンサの数ｎに無関係に同じであることが分かる。一方、図１２も測定精度がｎに影響されないことを示すデータである。この実験はｎ＝２として一方のセンサには歪を印加せず（歪の変化なし）、他方のセンサには歪を印加していった場合の両者の波長変化をグラフにしたものである。これから歪を印加しない（歪の変化なし）センサの波長変化（Ｐｅａｋ２）は他方のセンサの歪印加の影響（Ｐｅａｋ１）を受けていないことが分かる。図１１のグラフの傾斜（計測感度）は１．０８ｐｍ／μｓｔでＦＢＧ単体の場合とほぼ同じであった。またＦＢＧのスペクトル幅は約１５０ｐｍ、ＦＦＰの狭帯域スペクトルの幅は約１０ｐｍであるのでＦＦＰのほうがスペクトル幅の狭くなった分だけ、ＦＢＧと比べ高い計測精度になっている。以上のことから本発明は実験的に、小型かつ高い計測精度が得られたことが確認された。
尚、本発明の波長検波型光センサシステムは、上述の図示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。例えば、上記実施形態では光ファイバを用いた分布計測システムとして説明したが、本発明は光ファイバに限らず、何らかの光路を用いた構成であればよく、また、分布を計測するものに限らず、複数のセンサ部を有するものであれば如何なるセンサシステムであっても構わない。
本発明を分布計測システムとして利用することで、建築構造物の保守メンテナンスを常時行うことができるので建築構造物の耐震性を向上できる。また宇宙航空産業におけるロケット、航空機などの金属疲労を予めチェックできるので大事故の発生を防止できる。
ＦＢＧ：光ファイバブラッググレーティング
ＦＦＰ：光ファイバファブリペロー干渉計（ファブリペロー光共振器）
ＣＩＲ：光サーキュレータ
Ｓ：センサ
Ｒ：光路
Ｌ：光
ＷＤＭＣ：波長多重用カプラ
ＳＨ：センサホルダ
ＶＦＦＰ：波長可変光ファイバファブリペロー干渉計
ＰＺＴ：圧電素子
ＭＲ：ファイバミラー

Claims (5)

  1. 光源と、この光源から出射される光が入射する光路に沿った被測定部毎に設置され相互に異なる波長検出帯域を備えた複数の波長変化型光センサと、これらの複数の波長変化型光センサから前記光路を介して出力される出力光を検出する波長検波手段とを備えた波長検波型光センサシステムであって、
    前記光源から出射される光が入射し、前記光路上において一対の入射側帯域反射フィルタが対向配置されて前記一対の入射側帯域反射フィルタの反射波長帯域内に少なくとも１本の線スペクトルを含む透過スペクトルを出力するファブリペロー光共振器と、このファブリペロー光共振器が出力する前記透過スペクトル中の少なくとも１本の前記線スペクトルの波長領域を含む反射波長帯域を備えて前記出力光を出射する出力側帯域反射フィルタとを有する複数の前記波長変化型光センサと、
    第一の端子に入射した光を第二の端子から出射し、この第二の端子に入射した光を前記波長検波手段に接続された第三の端子から出射する光サーキュレータと、
    前記光源から前記複数の波長変化型光センサ毎に設けられた複数の前記ファブリペロー光共振器を直列に接続するとともに末端が前記光サーキュレータの前記第一の端子に接続された第一の光路と、
    前記複数の波長変化型光センサ毎に設けられた複数の前記出力側帯域反射フィルタを直列に接続するとともに末端が前記光サーキュレータの前記第二の端子に接続された第二の光路と、
    を具備することを特徴とする波長検波型光センサシステム。
  2. 前記第一の光路は光ファイバからなる第一の光ファイバアームで構成され、前記一対の入射側帯域反射フィルタは前記第一の光ファイバアーム中に形成されたファイバブラッググレーティングであり、
    前記第二の光路は光ファイバからなる第二の光ファイバアームで構成され、前記出射側帯域反射フィルタは前記第二の光ファイバアーム中に形成されたファイバブラッググレーティングである
    ことを特徴とする請求項１に記載の波長検波型光センサシステム。
  3. 前記ファブリペロー光共振器は、前記反射波長帯域内に単一の前記線スペクトルを生ずるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の波長検波型光センサシステム。
  4. 前記波長変化型光センサ毎に、前記出射側帯域反射フィルタの反射波長帯域は、前記ファブリペロー光共振器の反射波長帯域内に限定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長検波型光センサシステム。
  5. 前記波長変化型光センサ毎に、前記出射側帯域反射フィルタは、前記ファブリペロー光共振器より出力される前記線スペクトルの波長と一致した反射中心波長を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長検波型光センサシステム。
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