JP5380644B2 - 物理量測定システム - Google Patents

Description

本発明は、互いに離間した各測定対象において各測定対象から印加される歪み量等の物理量をＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング Fiber Bragg Grating 以下ＦＢＧと略記する）センサを用いて測定する物理量測定システムに関する。

一般に、ＦＢＧセンサは、図１６に示すように、このＦＢＧセンサ１の一端（入射端）から広帯域波長を有する光２を入射すると、このＦＢＧセンサ１に対して予め設定された基準波長λ_Sを中心波長とする山形の波長特性を有した反射光３が一端（入射端）から出力される。さらに、このＦＢＧセンサ１に対して前記基準波長λ_Sを中心波長とする波長特性を有した透過光４が他端（出射端）から出力される。

そして、このＦＢＧセンサ１に歪み（物理量）を加えると、反射光３の中心波長λ_Cが基準波長λ_Sからずれる。この波長ずれΔλ（＝λ_C―λ_S）が歪み量(物理量)εに比例するので、この波長ずれΔλを測定することによって、ＦＢＧセンサ１に印加された歪み量（物理量）εが測定可能である。なお、透過光４の中心波長λ_Cも反射光３の中心波長λ_Cと同一動作を行う。以下、現在時点におけるＦＢＧセンサ１を用いた物理量の測定技術を説明する。

（ａ） 図１７は、このような特性を有する複数のＦＢＧセンサ１を測定対象に取付け、各ＦＢＧセンサ１を光ファイバ５で直列接続し、この光ファイバ５の一端（入射端）５ａに、広波長帯域パルス光源６から広波長帯域パルス光を印加するＦＢＧセンサシステムである（特許文献１参照）。

光ファイバ５の各距離位置Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃…に配設された各ＦＢＧセンサ１からの反射光３は、カプラ７で光ファイバ５から分岐されて、波長ずれ量検出部８へ、それぞれ各距離位置Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃…に応じた時間差を有して入射されるので、波長ずれ量検出部８は、各ＦＢＧセンサ１からの反射光３の中心波長λ_Cの基準波長λ_Sからの波長ずれΔλ₁、Δλ₂、Δλ₃、…を個別に検出できる。よって、各ＦＢＧセンサ１に印加される歪み量（物理量）を個別に検出できる。

（ｂ）また、図１８に示す歪み量測定システムにおいては、同一基準波長λ_Sを有する複数のＦＢＧセンサ１を一つの光ファイバ５で、カプラ７を介して並列に接続して、この光ファイバ５の一端（入射端）に、狭帯域パルス光源１０から、波長λが各ＦＢＧセンサ１の基準波長λ_Sに対して微少波長Δλだけずれた狭帯域のパルス測定光１４を印加し、各ＦＢＧセンサ１からの反射光３のレベル変化量から歪みを測定する技術が提唱されている（特許文献２参照）。

すなわち、光ファイバ５の各距離位置Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃…に配設された各ＦＢＧセンサ１からの反射光３はサーキュレータ１１で分岐されて、受光器１２で電気信号に変換されて、演算部１３で各ＦＢＧセンサ１に印加された歪み量（物理量）が求まる。図１９に示すように、各光ファイバ５の各距離位置Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃…に配設された各ＦＢＧセンサ１からの反射光の波長特性の中心波長λ_Cは、歪みが印加されると、例えば、図中右側へ移動するので、波長特性自体も右側へ移動する。その結果、狭帯域のパルス測定光１４が印加された場合におけるこのパルス測定光１４自体の反射光のレベルは、レベルＬ_S からレベルＬ_Lに変化する。このレベル変化量（Ｌ_LーＬ_S）は、基準波長λ_Sからの波長ずれΔλに対応する。
米国特許５，６８０，４８９号公報 特開２００４―３０９２１８号公報

しかしながら、上述した（ａ）、（ｂ）の各ＦＢＧセンサを用いた歪み測定システムにおいても、まだ改良すべき次のような課題があった。

特許文献１に記載された（ａ）の広波長帯域パルス光を印加する手法においては、広波長帯域のパルス光を使用するので、基準波長λ_S近傍以外の波長成分は、使用されないので、エネルギ効率が悪く、Ｓ／Ｎ比が低下する。

また、特許文献２に記載された（ｂ）の波長λが各ＦＢＧセンサ１の基準波長λ_Sに対して微小波長Δλだけずれた狭帯域のパルス測定光１４を用いる場合においては、基準波長λ_Sからの波長ずれ量Δλは受光器の検出レベルの差（Ｌ_LーＬ_S）で求めているが、このレベル（Ｌ_LーＬ_S）差がＦＢＧセンサ１に印加された歪と、パルス測定光１４自身のレベル変動とのいずれに起因するものであるか区別することが困難で測定精度が低下する。また、カプラ７をＦＢＧセンサ１と同じ数量を必要とするので、この歪み測定システムの製造費が上昇する問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、たとえ基準波長を含む波長特性が等しい複数のＦＢＧセンサを光ファイバで直列接続した場合においても、物理量の印加時における反射光の波長特性を短時間でかつ高い精度で検出でき、その結果、ＦＢＧセンサに印加される物理量を短時間でかつ高い精度で測定できる物理量測定システムを提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の物理量測定システムは、互いに離間した複数の測定対象に設けられ、入射光に対する反射光の中心波長が測定対象から印加された物理量に応じて変化する複数のＦＢＧセンサと、各ＦＢＧセンサを直列接続する光ファイバと、１回の波長掃引における波長掃引範囲内で波長が一定間隔で順次変化し光強度レベルが一定である複数のパルス光からなる入射パルス光列を、入射パルス光列における各パルス光の各波長が入射パルス光列毎に異なるように、波長掃引範囲内で繰返し前記光ファイバの入射端へ入射する波長掃引パルス光源と、光ファイバに順次入射された各入射パルス光列の各光パルスが各ＦＢＧセンサで反射されて光入射端方向へ伝搬する各反射パルス光を分岐するサーキュレータと、このサーキュレータで分岐された各反射パルス光列を受光する受光器と、各入射パルス光列を構成する各パルス光に対する各ＦＢＧセンサからの各反射パルス光の受光レベルを当該入射パルス光列の各パルス光の波長に対応して記憶保持する測定値記憶手段と、この測定値記憶手段に記憶された各反射パルス光の受光レベルから各ＦＢＧセンサの反射光の波長特性を算出する波長特性算出手段と、この算出された波長特性の中心波長から前記各ＦＢＧセンサに印加された物理量を求める物理量算出手段とを備えている。

このように構成された物理量測定システムにおいては、掃引光光源は、１回の波長掃引における波長掃引範囲（λ_L〜λ_H）内で、波長λがλ_Lからλ_Hにまで連続的に変化する掃引光を例えば、一定周期Ｔ_Rで繰返し出力する。入射パルス光列作成部は、この掃引光光源から繰返し出射される各掃引光から、波長λが１回の波長掃引における波長掃引範囲（λ_L〜λ_H）内において一定波長間隔Δλ_P（時間間隔Ｔ_P）で順次変化していく複数のパルス光からなる入射パルス光列を順次抽出して、光ファイバの入射端から光ファイバ内へ入射される。

第１回目の入射パルス光列を光ファイバに入射する場合を考える。光ファイバ内には、先頭波長λ₁₁からΔλ_Pづつ上昇していく各波長を有した各パルス光が伝搬する。各パルス光の出力時間間隔（出力周期Ｔ_P）は掃引光の掃引速度（ｄλ／ｄｓ）にて定まる。ＦＢＧセンサは、物理負荷が印加されると、その中心波長λ_Cが基準波長からずれる波長特性を有する。各ＦＢＧセンサからの反射光の受光器における受光時刻の入射パルス光列の出力時刻からの経過時間は、各距離位置Ｌに対応した時刻ｔとなる。そして、各ＦＢＧセンサに物理量が印加されると、反射光の波長特性が波長軸方向にシフトするので、各距離位置Ｌに対応した時刻ｔのレベルＦＢが物理量に対応して変化する。

入射パルス光列における出力時間間隔（出力周期Ｔ_P）が経過して波長がΔλ_Pだけ移動した波長λ₁₂（＝λ₁₁＋Δλ_P）のパルス光を光ファイバに入力させると、時刻ｔに出力周期Ｔ_Pを順次加算した各時刻に物理量に対応した各レベルＦＢが得られる。さらに、出力周期Ｔ_P経過して波長がΔλ_Pだけ移動した波長λ₁₃（＝λ₁₁＋２Δλ_P）のパルス光を光ファイバに入力させると、時刻ｔに期間Ｔ_P×２を加算した各時刻に物理量に対応したレベルＦＢが得られる。

1番目のＦＢＧセンサの反射光の波長特性における各波長λ₁₁、λ₁₂、λ₁₃における各レベルＦＢが求まるので、これらのレベルの包絡線を求めることによって、1番目のＦＢＧセンサの反射光の波長特性が求まる。

同様に、２番目のＦＢＧセンサの反射光の波長特性における各波長λ₁₁、λ₁₂、…の各ＦＢが、光パルスが１番目のＦＢＧセンサから２番目のＦＢＧセンサへの伝搬に要する時間Δｔだけ遅れた各時刻で求まる。これらのレベルの包絡線を求めることによって、２番目のＦＢＧセンサの反射光の波長特性が求まる。

このようにして、光ファイバに直列介挿された各ＦＢＧセンサの反射光の波長特性が求まる。

以上が、第１回目の入射パルス光列を光ファイバに入射することによって、光ファイバに直列介挿された各ＦＢＧセンサの反射光の波長特性が求まる。これに加えて本発明においては、この入射パルス光列を光ファイバに対して、複数回入射するとともに、各入射パルス光列における各パルス光の各波長を入射パルス光列毎に異なる値に設定している。

その結果、１番目のＦＢＧセンサには、１回目の入射パルス光列に各パルス光の各波長λ₁₁、λ₁₂、λ₁₃、…が対応する各時刻ｔ₁₁₁、ｔ₁₂₁、ｔ₁₃₁、…にレベルＦＢ₁₁₁、ＦＢ₁₂₁、ＦＢ₁₃₁、が現れる。

なお、波長λ_ijは，ｉ番目の入射パルス光列中のｊ番目のパルス光の波長を示す。時刻ｔ_ijxは、波長λ_ij のパルス光に対するｘ番目のＦＢＧセンサからの反射パルス光の到着時刻を示す。

さらに、２番目のＦＢＧセンサには、１回目の入射パルス光列に各パルス光の各波長λ₁₁、λ₁₂、λ₁₃、が対応する各時刻ｔ₁₁₂、ｔ₁₂₂、ｔ₁₃₂にレベルＦＢ₁₁₂、ＦＢ₁₂₂、ＦＢ₁₃₂、が現れる。

この１回目の入射パルス光列の各レベルに加えて、２回目の入射パルス光列の各レベルが現れる。すなわち、図８（ａ）に示すように、１番目のＦＢＧセンサには、２回目の入射パルス光列に各パルス光の各波長λ₂₁、λ₂₂、λ₂₃が対応する各時刻ｔ₂₁₁、ｔ₂₂₁、ｔ₂₃₁にレベルＦＢ₂₁₁、ＦＢ₂₂₁、ＦＢ₂₃₁、が現れる。

さらに、２番目のＦＢＧセンサには、２回目の入射パルス光列に各パルス光の各波長λ₂₁、λ₂₂、λ₂₃が対応する各時刻ｔ₂₁₂、ｔ₂₂₂、ｔ₂₃₂にレベルＦＢ₂₁₂、ＦＢ₂₂₂、ＦＢ₂₃₂、ＦＢ₂₄₂、…、ＦＢ_2j2が現れる。

同様に、図８（ｂ）に示す、３回目の入射パルス光列によるレベル測定、４回目の入射パルス光列によるレベル測定を繰り返していくと、一つのＦＢＧセンサの反射光の波長特性に含まれる測定値（波長、レベル）が繰り返し数に比例して増加するので、この一つのＦＢＧセンサの反射光の波長特性の算出精度を大幅に向上できる。

各ＦＢＧセンサの反射光の波長特性が求まると、この反射光の波長特性における中心波長λ_Cが求まり基準波長λ_Sからの波長ずれ量が求まる。したがって、当該ＦＢＧセンサに印加されている歪み量（物理量）を測定できる。

このように、各入射パルス光列の各パルス光の波長を入射パルス光列毎に異なる値に設定することによって、各パルス間隔が広い場合であっても、入射パルス光列を重ねることによって、波長特性を得るための測定値が増加し、波長特性の測定精度を向上できる。

また、別の発明においては、波長掃引パルス光源を、１回の波長掃引範囲内で波長が連続的に変化し光強度レベルが一定である掃引光を繰返し出射する掃引光光源と、この掃引光光源から繰返し出射される各掃引光から、入射パルス光列を抽出して、光ファイバの入射端へ順次入射する入射パルス光列作成部と、この入射パルス光列作成部で各掃引光から順次抽出される入射パルス光列における各パルス光の各波長を入射パルス光列毎に異なる値に設定するパルス光波長設定手段とで構成している。

このような構成においては、波長が連続的に変化するＣＷ光から間接的にパルス光を生成する構成にすることで、異なる波長であっても光強度レベルが安定した入射パルス光列を出射することができる。また、光源を直接変鯛する場合と比較してパルス光のパルス幅を狭くできるので、ＦＢＧセンサの反射パルス光の波長特性を高分解能で測定でき物理量の測定精度を向上できる。

また、別の発明においては、上記発明の物理量測定システムに対して、さらに、掃引光光源から順次出射される各掃引光の掃引開始時刻を検出する掃引開始検出手段と、光ファイバの入射端近傍に光カプラを介して接続され、入射パルス光列作成部から出力された各入射パルス光列を受光する校正用受光器と、検出された掃引開始時刻から校正用受光器で最初に検出された入射パルス光列の検出時刻までの初期経過時間を求めて、当該入射パルス光列を特定する特定手段と、この特定された入射パルス光列によって測定値記憶手段における各測定値の各波長に対する対応付を行う対応付け手段と付加している。

含まれる各パルス光の各波長が各入射パルス光列毎に異なる各入射パルス光列は、掃引光光源から一定周期で繰り返し出力される掃引光から抽出して作成されるので、各入射パルス光列は、各掃引光の掃引開始時刻からそれぞれ異なる時間だけ遅延されて出力される。したがって、この掃引開始時刻から入射パルス光列の検出時刻までの初期経過時間を求めて、当該入射パルス光列を何回目に出力されたものであるかを特定している。すなわち、この入射パルス光列に含まれる各パルス光の各波長が定まるので、受光器で受光された各時刻の反射パルス光の波長が特定されるので、以後の解析処理効率を向上できる。

また、別の発明においては、上記発明の物理量測定システムに対して、さらに、光ファイバに対して接続され、測定対象から物理量が印加されない校正用ＦＢＧセンサと、入射パルス光列作成部から出力された各入射光パルス光列の校正用ＦＢＧセンサの各反射パルス光で算出された波長特性から入射した入射パルス光列を特定する特定手段と、この特定された入射パルス光列によって測定値記憶手段における各測定値の各波長に対する対応付を行う対応付け手段とを付加している。

校正用ＦＢＧセンサは物理量が印加されないので、例えば、各パルス光の各波長が不明の入射パルス光列で作成された波長特性の中心波長は校正用ＦＢＧセンサの基準波長であるので、波長特性を算出するために用いた測定値（波長、レベル）の波長が定まる。よって、先の校正用受光器を用いた発明と同様の作用効果を奏することが可能となる。

もちろん、校正用ＦＢＧセンサを光共振器に置き換えても、同様の効果を奏することは言うまでもない。

また、別の発明においては、上記発明の物理量測定システムにおける掃引光光源を、波長が連続的に変化し光強度レベルが一定である連続光を繰返し出射する波長可変光源と、この波長可変光源から繰返し出射され連続光から予め定められた掃引範囲で波長が連続的に変化する掃引光を抽出する掃引光抽出手段とで構成している。さらに、波長可変光源は、一方の光出射端面がＡＲコートされている半導体レーザと、この半導体レーザのＡＲ（無反射）コートされている端面から出射された光をコリメートするコリメートレンズと、このコリメートレンズから出射されたコリメート光を受けて波長に応じた角度で回折させる回折格子と、反射体と反射体駆動部とを含んで構成され、前記半導体レーザの他方のＡＲコートされていない出射端面から波長が連続的に変化する光を出射させるように反射体駆動部を制御するＭＥＭＳスキャナとを含む。なお、このＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナとは、マイクロ電気機械式構造体（電気信号の制御を受けて機械的に動作する構造体）によって形成されたスキャナを意味している。

このように、ＭＥＭＳスキャナを採用することによって、掃引光の波長掃引速度（ｄλ／ｄｔ）を上昇でき、各ＦＢＧセンサに印加される物理量の測定効率を向上できる。

さらに、別の発明においては、上記発明の物理量測定システムにおける、パルス光波長設定手段は、順次出力される各掃引信号の出力周期と、各入射パルス光列における各パルス光の出力周期とは互いに素の関係を有する。

さらに、別の発明においては、上記発明の物理量測定システムにおける、波長掃引パルス光源は、半導体レーザを有し予め定められた波長範囲内でレーザ光を繰返し出射可能な可変波長光源と、入射パルス光列における各パルス光の各波長が入射パルス光列毎に異なった値となるようなパルス光を出射するように半導体レーザの出力波長に応じてこの半導体レーザの出力を制御する駆動電流を発生する駆動電源とを有する。

このような構成においては、半導体レーザの出力を駆動電源で直接制御しているので、波長掃引パルス光源の構成を簡素化できる。

さらに、別の発明においては、上記発明の物理量測定システムにおける、波長掃引パルス光源は、一方の光出射端面がＡＲコートされている半導体レーザと、この半導体レーザのＡＲコートされている端面から出射された光をコリメートするコリメートレンズと、このコリメートレンズから出射された光を受けて波長に応じた角度で回折させる回折格子と、反射体と反射体駆動部とを含んで構成され、半導体レーザの他方のＡＲコートされていない出射端面から出射される光の波長が連続的に変化するように反射体駆動部を制御するＭＥＭＳスキャナとを備え、駆動電源は、ＭＥＭＳスキャナにより制御された波長に応じて、前記半導体レーザからパルス光の出射を制御する。

このような構成においては、前述した発明と同様に、ＭＥＭＳスキャナを採用することによって、掃引光の波長掃引速度を上昇でき、各ＦＢＧセンサに印加される物理量の測定効率を向上できる。

また、別の発明においては、上記発明の物理量測定システムにおける、波長掃引パルス光源は、さらに、回折格子から出射される０次光を受けて波長掃引パルス光源のパルス光の波長に応じたレベルの透過光を出射する光共振器と、この透過光を受けて信号に変換する受光器と、この電気信号のレベルに基づいてこの波長掃引パルス光源から出力されるパルス光の波長を特定する波長検出部とを付加している。

このような構成においては、エタロン等の光共振器は透過光の波長に応じた透過損失を有するので、光共振器を遜過した０次光の光強度を検出することでパルス光の波長を特定することができる。また、物理量の検査に用いられることの無い０次光を波長検出用に用いるので、物埋量検査用のパルス光を光カプラ等で分岐する必要が無く、ＳＮの低下を避けることができる。

このように構成された物理量測定システムにおいては、波長が一定波長間隔で順次変化していく複数のパルス光からなる入射パルス光列を、入射パルス光列毎に各パルス光の波長を変更して複数のＦＢＧセンサが直列介挿された光ファイバに伝搬させることによって、波長特性が等しい複数のＦＢＧセンサを光ファイバで直列接続した場合においても、物理量の印加時における反射光の波長特性を短時間でかつ高い精度で検出でき、しかして、ＦＢＧセンサに印加される物理量を短時間でかつ高い精度で測定できる。

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる物理量測定システムの概略構成図である。図１７、図１８に示す従来の歪測定システムと同一部分には、同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

掃引光光源２０は波長可変光源２１と掃引範囲設定部２２と光スイッチ２３とで構成されている。この掃引光光源２０は、図２に示すように、一定の波長範囲（λ_L〜λ_H）内で、波長λがλ_Lからλ_Hにまで連続的に変化するとともに、光強度（レベル）が一定の掃引光ａを一定周期Ｔ_Rで繰返し出力する。なお、各掃引光ａの継続期間はＴ_Gである。

この掃引光光源２０から一定周期Ｔ_Rで出力された一定の継続期間Ｔ_Gを有する各掃引光ａは入射パルス光列作成部２４の光スイッチ２５に入射される。入射パルス光列作成部２４のパルス発生器２６は、図２、及び図３の拡大図に示すように、パルス幅が約２０ｎｓと非常に狭く、すなわち、デューティー比が小さく、周期Ｔ_Pのパルス信号ｂを光スイッチ２５へ駆動信号として印加する。光スイッチ２５は、各掃引光ａにおけるパルス信号ｂがハイレベル期間のみ規定レベルを有する各入射パルス光列ｃを、この掃引光ａから順次抽出して、この入射パルス光列作成部２４から光ファイバ５の一端（入射端）５ａに入射する。

なお、掃引光光源２０及び入射パルス光列作成部２４は、予め定められた波長範囲で波長が順次変化していく複数のパルス光からなる入射パルス光列ｃを光ファイバ５へ出力する波長掃引パルス光源７０を構成する。

したがって、各掃引光ａ毎の入射パルス光列ｃは、波長λが波長範囲（λ_L〜λ_H）内において一定波長間隔Δλ_P（パルス信号bの周期Ｔ_P）でλ₁からλ_nまで、順次変化していくｎ個のパルス光で構成されている。この場合、入射パルス光列ｃのパルス信号bの周期Ｔ_Pで示されるパルス光の周期Ｔ_Pは、例えば、掃引光ａの周期Ｔ_Rに対して、公約数を有さない、素の関係に有る。

その結果、各掃引光ａから作成される各入射パルス光列ｃの先頭のパルス光の波長λ₁は、順次出力される各入射パルス光列ｃ毎に、順次λ₁₁（１回目）、λ₂₁（２回目）、λ₃₁（３回目）、λ₄₁（４回目）、…とずれていく。そのため、図２に示すように、各入射パルス光列ｃの出力時刻の掃引光ａの掃引開始時刻（ｔ＝０）からの遅延時間を示す初期経過時間ΔＴが、ΔＴ₁、ΔＴ₂、ΔＴ₃、ΔＴ₄、…と順次変化していく。

光ファイバ５における一端（入射端）５ａからの各距離位置Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄、…Ｌ_mにそれぞれ基準波長λ_S及び反射光３の波長特性が等しいｍ個のＦＢＧセンサ１が挿入されている。この光ファイバ５の長さＬ（＝Ｌｍ）を各入射パルス光列ｃの一つのパルス光が往復する所要時間は、光ファイバ５の屈折率ｎ、光速度Ｃを用いて、（２ｎＬ／Ｃ）で示されるので、前述したパルス信号ｂの周期Ｔ_P、すなわち、入射パルス光列ｃにおけるパルス光の間隔Ｔ_Pは、
Ｔ_P＞（２ｎＬ／Ｃ）
に設定されている。光ファイバ５の入射端５ａの近傍に、カプラ７、及びサーキュレータ１１が設けられている。

ここで、光ファイバ５に入射される入射パルス光列ｃの作成に用いる掃引光ａを一定周期Ｔ_Rで繰返し出力する掃引光光源２０の詳細構造を説明する。この掃引光光源２０は、前述したように、波長可変光源２１と掃引範囲設定部２２と光スイッチ２３とで構成されている。図４〜図７を用いて説明する。

図４に示すように、波長可変光源２１内において、半導体レーザ（ＬＤ）２７のＡＲ（無反射）コートされている端面から出射された光をコリメートレンズ２８によってコリメート光に変換して回折格子２９へ入射し、その入射光に対して回折格子２９が出射する回折光をＭＥＭＳスキャナ３０に入射する。

ＭＥＭＳスキャナ３０は、反射体３１と反射体駆動手段３２とで構成され、回折格子２９から入射されるコリメート光に対する回折光が、反射体３１の反射面で回折格子２９へ反射されて、再び回折格子２９で回折され、それによって得られた回折光がコリメートレンズ２８を介してＬＤ２７に入射されるとき、ＬＤ２７に入射される回折光が所望の波長の光となるようにするとともに、図７（ｂ）に示すように、この波長λが前述した波長範囲［λ_L（＝１５２０ｎｍ）〜λ_H（＝１５７０ｎｍ）］を含んで往復掃引されるように、図７（ａ）に示すように、反射体３１の反射面の角度を反射体駆動手段３２により所定の周期（掃引光ａの周期）Ｔ_Rで繰り返し変化（往復回転）させている。

このような構成によって、波長がサイン波形状に掃引された連続光ｄが発振されて、ＬＤ２７のＡＲコートされていない端面から出力さる。波長可変光源２１から出力さるサイン波形状の連続光ｄは光スイッチ２３へ入力される。光スイッチ２３は、波長λがサイン波形状に変化する連続光ｄのなかから、図７（ｂ）に示すように、波長λが前述した波長範囲［λ_L（＝１５２０ｎｍ）〜λ_H（＝１５７０ｎｍ）］の部分のみを通過させて、前述した掃引光ａとして、周期Ｔ_Rで次の入射パルス光列作成部２４へ送出する、
また、回折格子２９の０次光は、エタロン等の光共振器３３に入射されて所定の波長の光のみが透過される。この実施形態システムにおいては、光共振器３３の通過波長は、掃引光ａの波長範囲［λ_L（＝１５２０ｎｍ）〜λ_H（＝１５７０ｎｍ）］の中に複数のピークを有する。

波長λ_Lの透過光は受光器（ＰＤ）３４で電気信号に変換されて、掃引範囲設定部２２へ掃引開始信号ｆとして入力される。掃引範囲設定部２２は、受光器（ＰＤ）３４から、波長λ_Lの掃引開始信号ｆが入力すると、連続光ｄの波長が掃引光ａの波長範囲［λ_L（＝１５２０ｎｍ）〜λ_H（＝１５７０ｎｍ）］の上限波長（掃引終了波長）λ_Hに到達する迄の時間Ｔ_Gにおいて、ハイレベルを維持する図２、図３に示すゲート信号ｅを光スイッチ２３へ送出する。したがって、光スイッチ２３から、前述した掃引光ａが出力される。さらに、この掃引範囲設定部２２は、入力された掃引開始信号ｆを初期経過時間算出部３５及びデータ判定部４７へ送出する。さらに、波長可変光源２１には、測定制御部３５が接続されている。

ここで、ＭＥＭＳスキャナ３０による波長掃引について説明する。図６に示す駆動信号Ｄａ、Ｄｂを印加してＭＥＭＳスキャナ３０を所定の掃引周期（掃引光ａの周期）Ｔ_Rで往復掃引する（上述の反射体３１を往復回転させる）と、図７(ａ)に示すように、ＭＥＭＳスキャナ３０の往復回転角度はほぼ正弦波的に変化する。その結果、掃引される波長λも正弦波状に変化する。

ＬＤ２７から出力される波長λにおける正弦波状に変化する連続光ｄにおける中心周波数を各ＦＢＧセンサ１の基準波長λ_Sに設定する。そして、この基準波長λ_Sを含む波長範囲［λ_L（＝１５２０ｎｍ）〜λ_H（＝１５７０ｎｍ）］が、図７（ｂ）に示すように波形の直線に近い部分に位置するように、ＭＥＭＳスキャナ３０の往復掃引の波長範囲（往復回転角度の範囲）が設定される。つまり、駆動信号Ｄａ、Ｄｂの振幅の調整により設定される。なお、上述の駆動信号Ｄａ、Ｄｂのいずれか一方はトリガ信号Ｔｒとして測定制御部６９へ出力される。

次に、ＭＥＭＳスキャナ３０の反射体３１及び反射体駆動手段３２の構成及び動作を図５を用いて説明する。

反射体３１は、横長矩形で互いに平行に配置された一対の固定基板３６、３７と、この一対の固定基板３６、３７の長辺側縁部の中央からこの固定基板３６、３７と直交する方向に所定幅、所定長さで延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な一対の軸部３８、３９と、横長矩形で一方の長辺側縁部の中央部で軸部３８の先端に連結され、他方の長辺側縁部の中央部で軸部３９の先端に連結された反射板４０とを有している。

この反射板４０は、捩じれ変形可能な軸部３８、３９に中心部が支持されているので、この軸部３８、３９を結ぶ線を中心軸として固定基板３６、３７に対して回転することができる。また、軸部３８、３９と反射板４０とからなる部分の固有振動数ｆ₀は、反射板４０自体の形状や質量及び軸部３８、３９のバネ定数によって決まる。また、反射板４０の一面側には、光を反射するための反射面４１が形成されている。

支持基板４２は絶縁性を有する材料からなり、その一面側の上部と下部には、前方へ突出する支持台４２ａ、４２ｂが形成されており、反射体３１の固定基板３６、３７は、この上下の支持台４２ａ、４２ｂに接した状態で固定されている。また、支持基板４２の一面側中央部の両端には、反射体３１の反射板４１の両端にそれぞれ対向する電極板４３ａ、４３ｂがパターン形成されている。

この電極板４３ａ、４３ｂは、駆動信号発生器４４とともに反射体駆動手段３２（図４参照）を構成するものであり、反射板４１の両端部に静電力を交互にかつ周期的に印加して、反射板４１を、軸部３８、３９を結ぶ線を中心に往復回転運動させる。なお、反射板４１の回転軸は回折格子２９の回折溝と平行となるように設定されている。

このように構成された反射体３１は、回折格子２９からの回折光を反射板４０の反射面４１で受けて、その反射光を回折格子２９へ入射させて、再度回折させる。

一方、反射体駆動手段３２（図４参照）の一部を構成する駆動信号発生器４４は、前述したように、電極板４３ａ、４３ｂに対して、固有振動数ｆ₀に対応した周波数を有し、位相が１８０°ずれた駆動信号Ｄａ、Ｄｂを印加して、電極板４３ａと反射板４０の一端側との間及び電極板４３ｂと反射板４０の他端側との間に、交互にかつ周期的に静電力(引力)を与え、反射板４０を固有振動数ｆ₀あるいはその近傍の振動数で所定角度範囲を往復回転させる。

このような反射体３１及び反射体駆動手段３２によって構成されたＭＥＭＳスキャナ３０では、反射体３１を、一対の固定基板３６、３７と、その縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部３８、３９と、軸部３８、３９の先端に自身の縁部で連結され、軸部３８、３９に対して対称な形状に形成され、一面側に反射面４１が形成された反射板４０とによって構成するとともに、反射体３１の軸部３８、３９と反射板４１とからなる部分の固有振動数ｆ₀に対応した周波数の駆動信号によって反射板４０に力を与えて、この反射板４０を固有振動数ｆ₀の振動数で往復回転させている。

このため、僅かな電気エネルギで反射板４０を高速に往復回転させることができ、しかも、その回転中心が反射板４０の内部（この場合、中央部）にあるので、反射板４０の反射面４１への入射光の反射角の変化量を大きくすることができる。なお、軸部３８、３９のバネ定数は、軸部３８、３９の長さ、幅、厚み、材質によって決まり、このバネ定数と、反射板４０の形状、厚み、材質等で固有振動数ｆ₀が決定され、これらのパラメータを選ぶことにより、固有振動数ｆ₀を数１００Ｈｚ〜数１０ｋＨｚの範囲内で設定することができる。

すなわち、連続光ｄ及びこの連続光ｄから切出される各掃引光ａにおける波長掃引速度（ｄλ/ｄｓ）を上昇できる。

測定制御部６９の測定開始指示に基づいて、波長可変光源２１が組込まれた掃引光光源２０から出力された各掃引光ａを用いて、入射パルス光列作成部２４で作成された各入射パルス光列ｃは、光ファイバ５の一端（入射端）５ａへ入射して、サーキュレータ１１を透過して、各距離位置Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄、…Ｌ_mに設けられたＦＢＧセンサ１を経て光ファイバ５の遠端に到達する。そして、各距離位置Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄、…Ｌ_mに設けられた各ＦＢＧセンサ１の各入射パルス光列ｃに対する各反射パルス光列ｇはサーキュレータ１１で分岐され、受光器４５で電気信号に変換されて、Ａ／Ｄ変換器４６でデジタルの反射パルス信号列に変換されて、データ判定部４７へ入力される。

一方、入射パルス光列作成部２４で作成された各入射パルス光列ｃは、光ファイバ５の一端（入射端）５ａ近傍に設けられたカプラ７を介して校正用受光器４８へ入力されて電気信号に変換されて、初期経過時間算出部３５へ入力される。初期経過時間算出部３５は、掃引光光源２０から、掃引開始信号ｆが入力した掃引開始時刻ｔ＝０から、校正用受光器４８で検出された入射パレス光列ｃの先頭のパルス光の検出時刻までの図２に示す初期経過時間ΔＴを算出する。

この算出された初期経過時間ΔＴは、前述したように、掃引光光源２０が測定制御部６９にて、起動されてから、各入射パレス光列ｃの出力順序によって、掃引光ａの周期Ｔ_Rとパルス光の周期Ｔ_Pとの関係にて一義的に定まる各値（１回目＝ΔＴ₁、２回目＝ΔＴ₂、３回目＝ΔＴ₃、４回目＝ΔＴ₄、…）へと順次変化していく。入射パルス光列特定部４９は、算出された初期経過時間ΔＴから、今回出力された入射パルス光列ｃが何番目に出力された入射パレス光列ｃであるかを判定して、データ判定部４７へ送出する。

入力時刻・波長・ＦＢＧ対応メモリ５０において、例えば、１回目から４回目までの各回の入射パレス光列ｃの１番からｎ番までの各パルス光における、出力時刻の掃引開始時刻ｔ＝０からの経過時間、各波長、１番からｍ番までの各ＦＢＧセンサ１で反射してサーキュレータ１１を経由して受光器４５で受光するまでの所要時間を示す掃引開始時刻ｔ＝０からの時刻ｔは、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、光ファイバ５における光速Ｃ、各各ＦＢＧセンサ１までの距離位置Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄、…Ｌ_mにて既知である。

なお、図８（ａ）は、掃引開始時刻ｔ＝０、２回目の入射パレス光列ｃの先頭のパルス光（λ₂₁）、２番目のパルス光（λ₂₂）、先頭のパルス光（λ₂₁）に対する各ＦＢＧセンサからの反射光の受光部４５への入力時刻（ｔ₂₁₁、ｔ₂₁₂、ｔ₂₁₃、…）、２番目のパルス光（λ₂₂）に対する各ＦＢＧセンサからの反射光の受光部４５への入力時刻（ｔ₂₂₁、ｔ₂₂₂、ｔ₂₂₃、…）を示すタイムチャートである。図８（ｂ）は、３回目の入射パレス光列ｃにおける同様のタイムチャートである。

この入力時刻・波長・ＦＢＧ対応メモリ５０には、各時刻ｔで入力される各反射光の測定値（光強度レベル）の各入射パルス光列ｃにおける何番目のパルス光であるかを示す番号（ｊ）、何番目のＦＢＧセンサであるかを示す番号（ｘ）、何回目に送出した入射パルス光列ｃであるかを示す番号（ｉ）が、［ｔ_ijx］の形式で記憶されている。

データ判定部４７は、Ａ／Ｄ変換器４６から出力された各測定値（レベル）の入力時刻ｔ（掃引開始からの時刻）を算出して、入射パレス光列特定部４９で特定された入射パレス光列ｃと、入力時刻・波長・ＦＢＧ対応メモリ５０内に記憶された該当時刻ｔの前述した各番号（ｉ）、（ｊ）、（ｘ）を特定して、［測定値ＦＢ_ijx］のフォーマットでデータ書込部５１へ送出する。

データ書込部５１は、データ判定部４７でパルス光の番号（ｊ）、ＦＢＧセンサの番号（ｘ）、入射パルス光列ｃの番号（ｉ）が判別された各［測定値ＦＢijx］を図９に示す入射パルス光列測定値テーブル５２の（ｉ）、（ｊ）、（ｘ）に対応する各領域５２ａに書込む。１回目から３回目までの各入射パルス光列ｃの１番目からｎ番目までの各パルス光の各波長λ₁₁、λ₁₂、λ₁₃、λ₁₄、…、λ_1nは既知である。

予め定められた１回目から３回目までの３つの入射パルス光列ｃに対する［全部の波長、全部のＦＢＧセンサ］の測定値データの取得、の測定が終了し、入射パレス光列別測定値テーブル５２への書込が終了すると、データ編集部５３が起動して、入射パルス光列別測定値テーブル５２に記憶された入射パルス光列別の各［測定値ＦＢＧijx］を、ＦＢＧセンサ別の各測定値のデータ（グループ）に編集して、図１０に示す、ＦＢＧ別各測定値テーブル５４の各領域５４ａに書込む。

次に、波長特性算出部５５は、ＦＢＧ別各測定値テーブル５４内の縦１列の１つのＦＢＧセンサ１の１回目の入射パルス光列ｃの各波長λ₁₁、λ₁₂、λ₁₃、λ₁₄、…λ_1nの測定値（データ）ＦＢ₁₁₁、ＦＢ₁₂₁、ＦＢ₁₃₁、…、ＦＢ_1n1、２回目の入射パルス光列ｃの各波長λ₂₁、λ₂₂、λ₂₃、λ₂₄、…λ_2nの測定値（データ）ＦＢ₂₁₁、ＦＢ₂₂₁、ＦＢ₂₃₁、…、ＦＢ_2n1、及び３回目の入射パルス光列ｃの各波長λ₃₁、λ₃₂、λ₃₃、λ₃₄、…λ_3n
の測定値（データ）ＦＢ₃₁₁、ＦＢ₃₂₁、ＦＢ₃₃₁、…、ＦＢ_3n1を用いて、図１１に示す当該ＦＢＧセンサ１の反射光の波長λを横軸とする波長特性５６を算出する。具体的には、各波長λ_11〜λ_3nの測定値（データ）ＦＢ_111〜ＦＢ_3n1における包絡線を求める。

中心波長算出部５７は、算出された１番からｍ番の各ＦＢＧセンサ１における反射光の波長特性５６の各中心波長λ_C1、λ_C2、λ_C3、λ_C4、…、λ_Cmを求めて、物理量算出手段５８のずれ波長算出部５９へ送出する。

ずれ波長算出部５９は、図１２に示すように、各ＦＢＧセンサ１の中心波長λ_C1、λ_C2、λ_C3、λ_C4、…λ_Cmの基準波長メモリ６０に記憶されているＦＢＧセンサ１の基準波長λ_Sからの波長ずれΔλ₁、Δλ₂、Δλ₃、Δλ₄、…Δλ_mを算出する。

物理量算出部６１は、各波長ずれΔλ₁、Δλ₂、Δλ₃、Δλ₄、…Δλ_mに、定数Ｋを乗算して、１番からｍ番の各ＦＢＧセンサ１に印加された歪み（物理量）ε₁、ε₂、ε₃、ε₄、…εｍを算出して表示器６２に表示出力する。

このように構成された第１実施形態の物理量測定システムにおいては、たとえ基準波長λ_Sを含む波長特性が等しい複数のＦＢＧセンサ１を光ファイバ５で直列接続した場合においても、物理量の印加時における反射光の波長特性５６を短時間でかつ高い精度で検出できる。

さらに、同一規格の複数のＦＢＧセンサ１を直列接続した光ファイバ５の一端（入射端）５ａに入射する測定用の光として、波長λが順次変化していく複数のパルス光からなる入射パルス光列ｃを採用し、かつ、各パルス光の時間間隔Ｔ_Pを互いに等しく設定され、かつ、当該パルス光が光ファイバ５を往復するに要する時間（２ｎＬ／Ｃ）より長く設定している。

したがって、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、入射パルス光列ｃを構成する１つの波長λのパルス光の出力時刻から次の波長（λ＋Δλ_P）のパルス光の出力時刻までの期間Ｔ内に、先の波長λのパルス光に対する１番からｍ番までの全部のＦＢＧセンサ１からの反射パルスが互いに時間をずらして受光される。したがって、各ＦＢＧセンサ１の反射光の波長特性５６を図１１に示すように、反射パルス光を、重ねることができ、各入射パルス光列ｃの出射周期を短縮できる。

さらに、この発明においては、光ファイバ５へ繰り返し入射する入射パルス光列ｃの出力時刻の掃引光ａの掃引開始時刻からの経過時間ΔＴを故意にずらせることによって、入射パルス光列ｃ毎に、含まれる複数のパルス光の波長を変更しているので、図９に示すように、ＦＢＧセンサ１の波長特性５６の算出に用いる「測定値」をより広い波長範囲のなかから、より多くの波長値における測定値を採用しているので、ＦＢＧセンサ１の波長特性５６の算出精度を大幅に向上できる。

さらに、この手法を、ＭＥＭＳスキャナ３０を採用することによって、掃引速度（ｄλ／ｄｓ）を大幅に上昇させた、掃引光光源２１に応用することにより、ＦＢＧセンサ１を用いた物理量の測定処理時間を大幅に短縮できる。

ここで、ＭＥＭＳスキャナ３０を採用する際の実施例を述べる。例えば、光源からＦＢＧセンサまでの距離がＬ＝１００ｍとすると、ＦＢＧセンサからの反射戻り光の所要時間は、（２ｎＬ／Ｃ）＝１×１０^-6＝１μｓ以上のパレス間隔が必要である。一方、ＭＥＭＳスキャナ３０を利用した可変波長光源の場合は、波長掃引速度が１００ｎｍ／ｍｓのとき、ＦＢＧセンサの反射光の波長特性の半値幅が約０．３ｎｍである場合は、この半値幅を掃引する時間は（０．３／１００）＝３μｓとなる。

したがって、この３μｓの間に、１つの入射パルス光列ｃでは３個の測定値はとれないが、順次出力する入射パルス光列ｃの出力タイミングを順次ずらすことによって、前記波長特性の半値幅内に、３Ｘ（Ｘ；入射パルス光列ｃの数）個の測定値を設定できるので、各ＦＢＧセンサの反射光の波長特性の測定精度を向上できると共に、測定速度を向上できる。

（第２実施形態）
図１３は本発明の第２実施形態に係わる物理量測定システムの概略構成図である。図１に示す第１実施形態の物理量測定システムと同一部分には、同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

この第２実施形態の物理量測定システムにおいては、光ファイバ５のサーキュレータ１１の近傍に校正用ＦＢＧセンサ６５が図示しない光分岐器を介して接続されている。そして、第１実施形態で採用されていた校正用受光器４８、初期経過時間算出部３５は削除されている。校正用ＦＢＧセンサ６５は、他の各ＦＢＧセンサ１と基準波長λ_S、波長特性を含む仕様が等しく設定されている。しかしながら、この校正用ＦＢＧセンサ６５には、測定対象から負荷が印加されることはない。

このような構成の物理量測定システムにおいて、波長掃引パルス光源７０ａを構成する掃引光光源２０を起動して、入射パルス光列作成部２４から、各入射パルス光列ｃを順次光ファイバ５に送出すると、この各入射パルス光列ｃは光ファイバ５内を伝搬する過程で、各ＦＢＧセンサ１でその一部が反射されてその反射光はサーキュレータ１１を介して、受光器で受光され、Ａ／Ｄ変換器４５でデジタルの反射パルス信号に変換されて、データ判別部４７へ入力される。

入射パルス光列作成部２４から出力された各入射パルス光列ｃは各ＦＢＧセンサ１へ入力されるとともに、校正用ＦＢＧセンサ６５に入力させ、この校正用ＦＢＧセンサ６５の反射光は、サーキュレータ１１を介して、受光器で受光され、Ａ／Ｄ変換器４５でデジタルの反射パルス信号に変換されて、データ判定部４７、及び入射パルス光列判定部６６に入力される。

入射パルス光列判定部６６の動作を説明する。校正用ＦＢＧセンサ６６は物理量が印加されないので、例えば、受光器４５で受光された各パルス光の各波長λが不明の受信パルス光列の各反射パルスの値（レベル）で作成された波長特性の中心波長は校正用ＦＢＧセンサの基準波長λ_Sであるので、この基準波長λ_Sから波長特性を算出するために用いた各測定値（波長、レベル）の各波長λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、…、λ_nが定まる。よって、今回、入射パルス光列作成部２４から出力された入射パルス光列ｃの出力順番を示す番号（j
）が特定されるので、この情報をデータ判定部４７へ送出する。

なお、この入射パレス光列ｃの判定には、入射パルス光列ａを１回出力して、当該入射パルス光列ａの番号を特定する。すると、２回目以降は、入力すべき入射パルス光列ａの番号が特定されるので、この番号をデータ判定部４７へ送信する。

データ判定部４７は、Ａ／Ｄ変換器４６から出力された各測定値（レベル）の入力時刻ｔ（掃引開始からの時刻）を算出して、入射パレス光列特定部６６で特定された入射パレス光列ｃと、入力時刻・波長・ＦＢＧ対応メモリ５０内にされた該当時刻ｔの前述した各番号（ｉ）、（ｊ）、（ｘ）を特定して、［測定値ＦＢijx］のフォーマットでデータ書込部５１へ送出する。

これ以降は、先に説明した、第１実施形態の物理量測定システムとほぼ同一処理で、各ＦＢＧセンサ１に印加された歪み等の物理量の測定が可能となる。

したがって、前述した第１実施形態の物理量測定システムとほぼ同様の作用効果を奏することができる。

（第３実施形態）
図１４は本発明の第３実施形態に係わる物理量測定システムから波長掃引パルス光源を抽出して示す模式図である。図１及び図４に示す第１実施形態の物理量測定システムと同一部分には、同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

この第３実施形態の物理量測定システムに組込まれた波長掃引パルス光源８０には、波長可変光源８１は設けられているが、第1実施形態や第２実施形態で採用した入射パルス光列作成部２４は設けられていない。この入射パルス光列作成部２４が行う入射パルス光列ｃを作成する処理は、半導体レーザ２７を直接オンオフ制御する駆動電源８２が実施する。

すなわち、測定制御部６９は、ＭＥＭＳスキャナ３０の往復掃引動作を制御すると供に、この自らが制御するＭＥＭＳスキャナ３０の振れ角の情報に基づいて、半導体レーザ２７が所望の波長のパルス光を出射するように、当該半導体レーザ２７に供給する駆動電流のタイミングを駆動電源８２に指示することによって、光ファイバ５に入射する入射パルス光列ｃを生成する。

また、測定制御部６９は波長掃引パルス光源８０に指示したパルス光の波長λの情報と入力時刻をデータ判定部４７へ与える。データ判定４７は、この波長情報と入力時刻とに基づいて、第１実施形態で述べたのと同様に、入射パルス光列cと、入力時刻・波長・ＦＢＧ対応メモリ５０内に記憶された該当時刻ｔの前述した各番号（ｉ）、（ｊ）、（ｘ）を特定して、［測定値ＦＢijx］のフォーマットでデータ書込部５１へ送出する。

このように、第３実施形態の物理量測定システムにおいては、半導体レーザ２７を直接パルス変調する構成なので複雑な外部変調が不要であり、また、測定制御部６９が各パルス光の発振波長を把握しているので第1実施形態のようにパルス光を特定するための手段を設ける必要が無く、構成を簡素化できる。

さらに、この第３実施形態においては、回折格子２９から出射される０次光を受けて波長掃引パルス光源８０のパルス光の波長に応じたレベルの透過光を出射する光共振器８３と、その透過光を受けて電気信号に変換する受光器（ＰＤ）８４と、電気信号のレベルに基づいて波長掃引パルス光源８０から出力されるパルス光の波長を特定する波長検出部８５から構成される波長校正手段が設けられている。

すまわち、図１５に示すように、エタロン等の光共振器８３は透過光に対して共振器長と共振面の反射率で決まる等間隔の透過スパイクを有する透過特性を持つ。受光器８４で検出した０次光の透過光の光強度を波長検出部８５が予め記億している基準値と比較することでパルス光の波長を高精度に測定し、この実測したパルス光の波長をもとにデータ判定部４７は反射パルス光の波長を校正する。この構成により、ＦＢＧセンサ１の波長特性をさらに高精度に評価し物理量を精度良く測定できる。

本発明の第１実施形態に係わる物理量測定システムの概略構成図 同物理量測定システムの動作を示すタイムチャート 同じく物理量測定システムの動作を示す同タイムチャートにおける要部の拡大図 同物理量測定システムに組込まれた波長可変光源の模式図 同波長可変光源に組込まれたＭＥＭＳスキャナの分解斜視図 同ＭＥＭＳスキャナの駆動信号を示す図 同ＭＥＭＳスキャナによる波長掃引の説明図 同物理量測定システムにおける入射パルス光の送信時刻と各ＦＢＧセンサからの反射光の受信時刻との関係を示す図 同実施形態の物理量測定システム内に形成された入射パルス光列別測定値テーブルの記憶内容を示す図 同物理量測定システム内に形成されたＦＢＧ別測定値テーブルの記憶内容を示す図 同物理量測定システムで算出される各ＦＢＧセンサの反射光の波長特性を示す図 ＦＢＧセンサにおける無負荷時の反射光の波長特性と負荷時の反射光の波長特性との関係を示す図 本発明の第２実施形態に係わる物理量測定システムの概略構成図 本発明の第３実施形態に係わる物理量測定システムの波長掃引パルス光源の模式図 光共振器の透過率の波長特性と０次光の透過率の様子を示す図 ＦＢＧセンサの反射光と透過光の波長特性を示す図 従来の歪み測定システムを示す図 他の従来の歪み測定システムを示す図 同従来の歪み測定システムの測定原理を示す図

符号の説明

１…ＦＢＧセンサ、５…光ファイバ、７…カプラ、１１…サーキュレータ、２０…掃引光光源、２１，８１…波長可変光源、２２…掃引範囲設定部、２３，２５…光スイッチ、２４…入射パルス光列作成部、２６…パルス発生器、２７…半導体レーザ（ＬＤ）、２８…コリメートレンズ、２９…回折格子、３０…ＭＥＭＳスキャナ、３１…反射体、３２…反射体駆動手段、３３，８３…光共振器、３４，４５，８４…受光器（ＰＤ）、３５…初期経過時間算出部、３６，３７…固定基板、３８，３９…軸部、４０…反射板、４１…反射面、４２…支持基板、４２ａ，４２ｂ…支持台、４３ａ，４３…電極板、４４…駆動信号発生器、４６…Ａ／Ｄ変換器、４７…データ判定部、４８…校正用受光器、４９，６６…入射パルス光列特定部、５０…入力時刻・波長・ＦＢＧ対応メモリ、５１…データ書込部、５２…入射パルス光列測定値メモリ、５３…データ編集部、５４…ＦＢＧ別測定値テーブル、５５…波長特性算出部、５６…波長特性、５７…中心波長算出部、５８…物理量算出手段、５９…ずれ波長算出部、６０…基準波長メモリ、６１…物理量算出部、６２…表示器、６５…校正用ＦＢＧセンサ、６９…測定制御部、７０，７０ａ，８０…波長掃引パルス光源、８２…駆動電源、８５…波長検出部

Claims (9)

1. 互いに離間した複数の測定対象に設けられ、入射光に対する反射光の中心波長が測定対象から印加された物理量に応じて変化する複数のＦＢＧセンサ（１）と、
   前記各ＦＢＧセンサを直列接続する光ファイバ（５）と、
   １回の波長掃引における波長掃引範囲内で波長が一定間隔で順次変化し光強度レベルが一定である複数のパルス光からなる入射パルス光列（ｃ）を、この入射パルス光列における各パルス光の各波長が前記入射パルス光列毎に異なるように、前記波長掃引範囲内で繰返し前記光ファイバの入射端へ入射する波長掃引パルス光源（７０、７０ａ、８０）と、
   前記光ファイバに順次入射された各入射パルス光列の各光パルスが前記各ＦＢＧセンサで反射されて前記光入射端方向へ伝搬する各反射パルス光列を分岐するサーキュレータ（１１）と、
   このサーキュレータで分岐された各反射パルス光列を受光する受光器（４５）と、
   前記各入射パルス光列を構成する各パルス光に対する各ＦＢＧセンサからの各反射パルス光の受光レベルを当該入射パルス光列の各パルス光の波長に対応して記憶保持する測定値記憶手段（５２、５４）と、
   この測定値記憶手段に記憶された各反射パルス光の受光レベルから前記各ＦＢＧセンサの反射光の波長特性を算出する波長特性算出手段（５５）と、
   この算出された波長特性の中心波長から前記各ＦＢＧセンサに印加された物理量を求める物理量算出手段（５８）と
   を備えたことを特徴とする物理量測定システム。
2. 前記波長掃引パルス光源（７０）は、
   １回の波長掃引範囲内で波長が連続的に変化し光強度レベルが一定である掃引光（ａ）を繰返し出射する掃引光光源（２０）と、
   この掃引光光源から繰返し出射される各掃引光から、前記入射パルス光列（ｃ）を抽出して、前記光ファイバの入射端へ順次入射する入射パルス光列作成部（２４）と、
   この入射パルス光列作成部で各掃引光から順次抽出される入射パルス光列における各パルス光の各波長を前記入射パルス光列毎に異なる値に設定するパルス光波長設定手段（２６）とを有する
   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. 前記掃引光光源（２０）から順次出射される各掃引光の掃引開始時刻を検出する掃引開始検出手段（２２）と、
   前記光ファイバの前記入射端近傍に光カプラを介して接続され、前記入射パルス光列作成部から出力された各入射パルス光列を受光する校正用受光器（４８）と、
   前記検出された掃引開始時刻から前記校正用受光器で最初に検出された入射パルス光列の検出時刻までの初期経過時間（ΔＴ）を求めて、当該入射パルス光列を特定する特定手段（４９）と、
   この特定された入射パルス光列によって前記測定値記憶手段における各測定値の各波長に対する対応付を行う対応付け手段（４９、５０）と
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の物理量測定システム。
4. 前記光ファイバに対して接続され、前記測定対象から物理量が印加されない校正用ＦＢＧセンサ（６５）と、
   前記入射パルス光列作成部から出力された各入射光パルス光列の前記校正用ＦＢＧセンサの各反射パルス光で算出された波長特性から前記入射した入射パルス光列を特定する特定手段（６６）と、
   この特定された入射パルス光列によって前記測定値記憶手段における各測定値の各波長に対する対応付を行う対応付け手段（５０、４７）と
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の物理量測定システム。
5. 前記掃引光光源（２０）は、波長が連続的に変化し光強度レベルが一定である連続光を繰返し出射する波長可変光源（２１）と、この波長可変光源から繰返し出射され連続光（ｄ）から予め定められた掃引範囲で波長が連続的に変化する掃引光（ａ）を抽出する掃引光抽出手段（２２）とで構成され、
   前記波長可変光源（２１）は、
   一方の光出射端面がＡＲコートされている半導体レーザ（２７）と、
   この半導体レーザのＡＲコートされている端面から出射された光をコリメートするコリメートレンズ（２８）と、
   このコリメートレンズから出射されたコリメート光を受けて波長に応じた角度で回折させる回折格子（２９）と、
   反射体（３１）と反射体駆動部（３２）とを含んで構成され、前記半導体レーザの他方のＡＲコートされていない出射端面から波長が連続的に変化する光を出射させるように反射体駆動部を制御するＭＥＭＳスキャナ（３０）とを有する
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の物理量測定システム。
6. 前記パルス光波長設定手段は、前記順次出力される各掃引信号の出力周期Ｔ_Rと、前記各入射パルス光列における各パルス光の出力周期Ｔ_Pとは互いに素の関係を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の物理量測定システム。
7. 前記波長掃引パルス光源（８０）は、
   半導体レーザ（２７）を有し予め定められた波長範囲内でレーザ光を繰返し出射可能な可変波長光源（８１）と、
   前記入射パルス光列における各パルス光の各波長が前記入射パルス光列毎に異なった値となるようなパルス光を出射するように前記半導体レーザの出力波長に応じてこの半導体レーザの出力を制御する駆動電流を発生する駆動電源（８２）とを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の物理量測定システム。
8. 前記波長掃引パルス光源（８０）は、
   一方の光出射端面がＡＲコートされている半導体レーザ（２７）と、
   この半導体レーザのＡＲコートされている端面から出射された光をコリメートするコリメートレンズ（２８）と、
   このコリメートレンズから出射された光を受けて波長に応じた角度で回折させる回折格子（２９）と、
   反射体（３１）と反射体駆動部（３２）とを含んで構成され、前記半導体レーザの他方のＡＲコートされていない出射端面から出射される光の波長が連続的に変化するように反射体駆動部を制御するＭＥＭＳスキャナ（３０）とを備え、
   前記駆動電源は、前記ＭＥＭＳスキャナにより制御された波長に応じて、前記半導体レーザからパルス光の出射を制御する
   ことを特徴とする請求項７記載の物理量測定シスデム。
9. 前記波長掃引パルス光源（８０）は、
   前記回折格子から出射される０次光を受けて前記波長掃引パルス光源のパルス光の波長に応じたレベルの透過光を出射する光共振器（８３）と、
   この透過光を受けて信号に変換する受光器（８４）と、
   この電気信号のレベルに基づいて前記波長掃引パルス光源から出力されるパルス光の波長を特定する波長検出部（８５）とを有する
   ことを特徴とする講求項８記載の物理量測定システム。

Images