JP6590410B2 - Fbgを用いる物理量測定装置 - Google Patents
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特許文献3に提示された振動検出方法は、FBGの反射光を波長測定することなく受光器で受光信号に変換し、受光信号を周波数フィルタに通し、そして波形収録器で振動周波数を検出する。可聴域から超音波域の振動を検出する。
前記複数の傾斜領域のいずれかに反射波長があるFBG,
前記FBGの反射光を電気信号に変換する光電変換手段,
前記広帯域光を前記FBGに送出し該FBGから反射して戻った光を前記光電変換手段に送出する方向性結合器,
前記光電変換手段が変換した電気信号を前記FBGの反射波長が含まれる傾斜領域の傾斜が小さいと高レベルに補正して、前記複数の傾斜領域のそれぞれの傾斜の強弱による、異なる反射波長のFBGを用いるときの物理量検出感度のばらつきを補償する補正手段,および、
上記補正した電気信号を、前記FBGによる検出対象の物理量情報に変換する信号処理手段、を含む、FBGを用いる物理量計測装置。
図1上の光源1は、波長スペクトルに傾斜を持つ広帯光を出力する光源であって、図3の(a)に示す波長スペクトルの広帯域光を、方向性結合器2に出射する。光源1から出力された広帯域光は方向性結合器2を通り、光ファイバ3を経緯してFBG4に導かれる。本発明の物理量計測装置の設計時あるいは製作時に、FBG4の反射波長は、図3の(a)に示す波長スペクトルの傾斜領域に設定できる。傾斜領域では、波長スペクトルの1階微分値の絶対値が、図3の(b)に示すように、大きい値となり、傾斜領域の中心で1階微分値の絶対値がピーク(頂点)となる。この1階微分値を更に微分すると、すなわち図3の(a)に示す波長スペクトルを2階微分すると、図4の(a)に示すように、1階微分値の絶対値のピーク(傾斜領域)の波長で2階微分値がゼロとなるので、2階微分値が大略でゼロとなる波長帯を、FBG4の反射波長が含まれる傾斜領域に定めることができる。図3の(a)に示す波長スペクトルに対しては、図4の(b)に示すように、波長領域Sa1〜Sa8を、FBG4反射波長が含まれる傾斜領域に定めることができるので、FBG4は、その反射波長が波長領域Sa1〜Sa8のいずれかに含まれるものとしている。
図5に示す第2実施態様の物理量計測装置は、求めたい物理量の周波数成分を測定すると同時にSN比を改善する。図5に示す光源1〜信号処理回路11迄は第1実施態様と同一であり、信号処理回路11からはFBG4で測定する物理量がリアルタイムに出力される。タイミング発生回路13で発生させたタイミング信号はフーリエ変換回路12に入力され、信号処理回路11から出力した時間軸の物理量はフーリエ変換回路12で周波数に分解される。フーリエ変換回路12で周波数軸に変換された物理量の周波数分布は表示・操作部7が記憶しディスプレイに表示する。
図6の(a)に示す第3実施態様は、複数のFBGを1本の光ファイバに具備し簡単に複数の物理量を測定する。第1実施態様の構成を含むが、以下が異なっている。すなわち、光ファイバ3には、FBG1〜FBGnの複数nのFBGが直列に具備されており、それぞれのFBGで反射する波長が異なっている。光源が図3の(a)のスペクトルを持つ場合には、第1実施態様で示したようにn≦8であって、FBG1〜FBGnのそれぞれの反射波長は、図4の(b)に示す波長領域Sa1〜Sa8のいずれかにある。
測定対象の物理量は通常希望する測定対象以外の物理量が含まれている。例えば振動測定を希望する場合に測定対象物の温度が変化する場合もある。この様な場合FBGは振動と温度を区別する事が出来ず両者が含まれた挙動を示し都合が悪い。図7の(a)に示す第4実施態様は、必要に応じて希望する物理量だけを選択して測定する事ができる。図7の(a)に示す光源1〜信号処理回路11および表示・操作部7は、図1に示す第1実施態様のものと同一である。信号処理回路11の出力は積分回路30及び演算回路31に入力される。積分回路30の出力は演算回路31に入力される。演算回路31の出力は表示・操作部7に出力される。
S(T1)−(Ave(T1)−Ave(Tref))
を、温度や静歪を求めたいときには、平均値Ave(T1)を算出し、出力する。
S(T1)−(Ave(T1)−Ave(Tref))
を求めて、温度や静歪の影響が無い振動成分だけの測定データをえる。時刻Tの温度や静歪測定では、Ave(T1)を求めて振動による影響が無い温度や静歪データをえる。
光源1の出力パワーが変化すると受光回路8が受光する反射光パワーが変動するので、測定対象の物理量に何も変化が無いにも関わらず、あたかも物理量が変化した様に測定してしまう。第5実施態様はこの問題を解決する。
測定対象の物理量に大きな変化が有った時だけ詳しく物理量計測をしたい場合が有る。詳しい物理量計測を常時継続すると、計測データから変化の有無を監視する不便さが有る。第6実施態様は、測定対象の物理量に大きな変化が有った時だけ詳しく測定を行う事で常時監視を不要とし、さらに測定データの総量を減らすことができる。
2:方向性結合器
3:光ファイバ
4:FBG
5:波長測定回路
6:信号処理回路
7:表示・操作部
8:受光回路
9:補正回路
10:記録回路
11:信号処理回路
12:フーリエ変換回路
13:タイミング発生回路
20:方向性結合器
21−1〜21−n:処理回路
22:表示・操作部
30:積分回路
31:演算回路
32:物理量計測信号
33:初期の平均値
34:計測中の平均値
40:レベルモニタ回路
41:レベル記録回路
42:レベル補正回路
51:トリガ回路
52:閾値設定
53:信号制御回路
Claims (13)
- 波長スペクトルに複数の傾斜領域がある広帯域光を発生する光源,
前記複数の傾斜領域のいずれかに反射波長があるFBG,
前記FBGの反射光を電気信号に変換する光電変換手段,
前記広帯域光を前記FBGに送出し該FBGから反射して戻った光を前記光電変換手段に送出する方向性結合器,
前記光電変換手段が変換した電気信号を前記FBGの反射波長が含まれる傾斜領域の傾斜が小さいと高レベルに補正して、前記複数の傾斜領域のそれぞれの傾斜の強弱による、異なる反射波長のFBGを用いるときの物理量検出感度のばらつきを補償する補正手段,および、
上記補正した電気信号を、前記FBGによる検出対象の物理量情報に変換する信号処理手段、を含む、FBGを用いる物理量計測装置。
- さらに、前記補正手段が補正した電気信号を一定時間サンプリングし、該電気信号の振幅の時間軸変化をフーリエ変換周波数に分解するフーリエ変換手段を含む、請求項1に記載の、FBGを用いる物理量計測装置。
- 前記傾斜領域は、前記光源が発生する広帯域光の波長スペクトルの波長で微分した絶対値が所定の値以上の波長領域である、請求項1又は2に記載の、FBGを用いる物理量計測装置。
- 前記傾斜領域は、前記光源が発生する広帯域光の波長スペクトルを波長で2階微分した絶対値が所定の値以下の波長領域である、請求項1又は2に記載の、FBGを用いる物理量計測装置。
- 前記補正手段は、前記光源の広帯域光スペクトルの中の、前記FBGの反射波長が存在する傾斜領域の微分値の絶対値の逆数、を前記光電変換手段が変換した電気信号に乗算する、請求項1又は2に記載の、FBGを用いる物理量計測装置。
- 前記傾斜領域は複数であってそれぞれが各傾斜領域に反射波長がある複数個のFBGが前記光源が発生する広帯域光が与えられる同一の光ファイバに直列に設けられ、
前記複数個のFBGに対応する複数の光電変換手段,各FBGが反射する各反射光を分離して各光電変換手段に与える方向性結合器,前記複数の光電変換手段に対応する複数の補正手段,および、各補正手段が補正した各電気信号を、各FBGによる検出対象の物理量情報に変換する複数の信号処理手段、が備わった請求項1又は2に記載の、FBGを用いる物理量計測装置。 - 前記信号処理手段が変換した時系列の物理量情報の平均値を算出する手段、および、平均値から、温度又は静歪を求める演算手段、を更に備える請求項1又は2に記載の物理量計測装置。
- 前記信号処理手段が変換した時系列の物理量情報の平均値を算出する手段、および、該物理量情報を平均値で補正して、温度や静歪の影響を除去した振動値を求める演算手段、を更に備える請求項1又は2に記載の物理量計測装置。
- 前記光源が発生する広帯域光の光パワーを検出する手段、および、検出された光パワーが低いと前記光電変換手段が変換した電気信号又は前記補正手段が補正した電気信号を補正する光パワー対応の補正手段、を備える請求項1又は2に記載の物理量計測装置。
- 前記信号処理手段が変換した物理量が設定値を超えたときに、物理量計測データの出力を開始する請求項1又は2に記載の物理量計測装置。
- 前記信号処理手段が変換した物理量が設定値を超えたときに、そこまでの計測値を破棄して新たに計測を開始する、請求項1又は2に記載の物理量計測装置
- 前記フーリエ変換手段が変換した周波数の中の特定周波数のレベルが設定値を超えたときに、物理量計測データの出力を開始する請求項2に記載の物理量計測装置。
- 前記フーリエ変換手段が変換した周波数の中の特定周波数のレベルが設定値を超えたときに、前記補正手段が補正した電気信号のサンプリングデータを破棄して、新たなサンプリングを開始し一定時間サンプリングしてからフーリエ変換を行い得た物理量計測データを出力する請求項2に記載の物理量計測装置。
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