JPH04286917A - 多点型光センサシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多数の測定点で検知し
た物理量変化を光伝送して収集、処理するようにした多
点型光センサシステムにおいて、光伝送手段である光フ
ァイバの本数の低減化を図ったものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、多数のセンサが長手方向に分散
して配置されているとき、各センサで得た情報は、これ
を光として伝送する場合には、センサ毎に１対の光ファ
イバが必要になる。例えば、図４に示すように３つのセ
ンサ１１１，１１２，１１３が配置されている場合にあ
っては、３本の光ファイバ２ないし３本の心線３が必要
になる。３本の光ファイバ２は十分補強がされた光ファ
イバケーブル４としてまとめられ敷設される。

【０００３】このように、センサの数だけ光路が必要と
なり、センサ数が多いほど光ファイバ２の本数も増えて
多心化する。メタル線と異なり、補強用の厚い被覆層を
必要とする光ファイバにあっては、その１本当りの径Ｄ
´が大きく、本数が多くなると、これまとめた光ファイ
バケーブル４の径Ｄが太径となる。また、分散配置され
た各センサを光ファイバに終端接続していくために、光
ファイバケーブル４を段剥ぎしてケーブルから光ファイ
バ２を１本づつばらしていくことが要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、セン
サ毎に１対の光ファイバを終端接続していく従来技術に
あっては、次のような問題点がある。

【０００５】（１）測定点に沿って敷設する光ファイバ
ケーブルは、センサ数に対応した本数の光ファイバを必
要とする多対応線ケーブルとなる。従ってセンサの数が
増えるほど太径となり、取扱いが悪くなる。

【０００６】（２）センサの配置された測定点毎に、ケ
ーブルを段剥ぎするなどセンサとの接続作業が煩雑とな
る。

【０００７】（３）センサ数が多くなるほどケーブルと
してのコスト／パフォーマンスが悪くなる。つまり、多
数のセンサに接続するために途中で光ファイバないし心
線を切断していくが、切断してしまった光ファイバない
し心線はそれが長尺なものであっても使われず、廃棄さ
れる。

【０００８】本発明の目的は、センサをカスケード接続
していくことによって、上述した従来技術の欠点を解消
して、本数の少ない光ファイバで多数のセンサ情報を収
集することが可能な多点型光センサシステムを提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバケ
ーブルの長さ方向に沿って物理量変化を検知する複数の
センサを分散して設け、これらのセンサの検出データを
光ファイバケーブルを用いて収集する多点型光センサシ
ステムに適用される。

【００１０】センサはユニット化して測定ユニットとし
、この測定ユニットは、センサと、そのセンサが選択さ
れたとき光ファイバケーブルにセンサを切替接続する光
スイッチと、各センサの中から一つのセンサを選択する
ためにセンサ選択光信号が出されたとき、その光信号を
電気信号に変換して当該ユニット内の光スイッチに切替
え接続を要求するセンサ選択手段とを備えるようにする
。

【００１１】そして、各ユニット内の光スイッチ及びセ
ンサ選択手段のそれぞれを各ユニット間で共通接続する
ようにして、測定ユニットを光ファイバケーブルにカス
ケード接続する。

【００１２】さらに、これら測定ユニットがカスケード
接続された光ファイバケーブルの端末に、センサ選択手
段への光信号を付与する光源と、各センサから光ファイ
バケーブルを伝送されて来る検出光データを収集、処理
する光検出部とを設けるようにしたものである。

【００１３】

【作用】測定ユニットは次のようにして光ファイバケー
ブルに接続される。測定点に沿って敷設した光ファイバ
ケーブルを各測定点で切断し、切断された光ファイバケ
ーブル間に測定ユニットを介挿する。予め切断したケー
ブルを容易しておいてもよい。測定ユニットには少なく
とも２本の光ファイバが接続される必要がある。１本は
光スイッチに接続され、選択されたセンサをセンサ出力
信号用光ファイバに接続して、センサの検出データを伝
送する情報収集用のものである。他の１本はセンサ選択
手段に接続され、光スイッチにを切替え要求を出すため
のセンサ選択信号を伝送するセンサ選択信号用光ファイ
バである。従って、光ファイバケーブルでまとめられる
光ファイバの本数は、最低で２本必要となる。もっとも
、使用するセンサがセンサ入力光信号による駆動を必要
とする光式センサである場合には、光スイッチ制御用、
入力用、出力用の３本の光ファイバが少なくとも必要で
ある。これら少なくとも２本または３本をまとめた光フ
ァイバケーブルを用意して、各測定点で測定ユニットを
カスケード接続していく。

【００１４】さて、光ファイバケーブルの端末に設けた
光源から、ある測定点に配置されたセンサを選択させる
センサ選択信号を光ファイバケーブルに送出すると、該
当する測定ユニットのセンサ選択手段が作動して当該ユ
ニットの光スイッチに切替接続要求を出す。この要求に
より、それまで光ファイバケーブルから切り離されてい
た当該センサが光ファイバケーブルに接続される。従っ
て、当該センサからの検出データがセンサ出力信号用光
ファイバを通って、光ファイバケーブルの端末に送られ
る。この検出データは光ファイバケーブルの端末に設け
た光検出部で収集、処理され、そのデータから当該測定
点での物理量変化が調べられる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図２を用いて
説明する。ここでは、検出する物理量、即ちセンシング
対象をガスとして説明する。ガスを検出するガスセンサ
は、光ファイバケーブルを布設した洞道の各測定点に１
個づつ設置するようにしている。なお、本実施例で光フ
ァイバケーブルというときは、一般的には補強層を施し
た心線からなる光ファイバを複数束ねたものを意味する
が、二次被覆を施した心線を複数束ねたものや、一次被
覆を施した素線を複数束ねたものを除くものではない。

【００１６】図１において、洞道の各人孔３４１、３４
２、３４３…にガス量の変化を測定する測定ユニット３
０１、３０２、３０３…が設けられる。各測定ユニット
３０は、光ファイバで構成される光式ガスセンサ３３、
この光式ガスセンサ３３と接続された２台の光スイッチ
３２ｂ，３２ｃ、及びこれら光スイッチ３２ｂ，３２ｃ
を動作させる共通のＯ／Ｅ変換器３１が組みとなって構
成される。

【００１７】光式ガスセンサ３３は、特定波長をもつ赤
外光を特定ガスに当てると特性が変化するエバネッセン
ト波吸収効果を利用した光ファイバを用い、この光ファ
イバに通す透過光量の変化でガス量の変化を検出するよ
うにした。

【００１８】２台の光スイッチ３２ｂ、３２ｃは、図示
するように、共に光ファイバケーブル４０の経路を光式
ガスセンサ３３に切り替える１×２光スイッチである。 この光スイッチ３２は、光路を直接切り替える光路直接
切替方式でも、光をいったん電気に変換して再び光に変
換する光／電変換（Ｏ／Ｅ変換）形方式のいずれを採用
したものでもよい。

【００１９】光／電変換器３１は、多数のセンサの中か
ら特定のセンサ３３を選択するために出力されるセンサ
選択信号を受けると、両光スイッチ３２ｂ、３２ｃを切
り替えるための切替要求用の電気信号を出力して、ユニ
ット内にある２台の光スイッチ３２ｂ，３２ｃを同時に
切り替える。

【００２０】このようにして構成される各測定ユニット
３０は、３本の光ファイバ、即ち、センサ選択信号用光
ファイバ４０ａ、センサ入力信号用光ファイバ４０ｂ、
センサ出力信号用光ファイバ４０ｃの３本を必要とする
。従って、３心の光ファイバをまとめた光ファイバケー
ブル４０を用意し、測定点毎に光ファイバケーブル４０
を切断して測定ユニット３０を介挿することにより、測
定ユニット３０をカスケード接続していく。このカスケ
ード接続において、図の上位にあるセンサ選択信号用光
ファイバ４０ａには各ユニット３０の光／電変換器３１
が直列接続され、また、中位と下位にあるセンサ入力信
号用光ファイバ４０ｂ、センサ出力信号用光ファイバ４
０ｃには各ユニット３０の光スイッチ３２ｂ，３２ｃが
それぞれ直列接続される。

【００２１】このように測定ユニット３０をカスケード
接続し光ファイバケーブル４０の端末には、光／電変換
器３１を作動させるセンサ選択信号を出力するセンサ選
択用光源１１と、特定波長の光を入射してセンサ３３を
個別に起動させるセンシング用光源１２〜１４と、各セ
ンサ３３からの検出データを収集して解析、処理する検
出部２００とが接続される。

【００２２】センサ選択用光源１１は、制御装置１５に
よってその波長λ０が可変制御される可変光源で構成す
る。可変波長の範囲は任意であるが、その範囲の波長を
各ユニット３０に割り振り、割り振られた波長がユニッ
トに入力されたとき、該当するユニットの光／電変換器
３１を作動するように設定する必要がある。たとえば、
波長λ０　＝０．８５，１．３，１．５５μｍ…等とい
うように設定していくことができる。

【００２３】また、センシング用光源も任意波長でよい
。図示例ではユニット３０の数に合わせて波長の異なる
光源１２、１３、１４が３つ設けられている場合が示さ
れている。これらの光源は検知対象ガスの赤外吸収波長
に対応した波長λ１　、λ２　、λ３　をもつことが必
要である。例えばメタンガスの場合はλ１　＝１．６６
μｍ帯、エチレンガスではλ２　＝１．６１〜１．７０
μｍ、アセチレンではλ３　＝１．５２μｍ帯等である
。これら３つのセンシング用光源１２，１３，１４は光
合波器２１に加えられて多重化され、１本のセンサ入力
信号用光ファイバ４０ｂを通って各ユニット３０の一方
の光スイッチ３２ｂに導かれる。

【００２４】また、各センサ３３から検出された光デー
タを伝送するセンサ出力信号用光ファイバ４０ｃは、そ
の端末で光分波器２２、光検出器２３、演算処理装置２
４、表示装置２５に従属接続されている。光データは光
分波器２２により検知対象ガスの赤外吸収波長に対応し
た波長に分波され、光検出器２３で波長毎の伝搬光の変
化量を検出する。この検出結果は演算処理装置２４によ
って、検知対象ガス濃度を個別に演算して求め、必要に
応じてその演算結果を表示装置２５に表示する。なお図
中、符号４１を付した黒丸は光コネクタを示す。

【００２５】さて、次に上記した様な構成の作用につい
て述べる。

【００２６】今、コンピュータ等の制御装置１５からの
命令により、任意時刻ｔ＝ｔ１　において第１番目の人
孔３４１の測定ユニット３０１に、これを選択する光信
号が伝送されたとする。このとき光／電変換器３１はこ
の光信号を受け、光スイッチ３２ｂ，３２ｃを切替動作
させる。光スイッチ３２，３２の切替動作により、光の
パスは図２に示すように、光式ガスセンサ３３１を通る
パスに変更される。センサ３３１内に光式ガスセンサ３
３１が検知対象としている当該ガスが存在すると、それ
に対応した各波長の特性は変化する。この変化を検出部
２００の演算処理装置２４で演算処理することでガス濃
度を求める。

【００２７】次に、ｔ＝ｔ２　（ｔ２　＞ｔ１　）にお
いて、第２番めの人孔３４２の測定ユニット３０２にセ
ンサ選択信号を伝送すれば上記と同様に機能し、当該人
孔３４２における検出対象ガスの有無（濃度）を検知す
ることができる。なお、この検知に際して、図示するよ
うに演算処理装置２４の出力信号を制御装置１５にフィ
ードバックすることにより、測定をより確実に行わせる
ことも可能である。

【００２８】上述した手順を順次繰り返して、全ての測
定ユニットを駆動していくことにより、各測定点（人孔
）における各ガスの濃度検知が可能となる。

【００２９】以上述べたように本実施例によれば、各測
定点に配設するセンサをユニット化し、センサ選択を行
う光ファイバ、センサ起動を行う光ファイバ、センサか
らの情報を伝送する光ファイバを、各測定ユニットに共
通して使用するようにすると共に、各ユニット間におけ
る起動とデータ送出との信号衝突を、各ユニットに切替
え用の光スイッチを設けて切り替えることにより回避し
ている。

【００３０】従って、センサ数に対応した本数の光ファ
イバを必要とせず、少対応線ケーブルで済ますことが可
能となり、センサの数が増えても光ファイバケーブルは
太径とはならず、取扱いもよくなる。

【００３１】また、センサの配置された測定点毎で、測
定ユニットが光ファイバケーブルにカスケード接続され
る形になるので、光ファイバケーブル全体を切断すれば
よく、従来例のように光ファイバケーブルを段剥ぎする
必要がなくなるため、センサとの接続作業が極めて簡単
となる。

【００３２】さらに、光ファイバケーブルを切断する場
合も全体を切断するので、廃棄されるところがなくなり
、センサ数に関わらずケーブルとしてのコスト／パフォ
ーマンスがよい。

【００３３】なお、上記システムでは全センサをリアル
タイムに測定できないが、ガス濃度の変化、例えばＯＦ
ケーブルの油中溶存ガス等を例にとれば、それらは小さ
く、実質的に１回／日程度のサンプリングでも実用に供
せるため、実管理上は問題ない。

【００３４】また、センサはガスセンサに限定されるも
のではない。一般の電気式センサであっても、これを光
に変換（Ｅ／Ｏ）して伝送するようにすれば、いずれの
電気式センサにも適用できる。この場合、電気式センサ
を駆動するための駆動信号はメタル線で伝送することも
、あるいは光ファイバで光伝送して電気に変換（Ｏ／Ｅ
）するようにしてもよい。

【００３５】また、図１の実施例では測定点におけるセ
ンサを１台としたが、本発明は何台あっても同じように
適用できる。図３は一つの測定点に３台のセンサを設け
た変形例を示す。ここで、３１０は光／電変換器、３２
０ｂは光スイッチ、３３０は光式ガスセンサ、３２０ｃ
は光スイッチ、４００ａ〜４００ｂは光ファイバである
。基本的には図１の各ユニット３０を３台接近させて、
ユニット化した場合と同様の構成となる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、センサをユニット化し
て各ユニットをカスケード接続するようにしたので、セ
ンサ数が増加しても、少ない本数の光ファイバでセンサ
の信号伝送が可能となり、したがって特に、その太さが
本数に大きく依存する多点型光センサ用の光ファイバケ
ーブルにあってはメリットが大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多点型光センサシステムの実施例を示
す全体構成図。

【図２】本実施例の光パスを示す説明図。

【図３】本発明の変形例を示す部分構成図。

【図４】従来の多点型光センサシステム例を示す全体構
成図。

【符号の説明】

１１　　センサ選択用光源（波長λ１　）１２　　セン
シング用光源（波長λ１　）１３　　センシング用光源
（波長λ２　）１４　　センシング用光源（波長λ３　
）１５　　制御装置 ２１　　光合波器 ２２　　光分波器 ２３　　光検出器 ２４　　演算処理装置 ２５　　表示装置 ３０　　測定ユニット ３１　　Ｏ／Ｅ変換器 ３２　　光スイッチ ３２ｂ　　光スイッチ ３２ｃ　　光スイッチ ３３　　光式ガスセンサ ３３１〜３３３　　光式ガスセンサ ３４１〜３４３　　人孔（測定点） ４０　　光ファイバケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバケーブルの長さ方向に沿って物
   理量の変化を検知する複数のセンサを設け、これらセン
   サの検出データを光ファイバケーブルを用いて収集、処
   理する多点型光センサシステムにおいて、各センサをユ
   ニット化し、センサと、ユニット内のセンサが選択され
   たとき当該センサを光ファイバケーブルに切替え接続す
   る光スイッチと、センサ選択光信号により光スイッチに
   対し切替え接続を要求するセンサ選択手段とを備えた測
   定ユニットとし、各測定ユニット内の光スイッチ及びセ
   ンサ選択手段のそれぞれを各ユニット間で共通接続する
   ようにして、前記測定ユニットを光ファイバケーブルに
   カスケード接続し、これら測定ユニットがカスケード接
   続され光ファイバケーブルの端末に、前記センサ選択手
   段にセンサ選択光信号を付与する光源と、各センサから
   光ファイバケーブルを伝送されて来る検出データを収集
   、処理する光検出部とを設けたことを特徴とした多点型
   光センサシステム。