JPH1137799A

JPH1137799A - 状態監視装置

Info

Publication number: JPH1137799A
Application number: JP21124597A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Nitsutou; 光一日塔; Masaki Yoda; 正樹依田; Tatsuyuki Maekawa; 立行前川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】多点のセンサからの信号を一本の光ファイバ
を用いて多くの情報を伝達可能にした状態監視装置を得
ることである。【解決手段】監視対象物２からの光は受光信号伝達機
構３で受光されここで波長をシフトさせる。受光信号伝
達機構３で波長がシフトされた光は光ファイバ４を介し
て伝送され、判定部５では伝送されてきた光に基づいて
監視対象物２の状態を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
て光信号により遠隔に配置された機器の状態や環境を監
視する状態監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、原子力発電所のように広い環境
や多くの機器を有したプラントでは、環境や機器の状態
を集中して監視するようにしている。この場合、それぞ
れの場所のセンサからの検出信号は、電気信号にて集中
制御室に伝送されて監視されている。これらの情報は、
一本の信号線で伝送されてきるわけではなく、複数本の
信号線で伝送されてくるので、一般に複数本の信号線は
束ねられている。

【０００３】その束ねられた信号線の中には、微弱な信
号が送られてくる信号線や大きな信号が流れてくる信号
線が混在している。微弱な信号である場合には、信号線
が長くなると信号が減衰してしまったり、ノイズが大き
くなって正確に信号を伝送できないときがある。また、
信号線の近傍に機器を駆動するための電力を供給する動
力線がある場合には、その動力線による電磁波等の影響
が信号線に加えられることがある。

【０００４】そこで、センサが多くなる場合には中継点
を設けて信号をまとめて送る工夫を行っているが、中継
の途中にアンプを設けたりする必要があるため全体のシ
ステムが複雑になっている。

【０００５】一方、近年、光ファイバによる信号伝送が
行われるようになり、一本の光ファイバで多くの情報を
送ることが可能となっている。そして、これら状態監視
並びにそのセンサとして波長シフタを用いたものも提供
されているが、センサの数が多くなると信号伝達ロスが
大きくなる。特に、センサ自身で信号を減衰させてしま
うことがあり、そのような場合には、センサの数を増や
すことができなくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の状
態監視装置では、センサからの信号に電気信号を用いた
場合には、微弱な信号線と動力線（電源ライン）とは分
けて設置したり、外部からの電磁波に対してシールドし
たりする工夫が必要になる。また、センサの数が多くな
ると、それらの信号を束ねなければならず配線の途中で
はどの線がどのセンサか分かりづらい。また、制御室の
外では伝送途中の信号を読み出すのは難しい。

【０００７】一方、光ファイバを用いた伝送システムで
は、電気信号を使わず光の信号として伝送するため、外
部からの電磁波等のノイズに対して影響を受けにくい特
徴を持っているが、従来用いている波長シフタでは、光
を吸収する波長とそれ自身が発光する光の波長とが重な
っており、自らの発光信号が自ら吸収してしまうので効
率が悪い。

【０００８】本発明の目的は、多点のセンサからの信号
を一本の光ファイバを用いて多くの情報を伝達可能にし
た状態監視装置を得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
状態監視装置は、監視対象物からの光を受光し波長をシ
フトさせる受光信号伝達機構と、受光信号伝達機構で波
長がシフトされた光を伝送する光ファイバと、光ファイ
バで伝送されてきた光に基づいて監視対象物の状態を判
定する判定部とを備えたものである。

【００１０】請求項１の発明に係わる状態監視装置で
は、監視対象物からの光は受光信号伝達機構で受光され
ここで波長をシフトさせる。受光信号伝達機構で波長が
シフトされた光は光ファイバを介して伝送され、判定部
では伝送されてきた光に基づいて監視対象物の状態を判
定する。

【００１１】請求項２の発明に係わる状態監視装置は、
請求項１の発明において、受光信号伝達機構は、光ファ
イバに塗布されて形成され吸収光波長と発光波長とが異
なるように波長シフトさせるレーザ用色素であり、波長
シフト後の発光波長が自らの色素によって吸収されるこ
とない波長となるようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１の発明の作用に加え、光ファイバにはレー
ザ用色素が塗布されて受光信号伝達機構が形成される。
この受光信号伝達機構は吸収光波長と発光波長とが異な
るように波長シフトさせ、しかも、波長シフト後の発光
波長が自らの色素によって吸収されることない波長とす
る。

【００１３】請求項３の発明に係わる状態監視装置は、
請求項２の発明において、受光信号伝達機構は、監視対
象物に対応させて複数の異なる特性のレーザ用色素を組
み合わせて構成されたものである。

【００１４】請求項３の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項２の発明の作用に加え、受光信号伝達機構で
あるレーザ用色素は、監視対象物にそれぞれ対応させて
異なる特性のものを用いる。従って、波長により監視対
象物が識別可能となる。

【００１５】請求項４の発明に係わる状態監視装置は、
請求項２の発明において、受光信号伝達機構は、レーザ
用色素を光ファイバのコア部又はクラッド部に用いるよ
うにしたものである。

【００１６】請求項４の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項２の発明の作用に加え、コア部にレーザ用色
素を用いた場合は、光源に対する波長シフタの発光効率
を高く設定でき、クラッド部に用いた場合は、発光効率
は低いがコア部が透明であるため複数用いた場合でもど
の波長に対してもロスなく伝達できる。

【００１７】請求項５の発明に係わる状態監視装置は、
請求項２の発明において、受光信号伝達機構は、レーザ
用色素を光ファイバのコア部及びクラッド部に用いるよ
うにしたものである。

【００１８】請求項５の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項２の発明の作用に加え、コア部及びクラッド
部にレーザ用色素を用いた場合は、光源の波長選択性を
高めることができ外乱光が多い中で特定の波長に対して
のみ受光し信号伝達できる。

【００１９】請求項６の発明に係わる状態監視装置は、
請求項４又は請求項５の発明において、受光信号伝達機
構部は、光ファイバのコア部又はクラッド部に光を集光
するための光学部品を有し、特定方向からの光を選択的
に用いるようにしたものである。

【００２０】請求項６の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項４又は請求項５の発明の作用に加え、光学部
品で特定方向からの光を選択的に集光して用い、信号の
感度を高める。

【００２１】請求項７の発明に係わる状態監視装置は、
請求項６の発明において、受光信号伝達機構部の光学部
品として、集光レンズ又はプリズム又はこれらを組み合
わせを用い、集光効率を高くしたものである。

【００２２】請求項７の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項６の発明の作用に加え、集光レンズ又はプリ
ズム又はこれらを組み合わせで特定方向からの光を選択
的に集光して、集光効率を高くする。

【００２３】請求項８の発明に係わる状態監視装置は、
請求項６又は請求項７の発明において、光ファイバに複
数個の受光信号伝達機構を軸方向に並べてを設け、複数
の方向からの光を選択的に同時に受光するようにしたも
のである。

【００２４】請求項８の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項６又は請求項７の発明の作用に加え、光ファ
イバに縦列に配置された受光信号伝達機構の一つ一つに
方向性を持たせしかも同時に複数の情報を得る。

【００２５】請求項９の発明に係わる状態監視装置は、
請求項８の発明において、光ファイバに並べて設けられ
た受光信号伝達機構の互いに隣接するレーザ用色素間に
互いに発光した光が干渉しないように遮蔽用クラッド部
を入れるようにしたものである。

【００２６】請求項９の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項８の発明の作用に加え、遮蔽用クラッド部
は、縦列に配置した各々の受光信号伝達機構に隣接する
受光信号伝達機構からの漏れの信号が隣に混ざらないよ
うにし、一つ一つのセンサの感度を高める。

【００２７】請求項１０の発明に係わる状態監視装置
は、請求項８の発明において、受光方向が同一方向にな
るように複数個の受光信号伝達機構を光ファイバの軸方
向に並べて設け、受光信号伝達機構の前を通過する監視
対象物の移動方向、移動速度、移動加速度を検知するよ
うにしたものである。

【００２８】請求項１０の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項８の発明の作用に加え、受光方向をすべて同
じにしたそれぞれ個別の受光信号伝達機構からの情報に
より、受光信号伝達機構を横切る監視対象物の移動方向
を検知するだけでなく、移動速度や移動加速度も検知す
る。

【００２９】請求項１１の発明に係わる状態監視装置
は、請求項８の発明において、複数個の受光信号伝達機
構を光ファイバの軸方向に並べて設け、回転体の監視対
象物に対しその軸の円周方向に配置し、非接触で回転体
軸の偏心、振れ、振動を検出するようにしたものであ
る。

【００３０】請求項１１の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項８の発明の作用に加え、受光信号伝達機構を
回転体の軸に対して、軸方向と垂直な面に少なくとも互
いに直角に複数配置して、それらの個別の信号を処理す
ることで、軸の偏心、振れ、振動を検出する。

【００３１】請求項１２の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１乃至請求項９の発明において、監視対象物
が駆動装置である場合、駆動装置のベルト又はチェーン
を用いた駆動部の引っ張り側と押し出し側に受光信号伝
達機構を配置し、ベルト又はチェーンが移動する状態の
変化からベルト又はチェーンにかかる応力又は駆動部の
トルクを計測するようにしたものである。

【００３２】請求項１２の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１乃至請求項９の発明の作用に加え、受光信
号伝達機構にてベルトやチェーンを駆動する駆動部の引
っ張り側と押し出し側のベルトやチェーンの動きを観測
する。得られた信号から移動方向、速度、加速度、ベル
トやチェーンに加わる応力を求めると共に駆動部の軸に
かかるトルクを計測し、定常状態からの変化の様子を監
視する。

【００３３】請求項１３の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１乃至請求項９の発明において、監視対象物
が駆動装置である場合、駆動装置の歯車の横に受光信号
伝達機構を配置し、歯車の歯の移動状態から駆動装置の
速度及び加速度を検出するようにしたものである。

【００３４】請求項１３の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１乃至請求項９の発明の作用に加え、受光信
号伝達機構にて歯車の歯の移動状態を観測し、駆動装置
の速度及び加速度を計測すると共に定常状態からの変化
の様子を監視する。

【００３５】請求項１４の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１３の発明において、監視対象物からの受光
信号伝達機構への光は、自然光、光源からの光又は光源
から光ファイバを介して送られてきた光であり、光源
は、電球、連続又はパルス状の光を発光する発光ダイオ
ード、特定波長を発振する半導体レーザとしたものであ
る。

【００３６】請求項１４の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１３の発明の作用に加え、屋内や屋外で自然
に漏れこんでいる自然光、電球の光、連続又はパルス状
に発光するダイオードの光、連続又はパルス状に特定の
波長を発振する半導体レーザの光が受光信号伝達機構に
入力される。自然に漏れこんでくる光を使う場合を除い
て、これらの光源を直接用いる場合には光源用の電気配
線が必要となるが、光源からの光を光ファイバにより送
る場合には受光信号伝達機構までの電気配線は必要なく
なる。

【００３７】請求項１５の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１乃至請求項９の発明において、監視対象が
電圧電流量である場合、受光信号伝達機構への光は、電
圧電流量に比例したパルス状の光を発生する光源からの
光、又は電圧電流量に比例した周波数で点滅する液晶パ
ネルを通った光とし、その光信号に基づいて非接触で電
圧電流量を検出するようにしたものである。

【００３８】請求項１５の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１乃至請求項９の発明の作用に加え、パルス
状の光源の点滅を受光信号伝達機構で検出し電圧や電流
量に比例した周波数に変換して検出し、又は連続発光の
光源と受光信号伝達機構との間に液晶パネルを設けこの
液晶パネルの点滅周波数から電圧や電流量の変化を光信
号として伝送し、非接触で電圧や電流量の変化を監視す
る。

【００３９】請求項１６の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１４の発明において、監視対象物からの受光
信号伝達機構への光は、通常時には光源からの光又は光
源から光ファイバを介して送られてきた光を用い、非常
時には太陽光を集光し光ファイバで送られてきた光を用
いるようにしたものである。

【００４０】請求項１６の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１４の発明の作用に加え、光源を光ファイバ
に入れられない非常時の場合には、太陽光を集光し光源
とする。

【００４１】請求項１７の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１乃至請求項９の発明において、監視対象が
液体又は固体の熱膨張又は湿度による伸びを利用した温
度計又は湿度計の計測値である場合、受光信号伝達機構
を温度計又は湿度計の近傍に配置し、温度計又は湿度計
の変化の状態を非接触で検出するようにしたものであ
る。

【００４２】請求項１７の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１乃至請求項９の発明の作用に加え、温度計
の透過光の位置情報を光の波長から判断して温度変化の
状態を監視する。また、湿度計の針の動きを透過光の位
置情報として光の波長から判断して湿度の変化状態を監
視する。

【００４３】請求項１８の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１乃至請求項９の発明において、監視対象が
液位の変化を検出する液位計又は浮きの位置で流量を検
出する流量計である場合、受光信号伝達機構を液位計又
は流量計の近傍に配置し、液位の変化や浮きの状態を非
接触で検出するようにしたものである。

【００４４】請求項１８の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１乃至請求項９の発明の作用に加え、光源と
受光信号伝達機構との間の液位又は浮きに対する透過光
の位置情報を光の波長から判断して液位又は流量の変化
状態を監視する。

【００４５】請求項１９の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１の発明において、光源と受光信号伝達機構
との間に波長選択用のフィルタを設けたものである。

【００４６】請求項１９の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１の発明の作用に加え、波長選択用フィルタ
は、受光信号伝達機構により送る波長を選択したり、あ
るいはある特定の波長のみを選択的に信号として取り出
したりし、波長シフタの励起波長の選択性を高める。

【００４７】請求項２０の発明に係わる状態監視装置
は、請求項１の発明において、判定部は、受光信号伝達
機構から光ファイバによって送られてくる混合された波
長の信号を、分光器で分けて読み取り、波長により受光
信号伝達機構を特定するようにしたものである。

【００４８】請求項２０の発明に係わる状態監視装置で
は、請求項１の発明の作用に加え、混合されて送られて
きた多波長の信号を分離して読み取り、かつ受光信号伝
達機構の場所を特定する。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の実施の形態に係わる状態監視装置
の構成図である。光源１から監視対象物２に光を照射す
る。その監視対象物２からの光は受光信号伝達機構３で
受光され、受光信号伝達機構３は受光した光の波長をシ
フトさせる。波長シフトした光は、光ファイバ４で判定
部５に伝送される。判定部５は伝送されてきた光に基づ
いて監視対象物２の状態を判定し監視対象物２の監視を
行う。

【００５０】図２は、本発明における状態監視装置に用
いる光ファイバ４の説明図である。光ファイバ４は光信
号を伝達するコア部６と反射材のクラッド部７で構成さ
れている。ここで、受光信号伝達機構３は受光した光信
号を光ファイバ４で伝達する際に、受光した波長を別の
波長に変換するものである。この受光信号伝達機構３で
はレーザ用色素を用いて、波長を変換（波長シフト）す
る。すなわち、光ファイバ４のコア部６又はクラッド部
７にレーザ用色素をドープして受光信号伝達機構３を形
成する。この場合、図３に示すように、レーザ用色素の
内吸収波長と発光波長とが異なり、レーザ用色素自身で
の自己吸収を起こさない特性のものをコア部６又はクラ
ッド部７にドープする。

【００５１】波長シフトさせるレーザ用色素としては、
Rhodamin系（110,19,560,575,6G,590,B,610,101,640,70
0,800）、Coumarin系（120,440,2,450,466,47,460,102,
480,102B,487,152,481,35,151,490,6H,307,503,500,31
4,33,510,30,515,334,521,522,7,535,6,540,153,54
0）、Sulfrhodamin系（B,101,640）、ＤＣＭ、Oxazine
系（4,170,720,1,725,750）、Pyrromethene系（546,55
6,567,580,597,650）の色素を用いる。

【００５２】また、図４のように波長選択フィルタ８を
用いて光源１からの特定の波長だけを選択的に受光し光
学プリズム９にて光ファイバ４に集光することで、レー
ザ用色素をドープしたことと同様の効果を得るようにす
ることも可能である。また、レーザ用色素を励起する場
合においても波長を選択的に用いることで効率を上げる
ことができる。

【００５３】図５は、受光信号伝達機構３の他の一例を
示した説明図であり、図５（ａ）は光ファイバ４への集
光効率を高めるために光学部品であるプリズム９やレン
ズ１０を用いたものである。この場合、光ファイバ４へ
は４方向から光を照射することになる。

【００５４】また、図５（ｂ）に示すようにプリズム９
に代えて多角形プリズム１１を用いる場合もある。この
場合は、光ファイバ４へは５方向から光を照射すること
になる。さらにまた、図５（ｃ）に示すようにプリズム
９を使わずに集光レンズ２７を用いることも可能であ
る。このように、光学部品を用いて特定方向からの光を
選択的に集光して用い、信号の感度を高める。

【００５５】次に、光ファイバ４に複数個の受光信号伝
達機構３を軸方向に並べてを設け、複数個の光源１から
の光を選択的に同時に受光する。つまり、複数の方向か
らの光を受光信号伝達機構３で受光する場合について説
明する。

【００５６】図６は、そのような場合の説明図である。
複数の受光信号伝達機構３を同軸上に集めて特定方向か
らの信号を同時に受光する。このように構成した場合、
特にクラッド部７にレーザ用色素をドープした場合に
は、隣接するクラッド部７での光信号が隣に混ざってし
まい感度が低下してしまうことがある。そこで、図７に
示すように、隣接するクラッド部７の間に遮蔽用クラッ
ド部１１を設け、光信号が混ざらずに感度が低下しない
ようにしている。

【００５７】図８は、複数個の受光信号伝達機構３を光
ファイバ４の軸方向に並べて設けた場合に、受光方向が
同一方向になるようにしたものである。これにより、受
光信号伝達機構３の前を通過する監視対象物２からの光
信号を受光し、監視対象物２の移動方向、移動速度、移
動加速度等を検知する。

【００５８】すなわち、複数個の受光信号伝達機構３を
光ファイバ４の軸方向に並べて設け、受光信号伝達機構
３での受光方向を全て同じ方向に向けて、監視対象物２
の移動方向、移動速度、移動加速度等の状態監視を行
う。

【００５９】また、図８の受光信号伝達機構３の構成
で、回転体の監視対象物２に対し適用したものを図９に
示す。図９に示すように、複数個の受光信号伝達機構３
を光ファイバ４の軸方向に並べて設け、受光信号伝達機
構３での受光方向を全て同じ方向に向けた設置とする。
そして、この配置状態において光ファイバ４を曲げて各
々の受光信号伝達機構３を回転体軸の円周方向に配置す
る。これにより、回転体軸の変化の状態監視を行う。つ
まり、非接触で回転体軸の偏心、振れ、振動を検出す
る。

【００６０】すなわち、監視対象物２である回転体軸に
直角にしかも軸を包むように各々の受光信号伝達機構３
を配置し、回転体軸の影の動きを受光信号伝達機構３で
観測する。この場合、受光信号伝達機構３は少なくとも
２つ以上用い、それぞれの波長の光量の変化から移動
量、偏心状態、振れや振動状態の監視を行う。

【００６１】次に、図１０は監視対象物２がチェーンで
ある場合の受光信号伝達機構３の説明図である。監視対
象物２がチェーンやベルト等の駆動装置である場合、ベ
ルト又はチェーンを用いた駆動部の引っ張り側と押し出
し側にそれぞれ受光信号伝達機構３を配置する。そし
て、ベルト又はチェーンが移動する状態の変化からベル
ト又はチェーンにかかる応力又は駆動部のトルクを計測
する。

【００６２】図１０（ａ）に示すように、監視対象物２
（ベルトやチェーン）を光源１と受光信号伝達機構３と
の間に配置し、受光信号伝達機構３を駆動部１２の押し
出し側と引っ張り側に設置する。そして、図１０（ｂ）
に示すように、駆動部１２の歯車の歯がかかる穴を透過
する光の状態を観測する。そうすると、図１０（ｃ）に
示すように、穴を通過した光がパルス信号として観測さ
れる。このパルス信号の間隔は、監視対象物２（ベルト
やチェーン）の伸びによって引っ張り側のパルス間隔が
押し出し側のパルス間隔より広くなる。この間隔の相違
から監視対象物２の移動速度や移動加速度を求め、ま
た、ベルトやチェーンにかかる応力や歯車の軸の捻れ、
あるいは、トルクを導出する。

【００６３】これを例えばエンジンに適用すると、速度
や加速度の計測だけでなくエンジンの負荷を検出でき、
最適なギア配分を行ったりエンジンブレーキを使う場合
のギア配分を設定することが可能となる。しかもセンサ
部に電気を使わず非接触で検出することができるので引
火性のある場所での使用に適する。

【００６４】図１１は監視対象物２が駆動装置である場
合であって、その歯車の横に受光信号伝達機構３を配置
し、歯車の歯の移動状態から駆動装置の速度及び加速度
を検出するようにしたものである。図１１において、光
源１と受光信号伝達機構３の間に歯車の歯を直接セット
し、図１０の場合と同様に、速度、加速度、トルクを検
出する。

【００６５】ここで、監視対象物２からの受光信号伝達
機構３への光は、前述のように光源１からの光であり、
光源１からの光を監視対象物２に照射し、その光を受光
信号伝達機構３へ入力するようにしている。この場合、
監視対象物２からの光は自然光であっても良いし、図１
２に示すように、光源１から光源光ファイバ１３を介し
て送られてきた光とすることも可能である。この場合、
光源１としては、電球、連続又はパルス状の光を発光す
る発光ダイオード、特定波長を発振する半導体レーザ等
を用いる。

【００６６】図１２において、光源１からの光を集光レ
ンズ２７で集光し光源光ファイバ１３を用いて、各々の
監視対象物２に供給して受光信号伝達機構３でその光を
受光するようにしている。従って、受光信号伝達機構３
への光源用の電気配線が不要になる。

【００６７】このように、光源１としては屋内や屋外で
自然に漏れこんでいる自然光、電球の光、連続又はパル
ス状に発光するダイオードの光、連続又はパルス状に特
定の波長を発振する半導体レーザの光等が受光信号伝達
機構３に入力される。この場合、自然に漏れこんでくる
光を使う場合を除いて、これらの光源１を直接用いる場
合には光源１用の電気配線が必要となるが、光源１から
の光を光源光ファイバ１３により送る場合には受光信号
伝達機構３までの電気配線は必要なくなる。

【００６８】また、図１３に示すように、通常時には光
源１から光源光ファイバ１３を介して送られてきた光を
用い、非常時には太陽光を集光し光源光ファイバ１３で
送られてきた光を用いるようにすることも可能である。

【００６９】図１３において、非常時には電気が使えず
光源１が使えない場合には、太陽光を集光器１４で光源
光ファイバ１３に集め光源切り換えユニット１５により
光を供給する。ここで、通常時には光源１から光源光フ
ァイバ１３を介して送られてきた光を用るようにしてい
るが、光源１からの直接光を用いるようにしても良いこ
とは言うまでもない。その場合は光源切り換えユニット
１５は不要になる。このように、非常時の場合には太陽
光を集光し光源１とするので、信頼性が高くなる。

【００７０】次に、監視対象が電圧電流量である場合に
は、受光信号伝達機構３への光は、電圧電流量に比例し
たパルス状の光を発生する光源１からの光、又は電圧電
流量に比例した周波数で点滅する液晶パネルを通った光
とする。

【００７１】図１４は電圧量あるいは電流量の状態を受
光信号伝達機構３により状態監視する場合の説明図であ
り、図１４（ａ）は電圧電流量に比例したパルス状の光
を発生する光源１からの光により電圧電流量を検出する
場合の説明図、図１４（ｂ）は電圧電流量に比例した周
波数で点滅する液晶パネルを通った光により電圧電流量
を検出する場合の説明図である。

【００７２】図１４（ａ）に示すように、電源１６の電
圧量あるいは電流量を、光源としての半導体レーザや発
光ダイオード等の表示灯１７にて電圧電流量に比例した
パルス信号として点滅させる。この表示灯１７の点滅の
周波数から電圧電流量を検出する。このようにすること
で光源として複雑な機構を設ける必要がなくなる。

【００７３】また、図１４（ｂ）に示すように、光源１
を用いる場合には、電圧電流量に比例して点滅する液晶
パネル１８に光源１８からの光を透過させる。つまり、
液晶パネル１８が電圧電流量に比例して点滅する際の透
過光量に比例させて電圧電流量を観測する。

【００７４】このように、パルス状の光源の点滅を受光
信号伝達機構３で検出し電圧や電流量に比例した周波数
に変換して検出する。また、連続発光の光源１と受光信
号伝達機構３との間に液晶パネル１８を設けこの液晶パ
ネル１８の点滅周波数から電圧や電流量の変化を光信号
として伝送し、非接触で電圧や電流量の変化を監視す
る。

【００７５】次に、図１５は、配管１９に設置されたバ
ルブ２０の開閉に伴って変化する温度や湿度、タンク２
１の水位、各種配管を流れる流量を総合的に監視する監
視システムを示したものである。

【００７６】まず、温度又は湿度の監視には、液体又は
固体の熱膨張又は湿度による伸びを利用した温度計又は
湿度計の計測値を監視する。すなわち、温度の監視に
は、光源１と受光信号伝達機構３との間に熱膨張によっ
て変化する温度計２２をセットして、透過光量の変化又
は複数の波長の異なるセンサの波長の変化から温度変化
を計測する。また、湿度の監視は、湿度計２３の針の動
きを観測することで検出する。針でなくとも直接湿度に
より変化する物質の伸びを観測しても良い。

【００７７】一方、液位又は流量の監視には、液位の変
化を検出する液位計１４の液位又は流量計２５内の浮き
２６の位置を監視する。タンク２１の液位の監視は、直
接計測するかあるいは図１５のように液位計２４の変化
を透過光量又は複数設置した受光信号伝達機構３の波長
の変化から水位の変化を観測するようにしている。流量
の監視については、流量計２５の浮き２６の変化を同様
に観測している。このように一本の光ファイバ４で多く
の状態を監視することが可能となり、更に受光信号伝達
機構３を追加することが可能である。なお、液位の監視
には、液位計２４が電流計や電圧計と同様に針で液位を
指示するものである場合には、電流計や電圧計と同様に
その針を観測して計測する。

【００７８】このように、受光信号伝達機構３を温度計
や湿度計あるいは液位計や流量計の近傍に配置し、その
計測計器の変化の状態を非接触で検出する。つまり、計
測計器の透過光の位置情報を光の波長から判断して状態
量の変化を監視する。

【００７９】図１６は、本発明の実施の形態に係わる状
態監視装置の判定部５の説明図である。光ファイバ４に
て混合して伝送されてきた各種波長の光信号は、判定部
５において波長毎の光信号に弁別される。図１６（ａ）
はその弁別に分光器であるレンズ１０及びプリズム９を
用いたものであり、図１６（ｂ）はプリズム９の代わり
にグレーティング２８を用いたものである。

【００８０】受光信号伝達機構３から光ファイバ４にて
伝送されてきた混合波長の光信号は、レンズ１０とプリ
ズム１９又はグレーティング２８にて分離される。そし
て、各々の受光信号伝達機構３からの光信号としてＣＣ
ＤあるいはＣ−ＭＯＳセンサ２９により検出される。こ
れにより、混合波長の光信号を分光器で分けて読み取
り、波長により受光信号伝達機構３を特定するようにし
ている。

【００８１】このように、状態監視を行う場合に一本の
光ファイバ４に複数個の受光信号伝達機構３を設置でき
るのでセンサの数を増やすことができる。また、受光信
号伝達機構３毎に受光して送る波長を違えることができ
るため、波長による受光信号伝達機構３の位置の特定や
多くの情報を波長を変えて同時に伝送することができ
る。さらに、非接触でしかも光信号で状態監視を行うこ
とができるため、引火性のある場所等で有効に使えるよ
うになるだけでなく、外部の電磁波等の影響を受けにく
い。光源に太陽光を用いて光ファイバで伝送する場合に
は、光源にも電気を使わずに状態監視が行える。

【００８２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、状
態監視を行う場合に光ファイバを用いて光信号を伝達す
るため、外部からの電磁波による影響を受けにくい状態
監視装置が得られる。また、光の吸収特性と発光特性と
が異なるレーザ用色素を用いているので、受光信号検出
機構自身での信号吸収がなく、多くの波長の光信号を使
える。従って、一本の光ファイバに多くの受光信号検出
機構を付けることができ、多くの情報を同時に伝送でき
る。

【００８３】そして、本発明では、引火性のある場所等
で有効に使えるようになり、非常時には光源に太陽光を
用いて光ファイバで伝送するようにしているので、信頼
性を向上させた状態監視装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わる状態監視装置の構
成図。

【図２】本発明の状態監視装置で使用する光ファイバの
説明図。

【図３】本発明の実施の形態で用いたレーザ用色素の特
性図であり、図３（ａ）は光吸収波長特性図、図３
（ｂ）は光発光波長特性図。

【図４】本発明の実施の形態で用いた波長選択用フィル
タを設置することで波長選択して伝送する場合の受光信
号伝達機構の説明図。

【図５】本発明の実施の形態における受光信号伝達機構
の他の一例を示した説明図。

【図６】本発明の実施の形態における光ファイバの１箇
所に複数の受光信号伝達機構を配置して複数方向からの
光信号に対して選択的に信号を受光する場合の説明図。

【図７】図６の場合に隣接した受光信号伝達機構に光信
号が混入しないように遮蔽用クラッド部を設けた場合の
説明図。

【図８】本発明の実施の形態における光ファイバの１箇
所に複数の受光信号伝達機構を配置して同一方向からの
光信号に対して監視対象が移動物体である場合にその状
態を監視する場合の説明図。

【図９】図８の受光信号伝達機構の構成で監視対象物が
回転体である場合にその状態を監視する場合の説明図。

【図１０】本発明の実施の形態における監視対象物が駆
動装置のチェーンである場合にその状態を監視する場合
の説明図。

【図１１】本発明の実施の形態における監視対象物が駆
動装置の歯車である場合にその状態を監視する場合の説
明図。

【図１２】本発明の実施の形態における光源として光源
光ファイバを介して送られてきた光を用いる場合の説明
図。

【図１３】本発明の実施の形態における光源として、通
常時には光源から光源光ファイバを介して送られてきた
光を用い、非常時には太陽光を集光し光源光ファイバで
送られてきた光を用いる場合の説明図。

【図１４】本発明の実施の形態における監視対象が電圧
電流量の状態である場合の状態監視の説明図。

【図１５】本発明の実施の形態における監視対象が温度
や湿度あるいは液位や流量の変化である場合の説明図。

【図１６】本発明の実施の形態に係わる状態監視装置の
判定部の説明図。

【符号の説明】

１光源２監視対象物３受光信号伝達機構４光ファイバ５判定部６コア部７クラッド部８波長選択用フィルタ９プリズム１０レンズ１１遮蔽用クラッド部１２駆動部１３光源光ファイバ１４集光器１５光源切り換えユニット１６電源１７表示灯１８液晶パネル１９配管２０バルブ２１タンク２２温度計２３湿度計２４液位計２５流量計２６浮き２７集光レンズ２８グレーティング２９ＣＣＤあるいはＣ−ＭＯＳセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】監視対象物からの光を受光し波長をシフ
トさせる受光信号伝達機構と、前記受光信号伝達機構で
波長がシフトされた光を伝送する光ファイバと、前記光
ファイバで伝送されてきた光に基づいて前記監視対象物
の状態を判定する判定部とを備えたことを特徴とする状
態監視装置。
【請求項２】前記受光信号伝達機構は、前記光ファイ
バに塗布されて形成され吸収光波長と発光波長とが異な
るように波長シフトさせるレーザ用色素であり、波長シ
フト後の発光波長が自らの色素によって吸収されること
ない波長となることを特徴とする請求項１に記載の状態
監視装置。
【請求項３】前記受光信号伝達機構は、前記監視対象
物に対応させて複数の異なる特性の前記レーザ用色素を
組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項２に記
載の状態監視装置。
【請求項４】前記受光信号伝達機構は、前記レーザ用
色素を前記光ファイバのコア部又はクラッド部に用いる
ことを特徴とする請求項２に記載の状態監視装置。
【請求項５】前記受光信号伝達機構は、前記レーザ用
色素を前記光ファイバのコア部及びクラッド部に用いる
ことを特徴とする請求項２に記載の状態監視装置。
【請求項６】前記受光信号伝達機構部は、前記光ファ
イバのコア部又はクラッド部に光を集光するための光学
部品を有し、特定方向からの光を選択的に用いるように
したことを特徴とした請求項４又は請求項５に記載の状
態監視装置。
【請求項７】前記受光信号伝達機構部の光学部品とし
て、集光レンズ又はプリズム又はこれらを組み合わせを
用い、集光効率を高くしたことを特徴とする請求項６に
記載の状態監視装置。
【請求項８】前記光ファイバに複数個の前記受光信号
伝達機構を軸方向に並べてを設け、複数の方向からの光
を選択的に同時に受光するようにしたことを特徴とする
請求項６又は請求項７に記載の状態監視装置。
【請求項９】前記光ファイバに並べて設けられた前記
受光信号伝達機構の互いに隣接するレーザ用色素間に互
いに発光した光が干渉しないように遮蔽用クラッド部を
入れることを特徴とした請求項８に記載の状態監視装
置。
【請求項１０】受光方向が同一方向になるように複数
個の前記受光信号伝達機構を前記光ファイバの軸方向に
並べて設け、前記受光信号伝達機構の前を通過する前記
監視対象物の移動方向、移動速度、移動加速度を検知す
るようにしたことを特徴とする請求項８に記載の状態監
視装置。
【請求項１１】複数個の前記受光信号伝達機構を前記
光ファイバの軸方向に並べて設け、回転体の監視対象物
に対しその軸の円周方向に配置し、非接触で回転体軸の
偏心、振れ、振動を検出するようにしたことを特徴とす
る請求項８に記載の状態監視装置。
【請求項１２】前記監視対象物が駆動装置である場
合、前記駆動装置のベルト又はチェーンを用いた駆動部
の引っ張り側と押し出し側に前記受光信号伝達機構を配
置し、前記ベルト又はチェーンが移動する状態の変化か
ら前記ベルト又はチェーンにかかる応力又は前記駆動部
のトルクを計測するようにしたことを特徴とする請求項
１乃至請求項９に記載の状態監視装置。
【請求項１３】前記監視対象物が駆動装置である場
合、前記駆動装置の歯車の横に前記受光信号伝達機構を
配置し、前記歯車の歯の移動状態から前記駆動装置の速
度及び加速度を検出するようにしたことを特徴とする請
求項１乃至請求項９に記載の状態監視装置。
【請求項１４】前記監視対象物からの受光信号伝達機
構への光は、自然光、光源からの光又は光源から光ファ
イバを介して送られてきた光であり、前記光源は、電
球、連続又はパルス状の光を発光する発光ダイオード、
特定波長を発振する半導体レーザであることを特徴とす
る請求項１３に記載の状態監視装置。
【請求項１５】前記監視対象が電圧電流量である場
合、前記受光信号伝達機構への光は、電圧電流量に比例
したパルス状の光を発生する光源からの光、又は電圧電
流量に比例した周波数で点滅する液晶パネルを通った光
とし、その光信号に基づいて非接触で電圧電流量を検出
するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項９
に記載の状態監視装置。
【請求項１６】前記監視対象物からの受光信号伝達機
構への光は、通常時には光源からの光又は光源から光フ
ァイバを介して送られてきた光を用い、非常時には太陽
光を集光し光ファイバで送られてきた光を用いることを
特徴とする請求項１４に記載の状態監視装置。
【請求項１７】前記監視対象が液体又は固体の熱膨張
又は湿度による伸びを利用した温度計又は湿度計の計測
値である場合、前記受光信号伝達機構を前記温度計又は
湿度計の近傍に配置し、前記温度計又は湿度計の変化の
状態を非接触で検出するようにしたことを特徴とする請
求項１乃至請求項９に記載の状態監視装置。
【請求項１８】前記監視対象が液位の変化を検出する
液位計又は浮きの位置で流量を検出する流量計である場
合、前記受光信号伝達機構を前記液位計又は流量計の近
傍に配置し、液位の変化や浮きの状態を非接触で検出す
るようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項９に
記載の状態監視装置。
【請求項１９】前記光源と受光信号伝達機構との間に
波長選択用のフィルタを設けたことを特徴とする請求項
１に記載の状態監視装置。
【請求項２０】前記判定部は、前記受光信号伝達機構
から前記光ファイバによって送られてくる混合された波
長の信号を、分光器で分けて読み取り、波長により受光
信号伝達機構を特定するようにしたことを特徴とする請
求項１に記載の状態監視装置。