センシングシステム
【課題】長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更される光源からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めること。
【解決手段】たとえば振動観測を行う際の外部要因を計測する検出部１２８〜１３９として、種々の検出手段を用いることができ、また、光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌは従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌが増えてもそれぞれの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌによって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがないようにした。
【解決手段】たとえば振動観測を行う際の外部要因を計測する検出部１２８〜１３９として、種々の検出手段を用いることができ、また、光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌは従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌが増えてもそれぞれの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌによって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがないようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバや光ファイバ応用光学部品等を用いたセンシングシステムに係り、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う計測に適したセンシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ファイバや光ファイバ応用光学部品等を用いることにより、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う計測に適したセンシングシステムが種々提案されている。
【０００３】
たとえば加速度観測を行うものとしては、特許文献１に示されているようなＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）を有する光ファイバセンサを用いた光式加速度計が知られている。
【０００４】
この光式加速度計は、光源を内蔵し反射波長を計測する波長計測器に第１の光ファイバを介して複数の光カプラを接続し、さらにそれぞれの光カプラに第２の光ファイバを接続してそれぞれの光カプラからの経路を分岐し、この分岐した第２の光ファイバの先端にセンサＦＢＧを有する光式加速度計を接続して構成される。
【０００５】
このような光式加速度計では、波長計測器の光源からの光が第１の光ファイバを伝送し、各光カプラにより分岐されて各光式加速度計に達する。そして、いずれかの光式加速度計に加速度がかかった場合には、その光式加速度計に用いられているセンサＦＢＧからの反射光の波長が変化し、その反射した光が波長計測器に戻ることで、変化した光の波長が計測され、加速度が算出されるとともに、反射光の波長が変化した位置が特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１での光式加速度計では、変化した光の波長が波長計測器によって計測されることで、特定位置で振動があり歪が生じたことを認識でき、加速度の変化を測定することができる。
【０００８】
ところが、このような光式加速度計では、センサＦＢＧからの反射光の波長変化を観測して、振動の観測及び振動が生じた位置を特定する構成であるため、各光式加速度計に用いるセンサがＦＢＧに限定されてしまうという問題があった。
【０００９】
また、波長計測器の光源からの光は、波長計測器の光源が単一であることから、第１の光ファイバ上の各光カプラにてそれぞれの第２の光ファイバ側に分岐されるため、光カプラの数が増えるに従い、各光カプラにて分岐される光の強度が低下してしまうという問題もあった。
【００１０】
また、長距離に渡って複数箇所の計測を行うものとすると、複数箇所に光式加速度計を設置する必要が生じることから、自ずと光カプラの数が増えることになり、光源から遠ざかるに従い、光カプラにて分岐される光の強度がさらに低下してしまうことで、各光式加速度計のセンサＦＢＧうち、光源から遠い位置にあるセンサＦＢＧからの反射光の強度が著しく低下してしまうことになり、振動が生じた位置を特定できないことが予測され、計測精度が劣化してしまうという問題もあった。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更される光源からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができるセンシングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のセンシングシステムは、波長の異なる光を発する光源と、該光源からの光の出力先を変更する複数の光出力先変更手段と、これらの光出力先変更手段に対応し、これらの光出力先変更手段によって出力先が変更された特定波長の光を反射する複数の特定波長反射手段と、これらの特定波長反射手段に対応し、これらの特定波長反射手段によって反射された前記光を伝播する複数の光ファイバと、これらの光ファイバの先端に設けられ、外部要因に応じて前記光ファイバにより伝播される光の特性を変化させる複数の外部要因変化検出手段と、これらの外部要因変化検出手段からの反射光の光の特性の変化を観測する反射光観測手段とを備えることを特徴とする。
本発明のセンシングシステムでは、波長の異なる光を発する光源からの光の出力先が複数の光出力先変更手段により変更され、これらの光出力先変更手段に対応し、これらの光出力先変更手段から出力される特定波長の光が複数の特定波長反射手段により反射され、これらの特定波長反射手段によって反射された光がそれぞれの光ファイバにより伝播され、これらの光ファイバの先端に設けられた複数の外部要因変化検出手段により、外部要因に応じて光ファイバにより伝播される光の特性が変化され、これらの外部要因変化検出手段からの反射光の光の特性の変化が反射光観測手段により観測される。
すなわち、本願発明では、光源が波長の異なる光を発するため、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う際の外部要因を計測する外部要因変化検出手段として、種々の検出手段を用いることができる。
また、本願発明での光出力先変更手段は、従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから光出力先変更手段が増えてもそれぞれの光出力先変更手段によって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセンシングシステムによれば、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う際の外部要因を計測する外部要因変化検出手段として、種々の検出手段を用いることができ、また、光出力先変更手段は従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから、光出力先の変更による光強度の低下は極めて小さく実用上は光強度の低下が問題になることがないので、光出力先変更手段が増えてもそれぞれの光出力先変更手段によって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがないことから、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更される光源からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のセンシングシステムの第１実施形態を説明するための図である。
【図２】図１の検出部の具体的な構成例を説明するための図である。
【図３】図１のセンシングシステムの構成を変えた場合の第２実施形態を説明するための図である。
【図４】図１のセンシングシステムの構成を変えた場合の第３実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の詳細について説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明のセンシングシステムの一実施形態を説明するための図であり、図２は図１の検出部の具体的な構成例を説明するための図である。なお、以下のセンシングシステムは、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う計測に適したものであり、光の特性の変化を観測するセンシングシステムであれば、その用途は限定されるものではないが、説明を分かり易くするために、たとえば振動観測を行う場合として説明するものとする。
【００１６】
図１に示すセンシングシステムは、光ファイバ３００によって接続される計測部１と測定部２とを備えている。計測部１は、レーザダイオード１０１〜１０３、波長合波カプラ１０４、光アンプ１０５、光サーキュレータ１０６、光アンプ１０７、波長分離カプラ１０８、光検出器１０９〜１１１、ＡＤコンバータ１１２〜１１４、データ処理装置１１５を有している。
【００１７】
レーザダイオード１０１〜１０３は、光源であり、それぞれ所定の波長（λ１〜λｎ）の光を発する。ここで、それぞれ所定の波長（λ１〜λｎ）は、後述のＦＢＧ１１６〜１２７の特性に合わせられている。
【００１８】
波長合波カプラ１０４は、レーザダイオード１０１〜１０３から発せられた光の波長（λ１〜λｎ）を合波する。光アンプ１０５は、波長合波カプラ１０４からの光を所定レベルまで増幅する。
【００１９】
光サーキュレータ１０６は、光アンプ１０５で増幅された光を光ファイバ３００を介して測定部２側に出力したり、光ファイバ３００からの反射光を光ファイバ３０１を介して光アンプ１０７側に出力したりする。ここで、光サーキュレータ１０６は、複数のポート（端子）を有しているものであり、たとえば３ポート（端子）を有しているとすると、たとえば第１のポートに入力した光が第２のポートにのみ出力され、第２のポートに入力した光が第３のポートにのみ出力され、第３ポートに入力した光が第１のポートにのみ出力されるといったような特性を持っている。
【００２０】
光アンプ１０７は、光ファイバ３０１を介しての各測定部２側からの反射光を所定レベルまで増幅する。波長分離カプラ１０８は、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅された反射光を、それぞれの波長（λ１〜λｎ）に分離する。
【００２１】
光検出器１０９〜１１１は、波長分離カプラ１０８により分離されたそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光を電気信号（アナログ信号）として取り出す。ＡＤコンバータ１１２〜１１４は、光検出器１０９〜１１１からの電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。データ処理装置１１５は、ＡＤコンバータ１１２〜１１４からのそれぞれのデジタル信号を蓄積し、所定のデータ表現形式に変換する。
【００２２】
測定部２は、光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ）１１６〜１２７、検出部１２８〜１３９を有している。なお、図１においては、それぞれの測定部２が４個の光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｄ、１０６ｅ〜１０６ｈ、１０６ｉ〜１０６ｌ、ＦＢＧ１１６〜１２７、検出部１２８〜１３９を備えている場合で示しているが、これに限らず、たとえば光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ、ＦＢＧ１１６〜１２７、検出部１２８〜１３９がそれぞれ１個、２個又は３個で測定部２が構成されていてもよいし、当然に、それぞれが５個以上で構成されていてもよいことは勿論である。
【００２３】
光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌは、上記の光サーキュレータ１０６と同様に、複数のポート（端子）を有しているものであり、たとえば３ポート（端子）を有しているとすると、たとえば第１のポートに入力した光が第２のポートにのみ出力され、第２のポートに入力した光が第３のポートにのみ出力され、第３ポートに入力した光が第１のポートにのみ出力されるといったような特性を持っている。
【００２４】
ＦＢＧ１１６〜１２７は、上述した光源であるレーザダイオード１０１〜１０３からのそれぞれの所定の波長（λ１〜λｎ）と同じ波長の光のみを反射するといった特性を持っている。つまり、たとえばＦＢＧ１１６はレーザダイオード１０１からの波長（λ１）の光のみを反射し、ＦＢＧ１１７はレーザダイオード１０２からの波長（λ２）の光のみを反射し、ＦＢＧ１２７はレーザダイオード１０３からの波長（λｎ）の光のみを反射するものとなっている。
【００２５】
ここで、ＦＢＧ１１６〜１２７は、屈折率変調の周期に比例したブラッグ波長と呼ばれる特定の波長（λ１〜λｎ）の光のみを反射するといった特性を持っている。また、ＦＢＧ１１６〜１２７にあっては、長手方向に歪が加わったり、また温度が変化したりすると、ブラッグ波長が変化する。その変化量はＦＢＧに加わった歪や温度等の変化に対して線形に変化する。
【００２６】
検出部１２８〜１３９は、振動を検知し、この検知した振動により光の波長変化や強度変化を生じるセンサを構成している。
【００２７】
ここで、検出部１２８〜１３９の構成の一例を、図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、検出部１２８〜１３９の構成は全て同じであるため、図２においては、検出部１２８を代表させて説明するものとする。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、検出部１２８は任意の測定対象物４００に取り付けられている。検出部１２８は、光ファイバ３０２の先端側に設けられたＦＢＧ２００と、光ファイバ３０２が撓まないように鉛直方向に延びる姿勢を保持する滑車２０１と、光ファイバ３０２に振動を伝達する振動伝達滑車２０２とを有している。
【００２９】
ＦＢＧ２００は、図１に示すＦＢＧ１１６と同様の波長の光のみを反射するものとなっている。振動伝達滑車２０２には、支持棒２０４の一端側が連結されている。支持棒２０４の他端側には、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が連結されている。なお、図中符号２０９ａは振動伝達滑車２０２を測定対象物４００に固定するブラケットであり、符号２０９ｂは滑車２０１を測定対象物４００に固定するブラケットであり、符号２０９ｃは光ファイバ３０２の先端側を測定対象物４００に固定するブラケットである。
【００３０】
このような検出部１２８では、測定対象物４００が振動すると、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が矢印方向に振動し、支持棒２０４を矢印方向に回動させる。つまり、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５と支持棒２０４とにより振動計が構成されている。このとき、支持棒２０４の一端側が振動伝達滑車２０２を介して光ファイバ３０２に振動を伝えることで、ＦＢＧ２００に対し矢印方向に伸縮の形で振動が伝えられる。これにより、ＦＢＧ２００からの反射光の波長に変化が生じることになり、反射光が振動と連動して変化するようにした検出部１２８が構成される。
【００３１】
また、図２（ｂ）に示す検出部１２８は、板バネ２０８の一端側が測定対象物４００に取り付けられ、板バネ２０８の他端側にバネ２０６により上方に付勢された重り２０５が連結されている。また、板バネ２０８の一端側には、光ファイバ３０２の先端に設けられた取り付けられダイヤフラム２０７が取り付けられている。
【００３２】
このような検出部１２８では、測定対象物４００が振動すると、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が振動し、板バネ２０８を矢印方向に振動させる。つまり、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５と板バネ２０８とにより振動計が構成されている。このとき、光干渉計をなすダイヤフラム２０７からの反射光の強度に変化が生じることになり、反射光の強度が振動と連動して変化するようにした検出部１２８が構成される。
【００３３】
次に、センシングシステムにおける振動の計測について説明する。まず、計測部１のレーザダイオード１０１〜１０３を駆動し、それぞれのレーザダイオード１０１〜１０３から光を出力する。このとき、レーザダイオード１０１からはλ１の波長の光が出力され、レーザダイオード１０２からはλ２の波長の光が出力され、レーザダイオード１０３からはλｎの波長の光が出力される。これらの波長（λ１〜λｎ）は、上述したように、ＦＢＧ１１６〜１２７の特性に合わせられている。
【００３４】
レーザダイオード１０１〜１０３から出力されたそれぞれの光は、波長合波カプラ１０４により合波され、光アンプ１０５により所定レベルまで増幅されて光サーキュレータ１０６を介し、光ファイバ３００に出力される。そして、光サーキュレータ１０６から出力された光は、測定部２の全ての光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌを通過し、最終まで伝播する。
【００３５】
ここで、ＦＢＧ１１６ではλ１の波長の光が反射し、光サーキュレータ１０６ａから光ファイバ３０２を介して検出部１２８側に入射する。同様に、ＦＢＧ１１７ではλ２の波長の光が反射し、光サーキュレータ１０６ｂから光ファイバ３０２を介して検出部１２９側に入射する。以下、同様に、それぞれのＦＢＧ１１８〜１２７では対応するλ３〜λｎの波長の光が反射し、光サーキュレータ１０６ｃ〜１０６ｌら光ファイバ３０２を介して検出部１３０〜１３９側に入射する。
【００３６】
ここで、たとえば測定部２の検出部１２８が図２（ａ）に示した構成であるとすると、測定対象物４００が振動することにより、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が矢印方向に振動し、支持棒２０４を矢印方向に回動させることで、支持棒２０４の一端側が振動伝達滑車２０２を介して光ファイバ３０２に振動を伝え、ＦＢＧ２００に対し矢印方向に伸縮の形で振動が伝えられる。これにより、測定対象物４００の振動に連動してＦＢＧ２００からの反射光の波長に変化が生じる。この現象は、測定部２の他の検出部１２９〜１３９でも同様である。
【００３７】
また、たとえば測定部２の検出部１２８が図２（ｂ）に示した構成であるとすると、測定対象物４００が振動することにより、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が振動し、板バネ２０８を矢印方向に振動させる。このとき、ダイヤフラム２０７からの反射光の強度に変化が生じることになり、測定対象物４００の振動に連動して反射光の強度が変化する。この現象は、測定部２の他の検出部１２９〜１３９でも同様である。
【００３８】
そして、それぞれの検出部１２８からの反射光が光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ及び光ファイバ３００を介して計測部１に戻ると、計測部１の光サーキュレータ１０６により光ファイバ３０１側に分岐され、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅されて出力される。
【００３９】
光アンプ１０７により所定レベルまで増幅された反射光は、波長分離カプラ１０８によりそれぞれの波長（λ１〜λｎ）に分離され、光検出器１０９〜１１１により分離されたそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光が電気信号（アナログ信号）として取り出される。そして、データ処理装置１１５により、ＡＤコンバータ１１２〜１１４からのそれぞれのデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される。
【００４０】
ここで、各測定部２からの反射光が図２（ａ）で説明した測定対象物４００の振動に連動してＦＢＧ２００からの反射光の波長に変化が生じるものである場合、データ処理装置１１５によるデータ表現形式を、たとえば光のスペクトルで表すものとすると、それぞれのλ１〜λｎの反射波長のスペクトルを観測することができる。また、データ処理装置１１５によるデータ表現形式を、たとえば光の強度で表すものとすると、それぞれのλ１〜λｎの反射波長の強度の変化を観測することができる。
【００４１】
この場合、各測定部２が図２（ａ）の構成であるとし、いずれかの測定部２のＦＢＧ２００に測定対象物４００の振動に連動した歪みが生じると、反射波長が短波長側にシフトするので、対応するＦＢＧ１１６とは異なった反射波長となる。このとき、測定部２のＦＢＧ２００での反射光量が減少するため、データ処理装置１１５によるデータ表現形式を、たとえば光のスペクトルで表すものとすると、その光のスペクトルから振動が生じたことの確認が可能になる。
【００４２】
また、各測定部２が図２（ｂ）の構成であるとし、いずれかの測定部２からの反射光の強度が測定対象物４００の振動に連動して変化するものとし、データ処理装置１１５によるデータ表現形式を、たとえば光の強度で表すものとすると、その光の強度の変化から振動が生じたことの確認が可能になる。
【００４３】
このように、第１実施形態では、波長の異なる光を発する複数の光源であるレーザダイオード１０１〜１０３からの光が合波手段である波長合波カプラ１０４により合波され、該波長合波カプラ１０４からの光の出力先が複数の光出力先変更手段である光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌにより変更され、これらの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌに対応し、これらの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌから出力される特定波長の光が複数の特定波長反射手段であるＦＢＧ１１６〜１２７により反射され、これらのＦＢＧ１１６〜１２７に対応し、これらのＦＢＧ１１６〜１２７によって反射された光が複数の光ファイバ３０２により伝播され、これらの光ファイバ３０２の先端に設けられた複数の外部要因変化検出手段である検出部１２８〜１３９により、外部要因に応じて光ファイバ３０２により伝播される光の特性が変化され、これらの検出部１２８〜１３９からの反射光が波長分離手段である波長分離カプラ１０８によりそれぞれの波長毎に分離され、該波長分離カプラ１０８によって分離されたそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光が複数の光検出器１０９〜１１１により電気信号として取り出され、これらの光検出器１０９〜１１１からの電気信号がＡＤコンバータ１１２〜１１４によりデジタル信号に変換されると、反射光観測手段であるデータ処理装置１１５により該ＡＤコンバータ１１２〜１１４からのそれぞれのデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される。
【００４４】
すなわち、第１実施形態では、レーザダイオード１０１〜１０３が波長（λ１〜λｎ）の異なる光を発するために複数設けられていることから、たとえば振動観測を行う際の外部要因を計測する外部要因変化検出手段である検出部１２８〜１３９として、従来のようなＦＢＧに限らず、図２のような振動計等のように外部要因に応じて光の特性を変化させる検出手段であれば、種々の検出手段を用いることができる。
【００４５】
また、第１実施形態での光出力先変更手段である光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌは、従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌが増えてもそれぞれの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌによって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがない。
【００４６】
このようなことから、たとえば振動観測を行う際の外部要因を計測する検出部１２８〜１３９として、種々の検出手段を用いることができ、また、光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌは従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌが増えてもそれぞれの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌによって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがないことから、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更されるレーザダイオード１０１〜１０３からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図３は、図１のセンシングシステムの構成を変えた場合の第２実施形態を示す図である。なお、以下に示す図において、図１と共通する部分には同一符号を付し重複する説明は適宜行うものとする。
【００４８】
第２実施形態では、図１に示した複数の光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４をそれぞれ単一の光検出器１０９及びＡＤコンバータ１１２とし、光検出器１０９と波長分離カプラ１０８との間に、高速光スイッチ１４０を設けている点でのみ、図１のセンシングシステムとは構成が相違している。
【００４９】
このような構成では、第１実施形態と同様に、それぞれの検出部１２８からの反射光が光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ及び光ファイバ３００を介して計測部１に戻ると、計測部１の光サーキュレータ１０６により光ファイバ３０１側に分岐され、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅されて出力される。
【００５０】
また、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅された反射光は、波長分離カプラ１０８によりそれぞれの波長（λ１〜λｎ）に分離されるが、ここで、高速光スイッチ１４０によりそれぞれの波長（λ１〜λｎ）毎に光検出器１０９に順次出力されるようにスイッチングされる。
【００５１】
すなわち、高速光スイッチ１４０によるスイッチングを、たとえば各検出部１２８〜１３９からの反射光が戻る際の時間差に合わせて行わせることにより、反射光の波長（λ１〜λｎ）毎に光検出器１０９に順次出力されるようにすることができる。
【００５２】
これにより、高速光スイッチ１４０では波長（λ１）のみの反射光が光検出器１０９に出力され、高速光スイッチ１４１では波長（λ２）のみの反射光が光検出器１１０に出力され、高速光スイッチ１４２では波長（λｎ）のみの反射光が光検出器１１１に出力されることになる。
【００５３】
そして、高速光スイッチ１４０のスイッチングにより順次出力されるそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光が光検出器１０９により電気信号（アナログ信号）として取り出され、ＡＤコンバータ１１２によりデジタル信号に変換されてデータ処理装置１１５に順次出力されると、上記同様に、データ処理装置１１５によりＡＤコンバータ１１２から順次出力されるデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される。
【００５４】
このように、第２実施形態では、図１に示した複数の光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４をそれぞれ単一の光検出器１０９及びＡＤコンバータ１１２とし、光検出器１０９と波長分離カプラ１０８との間に、高速光スイッチ１４０を設けているため、高速光スイッチ１４０により反射光をそれぞれの波長（λ１〜λｎ）毎に光検出器１０９に順次出力されるようにスイッチングされることから、光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４をそれぞれ単一のものとしても、第１実施形態と同様に、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合、進路が変更されるレーザダイオード１０１〜１０３からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができる。
【００５５】
（第３実施形態）
図４は、図１のセンシングシステムの構成を変えた場合の第３実施形態を示す図である。なお、以下に示す図において、図１と共通する部分には同一符号を付し重複する説明は適宜行うものとする。
【００５６】
第３実施形態では、図１に示した光検出器１０９〜１１１と波長分離カプラ１０８との間に、それぞれの光検出器１０９〜１１１に対応させて高速光スイッチ１４０〜１４２を設けている点でのみ、図１のセンシングシステムとは構成が相違している。
【００５７】
このような構成では、第１実施形態と同様に、それぞれの検出部１２８からの反射光が光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ及び光ファイバ３００を介して計測部１に戻ると、計測部１の光サーキュレータ１０６により光ファイバ３０１側に分岐され、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅されて出力される。
【００５８】
また、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅された反射光は、波長分離カプラ１０８によりそれぞれの波長（λ１〜λｎ）に分離されるが、ここで、高速光スイッチ１４０〜１４２によりそれぞれの光検出器１０９〜１１１に対応する波長（λ１〜λｎ）のみがそれぞれの光検出器１０９〜１１１に出力されるようにスイッチングされる。
【００５９】
すなわち、高速光スイッチ１４０では波長（λ１）のみの反射光が光検出器１０９に出力され、高速光スイッチ１４１では波長（λ２）のみの反射光が光検出器１１０に出力され、高速光スイッチ１４２では波長（λｎ）のみの反射光が光検出器１１１に出力されることになる。
【００６０】
ここで、高速光スイッチ１４０によるスイッチングを、第２実施形と同様に、たとえば各検出部１２８〜１３９からの反射光が戻る際の時間差に合わせて行わせることにより、それぞれの光検出器１０９〜１１１に対応する波長（λ１〜λｎ）のみがそれぞれの光検出器１０９〜１１１に出力されるようにすることができる。
【００６１】
そして、高速光スイッチ１４０のスイッチングにより順次出力されるそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光が光検出器１０９により電気信号（アナログ信号）として取り出され、ＡＤコンバータ１１２によりデジタル信号に変換されてデータ処理装置１１５に順次出力されると、上記同様に、データ処理装置１１５によりＡＤコンバータ１１２から順次出力されるデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される。
【００６２】
このように、第３実施形態では、図１に示した光検出器１０９〜１１１と波長分離カプラ１０８との間に、それぞれの光検出器１０９〜１１１に対応させて高速光スイッチ１４０〜１４２を設けているため、高速光スイッチ１４０〜１４２によりそれぞれの光検出器１０９〜１１１に対応する波長（λ１〜λｎ）のみがそれぞれの光検出器１０９〜１１１に出力されるようにスイッチングされることから、高速光スイッチ１４０〜１４２と光検出器１０９〜１１１とを対応させるようにした場合、第１実施形態と同様に、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更されるレーザダイオード１０１〜１０３からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができる。
【００６３】
なお、以上の第１実施形態〜第３実施形態では、光源であるレーザダイオード１０１〜１０３を波長毎に複数設けた場合として説明したが、この例に限らず、広帯域に亘り出力が一様の自然放出光を放出するＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源を用いて所定の波長の光を選択的に出力したり、可変波長ＬＤ光源により所定の波長の光を出力したりする構成であってもよい。
【００６４】
また、以上の第１実施形態及び第３実施形態では、光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４を波長毎に複数設けた場合として説明したが、この例に限らず、第２実施形態のように高速光スイッチ１４０によるスイッチングにより所定の波長（λ１〜λｎ）のみが取り出されるようにすることで、光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４が１個となる構成であってもよい。
【００６５】
また、以上の第１実施形態〜第３実施形態では、データ処理装置１１５によりＡＤコンバータ１１２、又はＡＤコンバータ１１２〜１１４から順次出力されるデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される場合として説明したが、この例に限らず、光スペクトラムアナライザ、光パワーメーター等を用いて反射光の観測を行うようにしてもよい。
【００６６】
また、以上の第１実施形態〜第３実施形態では、各実施形態でのセンシングシステムを、たとえば振動観測を行う場合として説明したが、これに限らず、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う他の計測に適用してもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１〜１０３ レーザダイオード
１０４ 波長合波カプラ
１０５ 光アンプ
１０６ 光サーキュレータ
１０６ａ〜１０６ｌ 光サーキュレータ
１０７ 光アンプ
１０８ 波長分離カプラ
１１２〜１１４ ＡＤコンバータ
１１５ データ処理装置
１１６〜１２７ ＦＢＧ
１２８〜１３９ 検出部
１４０〜１４２ 高速光スイッチ
２０１ 滑車
２０２ 振動伝達滑車
２０４ 支持棒
２０５ 重り
２０６ バネ
２０７ ダイヤフラム
２０８ 板バネ
３００〜３０１ 光ファイバ
４００ 測定対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバや光ファイバ応用光学部品等を用いたセンシングシステムに係り、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う計測に適したセンシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ファイバや光ファイバ応用光学部品等を用いることにより、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う計測に適したセンシングシステムが種々提案されている。
【０００３】
たとえば加速度観測を行うものとしては、特許文献１に示されているようなＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）を有する光ファイバセンサを用いた光式加速度計が知られている。
【０００４】
この光式加速度計は、光源を内蔵し反射波長を計測する波長計測器に第１の光ファイバを介して複数の光カプラを接続し、さらにそれぞれの光カプラに第２の光ファイバを接続してそれぞれの光カプラからの経路を分岐し、この分岐した第２の光ファイバの先端にセンサＦＢＧを有する光式加速度計を接続して構成される。
【０００５】
このような光式加速度計では、波長計測器の光源からの光が第１の光ファイバを伝送し、各光カプラにより分岐されて各光式加速度計に達する。そして、いずれかの光式加速度計に加速度がかかった場合には、その光式加速度計に用いられているセンサＦＢＧからの反射光の波長が変化し、その反射した光が波長計測器に戻ることで、変化した光の波長が計測され、加速度が算出されるとともに、反射光の波長が変化した位置が特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１での光式加速度計では、変化した光の波長が波長計測器によって計測されることで、特定位置で振動があり歪が生じたことを認識でき、加速度の変化を測定することができる。
【０００８】
ところが、このような光式加速度計では、センサＦＢＧからの反射光の波長変化を観測して、振動の観測及び振動が生じた位置を特定する構成であるため、各光式加速度計に用いるセンサがＦＢＧに限定されてしまうという問題があった。
【０００９】
また、波長計測器の光源からの光は、波長計測器の光源が単一であることから、第１の光ファイバ上の各光カプラにてそれぞれの第２の光ファイバ側に分岐されるため、光カプラの数が増えるに従い、各光カプラにて分岐される光の強度が低下してしまうという問題もあった。
【００１０】
また、長距離に渡って複数箇所の計測を行うものとすると、複数箇所に光式加速度計を設置する必要が生じることから、自ずと光カプラの数が増えることになり、光源から遠ざかるに従い、光カプラにて分岐される光の強度がさらに低下してしまうことで、各光式加速度計のセンサＦＢＧうち、光源から遠い位置にあるセンサＦＢＧからの反射光の強度が著しく低下してしまうことになり、振動が生じた位置を特定できないことが予測され、計測精度が劣化してしまうという問題もあった。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更される光源からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができるセンシングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のセンシングシステムは、波長の異なる光を発する光源と、該光源からの光の出力先を変更する複数の光出力先変更手段と、これらの光出力先変更手段に対応し、これらの光出力先変更手段によって出力先が変更された特定波長の光を反射する複数の特定波長反射手段と、これらの特定波長反射手段に対応し、これらの特定波長反射手段によって反射された前記光を伝播する複数の光ファイバと、これらの光ファイバの先端に設けられ、外部要因に応じて前記光ファイバにより伝播される光の特性を変化させる複数の外部要因変化検出手段と、これらの外部要因変化検出手段からの反射光の光の特性の変化を観測する反射光観測手段とを備えることを特徴とする。
本発明のセンシングシステムでは、波長の異なる光を発する光源からの光の出力先が複数の光出力先変更手段により変更され、これらの光出力先変更手段に対応し、これらの光出力先変更手段から出力される特定波長の光が複数の特定波長反射手段により反射され、これらの特定波長反射手段によって反射された光がそれぞれの光ファイバにより伝播され、これらの光ファイバの先端に設けられた複数の外部要因変化検出手段により、外部要因に応じて光ファイバにより伝播される光の特性が変化され、これらの外部要因変化検出手段からの反射光の光の特性の変化が反射光観測手段により観測される。
すなわち、本願発明では、光源が波長の異なる光を発するため、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う際の外部要因を計測する外部要因変化検出手段として、種々の検出手段を用いることができる。
また、本願発明での光出力先変更手段は、従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから光出力先変更手段が増えてもそれぞれの光出力先変更手段によって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセンシングシステムによれば、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う際の外部要因を計測する外部要因変化検出手段として、種々の検出手段を用いることができ、また、光出力先変更手段は従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから、光出力先の変更による光強度の低下は極めて小さく実用上は光強度の低下が問題になることがないので、光出力先変更手段が増えてもそれぞれの光出力先変更手段によって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがないことから、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更される光源からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のセンシングシステムの第１実施形態を説明するための図である。
【図２】図１の検出部の具体的な構成例を説明するための図である。
【図３】図１のセンシングシステムの構成を変えた場合の第２実施形態を説明するための図である。
【図４】図１のセンシングシステムの構成を変えた場合の第３実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の詳細について説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明のセンシングシステムの一実施形態を説明するための図であり、図２は図１の検出部の具体的な構成例を説明するための図である。なお、以下のセンシングシステムは、たとえば振動観測、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う計測に適したものであり、光の特性の変化を観測するセンシングシステムであれば、その用途は限定されるものではないが、説明を分かり易くするために、たとえば振動観測を行う場合として説明するものとする。
【００１６】
図１に示すセンシングシステムは、光ファイバ３００によって接続される計測部１と測定部２とを備えている。計測部１は、レーザダイオード１０１〜１０３、波長合波カプラ１０４、光アンプ１０５、光サーキュレータ１０６、光アンプ１０７、波長分離カプラ１０８、光検出器１０９〜１１１、ＡＤコンバータ１１２〜１１４、データ処理装置１１５を有している。
【００１７】
レーザダイオード１０１〜１０３は、光源であり、それぞれ所定の波長（λ１〜λｎ）の光を発する。ここで、それぞれ所定の波長（λ１〜λｎ）は、後述のＦＢＧ１１６〜１２７の特性に合わせられている。
【００１８】
波長合波カプラ１０４は、レーザダイオード１０１〜１０３から発せられた光の波長（λ１〜λｎ）を合波する。光アンプ１０５は、波長合波カプラ１０４からの光を所定レベルまで増幅する。
【００１９】
光サーキュレータ１０６は、光アンプ１０５で増幅された光を光ファイバ３００を介して測定部２側に出力したり、光ファイバ３００からの反射光を光ファイバ３０１を介して光アンプ１０７側に出力したりする。ここで、光サーキュレータ１０６は、複数のポート（端子）を有しているものであり、たとえば３ポート（端子）を有しているとすると、たとえば第１のポートに入力した光が第２のポートにのみ出力され、第２のポートに入力した光が第３のポートにのみ出力され、第３ポートに入力した光が第１のポートにのみ出力されるといったような特性を持っている。
【００２０】
光アンプ１０７は、光ファイバ３０１を介しての各測定部２側からの反射光を所定レベルまで増幅する。波長分離カプラ１０８は、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅された反射光を、それぞれの波長（λ１〜λｎ）に分離する。
【００２１】
光検出器１０９〜１１１は、波長分離カプラ１０８により分離されたそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光を電気信号（アナログ信号）として取り出す。ＡＤコンバータ１１２〜１１４は、光検出器１０９〜１１１からの電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。データ処理装置１１５は、ＡＤコンバータ１１２〜１１４からのそれぞれのデジタル信号を蓄積し、所定のデータ表現形式に変換する。
【００２２】
測定部２は、光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ）１１６〜１２７、検出部１２８〜１３９を有している。なお、図１においては、それぞれの測定部２が４個の光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｄ、１０６ｅ〜１０６ｈ、１０６ｉ〜１０６ｌ、ＦＢＧ１１６〜１２７、検出部１２８〜１３９を備えている場合で示しているが、これに限らず、たとえば光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ、ＦＢＧ１１６〜１２７、検出部１２８〜１３９がそれぞれ１個、２個又は３個で測定部２が構成されていてもよいし、当然に、それぞれが５個以上で構成されていてもよいことは勿論である。
【００２３】
光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌは、上記の光サーキュレータ１０６と同様に、複数のポート（端子）を有しているものであり、たとえば３ポート（端子）を有しているとすると、たとえば第１のポートに入力した光が第２のポートにのみ出力され、第２のポートに入力した光が第３のポートにのみ出力され、第３ポートに入力した光が第１のポートにのみ出力されるといったような特性を持っている。
【００２４】
ＦＢＧ１１６〜１２７は、上述した光源であるレーザダイオード１０１〜１０３からのそれぞれの所定の波長（λ１〜λｎ）と同じ波長の光のみを反射するといった特性を持っている。つまり、たとえばＦＢＧ１１６はレーザダイオード１０１からの波長（λ１）の光のみを反射し、ＦＢＧ１１７はレーザダイオード１０２からの波長（λ２）の光のみを反射し、ＦＢＧ１２７はレーザダイオード１０３からの波長（λｎ）の光のみを反射するものとなっている。
【００２５】
ここで、ＦＢＧ１１６〜１２７は、屈折率変調の周期に比例したブラッグ波長と呼ばれる特定の波長（λ１〜λｎ）の光のみを反射するといった特性を持っている。また、ＦＢＧ１１６〜１２７にあっては、長手方向に歪が加わったり、また温度が変化したりすると、ブラッグ波長が変化する。その変化量はＦＢＧに加わった歪や温度等の変化に対して線形に変化する。
【００２６】
検出部１２８〜１３９は、振動を検知し、この検知した振動により光の波長変化や強度変化を生じるセンサを構成している。
【００２７】
ここで、検出部１２８〜１３９の構成の一例を、図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、検出部１２８〜１３９の構成は全て同じであるため、図２においては、検出部１２８を代表させて説明するものとする。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、検出部１２８は任意の測定対象物４００に取り付けられている。検出部１２８は、光ファイバ３０２の先端側に設けられたＦＢＧ２００と、光ファイバ３０２が撓まないように鉛直方向に延びる姿勢を保持する滑車２０１と、光ファイバ３０２に振動を伝達する振動伝達滑車２０２とを有している。
【００２９】
ＦＢＧ２００は、図１に示すＦＢＧ１１６と同様の波長の光のみを反射するものとなっている。振動伝達滑車２０２には、支持棒２０４の一端側が連結されている。支持棒２０４の他端側には、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が連結されている。なお、図中符号２０９ａは振動伝達滑車２０２を測定対象物４００に固定するブラケットであり、符号２０９ｂは滑車２０１を測定対象物４００に固定するブラケットであり、符号２０９ｃは光ファイバ３０２の先端側を測定対象物４００に固定するブラケットである。
【００３０】
このような検出部１２８では、測定対象物４００が振動すると、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が矢印方向に振動し、支持棒２０４を矢印方向に回動させる。つまり、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５と支持棒２０４とにより振動計が構成されている。このとき、支持棒２０４の一端側が振動伝達滑車２０２を介して光ファイバ３０２に振動を伝えることで、ＦＢＧ２００に対し矢印方向に伸縮の形で振動が伝えられる。これにより、ＦＢＧ２００からの反射光の波長に変化が生じることになり、反射光が振動と連動して変化するようにした検出部１２８が構成される。
【００３１】
また、図２（ｂ）に示す検出部１２８は、板バネ２０８の一端側が測定対象物４００に取り付けられ、板バネ２０８の他端側にバネ２０６により上方に付勢された重り２０５が連結されている。また、板バネ２０８の一端側には、光ファイバ３０２の先端に設けられた取り付けられダイヤフラム２０７が取り付けられている。
【００３２】
このような検出部１２８では、測定対象物４００が振動すると、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が振動し、板バネ２０８を矢印方向に振動させる。つまり、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５と板バネ２０８とにより振動計が構成されている。このとき、光干渉計をなすダイヤフラム２０７からの反射光の強度に変化が生じることになり、反射光の強度が振動と連動して変化するようにした検出部１２８が構成される。
【００３３】
次に、センシングシステムにおける振動の計測について説明する。まず、計測部１のレーザダイオード１０１〜１０３を駆動し、それぞれのレーザダイオード１０１〜１０３から光を出力する。このとき、レーザダイオード１０１からはλ１の波長の光が出力され、レーザダイオード１０２からはλ２の波長の光が出力され、レーザダイオード１０３からはλｎの波長の光が出力される。これらの波長（λ１〜λｎ）は、上述したように、ＦＢＧ１１６〜１２７の特性に合わせられている。
【００３４】
レーザダイオード１０１〜１０３から出力されたそれぞれの光は、波長合波カプラ１０４により合波され、光アンプ１０５により所定レベルまで増幅されて光サーキュレータ１０６を介し、光ファイバ３００に出力される。そして、光サーキュレータ１０６から出力された光は、測定部２の全ての光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌを通過し、最終まで伝播する。
【００３５】
ここで、ＦＢＧ１１６ではλ１の波長の光が反射し、光サーキュレータ１０６ａから光ファイバ３０２を介して検出部１２８側に入射する。同様に、ＦＢＧ１１７ではλ２の波長の光が反射し、光サーキュレータ１０６ｂから光ファイバ３０２を介して検出部１２９側に入射する。以下、同様に、それぞれのＦＢＧ１１８〜１２７では対応するλ３〜λｎの波長の光が反射し、光サーキュレータ１０６ｃ〜１０６ｌら光ファイバ３０２を介して検出部１３０〜１３９側に入射する。
【００３６】
ここで、たとえば測定部２の検出部１２８が図２（ａ）に示した構成であるとすると、測定対象物４００が振動することにより、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が矢印方向に振動し、支持棒２０４を矢印方向に回動させることで、支持棒２０４の一端側が振動伝達滑車２０２を介して光ファイバ３０２に振動を伝え、ＦＢＧ２００に対し矢印方向に伸縮の形で振動が伝えられる。これにより、測定対象物４００の振動に連動してＦＢＧ２００からの反射光の波長に変化が生じる。この現象は、測定部２の他の検出部１２９〜１３９でも同様である。
【００３７】
また、たとえば測定部２の検出部１２８が図２（ｂ）に示した構成であるとすると、測定対象物４００が振動することにより、バネ２０６により上方に付勢された重り２０５が振動し、板バネ２０８を矢印方向に振動させる。このとき、ダイヤフラム２０７からの反射光の強度に変化が生じることになり、測定対象物４００の振動に連動して反射光の強度が変化する。この現象は、測定部２の他の検出部１２９〜１３９でも同様である。
【００３８】
そして、それぞれの検出部１２８からの反射光が光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ及び光ファイバ３００を介して計測部１に戻ると、計測部１の光サーキュレータ１０６により光ファイバ３０１側に分岐され、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅されて出力される。
【００３９】
光アンプ１０７により所定レベルまで増幅された反射光は、波長分離カプラ１０８によりそれぞれの波長（λ１〜λｎ）に分離され、光検出器１０９〜１１１により分離されたそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光が電気信号（アナログ信号）として取り出される。そして、データ処理装置１１５により、ＡＤコンバータ１１２〜１１４からのそれぞれのデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される。
【００４０】
ここで、各測定部２からの反射光が図２（ａ）で説明した測定対象物４００の振動に連動してＦＢＧ２００からの反射光の波長に変化が生じるものである場合、データ処理装置１１５によるデータ表現形式を、たとえば光のスペクトルで表すものとすると、それぞれのλ１〜λｎの反射波長のスペクトルを観測することができる。また、データ処理装置１１５によるデータ表現形式を、たとえば光の強度で表すものとすると、それぞれのλ１〜λｎの反射波長の強度の変化を観測することができる。
【００４１】
この場合、各測定部２が図２（ａ）の構成であるとし、いずれかの測定部２のＦＢＧ２００に測定対象物４００の振動に連動した歪みが生じると、反射波長が短波長側にシフトするので、対応するＦＢＧ１１６とは異なった反射波長となる。このとき、測定部２のＦＢＧ２００での反射光量が減少するため、データ処理装置１１５によるデータ表現形式を、たとえば光のスペクトルで表すものとすると、その光のスペクトルから振動が生じたことの確認が可能になる。
【００４２】
また、各測定部２が図２（ｂ）の構成であるとし、いずれかの測定部２からの反射光の強度が測定対象物４００の振動に連動して変化するものとし、データ処理装置１１５によるデータ表現形式を、たとえば光の強度で表すものとすると、その光の強度の変化から振動が生じたことの確認が可能になる。
【００４３】
このように、第１実施形態では、波長の異なる光を発する複数の光源であるレーザダイオード１０１〜１０３からの光が合波手段である波長合波カプラ１０４により合波され、該波長合波カプラ１０４からの光の出力先が複数の光出力先変更手段である光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌにより変更され、これらの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌに対応し、これらの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌから出力される特定波長の光が複数の特定波長反射手段であるＦＢＧ１１６〜１２７により反射され、これらのＦＢＧ１１６〜１２７に対応し、これらのＦＢＧ１１６〜１２７によって反射された光が複数の光ファイバ３０２により伝播され、これらの光ファイバ３０２の先端に設けられた複数の外部要因変化検出手段である検出部１２８〜１３９により、外部要因に応じて光ファイバ３０２により伝播される光の特性が変化され、これらの検出部１２８〜１３９からの反射光が波長分離手段である波長分離カプラ１０８によりそれぞれの波長毎に分離され、該波長分離カプラ１０８によって分離されたそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光が複数の光検出器１０９〜１１１により電気信号として取り出され、これらの光検出器１０９〜１１１からの電気信号がＡＤコンバータ１１２〜１１４によりデジタル信号に変換されると、反射光観測手段であるデータ処理装置１１５により該ＡＤコンバータ１１２〜１１４からのそれぞれのデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される。
【００４４】
すなわち、第１実施形態では、レーザダイオード１０１〜１０３が波長（λ１〜λｎ）の異なる光を発するために複数設けられていることから、たとえば振動観測を行う際の外部要因を計測する外部要因変化検出手段である検出部１２８〜１３９として、従来のようなＦＢＧに限らず、図２のような振動計等のように外部要因に応じて光の特性を変化させる検出手段であれば、種々の検出手段を用いることができる。
【００４５】
また、第１実施形態での光出力先変更手段である光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌは、従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌが増えてもそれぞれの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌによって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがない。
【００４６】
このようなことから、たとえば振動観測を行う際の外部要因を計測する検出部１２８〜１３９として、種々の検出手段を用いることができ、また、光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌは従来の光カプラのように光を分岐させるものではなく光の出力先を変更するものであるから光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌが増えてもそれぞれの光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌによって出力先が変更されるそれぞれの光の強度が低下してしまうことがないことから、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更されるレーザダイオード１０１〜１０３からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図３は、図１のセンシングシステムの構成を変えた場合の第２実施形態を示す図である。なお、以下に示す図において、図１と共通する部分には同一符号を付し重複する説明は適宜行うものとする。
【００４８】
第２実施形態では、図１に示した複数の光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４をそれぞれ単一の光検出器１０９及びＡＤコンバータ１１２とし、光検出器１０９と波長分離カプラ１０８との間に、高速光スイッチ１４０を設けている点でのみ、図１のセンシングシステムとは構成が相違している。
【００４９】
このような構成では、第１実施形態と同様に、それぞれの検出部１２８からの反射光が光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ及び光ファイバ３００を介して計測部１に戻ると、計測部１の光サーキュレータ１０６により光ファイバ３０１側に分岐され、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅されて出力される。
【００５０】
また、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅された反射光は、波長分離カプラ１０８によりそれぞれの波長（λ１〜λｎ）に分離されるが、ここで、高速光スイッチ１４０によりそれぞれの波長（λ１〜λｎ）毎に光検出器１０９に順次出力されるようにスイッチングされる。
【００５１】
すなわち、高速光スイッチ１４０によるスイッチングを、たとえば各検出部１２８〜１３９からの反射光が戻る際の時間差に合わせて行わせることにより、反射光の波長（λ１〜λｎ）毎に光検出器１０９に順次出力されるようにすることができる。
【００５２】
これにより、高速光スイッチ１４０では波長（λ１）のみの反射光が光検出器１０９に出力され、高速光スイッチ１４１では波長（λ２）のみの反射光が光検出器１１０に出力され、高速光スイッチ１４２では波長（λｎ）のみの反射光が光検出器１１１に出力されることになる。
【００５３】
そして、高速光スイッチ１４０のスイッチングにより順次出力されるそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光が光検出器１０９により電気信号（アナログ信号）として取り出され、ＡＤコンバータ１１２によりデジタル信号に変換されてデータ処理装置１１５に順次出力されると、上記同様に、データ処理装置１１５によりＡＤコンバータ１１２から順次出力されるデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される。
【００５４】
このように、第２実施形態では、図１に示した複数の光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４をそれぞれ単一の光検出器１０９及びＡＤコンバータ１１２とし、光検出器１０９と波長分離カプラ１０８との間に、高速光スイッチ１４０を設けているため、高速光スイッチ１４０により反射光をそれぞれの波長（λ１〜λｎ）毎に光検出器１０９に順次出力されるようにスイッチングされることから、光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４をそれぞれ単一のものとしても、第１実施形態と同様に、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合、進路が変更されるレーザダイオード１０１〜１０３からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができる。
【００５５】
（第３実施形態）
図４は、図１のセンシングシステムの構成を変えた場合の第３実施形態を示す図である。なお、以下に示す図において、図１と共通する部分には同一符号を付し重複する説明は適宜行うものとする。
【００５６】
第３実施形態では、図１に示した光検出器１０９〜１１１と波長分離カプラ１０８との間に、それぞれの光検出器１０９〜１１１に対応させて高速光スイッチ１４０〜１４２を設けている点でのみ、図１のセンシングシステムとは構成が相違している。
【００５７】
このような構成では、第１実施形態と同様に、それぞれの検出部１２８からの反射光が光サーキュレータ１０６ａ〜１０６ｌ及び光ファイバ３００を介して計測部１に戻ると、計測部１の光サーキュレータ１０６により光ファイバ３０１側に分岐され、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅されて出力される。
【００５８】
また、光アンプ１０７により所定レベルまで増幅された反射光は、波長分離カプラ１０８によりそれぞれの波長（λ１〜λｎ）に分離されるが、ここで、高速光スイッチ１４０〜１４２によりそれぞれの光検出器１０９〜１１１に対応する波長（λ１〜λｎ）のみがそれぞれの光検出器１０９〜１１１に出力されるようにスイッチングされる。
【００５９】
すなわち、高速光スイッチ１４０では波長（λ１）のみの反射光が光検出器１０９に出力され、高速光スイッチ１４１では波長（λ２）のみの反射光が光検出器１１０に出力され、高速光スイッチ１４２では波長（λｎ）のみの反射光が光検出器１１１に出力されることになる。
【００６０】
ここで、高速光スイッチ１４０によるスイッチングを、第２実施形と同様に、たとえば各検出部１２８〜１３９からの反射光が戻る際の時間差に合わせて行わせることにより、それぞれの光検出器１０９〜１１１に対応する波長（λ１〜λｎ）のみがそれぞれの光検出器１０９〜１１１に出力されるようにすることができる。
【００６１】
そして、高速光スイッチ１４０のスイッチングにより順次出力されるそれぞれの波長（λ１〜λｎ）の光が光検出器１０９により電気信号（アナログ信号）として取り出され、ＡＤコンバータ１１２によりデジタル信号に変換されてデータ処理装置１１５に順次出力されると、上記同様に、データ処理装置１１５によりＡＤコンバータ１１２から順次出力されるデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される。
【００６２】
このように、第３実施形態では、図１に示した光検出器１０９〜１１１と波長分離カプラ１０８との間に、それぞれの光検出器１０９〜１１１に対応させて高速光スイッチ１４０〜１４２を設けているため、高速光スイッチ１４０〜１４２によりそれぞれの光検出器１０９〜１１１に対応する波長（λ１〜λｎ）のみがそれぞれの光検出器１０９〜１１１に出力されるようにスイッチングされることから、高速光スイッチ１４０〜１４２と光検出器１０９〜１１１とを対応させるようにした場合、第１実施形態と同様に、長距離に渡って複数箇所の計測を行う場合であっても、進路が変更されるレーザダイオード１０１〜１０３からの光の強度を低下させることなく、計測精度を高めることができる。
【００６３】
なお、以上の第１実施形態〜第３実施形態では、光源であるレーザダイオード１０１〜１０３を波長毎に複数設けた場合として説明したが、この例に限らず、広帯域に亘り出力が一様の自然放出光を放出するＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源を用いて所定の波長の光を選択的に出力したり、可変波長ＬＤ光源により所定の波長の光を出力したりする構成であってもよい。
【００６４】
また、以上の第１実施形態及び第３実施形態では、光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４を波長毎に複数設けた場合として説明したが、この例に限らず、第２実施形態のように高速光スイッチ１４０によるスイッチングにより所定の波長（λ１〜λｎ）のみが取り出されるようにすることで、光検出器１０９〜１１１及びＡＤコンバータ１１２〜１１４が１個となる構成であってもよい。
【００６５】
また、以上の第１実施形態〜第３実施形態では、データ処理装置１１５によりＡＤコンバータ１１２、又はＡＤコンバータ１１２〜１１４から順次出力されるデジタル信号が蓄積され、所定のデータ表現形式に変換される場合として説明したが、この例に限らず、光スペクトラムアナライザ、光パワーメーター等を用いて反射光の観測を行うようにしてもよい。
【００６６】
また、以上の第１実施形態〜第３実施形態では、各実施形態でのセンシングシステムを、たとえば振動観測を行う場合として説明したが、これに限らず、温度観測、水位観測、速度観測、加速度観測、歪観測等を行う他の計測に適用してもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１〜１０３ レーザダイオード
１０４ 波長合波カプラ
１０５ 光アンプ
１０６ 光サーキュレータ
１０６ａ〜１０６ｌ 光サーキュレータ
１０７ 光アンプ
１０８ 波長分離カプラ
１１２〜１１４ ＡＤコンバータ
１１５ データ処理装置
１１６〜１２７ ＦＢＧ
１２８〜１３９ 検出部
１４０〜１４２ 高速光スイッチ
２０１ 滑車
２０２ 振動伝達滑車
２０４ 支持棒
２０５ 重り
２０６ バネ
２０７ ダイヤフラム
２０８ 板バネ
３００〜３０１ 光ファイバ
４００ 測定対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる光を発する光源と、
該光源からの光の出力先を変更する複数の光出力先変更手段と、
これらの光出力先変更手段に対応し、これらの光出力先変更手段によって出力先が変更された特定波長の光を反射する複数の特定波長反射手段と、
これらの特定波長反射手段に対応し、これらの特定波長反射手段によって反射された前記光を伝播する複数の光ファイバと、
これらの光ファイバの先端に設けられ、外部要因に応じて前記光ファイバにより伝播される光の特性を変化させる複数の外部要因変化検出手段と、
これらの外部要因変化検出手段からの反射光の光の特性の変化を観測する反射光観測手段とを備える
ことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１】
波長の異なる光を発する光源と、
該光源からの光の出力先を変更する複数の光出力先変更手段と、
これらの光出力先変更手段に対応し、これらの光出力先変更手段によって出力先が変更された特定波長の光を反射する複数の特定波長反射手段と、
これらの特定波長反射手段に対応し、これらの特定波長反射手段によって反射された前記光を伝播する複数の光ファイバと、
これらの光ファイバの先端に設けられ、外部要因に応じて前記光ファイバにより伝播される光の特性を変化させる複数の外部要因変化検出手段と、
これらの外部要因変化検出手段からの反射光の光の特性の変化を観測する反射光観測手段とを備える
ことを特徴とするセンシングシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１８４９５３（Ｐ２０１２−１８４９５３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６６２９（Ｐ２０１１−４６６２９）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（３０３０４０５８５）株式会社オーシーシー (47)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（３０３０４０５８５）株式会社オーシーシー (47)
【Ｆターム（参考）】
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