ブラッグ波長推定方法及びその装置
【課題】ブラッグ波長の推定誤差を低減し、且つＲ値−波長特性を容易に校正することを目的とする。
【解決手段】FBGセンサ部１を含む光ファイバ２と、広帯域光源３と、光サーキュレータ４と、光学フィルタ５と、第一の光電変換器６と、第二の光電変換器７と、第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）により無次元量のＲ値を算出する処理部９と、予め取得したＲ値と−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサのブラッグ波長を推定する波長推定部１０とを備え、
処理部は、光学フィルタ５の波長における透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器６の波長において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び光学フィルタ５の波長における反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器７の波長において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いてＲ値−ブラッグ波長特性を求めるように構成される。
【解決手段】FBGセンサ部１を含む光ファイバ２と、広帯域光源３と、光サーキュレータ４と、光学フィルタ５と、第一の光電変換器６と、第二の光電変換器７と、第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）により無次元量のＲ値を算出する処理部９と、予め取得したＲ値と−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサのブラッグ波長を推定する波長推定部１０とを備え、
処理部は、光学フィルタ５の波長における透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器６の波長において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び光学フィルタ５の波長における反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器７の波長において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いてＲ値−ブラッグ波長特性を求めるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無次元のＲ値を用いるブラッグ波長推定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、対象物のひずみ変化や温度変化を計測する手段には、FBG（Fiber Bragg Grating）センサ部を用いて計測するものがあり（例えば、特許文献１参照）、FBGセンサ部は、特定の波長の光信号であるブラッグ波長を反射するため、ブラッグ波長を推定することによりひずみ変化や温度変化を計測するようにしている。
【０００３】
具体的にブラッグ波長推定装置の一例を示すと、ブラッグ波長推定装置は、図９に示す如く、対象物（図示せず）にFBGセンサ部１を配置する光ファイバ２と、光ファイバ２へ光を連続的に出力する広帯域の広帯域光源３と、FBGセンサ部１のブラッグ波長で発生した反射光を分離する光サーキュレータ４と、入射光ポート５ａ及び透過光ポート５ｂ並びに反射光ポート５ｃの三つのポートを有して光サーキュレータ４からの反射光を入射光ポート５ａへ入射させる光学フィルタ５と、光学フィルタ５の透過光ポート５ｂから出力される透過光強度ＰＴを第一の出力電圧ＶＴに変換する第一の光電変換器６と、光学フィルタ５の反射光ポート５ｃから出力される反射光強度ＰＲを第二の出力電圧ＶＲに変換する第二の光電変換器７と、第一の出力電圧ＶＴと第二の出力電圧ＶＲを処理する処理部８とを備えている。また光ファイバ２のFBGセンサ部１は、光ファイバ２のコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成しており、検査対象のひずみや温度変化により反射波長を変化させるようになっている。
【０００４】
このようなブラッグ波長推定装置を用いてひずみ変化や温度変化を求める際には、FBGセンサ部１からの反射光を光サーキュレータ４を介して光学フィルタ５の入射光ポート５ａに入射させ、光学フィルタ５の透過光ポート５ｂから透過光強度ＰＴを出力し、且つ反射光ポート５ｃから反射光強度ＰＲを出力する。次に透過光強度ＰＴを第一の光電変換器６により第一の出力電圧ＶＴに変換し、且つ反射光強度ＰＲを第二の光電変換器７により第二の出力電圧ＶＲに変換し、処理部８に入力させる。続いて処理部８では、第一の出力電圧ＶＴと第二の出力電圧ＶＲとを用いてＲ＝（ＶＲ−ＶＴ）／（ＶＴ＋ＶＲ）により無次元量のＲ値を算出し、予め準備したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線を用いてブラッグ波長を推定し、ひずみ変化や温度変化を計測するようにしている。
【０００５】
ここで予め準備したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線は、光スペクトルアナライザを用いて測定したブラッグ波長と、出力電圧ＶＴ，ＶＲにより同じ処理で算出したＲ値とを用いて求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−４３８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、第一の出力電圧ＶＴ及び第二の出力電圧ＶＲから算出したＲ値を用いる場合には、光学フィルタ５の透過率ＰＴｘ及び反射率ＰＲｘからＲ＝（ＰＲｘ−ＰＴｘ）／（ＰＴｘ＋ＰＲｘ）で算出したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線に対し、第一の光電変換器６、第二の光電変換器７の各個体差による偏差を生じるため、ブラッグ波長の推定に誤差を生じるという問題があった。ここで具体例を示すと、第一の出力電圧ＶＴ及び第二の出力電圧ＶＲから算出したＲ値と、透過率ＰＴｘ及び反射率ＰＲｘから算出したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線では、図１０に示す如くＲ値の絶対値が０．６を超える領域で偏差を生じている。
【０００８】
また実際にブラッグ波長推定装置を用いる際には、ブラッグ波長の推定に伴う誤差を防止するように、装置構成や計測対象ごとに、第一の出力電圧ＶＴ，及び第二の出力電圧ＶＲからＲ値を算出してＲ値−ブラッグ波長特性の校正曲線を取得するため、手間と時間がかかるという問題があった。更に計測対象の測定前には、Ｒ値−波長特性の校正曲線を取得することができず、早急に準備することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、ブラッグ波長の推定誤差を低減し、且つＲ値−波長特性を容易に校正することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のブラッグ波長推定方法は、広帯域光源から照射された連続光を光サーキュレータを介してFBGセンサ部に入射し、FBGセンサ部から反射した光を光サーキュレータにより分離し、入射光ポート及び透過光ポート並びに反射光ポートの三つのポートを有する光学フィルタに対して前記光サーキュレータからの光を入射光ポートへ入射し、前記透過光ポートから出力される透過光強度（ＰＴ）を第一の光電変換器により第一の出力電圧（ＶＴ）に変換し且つ前記反射光ポートから出力される反射光強度（ＰＲ）を第二の光電変換器により第二の出力電圧（ＶＲ）に変換し、前記第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）を基礎にして無次元量のＲ値を算出し、予め取得したＲ値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサ部のブラッグ波長を推定するブラッグ波長推定方法であって、
前記光学フィルタにおける透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いて
Ｒ値−ブラッグ波長特性を求めるものである。
【００１１】
本発明のブラッグ波長推定方法において、第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）を求めることが好ましい。
【００１２】
本発明のブラッグ波長推定方法において、第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めることが好ましい。
【００１３】
本発明のブラッグ波長推定装置は、FBGセンサ部を含む光ファイバと、
前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む連続光を照射する広帯域光源と、
該広帯域光源と、FBGセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
入射光及び透過光並びに反射光の三つのポートを有して光サーキュレータにより分離された光を入射光ポートへ入射させる光学フィルタと、
該光学フィルタの透過光ポートから出力される透過光強度（ＰＴ）を第一の出力電圧（ＶＴ）に変換する第一の光電変換器と、
前記光学フィルタの反射光ポートから出力される反射光強度（ＰＲ）を第二の出力電圧（ＶＲ）に変換する第二の光電変換器と、
前記第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）を基礎にして無次元量のＲ値を算出する処理部と、
予め取得したＲ値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサのブラッグ波長を推定する波長推定部とを備えるブラッグ波長推定装置であって、
前記処理部は、
前記光学フィルタにおける透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いて
Ｒ値−ブラッグ波長特性を求めるように構成されたものである。
【００１４】
本発明のブラッグ波長推定装置において、前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）を求めるように構成されたことが好ましい。
【００１５】
本発明のブラッグ波長推定装置において、前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めるように構成されたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光学フィルタの波長における透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び光学フィルタの波長における反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用い、補正したＲ値−ブラッグ波長特性を求めるので、当該Ｒ値−ブラッグ波長特性の曲線と、第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）によるＲ値とを適切に比較し、ブラッグ波長の推定誤差を低減することができる。またFBGセンサ部を含む装置構成や計測対象に対して校正を行うことなく、光学フィルタの透過率（ＰＴｘ）、反射率（ＰＲｘ）、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めて代用するので、手間と時間を抑制して簡素化を図ることができる。更に、計測対象の測定前であっても、補正したＲ値−波長特性を容易に取得し、早急に準備することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】一例の光電変換器の場合におけるＶＴ，ＶＲ、Ｒ値−ブラッグ波長特性を示すデータである。
【図３】他例の光電変換器の場合におけるＶＴ，ＶＲ、Ｒ値−ブラッグ波長特性を示すデータである。
【図４】光学フィルタの透過率特性及び反射率特性から求めたＲ値−ブラッグ波長特性を示すデータである。
【図５】一例の光電変換器の場合において正規化された光電変換特性を示すデータである。
【図６】他例の光電変換器の場合において正規化された光電変換特性を示すデータである。
【図７】正規化された光電変換特性をＶＴ，ＶＲに反映した場合、ＶＴ，ＶＲによるＲ値が、フィルタ特性によるＲ値−ブラッグ波長特性に一致する結果を示すデータである。
【図８】正規化された光電変換特性をフィルタ特性に反映した場合、フィルタ特性によるＲ値−ブラッグ波長特性が、ＶＴ，ＶＲによるＲ値に一致する結果を示すデータである。
【図９】従来のブラッグ波長推定装置を示すブロック図である。
【図１０】光電変換器のＶＴ，ＶＲから求めたＲ値と、光学フィルタ特性によるＲ値−ブラッグ波長特性との誤差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の、ブラッグ波長推定方法及び装置を実施する形態例を図１〜図８を参照して説明する。なお、図中、図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００１９】
実施の形態例は、従来例と同様に、FBGセンサ部１の光ファイバ２、広帯域光源３、光サーキュレータ４、光学フィルタ５、第一の光電変換器６、第二の光電変換器７を備えており、第一の光電変換器６と第二の光電変換器７には処理部９が接続され、更に処理部９には波長推定部１０が接続されている。ここで光学フィルタ５は、入射光ポート５ａ及び透過光ポート５ｂ並びに反射光ポート５ｃの三つを有するものであって、光サーキュレータ４により分離された光を入射光ポート５ａへ入射させ、且つ透過光を透過光ポート５ｂから出力すると共に反射光を反射光ポート５ｃから出力するものである。また光学フィルタ５は、透過光及び反射光を生じるならば特に種類や構成は制限されるものではない。また処理部と波長推定部は一つの装置で構成しても良い。
【００２０】
処理部９では、所定のプログラムや関数処理により、第一の光電変換器６からの第一の出力電圧ＶＴ，第二の光電変換器７からの第二の出力電圧ＶＲを用いてＲ＝（ＶＲ−ＶＴ）／（ＶＴ＋ＶＲ）により無次元のＲ値を算出するようになっている。
【００２１】
また処理部９では、準備段階として、光学フィルタ５の波長における透過率ＰＴｘと、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴとの積、及び光学フィルタ５の波長における反射率ＰＲｘと、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲとの積を用いて、光学フィルタ５によるＲ値−ブラッグ波長特性が求められている。なお光学フィルタ５によるＲ値−ブラッグ波長特性は、他の機器で求めた後、入力されても良い。
【００２２】
ここで、以下、準備段階として、第一の光電変換器６の波長において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴと、第二の光電変換器７の波長において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲとを求める工程を説明する。
【００２３】
処理部９では、光学フィルタ５を透過した透過率ＰＴｘの透過光強度ＰＴ、または光学フィルタ５を反射した反射率ＰＲｘの反射光強度ＰＲ、第一の出力電圧ＶＴ、第二の出力電圧ＶＲから、第一の光電変換器６の変換比をＶＴ／ＰＴとして求め、第二の光電変換器７の変換比をＶＲ／ＰＲとして求める。
【００２４】
次に、第一の光電変換器６における変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性と、第二の光電変換器７における変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性との和を２で除した特性（（ＶＴ／ＰＴ）＋（ＶＲ／ＰＲ））／２を分母とし、第一の光電変換器６における変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性を分子とし、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴを求める。なお、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴを数式で示すと［式１］になる。
[式１]
ここで、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴは、変換比ＶＴ／ＰＴの物理量の単位を無次元化したものである。
【００２５】
一方、第一の光電変換器６における変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性と、第二の光電変換器７における変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性との和を２で除した特性（（ＶＴ／ＰＴ）＋（ＶＲ／ＰＲ））／２を分母とし、第二の光電変換器７における変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性を分子とし、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲを求める。なお、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲを数式で示すと［式２］になる。
[式２]
ここで、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲは、変換比ＶＲ／ＰＲの物理量の単位を無次元化したものである。
【００２６】
そして処理部９では、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴと、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲとが入力記録されており、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴと、光学フィルタ５の波長における透過率ＰＴｘとの積、及び第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲと、光学フィルタ５の波長における反射率ＰＲｘとの積により、Ｒ＝（ＬＥＲとＰＲｘの積−ＬＥＴとＰＴｘの積）／（ＬＥＴとＰＴｘの積＋ＬＥＲとＰＲｘの積）を介してＲ値とブラッグ波長を求め、補正したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線が得られるようになっている。
【００２７】
波長推定部１０では、第一の出力電圧ＶＴ、第二の出力電圧ＶＲにより算出したＲ値を、第一の光電変換特性ＬＥＴ、第二の光電変換特性ＬＥＲ、透過率ＰＴｘ、反射率ＰＲｘにより算出したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線と対比し、ブラッグ波長を推定するようになっている。
【００２８】
［試験１］
以下、一例の光電変換器の場合、及び他例の光電変換器におけるＶＴ，ＶＲ、光電変換器によるＲ値−ブラッグ波長特性、光学フィルタによるＲ値−ブラッグ波長特性について算出し、その結果を示す。図２では一例の光電変換器のＶＴ，ＶＲ、光電変換器によるＲ値−ブラッグ波長特性を示し、図３では他例の光電変換器のＶＴ，ＶＲ、光電変換器によるＲ値−ブラッグ波長特性を示し、図４では光学フィルタによるＲ値−ブラッグ波長特性を示している。ここで図４では光学フィルタから３回のデータを取得したが、取得ごとの偏差は生じなかった。また図２のＲ値−ブラッグ波長特性、図３のＲ値−ブラッグ波長特性を図４に入れた場合には、図９の如く両者に偏差があることを示すものになる。
【００２９】
次に、一例の光電変換器の場合、及び他例の光電変換器の場合における、正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲ等を示す。図５では一例の光電変換器の場合における正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲを示し、図６では他例の光電変換器の場合における正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲを示し、図７では正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲをＶＴ，ＶＲに反映した場合、ＶＴ，ＶＲによるＲ値が補正されることを示している。ここで図７では、一例の光電変換器及び他例の光電変換器の出力電圧ＶＴを、正規化された光電変換特性ＬＥＴで除して補正し、且つ一例の光電変換器及び他例の光電変換器の出力電圧ＶＲを、正規化された光電変換特性ＬＥＲで除して補正した場合に、補正後のＲ値が、光学フィルタのＲ値−ブラッグ波長特性に一致することを示している。なお図７中、白抜きの丸は、一例の光電変換器による補正前のＲ値を示し、黒印の丸は、一例の光電変換器による補正後のＲ値を示し、白抜きの三角は、他例の光電変換器による補正前のＲ値を示し、黒印の三角は、他例の光電変換器による補正後のＲ値を示し、更に直線は光学フィルタの透過率及び反射率によるＲ値−ブラッグ波長特性の曲線を示している。
【００３０】
一方で図７の結果は、ブラッグ波長が既知の場合に得られる結果であり、実際の計測では、光電変換器の出力電圧ＶＴ，ＶＲのみしか得ることができない。このため、光電変換器の出力電圧ＶＴ，ＶＲを、正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲで除して補することの代わりに、光学フィルタの透過率ＰＴｘ及び反射率ＰＲｘに、正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲを積算して補正し、光学フィルタの透過率ＰＴｘ及び反射率ＰＲｘによるＲ値−ブラッグ波長特性を求め、図８に示す如く当該Ｒ値−ブラッグ波長特性が、出力電圧ＶＴ，ＶＲによるＲ値に一致するようにしている。なお図８中、白抜きの丸は、一例の光電変換器による補正前のＲ値を示し、直線は、光学フィルタの透過率及び反射率による補正前のＲ値−ブラッグ波長特性の曲線を示し、破線は、光学フィルタの透過率及び反射率による補正後のＲ値−ブラッグ波長特性の曲線を示している。
【００３１】
このように、実施の形態例によれば、光学フィルタ５の波長における透過率ＰＴｘと、第一の光電変換器６の波長において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴとの積、及び光学フィルタ５における反射率ＰＲｘと、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲとの積を用い、補正したＲ値−ブラッグ波長特性を求めるので、当該Ｒ値−ブラッグ波長特性の曲線と、第一の出力電圧ＶＴ及び第二の出力電圧ＶＲによるＲ値とを適切に比較し、ブラッグ波長の推定誤差を低減することができる。またFBGセンサ部１を含む装置構成や計測対象に対して校正を行うことなく、光学フィルタの透過率ＰＴｘ、反射率ＰＲｘ、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴ、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲを求めて代用するので、手間と時間を抑制して簡素化を図ることができる。更に、計測対象の測定前であっても、補正したＲ値−波長特性を容易に取得し、早急に準備することができる。
【００３２】
実施の形態例において、第一の光電変換器６について光学フィルタ５の透過光強度ＰＴに対する第一の出力電圧ＶＴの変換比ＶＴ／ＰＴを求め、且つ第二の光電変換器７について光学フィルタ５の反射光強度ＰＲに対する第二の出力電圧ＶＲの変換比ＶＲ／ＰＲを求め、第一の光電変換器６における当該変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性と、第二の光電変換器７における当該変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、第一の光電変換器６における当該変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性を分子として、第一の光電変換器６の波長において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴを求めるので、補正したＲ値−ブラッグ波長特性を容易且つ好適に求めることができる。
【００３３】
実施の形態例において、第一の光電変換器６について光学フィルタ５の透過光強度ＰＴに対する第一の出力電圧ＶＴの変換比ＶＴ／ＰＴを求め、且つ第二の光電変換器７について光学フィルタ５の反射光強度ＰＲに対する第二の出力電圧ＶＲの変換比ＶＲ／ＰＲを求め、第一の光電変換器６における当該変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、第二の光電変換器７における当該変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性を分子として、第二の光電変換器７の波長において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲを求めるので、補正したＲ値−ブラッグ波長特性を容易且つ好適に求めることができる。
【００３４】
なお、本発明のブラッグ波長推定方法及びその装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３５】
１ FBGセンサ部
２ 光ファイバ
３ 広帯域光源
４ 光サーキュレータ
５ 光学フィルタ
５ａ 入射光ポート
５ｂ 透過光ポート
５ｃ 反射光ポート
６ 第一の光電変換器
７ 第二の光電変換器
９ 処理部
１０ 波長推定部
ＬＥＲ 第一の光電変換特性
ＬＥＴ 第二の光電変換特性
ＰＲ 反射光強度
ＰＲｘ 反射率
ＰＴ 透過光強度
ＰＴｘ 透過率
ＶＲ 第一の出力電圧
ＶＲ／ＰＲ 変換比
ＶＴ 第二の出力電圧
ＶＴ／ＰＴ 変換比
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無次元のＲ値を用いるブラッグ波長推定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、対象物のひずみ変化や温度変化を計測する手段には、FBG（Fiber Bragg Grating）センサ部を用いて計測するものがあり（例えば、特許文献１参照）、FBGセンサ部は、特定の波長の光信号であるブラッグ波長を反射するため、ブラッグ波長を推定することによりひずみ変化や温度変化を計測するようにしている。
【０００３】
具体的にブラッグ波長推定装置の一例を示すと、ブラッグ波長推定装置は、図９に示す如く、対象物（図示せず）にFBGセンサ部１を配置する光ファイバ２と、光ファイバ２へ光を連続的に出力する広帯域の広帯域光源３と、FBGセンサ部１のブラッグ波長で発生した反射光を分離する光サーキュレータ４と、入射光ポート５ａ及び透過光ポート５ｂ並びに反射光ポート５ｃの三つのポートを有して光サーキュレータ４からの反射光を入射光ポート５ａへ入射させる光学フィルタ５と、光学フィルタ５の透過光ポート５ｂから出力される透過光強度ＰＴを第一の出力電圧ＶＴに変換する第一の光電変換器６と、光学フィルタ５の反射光ポート５ｃから出力される反射光強度ＰＲを第二の出力電圧ＶＲに変換する第二の光電変換器７と、第一の出力電圧ＶＴと第二の出力電圧ＶＲを処理する処理部８とを備えている。また光ファイバ２のFBGセンサ部１は、光ファイバ２のコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成しており、検査対象のひずみや温度変化により反射波長を変化させるようになっている。
【０００４】
このようなブラッグ波長推定装置を用いてひずみ変化や温度変化を求める際には、FBGセンサ部１からの反射光を光サーキュレータ４を介して光学フィルタ５の入射光ポート５ａに入射させ、光学フィルタ５の透過光ポート５ｂから透過光強度ＰＴを出力し、且つ反射光ポート５ｃから反射光強度ＰＲを出力する。次に透過光強度ＰＴを第一の光電変換器６により第一の出力電圧ＶＴに変換し、且つ反射光強度ＰＲを第二の光電変換器７により第二の出力電圧ＶＲに変換し、処理部８に入力させる。続いて処理部８では、第一の出力電圧ＶＴと第二の出力電圧ＶＲとを用いてＲ＝（ＶＲ−ＶＴ）／（ＶＴ＋ＶＲ）により無次元量のＲ値を算出し、予め準備したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線を用いてブラッグ波長を推定し、ひずみ変化や温度変化を計測するようにしている。
【０００５】
ここで予め準備したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線は、光スペクトルアナライザを用いて測定したブラッグ波長と、出力電圧ＶＴ，ＶＲにより同じ処理で算出したＲ値とを用いて求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−４３８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、第一の出力電圧ＶＴ及び第二の出力電圧ＶＲから算出したＲ値を用いる場合には、光学フィルタ５の透過率ＰＴｘ及び反射率ＰＲｘからＲ＝（ＰＲｘ−ＰＴｘ）／（ＰＴｘ＋ＰＲｘ）で算出したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線に対し、第一の光電変換器６、第二の光電変換器７の各個体差による偏差を生じるため、ブラッグ波長の推定に誤差を生じるという問題があった。ここで具体例を示すと、第一の出力電圧ＶＴ及び第二の出力電圧ＶＲから算出したＲ値と、透過率ＰＴｘ及び反射率ＰＲｘから算出したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線では、図１０に示す如くＲ値の絶対値が０．６を超える領域で偏差を生じている。
【０００８】
また実際にブラッグ波長推定装置を用いる際には、ブラッグ波長の推定に伴う誤差を防止するように、装置構成や計測対象ごとに、第一の出力電圧ＶＴ，及び第二の出力電圧ＶＲからＲ値を算出してＲ値−ブラッグ波長特性の校正曲線を取得するため、手間と時間がかかるという問題があった。更に計測対象の測定前には、Ｒ値−波長特性の校正曲線を取得することができず、早急に準備することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、ブラッグ波長の推定誤差を低減し、且つＲ値−波長特性を容易に校正することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のブラッグ波長推定方法は、広帯域光源から照射された連続光を光サーキュレータを介してFBGセンサ部に入射し、FBGセンサ部から反射した光を光サーキュレータにより分離し、入射光ポート及び透過光ポート並びに反射光ポートの三つのポートを有する光学フィルタに対して前記光サーキュレータからの光を入射光ポートへ入射し、前記透過光ポートから出力される透過光強度（ＰＴ）を第一の光電変換器により第一の出力電圧（ＶＴ）に変換し且つ前記反射光ポートから出力される反射光強度（ＰＲ）を第二の光電変換器により第二の出力電圧（ＶＲ）に変換し、前記第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）を基礎にして無次元量のＲ値を算出し、予め取得したＲ値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサ部のブラッグ波長を推定するブラッグ波長推定方法であって、
前記光学フィルタにおける透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いて
Ｒ値−ブラッグ波長特性を求めるものである。
【００１１】
本発明のブラッグ波長推定方法において、第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）を求めることが好ましい。
【００１２】
本発明のブラッグ波長推定方法において、第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めることが好ましい。
【００１３】
本発明のブラッグ波長推定装置は、FBGセンサ部を含む光ファイバと、
前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む連続光を照射する広帯域光源と、
該広帯域光源と、FBGセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
入射光及び透過光並びに反射光の三つのポートを有して光サーキュレータにより分離された光を入射光ポートへ入射させる光学フィルタと、
該光学フィルタの透過光ポートから出力される透過光強度（ＰＴ）を第一の出力電圧（ＶＴ）に変換する第一の光電変換器と、
前記光学フィルタの反射光ポートから出力される反射光強度（ＰＲ）を第二の出力電圧（ＶＲ）に変換する第二の光電変換器と、
前記第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）を基礎にして無次元量のＲ値を算出する処理部と、
予め取得したＲ値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサのブラッグ波長を推定する波長推定部とを備えるブラッグ波長推定装置であって、
前記処理部は、
前記光学フィルタにおける透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いて
Ｒ値−ブラッグ波長特性を求めるように構成されたものである。
【００１４】
本発明のブラッグ波長推定装置において、前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）を求めるように構成されたことが好ましい。
【００１５】
本発明のブラッグ波長推定装置において、前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めるように構成されたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光学フィルタの波長における透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び光学フィルタの波長における反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用い、補正したＲ値−ブラッグ波長特性を求めるので、当該Ｒ値−ブラッグ波長特性の曲線と、第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）によるＲ値とを適切に比較し、ブラッグ波長の推定誤差を低減することができる。またFBGセンサ部を含む装置構成や計測対象に対して校正を行うことなく、光学フィルタの透過率（ＰＴｘ）、反射率（ＰＲｘ）、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めて代用するので、手間と時間を抑制して簡素化を図ることができる。更に、計測対象の測定前であっても、補正したＲ値−波長特性を容易に取得し、早急に準備することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】一例の光電変換器の場合におけるＶＴ，ＶＲ、Ｒ値−ブラッグ波長特性を示すデータである。
【図３】他例の光電変換器の場合におけるＶＴ，ＶＲ、Ｒ値−ブラッグ波長特性を示すデータである。
【図４】光学フィルタの透過率特性及び反射率特性から求めたＲ値−ブラッグ波長特性を示すデータである。
【図５】一例の光電変換器の場合において正規化された光電変換特性を示すデータである。
【図６】他例の光電変換器の場合において正規化された光電変換特性を示すデータである。
【図７】正規化された光電変換特性をＶＴ，ＶＲに反映した場合、ＶＴ，ＶＲによるＲ値が、フィルタ特性によるＲ値−ブラッグ波長特性に一致する結果を示すデータである。
【図８】正規化された光電変換特性をフィルタ特性に反映した場合、フィルタ特性によるＲ値−ブラッグ波長特性が、ＶＴ，ＶＲによるＲ値に一致する結果を示すデータである。
【図９】従来のブラッグ波長推定装置を示すブロック図である。
【図１０】光電変換器のＶＴ，ＶＲから求めたＲ値と、光学フィルタ特性によるＲ値−ブラッグ波長特性との誤差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の、ブラッグ波長推定方法及び装置を実施する形態例を図１〜図８を参照して説明する。なお、図中、図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００１９】
実施の形態例は、従来例と同様に、FBGセンサ部１の光ファイバ２、広帯域光源３、光サーキュレータ４、光学フィルタ５、第一の光電変換器６、第二の光電変換器７を備えており、第一の光電変換器６と第二の光電変換器７には処理部９が接続され、更に処理部９には波長推定部１０が接続されている。ここで光学フィルタ５は、入射光ポート５ａ及び透過光ポート５ｂ並びに反射光ポート５ｃの三つを有するものであって、光サーキュレータ４により分離された光を入射光ポート５ａへ入射させ、且つ透過光を透過光ポート５ｂから出力すると共に反射光を反射光ポート５ｃから出力するものである。また光学フィルタ５は、透過光及び反射光を生じるならば特に種類や構成は制限されるものではない。また処理部と波長推定部は一つの装置で構成しても良い。
【００２０】
処理部９では、所定のプログラムや関数処理により、第一の光電変換器６からの第一の出力電圧ＶＴ，第二の光電変換器７からの第二の出力電圧ＶＲを用いてＲ＝（ＶＲ−ＶＴ）／（ＶＴ＋ＶＲ）により無次元のＲ値を算出するようになっている。
【００２１】
また処理部９では、準備段階として、光学フィルタ５の波長における透過率ＰＴｘと、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴとの積、及び光学フィルタ５の波長における反射率ＰＲｘと、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲとの積を用いて、光学フィルタ５によるＲ値−ブラッグ波長特性が求められている。なお光学フィルタ５によるＲ値−ブラッグ波長特性は、他の機器で求めた後、入力されても良い。
【００２２】
ここで、以下、準備段階として、第一の光電変換器６の波長において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴと、第二の光電変換器７の波長において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲとを求める工程を説明する。
【００２３】
処理部９では、光学フィルタ５を透過した透過率ＰＴｘの透過光強度ＰＴ、または光学フィルタ５を反射した反射率ＰＲｘの反射光強度ＰＲ、第一の出力電圧ＶＴ、第二の出力電圧ＶＲから、第一の光電変換器６の変換比をＶＴ／ＰＴとして求め、第二の光電変換器７の変換比をＶＲ／ＰＲとして求める。
【００２４】
次に、第一の光電変換器６における変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性と、第二の光電変換器７における変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性との和を２で除した特性（（ＶＴ／ＰＴ）＋（ＶＲ／ＰＲ））／２を分母とし、第一の光電変換器６における変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性を分子とし、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴを求める。なお、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴを数式で示すと［式１］になる。
[式１]
ここで、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴは、変換比ＶＴ／ＰＴの物理量の単位を無次元化したものである。
【００２５】
一方、第一の光電変換器６における変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性と、第二の光電変換器７における変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性との和を２で除した特性（（ＶＴ／ＰＴ）＋（ＶＲ／ＰＲ））／２を分母とし、第二の光電変換器７における変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性を分子とし、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲを求める。なお、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲを数式で示すと［式２］になる。
[式２]
ここで、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲは、変換比ＶＲ／ＰＲの物理量の単位を無次元化したものである。
【００２６】
そして処理部９では、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴと、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲとが入力記録されており、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴと、光学フィルタ５の波長における透過率ＰＴｘとの積、及び第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲと、光学フィルタ５の波長における反射率ＰＲｘとの積により、Ｒ＝（ＬＥＲとＰＲｘの積−ＬＥＴとＰＴｘの積）／（ＬＥＴとＰＴｘの積＋ＬＥＲとＰＲｘの積）を介してＲ値とブラッグ波長を求め、補正したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線が得られるようになっている。
【００２７】
波長推定部１０では、第一の出力電圧ＶＴ、第二の出力電圧ＶＲにより算出したＲ値を、第一の光電変換特性ＬＥＴ、第二の光電変換特性ＬＥＲ、透過率ＰＴｘ、反射率ＰＲｘにより算出したＲ値−ブラッグ波長特性の曲線と対比し、ブラッグ波長を推定するようになっている。
【００２８】
［試験１］
以下、一例の光電変換器の場合、及び他例の光電変換器におけるＶＴ，ＶＲ、光電変換器によるＲ値−ブラッグ波長特性、光学フィルタによるＲ値−ブラッグ波長特性について算出し、その結果を示す。図２では一例の光電変換器のＶＴ，ＶＲ、光電変換器によるＲ値−ブラッグ波長特性を示し、図３では他例の光電変換器のＶＴ，ＶＲ、光電変換器によるＲ値−ブラッグ波長特性を示し、図４では光学フィルタによるＲ値−ブラッグ波長特性を示している。ここで図４では光学フィルタから３回のデータを取得したが、取得ごとの偏差は生じなかった。また図２のＲ値−ブラッグ波長特性、図３のＲ値−ブラッグ波長特性を図４に入れた場合には、図９の如く両者に偏差があることを示すものになる。
【００２９】
次に、一例の光電変換器の場合、及び他例の光電変換器の場合における、正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲ等を示す。図５では一例の光電変換器の場合における正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲを示し、図６では他例の光電変換器の場合における正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲを示し、図７では正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲをＶＴ，ＶＲに反映した場合、ＶＴ，ＶＲによるＲ値が補正されることを示している。ここで図７では、一例の光電変換器及び他例の光電変換器の出力電圧ＶＴを、正規化された光電変換特性ＬＥＴで除して補正し、且つ一例の光電変換器及び他例の光電変換器の出力電圧ＶＲを、正規化された光電変換特性ＬＥＲで除して補正した場合に、補正後のＲ値が、光学フィルタのＲ値−ブラッグ波長特性に一致することを示している。なお図７中、白抜きの丸は、一例の光電変換器による補正前のＲ値を示し、黒印の丸は、一例の光電変換器による補正後のＲ値を示し、白抜きの三角は、他例の光電変換器による補正前のＲ値を示し、黒印の三角は、他例の光電変換器による補正後のＲ値を示し、更に直線は光学フィルタの透過率及び反射率によるＲ値−ブラッグ波長特性の曲線を示している。
【００３０】
一方で図７の結果は、ブラッグ波長が既知の場合に得られる結果であり、実際の計測では、光電変換器の出力電圧ＶＴ，ＶＲのみしか得ることができない。このため、光電変換器の出力電圧ＶＴ，ＶＲを、正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲで除して補することの代わりに、光学フィルタの透過率ＰＴｘ及び反射率ＰＲｘに、正規化された光電変換特性ＬＥＴ，ＬＥＲを積算して補正し、光学フィルタの透過率ＰＴｘ及び反射率ＰＲｘによるＲ値−ブラッグ波長特性を求め、図８に示す如く当該Ｒ値−ブラッグ波長特性が、出力電圧ＶＴ，ＶＲによるＲ値に一致するようにしている。なお図８中、白抜きの丸は、一例の光電変換器による補正前のＲ値を示し、直線は、光学フィルタの透過率及び反射率による補正前のＲ値−ブラッグ波長特性の曲線を示し、破線は、光学フィルタの透過率及び反射率による補正後のＲ値−ブラッグ波長特性の曲線を示している。
【００３１】
このように、実施の形態例によれば、光学フィルタ５の波長における透過率ＰＴｘと、第一の光電変換器６の波長において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴとの積、及び光学フィルタ５における反射率ＰＲｘと、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲとの積を用い、補正したＲ値−ブラッグ波長特性を求めるので、当該Ｒ値−ブラッグ波長特性の曲線と、第一の出力電圧ＶＴ及び第二の出力電圧ＶＲによるＲ値とを適切に比較し、ブラッグ波長の推定誤差を低減することができる。またFBGセンサ部１を含む装置構成や計測対象に対して校正を行うことなく、光学フィルタの透過率ＰＴｘ、反射率ＰＲｘ、第一の光電変換器６において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴ、第二の光電変換器７において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲを求めて代用するので、手間と時間を抑制して簡素化を図ることができる。更に、計測対象の測定前であっても、補正したＲ値−波長特性を容易に取得し、早急に準備することができる。
【００３２】
実施の形態例において、第一の光電変換器６について光学フィルタ５の透過光強度ＰＴに対する第一の出力電圧ＶＴの変換比ＶＴ／ＰＴを求め、且つ第二の光電変換器７について光学フィルタ５の反射光強度ＰＲに対する第二の出力電圧ＶＲの変換比ＶＲ／ＰＲを求め、第一の光電変換器６における当該変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性と、第二の光電変換器７における当該変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、第一の光電変換器６における当該変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性を分子として、第一の光電変換器６の波長において正規化された第一の光電変換特性ＬＥＴを求めるので、補正したＲ値−ブラッグ波長特性を容易且つ好適に求めることができる。
【００３３】
実施の形態例において、第一の光電変換器６について光学フィルタ５の透過光強度ＰＴに対する第一の出力電圧ＶＴの変換比ＶＴ／ＰＴを求め、且つ第二の光電変換器７について光学フィルタ５の反射光強度ＰＲに対する第二の出力電圧ＶＲの変換比ＶＲ／ＰＲを求め、第一の光電変換器６における当該変換比ＶＴ／ＰＴの波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、第二の光電変換器７における当該変換比ＶＲ／ＰＲの波長ごとの特性を分子として、第二の光電変換器７の波長において正規化された第二の光電変換特性ＬＥＲを求めるので、補正したＲ値−ブラッグ波長特性を容易且つ好適に求めることができる。
【００３４】
なお、本発明のブラッグ波長推定方法及びその装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３５】
１ FBGセンサ部
２ 光ファイバ
３ 広帯域光源
４ 光サーキュレータ
５ 光学フィルタ
５ａ 入射光ポート
５ｂ 透過光ポート
５ｃ 反射光ポート
６ 第一の光電変換器
７ 第二の光電変換器
９ 処理部
１０ 波長推定部
ＬＥＲ 第一の光電変換特性
ＬＥＴ 第二の光電変換特性
ＰＲ 反射光強度
ＰＲｘ 反射率
ＰＴ 透過光強度
ＰＴｘ 透過率
ＶＲ 第一の出力電圧
ＶＲ／ＰＲ 変換比
ＶＴ 第二の出力電圧
ＶＴ／ＰＴ 変換比
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域光源から照射された連続光を光サーキュレータを介してFBGセンサ部に入射し、FBGセンサ部から反射した光を光サーキュレータにより分離し、入射光ポート及び透過光ポート並びに反射光ポートの三つのポートを有する光学フィルタに対して前記光サーキュレータからの光を入射光ポートへ入射し、前記透過光ポートから出力される透過光強度（ＰＴ）を第一の光電変換器により第一の出力電圧（ＶＴ）に変換し且つ前記反射光ポートから出力される反射光強度（ＰＲ）を第二の光電変換器により第二の出力電圧（ＶＲ）に変換し、前記第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）を基礎にして無次元量のＲ値を算出し、予め取得したＲ値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサ部のブラッグ波長を推定するブラッグ波長推定方法であって、
前記光学フィルタにおける透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いて
Ｒ値−ブラッグ波長特性を求めることを特徴とするブラッグ波長推定方法。
【請求項２】
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）を求めることを特徴とする請求項１に記載のブラッグ波長推定方法。
【請求項３】
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めることを特徴とする請求項１に記載のブラッグ波長推定方法。
【請求項４】
FBGセンサ部を含む光ファイバと、
前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む連続光を照射する広帯域光源と、
該広帯域光源と、FBGセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
入射光及び透過光並びに反射光の三つのポートを有して光サーキュレータにより分離された光を入射光ポートへ入射させる光学フィルタと、
該光学フィルタの透過光ポートから出力される透過光強度（ＰＴ）を第一の出力電圧（ＶＴ）に変換する第一の光電変換器と、
前記光学フィルタの反射光ポートから出力される反射光強度（ＰＲ）を第二の出力電圧（ＶＲ）に変換する第二の光電変換器と、
前記第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）を基礎にして無次元量のＲ値を算出する処理部と、
予め取得したＲ値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサのブラッグ波長を推定する波長推定部とを備えるブラッグ波長推定装置であって、
前記処理部は、
前記光学フィルタにおける透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いて
Ｒ値−ブラッグ波長特性を求めるように構成されたことを特徴とするブラッグ波長推定装置。
【請求項５】
前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）を求めるように構成されたことを特徴とする請求項４に記載のブラッグ波長推定装置。
【請求項６】
前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めるように構成されたことを特徴とする請求項４に記載のブラッグ波長推定装置。
【請求項１】
広帯域光源から照射された連続光を光サーキュレータを介してFBGセンサ部に入射し、FBGセンサ部から反射した光を光サーキュレータにより分離し、入射光ポート及び透過光ポート並びに反射光ポートの三つのポートを有する光学フィルタに対して前記光サーキュレータからの光を入射光ポートへ入射し、前記透過光ポートから出力される透過光強度（ＰＴ）を第一の光電変換器により第一の出力電圧（ＶＴ）に変換し且つ前記反射光ポートから出力される反射光強度（ＰＲ）を第二の光電変換器により第二の出力電圧（ＶＲ）に変換し、前記第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）を基礎にして無次元量のＲ値を算出し、予め取得したＲ値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサ部のブラッグ波長を推定するブラッグ波長推定方法であって、
前記光学フィルタにおける透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いて
Ｒ値−ブラッグ波長特性を求めることを特徴とするブラッグ波長推定方法。
【請求項２】
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）を求めることを特徴とする請求項１に記載のブラッグ波長推定方法。
【請求項３】
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めることを特徴とする請求項１に記載のブラッグ波長推定方法。
【請求項４】
FBGセンサ部を含む光ファイバと、
前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む連続光を照射する広帯域光源と、
該広帯域光源と、FBGセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
入射光及び透過光並びに反射光の三つのポートを有して光サーキュレータにより分離された光を入射光ポートへ入射させる光学フィルタと、
該光学フィルタの透過光ポートから出力される透過光強度（ＰＴ）を第一の出力電圧（ＶＴ）に変換する第一の光電変換器と、
前記光学フィルタの反射光ポートから出力される反射光強度（ＰＲ）を第二の出力電圧（ＶＲ）に変換する第二の光電変換器と、
前記第一の出力電圧（ＶＴ）及び第二の出力電圧（ＶＲ）を基礎にして無次元量のＲ値を算出する処理部と、
予め取得したＲ値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサのブラッグ波長を推定する波長推定部とを備えるブラッグ波長推定装置であって、
前記処理部は、
前記光学フィルタにおける透過率（ＰＴｘ）と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率（ＰＲｘ）と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）との積を用いて
Ｒ値−ブラッグ波長特性を求めるように構成されたことを特徴とするブラッグ波長推定装置。
【請求項５】
前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性（ＬＥＴ）を求めるように構成されたことを特徴とする請求項４に記載のブラッグ波長推定装置。
【請求項６】
前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度（ＰＴ）に対する第一の出力電圧（ＶＴ）の変換比（ＶＴ／ＰＴ）を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度（ＰＲ）に対する第二の出力電圧（ＶＲ）の変換比（ＶＲ／ＰＲ）を求め、
第一の光電変換器における当該変換比（ＶＴ／ＰＴ）の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性との和を２で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比（ＶＲ／ＰＲ）の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性（ＬＥＲ）を求めるように構成されたことを特徴とする請求項４に記載のブラッグ波長推定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−９８１９６（Ｐ２０１２−９８１９６Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４７２３１（Ｐ２０１０−２４７２３１）
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
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