計測器及び計測システム
【課題】常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる計測器と計測システムを提供する。
【解決手段】受光部１１と、増幅部１２と、アナログ−デジタル変換部１３と、演算部１４と、増幅率算出部１５とを有し、受光部は、受光する光強度に応じて電気信号を生成し、増幅部は、受光部から電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて電気信号を増幅し、アナログ−デジタル変換部は、増幅部で増幅されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換し、演算部は、デジタル信号を入力され、デジタル信号に対して所定の信号処理を行い、増幅率算出部は、増幅部において設定するべき増幅率をデジタル信号に応じて算出し、増幅率算出部で算出された増幅率が増幅部に入力されて増幅部の増幅率として設定される構成とする。
【解決手段】受光部１１と、増幅部１２と、アナログ−デジタル変換部１３と、演算部１４と、増幅率算出部１５とを有し、受光部は、受光する光強度に応じて電気信号を生成し、増幅部は、受光部から電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて電気信号を増幅し、アナログ−デジタル変換部は、増幅部で増幅されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換し、演算部は、デジタル信号を入力され、デジタル信号に対して所定の信号処理を行い、増幅率算出部は、増幅部において設定するべき増幅率をデジタル信号に応じて算出し、増幅率算出部で算出された増幅率が増幅部に入力されて増幅部の増幅率として設定される構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受光して光の強度を計測する計測器に関する。また、本発明は、発光部、発光部からの光が通される光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサからの光を受光して光の強度を計測する計測器を有する計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、光ファイバに接続されたセンサ部に光を照射し、センサ部を通過した光を受光して光強度を計測する計測システムの模式構成図である。
【０００３】
例えば、発光部１は、不図示の電源に接続されたドライブ回路２及びＬＥＤ（発光ダイオード）またはＬＤ（レーザダイオード）などの光源３を有する。
ドライブ回路２の駆動により、光源３から光が発せられる。
【０００４】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、中途部にセンサ部ＳＰが設けられている。光センサ（２０ａ，２０ｂ）の光入射端及び光出射端に、それぞれ光ファイバコネクタ（２３ａ，２３ｂ）が設けられている。
【０００５】
発光部１の光源３からの光は、光ファイバコネクタ２３ａを介して光ファイバ２０ａへ入射され、センサ部ＳＰを通過して光ファイバ２０ｂを介して光ファイバコネクタ２３ｂから外部へ出射される。
【０００６】
計測器１００は、受光する光強度に応じて電気信号を生成するフォトダイオードなどの受光部１０１と、受光部１０１から電気信号を入力され、所定の増幅率に応じて電気信号を増幅するプリアンプ（増幅部）１０２と、プリアンプ１０２で増幅されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ（デジタル−アナログ変換部）１０３と、デジタル信号を入力され、デジタル信号に対して所定の信号処理を行い、外部に出力する演算部１０４とを有する。
【０００７】
光ファイバコネクタ２３ｂから外部へ出射された光は、受光部１０１で受光される。受光部１０１において、受光された光の強度に応じて電気信号が生成され、プリアンプ１０２へ出力される。
【０００８】
受光部１０１で生成された電気信号はプリアンプ１０２に入力され、設定された増幅率で増幅されてＡＤコンバータ１０３へ出力される。
【０００９】
プリアンプ１０２で増幅された電気信号はアナログ信号であり、ＡＤコンバータ１０３に入力されてアナログ信号からデジタル信号に変換され、演算部１０４に出力される。
【００１０】
ＡＤコンバータ１０３で得られたデジタル信号は演算部１０４に入力されて所定の信号処理が行われ、端子Ｔなどから外部に出力される。
【００１１】
ここで、上記のプリアンプ１０２における電気信号の増幅率は、ある値に固定されているか、もしくは、外部から手動で調節することが可能となっている。
【００１２】
上記のセンサ部ＳＰとしては、例えば特許文献１および特許文献２に記載されている、いわゆるヘテロコアを用いることができる。
ヘテロコア型のセンサ部はとしては、例えば、測定対象物の変位に応じてセンサ部近傍の光ファイバの曲率が変化し、光ファイバを伝導される光の伝送損失が変化するように設けられ、曲率を検知することで測定対象物の変位を測定する曲率検知型と、センサ部外周に存在する物質の屈折率を検知し、センサ部外周における液体の有無などを測定する液体検知型などの異なる種類のセンサ部が知られている。
【００１３】
例えば、光ファイバにより伝送される光がヘテロコアからなるセンサ部を通過する際に、上記のセンサ部近傍の光ファイバの曲率やセンサ部外周における液体の有無などに応じて伝送する光の強度に変化が生じる。即ち、光にセンサ信号が乗せられる。強度に変化が生じた光が受光部で受光されることで、伝送された光の強度変化が検知され、センサ部近傍の光ファイバの曲率やセンサ部外周における液体の有無などが識別される。
【００１４】
例えば、ヘテロコアからなるセンサ部で生じる損失の変化は、電圧として監視される。例えば、ヘテロコア部で３ｄＢの損失が生じた場合は、４Ｖであった電圧が２Ｖ（半分）になる。
【００１５】
上記の構成において、光ファイバ２０ｂの出力端部から出射される光が受光部１０１で受光されて生成される電気信号は、比較的微弱なため、上述のようにプリアンプによって増幅することが一般的に行われている。
【特許文献１】国際公開９７／４８９９４号パンフレット
【特許文献２】特開２００３−２１４９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記の計測システムにおいて、ドライブ回路内の抵抗値の変動などによるドライブ回路の個体差、光源自体の個体差、及び、環境温度の変動などによる抵抗値の変動などが存在する。このため、ドライブ回路によって駆動されるＬＥＤ及びＬＤなどの光源から出力される光の強度は、計測システムを構築するたびに、または、同一の計測システムであっても電源を入れるたびに、若干変動してしまう。
【００１７】
さらに、光ファイバと光ファイバコネクタとが接続される箇所は、同じ接続箇所であっても、光ファイバと光ファイバコネクタと接続しなおすたびに、接続損失が若干変動する。
【００１８】
さらに、ヘテロコア型のセンサ部自体にも個体差があり、センサ部毎に挿入損失が若干異なる。また、曲率検知型と液体検知型などの異なる種類のへテロコア型のセンサ部を接続した場合は、挿入損失が大きく異なってしまう。
【００１９】
以上の理由から、受光部に入射される光の強度は、計測システムを構築するたびに、同一の計測システムであっても電源を入れるたびに、あるいは、光ファイバと光ファイバコネクタと接続しなおすたびに、若干変動してしまう。
【００２０】
このため、プリアンプで増幅された得られた電圧がＡＤコンバータの入力電圧のフルスケールに達しない場合があり、このときはＡＤコンバータの性能を最大に使いきれないことになる。あるいは、ＡＤコンバータの入力電圧を超えてしまう場合があり、正常な数値が得られなくなってしまう。また、外部入力手段Ｃが設けられている場合には、プリアンプの増幅率を手動にて調節する場合もあるが、これは煩雑な手順であるので省略することが望まれている。
【００２１】
解決しようとする問題点は、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまうことから、常にＡＤコンバータの性能を最大に使い切るように、プリアンプが電気信号を増幅するように設定することが困難であったという点である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の計測器は、受光する光強度に応じて電気信号を生成する受光部と、前記受光部から前記電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて前記電気信号を増幅する増幅部と、前記増幅部で増幅されたアナログの前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、前記デジタル信号を入力され、前記デジタル信号に対して所定の信号処理を行う演算部と、前記増幅部において設定するべき増幅率を前記デジタル信号に応じて算出する増幅率算出部とを有し、前記増幅率算出部で算出された前記増幅率が前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００２３】
上記の本発明の計測器は、受光部と、増幅部と、アナログ−デジタル変換部と、演算部と、増幅率算出部とを有する。
受光部は、受光する光強度に応じて電気信号を生成する。
増幅部は、受光部から電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて電気信号を増幅する。
アナログ−デジタル変換部は、増幅部で増幅されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換する。
演算部は、デジタル信号を入力され、デジタル信号に対して所定の信号処理を行う。
増幅率算出部は、増幅部において設定するべき増幅率をデジタル信号に応じて算出する。
また、増幅率算出部で算出された増幅率が増幅部に入力されて増幅部の増幅率として設定される。
【００２４】
上記の本発明の計測器は、好適には、前記増幅率算出部においては、前記増幅部で増幅された前記電気信号が前記アナログ−デジタル変換部の入力可能範囲に見合う値となるように、前記増幅率が算出される。
【００２５】
上記の本発明の計測器は、好適には、前記増幅率算出部で算出されたデジタルの増幅率をアナログ数値に変換して前記増幅部に入力するデジタル−アナログ変換部をさらに有する。
【００２６】
上記の本発明の計測器は、好適には、前記計測器の電源投入時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００２７】
上記の本発明の計測器は、好適には、光の受光の開始時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００２８】
上記の本発明の計測器は、好適には、押圧されたときに増幅率算出設定開始信号を前記演算部に出力するボタンをさらに有し、前記増幅率算出設定開始信号が前記演算部に入力された時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００２９】
また、本発明の計測システムは、発光部と、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、中途部にセンサ部を有する光ファイバと、計測器を有し、前記計測器は受光する光強度に応じて電気信号を生成する受光部と、前記受光部から前記電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて前記電気信号を増幅する増幅部と、前記増幅部で増幅されたアナログの前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、前記デジタル信号を入力され、前記デジタル信号に対して所定の信号処理を行う演算部と、前記増幅部において設定するべき増幅率を前記デジタル信号に応じて算出する増幅率算出部とを有し、前記増幅率算出部で算出された前記増幅率が前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００３０】
上記の本発明の計測システムは、発光部と、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、中途部にセンサ部を有する光ファイバと、計測器を有する。
ここで、計測器は、上記の本発明の計測器である。
【００３１】
上記の本発明の計測システムは、好適には、複数個の前記センサ部が１本の前記光ファイバ上に直列に接続されている。
【００３２】
上記の本発明の計測システムは、好適には、前記センサ部が、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有する。
【００３３】
上記の本発明の計測システムは、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である。
【００３４】
上記の本発明の計測システムは、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の計測器は、受光部からの電気信号を所定の増幅率で増幅し、デジタル信号に変換し、得られたデジタル信号から、設定すべき増幅率を算出して、改めて増幅部の増幅率を設定しなおすので、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【００３６】
本発明の計測システムは、上記の本発明の計測器を組み込んで計測システムを構成しており、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、本発明の計測器及びそれを用いた計測システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係る計測器の模式構成図である。
計測器１０は、例えば、受光部１１と、プリアンプ（増幅部）１２と、ＡＤコンバータ（アナログ−デジタル変換部）１３と、演算部１４と、増幅率算出部１５と、ＤＡコンバータ（デジタル−アナログ変換部）１６とを有する。
【００３９】
受光部１１は、例えば、受光する光強度に応じて電気信号を生成し、フォトダイオードなどからなる。
プリアンプ１２は、例えば、受光部１１から電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて電気信号を増幅する。
ＡＤコンバータ１３は、例えば、プリアンプ１２で増幅されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換する。
演算部１４は、例えば、デジタル信号を入力され、デジタル信号に対して所定の信号処理を行う。
【００４０】
増幅率算出部１５は、例えば、プリアンプ１２において設定するべき増幅率を、上記のデジタル信号に応じて算出する。
例えば、増幅率算出部１５においては、プリアンプ１２で増幅された電気信号がＡＤコンバータ１３の入力可能範囲に見合う値となるように、さらにはプリアンプ１２で増幅されて得られた電圧がＡＤコンバータ１３の入力電圧のフルスケール相当となるように、増幅率が算出される。
【００４１】
ＤＡコンバータ１６は、例えば、増幅率算出部１５で算出されたデジタルの増幅率をアナログ数値に変換して、プリアンプ１２に入力する。
【００４２】
上記のようにして増幅率算出部で算出された増幅率が増幅部に入力されて増幅部の増幅率として設定される。
【００４３】
本実施形態の計測器の動作について説明する。
まず、例えば、外部からの光が受光部１１で受光されると、受光部１１において、受光された光の強度に応じて電気信号が生成され、プリアンプ１２へ出力される。
【００４４】
次に、例えば、受光部１１で生成された電気信号はプリアンプ１２に入力され、所定の増幅率で増幅されてＡＤコンバータ１３へ出力される。
【００４５】
次に、例えば、プリアンプ１２で増幅された電気信号はアナログ信号であり、ＡＤコンバータ１３に入力されてアナログ信号からデジタル信号に変換され、演算部１４に出力される。
【００４６】
次に、例えば、ＡＤコンバータ１３で得られたデジタル信号は演算部１４に入力される。
一方、例えば、ＡＤコンバータ１３で得られたデジタル信号は、演算部１４を介して増幅率算出部１５に入力される。増幅率算出部１５では、プリアンプ１２において設定するべき増幅率が、入力されたデジタル信号に応じて算出される。
例えば、プリアンプ１２で増幅された電気信号がＡＤコンバータ１３の入力可能範囲に見合う値となるように、さらにはプリアンプ１２で増幅されて得られた電圧がＡＤコンバータ１３の入力電圧のフルスケール相当となるように、増幅率が算出される。
【００４７】
次に、例えば、増幅率算出部１５で算出されたデジタルの増幅率は、ＤＡコンバータ１６においてアナログ数値に変換され、プリアンプ１２に入力される。
【００４８】
上記のようにして増幅率算出部１５で算出された増幅率がプリアンプ１２に入力されてプリアンプ１２の増幅率として設定される。
プリアンプ１２での以降の増幅は、新たに設定された増幅率によりなされる。
【００４９】
上記のように増幅率が設定された後で、ＡＤコンバータ１３からのデジタル信号に対して演算部１４において所定の信号処理が行われ、端子Ｔなどから外部に出力される。
【００５０】
本実施形態の計測器において、増幅率算出部１５における増幅率の算出とプリアンプ１２での設定は、例えば、計測器の電源投入時に、プリアンプ１２において設定するべき増幅率が増幅率算出部１５において算出され、プリアンプ１２に入力されてプリアンプ１２の増幅率として設定される。
【００５１】
あるいは、例えば、受光部１１での光の受光の開始時に、プリアンプ１２において設定するべき増幅率が増幅率算出部１５において算出され、プリアンプ１２に入力されてプリアンプ１２の増幅率として設定される。
【００５２】
あるいは、例えば、押圧されたときに増幅率算出設定開始信号を演算部１４に出力するボタンＢをさらに有しており、ボタンＢの入力によって増幅率算出設定開始信号が演算部１４に入力された時に、プリアンプ１２において設定するべき増幅率が増幅率算出部１５において算出され、プリアンプ１２に入力されてプリアンプ１２の増幅率として設定される。
【００５３】
増幅率の設定が上記の一回の算出工程で十分な値とならなかった場合には、上記の設定するべき増幅率を増幅率算出部１５において算出する工程を複数回繰り返して、プリアンプ１２で増幅された電気信号がＡＤコンバータ１３の入力可能範囲に見合う値となるまで、増幅率の算出が行われるようにしてもよい。
【００５４】
本実施形態の計測器は、受光部からの電気信号を所定の増幅率で増幅し、デジタル信号に変換し、得られたデジタル信号から、設定すべき増幅率を算出して、改めて増幅部の増幅率を設定しなおすので、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【００５５】
本実施形態の計測器によれば、自動的に、ＡＤコンバータの性能を最大に使い切ることができるようになる。または、ＡＤコンバータの性能が最大に使い切ることができるようになっていたプリアンプの増幅率調整という煩雑な作業を行わなくてよくなる。
【００５６】
従来例に係る計測器では、計測器の電源投入毎や、センサ接続毎に受光量（電圧）が変わるため、今までは電圧がフルスケールに達していない場合にはＡＤコンバータの性能を最大に使いきれない、または、ＡＤコンバータの入力電圧を超えてしまう場合があり、場合によっては、プリアンプの増幅率に対して手動で調節する場合もあり、操作が煩雑となっていた。
本実施形態の計測器では、自動的にプリアンプの増幅率を調整するため、ＡＤコンバータの性能を最大に使い切ることができるようになり、使いやすい。
【００５７】
例えば、本実施形態に係る計測器において、演算部１４と増幅率算出部１５は、コンピュータなどにおける一体化された演算部上に実現されてもよい。
【００５８】
第２実施形態
図２は、本実施形態に係る計測システムの模式構成図である。
本実施形態に係る計測システムは、光ファイバに接続されたセンサ部に光を照射し、センサ部を通過した光を受光して光強度を計測するシステムであり、例えば、発光部１と、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、中途部にセンサ部ＳＰを有する光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）と、計測器１０を有する。
【００５９】
例えば、発光部１は、不図示の電源に接続されたドライブ回路２及びＬＥＤ（発光ダイオード）またはＬＤ（レーザダイオード）などの光源３を有する。
ドライブ回路２の駆動により、光源３から光が発せられる。
【００６０】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、中途部にセンサ部ＳＰが設けられている。光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の光入射端及び光出射端に、それぞれ光ファイバコネクタ（２３ａ，２３ｂ）が設けられている。
【００６１】
発光部１の光源３からの光は、光ファイバコネクタ２３ａを介して光ファイバ２０ａへ入射され、センサ部ＳＰを通過して光ファイバ２０ｂを介して光ファイバコネクタ２３ｂから外部へ出射される。
【００６２】
光ファイバコネクタ２３ｂを介して光ファイバ２０ｂの出射端から外部に出射された光は、計測器１０の受光部１１で受光される。
計測器１０の構成は、上記の通りであり、例えば、光ファイバにより伝送される光がセンサ部を通過する際に、光にセンサ信号が乗せられ、これが計測器１０で計測される。
【００６３】
図３（ａ）は、本実施形態のセンサ部ＳＰの一例を示す、センサ部近傍での斜視図であり、図３（ｂ）はセンサ部近傍での長手方向の断面図である。
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材であるセンサ部ＳＰは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部３０であり、コア３１と、その外周部に積層されたクラッド３２とを有する。
【００６４】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）としては、例えば、コア径９μｍ程度のシングルモードファイバ、あるいは例えばコア径５０μｍ程度のマルチモードファイバなどを用いることができる。
【００６５】
ヘテロコア部３０におけるコア３１の径ｂｌは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌより十分に小さく、例えばａｌ＝９μｍ、ｂｌ＝５μｍある。また、ヘテロコア部３０の長さｃｌは１ｍｍ〜数ｃｍであり、例えば１ｍｍ程度である。
【００６６】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）とセンサ部ＳＰを構成するヘテロコア部３０は、長手方向に直交する界面４０でコア同士が接合するように同軸に、例えば汎用化されている放電による融着などにより、接合されている。
【００６７】
図３（ａ）および（ｂ）に示す光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部にヘテロコア型のセンサ部ＳＰが接合されてなる構成において、ヘテロコア部３０におけるコア３１の径ｂｌと光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌとが界面４０で異なっており、このコア径の差に起因して光の一部のヘテロコア部３０のクラッド３２へのリークＷが発生する。
【００６８】
例えば、リークＷが小さくなるようにコア２１とコア３１の径の組み合わせを設定すると、大部分の光は再びコア２１に入射し、伝送される。コア２１とコア３１の径の組み合わせによっては、リークＷが大きくなり、伝送するセンサ光のロスも大きくなる。リークＷが小さくなれば、ロスも小さくなる。
ヘテロコア型のセンサ部において、リークＷの大きさ、即ちセンサ光のロス量は、センサ部近傍の光ファイバの屈曲の変化により鋭敏に変化する。
上記のような構成のセンサ部とすることで、例えば、測定対象物の変位に応じてセンサ部近傍の光ファイバの曲率が変化し、光ファイバを伝導される光の伝送損失が変化するように設けられ、曲率を検知することで測定対象物の変位を測定する計測システムとすることができる。
【００６９】
あるいは、例えば、上記のセンサ部ＳＰにおいて、ヘテロコア部３０におけるコア３１の径ｂｌと光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌとが界面４０で異なっており、このコア径の差に起因して光の一部がヘテロコア部３０のクラッド３２にリーク光Ｗとしてリークし、クラッド３２と外界との境界においてエバネッセント波を発生させ、これを外界に作用させることができる。エバネッセント波は、第１媒質中の光が第２媒質との境界で全反射したときなどに第２媒質中に生じる光波のように、境界面からの距離とともに指数関数的に減衰するエバネッセント（Ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ：次第に消える）な波であり、実質的にエネルギーを持たない光波のことである。エバネッセント波により外界との相互作用を受けた光は、再び光ファイバのコア２１に入射し、伝送される。
上記のような構成のセンサ部とすることで、例えば、センサ部外周に存在する物質の屈折率を検知し、センサ部外周における液体の有無などを測定する計測システムとすることができる。
【００７０】
センサ部ＳＰとしては、上記に記載の構成以外の構成を採用することも可能である。
図４（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る計測システムの他の例に係るセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
図４（ａ）では、センサ部ＳＰを構成する光透過部材であるヘテロコア部３０のコア３１の径ｂｌが、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌよりも大きな構成となっている。
図４（ｂ）では、センサ部ＳＰとして、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の屈折率あるいはクラッド２２の屈折率と同等の屈折率を持つ材料からなる、ヘテロコア部ではない光透過部材３０ａが光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に接合されてなる構成となっている。
【００７１】
本実施形態の計測システムは、第１実施形態に係る計測器を組み込んで計測システムを構成しており、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【００７２】
第３実施形態
図５は、本実施形態に係る計測システムの模式構成図である。
本実施形態においては、複数個のセンサ部が１本の光ファイバ上に直列に接続されている。図面上３個のセンサ部（ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３）が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ・・・２０ｘ）上に直列に接続されているが、これに限らず、４個以上のセンサ部を接続してもよい。
【００７３】
本実施形態の計測システムは、第１実施形態に係る計測器を組み込んで計測システムを構成しており、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
特に、複数個のセンサ部を接続した光ファイバは損失の総計が大きくなっており、このような光ファイバとセンサ部を１個のみ接続した光ファイバを適宜交換しながら計測するような場合でも、光ファイバを交換するごとに、自動的に、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【００７４】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、計測器を構成するＤＡコンバータは、デジタル入力可能な増幅器を用いている場合には、不要である。
また、演算部と増幅率算出部は、コンピュータなどにおける一体化された演算部上に実現されてもよい。
また、センサ部を直列に接続する個数に特に限定はない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の計測器及びこれを用いた計測システムは、ヘテロコア型センサ部を用いるための計測器及び計測システムに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は第１実施形態に係る計測器の模式構成図である。
【図２】図２は第２実施形態に係る計測器の模式構成図である。
【図３】図３（ａ）は第２実施形態のセンサ部ＳＰの一例を示す、センサ部近傍での斜視図であり、図３（ｂ）はセンサ部近傍での長手方向の断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態に係る計測システムの他の例に係るセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
【図５】図５は第３実施形態に係る計測システムの模式構成図である。
【図６】図６は従来零例に係る計測システムの模式構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…発光部
２…ドライブ回路
３…光源
１０…計測器
１１…受光部
１２…プリアンプ
１３…ＡＤコンバータ
１４…演算部
１５…増幅率算出部
１６…ＤＡコンバータ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，・・２０ｘ…光ファイバ
２１，３１…コア
２２，３２…クラッド
２３ａ，２３ｂ…光ファイバコネクタ
３０…ヘテロコア部
３０ａ…光透過部材
４０…界面
Ｂ…ボタン
ＳＰ，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３…センサ部
Ｔ…端子
Ｗ…リーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受光して光の強度を計測する計測器に関する。また、本発明は、発光部、発光部からの光が通される光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサからの光を受光して光の強度を計測する計測器を有する計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、光ファイバに接続されたセンサ部に光を照射し、センサ部を通過した光を受光して光強度を計測する計測システムの模式構成図である。
【０００３】
例えば、発光部１は、不図示の電源に接続されたドライブ回路２及びＬＥＤ（発光ダイオード）またはＬＤ（レーザダイオード）などの光源３を有する。
ドライブ回路２の駆動により、光源３から光が発せられる。
【０００４】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、中途部にセンサ部ＳＰが設けられている。光センサ（２０ａ，２０ｂ）の光入射端及び光出射端に、それぞれ光ファイバコネクタ（２３ａ，２３ｂ）が設けられている。
【０００５】
発光部１の光源３からの光は、光ファイバコネクタ２３ａを介して光ファイバ２０ａへ入射され、センサ部ＳＰを通過して光ファイバ２０ｂを介して光ファイバコネクタ２３ｂから外部へ出射される。
【０００６】
計測器１００は、受光する光強度に応じて電気信号を生成するフォトダイオードなどの受光部１０１と、受光部１０１から電気信号を入力され、所定の増幅率に応じて電気信号を増幅するプリアンプ（増幅部）１０２と、プリアンプ１０２で増幅されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ（デジタル−アナログ変換部）１０３と、デジタル信号を入力され、デジタル信号に対して所定の信号処理を行い、外部に出力する演算部１０４とを有する。
【０００７】
光ファイバコネクタ２３ｂから外部へ出射された光は、受光部１０１で受光される。受光部１０１において、受光された光の強度に応じて電気信号が生成され、プリアンプ１０２へ出力される。
【０００８】
受光部１０１で生成された電気信号はプリアンプ１０２に入力され、設定された増幅率で増幅されてＡＤコンバータ１０３へ出力される。
【０００９】
プリアンプ１０２で増幅された電気信号はアナログ信号であり、ＡＤコンバータ１０３に入力されてアナログ信号からデジタル信号に変換され、演算部１０４に出力される。
【００１０】
ＡＤコンバータ１０３で得られたデジタル信号は演算部１０４に入力されて所定の信号処理が行われ、端子Ｔなどから外部に出力される。
【００１１】
ここで、上記のプリアンプ１０２における電気信号の増幅率は、ある値に固定されているか、もしくは、外部から手動で調節することが可能となっている。
【００１２】
上記のセンサ部ＳＰとしては、例えば特許文献１および特許文献２に記載されている、いわゆるヘテロコアを用いることができる。
ヘテロコア型のセンサ部はとしては、例えば、測定対象物の変位に応じてセンサ部近傍の光ファイバの曲率が変化し、光ファイバを伝導される光の伝送損失が変化するように設けられ、曲率を検知することで測定対象物の変位を測定する曲率検知型と、センサ部外周に存在する物質の屈折率を検知し、センサ部外周における液体の有無などを測定する液体検知型などの異なる種類のセンサ部が知られている。
【００１３】
例えば、光ファイバにより伝送される光がヘテロコアからなるセンサ部を通過する際に、上記のセンサ部近傍の光ファイバの曲率やセンサ部外周における液体の有無などに応じて伝送する光の強度に変化が生じる。即ち、光にセンサ信号が乗せられる。強度に変化が生じた光が受光部で受光されることで、伝送された光の強度変化が検知され、センサ部近傍の光ファイバの曲率やセンサ部外周における液体の有無などが識別される。
【００１４】
例えば、ヘテロコアからなるセンサ部で生じる損失の変化は、電圧として監視される。例えば、ヘテロコア部で３ｄＢの損失が生じた場合は、４Ｖであった電圧が２Ｖ（半分）になる。
【００１５】
上記の構成において、光ファイバ２０ｂの出力端部から出射される光が受光部１０１で受光されて生成される電気信号は、比較的微弱なため、上述のようにプリアンプによって増幅することが一般的に行われている。
【特許文献１】国際公開９７／４８９９４号パンフレット
【特許文献２】特開２００３−２１４９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記の計測システムにおいて、ドライブ回路内の抵抗値の変動などによるドライブ回路の個体差、光源自体の個体差、及び、環境温度の変動などによる抵抗値の変動などが存在する。このため、ドライブ回路によって駆動されるＬＥＤ及びＬＤなどの光源から出力される光の強度は、計測システムを構築するたびに、または、同一の計測システムであっても電源を入れるたびに、若干変動してしまう。
【００１７】
さらに、光ファイバと光ファイバコネクタとが接続される箇所は、同じ接続箇所であっても、光ファイバと光ファイバコネクタと接続しなおすたびに、接続損失が若干変動する。
【００１８】
さらに、ヘテロコア型のセンサ部自体にも個体差があり、センサ部毎に挿入損失が若干異なる。また、曲率検知型と液体検知型などの異なる種類のへテロコア型のセンサ部を接続した場合は、挿入損失が大きく異なってしまう。
【００１９】
以上の理由から、受光部に入射される光の強度は、計測システムを構築するたびに、同一の計測システムであっても電源を入れるたびに、あるいは、光ファイバと光ファイバコネクタと接続しなおすたびに、若干変動してしまう。
【００２０】
このため、プリアンプで増幅された得られた電圧がＡＤコンバータの入力電圧のフルスケールに達しない場合があり、このときはＡＤコンバータの性能を最大に使いきれないことになる。あるいは、ＡＤコンバータの入力電圧を超えてしまう場合があり、正常な数値が得られなくなってしまう。また、外部入力手段Ｃが設けられている場合には、プリアンプの増幅率を手動にて調節する場合もあるが、これは煩雑な手順であるので省略することが望まれている。
【００２１】
解決しようとする問題点は、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまうことから、常にＡＤコンバータの性能を最大に使い切るように、プリアンプが電気信号を増幅するように設定することが困難であったという点である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の計測器は、受光する光強度に応じて電気信号を生成する受光部と、前記受光部から前記電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて前記電気信号を増幅する増幅部と、前記増幅部で増幅されたアナログの前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、前記デジタル信号を入力され、前記デジタル信号に対して所定の信号処理を行う演算部と、前記増幅部において設定するべき増幅率を前記デジタル信号に応じて算出する増幅率算出部とを有し、前記増幅率算出部で算出された前記増幅率が前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００２３】
上記の本発明の計測器は、受光部と、増幅部と、アナログ−デジタル変換部と、演算部と、増幅率算出部とを有する。
受光部は、受光する光強度に応じて電気信号を生成する。
増幅部は、受光部から電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて電気信号を増幅する。
アナログ−デジタル変換部は、増幅部で増幅されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換する。
演算部は、デジタル信号を入力され、デジタル信号に対して所定の信号処理を行う。
増幅率算出部は、増幅部において設定するべき増幅率をデジタル信号に応じて算出する。
また、増幅率算出部で算出された増幅率が増幅部に入力されて増幅部の増幅率として設定される。
【００２４】
上記の本発明の計測器は、好適には、前記増幅率算出部においては、前記増幅部で増幅された前記電気信号が前記アナログ−デジタル変換部の入力可能範囲に見合う値となるように、前記増幅率が算出される。
【００２５】
上記の本発明の計測器は、好適には、前記増幅率算出部で算出されたデジタルの増幅率をアナログ数値に変換して前記増幅部に入力するデジタル−アナログ変換部をさらに有する。
【００２６】
上記の本発明の計測器は、好適には、前記計測器の電源投入時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００２７】
上記の本発明の計測器は、好適には、光の受光の開始時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００２８】
上記の本発明の計測器は、好適には、押圧されたときに増幅率算出設定開始信号を前記演算部に出力するボタンをさらに有し、前記増幅率算出設定開始信号が前記演算部に入力された時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００２９】
また、本発明の計測システムは、発光部と、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、中途部にセンサ部を有する光ファイバと、計測器を有し、前記計測器は受光する光強度に応じて電気信号を生成する受光部と、前記受光部から前記電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて前記電気信号を増幅する増幅部と、前記増幅部で増幅されたアナログの前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、前記デジタル信号を入力され、前記デジタル信号に対して所定の信号処理を行う演算部と、前記増幅部において設定するべき増幅率を前記デジタル信号に応じて算出する増幅率算出部とを有し、前記増幅率算出部で算出された前記増幅率が前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される。
【００３０】
上記の本発明の計測システムは、発光部と、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、中途部にセンサ部を有する光ファイバと、計測器を有する。
ここで、計測器は、上記の本発明の計測器である。
【００３１】
上記の本発明の計測システムは、好適には、複数個の前記センサ部が１本の前記光ファイバ上に直列に接続されている。
【００３２】
上記の本発明の計測システムは、好適には、前記センサ部が、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有する。
【００３３】
上記の本発明の計測システムは、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である。
【００３４】
上記の本発明の計測システムは、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の計測器は、受光部からの電気信号を所定の増幅率で増幅し、デジタル信号に変換し、得られたデジタル信号から、設定すべき増幅率を算出して、改めて増幅部の増幅率を設定しなおすので、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【００３６】
本発明の計測システムは、上記の本発明の計測器を組み込んで計測システムを構成しており、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、本発明の計測器及びそれを用いた計測システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係る計測器の模式構成図である。
計測器１０は、例えば、受光部１１と、プリアンプ（増幅部）１２と、ＡＤコンバータ（アナログ−デジタル変換部）１３と、演算部１４と、増幅率算出部１５と、ＤＡコンバータ（デジタル−アナログ変換部）１６とを有する。
【００３９】
受光部１１は、例えば、受光する光強度に応じて電気信号を生成し、フォトダイオードなどからなる。
プリアンプ１２は、例えば、受光部１１から電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて電気信号を増幅する。
ＡＤコンバータ１３は、例えば、プリアンプ１２で増幅されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換する。
演算部１４は、例えば、デジタル信号を入力され、デジタル信号に対して所定の信号処理を行う。
【００４０】
増幅率算出部１５は、例えば、プリアンプ１２において設定するべき増幅率を、上記のデジタル信号に応じて算出する。
例えば、増幅率算出部１５においては、プリアンプ１２で増幅された電気信号がＡＤコンバータ１３の入力可能範囲に見合う値となるように、さらにはプリアンプ１２で増幅されて得られた電圧がＡＤコンバータ１３の入力電圧のフルスケール相当となるように、増幅率が算出される。
【００４１】
ＤＡコンバータ１６は、例えば、増幅率算出部１５で算出されたデジタルの増幅率をアナログ数値に変換して、プリアンプ１２に入力する。
【００４２】
上記のようにして増幅率算出部で算出された増幅率が増幅部に入力されて増幅部の増幅率として設定される。
【００４３】
本実施形態の計測器の動作について説明する。
まず、例えば、外部からの光が受光部１１で受光されると、受光部１１において、受光された光の強度に応じて電気信号が生成され、プリアンプ１２へ出力される。
【００４４】
次に、例えば、受光部１１で生成された電気信号はプリアンプ１２に入力され、所定の増幅率で増幅されてＡＤコンバータ１３へ出力される。
【００４５】
次に、例えば、プリアンプ１２で増幅された電気信号はアナログ信号であり、ＡＤコンバータ１３に入力されてアナログ信号からデジタル信号に変換され、演算部１４に出力される。
【００４６】
次に、例えば、ＡＤコンバータ１３で得られたデジタル信号は演算部１４に入力される。
一方、例えば、ＡＤコンバータ１３で得られたデジタル信号は、演算部１４を介して増幅率算出部１５に入力される。増幅率算出部１５では、プリアンプ１２において設定するべき増幅率が、入力されたデジタル信号に応じて算出される。
例えば、プリアンプ１２で増幅された電気信号がＡＤコンバータ１３の入力可能範囲に見合う値となるように、さらにはプリアンプ１２で増幅されて得られた電圧がＡＤコンバータ１３の入力電圧のフルスケール相当となるように、増幅率が算出される。
【００４７】
次に、例えば、増幅率算出部１５で算出されたデジタルの増幅率は、ＤＡコンバータ１６においてアナログ数値に変換され、プリアンプ１２に入力される。
【００４８】
上記のようにして増幅率算出部１５で算出された増幅率がプリアンプ１２に入力されてプリアンプ１２の増幅率として設定される。
プリアンプ１２での以降の増幅は、新たに設定された増幅率によりなされる。
【００４９】
上記のように増幅率が設定された後で、ＡＤコンバータ１３からのデジタル信号に対して演算部１４において所定の信号処理が行われ、端子Ｔなどから外部に出力される。
【００５０】
本実施形態の計測器において、増幅率算出部１５における増幅率の算出とプリアンプ１２での設定は、例えば、計測器の電源投入時に、プリアンプ１２において設定するべき増幅率が増幅率算出部１５において算出され、プリアンプ１２に入力されてプリアンプ１２の増幅率として設定される。
【００５１】
あるいは、例えば、受光部１１での光の受光の開始時に、プリアンプ１２において設定するべき増幅率が増幅率算出部１５において算出され、プリアンプ１２に入力されてプリアンプ１２の増幅率として設定される。
【００５２】
あるいは、例えば、押圧されたときに増幅率算出設定開始信号を演算部１４に出力するボタンＢをさらに有しており、ボタンＢの入力によって増幅率算出設定開始信号が演算部１４に入力された時に、プリアンプ１２において設定するべき増幅率が増幅率算出部１５において算出され、プリアンプ１２に入力されてプリアンプ１２の増幅率として設定される。
【００５３】
増幅率の設定が上記の一回の算出工程で十分な値とならなかった場合には、上記の設定するべき増幅率を増幅率算出部１５において算出する工程を複数回繰り返して、プリアンプ１２で増幅された電気信号がＡＤコンバータ１３の入力可能範囲に見合う値となるまで、増幅率の算出が行われるようにしてもよい。
【００５４】
本実施形態の計測器は、受光部からの電気信号を所定の増幅率で増幅し、デジタル信号に変換し、得られたデジタル信号から、設定すべき増幅率を算出して、改めて増幅部の増幅率を設定しなおすので、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【００５５】
本実施形態の計測器によれば、自動的に、ＡＤコンバータの性能を最大に使い切ることができるようになる。または、ＡＤコンバータの性能が最大に使い切ることができるようになっていたプリアンプの増幅率調整という煩雑な作業を行わなくてよくなる。
【００５６】
従来例に係る計測器では、計測器の電源投入毎や、センサ接続毎に受光量（電圧）が変わるため、今までは電圧がフルスケールに達していない場合にはＡＤコンバータの性能を最大に使いきれない、または、ＡＤコンバータの入力電圧を超えてしまう場合があり、場合によっては、プリアンプの増幅率に対して手動で調節する場合もあり、操作が煩雑となっていた。
本実施形態の計測器では、自動的にプリアンプの増幅率を調整するため、ＡＤコンバータの性能を最大に使い切ることができるようになり、使いやすい。
【００５７】
例えば、本実施形態に係る計測器において、演算部１４と増幅率算出部１５は、コンピュータなどにおける一体化された演算部上に実現されてもよい。
【００５８】
第２実施形態
図２は、本実施形態に係る計測システムの模式構成図である。
本実施形態に係る計測システムは、光ファイバに接続されたセンサ部に光を照射し、センサ部を通過した光を受光して光強度を計測するシステムであり、例えば、発光部１と、コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、中途部にセンサ部ＳＰを有する光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）と、計測器１０を有する。
【００５９】
例えば、発光部１は、不図示の電源に接続されたドライブ回路２及びＬＥＤ（発光ダイオード）またはＬＤ（レーザダイオード）などの光源３を有する。
ドライブ回路２の駆動により、光源３から光が発せられる。
【００６０】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、中途部にセンサ部ＳＰが設けられている。光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の光入射端及び光出射端に、それぞれ光ファイバコネクタ（２３ａ，２３ｂ）が設けられている。
【００６１】
発光部１の光源３からの光は、光ファイバコネクタ２３ａを介して光ファイバ２０ａへ入射され、センサ部ＳＰを通過して光ファイバ２０ｂを介して光ファイバコネクタ２３ｂから外部へ出射される。
【００６２】
光ファイバコネクタ２３ｂを介して光ファイバ２０ｂの出射端から外部に出射された光は、計測器１０の受光部１１で受光される。
計測器１０の構成は、上記の通りであり、例えば、光ファイバにより伝送される光がセンサ部を通過する際に、光にセンサ信号が乗せられ、これが計測器１０で計測される。
【００６３】
図３（ａ）は、本実施形態のセンサ部ＳＰの一例を示す、センサ部近傍での斜視図であり、図３（ｂ）はセンサ部近傍での長手方向の断面図である。
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材であるセンサ部ＳＰは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部３０であり、コア３１と、その外周部に積層されたクラッド３２とを有する。
【００６４】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）としては、例えば、コア径９μｍ程度のシングルモードファイバ、あるいは例えばコア径５０μｍ程度のマルチモードファイバなどを用いることができる。
【００６５】
ヘテロコア部３０におけるコア３１の径ｂｌは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌより十分に小さく、例えばａｌ＝９μｍ、ｂｌ＝５μｍある。また、ヘテロコア部３０の長さｃｌは１ｍｍ〜数ｃｍであり、例えば１ｍｍ程度である。
【００６６】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）とセンサ部ＳＰを構成するヘテロコア部３０は、長手方向に直交する界面４０でコア同士が接合するように同軸に、例えば汎用化されている放電による融着などにより、接合されている。
【００６７】
図３（ａ）および（ｂ）に示す光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部にヘテロコア型のセンサ部ＳＰが接合されてなる構成において、ヘテロコア部３０におけるコア３１の径ｂｌと光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌとが界面４０で異なっており、このコア径の差に起因して光の一部のヘテロコア部３０のクラッド３２へのリークＷが発生する。
【００６８】
例えば、リークＷが小さくなるようにコア２１とコア３１の径の組み合わせを設定すると、大部分の光は再びコア２１に入射し、伝送される。コア２１とコア３１の径の組み合わせによっては、リークＷが大きくなり、伝送するセンサ光のロスも大きくなる。リークＷが小さくなれば、ロスも小さくなる。
ヘテロコア型のセンサ部において、リークＷの大きさ、即ちセンサ光のロス量は、センサ部近傍の光ファイバの屈曲の変化により鋭敏に変化する。
上記のような構成のセンサ部とすることで、例えば、測定対象物の変位に応じてセンサ部近傍の光ファイバの曲率が変化し、光ファイバを伝導される光の伝送損失が変化するように設けられ、曲率を検知することで測定対象物の変位を測定する計測システムとすることができる。
【００６９】
あるいは、例えば、上記のセンサ部ＳＰにおいて、ヘテロコア部３０におけるコア３１の径ｂｌと光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌとが界面４０で異なっており、このコア径の差に起因して光の一部がヘテロコア部３０のクラッド３２にリーク光Ｗとしてリークし、クラッド３２と外界との境界においてエバネッセント波を発生させ、これを外界に作用させることができる。エバネッセント波は、第１媒質中の光が第２媒質との境界で全反射したときなどに第２媒質中に生じる光波のように、境界面からの距離とともに指数関数的に減衰するエバネッセント（Ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ：次第に消える）な波であり、実質的にエネルギーを持たない光波のことである。エバネッセント波により外界との相互作用を受けた光は、再び光ファイバのコア２１に入射し、伝送される。
上記のような構成のセンサ部とすることで、例えば、センサ部外周に存在する物質の屈折率を検知し、センサ部外周における液体の有無などを測定する計測システムとすることができる。
【００７０】
センサ部ＳＰとしては、上記に記載の構成以外の構成を採用することも可能である。
図４（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る計測システムの他の例に係るセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
図４（ａ）では、センサ部ＳＰを構成する光透過部材であるヘテロコア部３０のコア３１の径ｂｌが、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌよりも大きな構成となっている。
図４（ｂ）では、センサ部ＳＰとして、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の屈折率あるいはクラッド２２の屈折率と同等の屈折率を持つ材料からなる、ヘテロコア部ではない光透過部材３０ａが光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に接合されてなる構成となっている。
【００７１】
本実施形態の計測システムは、第１実施形態に係る計測器を組み込んで計測システムを構成しており、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【００７２】
第３実施形態
図５は、本実施形態に係る計測システムの模式構成図である。
本実施形態においては、複数個のセンサ部が１本の光ファイバ上に直列に接続されている。図面上３個のセンサ部（ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３）が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ・・・２０ｘ）上に直列に接続されているが、これに限らず、４個以上のセンサ部を接続してもよい。
【００７３】
本実施形態の計測システムは、第１実施形態に係る計測器を組み込んで計測システムを構成しており、個体差や環境差などのために受光部に入射される光の強度が変わってしまっても、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
特に、複数個のセンサ部を接続した光ファイバは損失の総計が大きくなっており、このような光ファイバとセンサ部を１個のみ接続した光ファイバを適宜交換しながら計測するような場合でも、光ファイバを交換するごとに、自動的に、常にアナログ−デジタル変換部の性能を最大に使い切るように、増幅部が電気信号を増幅するように設定することできる。
【００７４】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、計測器を構成するＤＡコンバータは、デジタル入力可能な増幅器を用いている場合には、不要である。
また、演算部と増幅率算出部は、コンピュータなどにおける一体化された演算部上に実現されてもよい。
また、センサ部を直列に接続する個数に特に限定はない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の計測器及びこれを用いた計測システムは、ヘテロコア型センサ部を用いるための計測器及び計測システムに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は第１実施形態に係る計測器の模式構成図である。
【図２】図２は第２実施形態に係る計測器の模式構成図である。
【図３】図３（ａ）は第２実施形態のセンサ部ＳＰの一例を示す、センサ部近傍での斜視図であり、図３（ｂ）はセンサ部近傍での長手方向の断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態に係る計測システムの他の例に係るセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
【図５】図５は第３実施形態に係る計測システムの模式構成図である。
【図６】図６は従来零例に係る計測システムの模式構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…発光部
２…ドライブ回路
３…光源
１０…計測器
１１…受光部
１２…プリアンプ
１３…ＡＤコンバータ
１４…演算部
１５…増幅率算出部
１６…ＤＡコンバータ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，・・２０ｘ…光ファイバ
２１，３１…コア
２２，３２…クラッド
２３ａ，２３ｂ…光ファイバコネクタ
３０…ヘテロコア部
３０ａ…光透過部材
４０…界面
Ｂ…ボタン
ＳＰ，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３…センサ部
Ｔ…端子
Ｗ…リーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光する光強度に応じて電気信号を生成する受光部と、
前記受光部から前記電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて前記電気信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部で増幅されたアナログの前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、
前記デジタル信号を入力され、前記デジタル信号に対して所定の信号処理を行う演算部と、
前記増幅部において設定するべき増幅率を前記デジタル信号に応じて算出する増幅率算出部とを有し、
前記増幅率算出部で算出された前記増幅率が前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
計測器。
【請求項２】
前記増幅率算出部においては、前記増幅部で増幅された前記電気信号が前記アナログ−デジタル変換部の入力可能範囲に見合う値となるように、前記増幅率が算出される
請求項１に記載の計測器。
【請求項３】
前記増幅率算出部で算出されたデジタルの増幅率をアナログ数値に変換して前記増幅部に入力するデジタル−アナログ変換部をさらに有する
請求項１または２に記載の計測器。
【請求項４】
前記計測器の電源投入時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
請求項１〜３のいずれかに記載の計測器。
【請求項５】
光の受光の開始時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
請求項１〜３のいずれかに記載の計測器。
【請求項６】
押圧されたときに増幅率算出設定開始信号を前記演算部に出力するボタンをさらに有し、
前記増幅率算出設定開始信号が前記演算部に入力された時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
請求項１〜３のいずれかに記載の計測器。
【請求項７】
発光部と、
コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、中途部にセンサ部を有する光ファイバと、
計測器を有し、
前記計測器は、
受光する光強度に応じて電気信号を生成する受光部と、
前記受光部から前記電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて前記電気信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部で増幅されたアナログの前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、
前記デジタル信号を入力され、前記デジタル信号に対して所定の信号処理を行う演算部と、
前記増幅部において設定するべき増幅率を前記デジタル信号に応じて算出する増幅率算出部とを有し、
前記増幅率算出部で算出された前記増幅率が前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
計測システム。
【請求項８】
複数個の前記センサ部が１本の前記光ファイバ上に直列に接続されている
請求項７に記載の計測システム。
【請求項９】
前記センサ部が、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有する
請求項７または８に記載の計測システム。
【請求項１０】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である
請求項９に記載の計測システム。
【請求項１１】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である
請求項９に記載の計測システム。
【請求項１】
受光する光強度に応じて電気信号を生成する受光部と、
前記受光部から前記電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて前記電気信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部で増幅されたアナログの前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、
前記デジタル信号を入力され、前記デジタル信号に対して所定の信号処理を行う演算部と、
前記増幅部において設定するべき増幅率を前記デジタル信号に応じて算出する増幅率算出部とを有し、
前記増幅率算出部で算出された前記増幅率が前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
計測器。
【請求項２】
前記増幅率算出部においては、前記増幅部で増幅された前記電気信号が前記アナログ−デジタル変換部の入力可能範囲に見合う値となるように、前記増幅率が算出される
請求項１に記載の計測器。
【請求項３】
前記増幅率算出部で算出されたデジタルの増幅率をアナログ数値に変換して前記増幅部に入力するデジタル−アナログ変換部をさらに有する
請求項１または２に記載の計測器。
【請求項４】
前記計測器の電源投入時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
請求項１〜３のいずれかに記載の計測器。
【請求項５】
光の受光の開始時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
請求項１〜３のいずれかに記載の計測器。
【請求項６】
押圧されたときに増幅率算出設定開始信号を前記演算部に出力するボタンをさらに有し、
前記増幅率算出設定開始信号が前記演算部に入力された時に、前記増幅部において設定するべき増幅率が前記増幅率算出部において算出され、前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
請求項１〜３のいずれかに記載の計測器。
【請求項７】
発光部と、
コアおよびコアの外周に積層されたクラッドを備え、中途部にセンサ部を有する光ファイバと、
計測器を有し、
前記計測器は、
受光する光強度に応じて電気信号を生成する受光部と、
前記受光部から前記電気信号を入力され、外部から設定可能な所定の増幅率に応じて前記電気信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部で増幅されたアナログの前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、
前記デジタル信号を入力され、前記デジタル信号に対して所定の信号処理を行う演算部と、
前記増幅部において設定するべき増幅率を前記デジタル信号に応じて算出する増幅率算出部とを有し、
前記増幅率算出部で算出された前記増幅率が前記増幅部に入力されて前記増幅部の増幅率として設定される
計測システム。
【請求項８】
複数個の前記センサ部が１本の前記光ファイバ上に直列に接続されている
請求項７に記載の計測システム。
【請求項９】
前記センサ部が、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有する
請求項７または８に記載の計測システム。
【請求項１０】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である
請求項９に記載の計測システム。
【請求項１１】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である
請求項９に記載の計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６９５９２（Ｐ２０１１−１６９５９２Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４２９９６（Ｐ２００８−１４２９９６）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（５９８１２３１３８）学校法人 創価大学 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（５９８１２３１３８）学校法人 創価大学 (49)
【Ｆターム（参考）】
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