ＦＢＧセンサの多点計測方法および多点計測装置
【課題】１本の伝送路で複数本の光ファイバを使用する状況においても、光スイッチを用いることなく、複数本の光ファイバのＦＢＧセンサを計測可能なＦＢＧセンサの多点計測方法および装置を提供する。
【解決手段】ＦＢＧセンサの多点計測装置において、コアに回折格子を形成した光ファイバ４と、広帯域波長光源９と、この光源からの光のうち、光ファイバ４に入射する光の時間を制御する光源側光変調器１０と、この光変調器からの出射光を入射して、光ファイバ４の回折格子からの反射光を透過する時間を制御する検出側光変調器１２と、この光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して光ファイバ４からの信号を分離する波長移動量算出器１４と、この算出器の結果から被測定物の変形量を算出する温度・歪み算出器１５と、この被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部１６とを有する。
【解決手段】ＦＢＧセンサの多点計測装置において、コアに回折格子を形成した光ファイバ４と、広帯域波長光源９と、この光源からの光のうち、光ファイバ４に入射する光の時間を制御する光源側光変調器１０と、この光変調器からの出射光を入射して、光ファイバ４の回折格子からの反射光を透過する時間を制御する検出側光変調器１２と、この光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して光ファイバ４からの信号を分離する波長移動量算出器１４と、この算出器の結果から被測定物の変形量を算出する温度・歪み算出器１５と、この被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部１６とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＢＧセンサの多点計測技術に関し、特に、被測定物の変形を検出するＦＢＧセンサの多点計測方法および多点計測装置に関する。より詳細には、光反射波長が変化する複数のＦＢＧセンサを直列に挿入した光ファイバを複数本備え、時分割で多重化することにより、ファイバ光路を切り替えることなく検出できるＦＢＧセンサの多点計測方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバを用いて対象物の温度あるいは歪みを計測する手段として、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ、以下ＦＢＧと表記する）を用いるＦＢＧセンサ方式が提案されている。ＦＢＧセンサは、光ファイバのコアに一定の間隔で、屈折率の高い部分と、低い部分を周期的に繰り返して回折格子を形成したものである。
【０００３】
図１３を用いて、一般的なＦＢＧセンサの原理を説明する。（ａ）はＦＢＧセンサに入力する光信号の波長分布を示し、（ｂ）はＦＢＧセンサの断面図を示す。（ｃ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサで反射されて出力された光信号の波長分布を示し、（ｄ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサを透過した光信号の波長分布を示す。光ファイバ５００は、石英ガラスで形成された細い物質であるコア５０１を中心に配置し、その周囲を覆うグラッド５０２で構成されている。石英ガラスはもろいため、保護被膜５０３で周囲を被せる。コア５０１には、ピッチΛで長さＬの範囲で周期的な回折格子５０５が形成されている。この回折格子５０５は、図示しない方法によって、光ファイバのコア５０１に紫外光（たとえば波長２５０ｎｍ前後）の干渉縞を照射することで、コア５０１の屈折率の変化を周期的に変化させることで形成可能である。この回折格子５０５が形成された部分をＦＢＧセンサ５と称する。
【０００４】
ＦＢＧセンサ５の反射光５０７の波長は、コア５０１の屈折率や回折格子５０５の周期を変化させる物理量によって変化することになる。例えば、ＦＢＧセンサ５に熱変化が生じると、コア５０１に温度変化による屈折率の変動が発生し、回折格子５０５の周期が変動するため、反射光５０７の波長がシフトすることになる。この温度によるシフト量は、１．５μｍの波長帯域を使用した場合は、約１０ｐｍ／℃となる。また、ＦＢＧセンサ５に歪みが生じると、コア５０１に伸び縮みが発生するため、回折格子５０５の周期が変動する。この歪みによるシフト量は、約１．２ｐｍ／μεとなる。
【０００５】
ＦＢＧセンサを用いた多点歪み及び温度センサとして、例えば特許文献１に記載されている方法がある。本方式は、光ファイバに光反射波長が変化する複数のＦＢＧセンサを光ファイバ内に直列に挿入し、この光ファイバの一端から光信号を入射し、ＦＢＧセンサからの反射光量をＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）で測定すると共に、光ファイバ中からの後方散乱光をＯＴＤＲで測定することで、光ファイバの長手方向に沿った温度分布を求める。そして、この温度分布に基づき、各ＦＢＧセンサの温度依存による反射光量変化分を補正し、この補正された反射光量から各ＦＢＧセンサの正確な歪みを求める方式である。ＯＴＤＲとは、光ファイバに光パルスを入射して、後方散乱光の位置と強度を測定し、光ファイバ内の損失状態や場所を測定するものである。その距離分解能は、一般的に数十センチ程度である。複数本の光ファイバを使用する場合、切り替え用光スイッチを用いて切り替え、１台の測定器で行うことができる。なお、切り替え用光スイッチの能力に応じて光ファイバの本数を増やすことができるとしている。
【０００６】
また、回転体に複数のＦＢＧセンサを設置する方法として、例えば特許文献２に記載されたものがある。本方式は、回転体に設置したＦＢＧセンサの光信号を外部に設置した受信部に非接触で伝送する方式である。光伝送する光軸は回転中心である場合、１本の伝送路しか伝送できないため、回転体内に設置するＦＢＧセンサが複数本の場合は、切り替え用光スイッチを用いて光ファイバを切り替えて対応するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４１９２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２３１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されている測定方法では、ＯＴＤＲ方式であるため、距離分解能が数十センチ程度と悪く、近接した場所での計測が出来ないため、特定場所の計測が出来ない。また、複数本の光ファイバで計測する場合は、光スイッチで切り替える必要があるため、同時に複数個所の計測は不可能である。この方式で、複数個所を同時に計測する場合は、光ファイバと同数の計測器が必要となり、装置が大型化し、計測器の連携が必要となる。また、複数の計測器を使用することから、計測器毎の感度が異なるといった、信頼性の低下も考えられる。
【０００９】
また、上述した特許文献２に記載されている測定方法では、回転系と固定系を分離しなければいけないため、光ファイバでの接続は出来ない。そのため、回転系と固定系の接続する伝送路は、必ず１系統であるため、複数本の光ファイバを接続できない。この特許文献２に記載されている方式では、複数本の光ファイバを使用する場合の手段として、回転系側に光スイッチを設け、測定場所に応じて光スイッチで切り替えて対応しようとしている。
【００１０】
また、前記特許文献１および２に記載はないが、複数本の光ファイバを接続する方式として、光ファイバカプラを用いることが可能である。しかしながら、光ファイバカプラは単純に１本を複数本に分配する機能のみであるため、例えば同じ反射波長で作成したＦＢＧセンサを有した光ファイバを複数本接続した場合、検出器には、複数本が重なった波長が検出されてしまう。そのため、特定の光ファイバを分離することが出来なくなり、正確な計測が出来なくなる。
【００１１】
そこで、複数本の光ファイバのＦＢＧセンサの反射波長を変えたものを使用すれば、波長の重なりは回避できる。しかし、検出器側では反射波長がすべて検出されてしまい、波長が合成される。そのため、ＦＢＧセンサに変化がない状態では、それぞれの光ファイバの波長は特定できるが、特定のＦＢＧセンサに温度あるいは歪みが生じた場合、その部分の波長のみが変化するため、変化しないＦＢＧセンサの波長と重なる、あるいは、その波長を追い越してしまい、正確な波長変化を捉えることが出来なくなる。
【００１２】
そこで、本発明は上述の問題点を鑑みてなしたもので、その代表的な目的は、１本の伝送路で複数本の光ファイバを使用する状況においても、光スイッチを用いることなく、複数本の光ファイバのＦＢＧセンサを計測可能なＦＢＧセンサの多点計測方法および装置を提供するものである。
【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１５】
すなわち、代表的なＦＢＧセンサの多点計測方法は、第１のコアに回折格子を形成し、第１の遅延時間を持つ第１の遅延用ファイバを有した第１の光ファイバと、第２のコアに回折格子を形成し、第２の遅延時間を持つ第２の遅延用ファイバを有した第２の光ファイバとを有して、光源からの光を第１の光変調器で変調し、前記第１の光変調器で変調された光を前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとに入射し、前記第１の光ファイバの回折格子と前記第２の光ファイバの回折格子とからの反射光を第２の光変調器で変調し、 前記第２の光変調器で変調された反射光を光電変換素子で光電変換し、前記光電変換素子で光電変換された信号から波長を算出し、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとからの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測することを特徴とする。
【００１６】
また、代表的なＦＢＧセンサの多点計測装置は、コアに回折格子を形成した光ファイバと、光を発射する光源と、前記光源から発射された光のうち、前記光ファイバに入射する光の時間を制御する第１の光変調器と、前記第１の光変調器からの出射光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの回折格子からの反射光を透過する時間を制御する第２の光変調器と、前記第２の光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して前記光ファイバからの信号を分離する波長移動量算出器と、前記波長移動量算出器の結果から、被測定物の変形量を算出する演算器と、前記演算器で算出した前記被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
すなわち、代表的な効果は、複数本の光ファイバからの光信号を光スイッチで切り替えることなく、１本の伝送路で伝達することができ、さらに計測器が１台で複数本の光ファイバの検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置の構成の一例を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１に示した多点のＦＢＧセンサの一例を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１に示した多点のＦＢＧセンサによる計測前と計測時の一例を説明するための図である。
【図４】図１に示した光変調器（光源側光変調器、検出側光変調器）の動作タイミングの一例を説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は図４のタイミングで検出した受光素子における光ファイバ別の検出強度分布の一例を説明するための図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は図１に示したＦＢＧセンサから検出される検出波形の波長算出の一例を説明するための図である。
【図７】図１に示した表示部における表示画面の一例を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサを用いた多点計測装置の計測フローの一例を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２において、実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の第１の適用例（発電機のロータの計測）として、発電機の一例を説明するための概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３において、実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の第２の適用例（発電機のステータの計測）として、発電機の一例を説明するための概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４において、実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の第３の適用例（発電機のロータとステータの両方の計測）として、発電機の一例を説明するための概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５において、実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の第４の適用例（原子力発電設備）として、原子力発電設備の一例を説明するための概略図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は一般的なＦＢＧセンサの原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００２１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２２】
［本発明の実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係るＦＢＧセンサの多点計測方法（一例として、（）内に対応する構成要素の符号などを付記）は、第１のコアに回折格子を形成し、第１の遅延時間を持つ第１の遅延用ファイバを有した第１の光ファイバ（例えば４Ａ）と、第２のコアに回折格子を形成し、第２の遅延時間を持つ第２の遅延用ファイバを有した第２の光ファイバ（例えば４Ｂ）とを有して、光源からの光を第１の光変調器で変調し（Ｓ１２０４）、前記第１の光変調器で変調された光を前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとに入射し、前記第１の光ファイバの回折格子と前記第２の光ファイバの回折格子とからの反射光を第２の光変調器で変調し（Ｓ１２０５）、 前記第２の光変調器で変調された反射光を光電変換素子で光電変換し、前記光電変換素子で光電変換された信号から波長を算出し（Ｓ１２０７〜Ｓ１２０９）、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとからの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測する（Ｓ１２１０）ことを特徴とする。
【００２３】
より詳細には、ＦＢＧセンサの多点計測方法において、１本の光ファイバに反射波長を僅かに変えたＦＢＧセンサを直列に数珠繋ぎで形成した。この光ファイバは、計測器からＦＢＧセンサまでの長さが全て異なるものを複数本設置した。この複数本の光ファイバは、１本の出力となるように、光ファイバカプラで合成した。光源からの光を光源側光変調器により、光変調して特定のタイミングと時間を制御した光を出射するようにした。出射した光は、光サーキュレータを介し、光ファイバカプラに入射するようにした。光変調された光は、光ファイバカプラで各光ファイバに分配し、各光ファイバのＦＢＧセンサで反射するようにした。各光ファイバの反射信号は、再び光ファイバカプラで合成され、光サーキュレータで検出器側に導光されるようにした。導光された光は、検出側光変調器で、光源側光変調器のタイミングと時間に同期したタイミングと時間により検出器の受光素子で受光するようにした。受光した光は、電気信号に変換され、各ＦＢＧセンサに対応した波長として出力できるようにした。出力した波長は、光源側の光変調器と検出側の光変調器のタイミングにより、特定の光ファイバからの反射光として判断し、その波長移動量から温度あるいは歪み量を算出するようにした。算出した温度あるいは歪み量を光ファイバ毎に処理し、被測定物の変化に関する情報を表示するようにした。
【００２４】
また、本発明の実施の形態に係るＦＢＧセンサの多点計測装置（一例として、（）内に対応する構成要素の符号などを付記）は、コアに回折格子を形成した光ファイバ（４）と、光を発射する光源（９）と、前記光源から発射された光のうち、前記光ファイバに入射する光の時間を制御する第１の光変調器（１０）と、前記第１の光変調器からの出射光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの回折格子からの反射光を透過する時間を制御する第２の光変調器（１２）と、前記第２の光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して前記光ファイバからの信号を分離する波長移動量算出器（１４）と、前記波長移動量算出器の結果から、被測定物の変形量を算出する演算器（１５）と、前記演算器で算出した前記被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部（１６）とを有することを特徴とする。
【００２５】
より詳細には、ＦＢＧセンサの多点計測装置において、広帯域波長の光源からの光を光変調器で変調する光源側の光変調手段と、反射波長を僅かに変えたＦＢＧセンサを直列に形成し、計測器からＦＢＧセンサまでの光路長を変えた光ファイバの計測手段と、ＦＢＧセンサからの反射光を光変調器で変調する検出側の光変調手段と、この検出側の光変調器を透過した光のみを受光する光検出手段と、この光検出手段で得られた信号を波長に変換し、光ファイバ毎に波長を分離する演算手段と、この演算手段で算出した波長変化を、被測定物の温度あるいは歪みに変換する変換手段と、この変換手段の結果を表示する表示手段と、この情報を出力する出力手段とを備えて構成した。
【００２６】
上述した本発明の実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を、以下において図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法について、図１〜図８を用いて説明する。
【００２８】
＜ＦＢＧセンサの多点計測装置の構成＞
まず、図１を用いて、本実施の形態に係るＦＢＧセンサの多点計測装置の構成について説明する。図１は、このＦＢＧセンサの多点計測装置の構成の一例を示す図である。
【００２９】
本実施の形態のＦＢＧセンサの多点計測装置は、計測部１と、接続部２と、制御部３とで構成される。計測部１は、多点（多連）のＦＢＧセンサ５と遅延用ファイバ６とを形成した複数本（図１では３本の例を図示）の光ファイバ４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）と、光ファイバカプラ７とで構成される。
【００３０】
光ファイバ４Ａは、回折格子のピッチを僅かに変化させ、反射波長が異なるように複数個（図１では７個の例を図示）を直列に形成したＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇを有している。同様に、光ファイバ４Ｂ、４Ｃも、回折格子のピッチを僅かに変化させ、反射波長が異なるように複数個を直列に形成したＦＢＧセンサを有している。
【００３１】
ここで、図２および図３を用いて、前述した多点のＦＢＧセンサ５について説明する。図２は、多点のＦＢＧセンサ５の一例を説明するための図である。（ａ）は多点のＦＢＧセンサ５の正面図を示し、（ｂ）はＦＢＧセンサ５に入力する入力光５０６の光信号の波長特性を示し、（ｃ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサ５で反射されて出力された反射光５０７の光信号の波長特性を示す。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、光ファイバ４（例えば４Ａ（４Ｂ、４Ｃも同様））は、ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇまで直列に形成されている。ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇまでは、前述した図１３で示したように、回折格子５０５のピッチΛを僅かずつ変化させて、反射波長が僅かずつ変化するように形成する。図２（ｂ）において、横軸は波長、縦軸はＦＢＧセンサへの入力光５０６の光信号の強度を示す。光ファイバ４Ａに入力する入力光５０６の光信号は、波長λ１から波長λ２までの多波長の波長特性を有している。図２（ｃ）において、横軸は波長、縦軸はＦＢＧセンサからの反射光５０７の光信号の強度を示す。
【００３３】
入力光５０６は、各ＦＢＧセンサの回折格子Λのピッチに対応した波長で反射し、反射光５０７が出力される。ＦＢＧセンサ５Ａでは波長λＡ、ＦＢＧセンサ５Ｂでは波長λＢ、ＦＢＧセンサ５Ｃでは波長λＣ、ＦＢＧセンサ５Ｄでは波長λＤ、ＦＢＧセンサ５Ｅでは波長λＥ、ＦＢＧセンサ５Ｆでは波長λＦ、ＦＢＧセンサ５Ｇでは波長λＧのようになる。このように、１本の光ファイバ４Ａに波長を僅かに変えたＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇを数珠繋ぎに複数個形成することで、それぞれに対応した波長変化を検出することが可能である。しかしながら、例えば、隣接した波長λＡと波長λＢの波長差は、前述したように温度あるいは歪み量で変化する波長差よりも広い波長としなければ、変化するＦＢＧセンサ５Ａ、５Ｂとして特定が出来ない。そこで、本実施の形態においては、多点のＦＢＧセンサ５（５Ａ〜５Ｇ）と遅延用ファイバ６（６Ａ〜６Ｃ）とを形成した複数本の光ファイバ４（４Ａ〜４Ｃ）などを使用することで、後述するように、この課題を解決している。
【００３４】
図３は、多点のＦＢＧセンサ５による計測前と計測時の一例を説明するための図である。（ａ）は多点のＦＢＧセンサ５の正面図を示し、（ｂ）は計測前（通常状態）の入力した光信号のうちＦＢＧセンサ５で反射されて出力された反射光５０７の光信号の波長特性を示し、（ｃ）は計測時（一部に温度あるいは歪みが生じた場合）の入力した光信号のうちＦＢＧセンサ５で反射されて出力された反射光５０７の光信号の波長特性を示す。
【００３５】
図３（ａ）において、例えば、ＦＢＧセンサ５Ｂの位置にＴ１の温度９００が生じ、ＦＢＧセンサ５Ｇの位置にＴ２の温度９０１が生じたとする。図３（ｂ）は計測前の反射特性であり、それぞれの波長中心は、波長λＡから波長λＧである。計測時においては、図３（ｃ）のような結果となり、温度変化があるＦＢＧセンサ５Ｂでは、波長λＢが波長λＢ’となり、ＦＢＧセンサ５Ｇでは、波長λＧが波長λＧ’のように変化する。そのほかのＦＢＧセンサ５Ａ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆについての波長変化はない。温度Ｔ１においては、波長λＢ’―波長λＢで波長の変化を求め、それに１０ｐｍ／℃の温度特性で除算したものが温度変化量（Ｔ１＝（λＢ’―λＢ）／１０ｐｍ／℃）となる。温度Ｔ２においての温度変化量（Ｔ２＝（λＧ’―λＧ）／１０ｐｍ／℃）も同様である。
【００３６】
前述した図１に戻り、さらに本実施の形態のＦＢＧセンサの多点計測装置について説明する。図１において、光ファイバ４Ａには、反射波長が異なるように７個を直列に形成したＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇの制御部３側に、長さＬ１の遅延用ファイバ６Ａを設ける。光ファイバ４Ｂは、同様にＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇを有し、長さＬ２の遅延用ファイバ６Ｂを有している。光ファイバ４Ｃは、同様にＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇを有し、長さＬ３の遅延用ファイバ６Ｃを有している。遅延用ファイバ６の長さは、光ファイバ４における光速度を考慮し、光ファイバ４Ａと光ファイバ４Ｂが弁別可能な長さとする。また、それぞれの遅延用ファイバ６は、長さの差を均等にすれば、遅延時間が均等になるため、処理が簡単となる。当然、この長さを均等にしなくとも、同じ長さでなければ問題はない。
【００３７】
本実施の形態では、３本の光ファイバ４を用いたときの説明を行う。なお、光ファイバ４のＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇの反射波長はすべて同じでも、異なっていても構わない。また、ＦＢＧセンサ５の個数はもちろん７個に限定するものではなく、さらに光ファイバ４の本数も３本に限定するものではない。
【００３８】
計測部１の光ファイバカプラ７は、１本の伝送路を複数の光ファイバ４に分配するものであり、光ファイバ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを分配側に接続することで１本の伝送路に統合することができる。
【００３９】
接続部２は、接続部２と制御部３とを接続するための機構部であり、光伝送が可能なジョイント８で構成される。ジョイント８は、回転部８ａと固定部８ｂで構成されている。例えば、計測部１が回転体内に設置される場合、ジョイント８の回転部８ａは、計測部１と同時に回転できるように設置する。もちろん、計測部１が回転しない場合は、このジョイント８は接続不要となる構成で構わない。
【００４０】
制御部３は、広帯域波長光源９、光源側光変調器１０、光サーキュレータ１１、検出側光変調器１２、受光素子１３、蓄積部１３Ａ、波長移動量算出器１４、温度・歪み算出器１５、表示部１６、出力部１７、計測条件設定部１８、光変調器制御回路１９を備えている。
【００４１】
広帯域波長光源９は、光を発射する光源である。光源側光変調器１０は、広帯域波長光源９から発射された光を、光変調して特定のタイミングと時間を制御した光として出射するための光変調器である。光サーキュレータ１１は、光源側光変調器１０から出射された光を光ファイバカプラ７に入射すると共に、光ファイバカプラ７で合成された各光ファイバ４からの反射光を検出側光変調器１２に導光するためのサーキュレータである。
【００４２】
検出側光変調器１２は、光サーキュレータ１１で導光された光を、光源側光変調器１０のタイミングと時間に同期したタイミングと時間により制御した光として光変調するための光変調器である。受光素子１３は、検出側光変調器１２から受光した光を電気信号に変換するための光電変換素子である。蓄積部１３Ａは、受光素子１３は変換された電気信号を蓄積するための蓄積手段である。
【００４３】
波長移動量算出器１４は、受光素子１３で電気信号に変換され、蓄積部１３Ａに蓄積された信号を、各光ファイバ４毎に波長を分離し、各ＦＢＧセンサ５に対応した波長として出力できるようにするための演算手段である。温度・歪み算出器１５は、波長移動量算出器１４で算出された波長の移動量から温度あるいは歪み量を算出するための算出手段である。
【００４４】
表示部１６は、温度・歪み算出器１５での算出後の歪み、温度の測定結果の他、測定場所、検出波形の表示、波形中心の表示などを行うための表示手段である。出力部１７は、表示部１６によって表示された画面、測定結果、測定条件などを外部メモリや紙などに出力するための出力手段である。計測条件設定部１８は、表示部１６、出力部１７、光変調器制御回路１９などに接続され、測定に必要な条件、測定結果の判定条件を設定するための設定手段である。光変調器制御回路１９は、光源側光変調器１０と検出側光変調器１２のタイミングと時間を同期させるための制御手段である。
【００４５】
＜ＦＢＧセンサの多点計測装置の動作＞
次に、前述の図１に示した構成を備えたＦＢＧセンサの多点計測装置の動作について説明する。
【００４６】
まず、広帯域波長光源９からの光を光源側光変調器１０で光信号を変調し、透過した光を光サーキュレータ１１で光ファイバカプラ７に伝送する。この広帯域波長光源９には、例えばＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源のような幅広い波長帯域を有するものを使用する。または、掃印光源を使用しても同様の効果が得られる。
【００４７】
そして、光ファイバ４Ａ〜４ＣのＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇからの反射光は、再度、光ファイバカプラ７を透過して、光サーキュレータ１１に戻り、検出側光変調器１２に伝送される。さらに、検出側光変調器１２を透過した光は、受光素子１３で受光され、波長移動量算出器１４にて各ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇの中心波長を算出する。さらに、温度・歪み算出器１５にて、各光ファイバ４Ａ〜４Ｃの各ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇの温度・歪みを算出し、表示部１６にて結果を表示する。また、出力部１７により、所望の結果を出力する。
【００４８】
この際に、光源側光変調器１０と検出側光変調器１２は、光変調器制御回路１９により、動作時間とタイミングを制御する。また、計測条件設定部１８は、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの条件や、計測条件を入力し、光変調器制御回路１９、表示部１６、出力部１７の制御を行う。また、受光素子１３は、広帯域波長光源９にＡＳＥ光源を用いた場合は、光の波長を測定できる分光器を用いる。また、広帯域波長光源９に掃印光源を用いた場合は、フォトダイオードのような光出力を電気出力に変換可能な素子を使用する。
【００４９】
続いて、光ファイバ４Ａ〜４Ｃにおける光の速度と、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの長さによる遅延時間の関係を説明する。式１は、光ファイバ４Ａ〜４Ｃにおける光の速度である。
【００５０】
光の速度＝真空中光速度／光ファイバの屈折率・・・（式１）
ここで、真空中の光速度を２９９７９２４５８ｍ／ｓ、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの屈折率を１．４５とすると、式１により、光ファイバ４Ａ〜４Ｃにおける光の速度は、２０５３３７３００ｍ／ｓとなる。
【００５１】
次に、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの長さによる遅延時間を、式２に示す。
【００５２】
遅延時間＝光ファイバの長さ×２／光ファイバにおける光の速度・・・（式２）
ここで、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの長さを２０ｍとすると、式２より、遅延時間は１９４．８ｎｓとなる。
【００５３】
＜光変調器の動作タイミング＞
図４は、本実施の形態における光変調器（光源側光変調器１０、検出側光変調器１２）の動作タイミングの一例を説明するための図である。光源側光変調器１０と検出側光変調器１２の制御信号の一例を示す。ここで、図１に示した光ファイバ４Ａの遅延用ファイバ６Ａを２０ｍとし、光ファイバ４Ｂの遅延用ファイバ６Ｂを４０ｍとし、光ファイバ４Ｃの遅延用ファイバ６Ｃを６０ｍとする。なお、ＦＢＧセンサ５の全長は全て同じとする。この遅延用ファイバ６Ａの２０ｍでの遅延時間は、１９４．８ｎｓとなり、それぞれ加算される。この遅延時間の１９４．８ｎｓを時間Ｔとする。
【００５４】
まず、光変調器制御回路１９により、光源側光変調器１０に時間Ｔで広帯域波長光源９の光を透過し、時間４Ｔで再度、広帯域波長光源９の光を透過する信号２０で制御を行う。また、光変調器制御回路１９により、検出側光変調器１２に時間ＴでＦＢＧセンサ５からの反射光が透過するように３回制御する信号２１で制御を行う。この変調回数は、光ファイバ４の本数であり、本実施の形態では、光ファイバ４は３本であるため、３回の制御とする。
【００５５】
まず、最初にタイミング２２で透過した光は遅延時間Ｔ、次のタイミング２３で透過した光は遅延時間２Ｔ、次のタイミング２４で透過した光は遅延時間３Ｔとなる。すなわち、この遅延時間Ｔは、遅延用ファイバの長さ２０ｍに相当した時間であり、タイミング２２、２２ａでは、光ファイバ４Ａでの反射光を検出し、同様に、タイミング２３、２３ａでは、光ファイバ４Ｂでの反射光を検出し、タイミング２４、２４ａでは、光ファイバ４Ｃでの反射光を検出していることになる。光変調器制御回路１９には、計測条件設定部１８により光ファイバ４の条件、検出条件などの計測条件に則り、設定されるものである。このように、各光ファイバ４の遅延時間に応じた反射光からＦＢＧセンサ５の反射波長を算出することにより、各光ファイバ４Ａ〜４Ｃに作成した各ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇが重なることなく検出が可能である。
【００５６】
なお、光源側光変調器１０と検出側光変調器１２の制御は、変調器の遅れ時間を考慮して、遅延時間Ｔより若干短い時間で制御することが望ましい。また、光源側光変調器１０と検出側光変調器１２は、例えばＡＯ素子、ＥＯ素子、半導体光増幅器のように、入射した光を透過、遮断する時間をｎｓオーダで制御できるものを使用すれば良い。
【００５７】
＜光ファイバ別の強度分布＞
図５は、前述した図４のタイミングで検出した受光素子１３における光ファイバ４別の検出強度分布の一例を説明するための図である。（ａ）は検出側光変調器１２の動作信号を、（ｂ）は光ファイバ４Ａでの検出強度分布を、（ｃ）は光ファイバ４Ｂでの検出強度分布を、（ｄ）は光ファイバ４Ｃでの検出強度分布をそれぞれ示す。
【００５８】
図５（ａ）において、検出側光変調器１２の信号２１は図４と同じである。受光素子１３の検出信号は蓄積部１３Ａにより蓄積しているため、信号２１に応じて検出信号を合成すれば、光ファイバ毎の強度分布が作成できる。図５（ｂ）において、信号２１のタイミング２２とタイミング２２ａでの信号を合成すれば、光ファイバ４Ａでの信号強度２５になる。同様に、図５（ｃ）において、信号２１のタイミング２３とタイミング２３ａでの信号を合成すれば、光ファイバ４Ｂでの信号強度２６になる。図５（ｄ）において、信号２１のタイミング２４とタイミング２４ａでの信号を合成すれば、光ファイバ４Ｃでの信号強度２７になる。このように、検出側光変調器１２のタイミングで受光素子１３の受光タイミング毎に合成することで、各光ファイバ４Ａ〜４Ｃの強度分布の作成が可能となる。
【００５９】
＜検出波形の波長算出＞
図６は、ＦＢＧセンサ５から検出される検出波形の波長算出の一例を説明するための図である。（ａ）は受光素子１３で検出したＦＢＧセンサ５からの反射光の強度分布を、（ｂ）は（ａ）の波形に微分処理した波形の強度分布をそれぞれ示す。
【００６０】
図６（ａ）において、横軸は波長、縦軸はＦＢＧセンサ５からの反射光を検出した反射光検出出力（強度）である。受光素子１３で検出したＦＢＧセンサ５からの反射光の検出波形は波形２８となる。図６（ｂ）において、横軸は波長、縦軸は微分した反射光検出出力（強度）である。検出波形２８に微分処理を施すと微分波形２９となる。この微分波形２９の、ベースレベル３０と微分波形２９との交点３１を算出することで、検出波形２８の中心波長３２を算出することが可能となる。図１に示した波長移動量算出器１４において、波長の算出は、上述した方法で実行することが出来る。なお、検出波形２８の波長を求めるためには、他の方法であっても問題はない。この中心波長３２から測定点のＦＢＧセンサ５の波長移動量を求めて、温度・歪み算出器１５により、測定点の計測を行う。
【００６１】
＜表示部における表示画面＞
図７は、表示部１６における表示画面の一例を説明するための図である。表示画面３００は、ＦＢＧセンサ５の全波形表示部３０１、この全波形表示部３０１の拡大表示部３０２、測定場所表示部３０３、条件設定部３０４、測定結果表示部３０５、測定結果グラフ表示部３０６を備えている。
【００６２】
全波形表示部３０１では、枠３０７によって拡大する波形を選択可能である。拡大表示部３０２では、全波形表示部３０１で選択された枠３０７の波形を拡大する。この拡大表示部３０２では、枠３０８が設定可能であり、この枠３０８内で閾値３１０以上の波形を用いて図６に示した方式で波長を演算する。
【００６３】
測定場所表示部３０３では、測定場所を表示可能である。なお、図７では、光ファイバの本数は４本の例を示している。条件設定部３０４は、測定の開始３０４１、測定の停止３０４２、光ファイバの切り替え３０４３、条件設定である閾値設定３０４４、演算範囲設定３０４５、遅延用ファイバ長さ３０４６が設定可能である。
【００６４】
測定結果表示部３０５は、ＦＢＧセンサ５に対応する歪みと温度の計測結果を表示可能である。なお、図７では、ＦＢＧセンサ５の個数は１０個の例を示している。この例では、Ｎｏ．２のＦＢＧセンサの歪みが大きく、Ｎｏ．３のＦＢＧセンサの温度が高くなっている。測定結果グラフ表示部３０６は、測定結果表示部３０５で表示した歪み、温度の測定結果を時間的にグラフ化して表示するものである。
【００６５】
＜ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置の計測フロー＞
図８は、本実施の形態におけるＦＢＧセンサを用いた多点計測装置の計測フローの一例を説明するためのフローチャートである。
【００６６】
まず、ＦＢＧセンサ５（光ファイバ４）を被測定物にセットする（Ｓ１２０１）。次に、表示部１６の表示画面３００上で被測定物を計測するための検出条件のセットを行い（Ｓ１２０２）、計測を開始する（Ｓ１２０３）。
【００６７】
計測が開始すると、以降はソフトウェアによるプログラム処理により自動的に実行される。まず、広帯域波長光源９からの照明光を光源側光変調器１０で制御し（Ｓ１２０４）、照明光をＦＢＧセンサ５に照射し、その反射光を検出側光変調器１２で制御し（Ｓ１２０５）、受光素子１３で反射光を検出する（Ｓ１２０６）。
【００６８】
さらに、波長移動量算出器１４において、順に、１本目の光ファイバの波長を算出し（Ｓ１２０７）、２本目の光ファイバの波長を算出し（Ｓ１２０８）、３本目の光ファイバの波長を算出し（Ｓ１２０９）、そして、温度・歪み算出器１５で波長変化量から歪み量および温度を算出する（Ｓ１２１０）。
【００６９】
そして、これらの算出した結果を表示部１６の表示画面３００上に表示し（Ｓ１２１１）、また、算出結果を必要に応じて出力部１７で外部出力を行い（Ｓ１２１２）、測定を終了する。
【００７０】
＜本実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００７１】
ＦＢＧセンサの多点計測装置として、コアに回折格子を形成した光ファイバ４（４Ａ〜４Ｃ）と、広帯域波長光源９と、この光源からの光のうち、光ファイバ４に入射する光の時間を制御する光源側光変調器１０と、この光変調器からの出射光を入射して、光ファイバ４の回折格子からの反射光を透過する時間を制御する検出側光変調器１２と、この光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して光ファイバ４からの信号を分離する波長移動量算出器１４と、この算出器の結果から被測定物の変形量を算出する温度・歪み算出器１５と、この被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部１６などを有することで、１本の伝送路で複数本の光ファイバ４を使用する状況においても、光スイッチを用いることなく、複数本の光ファイバ４のＦＢＧセンサ５を計測可能である。言い換えれば、複数本の光ファイバ４からの光信号を光スイッチで切り替えることなく、１本の伝送路で伝達することができ、さらに計測器が１台で複数本の光ファイバ４の検出が可能となる。これにより、被測定物の変形による温度あるいは歪みを検出することができる。
【００７２】
より具体的には、光源側光変調器１０により、広帯域波長光源９からの光の透過時間を制御して、各光ファイバ４に入射する時間を制限することができる。また、検出側光変調器１２により、各光ファイバ４の回折格子からの反射光を、各光ファイバ４の各遅延用ファイバ６で生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限することができる。この結果、各光ファイバ４からの反射光を時間的に分離することができる。
【００７３】
また、ＦＢＧセンサの多点計測方法として、広帯域波長光源９からの光を光源側光変調器１０で変調し（Ｓ１２０４）、光ファイバ４（４Ａ〜４Ｃ）の回折格子からの反射光を検出側光変調器１２で変調し（Ｓ１２０５）、 検出側光変調器１２で変調された反射光を光電変換した信号から波長を算出し（Ｓ１２０７〜Ｓ１２０９）、各光ファイバ４からの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測する（Ｓ１２１０）ことで、前述した多点計測装置と同様に、１本の伝送路で複数本の光ファイバ４を使用する状況においても、光スイッチを用いることなく、複数本の光ファイバ４のＦＢＧセンサ５を計測可能である。言い換えれば、複数本の光ファイバ４からの光信号を光スイッチで切り替えることなく、１本の伝送路で伝達することができ、さらに計測器が１台で複数本の光ファイバ４の検出が可能となる。これにより、被測定物の変形による温度あるいは歪みを検出することができる。
【００７４】
［実施の形態２］
次に、前述した実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の適用例について、本実施の形態２、さらに後述する実施の形態３〜５において順に説明する。
【００７５】
本実施の形態では、第１の適用例として、ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、発電機のロータの計測に適用した場合を説明する。
【００７６】
図９は、発電機の一例を説明するための概略断面図である。発電機１０１は、ロータ１０２、ステータ１０４、ハウジング１０５などから構成される。タービン１００は、発電機１０１のロータ１０２に接続されている。ロータ１０２は、中心が中空構造１０３となっている。ステータ１０４は、ロータ１０２に対向配置されている。ロータ１０２とステータ１０４は、それぞれに導体（例えば銅線）で製作したコイルが図示しない方法で巻き付けられている。
【００７７】
回転体であるロータ１０２には、前記実施の形態１で説明した複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ４が固定されており、遅延用ファイバ６と光ファイバカプラ７はロータ１０２の中空構造１０３の部分に設置される。ジョイント８は、回転部８ａはロータ１０２に固定され、固定部８ｂはハウジング１０５に固定されており、光ファイバ４はロータ１０２と同時に回転できる構造となっている。ジョイント８の固定部８ｂは、接続用光ファイバ１０６によって制御部３に接続される。
【００７８】
ＦＢＧセンサ５、遅延用ファイバ６、光ファイバカプラ７、ジョイント８、制御部３の構成及び作用は、前記実施の形態１で説明したものと同様であり、図８で説明したようなフローに沿って温度または歪みが算出される。さらに、図２で説明したように、１本の光ファイバ４で複数個のＦＢＧセンサ５を使用すれば、ロータ１０２の多点での計測が可能である。
【００７９】
本実施の形態のように、ＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法を発電機１０１のロータ１０２に適用した場合においては、発電機１０１の試験時、あるいは定常運転時における発電機内部の歪み、温度計測が運転しながら可能となる。さらに、光ファイバ４による計測であるため、磁界の影響が皆無なため、発電機１０１の性能を劣化することがない。
【００８０】
［実施の形態３］
次に、本実施の形態では、第２の適用例として、ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、発電機のステータの計測に適用した場合を説明する。
【００８１】
図１０は、発電機の一例を説明するための概略断面図である。発電機１０１は、前述した図９と同様な構成である。静止系であるステータ１０４に、前記実施の形態１で説明した複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ４が固定されている。ステータ１０４は静止系であるため、ジョイント８は不要であり、遅延用ファイバ６を介して光ファイバカプラ７から直接、接続用光ファイバ１０６で制御部３に接続される。
【００８２】
ＦＢＧセンサ５、遅延用ファイバ６、光ファイバカプラ７、制御部３の構成及び作用は、前記実施の形態１で説明したものと同様であり、図８で説明したようなフローに沿って温度または歪みが算出される。さらに、図２で説明したように、１本の光ファイバ４で複数個のＦＢＧセンサ５を使用すれば、ステータ１０４の多点での計測が可能である。
【００８３】
本実施の形態のように、ＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法を発電機１０１のステータ１０４に適用した場合においても、発電機１０１の試験時、あるいは定常運転時における発電機内部の歪み、温度計測が運転しながら可能となる。さらに、光ファイバ４による計測であるため、磁界の影響が皆無なため、発電機１０１の性能を劣化することがない。
【００８４】
［実施の形態４］
次に、本実施の形態では、第３の適用例として、ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、発電機のロータとステータの両方の計測に適用した場合を説明する。
【００８５】
図１１は、発電機の一例を説明するための概略断面図である。発電機１０１は、前述した図９と図１０と同様な構成である。まず、ロータ１０２には、図９で説明した複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ４がジョイント８に接続されている。ステータ１０４には、図１０で説明した複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ４が光ファイバカプラ７に接続されている。さらに、ロータ１０２のジョイント８からの接続用光ファイバ１０７を光ファイバカプラ１０８に接続する。ステータ１０４側の光ファイバカプラ７の出力を光ファイバカプラ１０８に接続する。そして、光ファイバカプラ１０８の出力を接続用光ファイバ１０９により制御部３に接続する。
【００８６】
ＦＢＧセンサ５、遅延用ファイバ６、光ファイバカプラ７、制御部３の構成及び作用は、前記実施の形態１で説明したものと同様であり、図８で説明したようなフローに沿って温度または歪みが算出される。さらに、図２で説明したように、１本の光ファイバ４で複数個のＦＢＧセンサ５を使用すれば、ロータ１０２、ステータ１０４の多点での計測が可能である。
【００８７】
本実施の形態のように、ＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法を発電機１０１のロータ１０２とステータ１０４の両方に適用した場合においても、発電機１０１の試験時、あるいは定常運転時における発電機内部の歪み、温度計測が運転しながら可能となる。さらに、光ファイバ４による計測であるため、磁界の影響が皆無なため、発電機１０１の性能を劣化することがない。
【００８８】
［実施の形態５］
次に、本実施の形態では、第４の適用例として、ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、原子力発電設備に適用した場合を説明する。
【００８９】
図１２は、原子力発電設備の一例を説明するための概略図である。原子力発電設備は、原子炉１５０、冷却装置１５１、タービン１６０、発電機１６１などから構成される。原子炉１５０によりタービン１６０を回転し、タービン１６０に接続した発電機１６１により発電可能である。原子炉１５０、タービン１６０、冷却装置１５１はそれぞれ冷却配管１５２で接続されている。
【００９０】
冷却配管計測用の複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ１５３は、冷却配管１５２の周囲に巻き付けられている。設備計測用の複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ１５４は、原子炉１５０の建屋周辺に張り巡らし、同様にＦＢＧセンサ５の部分を固定する。各ＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ１５３、１５４は、光ファイバカプラ１５５に接続され、制御部３に接続される。
【００９１】
ＦＢＧセンサ５、光ファイバカプラ１５５、制御部３の構成及び作用は、前記実施の形態１で説明したものと同様であり、図８で説明したようなフローに沿って歪み量及び温度が算出される。さらに、図９〜図１１と同様に冷却配管計測用の光ファイバ１５３、設備計測用の光ファイバ１５４は複数個のＦＢＧセンサ５を有したものを使用すると、多点で同時観察が可能となる。
【００９２】
本実施の形態のように、ＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法を原子力発電設備に適用した場合においては、原子炉１５０の建屋の変形や異常温度上昇などのヘルスモニター、冷却配管１５２の異常温度上昇、異常歪みが計測可能となり、設備全体の安全監視が可能となる効果も奏する。
【００９３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明のＦＢＧセンサの多点計測技術は、光反射波長が変化する複数のＦＢＧセンサを直列に挿入した光ファイバを複数本備え、時分割で多重化することにより、ファイバ光路を切り替えることなく検出できるＦＢＧセンサの多点計測方法および装置に利用可能である。例えば、発電機のロータやステータ、原子力発電設備などに適用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１…計測部、２…接続部、３…制御部、
４（４Ａ〜４Ｃ）…光ファイバ、５（５Ａ〜５Ｇ）…ＦＢＧセンサ、６（６Ａ〜６Ｃ）…遅延用ファイバ、７…光ファイバカプラ、
８…ジョイント、８ａ…回転部、８ｂ…固定部、
９…広帯域波長光源、１０…光源側光変調器、１１…光サーキュレータ、１２…検出側光変調器、１３…受光素子、１３Ａ…蓄積部、１４…波長移動量算出器、１５…温度・歪み算出器、１６…表示部、１７…出力部、１８…計測条件設定部、１９…光変調器制御回路、
１００…タービン、１０１…発電機、１０２…ロータ、１０３…中空構造、１０４…ステータ、１０５…ハウジング、１０６…接続用光ファイバ、１０７…接続用光ファイバ、１０８…光ファイバカプラ、１０９…接続用光ファイバ、
１５０…原子炉、１５１…冷却装置、１５２…冷却配管、１５３…光ファイバ、１５４…光ファイバ、１５５…光ファイバカプラ、１６０…タービン、１６１…発電機。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＢＧセンサの多点計測技術に関し、特に、被測定物の変形を検出するＦＢＧセンサの多点計測方法および多点計測装置に関する。より詳細には、光反射波長が変化する複数のＦＢＧセンサを直列に挿入した光ファイバを複数本備え、時分割で多重化することにより、ファイバ光路を切り替えることなく検出できるＦＢＧセンサの多点計測方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバを用いて対象物の温度あるいは歪みを計測する手段として、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ、以下ＦＢＧと表記する）を用いるＦＢＧセンサ方式が提案されている。ＦＢＧセンサは、光ファイバのコアに一定の間隔で、屈折率の高い部分と、低い部分を周期的に繰り返して回折格子を形成したものである。
【０００３】
図１３を用いて、一般的なＦＢＧセンサの原理を説明する。（ａ）はＦＢＧセンサに入力する光信号の波長分布を示し、（ｂ）はＦＢＧセンサの断面図を示す。（ｃ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサで反射されて出力された光信号の波長分布を示し、（ｄ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサを透過した光信号の波長分布を示す。光ファイバ５００は、石英ガラスで形成された細い物質であるコア５０１を中心に配置し、その周囲を覆うグラッド５０２で構成されている。石英ガラスはもろいため、保護被膜５０３で周囲を被せる。コア５０１には、ピッチΛで長さＬの範囲で周期的な回折格子５０５が形成されている。この回折格子５０５は、図示しない方法によって、光ファイバのコア５０１に紫外光（たとえば波長２５０ｎｍ前後）の干渉縞を照射することで、コア５０１の屈折率の変化を周期的に変化させることで形成可能である。この回折格子５０５が形成された部分をＦＢＧセンサ５と称する。
【０００４】
ＦＢＧセンサ５の反射光５０７の波長は、コア５０１の屈折率や回折格子５０５の周期を変化させる物理量によって変化することになる。例えば、ＦＢＧセンサ５に熱変化が生じると、コア５０１に温度変化による屈折率の変動が発生し、回折格子５０５の周期が変動するため、反射光５０７の波長がシフトすることになる。この温度によるシフト量は、１．５μｍの波長帯域を使用した場合は、約１０ｐｍ／℃となる。また、ＦＢＧセンサ５に歪みが生じると、コア５０１に伸び縮みが発生するため、回折格子５０５の周期が変動する。この歪みによるシフト量は、約１．２ｐｍ／μεとなる。
【０００５】
ＦＢＧセンサを用いた多点歪み及び温度センサとして、例えば特許文献１に記載されている方法がある。本方式は、光ファイバに光反射波長が変化する複数のＦＢＧセンサを光ファイバ内に直列に挿入し、この光ファイバの一端から光信号を入射し、ＦＢＧセンサからの反射光量をＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）で測定すると共に、光ファイバ中からの後方散乱光をＯＴＤＲで測定することで、光ファイバの長手方向に沿った温度分布を求める。そして、この温度分布に基づき、各ＦＢＧセンサの温度依存による反射光量変化分を補正し、この補正された反射光量から各ＦＢＧセンサの正確な歪みを求める方式である。ＯＴＤＲとは、光ファイバに光パルスを入射して、後方散乱光の位置と強度を測定し、光ファイバ内の損失状態や場所を測定するものである。その距離分解能は、一般的に数十センチ程度である。複数本の光ファイバを使用する場合、切り替え用光スイッチを用いて切り替え、１台の測定器で行うことができる。なお、切り替え用光スイッチの能力に応じて光ファイバの本数を増やすことができるとしている。
【０００６】
また、回転体に複数のＦＢＧセンサを設置する方法として、例えば特許文献２に記載されたものがある。本方式は、回転体に設置したＦＢＧセンサの光信号を外部に設置した受信部に非接触で伝送する方式である。光伝送する光軸は回転中心である場合、１本の伝送路しか伝送できないため、回転体内に設置するＦＢＧセンサが複数本の場合は、切り替え用光スイッチを用いて光ファイバを切り替えて対応するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４１９２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２３１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されている測定方法では、ＯＴＤＲ方式であるため、距離分解能が数十センチ程度と悪く、近接した場所での計測が出来ないため、特定場所の計測が出来ない。また、複数本の光ファイバで計測する場合は、光スイッチで切り替える必要があるため、同時に複数個所の計測は不可能である。この方式で、複数個所を同時に計測する場合は、光ファイバと同数の計測器が必要となり、装置が大型化し、計測器の連携が必要となる。また、複数の計測器を使用することから、計測器毎の感度が異なるといった、信頼性の低下も考えられる。
【０００９】
また、上述した特許文献２に記載されている測定方法では、回転系と固定系を分離しなければいけないため、光ファイバでの接続は出来ない。そのため、回転系と固定系の接続する伝送路は、必ず１系統であるため、複数本の光ファイバを接続できない。この特許文献２に記載されている方式では、複数本の光ファイバを使用する場合の手段として、回転系側に光スイッチを設け、測定場所に応じて光スイッチで切り替えて対応しようとしている。
【００１０】
また、前記特許文献１および２に記載はないが、複数本の光ファイバを接続する方式として、光ファイバカプラを用いることが可能である。しかしながら、光ファイバカプラは単純に１本を複数本に分配する機能のみであるため、例えば同じ反射波長で作成したＦＢＧセンサを有した光ファイバを複数本接続した場合、検出器には、複数本が重なった波長が検出されてしまう。そのため、特定の光ファイバを分離することが出来なくなり、正確な計測が出来なくなる。
【００１１】
そこで、複数本の光ファイバのＦＢＧセンサの反射波長を変えたものを使用すれば、波長の重なりは回避できる。しかし、検出器側では反射波長がすべて検出されてしまい、波長が合成される。そのため、ＦＢＧセンサに変化がない状態では、それぞれの光ファイバの波長は特定できるが、特定のＦＢＧセンサに温度あるいは歪みが生じた場合、その部分の波長のみが変化するため、変化しないＦＢＧセンサの波長と重なる、あるいは、その波長を追い越してしまい、正確な波長変化を捉えることが出来なくなる。
【００１２】
そこで、本発明は上述の問題点を鑑みてなしたもので、その代表的な目的は、１本の伝送路で複数本の光ファイバを使用する状況においても、光スイッチを用いることなく、複数本の光ファイバのＦＢＧセンサを計測可能なＦＢＧセンサの多点計測方法および装置を提供するものである。
【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１５】
すなわち、代表的なＦＢＧセンサの多点計測方法は、第１のコアに回折格子を形成し、第１の遅延時間を持つ第１の遅延用ファイバを有した第１の光ファイバと、第２のコアに回折格子を形成し、第２の遅延時間を持つ第２の遅延用ファイバを有した第２の光ファイバとを有して、光源からの光を第１の光変調器で変調し、前記第１の光変調器で変調された光を前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとに入射し、前記第１の光ファイバの回折格子と前記第２の光ファイバの回折格子とからの反射光を第２の光変調器で変調し、 前記第２の光変調器で変調された反射光を光電変換素子で光電変換し、前記光電変換素子で光電変換された信号から波長を算出し、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとからの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測することを特徴とする。
【００１６】
また、代表的なＦＢＧセンサの多点計測装置は、コアに回折格子を形成した光ファイバと、光を発射する光源と、前記光源から発射された光のうち、前記光ファイバに入射する光の時間を制御する第１の光変調器と、前記第１の光変調器からの出射光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの回折格子からの反射光を透過する時間を制御する第２の光変調器と、前記第２の光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して前記光ファイバからの信号を分離する波長移動量算出器と、前記波長移動量算出器の結果から、被測定物の変形量を算出する演算器と、前記演算器で算出した前記被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
すなわち、代表的な効果は、複数本の光ファイバからの光信号を光スイッチで切り替えることなく、１本の伝送路で伝達することができ、さらに計測器が１台で複数本の光ファイバの検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置の構成の一例を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１に示した多点のＦＢＧセンサの一例を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１に示した多点のＦＢＧセンサによる計測前と計測時の一例を説明するための図である。
【図４】図１に示した光変調器（光源側光変調器、検出側光変調器）の動作タイミングの一例を説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は図４のタイミングで検出した受光素子における光ファイバ別の検出強度分布の一例を説明するための図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は図１に示したＦＢＧセンサから検出される検出波形の波長算出の一例を説明するための図である。
【図７】図１に示した表示部における表示画面の一例を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサを用いた多点計測装置の計測フローの一例を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２において、実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の第１の適用例（発電機のロータの計測）として、発電機の一例を説明するための概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３において、実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の第２の適用例（発電機のステータの計測）として、発電機の一例を説明するための概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４において、実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の第３の適用例（発電機のロータとステータの両方の計測）として、発電機の一例を説明するための概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５において、実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の第４の適用例（原子力発電設備）として、原子力発電設備の一例を説明するための概略図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は一般的なＦＢＧセンサの原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００２１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２２】
［本発明の実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係るＦＢＧセンサの多点計測方法（一例として、（）内に対応する構成要素の符号などを付記）は、第１のコアに回折格子を形成し、第１の遅延時間を持つ第１の遅延用ファイバを有した第１の光ファイバ（例えば４Ａ）と、第２のコアに回折格子を形成し、第２の遅延時間を持つ第２の遅延用ファイバを有した第２の光ファイバ（例えば４Ｂ）とを有して、光源からの光を第１の光変調器で変調し（Ｓ１２０４）、前記第１の光変調器で変調された光を前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとに入射し、前記第１の光ファイバの回折格子と前記第２の光ファイバの回折格子とからの反射光を第２の光変調器で変調し（Ｓ１２０５）、 前記第２の光変調器で変調された反射光を光電変換素子で光電変換し、前記光電変換素子で光電変換された信号から波長を算出し（Ｓ１２０７〜Ｓ１２０９）、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとからの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測する（Ｓ１２１０）ことを特徴とする。
【００２３】
より詳細には、ＦＢＧセンサの多点計測方法において、１本の光ファイバに反射波長を僅かに変えたＦＢＧセンサを直列に数珠繋ぎで形成した。この光ファイバは、計測器からＦＢＧセンサまでの長さが全て異なるものを複数本設置した。この複数本の光ファイバは、１本の出力となるように、光ファイバカプラで合成した。光源からの光を光源側光変調器により、光変調して特定のタイミングと時間を制御した光を出射するようにした。出射した光は、光サーキュレータを介し、光ファイバカプラに入射するようにした。光変調された光は、光ファイバカプラで各光ファイバに分配し、各光ファイバのＦＢＧセンサで反射するようにした。各光ファイバの反射信号は、再び光ファイバカプラで合成され、光サーキュレータで検出器側に導光されるようにした。導光された光は、検出側光変調器で、光源側光変調器のタイミングと時間に同期したタイミングと時間により検出器の受光素子で受光するようにした。受光した光は、電気信号に変換され、各ＦＢＧセンサに対応した波長として出力できるようにした。出力した波長は、光源側の光変調器と検出側の光変調器のタイミングにより、特定の光ファイバからの反射光として判断し、その波長移動量から温度あるいは歪み量を算出するようにした。算出した温度あるいは歪み量を光ファイバ毎に処理し、被測定物の変化に関する情報を表示するようにした。
【００２４】
また、本発明の実施の形態に係るＦＢＧセンサの多点計測装置（一例として、（）内に対応する構成要素の符号などを付記）は、コアに回折格子を形成した光ファイバ（４）と、光を発射する光源（９）と、前記光源から発射された光のうち、前記光ファイバに入射する光の時間を制御する第１の光変調器（１０）と、前記第１の光変調器からの出射光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの回折格子からの反射光を透過する時間を制御する第２の光変調器（１２）と、前記第２の光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して前記光ファイバからの信号を分離する波長移動量算出器（１４）と、前記波長移動量算出器の結果から、被測定物の変形量を算出する演算器（１５）と、前記演算器で算出した前記被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部（１６）とを有することを特徴とする。
【００２５】
より詳細には、ＦＢＧセンサの多点計測装置において、広帯域波長の光源からの光を光変調器で変調する光源側の光変調手段と、反射波長を僅かに変えたＦＢＧセンサを直列に形成し、計測器からＦＢＧセンサまでの光路長を変えた光ファイバの計測手段と、ＦＢＧセンサからの反射光を光変調器で変調する検出側の光変調手段と、この検出側の光変調器を透過した光のみを受光する光検出手段と、この光検出手段で得られた信号を波長に変換し、光ファイバ毎に波長を分離する演算手段と、この演算手段で算出した波長変化を、被測定物の温度あるいは歪みに変換する変換手段と、この変換手段の結果を表示する表示手段と、この情報を出力する出力手段とを備えて構成した。
【００２６】
上述した本発明の実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を、以下において図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法について、図１〜図８を用いて説明する。
【００２８】
＜ＦＢＧセンサの多点計測装置の構成＞
まず、図１を用いて、本実施の形態に係るＦＢＧセンサの多点計測装置の構成について説明する。図１は、このＦＢＧセンサの多点計測装置の構成の一例を示す図である。
【００２９】
本実施の形態のＦＢＧセンサの多点計測装置は、計測部１と、接続部２と、制御部３とで構成される。計測部１は、多点（多連）のＦＢＧセンサ５と遅延用ファイバ６とを形成した複数本（図１では３本の例を図示）の光ファイバ４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）と、光ファイバカプラ７とで構成される。
【００３０】
光ファイバ４Ａは、回折格子のピッチを僅かに変化させ、反射波長が異なるように複数個（図１では７個の例を図示）を直列に形成したＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇを有している。同様に、光ファイバ４Ｂ、４Ｃも、回折格子のピッチを僅かに変化させ、反射波長が異なるように複数個を直列に形成したＦＢＧセンサを有している。
【００３１】
ここで、図２および図３を用いて、前述した多点のＦＢＧセンサ５について説明する。図２は、多点のＦＢＧセンサ５の一例を説明するための図である。（ａ）は多点のＦＢＧセンサ５の正面図を示し、（ｂ）はＦＢＧセンサ５に入力する入力光５０６の光信号の波長特性を示し、（ｃ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサ５で反射されて出力された反射光５０７の光信号の波長特性を示す。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、光ファイバ４（例えば４Ａ（４Ｂ、４Ｃも同様））は、ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇまで直列に形成されている。ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇまでは、前述した図１３で示したように、回折格子５０５のピッチΛを僅かずつ変化させて、反射波長が僅かずつ変化するように形成する。図２（ｂ）において、横軸は波長、縦軸はＦＢＧセンサへの入力光５０６の光信号の強度を示す。光ファイバ４Ａに入力する入力光５０６の光信号は、波長λ１から波長λ２までの多波長の波長特性を有している。図２（ｃ）において、横軸は波長、縦軸はＦＢＧセンサからの反射光５０７の光信号の強度を示す。
【００３３】
入力光５０６は、各ＦＢＧセンサの回折格子Λのピッチに対応した波長で反射し、反射光５０７が出力される。ＦＢＧセンサ５Ａでは波長λＡ、ＦＢＧセンサ５Ｂでは波長λＢ、ＦＢＧセンサ５Ｃでは波長λＣ、ＦＢＧセンサ５Ｄでは波長λＤ、ＦＢＧセンサ５Ｅでは波長λＥ、ＦＢＧセンサ５Ｆでは波長λＦ、ＦＢＧセンサ５Ｇでは波長λＧのようになる。このように、１本の光ファイバ４Ａに波長を僅かに変えたＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇを数珠繋ぎに複数個形成することで、それぞれに対応した波長変化を検出することが可能である。しかしながら、例えば、隣接した波長λＡと波長λＢの波長差は、前述したように温度あるいは歪み量で変化する波長差よりも広い波長としなければ、変化するＦＢＧセンサ５Ａ、５Ｂとして特定が出来ない。そこで、本実施の形態においては、多点のＦＢＧセンサ５（５Ａ〜５Ｇ）と遅延用ファイバ６（６Ａ〜６Ｃ）とを形成した複数本の光ファイバ４（４Ａ〜４Ｃ）などを使用することで、後述するように、この課題を解決している。
【００３４】
図３は、多点のＦＢＧセンサ５による計測前と計測時の一例を説明するための図である。（ａ）は多点のＦＢＧセンサ５の正面図を示し、（ｂ）は計測前（通常状態）の入力した光信号のうちＦＢＧセンサ５で反射されて出力された反射光５０７の光信号の波長特性を示し、（ｃ）は計測時（一部に温度あるいは歪みが生じた場合）の入力した光信号のうちＦＢＧセンサ５で反射されて出力された反射光５０７の光信号の波長特性を示す。
【００３５】
図３（ａ）において、例えば、ＦＢＧセンサ５Ｂの位置にＴ１の温度９００が生じ、ＦＢＧセンサ５Ｇの位置にＴ２の温度９０１が生じたとする。図３（ｂ）は計測前の反射特性であり、それぞれの波長中心は、波長λＡから波長λＧである。計測時においては、図３（ｃ）のような結果となり、温度変化があるＦＢＧセンサ５Ｂでは、波長λＢが波長λＢ’となり、ＦＢＧセンサ５Ｇでは、波長λＧが波長λＧ’のように変化する。そのほかのＦＢＧセンサ５Ａ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆについての波長変化はない。温度Ｔ１においては、波長λＢ’―波長λＢで波長の変化を求め、それに１０ｐｍ／℃の温度特性で除算したものが温度変化量（Ｔ１＝（λＢ’―λＢ）／１０ｐｍ／℃）となる。温度Ｔ２においての温度変化量（Ｔ２＝（λＧ’―λＧ）／１０ｐｍ／℃）も同様である。
【００３６】
前述した図１に戻り、さらに本実施の形態のＦＢＧセンサの多点計測装置について説明する。図１において、光ファイバ４Ａには、反射波長が異なるように７個を直列に形成したＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇの制御部３側に、長さＬ１の遅延用ファイバ６Ａを設ける。光ファイバ４Ｂは、同様にＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇを有し、長さＬ２の遅延用ファイバ６Ｂを有している。光ファイバ４Ｃは、同様にＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇを有し、長さＬ３の遅延用ファイバ６Ｃを有している。遅延用ファイバ６の長さは、光ファイバ４における光速度を考慮し、光ファイバ４Ａと光ファイバ４Ｂが弁別可能な長さとする。また、それぞれの遅延用ファイバ６は、長さの差を均等にすれば、遅延時間が均等になるため、処理が簡単となる。当然、この長さを均等にしなくとも、同じ長さでなければ問題はない。
【００３７】
本実施の形態では、３本の光ファイバ４を用いたときの説明を行う。なお、光ファイバ４のＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇの反射波長はすべて同じでも、異なっていても構わない。また、ＦＢＧセンサ５の個数はもちろん７個に限定するものではなく、さらに光ファイバ４の本数も３本に限定するものではない。
【００３８】
計測部１の光ファイバカプラ７は、１本の伝送路を複数の光ファイバ４に分配するものであり、光ファイバ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを分配側に接続することで１本の伝送路に統合することができる。
【００３９】
接続部２は、接続部２と制御部３とを接続するための機構部であり、光伝送が可能なジョイント８で構成される。ジョイント８は、回転部８ａと固定部８ｂで構成されている。例えば、計測部１が回転体内に設置される場合、ジョイント８の回転部８ａは、計測部１と同時に回転できるように設置する。もちろん、計測部１が回転しない場合は、このジョイント８は接続不要となる構成で構わない。
【００４０】
制御部３は、広帯域波長光源９、光源側光変調器１０、光サーキュレータ１１、検出側光変調器１２、受光素子１３、蓄積部１３Ａ、波長移動量算出器１４、温度・歪み算出器１５、表示部１６、出力部１７、計測条件設定部１８、光変調器制御回路１９を備えている。
【００４１】
広帯域波長光源９は、光を発射する光源である。光源側光変調器１０は、広帯域波長光源９から発射された光を、光変調して特定のタイミングと時間を制御した光として出射するための光変調器である。光サーキュレータ１１は、光源側光変調器１０から出射された光を光ファイバカプラ７に入射すると共に、光ファイバカプラ７で合成された各光ファイバ４からの反射光を検出側光変調器１２に導光するためのサーキュレータである。
【００４２】
検出側光変調器１２は、光サーキュレータ１１で導光された光を、光源側光変調器１０のタイミングと時間に同期したタイミングと時間により制御した光として光変調するための光変調器である。受光素子１３は、検出側光変調器１２から受光した光を電気信号に変換するための光電変換素子である。蓄積部１３Ａは、受光素子１３は変換された電気信号を蓄積するための蓄積手段である。
【００４３】
波長移動量算出器１４は、受光素子１３で電気信号に変換され、蓄積部１３Ａに蓄積された信号を、各光ファイバ４毎に波長を分離し、各ＦＢＧセンサ５に対応した波長として出力できるようにするための演算手段である。温度・歪み算出器１５は、波長移動量算出器１４で算出された波長の移動量から温度あるいは歪み量を算出するための算出手段である。
【００４４】
表示部１６は、温度・歪み算出器１５での算出後の歪み、温度の測定結果の他、測定場所、検出波形の表示、波形中心の表示などを行うための表示手段である。出力部１７は、表示部１６によって表示された画面、測定結果、測定条件などを外部メモリや紙などに出力するための出力手段である。計測条件設定部１８は、表示部１６、出力部１７、光変調器制御回路１９などに接続され、測定に必要な条件、測定結果の判定条件を設定するための設定手段である。光変調器制御回路１９は、光源側光変調器１０と検出側光変調器１２のタイミングと時間を同期させるための制御手段である。
【００４５】
＜ＦＢＧセンサの多点計測装置の動作＞
次に、前述の図１に示した構成を備えたＦＢＧセンサの多点計測装置の動作について説明する。
【００４６】
まず、広帯域波長光源９からの光を光源側光変調器１０で光信号を変調し、透過した光を光サーキュレータ１１で光ファイバカプラ７に伝送する。この広帯域波長光源９には、例えばＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源のような幅広い波長帯域を有するものを使用する。または、掃印光源を使用しても同様の効果が得られる。
【００４７】
そして、光ファイバ４Ａ〜４ＣのＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇからの反射光は、再度、光ファイバカプラ７を透過して、光サーキュレータ１１に戻り、検出側光変調器１２に伝送される。さらに、検出側光変調器１２を透過した光は、受光素子１３で受光され、波長移動量算出器１４にて各ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇの中心波長を算出する。さらに、温度・歪み算出器１５にて、各光ファイバ４Ａ〜４Ｃの各ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇの温度・歪みを算出し、表示部１６にて結果を表示する。また、出力部１７により、所望の結果を出力する。
【００４８】
この際に、光源側光変調器１０と検出側光変調器１２は、光変調器制御回路１９により、動作時間とタイミングを制御する。また、計測条件設定部１８は、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの条件や、計測条件を入力し、光変調器制御回路１９、表示部１６、出力部１７の制御を行う。また、受光素子１３は、広帯域波長光源９にＡＳＥ光源を用いた場合は、光の波長を測定できる分光器を用いる。また、広帯域波長光源９に掃印光源を用いた場合は、フォトダイオードのような光出力を電気出力に変換可能な素子を使用する。
【００４９】
続いて、光ファイバ４Ａ〜４Ｃにおける光の速度と、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの長さによる遅延時間の関係を説明する。式１は、光ファイバ４Ａ〜４Ｃにおける光の速度である。
【００５０】
光の速度＝真空中光速度／光ファイバの屈折率・・・（式１）
ここで、真空中の光速度を２９９７９２４５８ｍ／ｓ、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの屈折率を１．４５とすると、式１により、光ファイバ４Ａ〜４Ｃにおける光の速度は、２０５３３７３００ｍ／ｓとなる。
【００５１】
次に、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの長さによる遅延時間を、式２に示す。
【００５２】
遅延時間＝光ファイバの長さ×２／光ファイバにおける光の速度・・・（式２）
ここで、光ファイバ４Ａ〜４Ｃの長さを２０ｍとすると、式２より、遅延時間は１９４．８ｎｓとなる。
【００５３】
＜光変調器の動作タイミング＞
図４は、本実施の形態における光変調器（光源側光変調器１０、検出側光変調器１２）の動作タイミングの一例を説明するための図である。光源側光変調器１０と検出側光変調器１２の制御信号の一例を示す。ここで、図１に示した光ファイバ４Ａの遅延用ファイバ６Ａを２０ｍとし、光ファイバ４Ｂの遅延用ファイバ６Ｂを４０ｍとし、光ファイバ４Ｃの遅延用ファイバ６Ｃを６０ｍとする。なお、ＦＢＧセンサ５の全長は全て同じとする。この遅延用ファイバ６Ａの２０ｍでの遅延時間は、１９４．８ｎｓとなり、それぞれ加算される。この遅延時間の１９４．８ｎｓを時間Ｔとする。
【００５４】
まず、光変調器制御回路１９により、光源側光変調器１０に時間Ｔで広帯域波長光源９の光を透過し、時間４Ｔで再度、広帯域波長光源９の光を透過する信号２０で制御を行う。また、光変調器制御回路１９により、検出側光変調器１２に時間ＴでＦＢＧセンサ５からの反射光が透過するように３回制御する信号２１で制御を行う。この変調回数は、光ファイバ４の本数であり、本実施の形態では、光ファイバ４は３本であるため、３回の制御とする。
【００５５】
まず、最初にタイミング２２で透過した光は遅延時間Ｔ、次のタイミング２３で透過した光は遅延時間２Ｔ、次のタイミング２４で透過した光は遅延時間３Ｔとなる。すなわち、この遅延時間Ｔは、遅延用ファイバの長さ２０ｍに相当した時間であり、タイミング２２、２２ａでは、光ファイバ４Ａでの反射光を検出し、同様に、タイミング２３、２３ａでは、光ファイバ４Ｂでの反射光を検出し、タイミング２４、２４ａでは、光ファイバ４Ｃでの反射光を検出していることになる。光変調器制御回路１９には、計測条件設定部１８により光ファイバ４の条件、検出条件などの計測条件に則り、設定されるものである。このように、各光ファイバ４の遅延時間に応じた反射光からＦＢＧセンサ５の反射波長を算出することにより、各光ファイバ４Ａ〜４Ｃに作成した各ＦＢＧセンサ５Ａ〜５Ｇが重なることなく検出が可能である。
【００５６】
なお、光源側光変調器１０と検出側光変調器１２の制御は、変調器の遅れ時間を考慮して、遅延時間Ｔより若干短い時間で制御することが望ましい。また、光源側光変調器１０と検出側光変調器１２は、例えばＡＯ素子、ＥＯ素子、半導体光増幅器のように、入射した光を透過、遮断する時間をｎｓオーダで制御できるものを使用すれば良い。
【００５７】
＜光ファイバ別の強度分布＞
図５は、前述した図４のタイミングで検出した受光素子１３における光ファイバ４別の検出強度分布の一例を説明するための図である。（ａ）は検出側光変調器１２の動作信号を、（ｂ）は光ファイバ４Ａでの検出強度分布を、（ｃ）は光ファイバ４Ｂでの検出強度分布を、（ｄ）は光ファイバ４Ｃでの検出強度分布をそれぞれ示す。
【００５８】
図５（ａ）において、検出側光変調器１２の信号２１は図４と同じである。受光素子１３の検出信号は蓄積部１３Ａにより蓄積しているため、信号２１に応じて検出信号を合成すれば、光ファイバ毎の強度分布が作成できる。図５（ｂ）において、信号２１のタイミング２２とタイミング２２ａでの信号を合成すれば、光ファイバ４Ａでの信号強度２５になる。同様に、図５（ｃ）において、信号２１のタイミング２３とタイミング２３ａでの信号を合成すれば、光ファイバ４Ｂでの信号強度２６になる。図５（ｄ）において、信号２１のタイミング２４とタイミング２４ａでの信号を合成すれば、光ファイバ４Ｃでの信号強度２７になる。このように、検出側光変調器１２のタイミングで受光素子１３の受光タイミング毎に合成することで、各光ファイバ４Ａ〜４Ｃの強度分布の作成が可能となる。
【００５９】
＜検出波形の波長算出＞
図６は、ＦＢＧセンサ５から検出される検出波形の波長算出の一例を説明するための図である。（ａ）は受光素子１３で検出したＦＢＧセンサ５からの反射光の強度分布を、（ｂ）は（ａ）の波形に微分処理した波形の強度分布をそれぞれ示す。
【００６０】
図６（ａ）において、横軸は波長、縦軸はＦＢＧセンサ５からの反射光を検出した反射光検出出力（強度）である。受光素子１３で検出したＦＢＧセンサ５からの反射光の検出波形は波形２８となる。図６（ｂ）において、横軸は波長、縦軸は微分した反射光検出出力（強度）である。検出波形２８に微分処理を施すと微分波形２９となる。この微分波形２９の、ベースレベル３０と微分波形２９との交点３１を算出することで、検出波形２８の中心波長３２を算出することが可能となる。図１に示した波長移動量算出器１４において、波長の算出は、上述した方法で実行することが出来る。なお、検出波形２８の波長を求めるためには、他の方法であっても問題はない。この中心波長３２から測定点のＦＢＧセンサ５の波長移動量を求めて、温度・歪み算出器１５により、測定点の計測を行う。
【００６１】
＜表示部における表示画面＞
図７は、表示部１６における表示画面の一例を説明するための図である。表示画面３００は、ＦＢＧセンサ５の全波形表示部３０１、この全波形表示部３０１の拡大表示部３０２、測定場所表示部３０３、条件設定部３０４、測定結果表示部３０５、測定結果グラフ表示部３０６を備えている。
【００６２】
全波形表示部３０１では、枠３０７によって拡大する波形を選択可能である。拡大表示部３０２では、全波形表示部３０１で選択された枠３０７の波形を拡大する。この拡大表示部３０２では、枠３０８が設定可能であり、この枠３０８内で閾値３１０以上の波形を用いて図６に示した方式で波長を演算する。
【００６３】
測定場所表示部３０３では、測定場所を表示可能である。なお、図７では、光ファイバの本数は４本の例を示している。条件設定部３０４は、測定の開始３０４１、測定の停止３０４２、光ファイバの切り替え３０４３、条件設定である閾値設定３０４４、演算範囲設定３０４５、遅延用ファイバ長さ３０４６が設定可能である。
【００６４】
測定結果表示部３０５は、ＦＢＧセンサ５に対応する歪みと温度の計測結果を表示可能である。なお、図７では、ＦＢＧセンサ５の個数は１０個の例を示している。この例では、Ｎｏ．２のＦＢＧセンサの歪みが大きく、Ｎｏ．３のＦＢＧセンサの温度が高くなっている。測定結果グラフ表示部３０６は、測定結果表示部３０５で表示した歪み、温度の測定結果を時間的にグラフ化して表示するものである。
【００６５】
＜ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置の計測フロー＞
図８は、本実施の形態におけるＦＢＧセンサを用いた多点計測装置の計測フローの一例を説明するためのフローチャートである。
【００６６】
まず、ＦＢＧセンサ５（光ファイバ４）を被測定物にセットする（Ｓ１２０１）。次に、表示部１６の表示画面３００上で被測定物を計測するための検出条件のセットを行い（Ｓ１２０２）、計測を開始する（Ｓ１２０３）。
【００６７】
計測が開始すると、以降はソフトウェアによるプログラム処理により自動的に実行される。まず、広帯域波長光源９からの照明光を光源側光変調器１０で制御し（Ｓ１２０４）、照明光をＦＢＧセンサ５に照射し、その反射光を検出側光変調器１２で制御し（Ｓ１２０５）、受光素子１３で反射光を検出する（Ｓ１２０６）。
【００６８】
さらに、波長移動量算出器１４において、順に、１本目の光ファイバの波長を算出し（Ｓ１２０７）、２本目の光ファイバの波長を算出し（Ｓ１２０８）、３本目の光ファイバの波長を算出し（Ｓ１２０９）、そして、温度・歪み算出器１５で波長変化量から歪み量および温度を算出する（Ｓ１２１０）。
【００６９】
そして、これらの算出した結果を表示部１６の表示画面３００上に表示し（Ｓ１２１１）、また、算出結果を必要に応じて出力部１７で外部出力を行い（Ｓ１２１２）、測定を終了する。
【００７０】
＜本実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００７１】
ＦＢＧセンサの多点計測装置として、コアに回折格子を形成した光ファイバ４（４Ａ〜４Ｃ）と、広帯域波長光源９と、この光源からの光のうち、光ファイバ４に入射する光の時間を制御する光源側光変調器１０と、この光変調器からの出射光を入射して、光ファイバ４の回折格子からの反射光を透過する時間を制御する検出側光変調器１２と、この光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して光ファイバ４からの信号を分離する波長移動量算出器１４と、この算出器の結果から被測定物の変形量を算出する温度・歪み算出器１５と、この被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部１６などを有することで、１本の伝送路で複数本の光ファイバ４を使用する状況においても、光スイッチを用いることなく、複数本の光ファイバ４のＦＢＧセンサ５を計測可能である。言い換えれば、複数本の光ファイバ４からの光信号を光スイッチで切り替えることなく、１本の伝送路で伝達することができ、さらに計測器が１台で複数本の光ファイバ４の検出が可能となる。これにより、被測定物の変形による温度あるいは歪みを検出することができる。
【００７２】
より具体的には、光源側光変調器１０により、広帯域波長光源９からの光の透過時間を制御して、各光ファイバ４に入射する時間を制限することができる。また、検出側光変調器１２により、各光ファイバ４の回折格子からの反射光を、各光ファイバ４の各遅延用ファイバ６で生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限することができる。この結果、各光ファイバ４からの反射光を時間的に分離することができる。
【００７３】
また、ＦＢＧセンサの多点計測方法として、広帯域波長光源９からの光を光源側光変調器１０で変調し（Ｓ１２０４）、光ファイバ４（４Ａ〜４Ｃ）の回折格子からの反射光を検出側光変調器１２で変調し（Ｓ１２０５）、 検出側光変調器１２で変調された反射光を光電変換した信号から波長を算出し（Ｓ１２０７〜Ｓ１２０９）、各光ファイバ４からの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測する（Ｓ１２１０）ことで、前述した多点計測装置と同様に、１本の伝送路で複数本の光ファイバ４を使用する状況においても、光スイッチを用いることなく、複数本の光ファイバ４のＦＢＧセンサ５を計測可能である。言い換えれば、複数本の光ファイバ４からの光信号を光スイッチで切り替えることなく、１本の伝送路で伝達することができ、さらに計測器が１台で複数本の光ファイバ４の検出が可能となる。これにより、被測定物の変形による温度あるいは歪みを検出することができる。
【００７４】
［実施の形態２］
次に、前述した実施の形態１に係るＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法の適用例について、本実施の形態２、さらに後述する実施の形態３〜５において順に説明する。
【００７５】
本実施の形態では、第１の適用例として、ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、発電機のロータの計測に適用した場合を説明する。
【００７６】
図９は、発電機の一例を説明するための概略断面図である。発電機１０１は、ロータ１０２、ステータ１０４、ハウジング１０５などから構成される。タービン１００は、発電機１０１のロータ１０２に接続されている。ロータ１０２は、中心が中空構造１０３となっている。ステータ１０４は、ロータ１０２に対向配置されている。ロータ１０２とステータ１０４は、それぞれに導体（例えば銅線）で製作したコイルが図示しない方法で巻き付けられている。
【００７７】
回転体であるロータ１０２には、前記実施の形態１で説明した複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ４が固定されており、遅延用ファイバ６と光ファイバカプラ７はロータ１０２の中空構造１０３の部分に設置される。ジョイント８は、回転部８ａはロータ１０２に固定され、固定部８ｂはハウジング１０５に固定されており、光ファイバ４はロータ１０２と同時に回転できる構造となっている。ジョイント８の固定部８ｂは、接続用光ファイバ１０６によって制御部３に接続される。
【００７８】
ＦＢＧセンサ５、遅延用ファイバ６、光ファイバカプラ７、ジョイント８、制御部３の構成及び作用は、前記実施の形態１で説明したものと同様であり、図８で説明したようなフローに沿って温度または歪みが算出される。さらに、図２で説明したように、１本の光ファイバ４で複数個のＦＢＧセンサ５を使用すれば、ロータ１０２の多点での計測が可能である。
【００７９】
本実施の形態のように、ＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法を発電機１０１のロータ１０２に適用した場合においては、発電機１０１の試験時、あるいは定常運転時における発電機内部の歪み、温度計測が運転しながら可能となる。さらに、光ファイバ４による計測であるため、磁界の影響が皆無なため、発電機１０１の性能を劣化することがない。
【００８０】
［実施の形態３］
次に、本実施の形態では、第２の適用例として、ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、発電機のステータの計測に適用した場合を説明する。
【００８１】
図１０は、発電機の一例を説明するための概略断面図である。発電機１０１は、前述した図９と同様な構成である。静止系であるステータ１０４に、前記実施の形態１で説明した複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ４が固定されている。ステータ１０４は静止系であるため、ジョイント８は不要であり、遅延用ファイバ６を介して光ファイバカプラ７から直接、接続用光ファイバ１０６で制御部３に接続される。
【００８２】
ＦＢＧセンサ５、遅延用ファイバ６、光ファイバカプラ７、制御部３の構成及び作用は、前記実施の形態１で説明したものと同様であり、図８で説明したようなフローに沿って温度または歪みが算出される。さらに、図２で説明したように、１本の光ファイバ４で複数個のＦＢＧセンサ５を使用すれば、ステータ１０４の多点での計測が可能である。
【００８３】
本実施の形態のように、ＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法を発電機１０１のステータ１０４に適用した場合においても、発電機１０１の試験時、あるいは定常運転時における発電機内部の歪み、温度計測が運転しながら可能となる。さらに、光ファイバ４による計測であるため、磁界の影響が皆無なため、発電機１０１の性能を劣化することがない。
【００８４】
［実施の形態４］
次に、本実施の形態では、第３の適用例として、ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、発電機のロータとステータの両方の計測に適用した場合を説明する。
【００８５】
図１１は、発電機の一例を説明するための概略断面図である。発電機１０１は、前述した図９と図１０と同様な構成である。まず、ロータ１０２には、図９で説明した複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ４がジョイント８に接続されている。ステータ１０４には、図１０で説明した複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ４が光ファイバカプラ７に接続されている。さらに、ロータ１０２のジョイント８からの接続用光ファイバ１０７を光ファイバカプラ１０８に接続する。ステータ１０４側の光ファイバカプラ７の出力を光ファイバカプラ１０８に接続する。そして、光ファイバカプラ１０８の出力を接続用光ファイバ１０９により制御部３に接続する。
【００８６】
ＦＢＧセンサ５、遅延用ファイバ６、光ファイバカプラ７、制御部３の構成及び作用は、前記実施の形態１で説明したものと同様であり、図８で説明したようなフローに沿って温度または歪みが算出される。さらに、図２で説明したように、１本の光ファイバ４で複数個のＦＢＧセンサ５を使用すれば、ロータ１０２、ステータ１０４の多点での計測が可能である。
【００８７】
本実施の形態のように、ＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法を発電機１０１のロータ１０２とステータ１０４の両方に適用した場合においても、発電機１０１の試験時、あるいは定常運転時における発電機内部の歪み、温度計測が運転しながら可能となる。さらに、光ファイバ４による計測であるため、磁界の影響が皆無なため、発電機１０１の性能を劣化することがない。
【００８８】
［実施の形態５］
次に、本実施の形態では、第４の適用例として、ＦＢＧセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、原子力発電設備に適用した場合を説明する。
【００８９】
図１２は、原子力発電設備の一例を説明するための概略図である。原子力発電設備は、原子炉１５０、冷却装置１５１、タービン１６０、発電機１６１などから構成される。原子炉１５０によりタービン１６０を回転し、タービン１６０に接続した発電機１６１により発電可能である。原子炉１５０、タービン１６０、冷却装置１５１はそれぞれ冷却配管１５２で接続されている。
【００９０】
冷却配管計測用の複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ１５３は、冷却配管１５２の周囲に巻き付けられている。設備計測用の複数個のＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ１５４は、原子炉１５０の建屋周辺に張り巡らし、同様にＦＢＧセンサ５の部分を固定する。各ＦＢＧセンサ５を有した光ファイバ１５３、１５４は、光ファイバカプラ１５５に接続され、制御部３に接続される。
【００９１】
ＦＢＧセンサ５、光ファイバカプラ１５５、制御部３の構成及び作用は、前記実施の形態１で説明したものと同様であり、図８で説明したようなフローに沿って歪み量及び温度が算出される。さらに、図９〜図１１と同様に冷却配管計測用の光ファイバ１５３、設備計測用の光ファイバ１５４は複数個のＦＢＧセンサ５を有したものを使用すると、多点で同時観察が可能となる。
【００９２】
本実施の形態のように、ＦＢＧセンサの多点計測装置および多点計測方法を原子力発電設備に適用した場合においては、原子炉１５０の建屋の変形や異常温度上昇などのヘルスモニター、冷却配管１５２の異常温度上昇、異常歪みが計測可能となり、設備全体の安全監視が可能となる効果も奏する。
【００９３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明のＦＢＧセンサの多点計測技術は、光反射波長が変化する複数のＦＢＧセンサを直列に挿入した光ファイバを複数本備え、時分割で多重化することにより、ファイバ光路を切り替えることなく検出できるＦＢＧセンサの多点計測方法および装置に利用可能である。例えば、発電機のロータやステータ、原子力発電設備などに適用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１…計測部、２…接続部、３…制御部、
４（４Ａ〜４Ｃ）…光ファイバ、５（５Ａ〜５Ｇ）…ＦＢＧセンサ、６（６Ａ〜６Ｃ）…遅延用ファイバ、７…光ファイバカプラ、
８…ジョイント、８ａ…回転部、８ｂ…固定部、
９…広帯域波長光源、１０…光源側光変調器、１１…光サーキュレータ、１２…検出側光変調器、１３…受光素子、１３Ａ…蓄積部、１４…波長移動量算出器、１５…温度・歪み算出器、１６…表示部、１７…出力部、１８…計測条件設定部、１９…光変調器制御回路、
１００…タービン、１０１…発電機、１０２…ロータ、１０３…中空構造、１０４…ステータ、１０５…ハウジング、１０６…接続用光ファイバ、１０７…接続用光ファイバ、１０８…光ファイバカプラ、１０９…接続用光ファイバ、
１５０…原子炉、１５１…冷却装置、１５２…冷却配管、１５３…光ファイバ、１５４…光ファイバ、１５５…光ファイバカプラ、１６０…タービン、１６１…発電機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコアに回折格子を形成し、第１の遅延時間を持つ第１の遅延用ファイバを有した第１の光ファイバと、第２のコアに回折格子を形成し、第２の遅延時間を持つ第２の遅延用ファイバを有した第２の光ファイバとを有して、
光源からの光を第１の光変調器で変調し、
前記第１の光変調器で変調された光を前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとに入射し、
前記第１の光ファイバの回折格子と前記第２の光ファイバの回折格子とからの反射光を第２の光変調器で変調し、
前記第２の光変調器で変調された反射光を光電変換素子で光電変換し、
前記光電変換素子で光電変換された信号から波長を算出し、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとからの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＦＢＧセンサの多点計測方法において、
前記第１の光変調器により、前記光源からの光の透過時間を制御して、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとに入射する時間を制限し、
前記第１の光ファイバの回折格子と前記第２の光ファイバの回折格子とからの反射光を前記第２の光変調器により、前記第１の光ファイバの前記第１の遅延用ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限し、前記第２の光ファイバの前記第２の遅延用ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限して、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとからの反射光を時間的に分離することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＦＢＧセンサの多点計測方法において、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとのそれぞれは、前記被測定物の変形により入射した光の反射波長が変化するＦＢＧセンサを挿入して形成されていることを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＦＢＧセンサの多点計測方法において、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを含めて、２本以上の光ファイバを有して、前記２本以上の光ファイバからの信号を時間的に分離することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＦＢＧセンサの多点計測方法において、
前記被測定物の変形として、温度あるいは歪みを計測することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項６】
コアに回折格子を形成した光ファイバと、
光を発射する光源と、
前記光源から発射された光のうち、前記光ファイバに入射する光の時間を制御する第１の光変調器と、
前記第１の光変調器からの出射光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの回折格子からの反射光を透過する時間を制御する第２の光変調器と、
前記第２の光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して前記光ファイバからの信号を分離する波長移動量算出器と、
前記波長移動量算出器の結果から、被測定物の変形量を算出する演算器と、
前記演算器で算出した前記被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部とを有することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＦＢＧセンサの多点計測装置において、
前記光ファイバとして、それぞれが異なる遅延時間を持つ遅延用ファイバを有した２本以上の光ファイバを有し、
前記第１の光変調器は、前記光源から発射された光の透過時間を制御して、前記２本以上の光ファイバに入射する時間を制限し、
前記第２の光変調器は、前記２本以上の光ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限し、
前記波長移動量算出器は、前記２本以上の光ファイバからの信号を分離することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載のＦＢＧセンサの多点計測装置において、
前記２本以上の光ファイバのそれぞれは、前記被測定物の変形により入射した光の反射波長が変化するＦＢＧセンサを挿入して形成されていることを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載のＦＢＧセンサの多点計測装置において、
前記演算器は、前記光ファイバから出射した反射光の波長の情報を用いて前記被測定物の変形量を算出することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項に記載のＦＢＧセンサの多点計測装置において、
前記被測定物の変形量として、温度あるいは歪みの値を算出することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項１】
第１のコアに回折格子を形成し、第１の遅延時間を持つ第１の遅延用ファイバを有した第１の光ファイバと、第２のコアに回折格子を形成し、第２の遅延時間を持つ第２の遅延用ファイバを有した第２の光ファイバとを有して、
光源からの光を第１の光変調器で変調し、
前記第１の光変調器で変調された光を前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとに入射し、
前記第１の光ファイバの回折格子と前記第２の光ファイバの回折格子とからの反射光を第２の光変調器で変調し、
前記第２の光変調器で変調された反射光を光電変換素子で光電変換し、
前記光電変換素子で光電変換された信号から波長を算出し、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとからの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＦＢＧセンサの多点計測方法において、
前記第１の光変調器により、前記光源からの光の透過時間を制御して、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとに入射する時間を制限し、
前記第１の光ファイバの回折格子と前記第２の光ファイバの回折格子とからの反射光を前記第２の光変調器により、前記第１の光ファイバの前記第１の遅延用ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限し、前記第２の光ファイバの前記第２の遅延用ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限して、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとからの反射光を時間的に分離することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＦＢＧセンサの多点計測方法において、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとのそれぞれは、前記被測定物の変形により入射した光の反射波長が変化するＦＢＧセンサを挿入して形成されていることを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＦＢＧセンサの多点計測方法において、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを含めて、２本以上の光ファイバを有して、前記２本以上の光ファイバからの信号を時間的に分離することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＦＢＧセンサの多点計測方法において、
前記被測定物の変形として、温度あるいは歪みを計測することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測方法。
【請求項６】
コアに回折格子を形成した光ファイバと、
光を発射する光源と、
前記光源から発射された光のうち、前記光ファイバに入射する光の時間を制御する第１の光変調器と、
前記第１の光変調器からの出射光を前記光ファイバに入射して、前記光ファイバの回折格子からの反射光を透過する時間を制御する第２の光変調器と、
前記第２の光変調器からの反射光を検出して得られた信号を処理して前記光ファイバからの信号を分離する波長移動量算出器と、
前記波長移動量算出器の結果から、被測定物の変形量を算出する演算器と、
前記演算器で算出した前記被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部とを有することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＦＢＧセンサの多点計測装置において、
前記光ファイバとして、それぞれが異なる遅延時間を持つ遅延用ファイバを有した２本以上の光ファイバを有し、
前記第１の光変調器は、前記光源から発射された光の透過時間を制御して、前記２本以上の光ファイバに入射する時間を制限し、
前記第２の光変調器は、前記２本以上の光ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限し、
前記波長移動量算出器は、前記２本以上の光ファイバからの信号を分離することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載のＦＢＧセンサの多点計測装置において、
前記２本以上の光ファイバのそれぞれは、前記被測定物の変形により入射した光の反射波長が変化するＦＢＧセンサを挿入して形成されていることを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載のＦＢＧセンサの多点計測装置において、
前記演算器は、前記光ファイバから出射した反射光の波長の情報を用いて前記被測定物の変形量を算出することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項に記載のＦＢＧセンサの多点計測装置において、
前記被測定物の変形量として、温度あるいは歪みの値を算出することを特徴とするＦＢＧセンサの多点計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１１３８３０（Ｐ２０１３−１１３８３０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３２５２（Ｐ２０１１−２６３２５２）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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