(57)【要約】【課題】簡易な構成により実現可能な物理量検出技術を提供する。【解決手段】物理量検出装置１０は、波長が異なる複数の出力光を出力可能な光源部１１と、光源部１１の出力及び出力光の波長を制御する発光制御部及び反射光の波長と強度との関係を示す分布波形に基づいて所望の物理量を測定する信号処理部として機能する制御部１２と、出力光の反射光を受光して反射光の強度を測定する反射光測定部１３とを備え、信号処理部は、少なくとも１組の出力光の波長の情報及び反射光の波長と強度との測定情報に基づいて、反射光の複数の波長ごとの強度との関係を示す分布波形を特定する。【選択図】図１
2020076610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる複数の出力光を出力可能な光源部と、
前記光源部の出力及び前記出力光の波長を制御する発光制御部と、
前記出力光の反射光を受光して前記反射光の強度を測定する反射光測定部と、
前記反射光の波長と強度との関係を示す分布波形に基づいて所望の物理量を測定する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
少なくとも１組の前記反射光の波長の情報と強度の測定情報とに基づいて、前記反射光の波長と反射率との関係を示す分布波形を特定する、
物理量検出装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、
少なくとも１組の前記光源部から取得した前記出力光の波長の情報及びこの出力光の波長の情報に対応する前記反射光の強度の測定情報と、あらかじめ特定された前記反射光の分布波形のモデル波形とを対応付けることにより、前記反射光の分布波形を特定する、
請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、
複数組の前記光源部から取得した前記出力光の波長の情報及びこの出力光の波長の情報に対応する前記反射光の強度の測定情報と、あらかじめ特定された前記反射光の分布波形のモデル波形とを対応付けることにより、前記反射光のピーク波長を特定する、
請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、
複数組の前記出力光の波長の情報及びこの出力光の波長の情報に対応する前記出力光の強度の測定情報に基づいて、前記モデル波形を生成する、
請求項２または３に記載の物理量検出装置。
【請求項５】
前記光源部から前記出力光の強度の測定情報を測定する出力光測定部を備え、
前記信号処理部は、
複数組の前記出力光の波長の情報と前記出力光測定部から取得した前記出力光の波長ごとの強度の測定情報、及び、前記出力光の波長の情報に対応する前記反射光測定部が取得した前記反射光の強度の測定情報に基づいて、前記モデル波形を生成する、
請求項４に記載の物理量検出装置。
【請求項６】
前記光源部は、
光波長分割多重通信用の光源である、
請求項１乃至５のいずれかに記載の物理量検出装置。
【請求項７】
前記光源部及び前記反射光測定部と接続され、前記出力光及び前記反射光が伝播する光ファイバと、
前記光ファイバのコア部分に形成されていて前記物理量の測定位置に配置されている回折格子と、
を備え、
前記反射光測定部は、前記回折格子による前記出力光の反射光を受光する、
請求項１乃至６のいずれかに記載の物理量検出装置。
【請求項８】
波長が異なる複数の出力光を出力可能な光源部と、前記出力光の反射光を受光して前記反射光の強度とを測定する反射光測定部と、に接続されているコンピュータに実行させるプログラムであり、
前記コンピュータに、
波長が異なる複数の出力光を出力するように前記光源部を制御するステップと、
前記出力光の反射光を受光して前記反射光の強度の測定情報を測定するように前記反射光測定部を制御するステップと、
少なくとも１組の前記反射光の波長の情報と強度の測定情報とに基づいて、前記反射光の波長と反射率との関係を示す分布波形を特定するステップと、
前記分布波形に基づいて所望の物理量を測定するステップと、
を実行させる、
物理量検出プログラム。
【請求項９】
波長が異なる複数の出力光を出力可能な光源部と、前記出力光の反射光を受光して前記反射光の強度の測定情報を測定する反射光測定部と、に接続されているコンピュータが実行する方法であり、
前記コンピュータが、
波長が異なる複数の出力光を異なる出力時期に出力するように前記光源部を制御するステップと、
前記出力光の反射光を受光して前記反射光の波長の情報と強度の測定情報を測定するように前記反射光測定部を制御するステップと、
少なくとも１組の前記反射光の波長の情報と強度の測定情報とに基づいて、前記反射光の波長と反射率との関係を示す分布波形を特定するステップと、
前記分布波形に基づいて所望の物理量を測定するステップと、
を実行する、
物理量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出装置、物理量検出プログラム、物理量検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象に照射した光の反射光の変化に基づいて、降水量、河川や下水道の水位、風速などの物理量を検出する装置（以下「物理量検出装置」という。）が知られている。このような物理量検出装置のうち、光ファイバのコアに回折格子が形成されているＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバブラッググレーティング）センサを備えるものも知られている。ＦＢＧセンサは、回折格子を備えるため、光の波長によって反射率が変化する性質を有する。ＦＢＧセンサを備える物理量検出装置は、ＦＢＧセンサに向けて複数の波長の光を照射し、ＦＢＧセンサの回折格子からの反射光から最も反射率の高い光の波長（以下「反射ピーク波長」）を特定し、特定した反射ピーク波長の変化により上記物理量の変化を検出できる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１６−５４０９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＦＢＧセンサを備える物理量検出装置は、反射ピーク波長を測定するために、光を出力する光源部または反射光を受光する反射光測定部に波長を変化させるための波長掃引機構が必要となる。ＦＢＧセンサを備える従来の物理量検出装置は、光の波長を高速で掃引可能な波長掃引機構を備えることにより、反射光の分布波形（スペクトル）を高速かつ詳細に描画することで、短時間で反射ピーク波長を計測していた。
【０００５】
しかしながら、このような従来の物理量検出装置は、複雑な機構である波長掃引機構を備えるため、装置全体としてもコストが上昇してしまい、物理量検出装置の普及を妨げていた。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成により実現可能な物理量検出技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る物理量検出装置は、波長が異なる複数の出力光を出力可能な光源部と、光源部の出力及び出力光の波長を制御する発光制御部と、出力光の反射光を受光して反射光の強度を測定する反射光測定部と、反射光の波長と強度との関係を示す分布波形に基づいて所望の物理量を測定する信号処理部と、を備え、信号処理部は、少なくとも１組の反射光の波長の情報と強度の測定情報とに基づいて、反射光の波長と反射率との関係を示す分布波形を特定する。
【０００８】
本発明の一態様に係る物理量検出装置において、信号処理部は、少なくとも１組の前記光源部から取得した前記出力光の波長の情報及びこの出力光の波長の情報に対応する反射光の強度の測定情報と、あらかじめ特定された反射光の分布波形のモデル波形とを対応付けることにより、反射光の分布波形を特定する。
【０００９】
本発明の一態様に係る物理量検出装置において、信号処理部は、複数組の前記光源部から取得した前記出力光の波長の情報及びこの出力光の波長の情報に対応する反射光の強度の測定情報と、あらかじめ特定された反射光の分布波形のモデル波形とを対応付けることにより、反射光のピーク波長を特定する。
【００１０】
本発明の一態様に係る物理量検出装置において、信号処理部は、複数組の前記出力光の波長の情報及びこの出力光の波長の情報に対応する出力光の強度の測定情報に基づいて、モデル波形を生成する。
【００１１】
本発明の一態様に係る物理量検出装置において、光源部から出力光の強度の測定情報を測定する出力光測定部を備え、信号処理部は、複数組の出力光波長の情報と波長ごとの強度の測定情報、及び、出力光の波長の情報に対応する反射光測定部が取得した反射光の強度の測定情報に基づいて、モデル波形を生成する。
【００１２】
本発明の一態様に係る物理量検出装置において、光源部は、光波長分割多重通信用の光源である。
【００１３】
本発明の一態様に係る物理量検出装置において、光源部及び反射光測定部と接続され、出力光及び反射光が伝播する光ファイバと、光ファイバのコア部分に形成されていて物理量の測定位置に配置されている回折格子と、を備え、反射光測定部は、回折格子による出力光の反射光を受光する。
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る物理量検出プログラムは、波長が異なる複数の出力光を出力可能な光源部と、出力光の反射光を受光して反射光の強度を測定する反射光測定部と、に接続されているコンピュータに実行させるプログラムであり、コンピュータに、波長が異なる複数の出力光を出力するように光源部を制御するステップと、出力光の反射光を受光して反射光の強度の測定情報を測定するように反射光測定部を制御するステップと、少なくとも１組の反射光の波長の情報と強度の測定情報とに基づいて、反射光の波長と反射率との関係を示す分布波形を特定するステップと、分布波形に基づいて所望の物理量を測定するステップと、を実行させる。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る物理量検出方法は、波長が異なる複数の出力光を出力可能な光源部と、出力光の反射光を受光して反射光の強度の測定情報を測定する反射光測定部と、に接続されているコンピュータが実行する方法であり、コンピュータが、波長が異なる複数の出力光を異なる出力時期に出力するように前記光源部を制御するステップと、出力光の反射光を受光して反射光の強度の測定情報を測定するように反射光測定部を制御するステップと、少なくとも１組の反射光の波長の情報と強度の測定情報とに基づいて、反射光の波長と反射率との関係を示す分布波形を特定するステップと、分布波形に基づいて所望の物理量を測定するステップと、を実行する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成により実現可能な物理量検出技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る物理量検出装置の概略構成を示すための、ブロック図である。
【図２】図１に示す物理量検出装置の出力光と反射光との関係を示すための、模式図である。
【図３】図１に示す物理量検出装置における、反射スペクトルのプロファイル抽出の概念を示すための、模式図である。
【図４】図１に示す物理量検出装置が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理の概念を示すための、模式図である。
【図５】図１に示す物理量検出装置が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理を示すための、フローチャートである。
【図６】図１に示す物理量検出装置における、開始波長探索処理の概念を示すための、模式図である。
【図７】図１に示す物理量検出装置における、出力光の波長変更量の算出処理の一例の概念を示すための、模式図である。
【図８】図１に示す物理量検出装置が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理の一例を示すための、模式図である。
【図９】図１に示す物理量検出装置における、反射スペクトルのプロファイル抽出処理を示すための、フローチャートである。
【図１０】図１に示す物理量検出装置における、反射スペクトルのプロファイル抽出処理領域の一例を示すための、模式図である。
【図１１】図１に示す物理量検出装置における、反射スペクトルのプロファイル抽出処理領域の別の例を示すための、模式図である。
【図１２】本実施の形態に係る物理量検出装置の変形例の概略構成を示すための、ブロック図である。
【図１３】図１に示す物理量検出装置が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理の別の例を示すための、模式図である。
【図１４】図１に示す物理量検出装置が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理のさらに別の例を示すための、模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る物理量検出装置、物理量検出プログラム、及び、物理量検出方法について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
［物理量検出装置の構成］
本発明の一実施の形態に係る物理量検出装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る物理量検出装置の概略構成を示すための、ブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、物理量検出装置１０は、波長が異なる複数の出力光を出力可能な光源部１１を備える。また、物理量検出装置１０は、光源部１１の出力及び出力光の波長を制御する発光制御部及び反射光の波長と強度との関係を示す分布波形に基づいて所望の物理量を測定する信号処理部として機能する制御部１２を備える。また、物理量検出装置１０は、出力光の反射光を受光して反射光の強度を測定する反射光測定部１３を備える。制御部１２により実現される信号処理部は、少なくとも１組の反射光の波長の情報と強度の測定情報とに基づいて、反射光の複数の波長ごとの強度（反射率）の関係を示す分布波形としての反射スペクトルを特定する。また、物理量検出装置１０は、光源部１１及び反射光測定部１３と接続され、出力光及び反射光が伝播する光ファイバ１４と、光ファイバ１４のコア部分に形成され物理量の測定位置に配置されている回折格子１５が形成されているＦＢＧセンサ１６とを備える。以下、物理量検出装置１０の構成について、具体的に説明する。
【００２１】
光源部１１は、出力光の波長切り換えが可能な光源である。光源部１１には、光波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）通信用の光源を用いることができる。光源部１１には、例えば、ＩＴＬＡ（Integrable Tunable Laser Assembly）、ｍｉｃｒｏ-ＩＴＬＡ、若しくはＩＴＬＡまたはｍｉｃｒｏ-ＩＴＬＡに関するＭＳＡ（Multi-Source Agreement）規格に準拠した光波長分割多重通信用の光源を用いることができる。
【００２２】
反射光測定部１３は、出力光が反射された光（以下「反射光」という）を受光して、反射光の強度を取得することができる測定回路または測定モジュールである。反射光測定部１３は、具体的にはＦＢＧセンサ１６の回折格子１５からの反射光を受光している。反射光測定部１３は、例えば、フォトダイオードとＴＩＡ（Trans-Impedance Amplifier：トランスインピーダンスアンプ）回路のような、光電変換回路とＡＤコンバータ（ＡＤＣ：Analog Digital Converter）により実現することができる。反射光測定部１３は、取得した反射光の強度情報を制御部１２に出力することができる。なお、反射光測定部１３は、受光した反射光の反射率を測定するものであってもよい。また、反射光測定部１３は、受光した反射光の強度又は反射率と反射光の波長とを測定するものであってもよい。
【００２３】
制御部１２は、例えばＭＣＵ（Micro Controller Unit）のように、本発明に係る物理量検出プログラムを含む各種コンピュータプログラムを実行可能な情報処理装置と、コンピュータプログラムやプログラム実行時のデータなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）１２１のような記憶装置とにより実現される。制御部１２は、光源部１１とシリアル（Serial）通信部１７などの各種通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して光源部１１と通信可能である。制御部１２は、光源部１１と通信することにより、光源部１１から出力される光（以下「出力光」という）のＯＮ／ＯＦＦ、出力光の出力時期、あるいは出力光の波長など、光源部１１の動作を制御する発光制御部として機能する。制御部１２は、シリアル（Serial）通信部１８などの各種通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して反射光測定部１３と通信することにより、反射光測定部１３の測定情報を取得することも可能である。制御部１２は、反射光測定部１３が測定する反射光の強度に関する情報を取得して、反射スペクトルの波形を特定し、分布波形から反射光のピーク波長を特定する信号処理部として機能する。また、制御部１２は、信号処理部の別の機能として、反射スペクトルを特定する際に用いる反射スペクトルのモデル波形（以下「プロファイル」という）を抽出する処理も行う。ＲＯＭ１２１には、出力光のＯＮ／ＯＦＦに関する情報、出力光の出力時期の情報、あるいは出力光の波長の情報など、光源部１１の動作の制御に用いられる情報が記憶されている。また、ＲＯＭ１２１には、反射光測定部１３の測定情報、つまり反射光測定部１３が測定する反射光の強度に関する情報も記憶されている。なお、反射光測定部１３が有する機能の実現方法は上記に限定されず、例えば光電変換回路から出力される反射光の電気変換信号を、ＡＤコンバータを内蔵するＭＣＵで測定して取得してもよい。
【００２４】
制御部１２は、通信部２１を介して外部から接続された外部コンピュータ２０に備えられている不図示の入力部からコマンドや指示を受け付ける。これにより、物理量検出装置１０は、制御部１２に物理量検出プログラムを実行させて物理量検出装置１０としての機能を実現させる。なお、物理量検出装置１０は、制御部１２に接続されている不図示のディスプレイなどに表示されているユーザＩ／Ｆ画面、あるいは物理量検出装置１０に備えられる不図示の入力デバイス（例えばキーボードのボタンやマウス）などのユーザからの入力を受け付けてもよい。
【００２５】
ＦＢＧセンサ１６は、河川や湖などの水位を測定する場合には水面付近、温度を測定する場合には温度の測定位置など、物理量の測定位置に配置されている。ＦＢＧセンサ１６は、光ファイバ１４及び光分岐器１９を介して物理量検出装置１０の光源部１１及び反射光測定部１３と接続される。ＦＢＧセンサ１６は、光ファイバのコア部分に形成されている回折格子１５を備える。ＦＢＧセンサ１６は、この回折格子１５により、光源部１１からの出力光を反射する。つまり、物理量検出装置１０は、物理量の測定位置における水位の変化や温度の変化に起因するＦＢＧセンサ１６の回折格子１５の反射率の変化を反射光測定部１３が測定する反射光の波長ごとの光強度から特定することにより、物理量の変化を測定している。
【００２６】
なお、物理量検出装置１０の構成は、上述の例には限定されず、ＭＣＵより高度なＣＰＵ（Central Processing Unit）など他の情報処理装置で構成してもよい。また、物理量検出装置１０において、制御部１２のＭＣＵと光源部１１及び反射光測定部１３との間のデータ通信方式や外部コンピュータ２０とのインターフェースも上述の例には限定されない。
【００２７】
また、物理量検出プログラムは、物理量検出装置１０が備える制御部１２のＭＣＵに実行させる例には限定されず、例えば、物理量検出装置１０に接続されている外部コンピュータ２０に実行させることもできる。この場合において、物理量検出装置１０と外部コンピュータ２０とは、協働して物理量検出方法における各ステップを実行する。
【００２８】
［物理量検出装置の動作］
次に、物理量検出装置１０の動作について説明する。以下の説明において、物理量検出装置１０は、河川や湖などの水位を検出する水位計として用いる例について説明する。この場合において、物理量検出装置１０は、ＦＢＧセンサ１６が水面付近の位置に設置される。
【００２９】
図２は、物理量検出装置１０の出力光と反射光との関係を示すための、模式図である。図２において、物理量検出装置１０の構成の一部を省略している。図１及び図２を参照しつつ、物理量検出装置１０による物理量検出の原理を説明する。物理量検出装置１０は、外部コンピュータ２０の入力部からコマンドや指示を受け付けると、制御部１２が物理量検出プログラムを実行させて、光源部１１から出力光Ｌ１を出力する。出力光Ｌ１は、波形ＳＬ１で示すように光源部１１により波長が切り替えられて複数の波長の光が所定の強度、例えば一定の強度で出力される。光ファイバ１４及び光分岐器１９を経由してＦＢＧセンサ１６に到達した出力光Ｌ１は、回折格子１５により反射されて反射光Ｌ２として光ファイバ１４の内部を伝播して反射光測定部１３に入光する。ＦＢＧセンサ１６の回折格子１５が光の波長によって反射率（出力光Ｌ１の光強度に対する反射光Ｌ２の光強度の比率）が変化する性質を有するため、反射光測定部１３に入光した反射光Ｌ２は、複数の波長で一定の強度で出力された出力光Ｌ１と異なり、複数の波長ごとに異なる強度となる。図２に示すように、反射光Ｌ２は、所定の波長の反射率が最も高くなる。反射光Ｌ２において、反射率が最も高い波長を反射ピーク波長という。
【００３０】
物理量検出装置１０は、反射光測定部１３が測定した反射光Ｌ２の強度を制御部１２がデータとして取得し、制御部１２が反射光Ｌ２の強度を、出力光Ｌ１の強度に基づいて反射率に換算してＲＯＭ１２１に記憶する。物理量検出装置１０は、ＲＯＭ１２１に記憶されている出力光Ｌ１の波長の情報を用いて複数の波長ごとに反射光Ｌ２の反射率を取得することにより、波形ＳＬ２のように反射スペクトルを特定する、反射スペクトルのフィッティング処理を行うことができる。また、物理量検出装置１０は、特定された反射光の反射スペクトルから、反射光のピーク波長を検出することができる。なお、反射スペクトルのフィッティング処理などにおいて、反射光の反射率を換算することなく、反射光の光強度を用いて処理を行ってもよい。
【００３１】
なお、反射光の強度を反射率に換算する際には、出力光の強度のデータも必要である。ここで、出力光の強度のデータは、光源部１１から情報を取得してもよいし、後述の光モニタ用測定部のように出力光の強度を測定する構成により反射光測定部１３とともに測定してもよく、測定方法は特に限定されない。
【００３２】
ここで、光波長分割多重通信用の光源である光源部１１は、出力光Ｌ１の波長精度が高く線幅も細い。一方、光源部１１は、出力光Ｌ１の波長の切り替えに要する時間が１回あたり数秒を要する。つまり、光源部１１は、ＦＢＧセンサを用いた一般の物理量検出装置用の波長可変光源と比べると出力光の波長の切り替えに要する時間が長いため、測定の際に波長掃引を行って反射スペクトルを生成し、反射スペクトルからピーク波長を求めることが難しい。
【００３３】
そこで、物理量検出装置１０は、制御部１２に実行させる物理量検出プログラムにより、以下に説明する物理量検出方法を実行する。物理量検出装置１０は、この物理量検出方法を実行することにより、出力光の波長の切り替えに時間を要する光源部１１を用いる場合など、光源部１１あるいは反射光測定部１３の能力に依存することなく、簡易な構成でありながらＦＢＧセンサ１６を用いる物理量検出を適切に行うことができる。
【００３４】
図３は、物理量検出装置１０における、反射スペクトルのプロファイル抽出の概念を示すための、模式図である。また、図４は、物理量検出装置１０が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理の概念を示すための、模式図である。
【００３５】
物理量検出装置１０は、図３に示すように、フィッティング処理に用いられる反射スペクトルのプロファイルＳＰ０について、反射光測定部１３により取得した反射光の波長と反射率との関係を示す測定情報に対応する測定点Ｐ０を複数個取得し生成した測定データによる波形ＤＰからプロファイル抽出処理により特定することができる。なお、反射スペクトルのプロファイルＳＰ０を抽出するプロファイル抽出処理の説明については後述する。
【００３６】
物理量検出装置１０は、制御部１２により実現される信号処理部が、少なくとも１組の反射光の波長と反射率の測定点と、あらかじめ特定された反射スペクトルのプロファイルＳＰ０とに基づいて、図４に示すように反射スペクトルＳＰを特定するフィッティング処理を行う。ここで、反射スペクトルのプロファイルＳＰ０は、図４に示すような反射光の波長と反射率との関係を示す測定点Ｐ１，Ｐ２に基づいて特定されたものである。物理量検出装置１０は、フィッティング処理に用いるプロファイルＳＰ０について、フィッティング処理の際にＲＯＭ１２１から呼び出す。物理量検出装置１０は、フィッティング処理により特定された反射スペクトルＳＰに基づいて、反射光のピーク波長を検出する、反射ピーク波長の検出処理を行う。
【００３７】
［フィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理］
次に、物理量検出装置１０が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理について説明する。以下の説明において、物理量検出方法におけるフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理は、物理量検出装置１０、具体的には物理量検出装置１０が備える制御部１２に物理量検出プログラムを実行させることにより行われる。
【００３８】
図５は、物理量検出装置１０が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理を示すための、フローチャートである。図５に示すように、物理量検出装置１０は、光源部１１から複数の波長により出力する出力光について、処理開始時の波長である開始波長を探索する開始波長探索処理を行う（Ｓ１０１）。開始波長探索処理は、例えば物理量検出装置１０による検出対象が水位である場合、ＦＢＧセンサ１６を水中に敷設すると水の状態などによって反射スペクトルの波長軸上の位置が変わるため、これに対応するために行う処理である。開始波長探索処理において、物理量検出装置１０は、出力光の波長を適宜更新して、取得した反射光の反射率に基づいて適切な開始波長を探索する。
【００３９】
図６は、物理量検出装置における、開始波長探索処理の概念を示すための、模式図である。図６に示すように、開始波長探索処理は、ＦＢＧセンサ１６の実際の測定時における反射スペクトルの特性ＳＰ１が、製造時あるいは設置時など事前に得られた反射スペクトルの特性ＳＰ０から、使用環境により異なる波長領域に移動してしまう可能性がある。このため、物理量検出装置１０は、フィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理の開始後に、出力波長を切り替えながらＦＢＧセンサ１６の反射スペクトルの特性を特定する。
【００４０】
なお、開始波長探索処理は、上述したように取得した反射光の反射率に基づいて適切な開始波長を探索する以外の処理の手法により行ってもよい。開始波長探索処理は、例えばあらかじめ特定された複数の開始波長で探索処理を行って開始波長を特定してもよい。また、開始波長探索処理は、例えばユーザが手動で操作して出力光の波長ごとの反射光の反射率を確認して開始波長を探索するようにしてもよい。
【００４１】
開始波長探索処理後、物理量検出装置１０は、探索処理の結果により特定された開始波長を光源部１１に設定（セット）する（Ｓ１０２）。
【００４２】
物理量検出装置１０は、セットされた開始波長からフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理を行うための出力光の波長の変更量（以下「波長変更量」という）を算出する処理を行う（Ｓ１０３）。出力光の波長変更量、つまり変更後の出力光の波長は、例えば、現在（直近の反射率測定時）の出力光の波長と反射率の値に基づいて決定することができる。現在の出力光の波長とその反射率の値に基づいて波長変更量を決定する場合に、物理量検出装置１０は、反射スペクトルの波形上における現在の反射率の値の位置を確認しながら波長変更量を決定することができる。また、出力光の波長変更量は、プロファイル抽出領域において所定の反射率以上の反射率を取得できる波長であるか否かによって決定することができる。
【００４３】
図７は、物理量検出装置１０における、出力光の波長変更量の算出処理の一例の概念を示すための、模式図である。出力光の波長変更量は、反射スペクトルの波形上における測定点のうち、フィッティング処理に適した位置の点を選択できるように設定する。波長変更量は、例えばスペクトルの頂点よりも傾斜部分の点を測定するほうがフィッティング処理における測定値と反射スペクトルのプロファイルとのフィッティング精度が向上する場合には、傾斜部分に相当しうる測定点を選択するように出力光の波長変更量を設定することができる。つまり、波長変更量は、図７において、測定点Ｐ２０、Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４，Ｐ２５の位置のうち、上記条件を満たす測定点Ｐ２３を選択するように出力光の波長変更量を設定することができる。また、物理量検出装置１０は、出力光の波長変更量について、反射スペクトルの波長軸方向のシフト（移動）傾向に基づいて、波長変更量、変更の正負方向を推定することができる。
【００４４】
物理量検出装置１０は、算出した出力光の波長変更量に基づいて、光源部１１の出力光の波長を変更する（Ｓ１０４）。
【００４５】
出力光の波長変更後、物理量検出装置１０は、変更後の波長の光により、反射率測定を行う（Ｓ１０５）。物理量検出装置１０の光源部１１から出力される出力光は、光ファイバ１４を経由してＦＢＧセンサ１６の回折格子１５により反射される。回折格子１５からの反射光は、光ファイバ１４を経由して反射光測定部１３に入光し、物理量検出装置１０により反射率測定が行われる。反射率測定について、物理量検出装置１０では、具体的には、反射光測定部１３により光強度の測定を行い、この測定された光強度の値と光源部１１からの出力光の発光強度とに基づいて、制御部１２が反射率を算出する。
【００４６】
物理量検出装置１０は、測定された反射率が、あらかじめ特定された反射スペクトルのプロファイル上の測定点であるか否かを判断する（Ｓ１０６）。測定された反射率とプロファイルとが対応しているか否かの判断は、プロファイル抽出領域の閾値等から判別可能である。物理量検出装置１０は、Ｓ１０４の処理により出力波長を変更した結果、反射スペクトル上に対応した反射率が測定できなかった場合に（Ｓ１０６：ＮＯ）、Ｓ１０３の処理に戻り新たな波長変更量を算出する。Ｓ１０３の処理の後、物理量検出装置１０は、Ｓ１０４からＳ１０６の処理を繰り返して反射スペクトル上の反射率が得られる点を探す。
【００４７】
物理量検出装置１０は、反射スペクトル上に対応した反射率が測定できた場合に（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ＲＯＭ１２１などの一次メモリに測定時の出力光の波長とその反射率とを対応付けてデータを保持する（Ｓ１０７）。ＲＯＭ１２１には、例えば所定の組数の測定時の出力光の波長とその反射率とが対応付けられたデータテーブルが保持されている。
【００４８】
物理量検出装置１０は、ＲＯＭ１２１に保持されている測定時の出力光の波長及びその反射率のデータの数（測定点数）が、フィッティング処理に必要な数の分揃ったか否かを判断する（Ｓ１０８）。フィッティング処理に必要な数の測定点数が揃わない場合には（Ｓ１０８：ＮＯ）、物理量検出装置１０は、Ｓ１０３の処理に戻り、フィッティング処理に必要な数の測定点数を取得するための処理を行う。
【００４９】
フィッティング処理に必要な数の測定点数が揃った場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、物理量検出装置１０は、測定された波長と反射率とを示す測定点があらかじめ特定された反射スペクトルのプロファイル上に位置するか否かのフィッティング処理を行う。また、物理量検出装置１０は、フィッティング処理により特定された反射スペクトルのプロファイルに基づいて、反射スペクトルのピーク波長を推定する（Ｓ１０９）。
【００５０】
図８は、物理量検出装置１０が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理の一例を示すための、模式図である。また、図８において、波長切替の前後では、光源部１１の波長切替の動作１回分、例えば３秒程度の経過時間がある。図８に示すように、物理量検出装置１０は、所定の数の測定点、例えば波長切替の前において直前の１点である測定点Ｐ３０、及び、この測定点Ｐ３０よりも過去の測定点であるＰ３１，Ｐ３２の計３点の測定点について、反射スペクトルのプロファイルと近似させるフィッティング処理を行い、反射スペクトルＳＰ３を特定している。反射スペクトルＳＰ３において、測定点は、測定時からの経過時間の古い順にＰ３２，Ｐ３１，Ｐ３０，となっている。物理量検出装置１０は、制御部１２により実現される信号処理部が、反射光の受光時期を記憶している。物理量検出装置１０は、反射光の受光時期に基づいて、例えば図８の波長切替前においてプロファイルＳＰ３を特定する際には、反射光の受光時期に基づいて３組の反射光の波長と強度との測定点Ｐ３０，Ｐ３１，Ｐ３２を用いてプロファイルＳＰ３を特定している。
【００５１】
一方、物理量検出装置１０は、例えば波長切替の後において直前の１点である測定点Ｐ４０、及び、この測定点Ｐ４０よりも過去の測定点であるＰ４１，Ｐ４２，Ｐ４３のうち２点の計３点の測定点を、反射スペクトルのプロファイルと近似させるフィッティング処理を行い、反射スペクトルＳＰ４を特定している。反射スペクトルＳＰ４において、測定点は、測定時からの経過時間の古い順にＰ４３，Ｐ４２，Ｐ４１，Ｐ４０，となっている。物理量検出装置１０は、反射光の受光時期に基づいて、例えば図８の波長切替前においてプロファイルＳＰ４を特定する際には、反射光の受光時期に基づいて測定点のうち最も古いＰ４３を用いずに、３組の反射光の波長と強度との測定点Ｐ４０，Ｐ４１，Ｐ４２を用いてプロファイルＳＰ４を特定している。物理量検出装置１０は、出力する光の波長の切替に時間を要する光源部１１を用いる場合であっても、少ない測定情報の数で反射スペクトルのプロファイルとのフィッティング処理を実行することができる。
【００５２】
また、図８において、波長切替後の反射スペクトルＳＰ４は、ＦＢＧセンサ１６の歪みまたは温度の変化などの要因により、波長切替前の反射スペクトルＳＰ３から波長の増加方向に波形の位置がシフトしている場合を模式的に示している。
【００５３】
このように処理することにより、物理量検出装置１０によれば、出力光の開始波長の切替処理ごとに、検出ピーク波長の推定値を取得することができる。物理量検出装置１０は、装置が起動している間、Ｓ１０１からＳ１０９までの処理を繰り返す。
【００５４】
以上説明したように、物理量検出装置１０は、反射スペクトルのプロファイルを抽出する際の初期測定時に取得した反射光の波長と強度のデータの測定点よりも少ない点数の測定点により、あらかじめ特定されたプロファイルを使用、つまりフィッティング処理する。このようにすることにより、物理量検出装置１０によれば、反射スペクトルのピーク波長を検出することができる。また、物理量検出装置１０によれば、ＦＢＧセンサ１６の歪みや温度による変化を受けることにより、反射スペクトルが波長軸上でシフトした場合であっても、反射スペクトルのフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理を行うことができる。
【００５５】
［反射スペクトルのプロファイル抽出処理］
次に、物理量検出装置１０が実行する物理量検出方法における反射スペクトルのプロファイル抽出処理について説明する。以下の説明において、物理量検出方法における反射スペクトルのプロファイル抽出処理は、物理量検出装置１０が備える制御部１２に物理量検出プログラムを実行させることにより行われる。反射スペクトルのプロファイル抽出処理は、先に説明した物理量検出装置１０により実行されるフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理に用いられる反射スペクトルのプロファイルを抽出する処理である。
【００５６】
プロファイル抽出処理は、抽出したプロファイルをフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理に用いるため、これらの処理を実行する前に温度変化、歪み変化が十分に小さいとみなせる環境下において行うのが望ましい。プロファイル抽出処理において、物理量検出装置１０は、光源部１１からの出力光の波長を狭い間隔で変更して出力（掃引）し、多数の測定点を取得する。物理量検出装置１０は、その測定点に対して近似するフィッティング計算を行い、ＦＢＧセンサ１６の反射スペクトルのプロファイルをパラメータとして抽出することにより、スペクトルの外形を表す情報として制御部１２のＲＯＭ１２１に保持する。
【００５７】
図９は、物理量検出装置１０における、反射スペクトルのプロファイル抽出処理を示すための、フローチャートである。図９に示すように、物理量検出装置１０は、反射スペクトルのプロファイルを抽出するために光源部１１から出力する複数の波長の出力光の波長の変化度合いの間隔（波長間隔）の設定を受け付ける（Ｓ２０１）。波長間隔の設定は、例えば外部コンピュータ２０の入力部から物理量検出装置１０の制御部１２への入力を受け付けることで設定される。設定する波長間隔は、プロファイル抽出処理の精度にも影響する。波長間隔は、例えばＦＢＧセンサ１６の回折格子１５の製造時における反射スペクトルデータなどに基づいて決定することができる。
【００５８】
波長間隔を設定後、物理量検出装置１０は、プロファイル抽出処理を行うために光源部１１から出力する出力光について、処理開始時の波長である開始波長と処理終了時の波長である終了波長とを設定する処理を行う（Ｓ２０２）。
【００５９】
図１０は、物理量検出装置１０における、反射スペクトルのプロファイル抽出処理領域の一例を示すための、模式図である。また、図１１は、物理量検出装置１０における、反射スペクトルのプロファイル抽出処理領域の別の例を示すための、模式図である。図１０及び図１１に示すように、反射スペクトルのプロファイル抽出処理において、反射スペクトルのプロファイルＤＰ１，ＤＰ２を抽出したい波長領域Ｅ１，Ｅ２に応じて、開始波長、及び終了波長を適宜決定することができる。開始波長及び終了波長は、プロファイル抽出領域において設定される反射率の閾値によって異なる。また、開始波長及び終了波長は、例えばＦＢＧセンサ１６の回折格子１５の中心波長、反射スペクトル特性など製造時における特性を参照して、抽出領域の反射率の閾値に対応する正確な波長を測定することにより決定することができる。
【００６０】
プロファイル抽出処理の開始波長及び終了波長が設定された後、物理量検出装置１０は回折格子１５に向けて、光源部１１から開始波長の出力光を出力することにより、プロファイル抽出処理を開始する（Ｓ２０３）。
【００６１】
開始波長の出力光を出力後、物理量検出装置１０は、Ｓ２０１において設定した波長間隔に基づいて、光源部１１に設定されている出力光の波長を変更する（Ｓ２０４）。波長変更後、物理量検出装置１０は、変更後の波長にて出力光を出力し、この出力光に対する反射率の測定を行う（Ｓ２０５）。
【００６２】
物理量検出装置１０は、Ｓ２０５の処理における出力光の波長とその反射率とを対応付けてデータをＲＯＭ１２１などの一次メモリに保持する（Ｓ２０６）。ＲＯＭ１２１には、例えば所定の組数の測定時の出力光の波長とその反射率とが対応付けられたデータテーブルが保持されている。
【００６３】
物理量検出装置１０は、光源部１１から出力される出力光の波長が、Ｓ２０２において設定された終了波長であるか否かを判断する（Ｓ２０７）。出力光の波長が終了波長ではない場合には（Ｓ２０７：ＮＯ）、物理量検出装置１０は、Ｓ２０４の処理に戻り、出力光の波長を直近の波長から波長間隔に応じて変更して処理を続行する。
【００６４】
出力光の波長が終了波長である場合には（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、物理量検出装置１０は、ＲＯＭ１２１に保持されている出力光の波長と反射率との関係に基づいて、反射スペクトルのプロファイルを抽出する処理を行う（Ｓ２０８）。Ｓ２０８の処理において、物理量検出装置１０は、例えば、開始波長から終了波長までの波長と反射率との関係をプロットした点と、ＦＢＧセンサ１６の反射率の理論曲線とに基づいてプロファイルを抽出してもよい。また、Ｓ２０８の処理において、物理量検出装置１０は、例えば、開始波長から終了波長までの波長と反射率との関係をプロットした点の近似曲線に基づいてプロファイルを抽出してもよい。
【００６５】
物理量検出装置１０は、Ｓ２０８の処理により生成された反射スペクトルのプロファイルのデータを制御部１２に接続しているＲＯＭ１２１などの不揮発性メモリに保持する（Ｓ２０９）。このプロファイルのデータの保持先は、ＲＯＭ１２１には限定されず、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクなどであってもよい。
【００６６】
以上説明したように、物理量検出装置１０は、制御部１２が抽出したプロファイルを用いて反射スペクトルのフィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理を実行することにより、出力光の波長切替に時間を要する、例えば、通信用波長可変光源のような光源部１１であっても、適切な物理量の検出を行うことができる。
【００６７】
また、物理量検出装置１０によれば、プロファイル抽出処理、フィッティング処理、及び反射ピーク波長の検出処理を行うことにより、従来の物理量検出装置のように反射スペクトルの波形を詳細に生成した後、測定ごとに測定値からピーク波長を求めることなく、反射スペクトル上にあるごく少数の測定点から反射スペクトルのピーク波長を検出することができる。このため、物理量検出装置１０によれば、光源部１１として通信用波長可変光源を用いてＦＢＧセンサ１６による物理量検出を行う場合であっても、測定時間を大幅に短縮することができるため、実用にかなう測定時間を実現することができる。
【００６８】
図１２は、本実施の形態に係る物理量検出装置の変形例の概略構成を示すための、ブロック図である。図１２に示すように、変形例の物理量検出装置１００は、光モニタ用測定部１０１、光分岐器１０２、及びシリアル（Serial）通信部１０３を備える点が先に説明した物理量検出装置１０との構成上の相違点である。光モニタ用測定部１０１は、プロファイル抽出処理に用いられる、ＦＢＧセンサ１６を経由しない光源部１１の出力光の波長、及び強度を測定する出力光測定部として機能する。光分岐器１０２は、光源部１１からの出力光を光モニタ用測定部１０１に取り込むために設けられている。シリアル通信部１０３は、光分岐器１０２、及び光モニタ用測定部１０１と制御部１２とを接続している。
【００６９】
そして、物理量検出装置１００は、上述の物理量検出装置１０との構成上の相違点により、信号処理部として機能する制御部１２が光モニタ用測定部１０１から取得した複数の出力光の波長、及び強度の情報に基づいて、反射スペクトルのプロファイルを抽出する点が、先に説明した物理量検出装置１０との動作上の相違点である。なお、物理量検出装置１００において、上記相違点以外の構成は物理量検出装置１０と共通であるため、説明を省略する。
【００７０】
ＦＢＧセンサ１６の反射率を測定するために、物理量検出装置１００は、光モニタ用測定部１０１により測定することができる出力光の光強度と、反射光測定部１３により計測することができる反射光の光強度とを同時に測定するのが望ましい。光モニタ用測定部１０１が測定する反射率は、ＦＢＧセンサ１６の端における絶対反射率ではなく、線路損失などを含んだ物理量検出装置１００側で測定した相対的な反射率でもよい。なお、出力光の光強度を測定するための構成は、上述の例には限定されない。
【００７１】
［フィッティング処理の変形例］
次に、物理量検出装置１０により実行されるフィッティング処理の変形例について説明する。
【００７２】
図１３は、物理量検出装置１０が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理の変形例の概念を示すための、模式図である。図１３に示すように、物理量検出装置１０は、出力光の反射光の波長と強度との組み合わせである測定点を１点のみ取得するたびに、反射スペクトルのフィッティング処理、及び反射スペクトルの反射ピーク波長の検出処理を行うこともできる。ＦＢＧセンサ１６の反射スペクトルＳＰ４は、ピーク波長の周辺においては極大値を１つだけもつ山なりのスペクトルである。そのため、測定点Ｐ５０が１点のみである場合、数理計算によってピーク波長を推定すると極大値と測定点との関係により２通りの解が考えられる。
【００７３】
図１４は、物理量検出装置が実行する物理量検出方法におけるフィッティング処理の変形例における処理を示すための、模式図である。図１４に示すように、物理量検出装置１０は、例えば、反射スペクトルのプロファイル抽出処理を行う際に、出力光の波長を切り替えながら反射光の波長ごとの強度を測定する。これによって、物理量検出装置１０は、反射スペクトルの波長軸上における個々の波長と強度の測定点Ｐ５１，Ｐ５２，Ｐ５３の位置を把握できる。また、物理量検出装置１０は、この把握した反射スペクトルにおける測定点Ｐ５１，Ｐ５２，Ｐ５３の位置に合わせた波長の光を出力光に用いることができる。このようにすれば、物理量検出装置１０は、反射スペクトルのプロファイルＳＰ５１，ＳＰ５２，ＳＰ５３が矢印Ｓ方向にシフトするのに追従しつつ、反射ピーク波長を検出することができる。なお、物理量検出装置１０は、例えば、測定点に対応する出力光の出力時期に基づいて、この測定点の反射スペクトルにおける位置、少なくとも測定点が反射スペクトルの極大値に対する左半分または右半分のいずれかに位置することを特定できる。
【００７４】
このようにすることにより、物理量検出装置１０は、フィッティング処理及び反射ピーク波長の検出処理を行うことができる。
【００７５】
［その他の実施の形態］
なお、物理量検出装置は、測定対象に向けて直接的に光を照射し、測定対象からの反射光の変化により上記物理量の変化を検出してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１０  物理量検出装置
１１  光源部
１２  制御部
１３  反射光測定部
１４  光ファイバ
１５  回折格子
１６  ＦＢＧセンサ
１７  シリアル通信部
１８  シリアル通信部
１９  光分岐器
２０  外部コンピュータ
２１  通信部
１００  物理量検出装置
１０１  光モニタ用測定部
１０２  光分岐器
１０３  シリアル通信部
【図１】
2020076610.tif 000003
【図２】
2020076610.tif 000004
【図３】
2020076610.tif 000005
【図４】
2020076610.tif 000006
【図５】
2020076610.tif 000007
【図６】
2020076610.tif 000008
【図７】
2020076610.tif 000009
【図８】
2020076610.tif 000010
【図９】
2020076610.tif 000011
【図１０】
2020076610.tif 000012
【図１１】
2020076610.tif 000013
【図１２】
2020076610.tif 000014
【図１３】
2020076610.tif 000015
【図１４】
2020076610.tif 000016