(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域波長光を発する光源と、該広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサと、該ＦＢＧセンサからの反射光を透過させ且つ透過率ピーク波長を温度により調整し得るファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電圧信号に変換する光電変換器と、前記ファブリペローフィルタの温度を調整する温度調節器とを備え、該光電変換器が出力した光の強度変化のＡＣ成分を計測するＡＥ計測方法であって、
１つの前記ＦＢＧセンサからの信号は、１つの前記ファブリペローフィルタを介して１つの前記光電変換器で対応して処理され、
前記光電変換器では、前記ＦＢＧセンサの反射光帯域と前記ファブリペローフィルタの透過帯域における重ね合わせの光強度に相当するＤＣ出力電圧を計測し、
該ＤＣ出力電圧を基準にしてファブリペローフィルタの透過率ピーク波長を温度調節器により調整し、前記ＦＢＧセンサからの反射光に対してファブリペローフィルタを透過する全光強度を一定範囲に保持することを特徴とするＡＥ計測方法。
【請求項２】
広帯域波長光を発する光源と、該広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサと、該ＦＢＧセンサからの反射光を透過させ且つ透過率ピーク波長を温度により調整し得るファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電圧信号に変換する光電変換器と、前記ファブリペローフィルタの温度を調整する温度調節器とを備え、該光電変換器が出力した光の強度変化のＡＣ成分を計測するＡＥ計測装置であって、
１つの前記ＦＢＧセンサからの信号は、１つの前記ファブリペローフィルタを介して１つの前記光電変換器で対応して処理され、
前記光電変換器では、前記ＦＢＧセンサの反射光帯域と前記ファブリペローフィルタの透過帯域における重ね合わせの光強度に相当するＤＣ出力電圧を計測し、
該ＤＣ出力電圧を基準にしてファブリペローフィルタの透過率ピーク波長を温度調節器により調整し、前記ＦＢＧセンサからの反射光に対してファブリペローフィルタを透過する全光強度を一定範囲に保持するように構成したことを特徴とするＡＥ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＢＧセンサを用いてＡＥ（アコースティック・エミッション）信号を計測するＡＥ計測方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物等の検査対象について亀裂等の欠陥を検出する手法としては、欠陥発生に伴う弾性波放出（ＡＥ：アコースティック・エミッション）の検出を利用した非破壊のＡＥ計測方法が存在している。
【０００３】
ＡＥ計測方法では、電磁波障害を受ける圧電素子の代わりに、光ファイバセンサの一種であるＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバ・ブラッグ・グレーティング）センサを用いることが考えられている。
【０００４】
このようなＡＥ計測装置について説明すると、図７に示すごとくＡＥ計測装置は、広帯域波長光を発する光源１と、広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサ２と、光源１とＦＢＧセンサ２の間に位置する光サーキュレータ３と、光サーキュレータ３からの光を分岐する光カプラ４と、光カプラ４で分岐した一方の光を透過させる第一のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）５と、光カプラ４で分岐した他方の光を透過させる第二のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）６と、第一のファブリペローフィルタ５を透過した光を電気信号に変換する第一の光電変換器７と、第二のファブリペローフィルタ６を透過した光を電気信号に変換する第二の光電変換器８と、第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８からの信号を処理するＡＥ信号の計測器９及びデータ収録器１０を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
光源１は、光を連続的に出力するものであり、光源１と光サーキュレータ３の間には、第一の光ファイバ１１を配して入射光を光サーキュレータ３に導波させるようになっており、更に光サーキュレータ３とＦＢＧセンサ２の間には、第二の光ファイバ１２を配して入射光をＦＢＧセンサ２に導波させるようになっている。
【０００６】
ＦＢＧセンサ２は、光ファイバのコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成するセンサであり、ＦＢＧセンサ２に光が入射されると、ブラッグ波長の波長成分がＦＢＧセンサ２で反射され、残りの成分が透過されるようになっている。またブラッグ波長のシフト量は、検査対象のひずみや温度変化により変化するようになっている。
【０００７】
光サーキュレータ３は、入射光または反射光による導波の方向を制御するように、光源１からの入射光を第二の光ファイバ１２へ導波させると共に、ＦＢＧセンサ２からの反射光を第三の光ファイバ１３を介して光カプラ４へ導波させるようになっている。
【０００８】
光カプラ４は、第四の光ファイバ１４を配して第一のファブリペローフィルタ５に接続されていると共に、第五の光ファイバ１５を配して第二のファブリペローフィルタ６に接続されており、反射光を５０：５０に分岐して第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６に入射させるようになっている。
【０００９】
第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６は、光学特性としてフィルタの透過率が一定の波長間隔（FSR:Free Spectral Range）で周期的に変化するものであり（図８参照）、ファブリペローフィルタ５，６の透過波長とＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルの重なりあった波長のみが透過している。また第一のファブリペローフィルタ５は透過光を第六の光ファイバ１６により第一の光電変換器７へ導波すると共に、第二のファブリペローフィルタ６は透過光を第七の光ファイバ１７により第二の光電変換器８へ導波するようになっている。更にファブリペローフィルタ５，６の波長−透過率特性は、温度により変化するため、温度調整器（図示せず）を備えて調整可能に構成されている。
【００１０】
ここでＦＢＧセンサ２のブラッグ波長は、ひずみや温度変化に伴うシフト量の変化によって、二つのファブリペローフィルタ５，６の透過波長とＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルが重ならず、光が適切に透過しない場合があるため、第二のファブリペローフィルタ６の透過率波長を調整し、第一のファブリペローフィルタ５の透過率ピーク波長と第二のファブリペローフィルタ６の透過率ピーク波長をFSR／４離すように設定し（図９参照）、ブラッグ波長のシフト量にかかわらず、第一のファブリペローフィルタ５の透過波長または／及び第二のファブリペローフィルタ６の透過波長とＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルが常に重なるようにしている。なおＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルの中心波長から光強度が半減する波長のときにファブリペローフィルタの透過率が最大となるようになったときに感度が最も高くなっている。
【００１１】
第一の光電変換器７は、第一のファブリペローフィルタ５からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を第一の連絡線１８によりＡＥ信号の計測器９及びデータ収録器１０へ送るようにしている。また第二の光電変換器８は、第一の光電変換器７と同様に、第二のファブリペローフィルタ６からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を第二の連絡線１９によりＡＥ信号の計測器９及びデータ収録器１０へ送るようにしている。
【００１２】
ＡＥ信号の計測器９及びデータ収録器１０は、光の強度変化のＡＣ成分を計測し、ＡＥ信号を取得して記録するようになっている。ここでＡＥ信号の計測器９とデータ収録器１０は別々に構成しても良いし、１つの機器で構成しても良い。
【００１３】
ＡＥ信号を計測する際には、ＦＢＧセンサ２からの反射光を光カプラ４により５０：５０に分け、第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６に入射させる。次に第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６ではファブリペローフィルタ５，６の透過波長とＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルの重なりあった波長を透過させて第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８に導波し、第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８で透過光の強度を夫々電気信号に変換する。そしてＡＥ信号の計測器９及びデータ収録器１０では夫々光の強度変化のＡＣ成分を計測してＡＥ信号を取得し、検査対象の亀裂等の欠陥を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−４６０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、ＦＢＧセンサ２によるシフト量の変化に対応するように少なくとも二つのファブリペローフィルタ５，６を用いる場合には、構成が複雑になってコストが増加するという問題があった。また第一のファブリペローフィルタ５の透過率ピーク波長と第二のファブリペローフィルタ６の透過率ピーク波長をFSR／４離すように設定する場合には、ファブリペローフィルタ５，６のエタロン間距離を温度で調整する必要があるが、このとき温度と透過率最大波長の相関関係を取得する必要がある。この温度と透過率最大波長の相関関係の取得には多くの手間と時間がかかるという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、ＦＢＧセンサによるシフト量の変化に際し、１つのファブリペローフィルタで対応し得るＡＥ計測方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のＡＥ計測方法は、広帯域波長光を発する光源と、該広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサと、該ＦＢＧセンサからの反射光を透過させ且つ透過率ピーク波長を温度により調整し得るファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電圧信号に変換する光電変換器と、前記ファブリペローフィルタの温度を調整する温度調節器とを備え、該光電変換器が出力した光の強度変化のＡＣ成分を計測するＡＥ計測方法であって、
１つの前記ＦＢＧセンサからの信号は、１つの前記ファブリペローフィルタを介して１つの前記光電変換器で対応して処理され、
前記光電変換器では、前記ＦＢＧセンサの反射光帯域と前記ファブリペローフィルタの透過帯域における重ね合わせの光強度に相当するＤＣ出力電圧を計測し、
該ＤＣ出力電圧を基準にしてファブリペローフィルタの透過率ピーク波長を温度調節器により調整し、前記ＦＢＧセンサからの反射光に対してファブリペローフィルタを透過する全光強度を一定範囲に保持するものである。
【００１９】
本発明のＡＥ計測装置は、広帯域波長光を発する光源と、該広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサと、該ＦＢＧセンサからの反射光を透過させ且つ透過率ピーク波長を温度により調整し得るファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電圧信号に変換する光電変換器と、前記ファブリペローフィルタの温度を調整する温度調節器とを備え、該光電変換器が出力した光の強度変化のＡＣ成分を計測するＡＥ計測装置であって、
１つの前記ＦＢＧセンサからの信号は、１つの前記ファブリペローフィルタを介して１つの前記光電変換器で対応して処理され、
前記光電変換器では、前記ＦＢＧセンサの反射光帯域と前記ファブリペローフィルタの透過帯域における重ね合わせの光強度に相当するＤＣ出力電圧を計測し、
該ＤＣ出力電圧を基準にしてファブリペローフィルタの透過率ピーク波長を温度調節器により調整し、前記ＦＢＧセンサからの反射光に対してファブリペローフィルタを透過する全光強度を一定範囲に保持するように構成したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のＡＥ計測方法及びその装置によれば、光電変換器からのＤＣ出力電圧を基準にしてファブリペローフィルタの透過率ピーク波長を温度調節器により調整し、ＦＢＧセンサからの反射光に対してファブリペローフィルタを透過する全光強度を一定範囲に保持するので、ＦＢＧセンサによるシフト量の変化に際して１つのファブリペローフィルタで対応することができ、よって装置の構成を単純化してコストを抑制することができる。またファブリペローフィルタの透過率ピーク波長がどこにあるのか不明であっても、光電変換器からのＤＣ出力電圧をフィードバックして温度によりファブリペローフィルタの透過率ピーク波長を調整するので、第一のファブリペローフィルタの透過率ピーク波長と第二のファブリペローフィルタの透過率ピーク波長をFSR／４離すように設定するための準備作業を不要にし、多くの手間と時間を削減することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の形態例を示すブロック図である。
【図２】ＤＣ出力電圧に基づいてファブリペローフィルタの温度を調整する処理を示すフローである。
【図３】温度パラメータとＤＣ出力電圧の相関関係を示すグラフである。
【図４】温度パラメータにおける反射スペクトルパワー及びＤＣ出力電圧を示す試験の一例である。
【図５】温度パラメータにおける反射スペクトルパワー及びＤＣ出力電圧を示す試験の二例である。
【図６】温度パラメータにおける反射スペクトルパワー及びＤＣ出力電圧を示す試験の三例である。
【図７】従来のＡＥ計測装置を示すブロック図である。
【図８】ファブリペローフィルタの光学特性を示す概念図である。
【図９】第一のファブリペローフィルタと第二のファブリペローフィルタの透過率ピーク波長をFSR／４離し、ＦＢＧセンサの基本的な反射光スペクトルを示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のＡＥ計測方法及びその装置を実施する形態例を図１〜図６を参照して説明する。なお、図中、図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２４】
実施の形態例のＡＥ計測方法及びその装置は、広帯域波長光を発する光源１と、広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサ２と、光源１とＦＢＧセンサ２の間に位置する光サーキュレータ３と、光サーキュレータ３からの光を透過させるファブリペローフィルタ２０（FFP：Fiber Fabry-Perot）と、ファブリペローフィルタ２０を透過した光を電気信号に変換する光電変換器２１と、光電変換器２１のＡＣ信号を処理するＡＥ信号の計測器２２及びデータ収録器２３と、光電変換器２１からのＤＣ出力電圧を計測する電圧計測器２４と、ファブリペローフィルタ２０の温度を調整する温度調節器２５と、電圧計測器２４からのＤＣ出力電圧を基準にして温度調節器２５を制御する制御器２６とを備えている。ここで光源１、ＦＢＧセンサ２、光サーキュレータ３は、図７と同じものを用いている。
【００２５】
またファブリペローフィルタ２０は、図７に示す第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６の一方と同じものを用いており、光ファイバ２７を用いて光電変換器２１へ導波するようになっている。
【００２６】
光電変換器２１は、ファブリペローフィルタ２０からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を、第一の連絡線２８によりＡＥ信号の計測器２２及びデータ収録器２３へ送ると共に第二の連絡線２９により電圧計測器２４へ送るようになっている。
【００２７】
ＡＥ信号の計測器２２及びデータ収録器２３は、電気信号から光の強度変化のＡＣ成分を計測し、ＡＥ信号を取得して記録するようになっている。ここでＡＥ信号の計測器２２とデータ収録器２３は別々に構成しても良いし、１つの構成でも良い。
【００２８】
一方、電圧計測器２４は、ファブリペローフィルタ２０を透過して全光強度に相当するＤＣ出力電圧を計測し、ＤＣ出力電圧のデータを第三の連絡線３０により制御器２６に送るようになっている。
【００２９】
制御器２６は、温度パラメータとＤＣ出力電圧の関係（関数）が予め入力されており、当該関係に基づき、電圧計測器２４で測定したＤＣ出力電圧から適切な温度パラメータを算出し、温度パラメータを第四の連絡線３１により温度調節器２５に送ってファブリペローフィルタ２０の温度を制御するようにしている。
【００３０】
ここで温度パラメータ（図３では温度調節器のコントローラ値）とＤＣ出力電圧（図３ではファブリペローフィルタ（FFP）透過後の光電変換器のＤＣ出力電圧）の関係は、図３のグラフに示す如く温度パラメータが低い温度域の場合、ＤＣ出力電圧は最少の一定値であり、ファブリペローフィルタ２０を光が適切に透過していない状態を示している。また温度パラメータが中間の温度域の場合、ＤＣ出力電圧は温度パラメータの上昇に伴って直線的に増加し、ファブリペローフィルタ（FFP）２０を光が適切に透過する状態を示している。更に温度パラメータが高い温度域の場合、ＤＣ出力電圧は最大の一定値であり、ファブリペローフィルタ２０を光が透過し過ぎている状態を示している。また図３のグラフで破線はファブリペローフィルタ（FFP）透過後の反射スペクトルパワー（光パワー）を示し、反射スペクトルパワーが温度に従ってＤＣ出力電圧と同じ挙動を示すことを表している。なお中間の温度域は、別の表現として、ＤＣ出力電圧が最大値と最小値の間に位置して温度の増加に伴い一定の増加量を有する一定範囲と表しても良いし、またはＤＣ出力電圧が最大値と最小値の間に位置して温度と比例する一定範囲と表しても良い。
【００３１】
温度調節器２５は、ファブリペローフィルタ２０に信号ライン３２を介して接続され且つ熱電変換体のペルチェ素子等を備えてファブリペローフィルタ２０の温度を調整し得るようになっており、温度によりファブリペローフィルタ２０の波長−透過率特性を変化させるようになっている。ここで温度調節器２５は、一般的なファブリペローフィルタ２０に予め備えられているものを用いても良いし、ファブリペローフィルタ２０に別途取り付けても良い。
【００３２】
以下、本発明のＡＥ計測方法及びその装置を実施する形態例の作用を説明する。
【００３３】
ＡＥ信号を計測する際には、ＦＢＧセンサ２からの反射光を光サーキュレータ３よりファブリペローフィルタ２０に入射させる。次にファブリペローフィルタ２０では、ファブリペローフィルタ２０の透過波長とＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルの重なりあった波長を透過させて光電変換器２１に導波し、光電変換器２１で透過光の強度を電気信号に変換する。そしてＡＥ信号の計測器２２及びデータ収録器２３で光の強度変化のＡＣ成分を計測してＡＥ信号を取得し、検査対象の亀裂等の欠陥を検出する。
【００３４】
ここで電圧計測器２４では、ファブリペローフィルタ２０を透過して全光強度に相当するＤＣ出力電圧を計測し、図２に示す如く制御器２６でＤＣ出力電圧が一定範囲にあるか否かを判断し（図２のステップＳ１）、ＤＣ出力電圧が一定範囲内にある場合（ステップＳ１のＹＥＳ）には、ファブリペローフィルタ２０の透過波長とＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルが重なり、ファブリペローフィルタ２０を光が適切に透過する状態であるとして、ファブリペローフィルタ２０の温度（図３に示す中間の温度域）を維持し（ステップＳ２）、ＡＥ信号を計測できる状態を保持する（ステップＳ３）。
【００３５】
一方、ＤＣ出力電圧が一定範囲にない場合（ステップＳ１のＮＯ）には、続いてＤＣ出力電圧が一定範囲より低いか否かを判断し（ステップＳ４）、ＤＣ出力電圧が低い場合（ステップＳ４のＹＥＳ）には、ファブリペローフィルタ２０の透過波長とＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルが重ならず、ファブリペローフィルタ２０を光が適切に透過する状態でないとして、温度調節器２５によりファブリペローフィルタ２０の温度を上げ（ステップＳ５）、ファブリペローフィルタ２０を光が適切に透過する状態にし、次に最初の開始段階へ戻し、同じ処理（ステップＳ１、Ｓ２）を介してＡＥ信号を計測できる状態にする（ステップＳ３）。
【００３６】
またＤＣ出力電圧が一定範囲外（ステップＳ１のＮＯ）であってＤＣ出力電圧が高い場合（ステップＳ４のＮＯ）には、ファブリペローフィルタ２０の透過波長とＦＢＧセンサ２の反射光スペクトルが重なり過ぎ、ファブリペローフィルタ２０を光が透過し過ぎている状態であるとして、温度調節器２５によりファブリペローフィルタ２０の温度を下げ（ステップＳ６）、ファブリペローフィルタ２０を光が適切に透過する状態にし、次に最初の開始段階へ戻し、同じ処理（ステップＳ１、Ｓ２）を介してＡＥ信号を計測できる状態にする（ステップＳ３）。
【００３７】
［試験１］
以下、本発明と同じ装置構成において、温度調節器２５のコントローラ値（温度パラメータ）に基づき、ＦＢＧセンサ２の反射スペクトルパワー（光パワー）及びＤＣ出力電圧の相関関係を試験した。ここで図４〜図６は、温度調節器２５のコントローラ値を変更した３つの例を示している。また反射スペクトルパワー（光パワー）の縦軸、ＤＣ出力電圧の縦軸は、同じスケール及び同じ数値を表している。
【００３８】
この結果、図４〜図６に示す如く温度調節器２５のコントローラ値（温度パラメータ）が増加することに伴って、ＦＢＧセンサ２の反射スペクトルパワー（光パワー）及びＤＣ出力電圧が増加し、図３のプロットが得られる。このことからファブリペローフィルタ２０の温度となる温度調節器２５のコントローラ値（温度パラメータ）に対し、ＦＢＧセンサ２の反射スペクトルパワー（光パワー）及び光電変換器２１のＤＣ出力電圧は、最大値と最小値の間の一定範囲で比例することが明らかである。また光電変換器２１のＤＣ出力電圧は、ファブリペローフィルタ２０を透過した反射スペクトルパワー（光パワー）に相当することが明らかである。
【００３９】
このように、実施の形態例のＡＥ計測方法及びその装置によれば、光電変換器２１からのＤＣ出力電圧を基準にしてファブリペローフィルタ２０の透過率ピーク波長を温度調節器２５により調整し、ＦＢＧセンサ２からの反射光に対してファブリペローフィルタ２０を透過する全光強度を一定範囲に保持するので、ＦＢＧセンサ２によるシフト量の変化に際して１つのファブリペローフィルタ２０で対応することができ、よって装置の構成を単純化してコストを抑制することができる。またファブリペローフィルタ２０の透過率ピーク波長がどこにあるのか不明であっても、光電変換器２１からのＤＣ出力電圧をフィードバックして温度によりファブリペローフィルタ２０の透過率ピーク波長を調整するので、第一のファブリペローフィルタ５の透過率ピーク波長と第二のファブリペローフィルタ６の透過率ピーク波長をFSR／４離すように設定するための準備作業を不要にし、多くの手間と時間を削減することができる。
【００４０】
実施の形態例のＡＥ計測方法及びその装置において、制御器２６は、温度パラメータとＤＣ出力電圧の関係に基づき、光電変換器２１で測定したＤＣ出力電圧から温度によりファブリペローフィルタ２０の透過率ピーク波長を調整し、ファブリペローフィルタ２０を透過する全光強度を一定範囲に制御するので、１つのファブリペローフィルタ２０であってもＦＢＧセンサ２のシフト量の変化に容易に対応することができ、よって装置の構成を単純化して一層コストを抑制することができると共に多くの手間と時間を大幅に削減することができる。
【００４１】
なお、本発明のＡＥ計測方法及びその装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１    光源
２    ＦＢＧセンサ
２０    ファブリペローフィルタ
２１    光電変換器
２２    ＡＥ信号の計測器
２３    データ収録器
２４    電圧計測器
２５    温度調節器
２６    制御器
【図１】
0005630137.tif 000002
【図２】
0005630137.tif 000003
【図３】
0005630137.tif 000004
【図４】
0005630137.tif 000005
【図５】
0005630137.tif 000006
【図６】
0005630137.tif 000007
【図７】
0005630137.tif 000008
【図８】
0005630137.tif 000009
【図９】
0005630137.tif 000010