(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在する場合に、FBGセンサによる多点のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
前記条件下の部位に取り付けられ且つ並列に配置された複数のFBGセンサ及び光ファイバと、光源と複数のFBGセンサの間に配置される第一の波長分割器と、複数のFBGセンサからの反射光側に配置される第二の波長分割器とを備え、
前記光源からの光を第一の波長分割器により複数の光ファイバに分波して各波長帯域に対応する複数のFBGセンサに光源の光を照射し、前記光源からFBGセンサまでに敷設する光ファイバのコアとクラッド間の全反射条件を満足させ、且つ前記光源からFBGセンサに照射する光強度及びFBGセンサから反射された光強度の導波路にある光ファイバ中の光強度損失を最小にする条件とし、前記FBGセンサからのそれぞれの反射光を前記第二の波長分割器により分波し、複数のFBGセンサによるひずみを計測することを特徴とするひずみ計測方法。
【請求項２】
光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件が存在する場合に適用することを特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項３】
光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件の部位は、狭窄部、屈曲部、湾曲部、折り返し部、棒状体の周囲部の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１又は２に記載のひずみ計測方法。
【請求項４】
光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在する場合に、FBGセンサによる多点のひずみを計測するひずみ計測装置であって、
前記条件下の部位に取り付けられ且つ並列に配置された複数のFBGセンサ及び光ファイバと、光源と複数のFBGセンサの間に配置される第一の波長分割器と、複数のFBGセンサからの反射光側に配置される第二の波長分割器とを備え、
前記光源からの光を第一の波長分割器により複数の光ファイバに分波して各波長帯域に対応する複数のFBGセンサに光源の光を照射し、前記光源からFBGセンサまでに敷設する光ファイバのコアとクラッド間の全反射条件を満足させ、且つ前記光源からFBGセンサに照射する光強度及びFBGセンサから反射された光強度の導波路にある光ファイバ中の光強度損失を最小にする条件とし、前記FBGセンサからのそれぞれの反射光を前記第二の波長分割器により分波し、複数のFBGセンサによるひずみを計測するように構成したことを特徴とするひずみ計測装置。
【請求項５】
光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件が存在する場合に、多点のFBGセンサによるひずみを計測するひずみ計測装置であって、
光源と、
前記条件下の部位に取り付けられ且つ並列に配置された複数のFBGセンサ及び光ファイバと、
前記光源からの光を導波の方向を制御する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータからの光を複数の光ファイバに分波して複数のFBGセンサに出力する第一の波長分割器と、
複数のFBGセンサからの反射光を、第一の波長分割器及び光サーキュレータを介した後、分波して出力する第二の波長分割器と、
第二の波長分割器で分波された光に対応する複数の光学フィルタと、
前記光学フィルタからの透過光を受ける透過光側光電変換器と、
前記光学フィルタからの反射光を受ける反射光側光電変換器とを備え、
光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件が存在する場合に、第一の波長分割器から、該第一の波長分割器の各波長帯域に対応するFBGセンサまでに光ファイバを配した際には、該光ファイバは、並列な複数本からなり、前記曲率半径より大きい曲率半径を備えて敷設されたことを特徴とするひずみ計測装置。
【請求項６】
光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件の部位は、狭窄部、屈曲部、湾曲部、折り返し部、棒状体の周囲部の少なくとも一つであることを特徴とする請求項４又は５に記載のひずみ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多点のひずみを計測するひずみ計測方法及びひずみ計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にひずみを計測する方法や装置として、電気抵抗式ひずみゲージが用いられている。しかし、近年、軽量・耐電磁干渉性・耐爆性に優れる光ファイバセンサであるFBG（Fiber Bragg Grating）センサが用いられるようになっている。FBGセンサは、ブラッグ波長と呼ばれる特定の波長を強く反射する性質を有する。そしてブラッグ波長はひずみ及び温度により変化し、ひずみ変化及び温度変化に対して良い線形性を有している。
【０００３】
またFBGセンサによる多点のひずみを計測する場合、一般に複数のFBGセンサを１本の光ファイバに直列（鎖状）に配して使用し、FBGセンサの計測線の単純化により敷設効率が優れるようにしている（例えば特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３８７５７号公報
【特許文献２】特開２０１１−４３３７９号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６３９４１号公報
【特許文献４】特許第５０９０２８９号公報
【非特許文献１】中島富男、荒川敬弘、「FBGセンサを用いた高速動ひずみ計測技術について」、IIC REVIEW No.38、pp. 37-44 (2007) ,（株）IHI検査計測発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数のFBGセンサを直列（鎖状）に配し、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件に配置する際には、曲率半径の小さな光ファイバ部位ではコア内の光信号がクラッドを透過して外部へ漏洩し、光ファイバコア中を伝送される光信号強度が減衰してしまうという問題があった。一般的なシングルモードの光ファイバでは、曲率半径が３０ｍｍよりも小さくなると、光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できなくなることが知られている。曲率半径をより小さくできるシングルモード光ファイバであってもコアとクラッド間の全反射条件が満足できるのは曲率半径１５ｍｍ程度である。
【０００６】
このようなとき、対応としては、特許文献１の図３に示す如くFBGセンサを並列にする構成が考えられている。FBGセンサを並列に配置する構成は、光カプラと呼ばれる光学受動素子が用いられる。光カプラは１本もしくは複数本の光ファイバを伝播してきた光信号強度を、２本以上の光ファイバに分割する機能と１本の光ファイバに集約させる二つの機能を果たすものである。図３の場合にあっては、光源から照射された光を光サーキュレータを介し、さらに光カプラによって、光源の照射する波長帯域のまま、光信号強度を分割してそれぞれのFBGセンサに照射し、更に、FBGセンサからの反射光を光カプラによって再結合し、光サーキュレータを介して波長測定器に導くようにしている。
【０００７】
しかしながら、FBGセンサのブラッグ波長計測方法として、特許文献１の図３、特許文献４に示す如く、光サーキュレータとFBGセンサの間に光カプラを配置し、光学フィルタを用いる方法（非特許文献１に計測原理を記載）では、各FBGセンサに照射される光信号強度は光カプラの光強度分割比（例えば二つのFBGセンサに分割する場合には５０％：５０％）に従い小さくなり、ブラッグ波長を計測するための光学フィルタに入射される光信号強度も光カプラの光強度分割比に伴い小さくなる。またFBGセンサが直列に接続された場合と比較しても光カプラの光強度分割比に対して小さくなる。ここで、図７（ａ）（ｂ）には、FBG反射光スペクトラムと、光カプラを使用した場合（分割比５０％）を示し、光カプラの光信号強度が低下していることを示している。なお、図７（ａ）の縦軸は対数スケール軸表示であり、図７（ｂ）の縦軸は線形スケール軸表示である。
【０００８】
また非特許文献１に記載されたFBGセンサによるひずみ計測方法では、FBGセンサからの反射光の波長帯域は、非特許文献１に記載された光学フィルタの波長帯域に対して、十分に狭く、光学フィルタの透過率と反射率と波長の関係から考えてほぼ線スペクトル（数学的にはδ関数状）として考えることを測定原理にしている。
【０００９】
しかしながら、非特許文献１の方法では、ひずみを計測するための光学フィルタに入射される光信号は、FBGセンサからブラッグ波長を中心とする狭帯域光以外に、光ファイバの終端部や、光源、光サーキュレータ、光カプラ等の光コネクタや、融着接合部からのフレネル反射による微弱な広帯域光を伴うため（図７（ａ）のフレネル反射を参照）、FBGセンサの反射光強度が光カプラにより小さくなることは、FBGセンサからの反射光強度に対して相対的に微弱なフレネル反射による広帯域光の影響が大きくなるという問題が生じる。このとき、ひずみを計測するための光学フィルタを透過及び反射した光強度において、フレネル反射強度の影響が増すことになる。このため、光ファイバの曲率半径がコアとクラッド間の全反射条件を満足できないような部位が存在する場合に、FBGセンサと光サーキュレータの間の光信号の分割に光カプラを用いると、広帯域のフレネル反射の影響により、FBGセンサの反射光スペクトラムを線スペクラムとする測定原理を満足することができなくなり、ブラッグ波長の測定精度が低下するという課題があった。これは、FBGセンサの反射率が低下したことと同等の効果である。
【００１０】
FBGセンサの反射率は一般にグレーティング長が長いほど反射率が高く、１５ｍｍ程度のFBGセンサであれば９９％の反射率を得ることができる。しかし、被検体の条件よりグレーティング長が１ｍｍや２ｍｍほどに短くなると反射率は５０％から６０％程度まで低下する。よって、光カプラによる光信号強度分割をグレーティング長の短いFBGセンサに適用すると、光カプラの分割比が５０％ならば、FBGの反射率が２５％から３０％になったことと同等となる。さらに、光カプラは光源の照射波長帯域全ての光を分割するため、フレネル反射の波長帯域も光源の照射光スペクトラムと相似であると共に広帯域である。よって、非特許文献１のFBGセンサによるひずみ計測原理である、FBGセンサ反射光が線スペクトラムであるという前提条件を十分に満足しえないことが生じる。
【００１１】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在する場合であっても、FBGセンサによる多点のひずみを好適に計測することができる、ひずみ計測方法及びひずみ計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のひずみ計測方法は、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在する場合に、FBGセンサによる多点のひずみを計測するひずみ計測方法であって、          
前記条件下の部位に取り付けられ且つ並列に配置された複数のFBGセンサ及び光ファイバと、光源と複数のFBGセンサの間に配置される第一の波長分割器と、複数のFBGセンサからの反射光側に配置される第二の波長分割器とを備え、
前記光源からの光を第一の波長分割器により複数の光ファイバに分波して各波長帯域に対応する複数のFBGセンサに光源の光を照射し、前記光源からFBGセンサまでに敷設する光ファイバのコアとクラッド間の全反射条件を常に満足させ、且つ前記光源からFBGセンサに照射する光強度及びFBGセンサから反射された光強度の導波路にある光ファイバ中の光強度損失を最小にする条件とし、前記FBGセンサからのそれぞれの反射光を前記第二の波長分割器により分波し、複数のFBGセンサによるひずみを計測するものである。
【００１３】
ここで、波長分割器と光カプラの違いについて記述すると、光カプラは光強度を分割もしくは結合する光学受動素子である。最も一般的な光カプラは１本の光ファイバを伝送してきた光信号を５０％：５０％の２つの光ファイバの経路に分割するものである。このような光カプラは１×２光カプラと呼ばれる。一般的に入手可能な光カプラには１本の光ファイバを伝送して来た光信号を４本の光ファイバに２５％ずつ分割する１×４光カプラ等もある。一方、波長分割器は、１本の光ファイバを伝送してきた光信号を、光の波長帯域によって分波するものである。光学的に最も良く知られた波長分割器は三角プリズムである。しかし、光ファイバ技術はデジタル信号を伝送させるため、連続的な波長分割器（これは一般に分光器と呼ばれる）は使用されず、図８に示すように、明確な透過波長帯域と隣り合う波長帯域間において、信号の混信が起きないように波長帯域を有する誘電体薄膜光学フィルタや透過帯域の広いチャープFBGなどにより構成される。誘電体薄膜光学フィルタは、光信号を照射する場合に挿入損失等があり、原光信号の１００％の光強度のまま波長分割をすることはできないが、光カプラのように光信号強度が半分となるようなことはない。このような光信号の波長分割は光ファイバ通信では波長分割多重伝送(Wavelength Division Multiplexing: WDM)として一般的である。しかし、FBGセンサをひずみセンサや温度センサとする場合、一般に先行技術に記載されているようにFBGセンサを直列（鎖状）に接続することが可能なため、伝送線路の簡素化が利点として挙げられることが多い。しかし、実構造物においては、本発明に記載するように、全てのFBGセンサに光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足するように光ファイバを敷設することが困難な場合がある。そのような場合、前述の通り、一般には光カプラが使用される。
【００１４】
本発明のひずみ計測方法において、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件が存在する場合に適用することが好ましい。
【００１５】
本発明のひずみ計測方法において、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件の部位とは、狭窄部、屈曲部、湾曲部、折り返し部、棒状体の周囲部等の少なくとも一つである。
【００１６】
本発明のひずみ計測装置は、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在する場合に、FBGセンサによる多点のひずみを計測するひずみ計測装置であって、
前記条件下の部位に取り付けられ且つ並列に配置された複数のFBGセンサ及び光ファイバと、光源と複数のFBGセンサの間に配置される第一の波長分割器と、複数のFBGセンサからの反射光側に配置される第二の波長分割器とを備え、
前記光源からの光を第一の波長分割器により複数の光ファイバに分波して各波長帯域に対応する複数のFBGセンサに光源の光を照射し、前記光源からFBGセンサまでに敷設する光ファイバのコアとクラッド間の全反射条件を常に満足させ、且つ前記光源からFBGセンサに照射する光強度及びFBGセンサから反射された光強度の導波路にある光ファイバ中の光強度損失を最小にする条件とし、前記FBGセンサからのそれぞれの反射光を前記第二の波長分割器により分波し、複数のFBGセンサによるひずみを計測するように構成するものである。
【００１７】
本発明のひずみ計測装置は、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件が存在する場合に、多点のFBGセンサによるひずみを計測するひずみ計測装置であって、
光源と、
前記条件下の部位に取り付けられ且つ並列に配置された複数のFBGセンサ及び光ファイバと、
前記光源からの光を導波の方向を制御する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータからの光を複数の光ファイバに分波して複数のFBGセンサに出力する第一の波長分割器と、
複数のFBGセンサからの反射光を、第一の波長分割器及び光サーキュレータを介した後、分波して出力する第二の波長分割器と、
第二の波長分割器で分波された光に対応する複数の光学フィルタと、
前記光学フィルタからの透過光を受ける透過光側光電変換器と、
前記光学フィルタからの反射光を受ける反射光側光電変換器とを備え、
光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件が存在する場合に、第一の波長分割器から、該第一の波長分割器の各波長帯域に対応するFBGセンサまでに光ファイバを配した際には、該光ファイバは、並列な複数本からなり、前記曲率半径より大きい曲率半径を備えて敷設されるものである。
【００１９】
本発明のひずみ計測装置において、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件の部位とは、狭窄部、屈曲部、湾曲部、折り返し部、棒状体の周囲部等の少なくとも一つである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のひずみ計測方法及びひずみ計測装置によれば、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在し、かつ、複数のFBGセンサを使用することが必要な被検体の場合であっても、第一の波長分割器により複数のFBGセンサを並列に配置して取り付けると共に、並列のFBGセンサ、第一の波長分割器、第二の波長分割器の構成によりFBGセンサの反射光強度の低減を抑制し、多点のひずみを好適に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態例を光ファイバ敷設条件の部位に敷設した場合の一例を示す概念図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向の矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態例を光ファイバ敷設条件の部位に敷設した場合の他例を示す概念図である。
【図５】FBGセンサを直列に配して光ファイバ敷設条件の部位に敷設した場合の一例を示す概念図である。
【図６】FBGセンサを直列に配して光ファイバ敷設条件の部位に敷設した場合の他例を示す概念図である。
【図７】（ａ）は、縦軸を対数スケール軸表示とし、FBG反射光スペクトラムと、光カプラを使用した場合（分割比５０％）と、フレネル反射を示すスペクトラム図である。（ｂ）縦軸は線形スケール軸表示とし、FBG反射光スペクトラムと、光カプラを使用した場合（分割比５０％）を示すスペクトラム図である。
【図８】理想的な波長分割器の透過率と波長を示す関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のひずみ計測方法及びひずみ計測装置を実施する形態例を図１を参照して説明する。
【００２３】
実施の形態例のひずみ計測方法及びひずみ計測装置は、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在する場合に、多点のひずみ計測として適用するものである。
【００２４】
ここで光ファイバ敷設条件とは、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径を備える条件である。また、光ファイバ敷設条件の部位は、狭窄部、屈曲部、湾曲部、折り返し部、棒状体の周囲部等の少なくとも一つである。このような状態を表す例の一つとしては、図５のような棒状体の計測対象物Ａの軸方向にFBGセンサ２を４本接着するような場合がある。この時、棒状体の周囲及び端側を障害物Ｓにより囲われている場合、FBGセンサ２を直列に接続すると、光ファイバ１２の曲率半径が極端に小さい部分Ｆｓが発生してしまう。同様に、他の例の一つとしては、図６のような計測対象物Ａ'の垂直方向の端部の上下両方に障害物Ｓ'があり、その両方の障害物Ｓ'近傍になるように計測対象物Ａ'の垂直方向及び水平方向にFBGセンサ２を４本接着し、垂直方向と水平方向のひずみを計測する場合がある。この時、FBGセンサ２を直列に接続すると、光ファイバ１２の曲率半径が極端に小さな部分Ｆｓが発生してしまう。 
【００２５】
図５及び図６の曲率半径が小さい部分Ｆｓを発生させないために、光ファイバの敷設の具体的な一例としては、図２、図３ に示す如く棒状体の計測対象物Ａに対し、FBGセンサ２及び光ファイバ１２を並列に配置するものがある。また光ファイバの敷設の具体的な他例としては、図４に示す如く計測対象物Ａ'の垂直方向及び水平方向に対し、FBGセンサ２及び光ファイバ１２を並列に配置するものがある。そして図２、図３のFBGセンサ２及び光ファイバ１２は図１の第一の波長分割器４から光ファイバのコアとクラッド間の光信号の全反射条件を満足するように敷設される。
【００２６】
実施の形態のひずみ計測方法及びひずみ計測装置は、光源１と、並列に配置された複数のFBGセンサ２と、光源１からの光を導波の方向を制御する光サーキュレータ３と、光サーキュレータ３からの光を分波して複数のFBGセンサ２に出力する第一の波長分割器４と、複数のFBGセンサ２からの反射光を分波して出力する第二の波長分割器５と、第二の波長分割器５で分波された光に対応する複数の光学フィルタ６と、光学フィルタ６からの透過光を受ける透過光側光電変換器７と、光学フィルタ６からの反射光を受ける反射光側光電変換器８と、透過光側光電変換器７及び反射光側光電変換器８に接続されるデータ処理器９とを備えている。
【００２７】
光源１は、広帯域の光を連続的に出力するものであり、広帯域の光は、FBGセンサ２のブラッグ波長を全て含むようになっている。また光源１と光サーキュレータ３の間には、広帯域の光を光サーキュレータ３に導波するように光源側の光ファイバ１０を配し、光サーキュレータ３と第一の波長分割器４との間には、広帯域の光を光サーキュレータ３から第一の波長分割器４に導波するように中間側の光ファイバ１１を配している。
【００２８】
FBGセンサ２は、計測側の光ファイバ１２に形成されている。計測側の光ファイバ１２は、所定の部位へ接着される並列な複数本からなり（図１では４本）、光ファイバ敷設条件下で並列な状態に配置されている。また計測側の光ファイバ１２は、第一の波長分割器４から分岐しており、個々の計測側の光ファイバ１２は、光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できる曲率半径を確保するか、または直線上の状態で配置されている。ここで光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できる曲率半径とは、一般的なシングルモード光ファイバであれば曲率半径が３０ｍｍ以上となっている。また、図２、図３に示す如く棒状体の計測対象物ＡにFBGセンサ２を配置する場合には棒状体の周方向に沿って複数のFBGセンサ２（図３では４つ）を配置している。 
【００２９】
光サーキュレータ３は、光源１からの光を、第一の波長分割器４を介してFBGセンサ２へ導波させると共に、FBGセンサ２からの反射光を、第一の波長分割器４を介して第二の波長分割器５へ導波するようになっている。
【００３０】
第一の波長分割器４は、複数のFBGセンサ２に対応するように光源１の光を複数の波長で分波している。ここで波長分割器の代わりに光カプラを使用した場合には、光源１の光を光強度で分波するため、信号のＳＮ比が低下し、フレネル反射などの微弱な広帯域光に悪影響を生じる。具体的に説明すると、波長分割器は、光の挿入損失が−１dB（２０．５％）程度であるのに対し、５０：５０の光カプラは、光コネクタ等の損失を含め、光の損失が−４dB（−１dBが挿入損失、分割比が−３dB、６０．２％）程度となる。光強度の単位はミリワットやマイクロワットであるため、光損失のデシベル表示は１０×log１０（出力光強度／入力光強度）により計算される。
【００３１】
第二の波長分割器５は、光サーキュレータ３に反射側の光ファイバ１３を介して接続されており、第一の波長分割器４とほぼ同じ機能を有し、複数のFBGセンサ２で反射された複数の反射光に対応するように反射光を複数の波長で分波している。
【００３２】
光学フィルタ６は、第二の波長分割器５にフィルタ側の光ファイバ１４を介して接続されており、複数枚（図１では４枚）の誘電体薄膜光学フィルタにより構成され、第二の波長分割器５で分波された光の波長帯域にそれぞれ対応するようになっている。
【００３３】
透過光側光電変換器７は、光学フィルタ６に透過光側の光ファイバ１５を介して接続されており、光学フィルタ６からの透過光を電気的なひずみ信号に変換するようにしている。また反射光側光電変換器８は、光学フィルタ６に反射光側の光ファイバ１６を介して接続されている。透過光側光電変換器７と反射光側光電変換器８の出力電圧は光学フィルタ６の透過率及び反射率に対応しており、透過光側光電変換器７の出力電圧と反射光側光電変換器８の出力電圧から、FBGセンサの反射光幅を線スペクトラムで処理することを前提として、FBGセンサのブラッグ波長を知ることが可能であり、その結果、被検体のひずみ変化を知ることが可能となっている。
【００３４】
データ処理器９は、透過光側光電変換器７及び反射光側光電変換器８に光ファイバや電気ケーブル等の伝達経路１７を介して接続されており、透過光側光電変換器７からひずみ信号、及び反射光側光電変換器８からひずみ信号を受けるようになっている。ここでデータ処理器９は、計測部やデータ収録部を備えており、他の信号処理機能を備えても良い。またデータ処理器９は、全ての透過光側光電変換器７及び反射光側光電変換器８の信号を受けるものでなく、必要に応じて所望の信号を受けるものでも良いし、個々に分割されても良い。
【００３５】
以下本発明を実施する形態例の作用を説明する。
【００３６】
光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件の部位において、多点のひずみを計測する際には、準備段階としてFBGセンサ２を含む複数の光ファイバ１２を光コネクタ接続や融着接続及びメカニカルスプライス等の接着手段により敷設する。ここで光ファイバ１２は、光ファイバ敷設条件下において、光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できる曲率半径を確保し、または直線上の状態で配置され、光源１からFBGセンサ２までに敷設する光ファイバ１２のコアとクラッド間の全反射条件を満足させ、且つ光源１からFBGセンサ２に照射する光強度及びFBGセンサ２から反射された光強度の導波路にある光ファイバ１２中の光強度損失を最小にしている。
【００３７】
計測段階では、光源１から広帯域の光を照射し、光サーキュレータ３を介して第一の波長分割器４に入射させる。次に第一の波長分割器４では光を波長帯域毎に分波し、複数の光ファイバ１２に分波させ、該各光ファイバ１２の先端にあるFBGセンサ２に入射させる。ここで、第一の波長分割器４は、光源１からの光を波長帯域毎に分波し、各波長帯域に対応する複数のFBGセンサ２に光源１の光を照射している。
【００３８】
夫々のFBGセンサ２から反射した反射光は、第一の波長分割器４を介して一つの光信号となり、光サーキュレータ３により第二の波長分割器５へ導波される。第二の波長分割器５では、複数のFBGセンサ２に対応するように反射光を分波し、複数の光学フィルタ６に入射させる。
【００３９】
光学フィルタ６では、透過光と反射光を生じ、透過光を透過光側光電変換器７へ入射させると共に、反射光を反射光側光電変換器８へ入射させる。次に透過光側光電変換器７では透過光を電圧信号に変換してデータ処理器９に送り、反射光側光電変換器８では反射光を電圧信号に変換してデータ処理器９に送る。そしてデータ処理器９では、それぞれの電圧信号から複数のブラッグ波長を求める。ここでデータ処理器９の処理は、ブラッグ波長を連続的に計測するものでもよいし、必要な条件を追加して処理するものでもよい。
【００４０】
而して、このように実施の形態例によれば、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在し、かつ、複数のFBGセンサ２を使用することが必要な被検体の場合であっても、第一の波長分割器４により複数のFBGセンサ２を並列に配置して取り付けると共に、並列のFBGセンサ２、第一の波長分割器４、第二の波長分割器５の構成によりFBGセンサ２の反射光強度の低減を抑制し、多点のひずみを好適に計測することができる。
【００４１】
実施の形態例のひずみ計測装置において、
光源１と、
光ファイバ敷設条件下の部位に取り付けられ且つ並列に配置された複数のFBGセンサ２及び光ファイバ１２と、
光源１からの光を導波の方向を制御する光サーキュレータ３と、
光サーキュレータ３からの光を分波して複数のFBGセンサ２に出力する第一の波長分割器４と、
複数のFBGセンサ２からの反射光を、第一の波長分割器４及び光サーキュレータ３を介した後、分波して出力する第二の波長分割器５と、
第二の波長分割器５で分波された光に対応する複数の光学フィルタ６と、
光学フィルタ６からの透過光を受ける透過光側光電変換器７と、
光学フィルタ６からの反射光を受ける反射光側光電変換器８とを備えると、光ファイバ敷設条件が存在する場合であっても、複数のFBGセンサ２を並列に配置して容易に取り付けると共に、並列のFBGセンサ２、第一の波長分割器４、第二の波長分割器５の構成によりFBGセンサ２の反射光強度の低減を抑制し、多点のひずみを一層好適に計測することができる。
【００４２】
実施の形態例において、光ファイバコア中を伝播する光信号に対して光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足できない曲率半径となる光ファイバ敷設条件の部位は、狭窄部、屈曲部、湾曲部、折り返し部、棒状体の周囲部の少なくとも一つであっても、FBGセンサ２の反射光強度の低減を一層抑制し、多点のひずみを極めて好適に計測することができる。
【００４３】
尚、本発明のひずみ計測方法及びひずみ計測装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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】
【００４４】
１    光源（光源）
２    FBGセンサ
３    光サーキュレータ
４    第一の波長分割器
５    第二の波長分割器
６    光学フィルタ
７    透過光側光電変換器
８    反射光側光電変換器
１２    光ファイバ
【要約】
【課題】多点のひずみを好適に計測することができる、ひずみ計測方法及びひずみ計測装置を提供する。
【解決手段】光ファイバコアとクラッド間の全反射条件を満足する曲率半径を確保できないような光ファイバ敷設条件が存在する場合に、FBGセンサ２による多点のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
光源１からの光を第一の波長分割器４により分波して第一の波長分割器４の各波長帯域に対応する複数のFBGセンサ２に光源１の光を照射し、光源１からFBGセンサ２までに敷設する光ファイバのコアとクラッド間の全反射条件を満足させ、且つ光源１からFBGセンサ２に照射する光強度及びFBGセンサ２から反射された光強度の導波路にある光ファイバ中の光強度損失を最小にする光ファイバ敷設条件とし、FBGセンサ２からのそれぞれの反射光を第二の波長分割器５により分波し、複数のFBGセンサ２によるひずみを計測する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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