(57)【要約】【課題】ＦＢＧセンサの反射光パルスの反射時間情報を計測初期の段階で簡易かつ正確に計測して取得することができるようにする。【解決手段】ＦＢＧセンサ２３から得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換処理部３８と、デジタルデータ列組を微分計算して前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報を算出する時間演算処理部４２とを備え、ＦＢＧ反射パルスの反射時間を算出する機能を有するものとする。【選択図】  図１
2006252251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、この光ファイバ上に設けられた複数のファイバブラッググレーティングセンサ（ＦＢＧセンサ）と、これらＦＢＧセンサに所要の波長帯域の光を照射させるための波長可変フィルタを備えた光源と、前記ＦＢＧセンサからの反射光を受光して受信データを取得する光検出器と、前記受信データに基づいて時分割多重と波長多重のいずれかまたは両方を適用して多数点の物理量を計測する物理量計測手段とを備えたファイバブラッググレーティング装置において、前記ＦＢＧセンサから得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換処理部と、前記デジタルデータ列組を微分計算して前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報を算出する時間演算処理部とを備え、前記ＦＢＧ反射パルスの反射時間を算出する機能を有することを特徴とするファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
【請求項２】
検出下限における前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組のピークレベルを閾値として、前記ＦＢＧ反射パルスより算出した微係数ピーク組から前記閾値を超える前記微係数ピーク組のみを閾値判定する微係数判定処理部を備えた請求項１記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
【請求項３】
微係数ピーク組のピークレベルの相対比率を予め定めた閾値で比較判定する微係数レベル比率判定部を備えた請求項１記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
【請求項４】
微係数ピーク組の時間間隔を前記ＦＢＧ反射パルスの時間幅をもとにした閾値で比較判定する微係数時間幅判定部を備えた請求項１から３までのいずれかに記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
【請求項５】
デジタルデータ列組および微係数ピーク列組の処理部を、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）内に収めた請求項１から４までのいずれかに記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
【請求項６】
前記ＡＤ変換処理部の前段にローパスフィルタを設けた請求項１記載のファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
【請求項７】
光ファイバと、この光ファイバ上に設けられた複数のＦＢＧセンサと、これらＦＢＧセンサに所要の波長帯域の光を照射させるための波長可変フィルタを備えた光源と、前記ＦＢＧセンサからの反射光を受光して受信データを取得する光検出器と、前記受信データに基づいて時分割多重と波長多重のいずれかまたは両方を適用して多数点の物理量を計測する物理量計測手段とを備えたファイバブラッググレーティング装置において、前記ＦＢＧセンサから得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換処理部と、前記デジタルデータ列組を微分計算して前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する前記ＦＢＧ反射パルスの反射時間を算出する時間演算処理部と、前記ＦＢＧ反射光に対して部分詳細スキャンモードの波長走査範囲について予め設定された所要の詳細走査点数で波長走査を実行させるように前記波長可変フィルタを制御する部分詳細スキャン部と、前記ＦＢＧ反射光に対して前記部分詳細スキャンモードの波長走査範囲よりもスキャン範囲が広くかつ前記部分詳細スキャンモードのスキャン間隔よりも広いスキャン間隔としたプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件を設定するプリスキャンパラメータ設定部と、このプリスキャンパラメータ設定部により設定されたスキャン条件で前記プリスキャンモードによる波長走査を前記部分詳細スキャンモードによる波長走査に先だって実行させるように前記波長可変フィルタを制御する一方、前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求め、求めた波長領域中心の両側に前記部分詳細スキャンモードにおける詳細走査点数を確保できるような区間を前記部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定するプリスキャン部と、前記部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める波長中心計算部と、前記波長中心計算部により求められた前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する物理量変換部とを有することを特徴とするファイバブラッググレーティング物理量計測装置。
【請求項８】
光ファイバ上に設けられた複数の前記ＦＢＧセンサからの反射光を受光して受信データを取得するステップと、前記受信データに基づいて時分割多重と波長多重のいずれかまたは両方を適用して多数点の物理量を計測するステップと、前記ＦＢＧセンサから得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換ステップと、前記デジタルデータ列組を微分計算して前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報を算出する時間演算ステップ処理部とを備え、前記ＦＢＧ反射パルスの反射時間を算出することを特徴とするファイバブラッググレーティング物理量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種物理量を計測するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）センサ（以下、「ＦＢＧセンサ」という。」からの反射光波長の変化量から物理量を計測するファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では多数の方式の光ファイバセンシングシステムが開発されており、社会インフラ等の健全性監視などへの適用を想定した設計がなされ、計測時間や計測精度を考慮しつつ測定点や測定範囲などがより大規模化する方向にも技術が向けられている。
【０００３】
その方式の一つであるＦＢＧセンサを用いたセンシングシステムは、これまでの光センシングに共通の利点を継承しており、従来の光ファイバセンシングの課題であった測定・応答時間の遅さ、感度不足といった点を克服できる技術として期待されている。
【０００４】
図１０は、従来のＦＢＧ物理量計測装置を示している。このＦＢＧ物理量計測装置１は、光源２に光ファイバ３の一端を接続し、この光ファイバ３に複数のＦＢＧセンサ４を設けた構成である。この光ファイバ３は、光幹線３ａに複数の光分岐器５を設けて構成され、各光分岐器５からは光分岐路３ｂが分岐する。そして、ＦＢＧセンサ４は各光分岐路３ｂに設けられる。この際、各ＦＢＧセンサ４は、互いに反射するＦＢＧ反射光の特定波長帯が相互に影響しないように各光分岐器５からの距離に応じて異なる特定波長帯となるように構成される。
【０００５】
また、光源２側の光分岐器５ａには、反射光用光ファイバ３ｃが接続され、この反射光用光ファイバ３ｃの端部には光検出器６が接続される。さらに、この光検出器６と光源２は制御部７と接続され、制御部７は信号処理装置８と接続される。
【０００６】
このようなＦＢＧ物理量計測装置１では、光ファイバ３により多数のＦＢＧセンサ４を設けて、多数点における物理量を計測することを可能とするために、光源２から各ＦＢＧセンサ４に照射する光の波長を可変として複数の波長帯域のＦＢＧ反射光をＦＢＧセンサ４から受光して物理量を求める波長多重方式と、光をパルス光として複数のＦＢＧセンサ４からのＦＢＧ反射光の時間差を利用して複数のＦＢＧセンサ４における物理量を求める時間多重方式とによる信号処理が行われる。
【０００７】
すなわち、光源２の広帯域光源９から広帯域の連続光が出射され、制御部７のスキャン実行部１０により波長可変フィルタ１１が制御されて所定の波長帯域の連続光が選択的に透過せしめられる。さらに、スキャン実行部１０からの指令信号によりトリガ信号印加部１２から光パルス化装置１３にトリガ信号が印加され、波長可変フィルタ１１を透過した所定の波長帯域の連続光はパルス光に変換されて光幹線３ａ、光分岐器５および光分岐路３ｂを経由して各ＦＢＧセンサ４に照射される。
【０００８】
このため、各ＦＢＧセンサ４からは温度や歪み等の物理量に応じた波長帯のＦＢＧ反射光がそれぞれ反射され、光分岐路３ｂ、光分岐器５および光幹線３ａを経由して光源２側の光分岐器５ａにおいて受光される。そして、光検出器６において各ＦＢＧ反射光は波長ごとに走査され、各ＦＢＧ反射光のスペクトルがそれぞれ得られて、制御部７に受信データとして与えられる。
【０００９】
制御部７に与えられたＦＢＧ反射光の受信データは、パルス積分回路１４においてノイズ処理された後、ゲート信号発生部１５において時間ゲートが与えられることにより着目するＦＢＧセンサ４からのパルスが抽出される。さらに、着目するＦＢＧセンサ４からのパルスはＡＤ変換装置１６においてデジタライズされてスキャン部を介して信号処理装置８の波長中心計算部１７に与えられる。
【００１０】
そして、信号処理装置８の波長中心計算部１７において各ＦＢＧ反射光の波長領域中心が求められ、物理量変換部１８により各ＦＢＧ反射光の波長領域中心が物理量に変換される。
【００１１】
このようなＦＢＧセンサ４を用いた物理量のセンシングは、ＦＢＧセンサ４のファイバコア中に作られたブラッグ回折格子のピッチの変化に伴う光の反射波長の変化に基づいて行われる。センシングの対象となる物理量としては、温度や歪の他、振動、圧力、水位計測等の物理量が挙げられ、ＦＢＧセンサ４のブラッグ回折格子のピッチ変化を各物理量に変換するメカニズムがＦＢＧ物理量計測装置１に設けられてセンサが構成される。
【００１２】
ところで、ＦＢＧセンサを用いた物理量センシングの原理は、光ファイバコアに書き込まれたブラッグ回折格子のピッチ変化によって反射波長が等比変化する現象に基づいている。
【００１３】
また、ＦＢＧセンサの接続点数は物理量レンジと、その反射波長帯に依存する。物理量レンジを広くとれば接続点数は減少し、逆に狭くとれば接続点数を増加することができ、これらは常にトレードオフの関係にある。この課題に対して、波長多重と時間多重による多重化技術を利用し、ＦＢＧセンサの接続点を一つのシステムで数百点規模まで拡大した方法がある。
【００１４】
これら多重化技術を用いたシステム例として、システム全体の測定時間の短縮を考慮し、波長多重によって弁別された複数個のＦＢＧセンサの反射パルス列をＡＤ変換器で一括してデジタルデータに変換した後、計算機で演算処理する測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
しかし、この例では、ＦＢＧセンサ数が増加し、かつパルスどうしの時間間隔が長くなってくると、取り込むデータ量も多くなり、また、ＦＢＧセンサ数が増加すると必然的に光量が分散されるため反射パルス光量も微弱となりＳ／Ｎの低下を招き、結果として計測精度が確保できなくなる。計測精度確保のためには、数百〜数千回程度の平均化処理が必要となるため、データ量は更に多くなる。測定は連続して行うため、場合によっては計算機の処理能力が飽和してしまう場合もあり、処理するデータ量はできるだけ少なくする必要がある。
【００１６】
これを解決した例として、パルス個々に時間ゲートを設けて、必要なパルスのみをデジタルデータに変換後、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ；Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたリアルタイム平均化処理によるデータ圧縮を行い、計算機で演算処理するデータ量（計算機に転送するデータ量）をあらかじめ最小にしておく方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−７４７４２号公報
【特許文献２】特開２００２−３５２３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述の従来技術においては、ＦＢＧ反射光のパルス個々に時間ゲートを設ける際に、必要な個々のパルスの正確な戻り時間を知るための具体的手段が開示されていない。
【００１８】
すなわち、必要な個々のパルスの正確な戻り時間を知るためには、あらかじめ設計段階で光ファイバ長さやＦＢＧセンサの接続位置を決定しておけば良いと考えられが、光ファイバケーブル類を実際に敷設する場合、現場状況に応じて光ファイバ長さを変えることもあり、あらかじめ設計した通りにならないケースが多々ある。また、光ファイバ自身の長さにおいても、その製作過程で数％程度の誤差が生じるため、やはり設計通りにならない。
【００１９】
別の方法として、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）を用いた方法がある。しかし、従来のＯＴＤＲの光源はＬＤ（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）等が一般的であり、このＬＤの波長帯域は広いものでも例えば１５５０ｎｍ±２０ｎｍ程度しかないため、ＦＢＧセンサがＣ−Ｌバンド（例えば１５３０〜１６００ｎｍ）の波長帯域を全て使用している場合などでは不適当である。また、技術的に測定系を広帯域化することは可能であるが、ＯＴＤＲ本来の使用用途からは不要な機能であり需要もないため必然的に高価なものになる。
【００２０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＦＢＧセンサの反射光パルスの反射時間情報を計測初期の段階で簡易かつ正確に計測して取得することができるファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法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】
【００２１】
請求項１に係る発明では、光ファイバと、この光ファイバ上に設けられた複数のファイバブラッググレーティングセンサ（ＦＢＧセンサ）と、これらＦＢＧセンサに所要の波長帯域の光を照射させるための波長可変フィルタを備えた光源と、前記ＦＢＧセンサからの反射光を受光して受信データを取得する光検出器と、前記受信データに基づいて時分割多重と波長多重のいずれかまたは両方を適用して多数点の物理量を計測する物理量計測手段とを備えたファイバブラッググレーティング装置において、前記ＦＢＧセンサから得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換処理部と、前記デジタルデータ列組を微分計算して前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報を算出する時間演算処理部とを備え、前記ＦＢＧ反射パルスの反射時間を算出する機能を有することを特徴とするファイバブラッググレーティング物理量計測装置を提供する。
【００２２】
請求項２に係る発明では、検出下限における前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組のピークレベルを閾値として、前記ＦＢＧ反射パルスより算出した微係数ピーク組から前記閾値を超える前記微係数ピーク組のみを閾値判定する微係数判定処理部を備えたファイバブラッググレーティング物理量計測装置を提供する。
【００２３】
請求項３に係る発明では、微係数ピーク組のピークレベルの相対比率を予め定めた閾値で比較判定する微係数レベル比率判定部を備えたファイバブラッググレーティング物理量計測装置を提供する。
【００２４】
請求項４に係る発明では、微係数ピーク組の時間間隔を前記ＦＢＧ反射パルスの時間幅をもとにした閾値で比較判定する微係数時間幅判定部を備えたファイバブラッググレーティング物理量計測装置を提供する。
【００２５】
請求項５に係る発明では、デジタルデータ列組および微係数ピーク列組の処理部を、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）内に収めたファイバブラッググレーティング物理量計測装置を提供する。
【００２６】
請求項６に係る発明では、前記ＡＤ変換処理部の前段にローパスフィルタを設けたファイバブラッググレーティング物理量計測装置を提供する。
【００２７】
請求項７に係る発明では、光ファイバと、この光ファイバ上に設けられた複数のＦＢＧセンサと、これらＦＢＧセンサに所要の波長帯域の光を照射させるための波長可変フィルタを備えた光源と、前記ＦＢＧセンサからの反射光を受光して受信データを取得する光検出器と、前記受信データに基づいて時分割多重と波長多重のいずれかまたは両方を適用して多数点の物理量を計測する物理量計測手段とを備えたファイバブラッググレーティング装置において、前記ＦＢＧセンサから得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換処理部と、前記デジタルデータ列組を微分計算して前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する前記ＦＢＧ反射パルスの反射時間を算出する時間演算処理部と、前記ＦＢＧ反射光に対して部分詳細スキャンモードの波長走査範囲について予め設定された所要の詳細走査点数で波長走査を実行させるように前記波長可変フィルタを制御する部分詳細スキャン部と、前記ＦＢＧ反射光に対して前記部分詳細スキャンモードの波長走査範囲よりもスキャン範囲が広くかつ前記部分詳細スキャンモードのスキャン間隔よりも広いスキャン間隔としたプリスキャンモードによる波長走査のスキャン条件を設定するプリスキャンパラメータ設定部と、このプリスキャンパラメータ設定部により設定されたスキャン条件で前記プリスキャンモードによる波長走査を前記部分詳細スキャンモードによる波長走査に先だって実行させるように前記波長可変フィルタを制御する一方、前記プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求め、求めた波長領域中心の両側に前記部分詳細スキャンモードにおける詳細走査点数を確保できるような区間を前記部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定するプリスキャン部と、前記部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られた受信データから前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める波長中心計算部と、前記波長中心計算部により求められた前記ＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する物理量変換部とを有することを特徴とするファイバブラッググレーティング物理量計測装置を提供する。
【００２８】
請求項８に係る発明では、光ファイバ上に設けられた複数の前記ＦＢＧセンサからの反射光を受光して受信データを取得するステップと、前記受信データに基づいて時分割多重と波長多重のいずれかまたは両方を適用して多数点の物理量を計測するステップと、前記ＦＢＧセンサから得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換ステップと、前記デジタルデータ列組を微分計算して前記ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報を算出する時間演算ステップ処理部とを備え、前記ＦＢＧ反射パルスの反射時間を算出することを特徴とするファイバブラッググレーティング物理量計測方法を提供する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、全ＦＢＧセンサの反射光パルスの反射時間情報を計測初期の段階で簡易かつ正確に計測して取得することができる。
【００３０】
また、本発明によれば、デジタルデータを用いた処理により、全てデジタル回路で実行することが可能となる。したがって、処理回路を高速に処理することができ、出力データを必要最低限の情報のみに圧縮することが可能となり、計算機への転送データ量やソフトウエア負荷を軽減し、システム全体の処理速度を向上することができる。
【００３１】
さらに、本発明によれば、物理量の測定精度を確保しつつ、より短時間で多点における物理量を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係るファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
［第１実施形態（図１〜図６）］
図１は本発明に係るファイバブラッググレーティング物理量計測装置の第１実施形態を概略的に示す構成図である。
【００３４】
まず、全体の構成について説明する。図１に示すように、このファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）物理量計測装置２０は、光源２１に光ファイバ２２の一端を接続し、この光ファイバ２２に複数のＦＢＧセンサ２３を設けた構成である。この光ファイバ２２は、光幹線２２ａに複数の光分岐器２４を設けて構成され、各光分岐器２４からは光分岐路２２ｂが分岐する。そして、ＦＢＧセンサ２３は各光分岐路２２ｂに直列に設けられる。光幹線２２ａには、光遅延装置２４が設けられている。
【００３５】
また、光源２１側の光分岐器２４ａには、反射光用光ファイバ２２ｃが接続され、この反射光用光ファイバ２２ｃの端部には光検出器２５が接続される。さらに、この光検出器２５と光源２１は共通の制御部２６と接続され、制御部２６は信号処理装置２７と接続される。
【００３６】
ＦＢＧセンサ２３は、ファイバコア中にブラッグ回折格子を設けて構成され、温度、歪、振動、圧力、水位計測等の物理量に依存してブラッグ回折格子のピッチが変化するため、物理量に応じた特定波長帯のＦＢＧ反射光を反射する性質を有する。このため、ＦＢＧ反射光の波長から物理量を求めることができる。そして、各ＦＢＧセンサ２３は、互いに反射するＦＢＧ反射光の特定波長帯が相互に影響しないように各光分岐器２４からの距離に応じて異なる特定波長帯となるように構成される。
【００３７】
光源２１は、広帯域光源２８、波長可変フィルタ２９および光パルス化装置３０で構成される。広帯域光源２８および波長可変フィルタ２９は、温度に敏感な光学機器に対して十分安定な温度範囲を提供する温度調整部３１に設けられる。広帯域光源２８は、広帯域の連続光（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）を生成する機能を、波長可変フィルタ２９は、広帯域光源２８から広帯域連続光を受けて所定の波長帯域の光を選択的に透過させる機能を、光パルス化装置３０は、波長可変フィルタ２９から所定の波長帯域の光を受けてパルス光に変換する機能をそれぞれ有する。そして、光源２１は、所定の波長帯域のパルス光を光ファイバ２２に設けられた各ＦＢＧセンサ２３に照射することができるように構成される。
【００３８】
光検出器２５は、ＦＢＧセンサ２３からのＦＢＧ反射光を受光して光−電気変換するとともに増幅整形して必要な信号強度と帯域幅の電気パルス信号として受信データを得る機能と、得られた受信データを制御部２６に与える機能とを有する。
【００３９】
制御部２６は、トリガ信号印加部３２、プリスキャン部３３、部分詳細スキャン部３４、プリスキャンパラメータ設定部３５、パルス積分回路３６、ゲート信号発生部３７、ＡＤ変換装置３８を備え、ＦＢＧ反射光の波長走査範囲、すなわち波長可変フィルタ２９が透過させる光の波長帯域や光パルス化装置３０により生成されるパルス光の送信タイミングを光検出器２５から受けた受信データに基づいて制御する機能を有する。この際、制御部２６は、プリスキャンモードおよび部分詳細スキャンモードの２種類の制御モードにより波長可変フィルタ２９および光パルス化装置３０を制御するように構成される。
【００４０】
トリガ信号印加部３２は、光パルス化装置３０にトリガ信号を与えることにより、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御する機能と、トリガ信号のタイミング情報をゲート信号発生部３７に与える機能とを有する。
【００４１】
プリスキャン部３３は、プリスキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に所要の波長帯域の光を照射させる機能と、トリガ信号印加部３２にプリスキャンモードによる波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる機能とを有する。
【００４２】
また、プリスキャン部３３は、プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データを光検出器２５からパルス積分回路３６、ゲート信号発生部３７およびＡＤ変換装置３８を介して受けて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める機能と求めた波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する機能とを有する。
【００４３】
部分詳細スキャン部３４は、プリスキャン部３３により決定された部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲について部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に所要の波長帯域の光を照射させる機能と、トリガ信号印加部３２に部分詳細スキャンモードによる波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる機能とを有する。また、部分詳細スキャン部３４は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを信号処理装置２７に与える機能を有する。
【００４４】
プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査の際のスキャン範囲や走査点の間隔（スキャン間隔）等のスキャン条件を設定する機能と、設定したスキャン条件をプリスキャン部３３に与える機能とを有する。
【００４５】
この際、プリスキャンモードによる波長走査の際のスキャン範囲は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲よりも広く、かつ、プリスキャンモードによる波長走査における走査点の間隔（スキャン間隔）は部分詳細スキャンモードによる波長走査における走査点の間隔（スキャン間隔）よりも広い間隔とされる。
【００４６】
このような構成において、本実施形態では、予めＡＤ変換開始トリガを正確に設定するための手段として、データ記憶部４１および時間演算処理部４２が設けられている。すなわち、本実施形態では上述の光ファイバ２２と、この光ファイバ２２上に設けられた複数のＦＢＧセンサ２３と、これらＦＢＧセンサ２３に所要の波長帯域の光を照射させるための波長可変フィルタ２９を備えた光源２１と、ＦＢＧセンサ２３からの反射光を受光して受信データを取得する光検出器２５と、受信データに基づいて時分割多重と波長多重のいずれかまたは両方を適用して多数点の物理量を計測する物理量計測手段とを備えている。
【００４７】
このようなファイバブラッググレーティング装置において、ＦＢＧセンサ２３から得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換処理部としてのＡＤ変換装置３８と、デジタルデータ列組を微分計算してＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報を算出する時間演算処理部４２とを備え、これにより、ＦＢＧ反射パルスの反射時間を算出する機能を有する構成となっている。なお、デジタルデータ列組および微係数ピーク列組の処理部は、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）内に収められている。
【００４８】
時間演算処理部４２は、データ記憶部４１を介してＡＤ変換装置３８に接続されており、時系列データ組生成部４３、平均化処理部４４、平滑微分演算処理部４５および遅延時間演算処理部４６を備えている。
【００４９】
時系列データ組生成部４３では、データファイルを参照して設定された各パラメータに基づいてＦＢＧ反射パルスのＡＤ変換が行われ、ＦＢＧ反射パルスデータが指定平均回数になるまで記憶される。
【００５０】
平均化処理部４４では、記憶されたＦＢＧ反射パルスが読出され、データ平均化演算処理が行われる。平滑微分演算処理部４５では、各ＦＢＧ反射パルスの時間軸に対する最大値が抽出され、平滑化１次微分演算が行われる。
【００５１】
遅延時間演算処理部４６では、平滑化されたＦＢＧ反射パルスの微係数デジタルデータ列組の微分計算が行われ、ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報が算出される。
【００５２】
この時間演算処理部４２の作用を、図２および図３も参照して説明する。図２は、本実施形態によるタイミング時間を示す作用説明図であり、図３は、本実施形態による反射パルスを平滑化微分して得られた微係数を示す説明図である。
【００５３】
広帯域光源２８より出力される連続光は、波長可変フィルタ２９により所定の波長帯だけが透過され、光パルス化装置３０によりパルス光に変換される。パルス光はファイバ２２のラインを伝播し、光分岐器２４ａを介して２つの幹線である光ファイバ２２ａに送り出される。枝状に分岐した各光ファイバ２２ａのラインには、ＦＢＧセンサ２３が互いの反射波長帯が干渉しないように直列に複数個接続されており、送り出されたパルス光は、パルス光の波長帯とＦＢＧセンサ２３の反射波長帯が合致する場合には反射される。
【００５４】
反射されたパルス光は、元来た光ファイバ２２ｂのラインを通り、光分岐器２４ａを介して光検出器２５で光パルスから電気パルスへと変換される。すなわち、各分岐の光ファイバ２２ａのラインに接続されたＦＢＧセンサ２３で反射された複数のパルス光は、各分岐の光ファイバ２２ａのライン間に接続された光遅延装置４７によってあらかじめ設定した時間遅延により、設定された時間間隔のパルス列となり、光検出器２５および制御部２６を介し、データ記憶部４１に記憶されるとともに、時間演算処理部４２にそれぞれ到達する。
【００５５】
制御部２６は、連続光をパルス光に変換するタイミングや波長可変フィルタ２９の波長走査および光検出器へのパルス受信タイミング等を制御する。すなわち、制御部２６は、光検出器で受信したパルス列を光−電変換し、時間ゲートを用いてパルスデータのみを取り出し、更にデジタルデータに変換する。デジタルデータは時間演算処理部において、Ｓ／Ｎ向上のため必要回数の平均化処理を施され、最終的には、１パルス＝１データとして、最小の転送データ量に圧縮される。
【００５６】
図２に示すように、本実施形態では、基準クロックパルスｃ１に基づき、全てのＦＢＧセンサ２３の反射光パルス列ｃ４は、次のパルス光ｃ２が送り出されるまでに時間演算処理部４２に到達する。すなわち、パルス光はあらかじめ所定の波長帯に設定した波長可変フィルタ２９を透過し、反射波長の重なった複数のＦＢＧセンサ２３で反射する。反射光パルス列ｃ４は、所定の時間間隔を有して光検出器２５で受光されるとともに、電気パルス列に変換される。
【００５７】
更に、ＡＤ変換処理部３８で電気パルス列がデジタルデータに変換され、時間情報を加えたデジタルデータ列組となる。本実施形態では図２に示すように、光パルス化装置３０のオフセット時間Ｔ１と、ＡＤ変換開始トリガｃ３までの設計遅延時間Ｔ２を加算した時間をＡＤ変換動作開始時間Ｔａとおき、ＡＤ変換装置３８のサンプリング速度に応じた時間情報をＴａに加算する。
【００５８】
ＡＤ変換動作の停止時刻は、例えば次のパルス光ｃ２の送出タイミングとすれば、反射パルス列ｃ４の全てのパルスを余すことなくデジタルデータに変換することができる。これらの処理は必要回数繰り返され、時間演算処理部４２により前述したデジタルデータ列組の平均化処理が行われ、これによりＳ／Ｎが向上する。
【００５９】
なお、ここで述べているＡＤ変換開始トリガｃ３とは、設計上最短時間の反射パルスが戻ってこられない時間としている。また、ＡＤ変換装置３８がＡＤ変換開始トリガｃ２を受信して実際にＡＤ変換動作を開始するまでのオフセット時間は常数として扱われ、特に明記してないが設計遅延時間Ｔ２に加算してある。
【００６０】
平均化処理されたデジタルデータ列組は時間演算処理部４２に送られ、図３に示すように、例えば平滑化微分する計算処理でＦＢＧ反射パルスｄのパルス波形の立上り急峻部傾きｄ１がプラス側、立下り急峻部傾きｄ２がマイナス側に、それぞれピークｈ１、ｈ２を示す微係数ピークｅ１，ｅ２と時間情報とを、そのままスライドさせて加えた微係数ピーク列組ｅが得られる。この際、例えば多項式フィッティングなどを用いることで、より正確に微係数ピークを算出することもできる。
【００６１】
続いて、微係数ピーク列組の個々のパルスに対するピーク間の中間値を算出し、図２に示すように、ＡＤ変換動作開始時間Ｔａを基点として、その中間値に相当する時間Ｔｆ１〜Ｔｆｎを求める。または、時間Ｔｆ１〜Ｔｆｎは前述した微係数ピーク列組ｅのどちらかのピークに相当する時間としてもよい。
【００６２】
この時間Ｔｆ１〜Ｔｆｎを用いてＡＤ変換開始トリガ時間、すなわち個々のＦＢＧ反射パルスの遅延時間を設定することができる。この際、例えばパルスのピーク平坦部ｄ３のみをＡＤ変換するには、全ての反射パルスは一つのパルス光より反射されるため、全ての反射パルスの時間幅は一定であるということを利用し、時間Ｔｆ１〜Ｔｆｎより反射パルスの時間幅から導出した適切な時間（常数として扱われる）を減算してＡＤ変換開始トリガ時間とし、かつ、パルス平坦部の時間幅（これも常数として扱われる）からＡＤ変換器のサンプリング回数を設定すればよい。
【００６３】
図４は、以上の作用を示すフローチャートである。
【００６４】
まず、データファイルを参照してＦＢＧ反射パルスデータの各パラメータが設定され（Ｓ１０１）、ＡＤ変換装置３８によるＡＤ変換が開始される（Ｓ１０２）。ＡＤ変換された時系列データは、データ記憶部４１としてのＳＤＲＡＭに記憶され（Ｓ１０３）、その後ＡＤ変換が停止される（Ｓ１０４）。このＡＤ変換処理は、指定平均回数まで行われる（Ｓ１０５）。
【００６５】
次に、ＳＤＲＡＭからＦＢＧ反射パルスデータが読み出され（Ｓ１０６）、平均化処理部４４により、データ平均化演算処理が行われる（Ｓ１０７）。データ平均化演算処理は指定された波長走査数まで行われ（Ｓ１０８、Ｓ１０９）、これにより所定数ｎのグループ測定が完了する（Ｓ１１０）。
【００６６】
平滑微分演算処理部４５では、各ＦＢＧ反射パルスの時間軸に対する最大値が抽出され（Ｓ１１１）、上述の平滑化１次微分演算が行われる（Ｓ１１２）。そして、遅延時間演算処理部４６において微係数の閾値判定が行われ（Ｓ１１３）、その後、微係数の比較判定処理が行われる（Ｓ１１４）。
【００６７】
以上の処理に基づき、図２に示したＡＤトリガ時間の演算が行われ（Ｓ１１５）、この演算結果がデータファイルに上書され（Ｓ１１６）、指定されたファイバラインの全グループについて完了した場合に（Ｓ１１７、Ｓ１１８）、反射時間校正完了となる。
【００６８】
本実施形態のファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法によれば、時間演算処理部４２において、波長走査毎に平均化処理されたデジタルデータ列組が平滑化微分により計算され、反射パルス波形の立上りおよび立下りの急峻部傾きに対する微係数のレベルが算出される。そして、波長走査毎に算出した微係数データ列組に対して閾値を判定処理が行われ、各ＦＢＧセンサへのＡＤ変換開始トリガ時間を正確に知ることができる。
【００６９】
したがって、ＦＢＧ反射光のパルス個々に時間ゲートを設ける際に、必要な個々のパルスの正確な戻り時間を知るための具体的手段を得ることができ、光ファイバケーブル類を実際に敷設する場合の現場状況に応じた光ファイバ長さの変更や、設計通でない場合、あるいは製作過程で誤差が生じたような場合でも、確実な時間情報を得ることができる。
【００７０】
また、デジタルデータを用いた処理であることから、全てデジタル回路で実行することが可能である。このため、処理回路をＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）内に構成して高速に処理することができる。これにより、出力データを必要最低限の情報のみに圧縮することが可能となり、計算機への転送データ量やソフトウエア負荷が軽減し、システム全体の処理速度を向上することができる。
【００７１】
したがって、全ＦＢＧセンサの反射光パルスの反射時間情報を計測初期の段階で簡易かつ正確に計測して取得することができる。
【００７２】
また、パルス列データを一括して取り込んだ場合に生じる転送データ量の膨大化やそのデータ処理に係わる処理速度低下の発生を抑制し、このようにして得られたデジタルデータを計算機などで演算処理することで所定の物理量情報が得られる。
【００７３】
そして、本実施の形態によれば、ＯＴＤＲなどを用いることなく全てのＦＢＧ反射パルスの反射時間情報を簡易かつ正確に求めることができ、ＦＢＧ反射パルスの反射時間情報を簡易かつ正確に求め後は、波長走査を高精度で実行することができる。
【００７４】
図５は図１に示したプリスキャン部３３がプリスキャンモードによる波長走査を実行させる際のスキャン間隔と、部分詳細スキャン部３４が部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させる際のスキャン間隔との関係を示す概念図である。
【００７５】
図５において、縦軸は光検出器２５において受光されたＦＢＧ反射光の光強度Ｙｉを示し、横軸は光検出器２５において受光されたＦＢＧ反射光の波長Ｘｉを示す。また図２中において、実線は着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１を、点線は部分詳細スキャンモードによる波長走査の走査点Ａ２を、一点鎖線はプリスキャンモードによる波長走査の走査点Ａ３を、二点鎖線は着目するＦＢＧ７の設計波長範囲Ａ４をそれぞれ示す。
【００７６】
図５に示すように、プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ａ５を、例えばＦＢＧ７の設計波長範囲Ａ４全体として設定する。さらに、プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６を、ＦＢＧ反射光の波長領域中心Ａ７、すなわちＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１の最大値を求めることができる間隔に設定する。このため、プリスキャンパラメータ設定部３５が設定するプリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１上に少なくとも２つの走査点Ａ３が存在するような間隔であればよい。換言すれば、プリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１における分布幅Ａ１ｄの半値以下であればよい。
【００７７】
一方、部分詳細スキャンモードによる波長走査は、プリスキャンモードによる波長走査で求められた波長領域中心Ａ７から両側に物理量計測の要求精度に応じた走査点の数が確保できる区間として決定された波長走査範囲Ａ８について実行される。この際、部分詳細スキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ９は、物理量計測の要求精度に応じた間隔とされる。
【００７８】
図５は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１上にプリスキャンモードによる波長走査の２つの走査点Ａ３がある場合において、２走査点Ａ３上の受信データに基づいて求めたＦＢＧ反射光の波長領域中心Ａ７から両側に部分詳細スキャンモードによる波長走査の波長走査範囲Ａ８を決定した場合の例である。
【００７９】
一方、制御部２６のパルス積分回路３６は、ボックスカー積分器やゲーテッドインテグレータ等の回路で構成され、光検出器２５からＦＢＧ反射光の電気パルス信号として出力された受信データを受けて受信データのパルス波高に比例したパルス面積を得ることによりノイズ低減処理を実行する機能と、ＦＢＧ反射光のパルス列で構成されるノイズ低減処理後の受信データをゲート信号発生部３７に与える機能とを有する。
【００８０】
ゲート信号発生部３７は、時間ゲートを設定することによりパルス積分回路３６から受けたＦＢＧ反射光のパルス列から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の電気パルス信号を抽出する機能と、抽出したＦＢＧ反射光の電気パルス信号を受信データとしてＡＤ変換装置３８に与える機能とを有する。すなわち、ゲート信号発生部３７は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号のタイミング情報に基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光が光検出器２５において受光されるタイミングに対応するように所要の遅延時間を伴う時間ゲート信号を発生させて、時間ゲート信号がアクティブな間における電気パルス信号のみを検出するように構成される。
【００８１】
ＡＤ変換装置３８は、ゲート信号発生部３７から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の受信データを受けてＡＤ変換してプリスキャン部３３または部分詳細スキャン部３４に与える機能を有する。
【００８２】
一方、信号処理装置２７は、波長中心計算部３９と物理量変換部４０とを有する。波長中心計算部３９は、制御部２６の部分詳細スキャン部３４から部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを受けて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める機能を備える。波長中心計算部３９がＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める方法としては、例えばＦＢＧ反射光の受信データであるスペクトルの分布を二次式等の高次式にフィッティングしてスペクトルの変曲点や最大値を求める方法が挙げられる。
【００８３】
物理量変換部４０はＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する機能を備える。また、ＦＢＧ物理量計測装置２０により経時的に変換する物理量をダイナミック計測する場合には、物理量変換部４０には、次の波長走査の開始指令を制御部２６に与える機能が備えられる。
【００８４】
次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０の作用について説明する。
【００８５】
図６は図５に示したＦＢＧ物理量計測装置２０により物理量を計測する際の手順を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００８６】
まず、ステップＳ１において、プリスキャンパラメータ設定部３５が、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒを着目するＦＢＧ７の設計波長範囲全体に設定する。さらに、プリスキャンパラメータ設定部３５により、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン間隔が、スキャン範囲Ｒを設定値Ｎで割った値に設定される。ここで、設定値Ｎは、スキャン間隔Ｒ／Ｎの値がＦＢＧ反射光のスペクトルの分布幅の半値以下となるように設定される。そして、プリスキャンパラメータ設定部３５は設定したプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒおよびスキャン間隔Ｒ／Ｎをプリスキャン部３３に与える。
【００８７】
次に、ステップＳ２において、プリスキャンモードによる波長走査が任意数回実行される。すなわち、プリスキャン部３３が、プリスキャンパラメータ設定部３５から受けたプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒについて波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御する。さらに、プリスキャン部３３は、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御するようにトリガ信号印加部３２にトリガ信号の印加指令を与える。
【００８８】
一方、広帯域光源２８からは連続光が波長可変フィルタ２９に与えられる。そして、波長可変フィルタ２９は、スキャン範囲Ｒに相当する波長帯の連続光を選択的に透過させて光パルス化装置３０に与える。光パルス化装置３０は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号に対応するタイミングで、スキャン範囲Ｒの波長帯の連続光をパルス光に変換して光ファイバ２２内に送信する。
【００８９】
このため、スキャン範囲Ｒの波長帯のパルス光は、光幹線２２ａを伝播して各光分岐器２４において分岐し、それぞれ光分岐路２２ｂを伝播して光分岐路２２ｂ上に直列に設けられたＦＢＧセンサ２３に照射される。ここで、パルス光の波長帯は、着目するＦＢＧセンサ２３の設計波長範囲に設定されているため、着目するＦＢＧセンサ２３と同一の設計波長範囲の各ＦＢＧセンサ２３から、温度等の物理量に応じた波長帯のＦＢＧ反射光が生じる。
【００９０】
ＦＢＧセンサ２３において生じたＦＢＧ反射光は、再び光分岐路２２ｂ、光分岐器２４、光幹線２２ａを伝播して光源２１側の光分岐器２４ａから反射光用光ファイバ２２ｃに導かれる。そして、反射光用光ファイバ２２ｃに導かれたＦＢＧ反射光は、光検出器２５において受光され、光−電気変換により電気信号の受信データとなって制御部２６のパルス積分回路３６に与えられる。
【００９１】
パルス積分回路３６は、光検出器２５からＦＢＧ反射光の電気パルス信号として出力された受信データを受けて受信データのパルス波高に比例したパルス面積を得ることによりノイズ低減処理を実行した後、受信データをゲート信号発生部３７に与える。
【００９２】
そして、ゲート信号発生部３７は、トリガ信号印加部３２から受けたタイミング情報に基づいて、着目するＦＢＧ７の位置に応じて一定の遅延時間を伴う時間ゲート信号を設定することによりパルス積分回路３６から受けたＦＢＧ反射光のパルス列から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の電気パルス信号を抽出し、抽出したＦＢＧ反射光の電気パルス信号を受信データとしてＡＤ変換装置３８に与える。
【００９３】
さらに、ＡＤ変換装置３８は、ゲート信号発生部３７から受けた受信データをＡＤ変換してプリスキャン部３３に与える。
【００９４】
尚、計算精度を維持するためにプリスキャンモードによる波長走査が複数回実行される場合には、同様な手順により繰り返しＦＢＧ反射光の受信データがプリスキャン部３３に与えられる。
【００９５】
次に、ステップＳ３において、プリスキャン部３３は、計算精度を維持するために十分なＦＢＧ反射光の受信データが得られると、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求め、求めた波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。そして、プリスキャン部３３は、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える。
【００９６】
このため、ステップＳ４において、部分詳細スキャンモードによる波長走査が任意数回実行される。すなわち、部分詳細スキャン部３４が、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲について波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御する。さらに、部分詳細スキャン部３４は、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御するようにトリガ信号印加部３２にトリガ信号の印加指令を与える。
【００９７】
一方、広帯域光源２８から連続光が波長可変フィルタ２９に与えられる。そして、波長可変フィルタ２９は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲に相当する波長帯の連続光を選択的に透過させて光パルス化装置３０に与え、光パルス化装置３０は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲の波長帯の連続光をパルス光に変換して光ファイバ２２内に送信する。
【００９８】
このためプリスキャンモードによる波長走査の場合と同様に、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲についてのＦＢＧ反射光の受信データが部分詳細スキャン部３４に与えられる。さらに、部分詳細スキャン部３４は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを信号処理装置２７の波長中心計算部３９に与える。
【００９９】
このため、ステップＳ５において、波長中心計算部３９は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求めて物理量変換部４０に与える。
【０１００】
さらに、ステップＳ６において、物理量変換部４０は、波長中心計算部３９から受けたＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する。このため、着目するＦＢＧセンサ２３近傍における温度等の物理量を求めることができる。そして、物理量変換部４０は、次の波長走査の開始指令を制御部２６や光源２１に与え、再びステップＳ２からステップＳ６までの手順により各時刻における物理量が計測される。
【０１０１】
以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０によれば、着目するＦＢＧセンサ２３の設計波長範囲全体を物理量の要求精度に応じたスキャン間隔で走査することなく要求精度の物理量を取得することができる。このため、ＦＢＧ物理量計測装置２０によれば、物理量の測定精度を確保しつつより短時間で多点における物理量を計測することが可能となり、物理量の測定速度や測定インターバルを高速化させることができる。
【０１０２】
［第２実施形態（図２、図３、図７および図８）］
図７は、本発明に係るファイバブラッググレーティング物理量計測装置の第２実施形態を概略的に示す構成図である。
【０１０３】
図７に示すように、このファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）物理量計測装置２０は、光源２１に光ファイバ２２の一端を接続し、この光ファイバ２２に複数のＦＢＧセンサ２３を設けた構成である。この光ファイバ２２は、光幹線２２ａに複数の光分岐器２４を設けて構成され、各光分岐器２４からは光分岐路２２ｂが分岐する。そして、ＦＢＧセンサ２３は各光分岐路２２ｂに直列に設けられる。光幹線２２ａには、光遅延装置２４が設けられている。
【０１０４】
また、光源２１側の光分岐器２４ａには、反射光用光ファイバ２２ｃが接続され、この反射光用光ファイバ２２ｃの端部には光検出器２５が接続される。さらに、この光検出器２５と光源２１は共通の制御部２６と接続され、制御部２６は信号処理装置２７と接続される。
【０１０５】
ＦＢＧセンサ２３は、ファイバコア中にブラッグ回折格子を設けて構成され、温度、歪、振動、圧力、水位計測等の物理量に依存してブラッグ回折格子のピッチが変化するため、物理量に応じた特定波長帯のＦＢＧ反射光を反射する性質を有する。このため、ＦＢＧ反射光の波長から物理量を求めることができる。そして、各ＦＢＧセンサ２３は、互いに反射するＦＢＧ反射光の特定波長帯が相互に影響しないように各光分岐器２４からの距離に応じて異なる特定波長帯となるように構成される。
【０１０６】
光源２１は、広帯域光源２８、波長可変フィルタ２９および光パルス化装置３０で構成される。広帯域光源２８および波長可変フィルタ２９は、温度に敏感な光学機器に対して十分安定な温度範囲を提供する温度調整部３１に設けられる。広帯域光源２８は、広帯域の連続光（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）を生成する機能を、波長可変フィルタ２９は、広帯域光源２８から広帯域連続光を受けて所定の波長帯域の光を選択的に透過させる機能を、光パルス化装置３０は、波長可変フィルタ２９から所定の波長帯域の光を受けてパルス光に変換する機能をそれぞれ有する。そして、光源２１は、所定の波長帯域のパルス光を光ファイバ２２に設けられた各ＦＢＧセンサ２３に照射することができるように構成される。
【０１０７】
光検出器２５は、ＦＢＧセンサ２３からのＦＢＧ反射光を受光して光−電気変換するとともに増幅整形して必要な信号強度と帯域幅の電気パルス信号として受信データを得る機能と、得られた受信データを制御部２６に与える機能とを有する。
【０１０８】
制御部２６は、トリガ信号印加部３２、プリスキャン部３３、部分詳細スキャン部３４、プリスキャンパラメータ設定部３５、パルス積分回路３６、ゲート信号発生部３７、ＡＤ変換装置３８を備え、ＦＢＧ反射光の波長走査範囲、すなわち波長可変フィルタ２９が透過させる光の波長帯域や光パルス化装置３０により生成されるパルス光の送信タイミングを光検出器２５から受けた受信データに基づいて制御する機能を有する。この際、制御部２６は、プリスキャンモードおよび部分詳細スキャンモードの２種類の制御モードにより波長可変フィルタ２９および光パルス化装置３０を制御するように構成される。
【０１０９】
トリガ信号印加部３２は、光パルス化装置３０にトリガ信号を与えることにより、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御する機能と、トリガ信号のタイミング情報をゲート信号発生部３７に与える機能とを有する。
【０１１０】
プリスキャン部３３は、プリスキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に所要の波長帯域の光を照射させる機能と、トリガ信号印加部３２にプリスキャンモードによる波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる機能とを有する。
【０１１１】
また、プリスキャン部３３は、プリスキャンモードによる波長走査で得られた受信データを光検出器２５からパルス積分回路３６、ゲート信号発生部３７およびＡＤ変換装置３８を介して受けて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める機能と求めた波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する機能とを有する。
【０１１２】
部分詳細スキャン部３４は、プリスキャン部３３により決定された部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲について部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御して各ＦＢＧ７に所要の波長帯域の光を照射させる機能と、トリガ信号印加部３２に部分詳細スキャンモードによる波長走査のタイミング情報を与えることにより光パルス化装置３０を制御させる機能とを有する。また、部分詳細スキャン部３４は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを信号処理装置２７に与える機能を有する。
【０１１３】
プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査の際のスキャン範囲や走査点の間隔（スキャン間隔）等のスキャン条件を設定する機能と、設定したスキャン条件をプリスキャン部３３に与える機能とを有する。
【０１１４】
この際、プリスキャンモードによる波長走査の際のスキャン範囲は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲よりも広く、かつ、プリスキャンモードによる波長走査における走査点の間隔（スキャン間隔）は部分詳細スキャンモードによる波長走査における走査点の間隔（スキャン間隔）よりも広い間隔とされる。
【０１１５】
このような構成において、本実施形態では、予めＡＤ変換開始トリガを正確に設定するための手段として、データ記憶部４１、時間演算処理部４２および微係数判定処理部４８が設けられている。すなわち、本実施形態では上述の光ファイバ２２と、この光ファイバ２２上に設けられた複数のＦＢＧセンサ２３と、これらＦＢＧセンサ２３に所要の波長帯域の光を照射させるための波長可変フィルタ２９を備えた光源２１と、ＦＢＧセンサ２３からの反射光を受光して受信データを取得する光検出器２５と、受信データに基づいて時分割多重と波長多重のいずれかまたは両方を適用して多数点の物理量を計測する物理量計測手段とを備えている。
【０１１６】
また、ＦＢＧセンサ２３から得られるＦＢＧ反射パルスを時間と電圧のデジタルデータ列組に変換するＡＤ変換処理部としてのＡＤ変換装置３８と、デジタルデータ列組を微分計算してＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報を算出する時間演算処理部４２とを備えている。
【０１１７】
時間演算処理部４２は、データ記憶部４１を介してＡＤ変換装置３８に接続されており、時系列データ組生成部４３、平均化処理部４４、平滑微分演算処理部４５および遅延時間演算処理部４６を備えている。
【０１１８】
時系列データ組生成部４３では、データファイルを参照して設定された各パラメータに基づいてＦＢＧ反射パルスのＡＤ変換が行われ、ＦＢＧ反射パルスデータが指定平均回数になるまで記憶される。
【０１１９】
平均化処理部４４では、記憶されたＦＢＧ反射パルスが読出され、データ平均化演算処理が行われる。平滑微分演算処理部４５では、各ＦＢＧ反射パルスの時間軸に対する最大値が抽出され、平滑化１次微分演算が行われる。
【０１２０】
遅延時間演算処理部４６では、平滑化されたＦＢＧ反射パルスの微係数デジタルデータ列組の微分計算が行われ、ＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組に相当する時間情報が算出される。
【０１２１】
さらに、検出下限におけるＦＢＧ反射パルスの立上りおよび立下りの急峻部傾きに対して得られた微係数ピーク組のピークレベルを閾値として、ＦＢＧ反射パルスより算出した微係数ピーク組から閾値を超える微係数ピーク組のみを閾値判定する微係数判定処理部４８を備えている。
【０１２２】
この微係数判定処理部４８は、微係数レベルの閾値を判定する微係数レベル閾値判定部４９と、微係数ピーク組のピークレベルの相対比率を予め定めた閾値で比較判定する微係数レベル比率判定部５０と、微係数ピーク組の時間間隔をＦＢＧ反射パルスの時間幅をもとにした閾値で比較判定する微係数時間幅判定部５１とを備えている。なお、デジタルデータ列組および微係数ピーク列組の処理部は、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）内に収められている。
【０１２３】
時間演算処理部４２および微係数判定処理部４８の作用を、図２および図３も参照して説明する。図２は、本実施形態によるタイミング時間を示す作用説明図であり、図３は、本実施形態による反射パルスを平滑化微分して得られた微係数を示す説明図である。
【０１２４】
広帯域光源２８より出力される連続光は、波長可変フィルタ２９により所定の波長帯だけが透過され、光パルス化装置３０によりパルス光に変換される。パルス光はファイバ２２のラインを伝播し、光分岐器２４ａを介して２つの幹線である光ファイバ２２ａに送り出される。枝状に分岐した各光ファイバ２２ａのラインには、ＦＢＧセンサ２３が互いの反射波長帯が干渉しないように直列に複数個接続されており、送り出されたパルス光は、パルス光の波長帯とＦＢＧセンサ２３の反射波長帯が合致する場合には反射される。
【０１２５】
反射されたパルス光は、元来た光ファイバ２２ｂのラインを通り、光分岐器２４ａを介して光検出器２５で光パルスから電気パルスへと変換される。すなわち、各分岐の光ファイバ２２ａのラインに接続されたＦＢＧセンサ２３で反射された複数のパルス光は、各分岐の光ファイバ２２ａのライン間に接続された光遅延装置４７によってあらかじめ設定した時間遅延により、設定された時間間隔のパルス列となり、光検出器２５および制御部２６を介し、データ記憶部４１に記憶されるとともに、時間演算処理部４２にそれぞれ到達する。
【０１２６】
制御部２６は、連続光をパルス光に変換するタイミングや波長可変フィルタ２９の波長走査および光検出器へのパルス受信タイミング等を制御する。すなわち、制御部２６は、光検出器で受信したパルス列を光−電変換し、時間ゲートを用いてパルスデータのみを取り出し、更にデジタルデータに変換する。デジタルデータは時間演算処理部において、Ｓ／Ｎ向上のため必要回数の平均化処理を施され、最終的には、１パルス＝１データとして、最小の転送データ量に圧縮される。
【０１２７】
図２に示すように、本実施形態では、基準クロックパルスｃ１に基づき、全てのＦＢＧセンサ２３の反射光パルス列ｃ４は、次のパルス光ｃ２が送り出されるまでに時間演算処理部４２に到達する。すなわち、パルス光はあらかじめ所定の波長帯に設定した波長可変フィルタ２９を透過し、反射波長の重なった複数のＦＢＧセンサ２３で反射する。反射光パルス列ｃ４は、所定の時間間隔を有して光検出器２５で受光されるとともに、電気パルス列に変換される。
【０１２８】
更に、ＡＤ変換処理部３８で電気パルス列がデジタルデータに変換され、時間情報を加えたデジタルデータ列組となる。本実施形態では図２に示すように、光パルス化装置３０のオフセット時間Ｔ１と、ＡＤ変換開始トリガｃ３までの設計遅延時間Ｔ２を加算した時間をＡＤ変換動作開始時間Ｔａとおき、ＡＤ変換装置３８のサンプリング速度に応じた時間情報をＴａに加算する。
【０１２９】
ＡＤ変換動作の停止時刻は、例えば次のパルス光ｃ２の送出タイミングとすれば、反射パルス列ｃ４の全てのパルスを余すことなくデジタルデータに変換することができる。これらの処理は必要回数繰り返され、時間演算処理部４２により前述したデジタルデータ列組の平均化処理が行われ、これによりＳ／Ｎが向上する。
【０１３０】
ところで本実施形態では、波長帯の異なる複数のＦＢＧ反射パルスが時間的に重なって戻ってこないように、あらかじめ波長可変フィルタ２で所定のＦＢＧセンサ反射波長帯のみを透過させて波長弁別しているが、実際には同じ反射波長帯であっても、製造ばらつきや敷設場の雰囲気温度の違いなどから、幾つかのＦＢＧ反射パルスは波長可変フィルタ２９のフィルタ範囲を外れてしまい計測できない場合がある。よって、反射パルス列全てを取得するために反射パルス個々の波長ばらつきを考慮して、波長可変フィルタ２は所定の波長範囲を適切な波長間隔で走査し、その都度、得られた反射パルスを第１実施形態と同様に時間と電圧のデジタルデータ組列に変換処理し、これを必要回数繰り返し、Ｓ／Ｎ向上のため前述したデジタルデータ列組を平均化処理する。
【０１３１】
すなわち、波長走査毎に平均化処理されたデジタルデータ列組は時間演算処理部４２に送られ、平滑化微分による計算処理によって先に図３で示した微係数ピークと時間情報をそのままスライドさせて加えた微係数ピーク列組として処理される。微係数判定処理部４８では、あらかじめ検出下限レベルにおける反射パルス波形の立上りおよび立下りの急峻部傾きに対する微係数のピークレベルを計算により算出し、その値を閾値として記憶しておき、波長走査毎に算出した微係数データ列組に対してこの閾値を超える微係数ピークを取り出す微係数レベル閾値判定部４９の判定処理で、閾値を超えた微係数ピークと時間情報からなる微係数ピーク列組に置き換えられる。更に、微係数レベル比較判定部５０により、これら置き換えられたそれぞれの微係数データ列組から時間軸に対して相対レベルで最大ピークとなる微係数のみを取得し、最終的に微係数時間判定部５１で最大ピークと時間情報とからなる微係数ピーク列組が得られる。この判定処理によって反射パルスと例えば基準クロックと同期したハム・ノイズなどによって算出された微係数のピーク部を弁別することができる。
【０１３２】
また、反射パルス形状は図４に示すように矩形波に近く、パルスの立上りおよび立下りにおける急峻部の傾き形状は近似しており、急峻部の傾きに対するこれら微係数ピークの相対レベル（微係数ピークレベル）ｈ１、ｈ２を比較すれば、その比率は１に近い値となる。これを利用して、微係数レベル閾値判定部４９で閾値判定された微係数ピーク列組を微係数レベル比率判定部５０に送り、ここで先の微係数ピークレベルｈ１、ｈ２を相対比較し、適切な例えば比率１：１±０．１以内であれば正常という閾値をあらかじめ設定しておき、判定処理することで、抽出した微係数ピークがパルスより算出したものであると言う信頼性をより高めることができる。
【０１３３】
また、判定結果が否定的であった場合、ＦＢＧセンサ２３や光ファイバ２２などに問題があることが予想され、異常検知手段としても適用することができる。
【０１３４】
更に、第１実施形態で述べたように、全ての反射パルスの幅が一定時間長さであることを利用して、微係数レベル閾値判定部４９あるいは微係数レベル比率判定部５０で判定処理された微係数ピーク列組を微係数時間幅判定部５１に送り、ここであらかじめパルス幅の実測時間値を記憶しておき、この記憶した時間に対して例えば閾値として２００ｎ秒±１０ｎ秒と設定し、反射パルスに対応する微係数ピーク列組のピークの時間間隔をこの閾値と比較し、閾値以内であれば正常と判定することで抽出した微係数ピークがパルスより算出したものであると言う信頼性をより高めることができる。また、判定結果が否定的であった場合には、ＦＢＧセンサ２４や光ファイバ２２などに問題があることが予想され、異常検知手段としても適用することができる。
【０１３５】
そして、これらデジタルデータを用いた処理は、全てデジタル回路で実行することが可能である。このため、処理回路をＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）内に構成して高速に処理することができる。これにより、出力データを必要最低限の情報のみに圧縮することが可能となり、計算機への転送データ量やソフトウエア負荷が軽減し、システム全体の処理速度を向上することができる。
【０１３６】
なお、ここで述べているＡＤ変換開始トリガｃ３とは、設計上最短時間の反射パルスが戻ってこられない時間としている。また、ＡＤ変換装置３８がＡＤ変換開始トリガｃ２を受信して実際にＡＤ変換動作を開始するまでのオフセット時間は常数として扱われ、特に明記してないが設計遅延時間Ｔ２に加算してある。
【０１３７】
平均化処理されたデジタルデータ列組は時間演算処理部４２に送られ、図３に示すように、例えば平滑化微分する計算処理でＦＢＧ反射パルスｄのパルス波形の立上り急峻部傾きｄ１がプラス側、立下り急峻部傾きｄ２がマイナス側に、それぞれピークｈ１、ｈ２を示す微係数ピークｅ１，ｅ２と時間情報とを、そのままスライドさせて加えた微係数ピーク列組ｅが得られる。この際、例えば多項式フィッティングなどを用いることで、より正確に微係数ピークを算出することもできる。
【０１３８】
続いて、微係数ピーク列組の個々のパルスに対するピーク間の中間値を算出し、図２に示すように、ＡＤ変換動作開始時間Ｔａを基点として、その中間値に相当する時間Ｔｆ１〜Ｔｆｎを求める。または、時間Ｔｆ１〜Ｔｆｎは前述した微係数ピーク列組ｅのどちらかのピークに相当する時間としてもよい。
【０１３９】
この時間Ｔｆ１〜Ｔｆｎを用いてＡＤ変換開始トリガ時間、すなわち個々のＦＢＧ反射パルスの遅延時間を設定することができる。この際、例えばパルスのピーク平坦部ｄ３のみをＡＤ変換するには、全ての反射パルスは一つのパルス光より反射されるため、全ての反射パルスの時間幅は一定であるということを利用し、時間Ｔｆ１〜Ｔｆｎより反射パルスの時間幅から導出した適切な時間（常数として扱われる）を減算してＡＤ変換開始トリガ時間とし、かつ、パルス平坦部の時間幅（これも常数として扱われる）からＡＤ変換器のサンプリング回数を設定すればよい。
【０１４０】
図８は、以上の作用を示すフローチャートである。
【０１４１】
まず、データファイルを参照してＦＢＧ反射パルスデータの各パラメータが設定され（Ｓ２０１）、ＡＤ変換装置３８によるＡＤ変換が開始される（Ｓ２０２）。ＡＤ変換された時系列データは、データ記憶部４１としてのＳＤＲＡＭに記憶され（Ｓ２０３）、その後ＡＤ変換が停止される（Ｓ２０４）。このＡＤ変換処理は、指定平均回数まで行われる（Ｓ２０５）。
【０１４２】
次に、ＳＤＲＡＭからＦＢＧ反射パルスデータが読み出され（Ｓ２０６）、平均化処理部４４により、データ平均化演算処理が行われる（Ｓ２０７）。データ平均化演算処理は指定された波長走査数まで行われ（Ｓ２０８、Ｓ２０９）、これにより所定数ｎのグループ測定が完了する（Ｓ２１０）。
【０１４３】
平滑微分演算処理部４５では、各ＦＢＧ反射パルスの時間軸に対する最大値が抽出され（Ｓ２１１）、上述の平滑化１次微分演算が行われる（Ｓ２１２）。そして、遅延時間演算処理部４６において微係数の閾値判定が行われ（Ｓ２１３）、その後、微係数の比較判定処理が行われる（Ｓ２１４）。
【０１４４】
そして、微係数判定処理部４８では、検出下限レベルにおける反射パルス波形の立上りおよび立下りの急峻部傾きに対する微係数のピークレベルを計算により算出し、その値を閾値として設定して記憶され（Ｓ２１５）、波長走査毎に算出した微係数データ列組に対してこの閾値を超える微係数ピークを取り出す微係数レベル閾値判定部４９の判定処理で、閾値を超えた微係数ピークと時間情報からなる微係数ピーク列組に置き換えられる。
【０１４５】
更に、微係数レベル比較判定部５０により、これら置き換えられたそれぞれの微係数データ列組から時間軸に対して相対レベルで最大ピークとなる微係数のみを取得し、最終的に微係数時間判定部５１で最大ピークと時間情報とからなる微係数ピーク列組が得られる。この判定処理によって反射パルスと例えば基準クロックと同期したハム・ノイズなどによって算出された微係数のピーク部を弁別することができる（Ｓ２１６）。
【０１４６】
また、上述したように、反射パルス形状は矩形波に近く、パルスの立上りおよび立下りにおける急峻部の傾き形状は近似しているので、急峻部の傾きに対するこれら微係数ピークの相対レベル（微係数ピークレベル）ｈ１、ｈ２が比較され、その比率は１に近い値となることを利用して、微係数レベル閾値判定部４９において、時間軸に対して相対レベルで最大となる微係数が抽出される（Ｓ２１７）。
【０１４７】
そして、閾値判定された微係数ピーク列組が微係数レベル比率判定部５０に送られ、ここで先の微係数ピークレベルｈ１、ｈ２が相対比較判定され（Ｓ２１７）、例えば比率１：１±０．１以内であれば正常という閾値設定に基づいて判定処理が行われる（Ｓ２１８、Ｓ２１９）。これにより、抽出した微係数ピークがパルスより算出したものであると言う信頼性をより高めることができる。
【０１４８】
以上の処理に基づき、図２に示したＡＤトリガ時間の演算が行われ（Ｓ２２０）、この演算結果がデータファイルに上書され（Ｓ２２１）、指定されたファイバラインの全グループについて完了した場合に（Ｓ２２２、Ｓ２２３）、反射時間校正完了となる。
【０１４９】
本実施形態のファイバブラッググレーティング物理量計測装置およびファイバブラッググレーティング物理量計測方法によれば、時間演算処理部４２において、波長走査毎に平均化処理されたデジタルデータ列組が平滑化微分により計算され、反射パルス波形の立上りおよび立下りの急峻部傾きに対する微係数のレベルが算出される。そして、波長走査毎に算出した微係数データ列組に対して閾値を判定処理が行われ、各ＦＢＧセンサへのＡＤ変換開始トリガ時間を正確に知ることができる。
【０１５０】
したがって、ＦＢＧ反射光のパルス個々に時間ゲートを設ける際に、必要な個々のパルスの正確な戻り時間を知るための具体的手段を得ることができ、光ファイバケーブル類を実際に敷設する場合の現場状況に応じた光ファイバ長さの変更や、設計通でない場合、あるいは製作過程で誤差が生じたような場合でも、確実な時間情報を得ることができる。
【０１５１】
また、デジタルデータを用いた処理であることから、全てデジタル回路で実行することが可能である。このため、処理回路をＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）内に構成して高速に処理することができる。これにより、出力データを必要最低限の情報のみに圧縮することが可能となり、計算機への転送データ量やソフトウエア負荷が軽減し、システム全体の処理速度を向上することができる。
【０１５２】
したがって、全ＦＢＧセンサの反射光パルスの反射時間情報を計測初期の段階で簡易かつ正確に計測して取得することができる。
【０１５３】
また、パルス列データを一括して取り込んだ場合に生じる転送データ量の膨大化やそのデータ処理に係わる処理速度低下の発生を抑制し、このようにして得られたデジタルデータを計算機などで演算処理することで所定の物理量情報が得られる。
【０１５４】
そして、本実施の形態によれば、ＯＴＤＲなどを用いることなく全てのＦＢＧ反射パルスの反射時間情報を簡易かつ正確に求めることができ、ＦＢＧ反射パルスの反射時間情報を簡易かつ正確に求め後は、波長走査を高精度で実行することができる。この作用を、上述の図５および図６を参照して説明する。
【０１５５】
図５は、第１実施形態と同様に、図７に示したプリスキャン部３３がプリスキャンモードによる波長走査を実行させる際のスキャン間隔と、部分詳細スキャン部３４が部分詳細スキャンモードによる波長走査を実行させる際のスキャン間隔との関係を示す概念図として適用することができる。
【０１５６】
図５において、縦軸は光検出器２５において受光されたＦＢＧ反射光の光強度Ｙｉを示し、横軸は光検出器２５において受光されたＦＢＧ反射光の波長Ｘｉを示す。また図２中において、実線は着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１を、点線は部分詳細スキャンモードによる波長走査の走査点Ａ２を、一点鎖線はプリスキャンモードによる波長走査の走査点Ａ３を、二点鎖線は着目するＦＢＧ７の設計波長範囲Ａ４をそれぞれ示す。
【０１５７】
図５に示すように、プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ａ５を、例えばＦＢＧ７の設計波長範囲Ａ４全体として設定する。さらに、プリスキャンパラメータ設定部３５は、プリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６を、ＦＢＧ反射光の波長領域中心Ａ７、すなわちＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１の最大値を求めることができる間隔に設定する。このため、プリスキャンパラメータ設定部３５が設定するプリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１上に少なくとも２つの走査点Ａ３が存在するような間隔であればよい。換言すれば、プリスキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ６は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１における分布幅Ａ１ｄの半値以下であればよい。
【０１５８】
一方、部分詳細スキャンモードによる波長走査は、プリスキャンモードによる波長走査で求められた波長領域中心Ａ７から両側に物理量計測の要求精度に応じた走査点の数が確保できる区間として決定された波長走査範囲Ａ８について実行される。この際、部分詳細スキャンモードによる波長走査の走査点の間隔（スキャン間隔）Ａ９は、物理量計測の要求精度に応じた間隔とされる。
【０１５９】
図５は、ＦＢＧ反射光のスペクトルＡ１上にプリスキャンモードによる波長走査の２つの走査点Ａ３がある場合において、２走査点Ａ３上の受信データに基づいて求めたＦＢＧ反射光の波長領域中心Ａ７から両側に部分詳細スキャンモードによる波長走査の波長走査範囲Ａ８を決定した場合の例である。
【０１６０】
一方、制御部２６のパルス積分回路３６は、ボックスカー積分器やゲーテッドインテグレータ等の回路で構成され、光検出器２５からＦＢＧ反射光の電気パルス信号として出力された受信データを受けて受信データのパルス波高に比例したパルス面積を得ることによりノイズ低減処理を実行する機能と、ＦＢＧ反射光のパルス列で構成されるノイズ低減処理後の受信データをゲート信号発生部３７に与える機能とを有する。
【０１６１】
ゲート信号発生部３７は、時間ゲートを設定することによりパルス積分回路３６から受けたＦＢＧ反射光のパルス列から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の電気パルス信号を抽出する機能と、抽出したＦＢＧ反射光の電気パルス信号を受信データとしてＡＤ変換装置３８に与える機能とを有する。すなわち、ゲート信号発生部３７は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号のタイミング情報に基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光が光検出器２５において受光されるタイミングに対応するように所要の遅延時間を伴う時間ゲート信号を発生させて、時間ゲート信号がアクティブな間における電気パルス信号のみを検出するように構成される。
【０１６２】
ＡＤ変換装置３８は、ゲート信号発生部３７から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の受信データを受けてＡＤ変換してプリスキャン部３３または部分詳細スキャン部３４に与える機能を有する。
【０１６３】
一方、信号処理装置２７は、波長中心計算部３９と物理量変換部４０とを有する。波長中心計算部３９は、制御部２６の部分詳細スキャン部３４から部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを受けて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める機能を備える。波長中心計算部３９がＦＢＧ反射光の波長領域中心を求める方法としては、例えばＦＢＧ反射光の受信データであるスペクトルの分布を二次式等の高次式にフィッティングしてスペクトルの変曲点や最大値を求める方法が挙げられる。
【０１６４】
物理量変換部４０はＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する機能を備える。また、ＦＢＧ物理量計測装置２０により経時的に変換する物理量をダイナミック計測する場合には、物理量変換部４０には、次の波長走査の開始指令を制御部２６に与える機能が備えられる。
【０１６５】
次に、ＦＢＧ物理量計測装置２０の作用について説明する。
【０１６６】
図６は図５に示したＦＢＧ物理量計測装置２０により物理量を計測する際の手順を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【０１６７】
まず、ステップＳ１において、プリスキャンパラメータ設定部３５が、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒを着目するＦＢＧ７の設計波長範囲全体に設定する。さらに、プリスキャンパラメータ設定部３５により、プリスキャンモードによる波長走査のスキャン間隔が、スキャン範囲Ｒを設定値Ｎで割った値に設定される。ここで、設定値Ｎは、スキャン間隔Ｒ／Ｎの値がＦＢＧ反射光のスペクトルの分布幅の半値以下となるように設定される。そして、プリスキャンパラメータ設定部３５は設定したプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒおよびスキャン間隔Ｒ／Ｎをプリスキャン部３３に与える。
【０１６８】
次に、ステップＳ２において、プリスキャンモードによる波長走査が任意数回実行される。すなわち、プリスキャン部３３が、プリスキャンパラメータ設定部３５から受けたプリスキャンモードによる波長走査のスキャン範囲Ｒについて波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御する。さらに、プリスキャン部３３は、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御するようにトリガ信号印加部３２にトリガ信号の印加指令を与える。
【０１６９】
一方、広帯域光源２８からは連続光が波長可変フィルタ２９に与えられる。そして、波長可変フィルタ２９は、スキャン範囲Ｒに相当する波長帯の連続光を選択的に透過させて光パルス化装置３０に与える。光パルス化装置３０は、トリガ信号印加部３２から受けたトリガ信号に対応するタイミングで、スキャン範囲Ｒの波長帯の連続光をパルス光に変換して光ファイバ２２内に送信する。
【０１７０】
このため、スキャン範囲Ｒの波長帯のパルス光は、光幹線２２ａを伝播して各光分岐器２４において分岐し、それぞれ光分岐路２２ｂを伝播して光分岐路２２ｂ上に直列に設けられたＦＢＧセンサ２３に照射される。ここで、パルス光の波長帯は、着目するＦＢＧセンサ２３の設計波長範囲に設定されているため、着目するＦＢＧセンサ２３と同一の設計波長範囲の各ＦＢＧセンサ２３から、温度等の物理量に応じた波長帯のＦＢＧ反射光が生じる。
【０１７１】
ＦＢＧセンサ２３において生じたＦＢＧ反射光は、再び光分岐路２２ｂ、光分岐器２４、光幹線２２ａを伝播して光源２１側の光分岐器２４ａから反射光用光ファイバ２２ｃに導かれる。そして、反射光用光ファイバ２２ｃに導かれたＦＢＧ反射光は、光検出器２５において受光され、光−電気変換により電気信号の受信データとなって制御部２６のパルス積分回路３６に与えられる。
【０１７２】
パルス積分回路３６は、光検出器２５からＦＢＧ反射光の電気パルス信号として出力された受信データを受けて受信データのパルス波高に比例したパルス面積を得ることによりノイズ低減処理を実行した後、受信データをゲート信号発生部３７に与える。
【０１７３】
そして、ゲート信号発生部３７は、トリガ信号印加部３２から受けたタイミング情報に基づいて、着目するＦＢＧ７の位置に応じて一定の遅延時間を伴う時間ゲート信号を設定することによりパルス積分回路３６から受けたＦＢＧ反射光のパルス列から着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の電気パルス信号を抽出し、抽出したＦＢＧ反射光の電気パルス信号を受信データとしてＡＤ変換装置３８に与える。
【０１７４】
さらに、ＡＤ変換装置３８は、ゲート信号発生部３７から受けた受信データをＡＤ変換してプリスキャン部３３に与える。
【０１７５】
尚、計算精度を維持するためにプリスキャンモードによる波長走査が複数回実行される場合には、同様な手順により繰り返しＦＢＧ反射光の受信データがプリスキャン部３３に与えられる。
【０１７６】
次に、ステップＳ３において、プリスキャン部３３は、計算精度を維持するために十分なＦＢＧ反射光の受信データが得られると、ＦＢＧ反射光の波長領域中心を求め、求めた波長領域中心の両側に予め設定された所要の詳細走査点数を確保できるような区間を部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲として決定する。そして、プリスキャン部３３は、決定した部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲を部分詳細スキャン部３４に与える。
【０１７７】
このため、ステップＳ４において、部分詳細スキャンモードによる波長走査が任意数回実行される。すなわち、部分詳細スキャン部３４が、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲について波長走査を実行させるように波長可変フィルタ２９を制御する。さらに、部分詳細スキャン部３４は、光源２１から出射されるパルス光のタイミングを制御するようにトリガ信号印加部３２にトリガ信号の印加指令を与える。
【０１７８】
一方、広帯域光源２８から連続光が波長可変フィルタ２９に与えられる。そして、波長可変フィルタ２９は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲に相当する波長帯の連続光を選択的に透過させて光パルス化装置３０に与え、光パルス化装置３０は、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲の波長帯の連続光をパルス光に変換して光ファイバ２２内に送信する。
【０１７９】
このためプリスキャンモードによる波長走査の場合と同様に、部分詳細スキャンモードにおける波長走査範囲についてのＦＢＧ反射光の受信データが部分詳細スキャン部３４に与えられる。さらに、部分詳細スキャン部３４は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データを信号処理装置２７の波長中心計算部３９に与える。
【０１８０】
このため、ステップＳ５において、波長中心計算部３９は、部分詳細スキャンモードによる波長走査で得られたＦＢＧ反射光の受信データに基づいて、着目するＦＢＧ７からのＦＢＧ反射光の波長領域中心を求めて物理量変換部４０に与える。
【０１８１】
さらに、ステップＳ６において、物理量変換部４０は、波長中心計算部３９から受けたＦＢＧ反射光の波長領域中心を物理量に変換する。このため、着目するＦＢＧセンサ２３近傍における温度等の物理量を求めることができる。そして、物理量変換部４０は、次の波長走査の開始指令を制御部２６や光源２１に与え、再びステップＳ２からステップＳ６までの手順により各時刻における物理量が計測される。
【０１８２】
以上のようなＦＢＧ物理量計測装置２０によれば、着目するＦＢＧセンサ２３の設計波長範囲全体を物理量の要求精度に応じたスキャン間隔で走査することなく要求精度の物理量を取得することができる。このため、ＦＢＧ物理量計測装置２０によれば、物理量の測定精度を確保しつつより短時間で多点における物理量を計測することが可能となり、物理量の測定速度や測定インターバルを高速化させることができる。
【０１８３】
［第３実施形態（図９）］
図９は本発明の第３実施形態として高周波ノイズなどを減衰させるローパスフィルタ６０の等価回路を示す図である。
【０１８４】
上述した第１および第２実施形態では、ＡＤ変換処理部１１は計算機をそのベースとしているため、その入力信号にはデジタル機器などから高周波ノイズが混入することがある。このため、カットする周波数帯を最適化したローパスフィルタ６０をＡＤ変換器の入力段に接続することで、電気パルス列信号（入力信号）に混在した高周波ノイズなどの影響を抑制することができる。
【０１８５】
本実施形態によれば、電気パルス列信号に混在した高周波ノイズなどの誤検出を抑制できるため、個々のパルスをより高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明の第１実施形態による装置を示す構成図。
【図２】本発明の第１実施形態によるタイミング時間を示す作用説明図。
【図３】本発明の第１実施形態による反射パルスを平滑化微分して得られた微係数を示す説明図。
【図４】本発明の第１実施形態によるＦＢＧ反射時間算出作用を示すフローチャート。
【図５】本発明の第１実施形態によるプリスキャンモードにおける波長走査実行時の説明図。
【図６】本発明の第１実施形態による波長走査作用を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態による装置を示す構成を示す図。
【図８】本発明の第２実施形態によるＦＢＧ反射時間算出作用を示すフローチャート。
【図９】本発明の第３実施形態によるＦＢＧ反射時間算出用として適用されるローパスフィルタ等価回路を示す回路図。
【図１０】従来例を示す構成図。
【符号の説明】
【０１８７】
２０  ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）物理量計測装置
２１  光源
２２  光ファイバ
２２ａ  光幹線
２２ｂ  光分岐路
２２ｃ  反射光用光ファイバ
２３  ＦＢＧセンサ
２４，２４ａ    光分岐器
２５  光検出器
２６  制御部
２７  信号処理装置
２８  広帯域光源
２９  波長可変フィルタ
３０  光パルス化装置
３１  温度調整部
３２  トリガ信号印加部
３３  プリスキャン部
３４  部分詳細スキャン部
３５  プリスキャンパラメータ設定部
３６  パルス積分回路
３７  ゲート信号発生部
３８  ＡＤ変換装置
３９  波長中心計算部
４０  物理量変換部
４１  データ記憶部
４２  時間演算処理部
４３  時系列データ組生成部
４４  平均化処理部
４５  平滑微分演算処理部
４６  遅延時間演算処理部
４７  光遅延装置
４８  微係数判定処理部
４９  閾値判定部
５０  微係数レベル比率判定部
５１  微係数時間幅判定部
６０  ローパスフィルタ
【図１】
2006252251.tif 000003
【図２】
2006252251.tif 000004
【図３】
2006252251.tif 000005
【図４】
2006252251.tif 000006
【図５】
2006252251.tif 000007
【図６】
2006252251.tif 000008
【図７】
2006252251.tif 000009
【図８】
2006252251.tif 000010
【図９】
2006252251.tif 000011
【図１０】
2006252251.tif 000012