(57)【要約】【課題】光波長変化型センサの絶対波長を算出し、かつ、動的な微小振動を精度よく算出することができる光ファイバセンサ測定装置を提供すること。【解決手段】光波長変化型センサ１１で反射されるセンサ反射光を異なる波長領域の第一光と第二光とを分離する光学フィルタ１３と、第一光が通る第一光路１４１と第二光が通る第二光路１４２とにそれぞれ設けられ第一光又は第二光を電流に変換する光電変換器１６１，１６２と、光波長変化型センサ１１の絶対波長λを算出するために、光電変換器１６１，１６２から出力される電圧信号に基づいて生成された振幅が大きく静的な変化の電圧信号と振幅が小さく動的な変化の電圧信号との和となっている信号から、振幅が大きく静的な変化の電圧信号を差し引く演算をする演算装置１５と、を備えた。【選択図】図１
2019078632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から照射される光が反射する光波長変化型センサと、
前記光波長変化型センサで反射されるセンサ反射光を異なる波長領域の第一光と第二光とに分離する光学フィルタと、
前記第一光が通る第一光路と、前記第二光が通る第二光路と、前記第一光路と前記第二光路とにそれぞれ設けられ前記第一光又は前記第二光を電流に変換する光電変換器と、
前記光波長変化型センサの絶対波長を算出するために、前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された振幅が大きく静的な変化の電圧信号と振幅が小さく動的な変化の電圧信号との和となっている信号から、前記振幅が大きく静的な変化の電圧信号を差し引く演算をする演算装置と、を備えた
ことを特徴とする光ファイバセンサ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載された光ファイバセンサ測定装置において、
前記演算装置は、
前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号の所定時間における平均成分を求めるローパスフィルタと、
前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号から前記ローパスフィルタより出力される前記平均成分を差し引く差動回路と、
前記差動回路から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器から出力される信号と前記ローパスフィルタから出力される信号とに基づいて前記光波長変化型センサの絶対波長を算出する演算部と、を有する
ことを特徴とする光ファイバセンサ測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載された光ファイバセンサ測定装置において、
前記演算装置は、
前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号の所定時間における平均成分を求める平均成分算出部と、
前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号から前記平均成分算出部より出力される前記平均成分を差し引く差動回路と、
前記差動回路から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器から出力される信号と前記平均成分算出部から出力される信号とに基づいて前記光波長変化型センサの絶対波長を算出する絶対波長算出部と、を有し、
前記平均成分算出部と前記絶対波長算出部とを備えて演算部が構成される
ことを特徴とする光ファイバセンサ測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された光ファイバセンサ測定装置において、
前記光学フィルタは、ＷＤＭフィルタであり、前記ＷＤＭフィルタで分離される前記第一光は前記ＷＤＭフィルタで反射される反射光であり、前記第二光は前記ＷＤＭフィルタを透過する透過光であり、前記反射光と前記透過光とは前記センサ反射光の波長に応じて分離されることを特徴とする光ファイバセンサ測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載された光ファイバセンサ測定装置において、
前記光学フィルタは、前記センサ反射光を前記第一光と前記第二光とに分離する光カプラと、前記光カプラと前記第一光路に設けられた光電変換器との間に設けられたＷＤＭフィルタとを有することを特徴とする光ファイバセンサ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバセンサ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ中に回折格子（ＦＢＧ）が書き込まれたＦＧＢセンサを有するファイバセンサ測定装置が知られている。このファイバセンサ測定装置は、センサヘッドが小型であり、電磁ノイズの影響を受けず、耐雷性に優れる等の特徴を持ち、歪み、加速度、水位等の物理量を測定するためのセンサ等に応用されている。
この光ファイバセンサ測定装置の従来例として、非特許文献１と非特許文献２のものが知られている。
【０００３】
非特許文献１の従来例の構成が図９に示されている。
図９において、広帯域光源９０１から出力された光は、光カプラ９０２を通過し、ＦＢＧセンサ９０３に入射する。ＦＢＧセンサ９０３では特定の波長の光のみ反射され、このセンサ反射光は、再び、光カプラ９０２を介してＷＤＭフィルタ９０４に入射する。
ＷＤＭフィルタ９０４では、ＦＢＧセンサ９０３からのセンサ反射光を反射光の光路と透過光の光路との２光路に分離する。ここで、反射光と透過光の分岐比率は入射した波長に応じて決まる。
ＷＤＭフィルタ９０４で分離された反射光と透過光は、それぞれ光電変換器９０５に入射して電流信号に変換され、プリアンプ９０６で、電圧信号に変換された後、増幅器９０７で増幅される。増幅器９０７で出力される電圧信号は、ＡＤ変換器９０８でデジタル信号に変換されて演算部（ＭＰＵ）９０９に入力される。なお、広帯域光源９０１、光カプラ９０２、ＦＢＧセンサ９０３、ＷＤＭフィルタ９０４、光電変換器９０５、プリアンプ９０６、増幅器９０７、ＡＤ変換器９０８及び演算部９０９は光ファイバＦにより接続されている。
【０００４】
光電変換器９０５で検出される光強度は、式１で示される通り、ＦＢＧセンサ９０３の波長変化に従い比例する。
ＩＲ＝ａλ
ＩＴ＝−ａλ＋ｂ          ……    式１
ここで、ａ，ｂは、ＷＤＭフィルタ９０４が持つ固有の係数である。λはＦＢＧセンサ９０３の絶対波長である。ＩＴ，ＩＲは、それぞれＷＤＭフィルタ９０４の透過光と反射光の強度である。
ＷＤＭフィルタ９０４の透過光、反射光の強度がわかれば、式２から、ＦＢＧセンサ９０３の絶対波長λを算出することができる。
式２において、Ａ、Ｂは、ＷＤＭフィルタ９０４が持つ固有の定数である。なお、式２において、分子は（ＩＲ−ＩＴ）に限定されるものではなく、（ＩＴ−ＩＲ）であってもよい。
【０００５】
【数１】
2019078632.tif 000003
【０００６】
非特許文献１の従来例では、センサ反射光が光カプラ９０２を通過してＷＤＭフィルタ９０４に入射する構成であったが、非特許文献２の従来例は、図１０に示される通り、センサ反射光が光カプラ９４０に入射する構成である。
図１０に示される通り、光カプラ９４０は、光カプラ９０２からの同じ波長の光を２つの光路に分離するものである。光カプラ９４０と２つの光電変換器９０５のうち１つの光電変換器９０５との間にはＷＤＭフィルタ９４１が配置されている。ＷＤＭフィルタ９４１では、透過光が用いられ、反射光は用いられない。
【０００７】
非特許文献２の従来例では、式３で絶対波長λが算出される。
式３においてＩ１は、ＷＤＭフィルタ９４１を通過していない光路の光電変換器９０５で検出された光強度であり、ＩＴは、ＷＤＭフィルタ９４１を透過する光路の光電変換器９０５で検出された光強度である。
【０００８】
【数２】
2019078632.tif 000004
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M. A. Davis and A. D. Kersey, “All fibre Bragg grating strain sensor demodulation technique using a wavelength division coupler”, Electron. Lett., 30, pp.75-77, 1994
【非特許文献２】S. M. Melle, K. Liu and R. M. Measures, ”A passive wavelength demodulation system for guided wave Bragg grating sensors”, IEEE Photon. Technol. Lett., 4(5), 512-518, 1992
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献１，２の従来例では、ＦＢＧセンサ９０３の微小な変化を捉えたい場合、増幅器９０７の増幅率Ｇを大きくする必要がある。
増幅器９０７から出力される電圧信号Ｖｏは、図１１に示される通り、温度変化等により静的で大きなＦＢＧセンサ９０３の変動の情報を含む直流に近いうねり成分（ＶＤＣ）と、振動等により動的で微小な変動に起因する微振動成分（Ｖsig）との和となっている。
ここで、増幅器９０７の増幅率Ｇは式４で表せる。
式４において、ＶＤＣ＋Ｖsigは、増幅器９０７の入力電圧であり、Ｖoutは、増幅器９０７の出力電圧である。
【００１１】
【数３】
2019078632.tif 000005
【００１２】
式４により増幅率Ｇが表されるが、増幅率Ｇは、装置の設計者によって決定される。
一方、増幅器９０７の増幅率Ｇには式５の条件が付加される。装置の設計者は、増幅率Ｇを決めるにあたり、式５の上限（Ｖlim）を参考にする。
Ｇ＜Ｖlim／（ＶＤＣ＋Ｖsig）          ……式５
ＶＤＣ>>Ｖsigの場合、Ｇの上限はほぼＶＤＣによって決まってしまい、Ｖsigの増幅が実用上不足することになる。
このように、非特許文献１，２の従来例では、増幅器９０７の増幅率Ｇを上げることに課題があり、ＦＢＧセンサの絶対波長λを正確に測定することには限界がある。
【００１３】
本発明の目的は、光波長変化型センサの絶対波長を算出し、かつ、動的な微小振動を精度よく算出することができる光ファイバセンサ測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光ファイバセンサ測定装置は、光源と、前記光源から照射される光が反射する光波長変化型センサと、前記光波長変化型センサで反射されるセンサ反射光を異なる波長領域の第一光と第二光とに分離する光学フィルタと、前記第一光が通る第一光路と、前記第二光が通る第二光路と、前記第一光路と前記第二光路とにそれぞれ設けられ前記第一光又は前記第二光を電流に変換する光電変換器と、前記光波長変化型センサの絶対波長を算出するために、前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された振幅が大きく静的な変化の電圧信号と振幅が小さく動的な変化の電圧信号との和となっている信号から前記振幅が大きく静的な変化の電圧信号を差し引く演算をする演算装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明では、光源から照射される光は、光波長変化型センサで反射される。反射された光は、センサ反射光として光学フィルタに入射する。光学フィルタでは、センサ反射光を、異なる波長領域の第一光路を通る第一光と第二光路を通る第二光とに分離する。
第一光路に設けられた光電変換器は、第一光を電流に変換し、第二光路に設けられた光電変換器は、第二光を電流に変換する。光電変換器から出力される信号は、演算装置に送られる。
演算装置では、光波長変化型センサの絶対波長λを算出するにあたり、光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号から光波長変化型センサの絶対波長λを算出するが、その際、この生成された電圧信号をどの程度増幅するか、つまり、増幅率Ｇの値をどうするかを、装置の設計者が決定する。測定精度を向上させるには、増幅率Ｇを大きくした方がよい。
光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号は、振幅が大きく静的な変化の電圧信号と、振幅が小さく動的な変化の電圧信号との和となっている信号となる。本発明では、演算装置により、前述の和となっている信号から振幅が大きく静的な変化の電圧信号を差し引くので、増幅する電圧信号は、振幅が小さく動的な変化の電圧信号となり、その結果、増幅率Ｇとして大きな値を決定できる。
従って、光波長変化型センサの絶対波長λを算出し、かつ、動的な微小振動を精度よく算出することができることになり、さらに、絶対波長λをもとに、歪や温度等の物理量を精度よく測定することが可能となる。
【００１６】
本発明では、前記演算装置は、前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号の所定時間における平均成分を求めるローパスフィルタと、前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号から前記ローパスフィルタより出力される前記平均成分を差し引く差動回路と、前記差動回路から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、前記増幅器から出力される信号と前記ローパスフィルタから出力される信号とに基づいて前記光波長変化型センサの絶対波長を算出する演算部と、を有する構成としてもよい。
この構成では、ローパスフィルタは、振幅が大きく静的な変化の信号と振幅が小さく動的な変化の信号との和となっている信号を受け、この信号の所定時間における平均成分を算出する。この算出された平均成分は、光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号のうち振幅が大きく静的な変化の信号である。差動回路は、ローパスフィルタからの信号と光電変換器からの信号とを受け、振幅が大きく静的な変化の信号と振幅が小さく動的な変化の信号との和となっている信号から、ローパスフィルタで求められた平均成分、つまり、振幅が大きく静的な変化の信号を差し引く。差動回路から出力された電圧信号は増幅器で増幅されて演算部に入力される。演算部では、差動回路から増幅器を通じて出力される電圧信号とローパスフィルタから出力される電圧信号とに基づいて光波長変化型センサの絶対波長を算出する。
この構成では、演算装置をローパスフィルタ、差動回路、増幅器、演算部を備えた構成によって、光波長変化型センサの絶対波長λを精度よく算出することができる。
【００１７】
本発明では、前記演算装置は、前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号の所定時間における平均成分を求める平均成分算出部と、前記光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号から前記平均成分算出部より出力される前記平均成分を差し引く差動回路と、前記差動回路から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、前記増幅器から出力される信号と前記平均成分算出部から出力される信号とに基づいて前記光波長変化型センサの絶対波長を算出する絶対波長算出部と、を有し、前記平均成分算出部と前記絶対波長算出部とを備えて演算部が構成されるものでもよい。
この構成では、平均成分算出部は、光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号を受け、この電圧信号の所定時間における平均成分を算出する。この算出された平均成分は、光電変換器から出力される信号に基づいて生成された電圧信号のうち振幅が大きく静的な変化の信号である。平均成分算出部から平均成分が差動回路に送られる。差動回路では、平均成分算出部から送られる信号と、光電変換器から出力される信号とを受けて、振幅が大きく静的な変化の信号と振幅が小さく動的な変化の信号との和となっている信号からローパスフィルタで求められた平均成分を差し引く。差動回路から出力される電圧信号を増幅器で増幅した後、演算部の絶対波長算出部に送る。そして、絶対波長算出部では、差動回路から出力される信号と平均成分算出部で算出された平均成分とに基づいて光波長変化型センサの絶対波長を演算する。
この構成では、平均成分算出部を含んで演算部を構成したので、アナログ回路で平均成分を算出する場合に比べて、平均する所定時間等の条件をソフトウェア上で容易に変更できる。
【００１８】
本発明では、前記光学フィルタは、ＷＤＭフィルタであり、前記ＷＤＭフィルタで分離される前記第一光は前記ＷＤＭフィルタで反射する反射光であり、前記第二光は前記ＷＤＭフィルタを透過する透過光であり、前記反射光と前記透過光とは前記センサ反射光の波長に応じて分離される構成としてもよい。
【００１９】
本発明では、前記光学フィルタは、前記センサ反射光を前記第一光と前記第二光とに分離する光カプラと、前記光カプラと前記第一光路に設けられた光電変換器との間に設けられたＷＤＭフィルタとを有する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図２】（Ａ）は第１実施形態にかかる光ファイバセンサ測定装置のプリアンプから出力される時間と電圧信号との関係を示すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）のグラフからローパスフィルタの出力となる平均成分を差し引いたグラフ。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図５】本発明の第４実施形態にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図６】本発明の第５実施形態にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図７】本発明の第６実施形態にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図８】本発明の第７実施形態にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図９】非特許文献１の従来例にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図１０】非特許文献２の従来例にかかる光ファイバセンサ測定装置の概略構成図。
【図１１】非特許文献１，２の従来例にかかる光ファイバセンサ測定装置のプリアンプから出力される時間と電圧信号との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１及び図２において、光ファイバセンサ測定装置１は、広帯域光源１０と、広帯域光源１０から照射される光が反射する光波長変化型センサ１１と、広帯域光源１０と光波長変化型センサ１１との間に配置される光カプラ１２と、光カプラ１２から出力される信号を受ける光学フィルタ１３と、光学フィルタ１３にそれぞれ接続される第一光路１４１と第二光路１４２と、第一光路１４１と第二光路１４２に設けられる光電変換器１６１，１６２と、演算装置１５とを備えている。
演算装置１５は、第一光路１４１に設けられたプリアンプ１７１、ローパスフィルタ１８１、差動回路１９１、増幅器２０１及び２個のアナログデジタル変換器２１１と、第二光路１４２に設けられたプリアンプ１７２、ローパスフィルタ１８２、差動回路１９２、増幅器２０２及び２個のアナログデジタル変換器２１２と、アナログデジタル変換器２１１，２１２からの信号を受けて所定の演算をする演算部２２と、を備えている。
広帯域光源１０、光波長変化型センサ１１、光カプラ１２、光学フィルタ１３及び演算装置１５を構成する光学素子の間は、光ファイバＦで接続されている。
【００２２】
広帯域光源１０は、所定の波長領域に渡って光ファイバＦの内部に光を照射する。
光波長変化型センサ１１は、例えば、ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）と称されるＦＢＧセンサであり、図示しない被測定物に設置される。第１実施形態では、光波長変化型センサ１１は被測定物の振動や温度等の物理量を測定するものである。広帯域光源１０から照射された所定の波長領域の波長のうち絶対波長λの光が反射する。
光カプラ１２は、広帯域光源１０から照射された光を光波長変化型センサ１１に送るとともに光波長変化型センサ１１で反射された所定の波長の反射光を光学フィルタ１３に送る光学素子である。本実施形態では、光カプラ１２をサーキュレータに代えてもよい。
光学フィルタ１３は、センサ反射光を第一光と第二光に分離するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing 波長分割多重）フィルタである。
第一光はＷＭＤフィルタの内部で反射される反射光であり、反射光は第一光路１４１を通る。第二光はＷＤＭフィルタを透過する透過光であり、透過光は第二光路１４２を通る。透過光と反射光とはセンサ反射光の波長に応じて分離される。
【００２３】
光電変換器１６１は、反射光を電流に変換する。プリアンプ１７１は、光電変換器１６１から出力される電流を電圧に生成（変換）する。光電変換器１６２は透過光を電流に変換する。プリアンプ１７２は、光電変換器１６２から出力される電流を電圧信号に生成（変換）する。
ここで、プリアンプ１７１で生成される電圧の信号ＶＲは、式６−１で示され、プリアンプ１７２で生成される電圧の信号ＶＴは、式６−２で示される。
ＶＲ＝ａλ                    ……式６−１
ＶＴ＝−ａλ＋ｂ              ……式６−２
第一光路１４１では、プリアンプ１７１から出力される電圧信号は、ローパスフィルタ１８１と差動回路１９１とに送られる。ローパスフィルタ１８１から出力される信号は、差動回路１９１と２個のうち１個のアナログデジタル変換器２１１に送られる。差動回路１９１から出力される信号は、増幅器２０１を介して２個のうち残り１個のアナログデジタル変換器２１１に送られる。
第二光路１４２では、プリアンプ１７２から出力される電圧信号は、ローパスフィルタ１８２と差動回路１９２とに送られる。ローパスフィルタ１８２から出力される信号は、差動回路１９２と２個のうち１個のアナログデジタル変換器２１２に送られる。差動回路１９２から出力される信号は、増幅器２０２を介して２個のうち残り１個のアナログデジタル変換器２１２に送られる。
【００２４】
プリアンプ１７１，１７２から出力される電圧信号が図２（Ａ）に示されている。
図２（Ａ）において、プリアンプ１７１から出力される電圧信号ＶＲは、温度変化等により静的で大きな光波長変化型センサ１１の変動の情報を含む直流に近いうねり成分（ＶR_ＤＣ）と、振動等により動的で微小な変動に起因する微振動成分（ＶR_sig）との和となっている信号である。同様に、プリアンプ１７２から出力される電圧信号ＶＴは、うねり成分（ＶT_ＤＣ）と微振動成分（ＶT_sig）との和となっている信号である。
ローパスフィルタ１８１は、プリアンプ１７１で出力される電圧信号ＶＲの所定時間ｔにおける平均成分を求めるものである。
所定時間とは絶対波長λを算出するのに必要な時間、例えば、６０秒であり、これは、装置の構成や測定対象によって異なる。電圧信号ＶＲの平均成分は、所定時間ｔを所定の数（１，２，３…ｎ）だけ分割し、これらの分割された時間に対応した電圧信号ＶＲの平均値、例えば、時間ｔ１とｔ２における電圧信号ＶＲの平均値Ave１、時間ｔ２とｔ３とにおける電圧信号ＶＲの平均値Ave２、時間ｔ３とｔ４における電圧信号ＶＲの平均値Ave３、時間ｔn-1とｔｎにおける電圧信号Ｖｏの平均値Ave(n-1）である。時間毎の平均値を繋げることにより、図２（Ａ）で示される大きなうねりを有する線分となる。
【００２５】
ローパスフィルタ１８１から出力される所定時間ｔにおける平均成分は、静的で大きな光波長変化型センサ１１の変動の情報を含む直流に近いうねり成分ＶR_DCと同じである。
ローパスフィルタ１８２は、プリアンプ１７２から出力される電圧信号ＶＴの所定時間ｔにおける平均成分を求めるものであり、静的で大きな光波長変化型センサ１１の変動の情報を含む直流に近いうねり成分ＶT_DCと同じである。電圧信号ＶＴの平均成分の求め方は電圧信号ＶＲの平均成分の求め方と同じである。
【００２６】
差動回路１９１は、プリアンプ１７１から出力される前述の和となっている信号からローパスフィルタ１８１より出力される平均成分を差し引くものである。同様に、差動回路１９２は、プリアンプ１７２から出力される電圧信号からローパスフィルタ１８２より出力される平均成分を差し引くものである。
プリアンプ１７１，１７２から出力される電圧信号ＶＲ（ＶＴ）から平均成分を差し引くと、図２（Ｂ）に示される電圧信号ＶR_sig（ＶT_sig）となり、この電圧信号ＶR_sig（ＶT_sig）は、プリアンプ１７１，１７２から出力される電圧信号ＶＲ（ＶＴ）のうち微振動成分ＶR_sig（ＶT_sig）である。
【００２７】
差動回路１９１，１９２から出力される電圧信号は、増幅器２０１，２０２で増幅された後、アナログデジタル変換器２１１，２１２でデジタル信号に変換されて演算部２２に送られる。
増幅器２０１は、差動回路１９１から出力される電圧信号ＶR_sigを増幅してＸＶR_sigとするものである。増幅器２０２は、差動回路１９２から出力される電圧信号ＶT_sigを増幅してＸＶT_sigとするものである。
【００２８】
演算部２２は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）である。
演算部２２では、差動回路１９１，１９２とローパスフィルタ１８１，１８２とからそれぞれ出力される信号に基づいて光波長変化型センサ１１の絶対波長λが算出され、絶対波長λに基づいて光波長変化型センサ１１の歪み等の物理量が測定される。
演算部２２は、次の式７−１、式７−２及び式８から絶対波長λを算出する。
式７−１において、ＶR_DCはローパスフィルタ１８１から出力されて演算部２２に入力する電圧信号であり、ＸＶR_Sigは、増幅器２０１で増幅されて演算部２２に入力する電圧信号である。ＶR_Mは、演算部２２に入力されるアナログデジタル変換（ＡＤ変換）されたデジタル信号である。
式７−２において、ＶT_DCはローパスフィルタ１８２から出力されて演算部２２に入力する電圧信号であり、ＸＶT_Sigは、増幅器２０２で増幅されて演算部２２に入力する電圧信号である。ＶT_Mは、演算部２２に入力されるＡＤ変換されたデジタル信号である。
式７−１及び式７−２において、Ｇは増幅器２０１，２０２の増幅率である。増幅率Ｇは、式５を参照して、装置の設計者が決定する。
【００２９】
【数４】
2019078632.tif 000006
【００３０】
【数５】
2019078632.tif 000007
【００３１】
式８において、Ｃ，Ｄは、ＷＤＭフィルタからなる光学フィルタ１３がもつ固有の定数である。
式８より、光波長変化型センサ１１の絶対波長λが算出され、絶対波長λに基づいて、公知の方法より、物理量が測定される。
なお、式８は、絶対波長λを求めるための式の一例である。例えば、式８において、分子は（ＶT_M−ＶR_M）に限定されるものではなく、（ＶR_M−ＶT_M）であってもよい。
【００３２】
第１実施形態では次の効果を奏することができる。
（１）光波長変化型センサ１１で反射されるセンサ反射光を異なる波長領域の第一光と第二光とに分離する光学フィルタ１３と、第一光が通る第一光路１４１と第二光が通る第二光路１４２とにそれぞれ設けられ第一光又は前記第二光を電流に変換する光電変換器１６１，１６２と、光波長変化型センサ１１の絶対波長λを算出するために、光電変換器１６１，１６２から出力される電圧信号に基づいて生成された振幅が大きく静的な変化の電圧信号と振幅が小さく動的な変化の電圧信号との和となっている信号から振幅が大きく静的な変化の電圧信号を差し引く演算をする演算装置１５と、を備えたから、増幅する電圧信号は、振幅が小さく動的な変化の電圧信号となり、その結果、増幅率Ｇとして大きな値を決定できる。そのため、光波長変化型センサの絶対波長λを精度よく算出することができることになり、さらに、絶対波長λをもとに、歪や温度等の物理量を精度よく測定することが可能となる。
【００３３】
（２）演算装置１５は、光電変換器１６１，１６２から出力される信号に基づいて生成された電圧信号の所定時間における平均成分を求めるローパスフィルタ１８１，１８２と、光電変換器１６１，１６２から出力される信号に基づいて生成された電圧信号からローパスフィルタ１８１，１８２より出力される平均成分を差し引く差動回路１９１，１９２と、差動回路１９１，１９２から出力される電圧信号を増幅する増幅器２０１，２０２と、増幅器２０１，２０２から出力される信号とローパスフィルタ１８１，１８２から出力される信号とに基づいて光波長変化型センサ１１の絶対波長λを算出する演算部２２と、を有する構成であるから、光波長変化型センサ１１の絶対波長λを精度よく算出することができる。
【００３４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。
第２実施形態は第１実施形態とは演算装置の構成が異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。第２実施形態の説明において、第１実施形態の構成と同一ものは、同一符号を付して説明を省略する。
図３において、第２実施形態の光ファイバセンサ測定装置２は、広帯域光源１０、光波長変化型センサ１１、光カプラ１２、光学フィルタ１３、第一光路１４１、第二光路１４２、光電変換器１６１，１６２及び演算装置２５を備えている。
【００３５】
演算装置２５は、第一光路１４１に設けられたプリアンプ１７１、差動回路１９１、増幅器２０１、デジタルアナログ変換回路２６１及び２個のアナログデジタル変換器２１１と、第二光路１４２に設けられたプリアンプ１７２、差動回路１９２、増幅器２０２、デジタルアナログ変換回路２６２及び２個のアナログデジタル変換器２１２と、アナログデジタル変換器２１１，２１２からの信号を受けて所定の演算をする演算部２７と、を備えている。
２個のうち１個のアナログデジタル変換器２１１，２１２は、プリアンプ１７１，１７２から送られる電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換して演算部２７に送り、残り１個のアナログデジタル変換器２１１，２１２は、プリアンプ１７１，１７２から送られる電圧のアナログ信号を直接、演算部２７に送る。
デジタルアナログ変換回路２６１，２６２は、演算部２７からの信号を差動回路１９１，１９２に送る。
【００３６】
演算部２７は、プリアンプ１７１，１７２から出力される電圧信号の所定時間における平均成分を求める平均成分算出部２８１，２８２と、増幅器２０１，２０２からアナログデジタル変換器２１１，２１２を通じて送られる信号と平均成分算出部２８１，２８２から出力される信号とに基づいて光波長変化型センサ１１の絶対波長λを算出する絶対波長算出部２９１，２９２とを有する。
平均成分算出部２８１は、プリアンプ１７１で出力されアナログデジタル変換器２１１を介して送られる電圧信号ＶＲの所定時間ｔにおける平均成分を求めるものである。
平均成分算出部２８２は、プリアンプ１７２で出力されアナログデジタル変換器２１２を介して送られる電圧信号ＶＴの所定時間ｔにおける平均成分を求めるものである。
【００３７】
差動回路１９１は、プリアンプ１７１から出力される信号と、平均成分算出部２８１よりアナログデジタル変換器２１１を通じて送られる信号とを受けて前述の和となっている信号から平均成分を差し引くものである。差動回路１９２は、プリアンプ１７２から出力される信号と平均成分算出部２８２よりアナログデジタル変換器２１２を通じて送られる信号とを受けて、前述の和となっている信号から平均成分を差し引くものである。
絶対波長算出部２９１，２９２では、差動回路１９１，１９２と平均成分算出部２８１，２８２とからの信号に基づいて光波長変化型センサ１１の絶対波長λが算出され、絶対波長λに基づいて光波長変化型センサ１１の歪み等の物理量が測定される。
絶対波長算出部２９１，２９２は、第１実施形態の演算部２２と同様に、式７−１、式７−２及び式８から絶対波長λを算出する。
【００３８】
第２実施形態では、第１実施形態の（１）の効果に加え、次の効果を奏することができる。
（３）演算部２７は、プリアンプ１７１，１７２から出力される電圧信号の所定時間における平均成分を求める平均成分算出部２８１，２８２と、プリアンプ１７１，１７２から出力される電圧信号から平均成分算出部２８１，２８２より出力される平均成分を差し引く差動回路１９１，１９２と、差動回路１９１，１９２から出力される電圧信号を増幅する増幅器２０１，２０２と、増幅器２０１，２０２から出力される信号と平均成分算出部２８１，２８２から出力される信号とに基づいて光波長変化型センサ１１の絶対波長λを算出する絶対波長算出部２９１，２９２と、を有し、平均成分算出部２８１，２８２と絶対波長算出部２９１，２９２とを備えて演算部２７が構成される。つまり、平均成分算出部２８１，２８２を含んで演算部２７が構成されるので、アナログ回路で平均成分を算出する場合に比べて、平均する所定時間等の条件をソフトウェア上で容易に変更できる。
【００３９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。
第３実施形態は第１実施形態とは光学フィルタの構成が異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。第３実施形態の説明において、第１実施形態の構成と同一ものは、同一符号を付して説明を省略する。
図４において、第１実施形態の光ファイバセンサ測定装置３は、広帯域光源１０、光波長変化型センサ１１、光カプラ１２、光学フィルタ３０、第一光路１４１、第二光路１４２、光電変換器１６１，１６２及び演算装置１５を備えている。
【００４０】
光学フィルタ３０は、センサ反射光を第一光と第二光とに分離する光カプラ３１と、光カプラ３１と光電変換器１６１との間に設けられたＷＤＭフィルタ３２とを有する。
光カプラ３１で分離される第一光と第二光とは同じ波長領域である。
ＷＤＭフィルタ３２は、板状の光学素子であり、その平面を第一光路１４１に対して垂直となるように配置される。この場合、広帯域光源１０は偏光を有する光を照射するものでもよい。
ＷＤＭフィルタ３２では、透過光が用いられ、反射光は用いられない。
演算部２２では、式３、式６−１、式６−２、式７−１、式７−２に基づいて光波長変化型センサ１１の絶対波長λが算出される。なお、本実施形態では、式６−１、式６−２において、ＶＲとあるのは、プリアンプ１７１で生成される電圧の信号ＶＴとし、ＶＴとあるのは、プリアンプ１７２で生成される電圧の信号Ｖ１として、絶対波長λを算出する。
【００４１】
なお、プリアンプ１７１から出力される電圧信号ＶＴは、温度変化等により静的で大きな光波長変化型センサ１１の変動の情報を含む直流に近いうねり成分（ＶＴ_ＤＣ）と、振動等により動的で微小な変動に起因する微振動成分（ＶＴ_sig）との和となっている信号となる。プリアンプ１７２から出力される電圧信号Ｖ１は、うねり成分（Ｖ１_ＤＣ）と微振動成分（Ｖ１_sig）との和となっている信号となる。
第３実施形態では、式７−１において、ＶR_DCは、ローパスフィルタ１８１から出力されて演算部２２に入力する電圧信号Ｖ１_DCとなり、ＸＶR_Sigは、増幅器２０１で増幅されて演算部２２に入力する電圧信号ＸＶＴ_Sigとなる。式７−２において、ＶT_DCはローパスフィルタ１８２から出力されて演算部２２に入力する電圧信号Ｖ１_DCとなり、ＸＶT_Sigは、増幅器２０２で増幅されて演算部２２に入力する電圧信号ＸＶ１_Sigとなる。
【００４２】
第３実施形態では、第１実施形態の（１）（２）と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を図５に基づいて説明する。
第４実施形態は、光学フィルタとして第３実施形態のものを用い、他の構成は第２実施形態と同じである。第４実施形態の説明において、第２実施形態の構成と同一ものは、同一符号を付して説明を省略する。
図５において、第４実施形態の光ファイバセンサ測定装置４は、広帯域光源１０、光波長変化型センサ１１、光カプラ１２、光学フィルタ３０、第一光路１４１、第二光路１４２、光電変換器１６１，１６２及び演算装置２５を備えている。
演算装置２５における絶対波長算出部２９１，２９２では、式３、式６−１、式６−２、式７−１、式７−２に基づいて光波長変化型センサ１１の絶対波長λが算出される。なお、式６−１、式６−２において、ＶＲとあるのは、プリアンプ１７１で生成される電圧の信号ＶＴとし、ＶＴとあるのは、プリアンプ１７２で生成される電圧の信号Ｖ１として、絶対波長λを算出する。
第４実施形態では、第２実施形態の（１）（３）と同様の効果を奏することができる。
【００４４】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を図６に基づいて説明する。
第５実施形態は、複数（図６では２個）の光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂを用い、これらの光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂの絶対波長λａ，λｂを算出する構成が第１実施形態と異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。第５実施形態の説明において、第１実施形態の構成と同一ものは、同一符号を付して説明を省略する。
図６において、第５実施形態の光ファイバセンサ測定装置５は、広帯域光源１０、光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂ、光カプラ１２、フィルタ５０、光学フィルタ１３Ａ，１３Ｂ、第一光路１４１、第二光路１４２、光電変換器１６１，１６２及び演算装置１５を備えている。
演算装置１５は、絶対波長λａを算出するための算出部１５Ａと、絶対波長λｂを算出するための算出部１５Ｂとを備え、これらの算出部１５Ａ，１５Ｂは第１実施形態のプリアンプ１７１、ローパスフィルタ１８１、差動回路１９１、増幅器２０１及アナログデジタル変換器２１１をそれぞれ備えている。
【００４５】
フィルタ５０は、光波長変化型センサ１１Ａからのセンサ反射光と、光波長変化型センサ１１Ｂからのセンサ反射光とを分離するＷＤＭフィルタである。フィルタ５０で分離された光波長変化型センサ１１Ａからのセンサ反射光は、光学フィルタ１３Ａに送られ、光波長変化型センサ１１Ｂからのセンサ反射光は光学フィルタ１３Ｂに送られる。
光学フィルタ１３Ａ，１３Ｂは第１実施形態の光学フィルタ１３と同様に、ＷＤＭフィルタから構成されている。
光学フィルタ１３Ａ，１３Ｂでは、反射光を第一光路１４１に送り、透過光を第二光路１４２に送る。
光波長変化型センサ１１Ａの絶対波長λａと、光波長変化型センサ１１Ｂの絶対波長λｂとの算出方法は、第１実施形態の光波長変化型センサ１１の絶対波長λと同じである。
第５実施形態では、２つの光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂの絶対波長λａ，λｂを算出し、温度と歪みとの物理量を公知の方法で測定することが可能となる。
【００４６】
第５実施形態では、第１実施形態の（１）（２）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（４）２つの光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂと、光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂで反射したセンサ反射光を分離するフィルタ５０と、フィルタ５０で分離した光波長変化型センサ１１Ａからの反射光を同じ波長領域の第一光と第二光とに分離する光学フィルタ１３Ａと、フィルタ５０で分離した光波長変化型センサ１１Ｂからのセンサ反射光を第一光と第二光とに分離する光学フィルタ１３Ｂと、第一光が通る第一光路１４１と第二光が通る第二光路１４２とにそれぞれ設けられた光電変換器１６１，１６２と、光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂの絶対波長λａ，λｂを算出する演算装置１５と、を備えたから、光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂの絶対波長λａ，λｂを算出し、温度と歪みとの物理量を正確に測定することができる。
【００４７】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態を図７に基づいて説明する。
第６実施形態は、複数（図７では２個）の光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂの絶対波長λａ，λｂを算出するために、１つの光学フィルタ１３を用いた構成が第５実施形態と異なるもので、他の構成は第５実施形態と同じである。
第６実施形態の説明において、第５実施形態の構成と同一ものは、同一符号を付して説明を省略する。
図７において、第６実施形態の光ファイバセンサ測定装置６は、広帯域光源１０、光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂ、光カプラ１２、フィルタ６０、光学フィルタ１３、第一光路１４１、第二光路１４２、光電変換器１６１，１６２及び演算装置１５を備えている。
【００４８】
フィルタ６０は、演算部２２からの信号によって、透過帯域が切り替わるものである。演算部２２に代えて他の機器からフィルタ６０に信号を送るものでもよい。
光波長変化型センサ１１Ａからのセンサ反射光と、光波長変化型センサ１１Ｂからのセンサ反射光とを時間毎に切り換えるものである。
光学フィルタ１３は、光波長変化型センサ１１Ａからのセンサ反射光を受けた場合には、絶対波長λａを算出するために、反射光を光電変換器１６１に送り、透過光を光電変換器１６２に送り、光波長変化型センサ１１Ｂからのセンサ反射光を受けた場合には、絶対波長λｂを算出するために、反射光を光電変換器１６１に送り、透過光を光電変換器１６２に送る。
演算装置１５は第１実施形態と同様の方法で、絶対波長λａ，λｂを算出する。
【００４９】
第６実施形態では、第１実施形態の（１）（２）（４）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（５）２つの光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂと、光波長変化型センサ１１Ａ，１１Ｂで反射したセンサ反射光を時間毎に切り換えるフィルタ６０と、フィルタ６０で切り換えられた光波長変化型センサ１１Ａ又は光波長変化型センサ１１Ｂからのセンサ反射光を、第一光と第二光とに分離する光学フィルタ１３とを備えたから、絶対波長λａ，λｂを算出するために、１組の算出部を設ければよく、部品点数の減少が図れる。
【００５０】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態を図８に基づいて説明する。
第７実施形態は第３実施形態とは第二光路１４２に設けられるフィルタ回路と演算部２２の構成が異なるもので、他の構成は第３実施形態と同じである。第７実施形態の説明において、第３実施形態の構成と同一ものは、同一符号を付して説明を省略する。
図８において、第７実施形態の光ファイバセンサ測定装置７は、広帯域光源１０、光波長変化型センサ１１、光カプラ１２、光学フィルタ３０、第一光路１４１、第二光路１４２、光電変換器１６１，１６２及び演算装置７５を備えている。
【００５１】
演算装置７５は、第一光路１４１に設けられたプリアンプ１７１、ローパスフィルタ１８１、差動回路１９１、増幅器２０１及びアナログデジタル変換器２１１と、第二光路１４２に設けられたプリアンプ１７２、増幅器２０２及びアナログデジタル変換器２１２と、アナログデジタル変換器２１２からの信号を受けて所定の演算をする演算部７２と、を備えている。
演算部７２は、第一光の光強度を算出する第１算出部７２１と、第二光の光強度を算出する第２算出部７２２とを有する。第１算出部７２１は第１実施形態の演算部２２と同じ構成である。
演算部７２は第３実施形態と同様の方法で、絶対波長λを算出する。
【００５２】
第７実施形態では、第３実施形態の（１）（２）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（６）演算部７２を、プリアンプ１７２から出力される電圧信号の所定時間における平均成分を求めるローパスフィルタ部７２Ａと、プリアンプ１７２から出力される電圧信号の所定時間における平均成分を求める平均成分算出部２８２と、増幅器２０２から送られる信号と平均成分算出部２８２から出力される信号とに基づいて光波長変化型センサ１１の絶対波長λを算出する絶対波長算出部２９２とを有する構成としたので、アナログ回路で平均成分を算出する場合に比べて、平均する所定時間等の条件をソフトウェア上で容易に変更できる。
【００５３】
［変形例］
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、差動回路１９１と増幅器２０１を別の回路から構成したが、本発明では、差動回路１９２と増幅器２０２とを１つの回路から構成してもよい。１つの回路から構成すれば、装置を構成する部品の点数が減少する。
【００５４】
広帯域光源１０、光カプラ１２、光波長変化型センサ１１，１１Ａ，１１Ｂ、光学フィルタ１３，１３Ａ，１３Ｂ、光電変換器１６１，１６２、プリアンプ１７１，１７２、ローパスフィルタ１８１，１８２、差動回路１９１，１９２、その他の光学素子、演算部２２，２７，７２の間を光ファイバＦで繋げたが、本発明では、これらの光学素子の間の光ファイバを省略し、空間を光が通る構成としてもよい。この構成では、光ファイバが不要となるので、装置の小型化を図ることができる。
【００５５】
また、前記実施形態では、光学フィルタ１３，１３Ａ，１３ＢをＷＤＭフィルタとしたが、本発明では、ＷＤＭフィルタに代えて、ＦＢＧ、誘電体多層膜、ファブリペロー干渉フィルタ等の特定の波長帯又は短波帯・長波長帯を透過・反射する他の光学フィルタを用いてもよい。
さらに、前記各実施形態では、差動回路１９１，１９２を用いて、和となった信号からＤＣ成分、つまり、ローパスフィルタ１８１より出力される平均成分を消去したが、本発明では、差動回路に代えて、バンドパスフィルタまたはハイパスフィルタを用いて、所望の周波数帯域を取り出してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１、２，３，４，５，６，７…光ファイバセンサ測定装置、１０…光源、１１，１１Ａ，１１Ｂ…光波長変化型センサ、１３，１３Ａ，１３Ｂ，３０…光学フィルタ、１４１…第一光路、１４２…第二光路、１５，７５…演算装置、１６１，１６２…光電変換器、１７１，１７２…プリアンプ、１８１，１８２…ローパスフィルタ、１９１，１９２…差動回路、２０１，２０２…増幅器、２２，２７，７２…演算部、２５…演算装置、２８１，２８２…平均成分算出部、２９１，２９２…絶対波長算出部、３１…光カプラ、３２…ＷＤＭフィルタ、７２Ａ…ローパスフィルタ部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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