(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光が伝播する方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させたＦＢＧを利用する、温度センサ用光ファイバであって、電力装置から離間して配置される第１のＦＢＧおよび前記電力装置と接触して配置される複数の第２のＦＢＧを備え、前記第１のＦＢＧおよび前記第２のＦＢＧは、互いに異なるグレーティング周期を有し、前記温度センサ用光ファイバは、第３のＦＢＧと、前記第３のＦＢＧを被覆する金属層と、前記金属層に設けられる一対の電極とをさらに備える、温度センサ用光ファイバ。
【請求項２】
前記第１のＦＢＧおよび前記第２のＦＢＧは、同一の光路上に設けられる、請求項１に記載の温度センサ用光ファイバ。
【請求項３】
電力装置の温度を測定する、電力装置監視システムであって、
請求項１または２に記載の温度センサ用光ファイバと、
前記入射光を放射する光源と、
前記第１のＦＢＧおよび前記第２のＦＢＧを透過した光、または、前記第１のＦＢＧもしくは前記第２のＦＢＧによって反射された光を測定する光測定手段と
を備える、電力装置監視システム。
【請求項４】
前記第１のＦＢＧは、電力線から直接的な熱的影響を受けない位置に配置される、請求項３に記載の電力装置監視システム。
【請求項５】
前記入射光は連続的なスペクトルを持ち、
前記入射光の波長の帯域は、前記第１のＦＢＧが反射する波長の帯域および前記第２のＦＢＧが反射する波長の帯域を含む、請求項３または４に記載の電力装置監視システム。
【請求項６】
前記光測定手段は、
前記第１のＦＢＧが反射する波長を含む第１の帯域において、波長に応じて単調に変化する透過率を有するフィルタと、
前記フィルタを透過した光の強度を測定する光強度測定手段と
を備える、請求項３〜５のいずれか一項に記載の電力装置監視システム。
【請求項７】
前記電力装置は、複数の構成単位を備え、
前記構成単位は、それぞれ電池、蓄電池、発電機または変電器のいずれかであり、
前記構成単位のそれぞれについて、少なくとも１つの前記第２のＦＢＧが設けられる、請求項３〜６のいずれか一項に記載の電力装置監視システム。
【請求項８】
前記第２のＦＢＧはいずれも同一のグレーティング周期を有する、請求項７に記載の電力装置監視システム。
【請求項９】
前記光測定手段は、前記第２のＦＢＧが反射する波長を含む第２の帯域における光の強度を測定する光強度測定手段を備え、
前記第２の帯域における光の強度に基づいて、前記電力装置における異常の有無を判定する、請求項７または８に記載の電力装置監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサ用光ファイバと、当該温度センサ用光ファイバを備える電力装置監視システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池や発電機等の事故を防止するために、温度の監視が有効である。温度の測定を行うための温度センサとしては様々なものが公知である。たとえば、ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）が形成された光ファイバを用いた温度センサの例は、特許文献１の段落［００７７］および［００７８］等に記載される。
【０００３】
また、装置の発熱を適切に評価するために、周囲の環境温度を測定して温度保証を行うための温度センサと、装置自体の温度を測定する温度センサとを個別に設ける構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００４−５０６８６９号公報
【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、従来の構成では、複数の測定位置において温度測定を行う場合に、構成が複雑になるという問題があった。たとえば、複数の温度センサをそのまま組み合わせた構成では、温度センサのそれぞれについて電源、電極対およびセンサ本体を配置する必要がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡素な構成でありながら複数の測定位置で温度測定を行える温度センサ用光ファイバおよび電力装置監視システム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】
【０００７】
上述の問題を解決するため、この発明に係る温度センサ用光ファイバは、入射光が伝播する方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させたＦＢＧを利用する、温度センサ用光ファイバであって、電力装置から離間して配置される第１のＦＢＧおよび電力装置と接触して配置される複数の第２のＦＢＧを備え、第１のＦＢＧおよび第２のＦＢＧは、互いに異なるグレーティング周期を有し、温度センサ用光ファイバは、第３のＦＢＧと、第３のＦＢＧを被覆する金属層と、金属層に設けられる一対の電極とをさらに備える。
【０００８】
このような構成によれば、１本の光ファイバが複数のＦＢＧを備え、各ＦＢＧがそれぞれの位置における温度センサとして機能する。
【０００９】
第１のＦＢＧおよび第２のＦＢＧは、同一の光路上に設けられてもよい。
【００１０】
また、この発明に係る電力装置監視システムは、電力装置の温度を測定する、電力装置監視システムであって、上述の温度センサ用光ファイバと、入射光を放射する光源と、第１のＦＢＧおよび第２のＦＢＧを透過した光、または、第１のＦＢＧもしくは第２のＦＢＧによって反射された光を測定する光測定手段とを備える。
【００１１】
第１のＦＢＧは、電力線から直接的な熱的影響を受けない位置に配置されてもよい。
入射光は連続的なスペクトルを持ち、入射光の波長の帯域は、第１のＦＢＧが反射する波長の帯域および第２のＦＢＧが反射する波長の帯域を含んでもよい。
光測定手段は、第１のＦＢＧが反射する波長を含む第１の帯域において、波長に応じて単調に変化する透過率を有するフィルタと、フィルタを透過した光の強度を測定する光強度測定手段とを備えてもよい。
電力装置は、複数の構成単位を備え、構成単位は、それぞれ電池、蓄電池、発電機または変電器のいずれかであり、構成単位のそれぞれについて、少なくとも１つの第２のＦＢＧが設けられてもよい。
第２のＦＢＧはいずれも同一のグレーティング周期を有してもよい。
光測定手段は、第２のＦＢＧが反射する波長を含む第２の帯域における光の強度を測定する光強度測定手段を備え、第２の帯域における光の強度に基づいて、電力装置における異常の有無を判定してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の温度センサ用光ファイバおよび電力装置監視システムによれば、１本の光ファイバにおける複数のＦＢＧを異なる測定位置に配置できるので、簡素な構成でありながら複数の測定位置で温度測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力装置監視システムの構成を示す図である。
【図２】図１の温度保証用ＦＢＧの構成を示す図である。
【図３】図２の温度保証用ＦＢＧの温度の変化に応じて、透過する光のスペクトルが変化する様子を示す図である。
【図４】図１の温度測定用ＦＢＧの構成を示す図である。
【図５】図１の電圧用ＦＢＧおよびその周辺の構成を示す図である。
【図６】図１の電流用ＦＢＧおよびその周辺の構成を示す図である。
【図７】図１の光測定手段の構成を示す図である。
【図８】図７の各フィルタの波長特性を示す図である。
【図９】図７の各フィルタを透過した光のスペクトルの具体例を示す図である。
【図１０】図７のフィルタＦ２を透過した光のスペクトルが変化する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電力装置監視システム１の構成の概略を示す模式図である。
電力装置監視システム１は、電力装置の温度、電流および電圧を測定し、これによって電力装置を監視するために用いられる。電力装置とは、たとえば強電の電力装置を意味し、電池、蓄電池、発電機、変電器等を含む。また、電力装置とは、パワーデバイスと呼ばれるものであってもよく、高圧電気回路またはその一部であってもよい。
【００１５】
電力装置監視システム１は、センサ用光ファイバ１０、光源６０および光測定手段７０を備える。センサ用光ファイバ１０は、本実施形態では、温度センサ用光ファイバ、電流センサ用光ファイバおよび電圧センサ用光ファイバとして機能する。光源６０は、センサ用光ファイバ１０に対して入射光を放射する。光源６０は所定の帯域において連続的なスペクトルを持つ光を放射するブロード波長光源であり、たとえばＬＥＤを用いて構成される。光測定手段７０はセンサ用光ファイバ１０を透過した光を受光し測定する。
【００１６】
電力装置監視システム１は、監視対象の電力装置の例として電池１００を監視する。電池１００は、その内部の構成単位として、１つまたは複数の電池セル１０１を備え、本実施の形態において電池セル１０１はそれぞれ並列に接続される。電池１００は陽極１０２および陰極１０３を備え、陽極１０２および陰極１０３の間には負荷１０４が接続される。このようにして、電池１００および負荷１０４は電気回路Ｃを構成する。
【００１７】
電力装置監視システム１のセンサ用光ファイバ１０は、公知の光ファイバとしての構成を有する。たとえば、センサ用光ファイバ１０は、入射光を所定の方向に伝播させるための構成として、コアおよびクラッドを備える。また、センサ用光ファイバ１０は、光ファイバとしての構成を有する光ファイバ部１１と、複数のＦＢＧとを備える。光ファイバ部１１におけるコアの屈折率は一定であるものとする。
【００１８】
複数のＦＢＧは、温度保証用ＦＢＧ２０、温度測定用ＦＢＧ３０、電圧用ＦＢＧ４０および電流用ＦＢＧ５０を含む。これらのＦＢＧは、すべて１本のセンサ用光ファイバ１０における同一の光路上に設けられる。それぞれのＦＢＧにおいて、コアの屈折率は、入射光が伝播する方向に沿って、所定の長さ周期（グレーティング周期）をもって周期的に変化する。このため、各ＦＢＧは、入射光に対し、グレーティング周期に応じて定まる特定の波長（ブラッグ波長）の光を反射し、残りの光を透過するという特性を有している。なお、光ファイバ部１１および各ＦＢＧは、例えば石英ガラス等の材料から形成されており、その熱膨張率は正の値となっている。また、一例として、各ＦＢＧの形成は、光ファイバのコアに紫外線等を照射することによって行われる。
【００１９】
温度保証用ＦＢＧ２０、温度測定用ＦＢＧ３０、電圧用ＦＢＧ４０および電流用ＦＢＧ５０のグレーティング周期は、対応する反射スペクトルが互いに離間した波長帯域に位置するように選択され、それにより、反射光及び透過光がどのＦＢＧからのものであるかを判別可能となっている。また、温度測定用ＦＢＧ３０は複数設けられるが、これらはすべて同一のグレーティング周期を有する。なお、光源６０が放射する波長の帯域は、各ＦＢＧが反射する波長の帯域を含む。
【００２０】
図２は温度保証用ＦＢＧ２０の構成を示す。温度保証用ＦＢＧ２０は、従来の温度センサとして用いられるＦＢＧと同様の構成を有する。温度保証用ＦＢＧ２０は、周囲環境の温度を測定するために用いられるものであり、環境温度センサ部として機能する第１のＦＢＧである。温度保証用ＦＢＧ２０は、電流・電圧センサの感度保障用に環境温度を測定するものであり、電池１００から離間して配置される。
【００２１】
図３は、温度保証用ＦＢＧ２０の温度の変化に応じて、透過する光のスペクトルが変化する様子を示す。図３（ａ）は温度Ｔａにおける透過光のスペクトルであり、図３（ｂ）は温度Ｔｂにおける透過光のスペクトルである。ここでＴａ＜Ｔｂとする。なお、現実の光源は理想的な白色光源ではないため、実際にはスペクトルは図３のように平坦なものではなく長波長側および短波長側において減衰するが、ここでは説明の便宜上図３に示す形状を用いる。なお、本実施の形態において光ファイバ部１１の線膨張係数は０．０１２ｎｍ／℃であるため、波長範囲が５０ｎｍ程度より狭い場合であれば、スペクトルは平坦なものと考えられる。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、温度Ｔａでは、波長λａがブラッグ波長に相当する。温度保証用ＦＢＧ２０が波長λａの光の大部分を反射するため、波長λａおよびその近傍の波長を持つ光は温度保証用ＦＢＧ２０を透過せず、結果として透過光のスペクトルは波長λａにおいて極小値を示す。
【００２３】
温度保証用ＦＢＧ２０の温度がＴａからＴｂに上昇すると、温度保証用ＦＢＧ２０が熱膨張により軸方向に伸張し、グレーティング周期もまた変化する。グレーティング周期は、ＦＢＧのブラッグ波長を規定する要素の１つとなっており、グレーティング周期の変化量に対してブラッグ波長が線形に変化するようになっている。すなわち、温度保証用ＦＢＧ２０が伸張すると、グレーティング周期も大きくなるため、それに伴ってブラッグ波長が長波長側にシフトする。逆に、温度保証用ＦＢＧ２０の温度が低下して収縮すると、グレーティング周期も小さくなるため、それに伴ってブラッグ波長が短波長側にシフトする。したがって、ブラッグ波長のシフト量に基づいて、温度保証用ＦＢＧ２０の温度を表す数値を測定することが可能となる。
【００２４】
図３（ｂ）のように、温度の上昇に伴ってブラッグ波長が長波長側にシフトし、たとえばλｂとなったとする。この場合には、波長λｂおよびその近傍の波長を持つ光は温度保証用ＦＢＧ２０を透過せず、結果として透過光のスペクトルは波長λｂにおいて極小値を示す。
【００２５】
図３を用いた以上の説明は、後述する温度測定用ＦＢＧ３０、電圧用ＦＢＧ４０および電流用ＦＢＧ５０についても同様に当てはまる。
【００２６】
図４は温度測定用ＦＢＧ３０の構成を示す。温度測定用ＦＢＧ３０もまた従来の温度センサとして用いられるＦＢＧと同様の構成を有するが、上述のように温度測定用ＦＢＧ３０のグレーティング周期は温度保証用ＦＢＧ２０のグレーティング周期とは異なる。なお、ＦＢＧは温度によって伸縮するためグレーティング周期も変動するが、本明細書においてグレーティング周期を比較する場合には、ある同一の温度範囲で比較した場合におけるグレーティング周期を指すものとする。
【００２７】
図１に示すように、温度測定用ＦＢＧ３０は複数設けられる。この例では、４つの電池セル１０１についてそれぞれ２つずつ、合計８個の温度測定用ＦＢＧ３０が設けられている。温度測定用ＦＢＧ３０は、電池セル１０１の温度を測定するために用いられる第２のＦＢＧである。温度測定用ＦＢＧ３０は、電池セル１０１の温度をある程度の精度をもって測定できる位置であればどのような位置に配置されてもよいが、たとえば電池セル１０１に接触させて配置される。このような構成により、温度測定用ＦＢＧ３０は電池１００の多点温度測定を行う。
これら複数の温度測定用ＦＢＧ３０は、すべて同一のグレーティング周期を有する。なお、後述する異常の判定に著しい誤差を生じない場合には、厳密にはグレーティング周期が異なっている場合でも「同一」であるとみなすことができる。
【００２８】
図５は電圧用ＦＢＧ４０およびその周辺の構成を示す。電圧用ＦＢＧ４０のグレーティング周期は、温度保証用ＦＢＧ２０および温度保証用ＦＢＧ２０のグレーティング周期とは異なる。センサ用光ファイバ１０は、電圧用ＦＢＧ４０を被覆する金属層４１を備える。また、センサ用光ファイバ１０は、金属層４１に設けられる一対の電極４２および４３を備える。電極４２および４３は、それぞれ電線４４および４５によって金属層４１の異なる位置に接続される。また、これらの電極のうち一方（図５の例では電極４２）は、対応する電線４４を介して抵抗器４６に接続される。このような構成において、電極４２と電極４３との間に電圧を印加することにより、金属層４１に電流を流すことができる。
【００２９】
金属層４１は、一定の抵抗を有する抵抗金属材料を含む発熱体であり、たとえばその全体が抵抗金属材料によって構成される。このような抵抗金属材料の具体例としてはチタン、ニクロム、ステンレス、銀が挙げられる。また、抵抗金属材料は、チタン、ニクロム、ステンレスと銅とを混合した材料であってもよい。この金属層４１は、電圧用ＦＢＧ４０の外周に円筒面状に形成される。金属層４１は、必ずしも電圧用ＦＢＧ４０の全体を完全に被覆する必要はなく、電圧用ＦＢＧ４０の少なくとも一部を被覆するものであればよい。さらに、金属層４１は、たとえば電圧用ＦＢＧ４０のクラッド層上に形成されてクラッド層を被覆するものであるが、必ずしもクラッド層を直接被覆するものに限られない。
【００３０】
このような構成において、金属層４１に電流が流れると、金属層４１にジュール熱が発生し、電圧用ＦＢＧ４０が加熱されて熱応力により膨張して軸方向に伸張する。また、このジュール熱により金属層４１自身が膨張して軸方向に伸張し、この際の応力により電圧用ＦＢＧ４０を軸方向に伸張させる。このような効果により、電圧用ＦＢＧ４０が軸方向（光が伝播する方向）に伸張し、長さが増加する。
【００３１】
電圧用ＦＢＧ４０の長さの変化に伴い、グレーティング周期もまた変化し、電圧用ＦＢＧ４０によって反射されるブラッグ波長も変化する。ここで、金属層４１に印加される電圧の大きさに応じて金属層４１の発熱量が定まり、金属層４１の発熱量は電圧用ＦＢＧ４０に加わる熱応力に比例するので、ブラッグ波長の変化量（所定の基準ブラッグ波長からの差分）は、金属層４１に印加される電圧の大きさに依存することになる。
【００３２】
図６は電流用ＦＢＧ５０およびその周辺の構成を示す。電流用ＦＢＧ５０のグレーティング周期は、温度保証用ＦＢＧ２０、温度測定用ＦＢＧ３０および電圧用ＦＢＧ４０のグレーティング周期とは異なる。図５の電圧用ＦＢＧ４０と同様に、センサ用光ファイバ１０は、電流用ＦＢＧ５０を被覆する金属層５１を備える。また、センサ用光ファイバ１０は、金属層５１に設けられる一対の電極５２および５３を備える。電極５２および５３は、それぞれ電線５４および５５によって金属層５１の異なる位置に接続される。なお、電圧用ＦＢＧ４０と異なり、電流用ＦＢＧ５０には抵抗器は接続されない。
【００３３】
このような構成において、金属層５１に電流が流れると、電流用ＦＢＧ５０が軸方向に伸張し、長さが増加するためブラッグ波長も変化する。ここで、金属層５１に流れる電流の大きさに応じて金属層５１の発熱量が定まり、金属層５１の発熱量は電流用ＦＢＧ５０に加わる熱応力に比例するので、ブラッグ波長の変化量（所定の基準ブラッグ波長からの差分）は、金属層５１に流れる電流の大きさに依存することになる。
【００３４】
以上のように、電圧用ＦＢＧ４０および電流用ＦＢＧ５０は、いずれも、電池１００の電気的パラメータ（それぞれ電圧および電流）を測定する、第３のＦＢＧとして機能する。
【００３５】
電圧用ＦＢＧ４０の金属層４１および抵抗器４６は、図１に示すように電気回路Ｃにおいて電池１００に並列に接続される。また、電流用ＦＢＧ５０の金属層５１は、電気回路Ｃにおいて電池１００に直列に接続される。なお、本実施の形態において温度保証用ＦＢＧ２０および温度測定用ＦＢＧ３０は電気回路Ｃからは独立している。
【００３６】
図７に、図１の光測定手段７０の構成を示す。光測定手段７０は、それぞれ異なる波長特性を有するフィルタＦ１、Ｆｖ、ＦｉおよびＦ２と、光の強度を測定する光強度測定手段Ｐ１、Ｐｖ、ＰｉおよびＰ２と、演算を行う演算手段７１とを備える。なお、図７の例では演算手段７１は光測定手段７０の一部であるが、演算手段７１は独立したコンピュータによって構成されてもよい。
【００３７】
図８に、フィルタＦ１、Ｆｖ、ＦｉおよびＦ２それぞれの波長特性を示す。フィルタＦ１は、帯域Ｂ１（第１の帯域）において正の透過率を有し、帯域Ｂ１以外の波長を遮断する。帯域Ｂ１における透過率は、波長に応じて単調に変化する。図８の例では、波長の増加に応じて透過率が線形に増加する。また、帯域Ｂ１は、温度保証用ＦＢＧ２０のブラッグ波長λ１（第１の波長）を含む帯域である。ブラッグ波長λ１は温度に応じて変動するが、帯域Ｂ１は、電力装置監視システム１が温度測定を行うべき所定の温度範囲に対応するブラッグ波長λ１の変動範囲を含む。
【００３８】
フィルタＦｖは、帯域Ｂｖにおいて正の透過率を有し、帯域Ｂｖ以外の波長を遮断する。帯域Ｂｖにおける透過率は、波長に応じて単調に変化する。図８の例では、波長の増加に応じて透過率が線形に増加する。また、帯域Ｂｖは、電圧用ＦＢＧ４０のブラッグ波長λｖを含む帯域である。ブラッグ波長λｖは温度に応じて変動するが、帯域Ｂｖは、電力装置監視システム１が温度測定を行うべき温度範囲および電圧測定を行うべき所定の電圧範囲に対応するブラッグ波長λｖの変動範囲を含む。
【００３９】
フィルタＦｉは、帯域Ｂｉにおいて正の透過率を有し、帯域Ｂｉ以外の波長を遮断する。帯域Ｂｉにおける透過率は、波長に応じて単調に変化する。図８の例では、波長の増加に応じて透過率が線形に増加する。また、帯域Ｂｉは、電流用ＦＢＧ５０のブラッグ波長λｉを含む帯域である。ブラッグ波長λｉは温度に応じて変動するが、帯域Ｂｉは、電力装置監視システム１が温度測定を行うべき温度範囲および電流測定を行うべき所定の電流範囲に対応するブラッグ波長λｉの変動範囲を含む。
【００４０】
フィルタＦ２は、帯域Ｂ２（第２の帯域）において一定（たとえば理想的には１００％）の透過率を有し、帯域Ｂ２以外の波長を遮断する。帯域Ｂ２は、温度測定用ＦＢＧ３０のブラッグ波長λ２（第２の波長）を含む帯域である。ブラッグ波長λ２は温度に応じて変動するが、帯域Ｂ２は、電力装置監視システム１が温度測定を行うべき温度範囲に対応するブラッグ波長λ２の変動範囲を含む。
なお光源６０は、帯域Ｂ１、Ｂｖ、ＢｉおよびＢ２に渡って平坦なスペクトルを有する。本実施の形態において光源から放射される光の波長範囲は１００ｎｍ以下である。光源から放射される光は白色光であってもよい。
【００４１】
図９に、フィルタＦ１、Ｆｖ、ＦｉおよびＦ２それぞれを透過した光のスペクトルの具体例を示す。温度保証用ＦＢＧ２０、温度測定用ＦＢＧ３０、電圧用ＦＢＧ４０および電流用ＦＢＧ５０における反射により、それぞれ対応するブラッグ波長λ１、λｖ、λｉおよびλ２において極小値が現れる。なお、各ＦＢＧの反射スペクトルは互いに離間している。帯域Ｂ１に含まれる光の強度は、帯域Ｂ１の各波長における光の強度を波長について積分したものであり、面積Ｓ１として表される。同様に、帯域Ｂｖ、帯域Ｂｉおよび帯域Ｂ２に含まれる光の強度は、それぞれ面積Ｓｖ、面積Ｓｉおよび面積Ｓ２として表される。
【００４２】
図１０に、フィルタＦ２を透過した光のスペクトルが変化する様子を示す。図１０（ａ）は、電池１００の温度が一様である場合の例である。８個の温度測定用ＦＢＧ３０がすべて等しい温度となるので、グレーティング周期も等しくなり、ブラッグ波長λ２０に対応してただ１つの極小値が現れる。
【００４３】
図１０（ｂ）は電池１００の温度が一様でない場合の例である。比較的温度が低い位置にある温度測定用ＦＢＧ３０のブラッグ波長λ２１に対応する極小値と、比較的温度が高い位置にある温度測定用ＦＢＧ３０のブラッグ波長λ２２に対応する極小値とが個別に現れている。
【００４４】
光強度測定手段Ｐ１、Ｐｖ、ＰｉおよびＰ２は、光の強度を電気信号に変換するものであり、公知のＭＯＳやＣＣＤを用いて構成することができる。
光強度測定手段Ｐ１は、フィルタＦ１を透過した光（すなわち帯域Ｂ１に含まれる光）の強度を測定する。すなわち、光強度測定手段Ｐ１は、図９の面積Ｓ１を測定する。ここで、面積Ｓ１は、ブラッグ波長λ１に応じて異なる値となる。すなわち、フィルタＦ１の波長特性のため、ブラッグ波長λ１が短ければ極小値周辺の面積Ｓ１への寄与が抑えられるので面積Ｓ１が大きくなり、逆にブラッグ波長λ１が長ければ極小値周辺の面積Ｓ１への寄与が増大して面積Ｓ１が小さくなる。
【００４５】
光強度測定手段Ｐ１は、測定した光の強度すなわち面積Ｓ１を演算手段７１に伝達する。光強度測定手段Ｐｖ、ＰｉおよびＰ２も同様に、それぞれフィルタＦｖ、ＦｉおよびＦ２を透過した光の強度すなわち面積Ｓｖ、ＳｉおよびＳ２を測定し、これらを演算手段７１に伝達する。
【００４６】
演算手段７１は、光強度測定手段Ｐ１、Ｐｖ、ＰｉおよびＰ２から受信した信号に基づいて、電池１００の監視を行う。
演算手段７１は、面積Ｓ１に基づいて、温度保証用ＦＢＧ２０によって測定される電池１００の周囲の環境温度Ｔ０を測定する。上述のように、温度保証用ＦＢＧ２０の温度に応じてブラッグ波長λ１が変化し、さらにブラッグ波長λ１に応じて面積Ｓ１が変化するので、面積Ｓ１に基づいて温度を算出することが可能である。これは、たとえば温度と面積Ｓ１との関係を表す式をあらかじめ記憶しておき、この式に面積Ｓ１を代入することによって行われる。
【００４７】
また、演算手段７１は、面積Ｓｖに基づいて、電圧用ＦＢＧ４０によって測定される電池１００の電極間の電圧を測定する。上述のように、環境温度Ｔ０および電圧用ＦＢＧ４０の金属層４１に印加される電圧に応じて電圧用ＦＢＧ４０の温度が変化し、電圧用ＦＢＧ４０の温度に応じてブラッグ波長λｖが変化し、さらにブラッグ波長λｖに依存して面積Ｓｖが変化するので、面積Ｓｖに基づいて電圧を算出することが可能である。算出方法の一例として、電圧用ＦＢＧ４０に対応する面積Ｓｖと温度保証用ＦＢＧ２０に対応する面積Ｓ１の面積差を算出し、この面積差に基づいて電圧を算出してもよい。
このようにして、電力装置監視システム１は電池１００の電圧値を測定する。
【００４８】
また、演算手段７１は、面積Ｓｉに基づいて、電流用ＦＢＧ５０によって測定される電池１００の電極間の電流（すなわち電気回路Ｃに流れる電流）を測定する。上述のように、環境温度Ｔ０および電流用ＦＢＧ５０の金属層５１に流れる電流に応じて電流用ＦＢＧ５０の温度が変化し、電流用ＦＢＧ５０の温度に応じてブラッグ波長λｉが変化し、さらにブラッグ波長λｉに依存して面積Ｓｉが変化するので、面積Ｓｉに基づいて電流を算出することが可能である。算出方法の一例として、電流用ＦＢＧ５０に対応する面積Ｓｉと温度保証用ＦＢＧ２０に対応する面積Ｓ１の面積差を算出し、この面積差に基づいて電流を算出してもよい。
このようにして、電力装置監視システム１は電池１００の電流値を測定する。
【００４９】
また、演算手段７１は、面積Ｓ２に基づいて、電池１００における温度に関する異常の有無を判定する。たとえば、面積Ｓ２が所定の閾値以上であれば異常があると判定し、そうでなければ異常がないと判定する。図１０に示すように、極小値が単一である図１０（ａ）の場合の面積Ｓ２は、極小値が複数表れる図１０（ｂ）の場合の面積Ｓ２よりも大きい。したがって、面積Ｓ２が小さい場合には、温度測定用ＦＢＧ３０のうち少なくとも１つのブラッグ波長が、他の温度測定用ＦＢＧ３０のブラッグ波長とは異なっていると考えられ、電池１００の一部において過度の発熱が起きている可能性が高いと考えられる。このように、面積Ｓ２に基づいて異常を判定することにより、過度の発熱を適切に検出することができる。
【００５０】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る電力装置監視システム１によれば、１本のセンサ用光ファイバ１０に温度保証用ＦＢＧ２０および温度測定用ＦＢＧ３０を設けるので、省配線化を実現しつつ複数の測定位置で温度測定を行うことができる。このため、たとえば温度測定用ＦＢＧ３０によって電池１００の温度を測定するとともに、温度保証用ＦＢＧ２０によって環境温度を測定し、環境温度による影響を補償することができる。とくに、充放電時の異常発熱をより効率的に検出することができるので、重大な事故をより効率的に抑制することが可能になる。
【００５１】
さらに、１本のセンサ用光ファイバ１０に、温度保証用ＦＢＧ２０および温度測定用ＦＢＧ３０に加えて電圧用ＦＢＧ４０および電流用ＦＢＧ５０を設けるので、簡素な構成でありながら温度、電圧、電流を同時に測定することができ、総合的な監視が可能となる。とくに、充放電可能な二次電池において、充電量および放電量を監視することは、二次電池の寿命を伸ばす上で重要である。
【００５２】
また、光強度測定手段Ｐ１、Ｐｖ、ＰｉおよびＰ２はいずれも、該当波長帯域に含まれる光全体の強度を測定できれば十分であり、精密なスペクトル分布を測定する分光手段は不要であるので、構成を簡素にすることができる。ただし、これらに代えて分光手段を用いることも可能であり、その場合にはフィルタＦ１、Ｆｖ、ＦｉおよびＦ２を省略することができる。
【００５３】
また、温度保証用ＦＢＧ２０および温度測定用ＦＢＧ３０やこれらの周辺には電流が流れないので、これら自身の温度は電力装置監視システム１の停止時と稼動時とで変動しない。すなわち、温度保証用ＦＢＧ２０のウォームアップや、環境温度に対して温度保証用ＦＢＧ２０をスタビライズさせる作業が不要となる。また、各ＦＢＧにおけるブラッグ波長の変化およびその測定は光学的なものであり、電磁的干渉を受けないので、電磁的なノイズを排除してＳ／Ｎ比の高い測定を行うことができる。
【００５４】
また、環境温度に対応する波長（ブラッグ波長λ１）、監視対象の温度に対応する波長（ブラッグ波長λ２）、電流および電流に対応する波長（ブラッグ波長λｉおよびλｖ）の測定を、いずれもＦＢＧのブラッグ波長の変動に基づいて行う、すなわち同じ物理的原理に基づいて行うので、誤差の補償がより正確になる。
【００５５】
上述の実施の形態１において、以下のような変形を加えることができる。
実施の形態１では、光測定手段７０は各ＦＢＧを透過した透過光に基づいて温度、電流および／または電圧を測定する。変形例として、光処理装置は各ＦＢＧによって反射された反射光に基づいて電流または電圧を測定してもよい。この場合、光測定手段はセンサ用光ファイバの入射側に設けられ、各ＦＢＧによって反射された光のスペクトルを測定する。また、ブラッグ波長は、測定されたスペクトルの極大値を与える波長として特定され、異常の判定も極大値に基づいて行われることになる。
【００５６】
電圧用ＦＢＧ４０、電流用ＦＢＧ５０、またはこれらの双方を省略してもよい。とくに、電圧用ＦＢＧ４０を省略すると、電池１００の待機電流を抑制することができる。このような構成は、たとえば車両のバッテリーの監視システムに有効である。
【００５７】
実施の形態１では、電池１００の構成単位は電池セル１０１であるが、構成単位は蓄電池、発電機、変電器等であってもよい。また、異なる種類の構成単位を含んでもよい。
【００５８】
温度保証用ＦＢＧ２０と温度測定用ＦＢＧ３０との位置関係として、図１では温度保証用ＦＢＧ２０は電池１００から離れた位置に配置され、温度測定用ＦＢＧ３０は電池１００に含まれる電池セル１０１のいずれかに接触させて配置される。電圧用ＦＢＧ４０、電流用ＦＢＧ５０の環境温度の補正を精度良く行うためには、補正温度保証用ＦＢＧ２０は、電圧用ＦＢＧ４０、電流用ＦＢＧ５０の近傍に配置しかつ、電力線等から直接的な熱的影響を受けない様な位置関係である事が望ましい。
または、電池１００の温度に起因する温度保証用ＦＢＧ２０の測定値への影響が、温度測定用ＦＢＧ３０の測定値への影響よりも小さくなるような配置であってもよい。たとえば、温度保証用ＦＢＧ２０と電池１００との距離が、温度測定用ＦＢＧ３０と電池１００との距離（または各温度測定用ＦＢＧ３０から最も近い電池セル１０１までの距離）よりも大きくなるような位置関係であればよい。
【００５９】
実施の形態１では、電池１００の構成単位である電池セル１０１のそれぞれについて２つの温度測定用ＦＢＧ３０が設けられる。変形例として、温度測定用ＦＢＧ３０は、構成単位のそれぞれについて少なくとも１つ設けられればよい。また、構成単位ごとの温度測定が要求されない場合には、電池１００の全体について少なくとも１つの温度測定用ＦＢＧ３０が設けられればよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  電力装置監視システム、１０  センサ用光ファイバ（温度センサ用光ファイバ）、１１  光ファイバ部、２０  温度保証用ＦＢＧ（第１のＦＢＧ）、３０  温度測定用ＦＢＧ（第２のＦＢＧ）、４０  電圧用ＦＢＧ（第３のＦＢＧ）、４１  金属層、４２、４３  電極、４４、４５  電線、４６  抵抗器、５０  電流用ＦＢＧ（第３のＦＢＧ）、５１  金属層、５２、５３  電極、５４、５５  電線、６０  光源、７０  光測定手段、７１  演算手段、１００  電池（電力装置）、１０１  電池セル（構成単位）、
Ｂ１  帯域（第１の帯域）、Ｂ２  帯域（第１の帯域）、Ｂｉ、Ｂｖ  帯域、Ｃ  電気回路、Ｆ１、Ｆ２、Ｆｉ、Ｆｖ  フィルタ、Ｐ１、Ｐｉ、Ｐｖ、Ｐ２  光強度測定手段、λ１  ブラッグ波長（第１のＦＢＧのブラッグ波長）、λ２、λ２０、λ２１、λ２２  ブラッグ波長（第２のＦＢＧのブラッグ波長）、λｉ、λｖ  ブラッグ波長。
【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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