(57)【要約】【課題】回転体の物理量を好適に計測し得る回転体の計測装置及び計測方法を提供する。【解決手段】計測対象の回転体を配する回転部２と、回転部２を回転可能に支持する固定支持部３と、回転体の計測手段としてFBGセンサ部４が形成された光ファイバ５と、回転体から固定支持部３へ光ファイバ５を延在するよう回転部２と固定支持部３の間で光ファイバ５を接続するロータリジョイント６と、光ファイバ５へ光を連続的に出力する光源７と、FBGセンサ部４からの反射光を分離する光サーキュレータ８と、反射光の信号を処理して回転体の物理量を算出する信号処理部１２とを備える。【選択図】図２
2008281507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象の回転体を配する回転部と、該回転部を回転可能に支持する固定支持部と、前記回転体の計測手段としてFBGセンサ部が形成された光ファイバと、前記回転体から固定支持部へ光ファイバを延在するよう回転部と固定支持部の間で光ファイバを接続するロータリジョイントと、光ファイバへ光を連続的に出力する光源と、FBGセンサ部からの反射光を分離する光サーキュレータと、反射光の信号を処理して回転体の物理量を算出する信号処理部とを備えたことを特徴とする回転体の計測装置。
【請求項２】
１本の光ファイバに形成される複数のFBGセンサ部と、複数のFBGセンサ部の異なるブラッグ波長を含んだ反射光を夫々のFBGセンサ部のブラッグ波長帯域に分割する光スプリッタとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転体の計測装置。
【請求項３】
１又は複数のFBGセンサ部の反射光が夫々入射する光学フィルタと、該光学フィルタからの光強度信号を電気信号に変換する光電変換器とを備え、信号処理部は、光電変換器からの出力の電気信号を計測して信号処理するように構成された請求項１又は２に記載の回転体の計測装置。
【請求項４】
FBGセンサ部は固定手段により固定された請求項１に記載の回転体の計測装置。
【請求項５】
FBGセンサ部は回転体の計測部位に取り付けられた請求項１に記載の回転体の計測装置。
【請求項６】
光ファイバは、光源から光サーキュレータへ入射光を導波する第一の光ファイバ部と、光サーキュレータからロータリジョイントの固定部に接続されて入射光及び反射光の連絡用の導波路となる第二の光ファイバ部と、ロータリジョイントのロータ部からFBGセンサ部に接続されてFBGセンサ部への入射光と反射光の導波路となる第三の光ファイバ部と、光サーキュレータから信号処理部への方向に延在する第四の光ファイバ部とを備えた請求項１に記載の回転体の計測装置。
【請求項７】
光ファイバは、回転体の回転に伴って回転するように配置された請求項１又は６に記載の回転体の計測装置。
【請求項８】
回転部と固定支持部に配索された光ファイバの接続部分は回転体の回転軸と同軸に配置された請求項１又は６に記載の回転体の計測装置。
【請求項９】
ロータリジョイントは、ロータ部と固定部の空間に気体又は液体を封入し、ダストの侵入を防止するように構成された請求項１に記載の回転体の計測装置。
【請求項１０】
FBGセンサ部とロータリジョイントの間で光ファイバの歪みの影響を受けないように光ファイバに形成される補償FBGセンサ部を備え、信号処理部は、FBGセンサ部からの反射光の信号、及び補償用センサ部からの反射光の信号により、ロータリジョイントで生じるノイズを除去するように構成された請求項１に記載の回転体の計測装置。
【請求項１１】
信号処理部は、補償FBGセンサ部により、ロータリジョイントの１回転する間に生じるロータリジョイントの光伝送損失変化によるみかけ上のブラッグ波長変化を検出し、FBGセンサ部のブラッグ波長の補正を行うように構成された請求項１０に記載の回転体の計測装置。
【請求項１２】
FBGセンサ部のブラッグ波長が１２００〜１６００ｎｍである請求項１又は１０に記載の回転体の計測装置。
【請求項１３】
計測対象の回転体に固定され且つ光ファイバに形成されたFBGセンサ部と、前記光ファイバを接続するロータリジョイントと、前記FBGセンサ部とロータリジョイントの間で光ファイバの歪みの影響を受けないように光ファイバに形成される補償FBGセンサ部とを備えた回転体の計測方法であって、前記FBGセンサ部からの反射光によってブラッグ波長を検出すると共に、前記補償FBGセンサ部からの反射光によってロータリジョイントの光伝送損失変化によるみかけ上のブラッグ波長変化を検出し、補償FBGセンサ部のブラッグ波長変化によりFBGセンサ部のブラッグ波長を補正してロータリジョイントで生じるノイズを除去することを特徴とする回転体の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象の回転体について歪みや温度等の物理量を計測する回転体の計測装置及び計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ホイール等の回転体について歪みや温度を計測する際には、固定支持部に回転可能に支持される回転部に対して計測対象の回転体を配置し、回転部により回転体を回転させると同時に、歪みゲージを用いて歪みを計測し、若しくは熱電対の電気的センサを用いて温度を計測するようにしている。
【０００３】
この時、固定支持部と回転部の間にはスリップリングやテレメータが備えられ、回転体の信号を回転部から固定支持部へ伝達するようにしている。
【０００４】
ここで、スリップリングは、電極部に摺動面を設けて構成され、ノイズが発生し易い。又、電極部の摺動面には回転による発熱が発生するため、計測に使用できる周波数に制約を生じるという問題がある。更に、回転体の計測点数が多い場合には、電極部の摺動面が大きくなり、試験機が大型化するという問題がある。
【０００５】
一方、テレメータは、無線信号により回転部から計測手段へ送信するように構成され、回転部に電池等の電源を設置するため、回転部に電源用スペースが必要になると共に、計測時間に時間的な制約を受けるという問題がある。又、回転体の計測点数が多い場合には、センサ数が増加し、信号の伝送速度に制約を生じて高速なデータ転送が行えないという問題がある。
【０００６】
このため、回転体の計測点数が多い場合には、センサから計測手段まで高速なデータ転送を為し得る光ファイバを使用することが考えられている。
【０００７】
一例としては、回転体に光ファイバ及び光ファイバセンサを配置し、光ファイバにより回転体から固定側の計測部まで情報信号を伝達すると共に、回転体と固定支持部の間の隙間にレンズ等を設けて光を伝送し、光信号の伝達を回転体の所定位置でパルス的に行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
又、他例としては、パルス光源を用いると共に回転体に光ファイバ及び光ファイバセンサを配置し、光ファイバにより回転体から固定側の計測部まで情報信号を伝達すると共に、回転体と固定支持部の間の隙間にレンズ等を設けて光を伝送するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６４３２６号公報
【特許文献２】特開２００６−８４２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の例では、光信号の伝達を回転体の所定位置でパルス的に行うため、自動車の車輪のように１回転の間に接地荷重や横荷重を受ける場合には、物理量を計測できず、又、物理量の変化を連続的に計測することができないという問題があった。更に、特許文献２の例では、パルス光源を使用するため、同様に物理量を連続的に計測することができないという問題があった。
【００１０】
又、光ファイバとして一般的に使用されるシングルモード光ファイバは、コア径が約１０μｍと非常に小さいため、光ファイバを接続する際には、接続による損失を低減するように調芯機能を有する専用のコネクタを使用するか、若しくは光ファイバ端部同士を融着で接続する必要があり、引用文献１、２の如くレンズ等を介して光ファイバの接続を行う場合には、調芯機能がなく、光伝送路の構成が非常に難しいという問題があった。
【００１１】
更に、光源に光通信機器の計測用の光源を使用した場合には、光源の光強度が１０ｄＢｍ(１０ｍＷ)程度であり、反射光の帯域が非常に狭く且つ光強度が小さくなるため、レンズによりビーム径の大きな平行光にする際には光が減衰し、室内灯等の雑音レベルが大きくなって計測及び信号処理に適さない信号となるという問題があった。又、密封されていないレンズによる光伝送では、レンズの汚れ等により光伝送損失が増大し、信号の減衰と雑音増加が生じるという問題があった。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、回転体の物理量を好適に計測し得る回転体の計測装置及び計測方法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】
【００１３】
本発明は、計測対象の回転体を配する回転部と、該回転部を回転可能に支持する固定支持部と、前記回転体の計測手段としてFBGセンサ部が形成された光ファイバと、前記回転体から固定支持部へ光ファイバを延在するよう回転部と固定支持部の間で光ファイバを接続するロータリジョイントと、光ファイバへ光を連続的に出力する光源と、FBGセンサ部からの反射光を分離する光サーキュレータと、反射光の信号を処理して回転体の物理量を算出する信号処理部とを備えたことを特徴とする回転体の計測装置、に係るものである。
【００１４】
本発明は、１本の光ファイバに形成される複数のFBGセンサ部と、複数のFBGセンサ部の異なるブラッグ波長を含んだ反射光を夫々のFBGセンサ部のブラッグ波長帯域に分割する光スプリッタとを備えたことが好ましい。
【００１５】
本発明は、１又は複数のFBGセンサ部の反射光が夫々入射する光学フィルタと、該光学フィルタからの光強度信号を電気信号に変換する光電変換器とを備え、信号処理部は、光電変換器からの出力の電気信号を計測して信号処理するように構成されることが好ましい。
【００１６】
本発明において、FBGセンサ部は固定手段により固定されることが好ましい。
【００１７】
本発明において、FBGセンサ部は回転体の計測部位に取り付けられることが好ましい。
【００１８】
本発明において、光ファイバは、光源から光サーキュレータへ入射光を導波する第一の光ファイバ部と、光サーキュレータからロータリジョイントの固定部に接続されて入射光及び反射光の連絡用の導波路となる第二の光ファイバ部と、ロータリジョイントのロータ部からFBGセンサ部に接続されてFBGセンサ部への入射光と反射光の導波路となる第三の光ファイバ部と、光サーキュレータから信号処理部への方向に延在する第四の光ファイバ部とを備えることが好ましい。
【００１９】
本発明において、光ファイバは、回転体の回転に伴って回転するように配置されることが好ましい。
【００２０】
本発明において、回転部と固定支持部に配索された光ファイバの接続部分は回転体の回転軸と同軸に配置されることが好ましい。
【００２１】
本発明において、ロータリジョイントは、ロータ部と固定部の空間に気体又は液体を封入し、ダストの侵入を防止するように構成されることが好ましい。
【００２２】
本発明は、FBGセンサ部とロータリジョイントの間で光ファイバの歪みの影響を受けないように光ファイバに形成される補償FBGセンサ部を備え、信号処理部は、FBGセンサ部からの反射光の信号、及び補償用FBGセンサ部からの反射光の信号により、ロータリジョイントで生じるノイズを除去するように構成されることが好ましい。
【００２３】
本発明において、信号処理部は、補償FBGセンサ部により、ロータリジョイントの１回転する間に生じるロータリジョイントの光伝送損失変化によるみかけ上のブラッグ波長変化を検出し、FBGセンサ部のブラッグ波長の補正を行うように構成されることが好ましい。
【００２４】
本発明において、FBGセンサ部のブラッグ波長が１２００〜１６００ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
又、本発明は、計測対象の回転体に固定され且つ光ファイバに形成されたFBGセンサ部と、前記光ファイバを接続するロータリジョイントと、前記FBGセンサ部とロータリジョイントの間で光ファイバの歪みの影響を受けないように光ファイバに形成される補償FBGセンサ部とを備えた回転体の計測方法であって、前記FBGセンサ部からの反射光によってブラッグ波長を検出すると共に、前記補償FBGセンサ部からの反射光によってロータリジョイントの光伝送損失変化によるみかけ上のブラッグ波長変化を検出し、補償FBGセンサ部のブラッグ波長変化によりFBGセンサ部のブラッグ波長を補正してロータリジョイントで生じるノイズを除去することを特徴とする回転体の計測方法、に係るものである。
【発明の効果】
【００２６】
上記した本発明の回転体の計測装置及び計測方法によれば、FBGセンサ部及び光ファイバを用いて計測対象の回転体を計測すると共に、回転部と固定支持部の間にロータリジョイントを介して光ファイバを接続するので、回転体を連続的に計測し、回転体が１回転する間に物理量の変化がある場合であっても、回転体の物理量を好適に計測することができる。又、回転部と固定支持部の間にロータリジョイントを配して光ファイバを接続するので、光伝送路の構成を容易にすると共に光源やレンズによる制約を低減し、回転体の物理量を好適に計測することができる。更に、レンズの汚れ等による光伝送損失を防止することができる。更に又、FBGセンサ部と補償FBGセンサ部を用いてロータリジョイントによるノイズを低減するので、回転体の物理量を一層好適に計測することができるという種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
図１〜図８は本発明の回転体の計測装置及び計測方法を実施する形態例である。
【００２８】
回転体の計測装置は、計測対象の回転体１を配する回転部２と、回転部２を回転可能に支持する固定支持部３と、回転体１の計測手段としてFBGセンサ部４が形成されたシングルモードの光ファイバ５と、光ファイバ５を回転体１から回転部２を介して固定支持部３へ延在させるよう回転部２と固定支持部３の間で光ファイバ５を接続するロータリジョイント６と、固定支持部３から光ファイバ５へ光を出力する光源７と、ロータリジョイント６と光源７の間に配置される光サーキュレータ８と、光サーキュレータ８から光スプリッタ９、光学フィルタ１０、光電変換器１１を介して接続される信号処理部１２とを備えている。
【００２９】
図３に示す如く、回転部２は、ロッド状の回転部本体１４と、回転部本体１４の先端に配置されたディスク状の取付部材１５とを備え、取付部材１５に計測対象の回転体１をボルト等（図示せず）で締結し得るようにしている。又、回転部本体１４には、回転体１の中心孔１ａから取付部材１５の貫通孔１５ａを介してロータリジョイント６の固定部６ａ（図２参照）まで回転部本体１４の長手方向に沿って延在する軸心空間２ａが形成されている。ここで、図３では、計測対象の回転体１がロードホイールになっており、回転体１の軸心空間２ａは、ロードホイールの軸穴（中心孔１ａ）に連なるようになっている。又、計測対象の回転体１は、ロードホイールに限定されるものではなく、車両ハブ等でも良いし、歪み等の物理量を計測する必要があるものならば特に制限されるものではない。
【００３０】
図２、図３に示す如く、固定支持部３は、回転体１との間に位置するベアリング等の回転支持構造（図示せず）と、動力モータ等の駆動手段（図示せず）とを備え、回転部２及び回転体１を軸転させるようになっている。ここで、固定支持部３は、ロータリジョイント６の固定部６ａから、光サーキュレータ８、光源７、光スプリッタ９、光学フィルタ１０、光電変換器１１、信号処理部１２までを１つのユニットにしても良いし、図２に示す如く、光サーキュレータ８から、光源７、光スプリッタ９、光学フィルタ１０、光電変換器１１、信号処理部１２までのユニットと、ロータリジョイント６の固定部６ａのユニットとに分けても良いし、更に、信号処理部１２を他のPC等に備えるようにしても良い。
【００３１】
図１〜図３に示す如く、光ファイバ５は、光源７から光サーキュレータ８へ入射光を導波する第一の光ファイバ部５ａと、光サーキュレータ８からロータリジョイント６の固定部６ａに接続されて入射光及び反射光の連絡用の導波路となる第二の光ファイバ部５ｂと、ロータリジョイント６のロータ部６ｂから回転部２の軸心空間２ａ、取付部材１５の貫通孔１５ａ、回転体１の中心孔１ａを介し回転体１の表面まで延在して入射光及び反射光の導波路となる第三の光ファイバ部５ｃと、光サーキュレータ８から信号処理部１２への方向に延在する第四の光ファイバ部５ｄとを備えている。又、光ファイバ５は、曲がる部分５ｒを、屈曲による破損を防止するように大きな曲率半径で配置すると共に、全体の長さを、光信号強度の減衰を小さくするように可能な限り最小の長さにしている。更に、第三の光ファイバ部５ｃは、端部の接続部分を、回転体１及び回転部２の回転軸と同軸に配置し、軸転により信号を連続的に伝送するようになっている。又、第四の光ファイバ部５ｄは、光サーキュレータ８から光電変換器１１までを接続している。なお、図１、図２では、光電変換器１１と信号処理部１２の間を電気信号配線１３で接続している。
【００３２】
又、光ファイバ５の第三の光ファイバ部５ｃには、１本の光ファイバ５に連なって形成される複数のFBG（ファイバブラッググレーティング）センサ部４が備えられており（図では３つ）、複数のFBGセンサ部４は、回転体１の計測部位に配置されるよう、図３、図４に示す如く、回転体１の径方向で外周側から順に、第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃで構成され、且つ回転体１の表面に密接するように接着剤、固定テープ等の固定手段により固定されている。又、全てのFBGセンサ部４ａ，４ｂ，４ｃは、１２００〜１６００ｎｍの帯域内、好ましくは１５３０〜１５６５ｎｍの帯域内で夫々異なるブラッグ波長に設定されている。ここで、FBGセンサ部４は、光ファイバ５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しており、検査対象の歪みや温度変化により反射波長を変化させ、検査対象の歪み等を検出するようになっている。なお、FBGセンサ部４を形成する個数は特に限定されるものではなく、計測対象の大きさや種類によっては１又は２個でも良いし、４個以上でも良い。
【００３３】
更に、光ファイバ５の第三の光ファイバ部５ｃには、複数のFBGセンサ部４と同じ１本の光ファイバ５に１つ以上の補償FBGセンサ部１６が備えられており、補償FBGセンサ部１６は、FBGセンサ部４とロータリジョイント６の間で光ファイバ５の歪みの影響を受けないよう、回転部２の軸心空間２ａの中途位置に配置され、且つ軸心空間２ａ内に図５に示す如くパイプ１７を介して接着剤等の充填剤１８により固定されている。又、補償FBGセンサ部１６は、第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃと同様に１２００〜１６００ｎｍの帯域内、好ましくは１５３０〜１５６５ｎｍの帯域内に設定されている。更に、補償FBGセンサ部１６は、軸心空間２ａ内の軸心に位置して固定されると共にパイプ１７や充填剤１８で補強され、回転体１の回転時に歪み、ブレ、振動等のノイズ原因を生じないようにしている。
【００３４】
ここで、光ファイバ５は、図６に示す如く、回転体１の回転に伴って回転するように、第三の光ファイバ部５ｃを回転体１の外周面で軸方向に沿って配置し、メンテナンスを容易にするようにしても良い。この時、第三の光ファイバ部５ｃは、回転部２の軸心の後方空間２ｂに補償FBGセンサ部１６を配置し、補償FBGセンサ部１６から連絡穴２ｃを介して回転体１の外周面に沿って延在し、更に取付部材１５の貫通孔１５ｂを通過して回転体１に至り、回転体１の計測部位に所定のFBGセンサ部４を配置するようになっている。
【００３５】
一方、図１、図２に示す如く、ロータリジョイント６は、第二の光ファイバ部５ｂの端部を接続する固定部６ａを備えると共に、固定部６ａに対して回転する構造を有し且つ第三の光ファイバ部５ｃの端部を接続するロータ部６ｂを備えている。又、固定部６ａとロータ部６ｂの間の空間には、不活性ガスや清浄な空気等の気体や、グリセリン等の液体を封入して外気から遮断される密封構造を備え、光伝送路を形成している。ここで、固定部６ａとロータ部６ｂの間の空間に封入される気体や液体は、光信号強度の減衰を抑制するならば特に制限されるものではない。
【００３６】
光源７は、光ファイバ５の第一の光ファイバ部５ａへ光を連続的に出力する広帯域のものが適用されている。
【００３７】
光サーキュレータ８は、光ファイバ５の入射光又は反射光による導波の方向を制御するように構成されており、具体的には、光源７からの入射光を第一の光ファイバ部５ａから第二の光ファイバ部５ｂへ導波すると共に、FBGセンサ部４からの反射光を第二の光ファイバ部５ｂから第四の光ファイバ部５ｄを介して光スプリッタ９へ導波するようになっている。
【００３８】
光スプリッタ９は、第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃ、補償FBGセンサ部１６からの、夫々異なるブラッグ波長を含んだ反射光を、夫々のブラッグ波長帯域に分割して光学フィルタ１０に送るように構成されている。ここで、FBGセンサ部４及び補償FBGセンサ部１６が他の個数で構成される場合には、光スプリッタ９も、FBGセンサ部４及び補償FBGセンサ部１６に対応してブラッグ波長帯域を分割することが好ましい。
【００３９】
光学フィルタ１０は、第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃ、補償FBGセンサ部１６に対応するように、第一フィルタ１０ａ、第二フィルタ１０ｂ、第三フィルタ１０ｃ、補償用フィルタ１０ｄを備えて構成されており、夫々の光学フィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、光スプリッタ９により分割されたブラッグ波長帯域の反射光を、夫々２つの光（光強度信号）に分割するようになっている。
【００４０】
光電変換器１１は、第一フィルタ１０ａ、第二フィルタ１０ｂ、第三フィルタ１０ｃ、補償用フィルタ１０ｄに対応して光強度信号を受けるように、一組の第一光電変換部１１ａ、一組の第二光電変換部１１ｂ、一組の第三光電変換部１１ｃ、一組の補償用光電変換部１１ｄで構成されており、夫々の一組の光電変換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは２台で構成され、２つの光強度信号を夫々の電気信号に変換するようになっている。
【００４１】
信号処理部１２は、光電変換器１１の全ての光電変換部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄからの電気信号を受けるように構成されており、内部には、電気信号を処理するように制御プログラムを備えている。
【００４２】
以下本発明の回転体の計測装置及び計測方法を実施する形態例の作用を説明する。
【００４３】
計測対象の回転体１について、歪み、温度、加速度、AE（アコースティック・エミッション）等の物理量を計測する際には、初めに、準備段階として、回転体１の取付部材１５に回転体１を配置し、回転体１の表面に、FBGセンサ部４の第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃを回転体１の径方向に沿って接着剤等の固定手段により固定する。
【００４４】
次に、回転部２を介して回転体１を回転させると同時に計測を開始する。ここで、計測時には、広帯域の光源７から計測光を光ファイバ５の第一の光ファイバ部５ａへ連続的に照射し（ステップＳ１）、計測光（入射光）を光サーキュレータ８により第二の光ファイバ部５ｂへ透過し（ステップＳ２）、続いて第二の光ファイバ部５ｂからロータリジョイント６の固定部６ａへ入射させ（ステップＳ３）、更にロータリジョイント６の伝送光路を介してロータ部６ｂから軸転状態の第三の光ファイバ部５ｃへ入射させ（ステップＳ４）、回転体１の計測部位から物理量の信号を発するように、FBGセンサ部４の第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃで、異なるブラッグ波長の反射光を発生させると共に、補償用センサ部で他のブラッグ波長の反射光を発生させる（ステップＳ５）。
【００４５】
FBGセンサ部４及び補償FBGセンサ部１６によりブラッグ波長の反射光を発生させた後には、反射光が、光ファイバ５の第三の光ファイバ部５ｃを通じてロータリジョイント６のロータ部６ｂへ入射し（ステップＳ６）、続いてロータリジョイント６の伝送光路を介して固定部６ａから第二の光ファイバ部５ｂへ入射し（ステップＳ７）、更に光サーキュレータ８により反射光を分離して第四の光ファイバ部５ｄへ入射し（ステップＳ８）、次に光スプリッタ９に入射し、第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃ、補償FBGセンサ部１６に対応する夫々のブラッグ波長帯域の光に分割され（ステップＳ９）、続いて分割された光は、夫々、光学フィルタ１０の第一フィルタ１０ａ、第二フィルタ１０ｂ、第三フィルタ１０ｃ、補償用フィルタ１０ｄに入射し、夫々の光学フィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄより２つの光に分割されて出力され（ステップＳ１０、Ｓ１１）、更に出力された光は、夫々、一組の第一光電変換部１１ａ、一組の第二光電変換部１１ｂ、一組の第三光電変換部１１ｃ、一組の補償用光電変換部１１ｄに入射して２つの出力信号（電気信号）に変換され（ステップＳ１２）、変換された全ての出力信号（電気信号）は信号処理部１２に入力される。ここで、図７、図８のＡはフローが連続的につながることを示している。
【００４６】
信号処理部１２では、光ファイバ５の歪みの影響を受けない補償フィルタ部からの反射光により、補償用光電変換部１１ｄ等を介して電気信号を取得し、所定の制御プログラムによって演算し、ロータリジョイント６が一回転する際に生じる一回転当たりの光伝送損失変化のノイズ（図９参照）を、みかけ上のブラッグ波長変化として検出する（ステップＳ１３）。ここで、ロータリジョイント６のノイズは、回転部２と固定支持部３の相対する光ファイバ５（第二の光ファイバ部５ｂと第三の光ファイバ部５ｃ）の芯ズレ等に起因するものであり、ロータリジョイント６のノイズを周波数解析すると、図１０のスペクトルに示す如く、次数整数にピークを有し、ロータリジョイント６の一回転当たりにノイズがあることが明らかである。
【００４７】
次に、信号処理部１２では、第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃの計測部位の反射光により、光電変換器１１等を介して夫々２つの電気信号を取得し、所定の制御プログラムによって演算処理し、回転体１の物理量を演算する（ステップＳ１４）。ここで、回転体１の物理量の変化（歪みや温度変化等）は、第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃに、歪みとしてブラッグ波長の変化を及ぼし、ブラッグ波長の変化からの電気信号により適宜比較若しくは関数処理して算出される。なお、図１１は、回転体１を回転させながら荷重を与えた際に、回転体１に発生する歪み波形を示している。
【００４８】
続いて、信号処理部１２では、所定の制御プログラムによって、ステップＳ１３の補償FBGセンサ部１６からのみかけ上のブラッグ波長変化により、ステッププＳ１４の第一FBGセンサ部４ａ、第二FBGセンサ部４ｂ、第三FBGセンサ部４ｃからのブラッグ波長を、適宜補正して演算を行い、回転体１の物理量の変化に対してロータリジョイント６のノイズを除去し（ステップＳ１５）、回転体１の物理量の計測を終了する。ここで、回転体１の物理量の変化が大きい場合には、ロータリジョイント６のノイズによる影響が少なく、ステップＳ１３、Ｓ１５を不要にすることが可能である。一方で、回転体１の物理量の変化が小さい場合や、光ファイバ５での微小な信号変化を検出する場合には、ロータリジョイント６のノイズによる影響が大きく、ステップＳ１３、Ｓ１５が必須となる。
【００４９】
而して、このように実施の形態例によれば、FBGセンサ部４及び光ファイバ５を用いて計測対象の回転体１を計測すると共に、回転部２と固定支持部３の間にロータリジョイント６を介して光ファイバ５を接続するので、回転体１を連続的に計測し、回転体１が１回転する間に接地荷重や横荷重による物理量の変化がある場合であっても、回転体１の物理量や変化を好適に計測することができる。又、回転部２と固定支持部３の間にロータリジョイント６を配して光ファイバ５を接続するので、光伝送路の構成を容易にすると共に光源７やレンズによる制約を低減し、回転体１の物理量を好適に計測することができる。更に、レンズの汚れ等による光伝送損失を防止することができる。
【００５０】
実施の形態例において、１本の光ファイバ５に形成される複数のFBGセンサ部４と、複数のFBGセンサ部４の異なるブラッグ波長を含んだ反射光を夫々のFBGセンサ部４のブラッグ波長帯域に分割する光スプリッタ９とを備えると、回転体１に対して複数のFBGセンサ部４を配置し得るので、回転体１の複数の計測部位を計測し、回転体１の径方向や全面に関して物理量や変化を好適に計測することができる。又、光スプリッタ９により複数のFBGセンサ部４に応じて異なるブラッグ波長に分割するので、個々のFBGセンサ部４で好適に回転体１の物理量や変化を好適に計測することができる。
【００５１】
実施の形態例において、１又は複数のFBGセンサ部４の反射光が夫々入射する光学フィルタ１０と、光学フィルタ１０からの光（光強度信号）を電気信号に変換する光電変換器１１とを備え、信号処理部１２は、光電変換器１１からの出力の電気信号を計測して信号処理するように構成されると、FBGセンサ部４及び光ファイバ５からのブラッグ波長を好適に処理し得るので、回転体１の物理量や変化を好適に計測することができる。
【００５２】
実施の形態例において、FBGセンサ部４及び補償FBGセンサ部１６は固定手段により固定されると、FBGセンサ部４や補償FBGセンサ部１６が回転部２の回転によるブレや振動等のノイズ原因を防止し、回転体１の物理量や変化を好適に計測することができる。又、固定手段を接着剤等にすると、FBGセンサ部４を回転体１に固定した場合や、補償FBGセンサ部１６を回転部２の内部空間に固定した場合に、隙間を完全に無くしてガタ等を防止することができる。更に、FBGセンサ部４は回転体１の計測部位に取り付けられると、回転体１の計測部位に対して物理量や変化を好適に計測することができる。
【００５３】
実施の形態例において、光ファイバ５は、光源７から光サーキュレータ８へ入射光を導波する第一の光ファイバ部５ａと、光サーキュレータ８からロータリジョイント６の固定部６ａに接続されて入射光及び反射光の連絡用の導波路となる第二の光ファイバ部５ｂと、ロータリジョイント６のロータ部６ｂからFBGセンサ部４に接続されてFBGセンサ部４への入射光と反射光の導波路となる第三の光ファイバ部５ｃと、光サーキュレータ８から信号処理部１２への方向に延在する第四の光ファイバ部５ｄとを備えると、高速なデータ転送を行うと共に、FBGセンサ部４及び補償FBGセンサ部１６からの大量の信号を容易且つ好適に送信し得るので、回転体１の物理量や変化を好適に計測することができる。
【００５４】
又、光ファイバ５は、回転体１の回転に伴って回転するように配置されると、回転体１からの送信を容易にし、回転体１の物理量や変化を好適に計測することができる。
【００５５】
更に、回転部２と固定支持部３に配索された光ファイバ５の接続部分は回転体１の回転軸と同軸に配置されると、光ファイバ５の軸転によってガタやブレ等によるノイズを低減すると共に、全体の長さを最小にして光信号強度の減衰を小さくし、回転体１の物理量や変化を好適に計測することができる。
【００５６】
実施の形態例において、ロータリジョイント６は、固定部６ａとロータ部６ｂの空間に気体又は液体を封入し、ダストの侵入を防止するように構成されると、固定部６ａとロータ部６ｂの間の光伝送路を最適な状態にし、回転体１の物理量や変化を好適に計測することができる。
【００５７】
実施の形態例において、FBGセンサ部４とロータリジョイント６の間で光ファイバ５の歪みの影響を受けないように光ファイバ５に形成される補償FBGセンサ部１６を備え、信号処理部１２は、FBGセンサ部４からの反射光の信号、及び補償用センサ部からの反射光の信号により、ロータリジョイント６で生じるノイズを除去するように構成されると、回転体１の物理量の変化が小さい場合や、光ファイバ５での微小な信号変化を検出する場合であっても、雑音を大幅に抑制するので、回転体１の物理量や変化を一層好適に計測することができる。又、信号処理部１２は、補償FBGセンサ部１６により、ロータリジョイント６の１回転する間に生じるロータリジョイント６の光伝送損失変化によるみかけ上のブラッグ波長変化を検出し、FBGセンサ部４のブラッグ波長の補正を行うように構成されると、ロータリジョイント６の回転に対応するノイズを適切に除去するので、回転体１の物理量や変化を最適に計測することができる。
【００５８】
実施の形態例において、FBGセンサ部４のブラッグ波長が１２００〜１６００ｎｍであると、長距離光通信用の光ファイバを使用することが可能であり、光ファイバ５全体が長くとも光ファイバそのもの伝送損失が低くなり、回転体１の物理量や変化を最適に計測することができる。又、ブラッグ波長は、光ファイバ５の伝送損失が特に小さい特性等から１５３０〜１５６５ｎｍの帯域内が特に好ましい。
【００５９】
尚、本発明の回転体の計測装置及び計測方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、回転体の物理量や変化を計測し得るならば他の光学系の部材を追加しても良いこと、信号処理部の処理は回転体の物理量や変化を算出するものならば、特に限定されるものではないこと、図７、図８のフローチャートは、回転体の物理量や変化を計測し得るならばステップの削除や追加があっても良いこと、その他、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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明を実施する形態例の全体構成を示す概念図である。
【図２】回転部と固定支持部で区分けした状態を示す概念図である。
【図３】回転体を配置した回転部及び光ファイバの状態の一例を示す断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ方向の矢視図である。
【図５】補償FBGセンサ部を固定した状態を示す概念図である。
【図６】回転体を配置した回転部及び光ファイバの状態の他例を示す断面図である。
【図７】回転体の計測のステップを示す前半のフローである。
【図８】回転体の計測のステップを示す後半のフローである。
【図９】ロータリジョイントの一回転で発生するノイズを示すものである。
【図１０】ロータリジョイントのノイズの周波数解析（横軸回転次数）を示すものある。
【図１１】回転体を回転させながら荷重を与えた際に、回転体に発生する歪み波形を示すものである。
【符号の説明】
【００６１】
１    回転体
２    回転部
３    固定支持部
４    FBGセンサ部
５    光ファイバ
５ａ  第一の光ファイバ部
５ｂ  第二の光ファイバ部
５ｃ  第三の光ファイバ部
５ｄ  第四の光ファイバ部
６    ロータリジョイント
６ａ  固定部
６ｂ  ロータ部
７    光源
８    光サーキュレータ
９    光スプリッタ
１０    光学フィルタ
１１    光電変換器
１２    信号処理部
１６    補償FBGセンサ部
【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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