(57)【要約】【課題】ＦＢＧ素子を有する光ファイバセンサを１心の光ファイバにより多く接続することを可能ならしめてコストを低減した光ファイバセンサ利用の監視システムを提供する。【解決手段】各光ファイバセンサに割り当てる計測用の波長を部分的にオーバラップさせる。好ましくは、同じような動作傾向を示す検知部、例えば、状態変化を検知する波長割り当て幅が４ｎｍのセンサ部と温度補正用の波長割り当て幅が１．５ｎｍのセンサ部をそれぞれグループ化し、グループ毎にオーバラップの波長割り当てを行うようにした。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＢＧ素子を有する光ファイバセンサを一連の光ファイバに複数直列に組込み、各光ファイバセンサの反射波長を測定してその測定波長に変化を生じさせる被監視部の状態等の変化を監視する監視システムにおいて、各光ファイバセンサに割り当てる計測用の波長を部分的にオーバラップさせたことを特徴とする光ファイバセンサを利用した監視システム。
【請求項２】
各光ファイバセンサに割り当てる計測用波長のうち、同一時期に似たような変化を生じるもの同志をグループ化して各グループ毎に割り当てる計測用波長を部分的にオーバラップさせた請求項１記載の光ファイバセンサを利用した監視システム。
【請求項３】
各光ファイバセンサの計測波長が変化する直前の値を記憶するメモリを設け、そのメモリの記憶値をトレースして実際に得られた計測波長がどの光ファイバセンサからのものであるかを特定する機能を付与した請求項１記載の光ファイバセンサを利用した監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＦＢＧ素子を有する光ファイバセンサを一連の光ファイバに複数直列に組込んで各光ファイバセンサの反射波長を測定し、測定波長に変化を生じさせる被監視部の状態等の変化、例えば、河川の水位や被監視部の歪みの変化、種々の状況の変化などを監視する監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
首記の監視システムにおいては、各光ファイバセンサに対して計測用の波長を割り当て、その波長が図６に示すように、センサ毎に重ならないようにして実際に得られた計測波長がどのセンサからのものであるかを見分けている。
【０００３】
一方、波長計の測定波長のレンジ、或いは現実的に製造可能なＦＢＧ素子の波長の制約から、個々のセンサが利用できる波長の幅には制約が有り、その結果、１本の（１心の）光ファイバに接続できるセンサの台数が少数に限定されている。
【０００４】
各センサに割り当てることのできる波長範囲は、現実には１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍが一般的であり、それを０．１％の精度で計測するためには、測定装置の精度にもよるが、１本の光ファイバに接続できるセンサの個数は高々６台程度になる。
【０００５】
これをもう少し詳しく説明すると、測定装置の精度は３〜４ｐｍである。従って、０．１％の測定精度を確保するには、各センサに最低で４ｎｍの波長幅を割り当てる必要がある。また、ＦＢＧ素子の温度特性の観点から、実際の光ファイバセンサには、多くの場合、本来の目的を果たすＦＢＧ素子と温度補正用のＦＢＧ素子とを対にして使用することが要求される。この場合、温度補正範囲にもよるが、必要波長範囲は、温度の対応範囲が約６０℃（−１０〜５０℃）と考えたとき１．４ｎｍ程度となる。従って、１台のセンサに対して約６ｎｍの幅の波長を割り当てる必要があり、４０を６で割って約６台が限度となる。
【０００６】
このように、１心の光ファイバに組み込めるセンサの台数が少数に制限されると、広域監視等では数多くの波長計を設ける必要があり、システムコストが上昇する。
【０００７】
そこで、この発明は、１心の光ファイバにより数多くの光ファイバセンサを組み込めるようにすることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、ＦＢＧ素子を有する光ファイバセンサを一連の光ファイバに複数直列に組込み、各光ファイバセンサの反射波長を測定してその測定波長に変化を生じさせる被監視部の状態等の変化を監視する監視システムにおいて、各光ファイバセンサに割り当てる計測用の波長を部分的にオーバラップさせたのである。
【０００９】
かかる監視システムは、各光ファイバセンサに割り当てる計測用波長のうち、同一時期に似たような変化を生じるもの同志をグループ化し、各グループ毎に割り当てる計測用波長を部分的にオーバラップさせると好ましい。
【００１０】
また、各光ファイバセンサの計測波長が変化する直前の値を記憶するメモリを設け、そのメモリの記憶値をトレースして実際に得られた計測波長がどの光ファイバセンサからのものであるかを特定する機能を付与しておくのも好ましい。
【００１１】
【作用】
各光ファイバセンサに割り当てる計測用の波長を部分的にオーバラップさせると、各センサに割り当てる波長の実質的な割り当て幅が狭くなり、その分、１心の光ファイバに接続できるセンサの数が増加する。
【００１２】
なお、波長をオーバラップさせて使用しても、お互いのセンサを認識できれば監視にはなんら支障は出ない。
【００１３】
ここで、異なる変化をする可能性のあるセンサ部、例えば、状態変化検知用のセンサ部と温度補正のための温度による誤差成分検知用センサ部の計測波長域を近接させると、両センサ部の波長の変化状況によっては波長が重なり合ってどちらのセンサ部からの波長かが判別不能となる可能性があるが、各光ファイバセンサに割り当てる計測用波長のうち、同一時期に似たような変化を生じるもの同志をグループ化し、各グループ毎に割り当てる計測用波長を部分的にオーバラップさせたものは、その不具合が起こらず、波長のオーバラップ量を大きくして１心の光ファイバに接続できるセンサの数をより増加させることができる。
【００１４】
また、割り当て波長が隣り合うセンサ部の計測波長が互いに接近してくると、互いの波長が部分的にオーバラップしているため、どちらのセンサからの波長変化であるかを見分けられなくなる虞があるが、波長が変化する直前の値を記憶してトレースする機能を持たせたシステムは、どのセンサからの波長であるかを正確に把握でき、これによっても、波長のオーバラップ量を大きくして１心の光ファイバに接続できるセンサの数をより増加させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づき、この発明の監視システムの実施形態を説明する。図１は、監視システムの全体を表している。この監視システムは、一連の１心の光ファイバ１と、その光ファイバの途中に直列に組み込む複数の光ファイバセンサ２−１　〜２−ｎと、各光ファイバセンサからの反射波長を計測する波長計３と、その波長計３からデータを受け、光ファイバセンサを設置した被監視部の状態変化の有無を判断してその結果を表示し、必要に応じて警報も発する監視制御装置４とからなる。
【００１６】
各光ファイバセンサ２−１　〜２−ｎは、それぞれがＦＢＧ素子を設けて構成される２種類のセンサ部、例えば、被監視部の状態変化を検知するためのセンサ部と、温度補正用のセンサ部を併設したものが用いられている。
【００１７】
図２に、各光ファイバセンサ２−１　〜２−ｎに対する計測用波長の割り当て状況を示す。図中４ｎｍの波長幅は、状態変化検知用のセンサ部に割り当てた波長、また、１．５ｎｍの波長幅は、温度補正用のセンサ部に割り当てた波長である。この図から分かるように、各光ファイバセンサの状態変化検知用センサ部と温度補正用センサ部をそれぞれグループ化し、グループ毎に波長をオーバラップさせて割り当てており、このため、割り当てのための全波長が４０ｎｍとすると、１心の光ファイバに組み込めるセンサの台数が従来は６であったものが、ここでは９まで増加している。
【００１８】
光ファイバセンサは、通常、１心の光ファイバに対して同じ機能のセンサが複数台直列に接続されることが多い。また、被監視部の状態変化は、個々に独立して起こるのではなく、ある程度連動して変化することが多い。このことを考えると、各光ファイバセンサの割り当て波長をある程度オーバラップさせてもセンサ毎の反射波長の判別は可能であり、実際の計測、監視には支障を来さない。この波長のオーバラップ割り当てにより、１心の光ファイバラインに組み込む光ファイバセンサの台数を増やし、中央の監視センタなどに設ける高価な波長計をより有効に活用して監視システムのコストダウンを図ることが可能になる。
【００１９】
以下に、具体例として、水位センサによる河川の水位監視を例に挙げる。水位センサは、通常、同一河川に対して長さ方向に設置され、河川水位を全体的に把握する目的で使用される。同一河川においては、一か所の水位が上がっているのに、別の場所では水位が低下すると言うような事態は一般的に考えにくい。従って、センサの波長変化はどれかのセンサの波長が長い領域に移行しようとしているときには、他のセンサも同様に長波長側に移行しようとするはずであり、一部の波長がオーバラップしていても、どのセンサからの波長であるかを見分けることができる。特に、各光ファイバセンサの変化する直前の波長をメモリ（図示せず）に記憶させ、その記憶した波長をトレースするものは、変化した波長が完全に重ならない限り、見分けの誤りは生じない。
【００２０】
なお、長さが相当長い大河川においては、上流部と下流部における水位変化に若干の時間差が発生する。その間、上流部のセンサと下流部のセンサの挙動にずれがでるが、大河川については、１台の波長計で全域をカバーするのはもともと無理があり、流域を長手方向に分割してエリア毎に計測装置を別にすれば、上流部と下流部における水位変化に時間差が生じても問題の無い水位監視が行える。
【００２１】
温度についても、季節変動による温度変化は一様であり、最大温度と最低温度が混在することは考え難い。従って、温度補正用センサ部の波長も互いに連動して同様の変化傾向を示すと考えても特に問題は起こらず、状態変化検知用センサ部と同様、どのセンサからの波長であるかを見分けることができる。これも、変化する直前の波長をメモリに記憶させ、その記憶した波長をトレースするようにして見分けをより確実化することができる。
【００２２】
図２に示すように、検知目的が共通するなどにより互いの動作や波長の変化傾向が似た状況になるもの同志をグループ化すると、同一光ファイバセンサに併設される検知目的の異なるセンサ部からの波長も確実に区別することができ、波長のトータルでのオーバラップ領域をより広げて１心の光ファイバにより多くのセンサを接続することが可能になる。
【００２３】
従来は、波長域によって温度特性が異なることから、図６に示すように、ＦＢＧ素子の歪（これは、被監視部の状態変化によって生じ、状態変化に応じた値になる）を計測するための波長域に近い領域で温度補正用の波長の割り当てを行っていた。その理由は、歪計測値に含まれる温度に起因した誤差成分を近傍の波長を用いて検出することで温度補正の精度を高められるメリットがあるからであるが、図２のように波長がずれた領域で温度に起因した誤差成分を検出する場合にも、検出値を歪計測を行った波長領域の波長変化量に換算して温度補正を行えば、実用面で問題のない温度補正の精度を得ることができる。
【００２４】
ＦＢＧ素子は、それ自体に加わった歪および温度に対して反応し、反射波長の変化を生じる。図３は、波長計による反射波長の計測イメージを示している。同図で受光パワーのピーク点が状態変化検知用センサ部と温度補正用センサ部のＦＢＧ素子からの光の反射を示している。
【００２５】
図４はオーバラップの状況を示すイメージ図である。従来方式では、図４（ａ）に示すように、各光ファイバセンサの状態変化検知用ＦＢＧ素子および温度補正用ＦＢＧ素子に対し、一定の波長範囲ｗを割り当て、その中で、計測範囲として波長の変化領域を決めていた。しかし、この方式では隣り合うセンサの割り当て波長間や状態変化検知用ＦＢＧ素子と温度補正用ＦＢＧ素子の割り当て波長間に無駄なスペースが生じ、使用可能な波長領域の有効活用が図れていない。
【００２６】
これに対し、実施例のシステムでは、図４（ｂ）に示すように、状態変化検知用ＦＢＧ素子に割り当てる波長ｗ１　をグループ化してその波長ｗ１　の一部をオーバラップさせ、さらに、温度補正用ＦＢＧ素子に割り当てる波長も同様にグループ化して一部をオーバラップさせるので割り当て数即ち一心の光ファイバに接続するセンサの台数を増加させることができる。
【００２７】
図５に、水位センサにおける水位検知用ＦＢＧ素子の波長の動きを示す。このように、水位の増減に伴って計測される波長が変化するが、センサの設置位置を考慮しておけば、同一河川の水位がある場所で例えば１ｍであるときに他の場所では１０ｍとなるようなことはあり得ず、異なった挙動をしないかぎり、各センサの割り当て波長をオーバラップさせてもセンサの混同は起こらない。変化する直前の波長をメモリに記憶させてトレースすれば波長のオーバラップ量を大きくしても各センサの識別が確実になされ、一心の光ファイバに接続するセンサの台数をより増加させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明の監視システムは、各光ファイバセンサに割り当てる波長を部分的にオーバラップさせて１心の光ファイバに対する光ファイバセンサの組込数を増加させられるようにしたので、高価な波長計を有効に活用してシステムのコストを低減することができる。
【００２９】
波長が同じような変化傾向を示すもの同志をグループ化してオーバラップの割り当てを行うものや、変化する直前の波長を記憶させ、それをトレースしてセンサを識別するものは、上記の効果がより大きく発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の監視システムの全体の概要を示す図
【図２】この発明での波長割り当て状況の一例を示す図
【図３】波長計による計測波長のイメージ図
【図４】（ａ）従来方式での波長動作範囲を示す図
（ｂ）この発明での波長のオーバラップ状況のイメージ図
【図５】水位センサの水位変動による波長変化の例を示す図
【図６】従来の波長割り当て方式を示す図
【符号の説明】
１　光ファイバ
２　光ファイバセンサ
３　波長計
４　監視制御装置
【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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