(57)【要約】【課題】ＦＢＧセンシングシステムにおいて、ＦＢＧセンサーが断線や接続用光ファイバ等の破損に至っても他のＦＢＧセンサーの信号には影響を与えない信頼性の高い頑強なシステムを構築する。【解決手段】ＦＢＧセンシングシステムにおいて、光ファイバの両端に光を入力しループ状とし、その中間に波長分割型光合分波器の透過ポートを直列に接続し、それぞれの波長分割型光合分波器の分岐ポートにＦＢＧセンサーを接続し、該ＦＢＧセンサーからの反射波長を測定する手段を有する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域光源、あるいは波長可変光源の出力光を導出する光ファイバに、光分岐器を介してループ状の光ファイバを接続し、該ループ状の光ファイバ内にＦＢＧセンサを配置したことを特徴とするＦＢＧセンシングシステム。
【請求項２】
上記ループ状の光ファイバ内に複数の波長分割型光合分岐器を介して第２のループ状光ファイバを接続し、この第２のループ状光ファイバ内にＦＢＧセンサを配置したことを特徴とする請求項１記載のにＦＢＧセンシングシステム。
【請求項３】
前記波長分割型光合分波器がＷＤＭカプラあるいはバンドパスフィルタであり、前記ＷＤＭカプラあるいはバンドパスフィルタは、透過ポートの透過光に対する挿入損失あるいは分岐ポートの分岐光に対する挿入損失が１ｄＢ以下であことを特徴とする請求項２記載のＦＢＧセンシングシステム。
【請求項４】
前記波長分割型光合分波器の２つを一体化し、２つの分岐ポートを有する波長分割型光合分波器としたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のＦＢＧセンシングシステム。
【請求項５】
前記ＦＢＧセンサーは、温度補正用のＦＢＧと歪測定用のＦＢＧからなることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のＦＢＧセンシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＢＧを用いて歪計測や温度計測を行うＦＢＧセンシングシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバセンシング分野において、ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）は広帯域光源であるＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源や波長可変光源などと組み合わせて、構造物の歪計測に用いられている。ＦＢＧはグレーティング間隔で決まる特定の光を反射する。ＦＢＧの反射波長幅（−３ｄＢ幅）は約０．１ｎｍで、ＦＢＧに応力が加わり延び縮みする（ＦＢＧが歪む）ことでＦＢＧの反射波長が変化する。このＦＢＧを構造物の測定ヶ所に取り付けＡＳＥ光等を入射し、反射波長を波長計等で測定すればＦＢＧの歪み、すなわち構造物の歪みが計測できる。この使い方は反射型ＦＢＧセンサーと呼ばれている。
【０００３】
またＦＢＧは透過型センサーとしても使用できる。特定波長を反射するＦＢＧは、言いかえれば特定波長の透過光を遮断する遮断体である。この遮断する波長と反射する波長はセンサーとしてみれば等価であるため、遮断光の波長を測定することで透過型センサーとして使用できる。
【０００４】
さらにＦＢＧは温度変化に対してはファイバの屈折率が変化するため、ＦＢＧは温度検出にも使用できる。言い換えればＦＢＧを用いた歪計測は温度の影響を受けやすいので、歪計測には温度の影響を無くすような手段が必要である。
【０００５】
上記の光ファイバセンシングでは３０Ｋｍ程遠方まで光ファイバを張り巡らせ、その地点の歪み量測定が可能である。光ファイバの伝送損失、ＦＢＧ損失があるので、測定距離を伸ばしさらに測定点数を増やすために、広帯域光源や波長可変光源としては高出力で広帯域な光源が用いるられる。また精度良く反射波長を計測することが必要である。
【０００６】
広帯域光源であるＡＳＥ光源としては、特許文献２において図７に示すように、波長範囲１００ｎｍ程度で光パワースペクトラム密度−２０ｄＢ／ｎｍ以上の物が既に公開されている。
【０００７】
また波長１５５０ｎｍで用いられるＦＢＧの場合、反射波長の変化は１．２ｐｍ／μストレイン程度である。即ちＦＢＧからの反射波長の変化を１ｐｍの分解能で計測すれば１μストレインの分解能で歪み計測が可能となる。
【０００８】
図８は特許文献１に従来技術として示されているＦＢＧセンシングシステムである。センサーとしてＦＢＧが一つのファイバ上を直列に接続されている。
【０００９】
広帯域光源９０からの出力光はカプラ１３０を介して光ファイバ１４０を経由しＦＢＧセンサー１０５に導かれる。ＦＢＧセンサー１０５は複数個あり、各々反射波長の異なるもので直列に接続されている。ＦＢＧセンサー１０５で反射されたそれぞれ異なる反射波長は、カプラ１３０に戻り、波長計１５０に導かれそれぞれの波長が検出される。
【００１０】
また図９は特許文献３に記載されている内容を簡略化して示したものである。広帯域光源２０１、波長計２０２、３ｄＢカプラ２０３（特許文献３では方向性結合器と表現されている）、光ファイバ２０４、ＦＢＧセンサ２０５で構成されている。多くのＦＢＧセンサの測定が可能なように３ｄＢカプラ２０３で分岐して使用している。
【００１１】
図１０は特許文献４に記載されているＦＢＧセンシングシステムである。幹線用ファイバ４００、広帯域光源４０１、スプリッタ４０２、アドドロップフィルタ４１１〜４１Ｎ、光増幅器４０３、波長分離フィルタ４０４で構成される。特許文献１、３との違いはＦＢＧセンサー（ＦＢＧ１〜ＦＢＧＮ）と幹線用ファイバ４００の間にアドドロップフィルタが挿入されていることで、一つのＦＢＧセンサーが断線しても他のＦＢＧセンサーからの信号を検出できる。
【００１２】
また図１１は波長可変光源を説明する図であり、従来から用いられているもので光ファイバ増幅器３０７、光波長可変フィルタ３００、ＴＡＰカプラ３０１でリング状に構成したもので出力ポート３０２から波長可変光が得られる。
【００１３】
【特許文献１】
米国特許  第５，３６１，１３０号
【００１４】
【特許文献２】
特開２００１−１１１１４５号
【００１５】
【特許文献３】
特表２００１−５１１８９５号
【００１６】
【特許文献４】
特開２００２−３１０７２９号
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献１を用いた場合、ＦＢＧセンサー１０５は直列に接続されているため、例えばカプラ１３０側の一つのＦＢＧセンサー１０５が断線すれば、全部のＦＢＧセンサーが使用できなくという問題があった。すなわちこの直列接続方式は安全性、信頼性に乏しいシステムであった。特にＦＢＧセンサーは歪計測に用いられるもので、センサー部に応力がかかるため断線する可能性もありえるからである。
【００１８】
また特許文献３を用いた場合にもＦＢＧセンサー２０５は直列に接続されているため上記のように信頼性に欠けるものであった。また３ｄＢカプラ２０３では透過光の挿入損失は３ｄＢ以上有るためその損失を補うには広帯域光源２０１の出力を高めなければならないという問題もあった。
【００１９】
上記問題を解決するために特許文献４に記載されているようにアドドロップフィルタを用いる方法があるが幹線用ファイバ４００が断線した場合、断線した個所以降のＦＢＧセンサーからの信号が検出できなくなってしまうという問題点があった。
【００２０】
ここでは一つのＦＢＧセンサーや幹線用ファイバが断線等の破損に至っても他のＦＢＧセンサーの信号には影響を与えない信頼性の高い頑強なシステムを構築することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、広帯域光源、あるいは波長可変光源の出力光を導出する光ファイバに、光分岐器を介してループ状の光ファイバを接続し、該ループ状の光ファイバ内にＦＢＧセンサを配置したことを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、上記ループ状の光ファイバ内に複数の波長分割型光合分岐器を介して第２のループ状光ファイバを接続し、この第２のループ状光ファイバ内にＦＢＧセンサを配置したことを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記波長分割型光合分波器がＷＤＭカプラあるいはバンドパスフィルタであり、前記ＷＤＭカプラあるいはバンドパスフィルタは、透過ポートの透過光に対する挿入損失あるいは分岐ポートの分岐光に対する挿入損失が１ｄＢ以下であことを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記波長分割型光合分波器の２つを一体化し、２つの分岐ポートを有する波長分割型光合分波器であることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記ＦＢＧセンサーを、温度補正用のＦＢＧと歪測定用のＦＢＧからなることを特徴とする。
【００２６】
さらに本発明は、前記波長分割型光合分波器の２つを一体化し、２つの分岐ポートを有する波長分割型光合分波器としたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるＦＢＧセンシングシステムについて説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す構成図である。
【００２８】
本発明のＦＢＧセンシングシステムは、波長可変光源１、光ファイバ２、光分岐器３、光分岐器４、光分岐器１２、反射波長の異なるＦＢＧセンサー１０、１１、ループ状光ファイバ１５、光ディテクタ９、１３、制御装置１４で構成されている。またＦＢＧセンサー１０，１１はそれぞれ歪み計測用のＦＢＧ１０ａ、１１ａ及び温度補償用のＦＢＧ１０ｂ、１１ｂで構成されている。またＦＢＧ１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂはそれぞれ両側から光を入射することが可能であり、入射方向に特定波長光を反射する。
【００２９】
波長可変光源１からの出力光は光ファイバ２を経由し、光分岐器３で２つにわかれてループ状光ファイバ１５、分岐器４、１２を介しＦＢＧセンサー１０、１１に導かれる。
【００３０】
例えば分岐器４側からの入力光はＦＢＧ１０ａ，ＦＢＧ１０ｂ，ＦＢＧ１１ａ，ＦＢＧ１１ｂで反射され、さらに分岐器４に戻ってきてフォトディテクタ９にて検出すると同時に波長可変光源１の設定波長からＦＢＧセンサー１０、１１の反射波長を制御装置１４にて計測する。
【００３１】
一方分岐器１２側から入力された光はＦＢＧ１１ｂ，ＦＢＧ１１ａ、ＦＢＧ１０ｂ，ＦＢＧ１０ａで反射され、さらに分岐器１２に戻ってきてフォトディテクタ１３にて検出すると同時に波長可変光源１の設定波長からＦＢＧセンサー１０、１１の反射波長を制御装置１４にて計測する。
【００３２】
このような構成でＦＢＧからの反射波長を測定しその波長変化からＦＢＧの歪み量が変換出来る。このとき、ループ状光ファイバ１５内にＦＢＧセンサー１０、１１を配置し、両側からの光信号で計測することにより、ループ状光ファイバ１５の一部が断線しても一方からの光信号により計測を続けることが可能となる。
【００３３】
図２は本発明の第２の実施形態を示す構成図である。
【００３４】
波長可変光源１、光ファイバ２、光分岐器３、光分岐器４、光分岐器１２、ループ状光ファイバ１５、波長分割型合分波器として各々透過光波長帯域の異なるバンドパスフィルタ５〜８、バンドパスフィルタ５〜８の分岐ポートである反射ポートに接続された第２のループ状光ファイバ１６、１７、反射波長の異なるＦＢＧセンサー１０、１１、光ディテクタ９、１３、制御装置１４で構成されている。
【００３５】
波長可変光源１からの出力光は光ファイバ２を経由し、光分岐器３で２つにわかれてループ状光ファイバ１５に入り、分岐器４、１２を介してバンドパスフィルタ５〜８に導かれる。バンドパスフィルタ５〜８はそれぞれの透過ポートを介して直列に接続され、また各々の透過光波長帯域、反射光波長帯域は異なるように設定されている。さらにそれぞれの反射光波長帯域内にそれぞれＦＢＧ１０、１１の反射波長がくるように設定されている。
【００３６】
例えば分岐器４側からバンドパスフィルタ５に入力された光はバンドパスフィルタ５で選択されて分岐ポートである反射ポートを介して第２のループ状光ファイバ１６からＦＢＧ１０ａに入力され、さらにＦＢＧ１０ａ，ＦＢＧ１０ｂで反射された帯域の光はバンドパスフィルタ５に戻り、さらに分岐器４に戻ってきてフォトディテクタ９にて検出すると同時に波長可変光源１の設定波長からＦＢＧセンサー１０の反射波長を制御装置１４にて計測する。
【００３７】
さらにバンドパスフィルタ５，６を透過した帯域の光はバンドパスフィルタ７に導かれる。以下同様にしてＦＢＧセンサー１１の反射光もフォトディテクタ９で検出され、制御装置１４にて反射波長を計測する。
【００３８】
一方分岐器１２側からバンドパスフィルタ８に入力された光はバンドパスフィルタ８で選択されて分岐ポートである反射ポートを介して第２のループ状光ファイバ１７からＦＢＧ１１ｂに入力され、さらにＦＢＧ１１ａ，ＦＢＧ１１ｂで反射された帯域の光はバンドパスフィルタ８に戻り、さらに分岐器１２に戻ってきてフォトディテクタ１３にて検出すると同時に波長可変光源１の設定波長からＦＢＧセンサ１１の反射波長を制御装置にて計測する。
【００３９】
さらにバンドパスフィルタ８，７を透過した帯域の光はバンドパスフィルタ６に導かれる。以下同様にしてＦＢＧ１０ｂ側からの反射光もフォトディテクタ１２で検出され、制御装置１４にて反射波長を計測する。
【００４０】
このような構成でＦＢＧからの反射波長を測定しその波長変化からＦＢＧの歪み量が変換出来る。このとき、ループ状光ファイバ１５、第２のループ状光ファイバ１６、１７内にＦＢＧセンサー１０、１１を配置し、両側からの光信号で計測することにより、ループ状光ファイバ１５や第２のループ状光ファイバ１６、１７の一部が断線しても一方からの光信号により計測を続けることが可能となる。
【００４１】
なお、バンドパスフィルタ５〜８は図３に示すように、入射ポート２０からの入射光をバンドパスフィルタ素子２２によって、分岐ポート２１と透過ポート２３に分波するようにしたものである。また図４のように２つのフィルタ５と６（あるいはフィルタ７と８）を一体化する構成とすることも出来る。
【００４２】
またここでは波長分割型合分波器としてバンドパスフィルタを用いているが、ＷＤＭカプラで合分波してもよい。バンドパスフィルタやＷＤＭカプラの信号光損失は０．５ｄＢ程度と小さいのでＦＢＧセンシングシステムには適する。
【００４３】
このように、前記ＷＤＭカプラあるいはバンドパスフィルタは、透過ポートの透過光に対する挿入損失あるいは分岐ポートの分岐光に対する挿入損失が１ｄＢ以下であることが好ましい。
【００４４】
このように構成することで一部の光ファイバやＦＢＧセンサーが断線してもＦＢＧセンサーの計測を継続出来る効果がある。
【００４５】
【実施例】
図２に示す本発明のＦＢＧセンシング装置を作成した。
【００４６】
波長可変光源１は従来技術である図１１に示したものを用いている。波長範囲４０ｎｍ程度で光パワー出力１０ｄＢｍ以上の光源である。センサー用のＦＢＧ１０（Ａ，Ｂ）、ＦＢＧ１１（Ａ，Ｂ）の中心反射波長はそれぞれ３．２ｎｍ毎で、１５４１．３ｎｍ、１５４４．５ｎｍ、１５４７．７ｍ、１５５０．９ｎｍに設定している。
【００４７】
図３はバンドパスフィルタ（又はＷＤＭカプラ）の構造を示す図である。バンドパスフィルタとＷＤＭカプラの構造の違いはフィルタ素子の違いである。バンドパスフィルタ素子を使えばバンドパスフィルタになり、ＷＤＭフィルタ素子を使えばＷＤＭカプラとなりなる。
【００４８】
図２のバンドパスフィルタ５、６で用いる場合には透過ポート同士を接続して用いている。図４は図３のバンドパスフィルタを一体化したもので小型化が可能となる。
【００４９】
図５はバンドパスフィルタの反射、透過特性を示す図である。入射ポート２０から入力された光は図４の特性に従って分岐ポート（反射ポート）及び透過ポート２３にわかれる。また透過帯域の光が透過ポート２３から入力すれば、入射ポート２０から出力される。同様に反射帯域の光が分岐ポート２１から入力されれば、入射ポート２０から出力される。
【００５０】
図６はＷＤＭカプラの反射、透過特性を示す図である。ＷＤＭカプラ５，６，７，８は図２におけるバンドパスフィルタ５，６，７、８をそれぞれ置き換えたものである。動作はバンドパスフィルタの場合と同じになる。
【００５１】
この結果、例えばＦＢＧセンサー１０が故障して断線した場合でも、ＦＢＧセンサー１１には何ら影響を与えることなく計測を続けることが出来る。またバンドパスフィルタ５〜８を直列に接続しているファイバが断線してもＦＢＧセンサー１０，１１による計測が行える頑強なセンシングシステム構築が可能となる。
【００５２】
また図１のように構成された場合には、バンドパスフィルタ５〜８が無いので図２より計測の頑丈さは劣るものの同様な効果を得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ＦＢＧセンシングシステムにおいて光ファイバの両端に光を入力しループ状とし、その中間に波長分割型光合分波器の透過ポートを直列に接続し、それぞれの波長分割型光合分波器の分岐ポートにＦＢＧセンサーを接続して使用することで、波長分割型光合分波器を接続する光ファイバに断線があった場合でもＦＢＧセンサによる計測を可能とし、さらにＦＢＧセンサーが断線等の破損に至っても他のＦＢＧセンサーの信号には影響を与えない信頼性の高い頑強なシステムを構築することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるＦＢＧセンシングシステムの第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明におけるＦＢＧセンシングシステムの第２の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明のＦＢＧセンシングシステムに用いるバンドパスフィルタの構成を示す図である。
【図４】本発明のＦＢＧセンシングシステムに用いるバンドパスフィルタの他の構成を示す図である。
【図５】本発明に用いるバンドパスフィルタの反射特性と透過特性を示す図である。
【図６】本発明に用いるＷＤＭカプラの反射特性と透過特性を示す図である。
【図７】従来技術のＡＳＥ光源のスペクトラム波形である。
【図８】従来のＦＢＧセンシング装置を示す図である。
【図９】従来のＦＢＧセンシング装置を示す図である。
【図１０】従来のＦＢＧセンシング装置を示す図である。
【図１１】従来の光波長可変光源を示す図である。
【符号の説明】
１：光波長可変光源
２：光ファイバ
３、４，１２：光分岐器
５〜８：バンドパスフィルタ
１０，１１：ＦＢＧセンサ−
９，１３：光ディテクタ
１４：制御装置
２０：入射ポート
２１：分岐ポート
２２：バンドパスフィルタ素子
２３：透過ポート
９０：広帯域光源
１０５：ＦＢＧセンサー
１３０：カプラ
１４０：光ファイバ
１５０：波長計
２０１：広帯域光源
２０２：波長計
２０３：３ｄＢカプラ
２０４：光ファイバ
２０５：ＦＢＧセンサー
３００：光波長可変フィルタ
３０１：ＴＡＰカプラ
３０２：出力ポート
３０３：光アイソレータ
３０４：ＷＤＭカプラ
３０５：ポンプＬＤ
３０６：ＥＤＦ
３０７：光ファイバ増幅器
４００：幹線用ファイバ
４０１：広帯域光源
４０２：スプリッタ
４０３：光増幅器
４０４：波長分離フィルタ
４１１〜４１Ｎ：アドドロップフィルタ
【図１】
2004347554.tif 000003
【図２】
2004347554.tif 000004
【図３】
2004347554.tif 000005
【図４】
2004347554.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004347554.tif 000009
【図８】
2004347554.tif 000010
【図９】
2004347554.tif 000011
【図１０】
2004347554.tif 000012
【図１１】
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