(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバに光を入射し、前記各ブラッグ格子センサにより反射された反射光を受信し、その受信された反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値を算出し、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値を超える反射光の波長である一次検出反射光波長を検出したときに、その一次検出反射光波長が検出されるまでの前記平均値と前記一次検出反射光波長との差の絶対値が前記所定値を超える場合、前記一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定する光ファイバセンサの外力検出方法。
【請求項２】
ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバに光を入射し、前記各ブラッグ格子センサにより反射された反射光を受信し、その受信された反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値を算出し、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値内の反射光の波長である所定値内反射光波長を検出し、その所定値内反射光波長が検出されるまでの前記平均値と前記所定値内反射光波長との差の絶対値が前記所定値を超える場合、前記所定値内反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定する光ファイバセンサの外力検出方法。
【請求項３】
ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバと、この光ファイバに対して光を出射する光源と、前記各ブラッグ格子センサにより反射された各波長の反射光を受信する光受信部と、その受信した反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出するスペクトル検出部と、前記光受信部が受信した前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値を算出する平均値算出部と、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値を超える反射光の波長である一次検出反射光波長を検出する一次検出反射光波長検出部と、その一次検出反射光波長が検出されるまでの前記平均値を前記平均値算出部から得て、その平均値と前記一次検出反射光波長との差の絶対値が前記所定値を超える反射光の波長である二次検出反射光波長を検出する二次検出反射光波長検出部と、この二次検出反射光波長検出部が検出した二次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサを特定するセンサ特定部とを備え、前記センサ特定部が特定したブラッグ格子センサに外力が加わったと判定する光ファイバセンサの外力検出装置。
【請求項４】
ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバと、この光ファイバに対して光を出射する光源と、前記各ブラッグ格子センサにより反射された各波長の反射光を受信する光受信部と、その受信した反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出するスペクトル検出部と、前記光受信部が受信した前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値を算出する平均値算出部と、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値内の反射光の波長である所定値内反射光波長を検出する所定値内反射光波長検出部と、その所定値内反射光波長が検出されるまでの前記平均値を前記平均値算出部から得て、その平均値と前記所定値内反射光波長との差の絶対値が前記所定値を超える反射光の波長である二次検出反射光波長を検出する二次検出反射光波長検出部と、この二次検出反射光波長検出部が検出した二次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサを特定するセンサ特定部とを備え、前記センサ特定部が特定したブラッグ格子センサに外力が加わったと判定する光ファイバセンサの外力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ファイバブラッグ格子（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）（以下、単に「ＦＢＧ」という。）センサを有する光ファイバに光を入射し、ＦＢＧセンサによる反射光の波長ごとの波長シフトを計測して、侵入者等による外力の有無を検知する光ファイバセンサの外力検出方法及びその外力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバセンサの外力検出装置（侵入検知装置）としては、フェンス等のセンサ設置場所における破壊を検知する偏波変動検出器（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ；ＯＴＤＲ）とＦＢＧセンサとを併用したものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２２２４号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ファイバセンサによる侵入検知装置として、従来、ＦＢＧセンサによる反射光の波長シフト量や偏波変動を測定し、侵入者等による外力や光ファイバの切断の検知を行うものがあった。しかし、この種の従来の装置では、設置したＦＢＧセンサの波長変位（シフト）量を測定して侵入者による外力を検出するが、ＦＢＧセンサは、侵入検知用に屋外や温度変化の生じる場所に設置されることが多く、元来の光ファイバの特性である周囲温度の変動や風などの外乱による屈折率の変化が生じやすく、常に一定の屈折率ではないので、ＦＢＧセンサによる反射光に外力の影響ではない波長シフトが生じてしまい、この波長シフトを侵入者等による外力として、誤検出してしまう、又は検出できない（以下、両方のケースを誤検出と称す）おそれがあるという課題があった。また、従来のこの種の装置では、ＦＢＧセンサや光ファイバ用の温度補償機能（外乱補償を含む）がないため、この種の装置・システムが正常に動作しているか否かを判断することも困難であるという課題があった。
【０００５】
この発明は、前記したような課題を解決するためになされたもので、ＦＢＧセンサの周囲温度の変動によって、屈折率が変化したとしても外力として誤検出しない温度補償機能を有する新規な光ファイバセンサの検査方法及びその検査装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る光ファイバセンサの外力検出方法は、ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバに光を入射し、前記各ブラッグ格子センサにより反射された反射光を受信し、その受信された反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値を算出し、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値を超える反射光の波長である一次検出反射光波長を検出したときに、その一次検出反射光波長が検出されるまでの前記平均値と前記一次検出反射光波長との差の絶対値が前記所定値を超える場合、前記一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するものである。
【０００７】
請求項２に係る光ファイバセンサの外力検出方法は、ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバに光を入射し、前記各ブラッグ格子センサにより反射された反射光を受信し、その受信された反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値を算出し、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値内の反射光の波長である所定値内反射光波長を検出し、その所定値内反射光波長が検出されるまでの前記平均値と前記所定値内反射光波長との差の絶対値が前記所定値を超える場合、前記所定値内反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するものである。
【０００８】
請求項３に係る光ファイバセンサの外力検出装置は、ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバと、この光ファイバに対して光を出射する光源と、前記各ブラッグ格子センサにより反射された各波長の反射光を受信する光受信部と、その受信した反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出するスペクトル検出部と、前記光受信部が受信した前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値を算出する平均値算出部と、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値を超える反射光の波長である一次検出反射光波長を検出する一次検出反射光波長検出部と、その一次検出反射光波長が検出されるまでの前記平均値を前記平均値算出部から得て、その平均値と前記一次検出反射光波長との差の絶対値が前記所定値を超える反射光の波長である二次検出反射光波長を検出する二次検出反射光波長検出部と、この二次検出反射光波長検出部が検出した二次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサを特定するセンサ特定部とを備え、前記センサ特定部が特定したブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するものである。
【０００９】
請求項４に係る光ファイバセンサの外力検出装置は、ブラッグ格子間隔が異なり、それぞれ異なる基準共振反射波長を有する複数のブラッグ格子センサを備えた光ファイバと、この光ファイバに対して光を出射する光源と、前記各ブラッグ格子センサにより反射された各波長の反射光を受信する光受信部と、その受信した反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出するスペクトル検出部と、前記光受信部が受信した前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値を算出する平均値算出部と、前記反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長と対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値内の反射光の波長である所定値内反射光波長を検出する所定値内反射光波長検出部と、その所定値内反射光波長が検出されるまでの前記平均値を前記平均値算出部から得て、その平均値と前記所定値内反射光波長との差の絶対値が前記所定値を超える反射光の波長である二次検出反射光波長を検出する二次検出反射光波長検出部と、この二次検出反射光波長検出部が検出した二次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサを特定するセンサ特定部とを備え、前記センサ特定部が特定したブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、一次検出反射光波長が検出されるまでの平均値（対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値）と一次検出反射光波長との差の絶対値が所定値を超える場合、一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するので、ブラッグ格子センサの周囲温度の変動に関係なく、光ファイバセンサの外力検出方法を提供できるという効果を奏する。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、所定値内反射光波長が検出されるまでの平均値（対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値）と所定値内反射光波長との差の絶対値が所定値を超える場合、所定値内反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったと判定するので、ブラッグ格子センサの周囲温度の変動に関係なく、光ファイバセンサの外力検出方法を提供できるという効果を奏する。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、一次検出反射光波長が検出されるまでの平均値（対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値）と一次検出反射光波長との差の絶対値が所定値を超える場合、一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったとセンサ特定部がブラッグ格子センサを特定するので、ブラッグ格子センサの周囲温度の変動に関係なく、光ファイバセンサの外力検出装置を提供できるという効果を奏する。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、所定値内反射光波長が検出されるまでの平均値（対応するブラッグ格子センサにより順次反射されてくる反射光の波長の平均値）と所定値内反射光波長との差の絶対値が所定値を超える場合、所定値内反射光波長に対応するブラッグ格子センサに外力が加わったとセンサ特定部がブラッグ格子センサを特定するので、ブラッグ格子センサの周囲温度の変動に関係なく、光ファイバセンサの外力検出装置を提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置について、図１〜図７を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置のシステム構成図である。図２は、ブラッグ格子センサの基本動作図で、図２（ａ）は、光ファイバセンサの透視図、図２（ｂ）は、ブラッグ格子の拡大図、図３は、ブラッグ格子の外力による反射光の波長シフト図、図４は、実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置の特定部詳細図、図５は、ブラッグ格子の周囲温度の変動による反射光の波長シフト図、図６は、実施の形態１に係る光ファイバセンサの反射光の時間変化図で、図６（ａ）は、基準共振反射波長による波長シフト量検出、図６（ｂ）は、基準共振反射波長から共振反射波長移動平均値への変更、図６（ｃ）は、共振反射波長移動平均値による波長シフト量検出、図７は、実施の形態１に係る光ファイバセンサの反射光の時間変化図で、図７（ａ）は、基準共振反射波長による波長シフト量検出、図７（ｂ）は、基準共振反射波長から共振反射波長移動平均値への変更、図７（ｃ）は、共振反射波長移動平均値による波長シフト量検出である。図１〜図７において、１は光ファイバ、２は光ファイバ１に設けられたブラッグ格子間隔の異なる複数のブラッグ格子センサで、後述のように、面振動センサ、張力センサ及び荷重センサが含まれる。そして、このブラッグ格子センサ２は、それらのセンサの一種類を複数用いる場合やそれらのセンサの複数種類をそれぞれ一つだけ用いる場合も含まれ、用途に応じて適宜使用される。３は、光ファイバ１に光（送信光）を入射するレーザ光源を含む光源で、この光源により発した光は光ファイバ１に供給され、光源３と光ファイバ１とは光学的にカップリングさせている。４は、各ブラッグ格子センサ２より反射された各波長の反射光を受信する光受信部である。５は、光源３からの光（送信光）を光ファイバ１に入射し、光ファイバ１に設けた各ブラッグ格子センサ２からの反射光を光受信部４に送るためのサーキュレータである。６は、光受信部４により受信した反射光の波長ごとの強度分布を検出するスペクトル検出部、７は、スペクトル検出部６により検出された波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長が対応する基準共振反射波長との差の絶対値が閾値である所定値Δλを超えるものを検出し、そのピークである波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定する特定部である。また、８は、面振動センサのブラッグ格子センサ２が設置されたフェンス、また、９は、張力センサが設置されたフェンス、さらに１０は、荷重センサが上部に設置された壁面である。１１は、フェンス９に設けられた光ファイバ１のブラッグ格子センサ２付近に接続され、フェンス９の上部に張られた検知線である。１２は、壁面１０の上部に設けられた天板、１３は、天板１２の下部に位置し、光ファイバ１のブラッグ格子センサ２を跨ぎ設けられた屈曲弾性体、１４は、光ファイバ１のクラッド、１５は、光ファイバのコアである。
【００１５】
また、１９は、特定部７を含めて装置全体に制御信号や指令信号などを送り制御する制御部である。２０は、制御部１９を操作する操作部、２１は、特定部７（センサ特定部１８）の検査結果などを表示する出力部であり、記憶部１７及びセンサ特定部１８は、特定部７の外部に設けてもよい。２４は、波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長が対応する基準共振反射波長との差の絶対値が閾値である所定値を超える一次検出反射光波長を検出する一次検出反射光波長検出部、２５は、波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長が対応する基準共振反射波長との差の絶対値が閾値である所定値Δλ内の所定値内反射光波長を検出する所定値内反射光波長検出部、２６は、一次検出反射光波長が検出されるまでに一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサにより順次反射され、スペクトル検出部が検出した波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の共振反射波長移動平均値を算出する平均値算出部、２７は、共振反射波長移動平均値と一次検出反射光波長（所定値内反射光波長）との差の絶対値が閾値である所定値Δλを超える二次検出反射光波長を検出する二次検出反射光波長検出部、１７は、各ブラッグ格子センサ２に対する共振反射が起こる波長を記憶する記憶部、１８は、二次検出反射光波長検出部２７により検出された反射光の波長と記憶部１７に記憶した波長とを照合して、一致する波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定するセンサ特定部である。なお、２２は、ブラッグ格子センサ２を設けた光ファイバ１を含む光接続器で、図１に示すように、例えば、荷重センサ、張力センサ及び面振動センサを互いに接続するものである。ここで、図中及び明細書中のｉは、ｉ＝１，２，…，６で、一般的には、ｉ＝Ｎ（整数）である。なお、平均値算出部２６は、二次検出反射光波長検出部２７の外部に設けてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【００１６】
まず、図１〜図３を用いて、実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置の基本動作について説明する。まず、光ファイバセンサとして使用するブラッグ格子センサ２は、図２に示すように、クラッド１４に包まれたコア１５内に設けられたブラッグ格子は、波長（基準共振反射波長）λΒ，格子間隔（周期長）Λ，コア１５の屈折率ｎとすると、λΒ＝２ｎΛという関係が成り立ち、光ファイバに入射した光はブラッグ格子において、波長λΒの光を反射するという特性がある。一方、この光ファイバに外力が加わり、ブラッグ格子にたわみや歪みが生じると、そのブラッグ格子間隔が変わり、反射光の波長がシフトするという特性を有している。したがって、その波長シフトを計測（観測）することにより、光ファイバセンサを設置した位置に侵入者などが侵入すると、その外力がブラッグ格子センサに加わるため、侵入検知に利用することができる。図３に示すように、波長シフトは反射光の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長である基準共振反射波長を波長λ（ｉ）とした場合、ブラッグ格子がたわみや歪みにより、波長λ（ｉ）の前後にシフトすることを示している。±Δλは、外力による波長シフトを検知する閾値である。
【００１７】
図１において、光源３は、広帯域Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＳＥ）光源を使用する。広帯域ＡＳＥ光源は、例えば、波長範囲が１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ，１５２０〜１６２０ｎｍなど種々のものがあるが、ブラッグ格子センサの数やその共振反射波長から適切なのものを選択すればよい。光源３から送られてくる光（送信光）を共振反射波長が広帯域ＡＳＥ光源の波長範囲に含まれる波長λ（１）〜λ（６）のブラッグ格子センサ２が設けられた光ファイバに送信する。なお、λ（１）〜λ（６）は、波長の短い順に並んでおり、λ（１），λ（２）のブラッグ格子センサ２を面振動センサ、λ（３）〜λ（５）のブラッグ格子センサ２を張力センサ（テンションセンサ）、λ（６）のブラッグ格子センサ２を荷重センサとして設置している。ここで、共振反射波長λ（１）〜λ（６）は、波長シフトの検出する閾値±Δλを、１ｎｍとしたとき、ブラッグ格子センサ２の帯域間隔は５ｎｍ程度でよい。
【００１８】
次に、光ファイバセンサの外力検出装置について、その具体的動作を説明する。光源３からの送信光は、サーキュレータ５から光ファイバ１に送られ、各ブラッグ格子センサ２から反射光がサーキュレータ５に戻ってくる。反射光は、サーキュレータ５により光受信部４に送られる。光受信部４は、反射光を受信して反射光の受信ビデオ信号を生成して、スペクトル検出部６に送る。スペクトル検出部６で受信ビデオ信号の波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長を検出して、特定部７により波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の波長シフト量が閾値Δλを超えたか否かで、ブラッグ格子センサに外力が加わっているかどうかを判定する（図３）。閾値は、ブラッグ格子センサごとに値を変更して、センサの感度を設置場所の環境に応じて変更することが可能である。そして、出力部２１は、表示装置や音声出力装置から構成されており、特定部７から送られてくる判定結果に従って、外力を検知したことを表す情報を表示器に表示し、また、音声出力装置から音声（警報音）によって出力する。なお、図１において、外力が加わっている状態とは、
「フェンス８に侵入者などにより振動が与えられると、フェンス８の網に編み込まれた面振動センサのブラッグ格子センサ２に外力が加わり、反射光の波長シフトが生じる」
「フェンス９の上部に張られた検知線１１に侵入者などが接触して振動が与えられると、張力センサのブラッグ格子センサ２に外力が加わり、反射光の波長シフトが生じる」
「壁面１０の上部に設けられた天板１２に侵入者などが上ると、天板１２の下部に位置し、荷重センサのブラッグ格子センサ２を跨ぎ設けられた屈曲弾性体１３が曲り、ブラッグ格子センサ２に外力が加わり、反射光の波長シフトが生じる」
である。
【００１９】
次に、図４〜図７を用いて、本発明である光ファイバセンサの外力検出装置の詳細について説明する。制御部１９は、事前に設定されたタイミングでの内部処理や操作部２０から送られてくる操作コマンドに応答して、光ファイバセンサ１の外力検出を実行するのための種々の制御信号や指令信号を生成して、光ファイバセンサの検査装置の全体と各部の動作タイミングを制御する。なお、事前に設定されたタイミングとは、定期的な外力検出などを想定している。外力検出が実行されると、制御部１９から光源３へ送信光発光の指令信号が送られ、光源３からサーキュレータ５に送信光が送られる。サーキュレータ５は、光源３から送られてくる送信光を光ファイバ１に送り、光ファイバ１に設けられた各ブラッグ格子センサ２からの反射光を光受信部４に送る。光受信部４は、サーキュレータ５から送られてくる反射光を取り込み、反射光のアナログ信号をＡ／Ｄしてデジタル信号に変換し、反射光の受信ビデオ信号としてスペクトル検出部６に送る。スペクトル検出部６は、制御部１９の指令信号により、光受信部４から送られてくるデジタル信号の受信ビデオ信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、反射光の波長ごとの強度分布を求めて特定部７に送り、特定部７が波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の波長シフト量が閾値Δλを超えたか否かで、どのブラッグ格子センサ２に外力が加わっているかどうかを判定するのだが、ここで、図５に示すように、ブラッグ格子センサ２の周囲温度の変動や風などの外乱により、ブラッグ格子の屈折率ｎが変化して、強度Ｐ（ピーク）の反射光の波長シフトが生じることがあり、その波長シフト量が外力検出のための閾値Δλに近接する場合や閾値Δλを超えた場合は、ブラッグ格子センサ２に外力が加わっていると誤検出するおそれがあるので、波長シフト量が閾値Δλを超えたか否かの判定で誤検出を防ぐために、温度補償を行う必要がある。誤検出には大きく分けて、周囲温度の変動によるブラッグ格子の屈折率ｎの変化により、実際には、外力がブラッグ格子センサ２に加わっていないが、加わったと判定する場合（ケース１；図６）と、実際には、外力がブラッグ格子センサ２に加わっているが、加わっていないと判定する場合（ケース２；図７）の２パターンがある。図６，図７は、横軸が波長で縦軸が時間であり、スペクトル検出部６が検出したブラッグ格子センサ２の一つからの反射光の時間変化による共振反射波長の波長シフトを示している。以下、図６，図７において、時間τ０，時間τ１，時間τ２の波長について説明する。
【００２０】
ケース１の場合は、図６（ａ）において、時間τ０の波長では、基準共振反射波長λ（ｉ）から共振反射波長は、殆ど波長シフトしていないが、時間τ１，時間τ２の波長では、波長シフトが大きく、外力検出の閾値である±Δλの範囲を超えている。その波長シフトがブラッグ格子センサ２に外力が加わっているのか、ブラッグ格子センサ２周辺の温度変化によるものなのかの判別がつかないので、制御部１９は、判定部７へ制御・指令信号を送り、一次検出反射光波長検出部２４が、スペクトル検出部６から送られてきた波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長が対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値Δλを超える一次検出反射光波長を検出する一方で、平均値算出部２６により、一次検出反射光波長が検出されるまでに一次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサにより順次反射され、スペクトル検出部６が検出した波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ）を算出する。図６（ｂ）に示すように、外力検出の閾値であるΔλの値は固定で、中心軸となる基準共振反射波長λ（ｉ）を平均値算出部が算出した共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ）へ変更して、二次検出反射光波長検出部２７により、共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ）と一次検出反射光波長との差の絶対値が所定値Δλを超える二次検出反射光波長を検出すると、図６（ｃ）に示すように、時間τ１，τ２の波長のうち、二次検出反射光波長が検出されるのは、時間τ２の波長だけである。これは、基準共振反射波長λ（ｉ）を共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ）へ変更し、温度変化による波長シフトにより共振反射波長の移動した時間τ１の波長に対して温度補償がされたことにより、基準共振反射波長λ（ｉ）に対しては閾値Δλを超えていた時間τ１の波長が、外力による波長シフトが生じていないと判定されたことを示している。
【００２１】
ケース２の場合は、図７（ａ）において、時間τ０，τ１，τ２の波長では、基準共振反射波長λ（ｉ）から共振反射波長は、殆ど波長シフトしていないが、ブラッグ格子センサ２周辺の温度変化による波長シフトが生じている。ブラッグ格子センサ２に外力が加わり、温度変化による波長シフトと反対方向へ波長がシフトして、外力検出の閾値である±Δλの範囲に収まっているか、単に、外力が加わっていないだけであるのかの判別がつかないので、制御部１９は、判定部７へ制御・指令信号を送り、所定値内反射光波長検出部２５が、スペクトル検出部６から送られてきた波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長が対応する基準共振反射波長との差の絶対値が所定値Δλ内の所定値内反射光波長を検出する一方で、平均値算出部２６により、所定値内反射光波長に対応するブラッグ格子センサにより順次反射され、スペクトル検出部６が検出した波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ）を算出する。図７（ｂ）に示すように、外力検出の閾値であるΔλの値は固定で、中心軸となる基準共振反射波長λ（ｉ）を平均値算出部が算出した共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ）へ変更して、二次検出反射光波長検出部２７により、共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ）と所定値内反射光波長との差の絶対値が所定値Δλを超える二次検出反射光波長を検出すると、図７（ｃ）に示すように、時間τ０，τ１，τ２の波長のうち、二次検出反射光波長が検出されるのは、時間τ２の波長だけである。これは、基準共振反射波長λ（ｉ）を共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ）へ変更し、温度変化による波長シフトにより共振反射波長の移動した時間τ０，τ１の波長に対して温度補償がされたことにより、基準共振反射波長λ（ｉ）に対しては閾値Δλ内に収まっていた時間τ２の波長が、外力による波長シフトが生じていると判定されたことを示している。
【００２２】
次に、二次検出反射光波長検出部２７が二次検出反射光波長を検出すると、制御部１９から供給された指令信号により、センサ特定部１８が「二次検出反射光波長の周囲温度や外力による波長シフト量を考慮した本来の基準共振反射波長」と「記憶部１７に記憶された各ブラッグ格子センサ２に対する基準共振反射波長」とを照合して、一致する波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定する。つまり、二次検出反射光波長検出部２７により検出された波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長が温度変化や外力による波長シフト量を差し引いた基準共振反射波長λ（ｉ）が、例えば、λ（４）であれば、記憶部１７に記憶された各ブラッグ格子センサ２の基準共振反射波長λ（１）からλ（６）のうち、一致する波長のλ（４）の反射光に対応するブラッグ格子センサであることが特定できる。また、平均値算出部２６が算出した共振反射波長移動平均値を記憶部１７に送り、対応する基準共振反射波長λ（１）〜λ（６）を共振反射波長移動平均値λａｖｅ（１）〜λａｖｅ（６）に順次変更・更新して、センサ特定部１８が「二次検出反射光波長の外力による波長シフト量を考慮した本来の共振反射波長」と「記憶部１７に記憶された共振反射波長移動平均値」とを照合してもよい。仮に、波長シフト量の検出する閾値Δλ＝１ｎｍとした場合、設置するブラッグ格子センサ２同士の共振反射波長の帯域間隔を５ｎｍ程度のものを選択すれば、各ブラッグ格子センサ２の共振反射波長が波長シフトする最大幅を包含するので、隣り合う共振反射波長のブラッグ格子センサ２同士の波長シフトが被る可能性は低い。
【００２３】
さらに、検出された二次検出反射光波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定した後に、センサ特定部１８の特定結果を出力部２１に送るように指令が制御部１９から特定部７に送られ、ブラッグ格子センサ２に外力が加わったこと表すメッセージを出力部２１において、外力検出の表示や音声によって出力する。ここで、記憶部１７に記憶されている波長のブラッグ格子センサ２の設置位置が既知であれば、特定したブラッグ格子センサ２の設置位置も分かる。図１の場合で、外力が検出された基準共振反射波長λ（ｉ）がλ（４）であれば、フェンス９に張力センサとして設けられたブラッグ格子センサλ（４）に外力が加わっていることが特定できる。したがって、センサ特定部１８の特定結果に合わせて、設置位置などの情報を記憶部１７に記憶させておいて、出力部２１にて、どのブラッグ格子センサ２に外力が加わったことを表す情報が表示や音声によって出力してもよい。
【００２４】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について、図１,図８,図９を用いて説明する。図８は、実施の形態２に係る光ファイバセンサの外力検出装置の特定部詳細図である。図９は実施の形態２に係る光ファイバセンサの外力検出装置のフローチャート図である。図８，図９において、２８は、一次検出反射光波長検出部２４，所定値内反射光波長検出部２５，平均値算出部２６，二次検出反射光波長検出部２７の機能を内蔵した温度補償反射光波長検出部である。図中及び明細書中において、ｉは、センサの番号でｉ＝１，２，…，６で、一般的には、ｉ＝Ｎ（整数）であり、ブラッグ格子センサ２の総数、ｔは、外力（二次検出反射光波長）の検出処理実施回数、ｍは、共振反射波長移動平均値のデータ処理数である。実施の形態１では、ケース１とケース２とに分けて二次検出反射光波長を検出していたが、一次検出反射光波長と所定値内反射光波長とを統合的に検出してもよい。実施の形態２では、その光ファイバセンサの外力検出装置の統合的な運用について説明する。
【００２５】
実施の形態２では、温度補償処理を実施する場合、制御部１９は、まず、特定部１９に温度補償処理を実施するための制御・指示信号を特定部７に送る。以下、特定部７内に設けられた温度補償反射光波長検出部２４の二次検出反射光波長の検出処理を示す。光受信部４から送られる反射光の受信ビデオ信号はスペクトル検出部６に送られる。スペクトル検出部６は、制御部１９の指令信号により、光受信部４から送られてくるデジタル信号の受信ビデオ信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、反射光の波長ごとの強度分布を求めて特定部７内の温度補償反射光波長検出部２８に送る。ＳＴＥＰ１では、初期値設定として、各ブラッグ格子センサ２の共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｉ，ｔ−１）と各ブラッグ格子センサの基準共振反射波長λ（ｉ,ｔ）とには、検出処理実施回数ｔ＝１、ブラッグ格子センサｉ＝１を設定する。ブラッグ格子センサの総数はＮ、共振反射波長移動平均値のデータ処理数はｍで、任意の値を設定する。図１においては、Ｎ＝６となる。次に、ＳＴＥＰ２では１番目のブラッグ格子センサ、つまり、λ（１）のブラッグ格子センサ２（図１）に対して、λ(１，１)と１番目のブラッグ格子センサの共振反射波長移動平均値（基準共振反射波長）λａｖｅ（ｉ，０）との差を求め、その絶対値が外力の有無を判定するための閾値Δλを超えたかどうかを判定する。その結果、閾値である所定値Δλを超えた場合は、外力有りと判定され、ＳＴＥＰ３において１番目のブラッグ格子センサで外力有りと記録し、次のＳＴＥＰ４を実行する。一方、所定値Δλを超えない場合も次のＳＴＥＰ４を実行する。
【００２６】
ＳＴＥＰ４では、検出処理実施回数ｔが共振反射波長移動平均値のデータ処理数ｍよりも大きいかを比較する。その結果、検出処理実施回数ｔの方が小さい場合はＳＴＥＰ６を実行する。また、検出処理実施回数ｔが大きい場合はＳＴＥＰ５を実行する。ＳＴＥＰ５では、共振反射波長移動平均処理に必要なデータ数が確保できるかを判断する。このとき、現検出処理実施回数ｔから検出処理実施回数｛ｔ−（ｍ−１）｝までのｍ回の外力検出処理において全て侵入なしと判定された場合はＳＴＥＰ７を実行する。一方、全て外力無しと判定されない場合は、共振反射波長移動平均値算出に必要なデータ処理数ｍが確保できないため、ＳＴＥＰ６を実行する。ＳＴＥＰ６では、共振反射波長移動平均値算出が出来ない場合の処置として、最新の移動平均値λａｖｅ（ｉ，ｔ）を検出処理実施回数が（ｔ−１）の時の移動平均値λａｖｅ（ｉ，ｔ−１）に入れ替え、次のＳＴＥＰ８を実行する。ＳＴＥＰ７では、現検出処理実施回数からｍ回前までの波長の値を用いて、共振反射波長移動平均値を求め、この共振反射波長移動平均値を最新の共振反射波長移動平均値λａｖｅ（ｎ，ｔ）に設定し、次のＳＴＥＰ８を実行する。ＳＴＥＰ８では、ＳＴＥＰ２、ＳＴＥＰ３で得られた外力の有無をもとに、更に、λ(１，１)と１番目のブラッグ格子センサの移動平均値λａｖｅ（ｉ，ｔ）との差を求め、その絶対値が外力の有無を判定するための閾値Δλを超えたかどうかを判定する。
【００２７】
次に、全ブラッグ格子センサに対する温度補償処理を実施するため、ＳＴＥＰ９では、次のブラッグ格子センサの判定処理を行うためにブラッグ格子センサの番号ｉをインクリメントする。ＳＴＥＰ１０では、ブラッグ格子センサの番号ｉとブラッグ格子センサの総数Ｎとを比較し、ブラッグ格子センサの番号ｉがブラッグ格子センサの総数Ｎを超えるまでは、ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ９までの処置を繰り返し実行する。一方、ブラッグ格子センサの番号ｉがブラッグ格子センサの総数Ｎを超えた場合は次のＳＴＥＰ１１を実行する。ＳＴＥＰ１１では、外力検出の継続・終了が判定され、継続の場合はＳＴＥＰ１２で検出処理実施回数ｔをインクリメントし、ＳＴＥＰ２以降の処理を繰り返し実行する。終了後、外力検出結果結果を制御部１９とセンサ特定部１８に送る。制御部１９は、判定部７から受け取った結果に基づき、侵入者有無を表すメッセージを生成し、出力部８に送る。なお、ＳＴＥＰ８，ＳＴＥＰ１１やＳＴＥＰ１〜１２全体の処理状況を逐次制御部１９に送ってもよい。
【００２８】
外力検出結果結果からセンサ特定部１８が「検出された波長ごとの強度分布のうち、ピークである波長の外力による波長シフト量を考慮した本来の基準共振反射波長」と「記憶部１７に記憶された共振反射波長移動平均値」とを照合して、一致する波長に対応するブラッグ格子センサ２を特定する。つまり、二次検出反射光波長検出部２７により検出された反射光波長が温度変化や外力による波長シフト量を差し引いた基準共振反射波長λ（ｉ）が、例えば、λ（４）であれば、記憶部１７に記憶された各ブラッグ格子センサ２の基準共振反射波長λ（１）からλ（６）のうち、一致する波長のλ（４）の反射光に対応するブラッグ格子センサであることが特定できる。また、平均値算出部２６が算出した共振反射波長移動平均値を記憶部１７に送り、対応する基準共振反射波長λ（１）〜λ（６）を共振反射波長移動平均値λａｖｅ（１）〜λａｖｅ（６）に順次変更・更新して、センサ特定部１８が「二次検出反射光波長の外力による波長シフト量を考慮した本来の共振反射波長」と「記憶部１７に記憶された共振反射波長移動平均値」とを照合してもよい。仮に、波長シフト量の検出する閾値Δλ＝１ｎｍとした場合、設置するブラッグ格子センサ２同士の共振反射波長の帯域間隔を５ｎｍ程度のものを選択すれば、各ブラッグ格子センサ２の共振反射波長が波長シフトする最大幅を包含するので、隣り合う共振反射波長のブラッグ格子センサ２同士の波長シフトが被る可能性は低い。また、センサ特定部１８の特定結果を出力部２１に送るように指令が制御部１９から特定部７に送られ、ブラッグ格子センサ２に外力が加わったことを表すメッセージを出力部２１において、外力検出の表示や音声によって出力する。ここで、記憶部１７に記憶されている波長のブラッグ格子センサ２の設置位置が既知であれば、特定したブラッグ格子センサ２の設置位置も分かる。図１の場合で、外力が検出された基準共振反射波長λ（ｉ）がλ（４）であれば、フェンス９に張力センサとして設けられたブラッグ格子センサλ（４）に外力が加わっていることが特定できる。したがって、センサ特定部１８の特定結果に合わせて、設置位置などの情報を記憶部１７に記憶させておいて、出力部２１にて、どのブラッグ格子センサ２に外力が加わったことを表す情報が表示や音声によって出力してもよい。
【００２９】
以上のように、ブラッグ格子センサ２からの反射光を周波数分析処理した際に得られる波長の共振反射波長移動平均値を求めて外力検出の基準値とするようにしたので、光ファイバセンサの外力検出装置に特別なハードウェアを必要としない簡単なシステム構成により、温度補償処理による光ファイバセンサの外力検出の誤検出を防止でき、オペレータによる操作部２０から指示で、共振反射波長移動平均値のデータ処理数ｍを設定できるように構成したので、設置環境に対応した設定が可能となりシステムの柔軟性を向上させることができる。また、図１のように、各ブラッグ格子センサ２間に光接続器２２を配置した光ファイバ１が設置されているので、ブラッグ格子センサ２の交換が容易となっている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施の形態１及び２に係る光ファイバセンサの外力検出装置のシステム構成図である。
【図２】ブラッグ格子センサの基本動作図である。
【図３】ブラッグ格子の外力による反射光の波長シフト図である。
【図４】実施の形態１に係る光ファイバセンサの外力検出装置の特定部詳細図である。
【図５】ブラッグ格子の周囲温度の変動による反射光の波長シフト図である。
【図６】実施の形態１に係る光ファイバセンサの反射光の時間変化図である。
【図７】実施の形態１に係る光ファイバセンサの反射光の時間変化図である。
【図８】実施の形態２に係る光ファイバセンサの外力検出装置の特定部詳細図である。
【図９】実施の形態２に係る光ファイバセンサの外力検出装置のフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…光ファイバ、２…ブラッグ格子センサ、３…光源、４…光受信部、５…サーキュレータ、６…スペクトル検出部、７…特定部、８…フェンス、９…フェンス、１０…壁面、１１…検知線、１２…天板、１３…屈曲弾性体、１４…クラッド、１５…コア、１７…記憶部、１８…センサ特定部、１９…制御部、２０…操作部、２１…出力部、２２…光接続器、２４…一次検出反射光波長検出部、２５…所定値内反射光波長検出部、２６…平均値算出部、２７…二次検出反射光波長検出部、２８…温度補償反射光波長検出部。
【図１】
0004458058.tif 000002
【図２】
0004458058.tif 000003
【図３】
0004458058.tif 000004
【図４】
0004458058.tif 000005
【図５】
0004458058.tif 000006
【図６】
0004458058.tif 000007
【図７】
0004458058.tif 000008
【図８】
0004458058.tif 000009
【図９】
0004458058.tif 000010