(57)【要約】センサーシステムは、第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）を含む。これら二つのファイバー・ブラッグ・グレーティングは、共通の光源から光を受け取り、測定信号に依存するスペクトルと測定量に依存するスペクトルを有するそれぞれの測定信号と、一つの共通の基準信号とを生成する。これら二つの測定信号は、それぞれのエッジ・フィルタを通ってそれぞれの検出器に達し、第３の検出器は、基準強度を監視する。プロセッサは、受信されて検出された信号から測定量に関する値を生成する。本システムは、温度補償されたひずみゲージに使用できる。
2004527756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＦＢＧ（ファイバー・ブラッグ・グレーティング）と、
第２のＦＢＧと、
前記第１のＦＢＧが前記第１のＦＢＧの反射スペクトルを表す第１の測定信号と第１の基準信号とを出力し、前記第２のＦＢＧが前記第２のＦＢＧの反射スペクトルを表す第２の測定信号と第２の基準信号とを出力するように、前記第１、第２のＦＢＧに光を供給するように構成された光源と、
前記第１の測定信号をフィルタリングするように構成された第１のエッジ・フィルタと、
前記フィルタリングされた第１の測定信号の強度を検出するように構成された第１の検出器と、
前記第２の測定信号をフィルタリングするように構成された第２のエッジ・フィルタと、
前記フィルタリングされた第２の測定信号の強度を検出するように構成された第２の検出器と、
前記第１、第２の基準信号の結合強度を検出するように構成された基準検出器と、
前記第１、第２および基準の検出器からの信号を処理するように構成されたプロセッサと、からなることを特徴とするセンサーシステム。
【請求項２】
前記第１、第２のＦＢＧは異なるブラッグ波長を持っており、前記システムは前記第１、第２の測定信号を同時に伝送するように構成されたある長さの光ファイバーと、前記長さの光ファイバーに接続されていて前記第１、第２の測定信号を分離し、それらを前記第１、第２のエッジ・フィルタにそれぞれ経路指定するように構成されたデマルチプレクサとを更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサーシステム。
【請求項３】
前記第１、第２のＦＢＧは直列に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のセンサーシステム。
【請求項４】
前記第１、第２の測定信号はそれぞれ前記第１、第２のＦＢＧによって反射された信号であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項５】
前記第１、第２の測定信号はそれぞれ前記第１、第２のＦＢＧを透過した信号であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項６】
前記第１、第２の基準信号はそれぞれ前記第１、第２のＦＢＧによって反射された信号であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項７】
前記システムは各々のチャネルがそれぞれ１対の前記第１、第２のＦＢＧとそれぞれの前記光源とを含む複数の測定チャネルを含んでおり、前記第１、第２のエッジ・フィルタはすべてのチャネルからの前記それぞれ第１、第２の測定信号をフィルタリングするように構成されており、前記基準検出器はすべてのチャネルからの前記第１、第２の基準信号のそれぞれの結合強度を検出するように構成されており、前記システムは、前記第１、第２および基準の検出器がすべてのチャネルのＦＢＧに応答要求するために使用されるように各チャネルのＦＢＧに選択的に光を供給するために前記光源を制御するように構成されたコントローラを更に含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項８】
第１の公称ブラッグ波長を有する第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングと、
前記第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングと直列に配置され、第２の公称ブラッグ波長を有する第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングと、
反射用の前記第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの直列結合に光を供給するように構成された光源と、
前記第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの直列結合によって反射された光の第１の部分を含む基準信号の強度を検出するように構成された基準検出器と、
前記第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの直列結合によって反射された光の第２の部分を受け取り、そして前記第２の部分を前記第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングによって反射された光を含む第１の信号と前記第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングによって反射された光を含む第２の信号とに分割するように構成されたデマルチプレクサと、
前記第１の信号をフィルタリングするように構成された第１のエッジ・フィルタと、
前記フィルタリングされた第１の信号の強度を検出するように構成された第１の検出器と、
前記第２の信号をフィルタリングするように構成された第２のエッジ・フィルタと、
前記フィルタリングされた第２の信号の強度を検出するように構成された第２の検出器と、
前記第１、第２および基準の検出器からの信号を処理するように構成されたプロセッサと、からなることを特徴とするセンサーシステム。
【請求項９】
前記光源は互いに直列に接続された第１、第２の結合器によって第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの直列結合に連結されており、前記第２の結合器は前記第２の結合器に連結されていて、前記第２の部分が前記第２の結合器を経由してデマルチプレクサに受け取られ、基準信号は第２の結合器とそれから第１の結合器を介して前記基準検出器に到達するようなっている、請求項８に記載のセンサーシステム。
【請求項１０】
前記システムは第１、第２の結合器を含んでおり、前記第２の結合器は第１、第２のＦＢＧの直列結合によって反射された光を受け取るように、また前記第２の部分を前記デマルチプレクサに経路指定して残り部分を前記第１の結合器に経路指定するように構成されており、前記第１の結合器は前記残り部分を前記第１の部分と更なる残り部分とに分割するように、また前記第１の部分を前記基準検出器に経路指定するように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載のセンサーシステム。
【請求項１１】
前記光源は前記第１、第２の結合器を介してＦＢＧの直列結合に光を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のセンサーシステム。
【請求項１２】
前記結合器の各々は５０：５０結合器であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項１３】
ＦＢＧによって前記デマルチプレクサと基準検出器に送り返された光の反射を抑制するように構成された反射抑制終端を更に含むことを特徴とする、請求項８から１２のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項１４】
前記デマルチプレクサは前記第１、第２のＦＢＧの一方によって反射された光を反射し、他方のＦＢＧによって反射された光を透過させるように構成されたフィルタを含むことを特徴とする、請求項８から１３のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項１５】
前記デマルチプレクサはＧＲＩＮレンズ（勾配屈折率レンズ）を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のセンサーシステム。
【請求項１６】
前記システムは各センサー・チャネルがそれぞれの前記第１、第２のＦＢＧの直列結合とそれぞれの前記光源とそれぞれの前記デマルチプレクサとを含む複数のセンサー・チャネルを含んでおり、
前記システムは各チャネルのＦＢＧの直列結合を選択的に照明するために前記光源を制御するように構成されたコントローラを更に含んでおり、
前記基準検出器は各チャネルからの基準信号の強度を検出するように構成された共通の検出器であり、前記第１のエッジ・フィルタは各チャネルからの前記第１の信号をフィルタリングするように構成された共通のフィルタであり、前記第１の検出器は各チャネルからの前記フィルタリングされた第１の信号の強度を検出するように構成された共通の検出器であり、前記第２のエッジ・フィルタは各チャネルからの前記第２の信号をフィルタリングするように構成された共通のフィルタであり、前記第２の検出器は各チャネルからの前記フィルタリングされた第２の信号の強度を検出するように構成された共通の検出器であり、
また前記プロセッサは各チャネルに関する前記第１、第２および基準の検出器からのそれぞれの信号を処理するように構成された共通のプロセッサであることを特徴とする、請求項８から１５のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項１７】
第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングと、
第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングと並列に配置された第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングと、
反射用の第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの並列結合に光を供給するように構成された光源と、
第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの並列結合によって反射された光の少なくとも一部を含む基準信号の強度を検出するように構成された基準検出器と、
前記第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングを透過した光を含む第１の信号をフィルタリングするように構成された第１のエッジ・フィルタと、
前記フィルタリングされた第１の信号の強度を検出するように構成された第１の検出器と、
前記第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングを透過した光を含む第２の信号をフィルタリングするように構成された第２のエッジ・フィルタと、
前記フィルタリングされた第２の信号の強度を検出するように構成された第２の検出器と、
前記第１、第２および基準の検出器からの信号を処理するように構成されたプロセッサと、からなることを特徴とするセンサーシステム。
【請求項１８】
前記光源と基準検出器は単一の共通の結合器によって前記第１、第２のＦＢＧに連結されることを特徴とする、請求項１７に記載のセンサーシステム。
【請求項１９】
前記第１のＦＢＧを透過した光を搬送するために前記第１のＦＢＧを前記第１のエッジ・フィルタに接続する第１の光ファイバーと、前記第２のＦＢＧを透過した光を搬送するために前記第２のＦＢＧを前記第２のエッジ・フィルタに接続する第２の光ファイバーとを含むことを特徴とする、請求項１７または請求項１８に記載のセンサーシステム。
【請求項２０】
前記システムは各センサー・チャネルがそれぞれの前記第１、第２のＦＢＧの並列結合とそれぞれの前記光源とを含む複数のセンサー・チャネルを含んでおり、また各チャネルのＦＢＧの並列結合を選択的に照明するために前記光源を制御するように構成されたコントローラを更に含んでおり、前記基準検出器は各チャネルからの基準信号の強度を検出するように構成された共通の検出器であり、前記第１のエッジ・フィルタは各チャネルからの前記第１の信号をフィルタリングするように構成された共通のフィルタであり、前記第１の検出器は各チャネルからの前記フィルタリングされた第１の信号の強度を検出するように構成された共通の検出器であり、前記第２のエッジ・フィルタは各チャネルからの前記第２の信号をフィルタリングするように構成された共通のフィルタであり、前記第２の検出器は各チャネルからの前記フィルタリングされた第２の信号の強度を検出するように構成された共通の検出器であり、また前記プロセッサは各チャネルに関する前記第１、第２および基準の検出器からのそれぞれの信号を処理するように構成された共通のプロセッサであることを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか一項に記載のセンサーシステム。
【請求項２１】
４本のセンサー・チャネルを含むことを特徴とする、請求項１６または請求項２０に記載のセンサーシステム。
【請求項２２】
前記第１のＦＢＧはひずみが監視されるべき対象物、物体または構造物に機械的に連結するようになっており、前記第２のＦＢＧは監視されるべきひずみからそれが切り離されるような仕方で前記第１のＦＢＧと同じ熱的環境の場所にあり、前記プロセッサは前記第１、第２および基準の検出器からの前記信号から前記第１のＦＢＧによって経験されたひずみの温度補償された値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載のセンサーシステムを含むひずみ測定装置。
【請求項２３】
前記第１のＦＢＧは監視されるべき対象物、物体または構造物のひずみが前記第１のＦＢＧに伝達されるように前記対象物、物体または構造物に機械的に連結されており、前記第２のＦＢＧは前記第１のＦＢＧと実質的に同じ熱的環境に配置され、更に前記ひずみから切り離されるように配置されていることを特徴とする、前記監視されるべき対象物、物体または構造物と組み合わされる、請求項２２に記載のひずみ測定装置。
【請求項２４】
前記装置は前記プロセッサと一つ以上の光源とを含むオプトエレクトロニクス装置と、前記オプトエレクトロニクス装置に電力供給するためのソーラーパネル（太陽電池板）および／またはバッテリー（蓄電池）とを備えていることを特徴とする、橋梁、ダム、および建物の比較的近づきがたい部分というような離れた場所での使用のための、請求項２２に記載のひずみ測定装置。
【請求項２５】
測定されたひずみ値を遠隔地に伝達するためのＧＳＭモデムを更に含むことを特徴とする、請求項２４に記載のひずみ測定装置。
【請求項２６】
請求項１から２１のいずれか一項に記載のセンサーシステムを整えるステップと、
測定すべきパラメータを感知するように第１のＦＢＧを配置するステップと、
第２のＦＢＧが前記パラメータを実質的に感知しないような仕方で前記第１のＦＢＧと実質的に同じ熱的環境に前記第２のＦＢＧを配置するステップと、
前記第１、第２および基準の検出器からの信号から前記パラメータの温度補償された値を決定するステップと、を含むことを特徴とする測定方法。
【請求項２７】
前記第１のＦＢＧを配置するステップは、ひずみを感知すべき対象物、物体または構造物に前記第１のＦＢＧを機械的に連結するステップを含むことを特徴とする、請求項２６に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーとしてファイバー・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）を使用し、これらのＦＢＧに応答要求するためにエッジ・フィルタ手法を利用するセンサーシステムと方法とに関する。限定的ではないが特に本発明は、ひずみの温度補償済み測定値を与えるマルチチャネル・センサーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバー・ブラッグ・グレーティング（インファイバー・ブラッグ・グレーティングとしても知られる）は、種々のパラメータを検出／測定するためのセンサーとして使用されることでよく知られている。たとえばＦＢＧをひずみセンサーとして使用することが知られている。もしひずみが監視されるべきパネルに連結されれば、ＦＢＧに伝達されたひずみは、その周期と平均屈折率とを変化させてその反射スペクトルの変化をもたらす。これは、そのパネルが受けたひずみを表すものとして検出でき、使用できる。
【０００３】
Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）８（１９９７）３５５−３７５のＹ−Ｊ  Ｒａｏによる評論記事「Ｉｎ−ｆｉｂｒｅ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｓｅｎｓｏｒｓ（インファイバー・ブラッグ・グレーティング・センサー）」は、ＦＢＧの構造と製造、ＦＢＧの特性、および種々の手法を使用してＦＢＧセンサーが応答要求（質問）される多数のセンサーシステムを説明している。
【０００４】
Ｒａｏは、エッジ・フィルタ手法を使用して単一のＦＢＧの応答要求に基づくセンサーシステムを開示している。Ｒａｏによって開示されたシステムのブロック図を図１に示す。光源の強度変動とファイバー・リンクとの影響を除去するために、信号強度ＩＦと基準強度ＩＲとの比率が使用され、これは
ＩＦ／ＩＲ＝Ａ（λＢ−λＯ＋Δλ／√π）
によって与えられる。
【０００５】
ここでＡとλＯはエッジ・フィルタのグラディエント（勾配）と初期値であり、λＢとΔλはそれぞれＦＢＧのブラッグ波長とライン幅である。ＦＢＧの応答要求のエッジ・フィルタ方法の原理は、図２に示されている。この方法は、エッジ・フィルタの波長偏移と出力強度変化との間にほぼ直線的な関係を有するエッジ・フィルタの使用に基づいている。この強度変化を測定することによって、測定量によって誘発された波長偏移が得られる。この測定範囲は検出解像度に逆比例する。
【０００６】
Ｒａｏによって開示されたシステムは、低コスト、高速レスポンス、使い易さといった幾つかの利点と受動的光ファイバー・センサー要素（ＦＢＧ）を使用することの他の通常の利点のすべてを持っている。しかしながらＲａｏによって開示されたセンサーシステムに関連する問題は、このシステムがただ一つのセンサー要素しか持っていないのでただ一つの測定しかできない（すなわち単一の量あるいはパラメータしか測定できない）ということである。
【０００７】
更に、もしセンサーが温度以外の量を測定するために使用されれば、センサーは温度変動によって影響されるであろう。例えばもしセンサーがひずみ測定のために使用されれば、ひずみはＦＢＧ周期と平均屈折率とを変化させるが、温度変動もまた重要な影響を持つであろう。ＦＢＧの熱膨張・収縮はそのピッチを変化させ、その反射特性は熱光学効果の結果としてその有効屈折率の変化によって影響されるであろう。したがってＲａｏによって開示されたシステムは、温度補償されたひずみ測定値を与えることができない。
【０００８】
更なる欠点は、単一のグレーティングの特性を測定するために二つの検出器が必要とされることである。マルチチャネル測定システムではＲａｏのセンサーシステムの使用は、多数のセンサーとエッジ・フィルタ（これらは高価である）の使用を必要とし、したがって装置のコストと複雑さとを増加させる。
【０００９】
Ｒａｏの論文は、応答要求方式に基づいて、エッジ・フィルタ内のＦＢＧセンサーの多重化に取り組む必要があることに言及している（第４．２．２節）。しかしながらこの論文は、これがどのようにして達成できるかについての更なる情報を含んでおらず、またエッジ・フィルタ方法は波長分割多重化との互換性が低いと言っている（３７２ページの表７）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、エッジ・フィルタ手法によって応答要求される二つのＦＢＧセンサー要素を組み込んで（したがって二つの測定値を得ることができる）比較的簡単でコスト効果の高いセンサーシステムとそれに対応する方法とを提供することである。
【００１１】
本発明の実施例の目的は、エッジ・フィルタ手法を使用して応答要求される二つのファイバー・ブラッグ・グレーティングを使用して、ひずみの温度補償された測定値を得ることのできる比較的簡単でコスト効果の高いセンサーシステムを提供することである。
【００１２】
更なる実施例の目的は、エッジ・フィルタ手法によって応答要求される二つ多重化されたＦＢＧを使用してひずみの温度補償された測定値のためのシステムを提供することである。なお更なる実施例の目的は、各々のチャネルがひずみの温度補償された測定値を与える、ＦＢＧのエッジ・フィルタ応答要求に基づくマルチチャネル・センサーシステム（および対応する方法）を提供することである。
【発明を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、請求項１に記載のセンサーシステムが提供される。
【００１４】
このシステムは、単一のセンサーのために二つの検出器を必要とするＲａｏのシステムと比較して、単に３個の検出器を使用して二つのセンサーが応答要求されるということを含む多数の利点を提供する。これは、基準検出器が二つのＦＢＧからの結合された基準信号を検出するように構成されるので達成される。
【００１５】
幾つかの構成では第１の測定信号と第１の基準信号は、第１のＦＢＧから出力された全部の光信号ではないことが認められるであろう。第１の測定信号は単に、第１のエッジ・フィルタに到着する出力のその部分である。同様に第１の基準信号は単に、基準検出器に到着する出力のその部分である。ある幾つかの好適な実施例ではこれらの信号は、結合器とおそらくはデマルチプレクサ装置とを経由してフィルタと検出器とに到達するであろう。したがって第１の測定信号と第１の基準信号は、第１のＦＢＧから出力された全部の光信号の単なるマイナーな部分であるに過ぎない可能性がある。第２の測定信号と基準信号についても等しく同じことが言える。
【００１６】
好適には第１、第２のＦＢＧは異なるブラッグ波長を有し、システムは第１、第２の測定信号を同時に搬送する（すなわちこれらの信号が多重化される）ように構成された、ある長さの光ファイバーと、第１、第２の測定信号を分離し、それらをそれぞれ第１、第２のエッジ・フィルタに向かわせるように構成された前記長さの光ファイバーに接続されたデマルチプレクサとを更に含むことができる。
【００１７】
第１、第２のＦＢＧは直列に配置され得るが、この場合第１、第２の測定信号は当然多重化されるであろう。代替としてＦＢＧは、並列に配置することもでき、それぞれの測定信号を単一のファイバー上に多重化するために一つの結合器が使用できる。
【００１８】
第１、第２の測定信号は、第１、第２のＦＢＧによって反射された信号で良い。代替としてこれらの信号は、透過した信号でもよい。各々のＦＢＧからの透過信号は、典型的にはノッチ（グレーティングによって反射された入射光の部分に対応する）を含むであろう。もしこのノッチがエッジ・フィルタの直線部分の帯域幅と比較して狭ければ、ノッチは波長が偏移する（例えばグレーティングに加えられたひずみの結果として）のでフィルタリングされた信号を検出する検出器は、あまり大きな強度変化を見ない可能性がある。しかしながら、もしノッチ幅がエッジ・フィルタの直線部分の帯域幅の実質的な部分をなすようにグレーティングとエッジ・フィルタとが配置されれば、検出される強度に容易に感知し得る変化が達成でき、したがってこれらの透過信号はグレーティングの反射スペクトルの変化を追跡するために十分に使用可能である。
【００１９】
好適には本センサーシステムは、複数の測定チャネルを備えることができる。各チャネルは、それぞれ１対のグレーティングとそれぞれ一つの光源とを有する。第１、第２のエッジ・フィルタは、これらのチャネルのすべてから第１、第２の測定信号をフィルタリングする共通のエッジ・フィルタとして使用される。同様に基準検出器は、各チャネルから結合された基準信号を受信する共通の基準検出器として使用される。本システムは、如何なる所望の順序にでも光源を動作させるように構成されたコントローラを更に含んでいる。したがって各チャネルのセンサーは「ポーリングされる」ことができ、すべてのグレーティングの特性を測定するために、同じ３個の検出器が使用される。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、第１の公称ブラッグ波長を有する第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングと、前記第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングと直列に配置され、第２の公称ブラッグ波長を有する第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングと、反射用の第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの直列結合に光を供給するように構成された光源と、第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの直列結合によって反射された光の第１の部分を含む基準信号の強度を検出するように構成された基準検出器と、第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの直列結合によって反射された光の第２の部分を受け取るように、また前記第２の部分を、前記第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングによって反射された光を含む第１の信号と前記第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングによって反射された光を含む第２の信号とに分割するように構成されたデマルチプレクサと、前記第１の信号をフィルタリングするように構成された第１のエッジ・フィルタと、前記フィルタリングされた第１の信号の強度を検出するように構成された第１の検出器と、前記第２の信号をフィルタリングするように構成された第２のエッジ・フィルタと、前記フィルタリングされた第２の信号の強度を検出するように構成された第２の検出器と、前記第１、第２および基準の検出器からの信号を処理するように構成されたプロセッサと、からなることを特徴とするセンサーシステムが提供される。
【００２１】
このシステムは、単一のセンサーのために二つの検出器を必要とするＲａｏのシステムと比較して、単に３個の検出器を使用して二つのセンサー（ＦＢＧ）が応答要求されるということを含む多数の利点を提供する。
【００２２】
更にこれら二つのＦＢＧセンサーは、単一の「チャネル」上で多重化される。これらのＦＢＧは実際には、同じ光ファイバーの順次に連続している部分上で形成され／書き込まれることができる。この構成は多重化に関連する通常の利点を与える。また異なるブラッグ波長を有する二つのＦＢＧを使用することによって、直列結合からの反射信号を多重分離（デマルチプレックス）する処理は、単純になる。波長にしたがって二つの信号を分離することを必要とするだけの比較的安価で単純なデマルチプレクサが使用できる。
【００２３】
好適にはプロセッサは、フィルタリングされた第１、第２の信号の強度と、基準信号の強度とのそれぞれの比率を決定するように構成できる。
【００２４】
したがってこれらの強度比を決定することによってプロセッサは、光源出力パワーの如何なる変動も、また光源をグレーティングに、またグレーティングを検出器とフィルタとに接続する光ファイバー伝送経路に関連する損失の変動も補償することができる。
【００２５】
好適には光源は、互いに直列に接続された第１、第２の結合器によって第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの直列結合に連結されており、前記第２の結合器はファイバー・ブラッグ・グレーディングに近接しており、デマルチプレクサはこの第２の結合器に連結されており、及び基準検出器が第１の結合器に連結されていて、前記第２の部分が第２の結合器経由でデマルチプレクサによって受け取られ、基準信号が第２の結合器を経由してそれから第１の結合器を経由して基準検出器に到達するようにされている。
【００２６】
この構成は、基準検出器と各エッジ・フィルタとに到達する信号の強度／パワーがほぼ一致するという利点を与える。基準検出器に到達するパワーは、初めに第２の結合器によって分割され、次に第１の結合器によって分割されるグレーティングの直列結合からの反射信号の全パワーに対応する。各エッジ・フィルタに到達するパワーは、初めに第２の結合器によって分割され、次にデマルチプレクサによって分割される全部の反射信号パワーに対応する。
【００２７】
この好適な構成では第１、第２の結合器はまた、光を光源からグレーティングの直列結合に経路指定するためにも使用される。
【００２８】
代替の実施例では、光源からグレーティングへの光とグレーティングから検出器への反射信号は、別々に経路指定できる。
【００２９】
光源と反射信号とを経路指定するために同じ二つの結合器を使用することは、システム構成要素の削減という利点をもたらす。
【００３０】
好適には本センサーシステムは、ＦＢＧによって検出器に送り返される光の反射を抑制するためにＦＢＧの後に例えば直列に配置される反射抑制終端を更に含む。
【００３１】
好適にはデマルチプレクサは、第１、第２のＦＢＧの一方によって反射された光を反射し、他方のＦＢＧによって反射された光を透過させるように構成されたフィルタを含む。これは、二つのグレーティングからの信号を分割する簡単で便利な方法を提供する。
【００３２】
好都合にもデマルチプレックサは、ＧＲＩＮ（勾配屈折率）レンズであってよい。
【００３３】
好適には本センサーシステムは、各センサー・チャネルがそれぞれ第１、第２のＦＢＧの直列結合と、それぞれの光源と、それぞれのマルチプレクサとを含む複数のセンサー・チャネルを有する。本システムは、異なるチャネルのＦＢＧの直列結合を選択的に照明するために光源を制御するように構成されたコントローラを更に含む。これらの構成において、基準検出器とエッジ・フィルタと第１、第２の検出器は、すべてのチャネルからの適当な反射信号を受信する共通の要素として構成される。光源を制御して何時でも一つだけが「オン」になっていることを保証することによって、共通のフィルタと検出器が各チャネルのＦＢＧセンサーを独立的に応答要求するために使用できる。
【００３４】
このようなシステムは、マルチチャネル・システムに関連する通常の利点のすべてを提供する。例えばこれらのシステムは、多数の量／パラメータを測定でき、またある幾つかのシステム・コンポーネントが故障したときに有用な測定値の供給を続行し得る測定システムにある程度の冗長性を与える。
【００３５】
また本システムはマルチチャネル・システムであるが、単に３個の検出器と２個のエッジ・フィルタが必要とされるだけである。これは、特に各ＦＢＧに２個の検出器と１個のエッジ・フィルタとを必要とする従来技術のシステムと比較したとき、極めて大幅にシステム構成要素を削減したことを表している。
【００３６】
１センサー・チャネルごとに一つの別個の光源を使用することは、これらのセンサー・チャネルの逐次的な「ポーリング」を可能にすることに加えて、もし一つの光源が故障しても他のチャネルは測定目的のために続けて使用できるという更なる利点をもたらす。更に、低電力光源が使用でき、如何なる所定時間にもこれらの光源のうちの一つだけを動作させることによって、システムの全消費電力を低く抑えることができる。
【００３７】
本発明の第３の態様によれば、第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングと、第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングと並列に配置された第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングと、反射用の第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの並列結合に光を供給するように構成された光源と、第１、第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングの並列結合によって反射された光の少なくとも一部を含む基準信号の強度を検出するように構成された基準検出器と、前記第１のファイバー・ブラッグ・グレーティングを透過した光を含む第１の信号をフィルタリングするように構成された第１のエッジ・フィルタと、前記フィルタリングされた第１の信号の強度を検出するように構成された第１の検出器と、前記第２のファイバー・ブラッグ・グレーティングを透過した光を含む第２の信号をフィルタリングするように構成された第２のエッジ・フィルタと、前記フィルタリングされた第２の信号の強度を検出するように構成された第２の検出器と、前記第１、第２および基準の検出器からの信号を処理するように構成されたプロセッサと、からなることを特徴とするセンサーシステムが提供される。これら二つのＦＢＧは、異なる、あるいは同じブラッグ波長を持つことができる。
【００３８】
本発明の第１、第２の態様によると同様に、この第３の態様は、単に３個の検出器と２個のエッジ・フィルタとを使用して二つのＦＢＧセンサー要素が応答要求されるという利点を提供する。この第３の態様は、デマルチプレックスが不要になるという更なる利点をもたらす。
【００３９】
再び本プロセッサは、フィルタリングされた第１、第２の信号の強度と、基準信号の強度とのそれぞれの比率を決定するように構成され得る。本発明の第１、第２の態様の両者においてプロセッサは、検出器から受け取った信号に関連する多数の動作を実行するように構成され得る。これらの動作は、下記の：平均すること、比率を決定すること、参照表（ルックアップテーブル）と比較すること（ＬＵＴ操作）、較正係数を乗算することといった操作のうちの一つ以上を含むことができる。これらの動作は必要に応じて組み合わせることができる。
【００４０】
好適には光源と基準検出器は、単一の共通の結合器によって第１、第２のＦＢＧに連結される。これは、システム構成要素を削減し、基準検出器に返される反射信号の強度を最大にする。
【００４１】
好適には第１、第２のＦＢＧから透過信号は、それぞれ別の光ファイバーによって第１、第２のエッジ・フィルタに搬送される。
【００４２】
第１、第２の態様によると同様に、本発明の第３の態様によるセンサーシステムは、各センサー・チャネルがそれぞれの光源と第１、第２のＦＢＧのそれぞれの並列結合とを含むマルチチャネル・センサーシステムに使用できる。これらの光源に選択的に電力供給するようにコントローラが配置され、これらのチャネルすべてから反射信号と透過信号とを受け取るために共通のエッジ・フィルタと検出器が使用できる。再度言うが、このようなマルチチャネル・システムは、単に３個の検出器と２個のエッジ・フィルタしか必要とせずにセンサーのアレイを使用して多数の測定が可能であるという利点をもたらす。
【００４３】
本発明の更なる態様は、第１、第２、第３の態様によるセンサーシステムを含むひずみ測定装置を提供する。このひずみ測定装置では、第１のＦＢＧは外部ひずみと温度変動の両者によって影響されるように構成され、第２のＦＢＧは実質的に同じ温度変動を受けるように構成されるが外部ひずみからは切り離されている。プロセッサは、第１のＦＢＧによって経験されたひずみの温度補償された値を決定するために、３個の検出器からの信号を使用するように構成される。強度比率を好適に使用することによってこの測定は、電源変動と信号搬送ファイバー内の損失に関しても補償され得る。
【００４４】
本発明の種々の態様のファイバー・ブラッグ・グレーティングは、一つの物体または構造物に埋め込み／組み込み可能である。このような物体／構造物は、スマート（知的）構造体として知られる。第２のＦＢＧは、周囲の材料の如何なるひずみからも切り離されるように構造体内部のポケットまたはスリーブ内に配置できる。センサーは表面に搭載することも可能である。
【００４５】
本発明の態様によるひずみ測定装置の好適な実施例は、プロセッサと一つ以上の光源とを含むオプトエレクトロニクス装置と、このオプトエレクトロニクス装置に電力供給するためのソーラーパネルおよび／またはバッテリーとを備えている。この実施例は、離れた場所での使用に適応している。好適にはこれは、順次に応答要求されるチャネルを有するマルチチャネル・センサーシステムを含んでいる。これは、装置の全消費電力をソーラーパネルによって満たし得るレベルにまで削減する。このような実施例は、電力源が利用できない、あるいは禁止されている場所で使用できるという点で特に有利である。
【００４６】
好適にはこのひずみ測定装置は、測定されたひずみ値を遠隔地に伝達するためにＧＳＭモデムを更に含んでいる。代替の実施形態では他のタイプの通信方法が使用できることは無論である。
【００４７】
本発明の更なる態様によれば、本発明の第１、第２、第３の態様によるセンサーシステムを整えるステップと、測定すべきパラメータ（例えばひずみ）を感知する第１のＦＢＧを配置するステップと、この第１のＦＢＧと実質的に同じ熱的環境に、第２のＦＢＧがこのパラメータを実質的に感知しないような仕方で第２のＦＢＧを配置するステップと、検出器からの信号からパラメータの温度補償された値を決定するステップとを含む測定方法が提供される。
【００４８】
「第２のＦＢＧを第１のＦＢＧと実質的に同じ熱的環境に配置する」という語句は、第２のＦＢＧが第１のＦＢＧと実質的に同じ温度変動を経験するように第１のＦＢＧに関して第２のＦＢＧが配置されることを意味すると解釈されるべきである。多くの場合にこれは単に、第２のＦＢＧを第１のＦＢＧにできるだけ近づけて位置決めすることを含むであろう。
【００４９】
本発明の実施例を下記の付属図面を参照しながら説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
図３を参照すると、これは本発明を具体化した単一チャネル・センサーシステムを示している。この図は、テスト中のパネルＰを示しており、これに第１のＦＢＧ１が接合されている。第２のＦＢＧ２は、第１のグレーティングにごく近接してこれと光学的に直列に配置されている。これら二つのファイバー・ブラッグ・グレーティングは、この例ではそれぞれ１５３０ｎｍと１５７０ｎｍという異なる公称ブラッグ波長を持っている。このようにして第２のＦＢＧは、第１のＦＢＧと実質的に同じ温度と熱的変動を経験する。しかしながら第２のＦＢＧは、第１のＦＢＧと同じ方法ではパネルＰに接合されていない。つまり、パネルＰのひずみがこれに伝達されないように、すなわちＦＢＧ２のピッチがパネルＰのひずみから切り離されるように配置される。
【００５１】
第１、第２のＦＢＧの直列結合は、第１の双方向光ファイバー結合器Ｃ１と第２の双方向光ファイバー結合器Ｃ２とを介して光源３によって照明される。光源３は、その出力スペクトルがグレーティング１、２の両者の反射スペクトルを包含するように選択される。この例ではこれら二つのＦＢＧは、無反射のファイバー端部ｔによって終端された同じ光ファイバーの部分に形成される。これら二つのグレーティング１、２は、それぞれのブラッグ波長で到来する光を反射し、またこの反射された信号の第１の部分Ｐ１は第１、第２の結合器Ｃ１、Ｃ２によって基準検出器４に経路指定される。この第１の部分は、基準信号Ｓ３を形成する。基準検出器４は、基準信号の強度を表す信号を生成し、これをプロセッサ１０に伝達する。
【００５２】
グレーティングからの合計反射光の第２の部分Ｐ２は、第２の結合器Ｃ２及びある長さのファイバーＦとによってデマルチプレクサ５に経路指定される。デマルチプレクサ５は、この到来する信号を、第１のグレーティングによって反射された光を含む第１の信号Ｓ１と、第２のＦＢＧ２によって反射された光を含む第２の信号Ｓ２とに分割する。デマルチプレクサは、これを第２のグレーティング２の反射スペクトルに対応する波長を透過させるフィルタ要素５１を使用することによってこれを達成し、第１のグレーティング１の反射スペクトルに対応する波長を反射する。それから第１の信号Ｓ１は、第１の検出器７をカバーする第１のエッジ・フィルタ６に経路指定される。このようにして第１の検出器７は、まさに第１のグレーティング１によって反射された光に対応するエッジ・フィルタリングされた信号を受け取る。第２の信号Ｓ２は、第２の検出器９をカバーする第２のエッジ・フィルタ８に経路指定される。同様に第２の検出器９は、第２のグレーティング２によって反射された、エッジ・フィルタリングされた信号を受け取る。第１、第２の検出器からの出力は、プロセッサ１０に送られる。これらの出力は、第１、第２の検出器によって受け取られたフィルタリング済み信号の強度を表す。プロセッサは、第１の検出器からの信号強度対基準検出器からの信号強度の比率を計算する。プロセッサはまた、第２の検出器からの信号の強度と基準検出器からの信号の強度との比率を計算する。
【００５３】
グレーティングの直列結合からの合計反射信号は、第１、第２の信号Ｓ１、Ｓ２を形成する際に初めに結合器Ｃ２によって、次にデマルチプレクサ５によって分割される。更に合計反射信号は、初めに結合器Ｃ２によって、次に結合器Ｃ１によって分割されて基準信号Ｓ３を生成する。これらの結合器とデマルチプレクサとの適当な配置によって第１、第２の信号と基準信号は、このようにして同様な強度を持つことができ、これが後続の操作と処理とを容易にする。
【００５４】
プロセッサは、既知の手法を使用して、第１のグレーティングが受けたひずみの温度補償された値を決定するために計算された比率を使用する。こうして本システムは、単に３個の検出器４、７、９を使用するだけで、パネルＰのひずみの温度補償された測定値を与えることができる。この例ではデマルチプレクサの設計は、ＧＲＩＮレンズと干渉フィルタとに基づいているが、他の解法も可能である。同じファイバー上での二つのグレーティングの多重化は、単に比較的簡単なデマルチプレクサ装置（多重分離装置）を必要とするだけでこれらの温度補償されたひずみ測定が行われることを可能にする。したがって本システムは、少ないコンポーネントを有する、温度補償されたひずみ測定のための便利な装置となっている。
【００５５】
さて図４に移れば、これは監視すべき物体Ｂと組み合わせて本発明を具体化する測定装置を示す。本装置は、物体Ｂに埋め込まれた第１のファイバー・ブラッグ・グレーティング１と、第１のグレーティングの熱的近傍ではあるがポケット２１の内部に配置された第２のファイバー・ブラッグ・グレーティング２とを含んでいる。このポケットは、物体Ｂの受けるひずみが第２のＦＢＧに伝達されないように、すなわち物体Ｂのひずみが第２のＦＢＧピッチに影響しないように、適当な性質を有する材料で満たされている。この例ではこれら二つのファイバー・ブラッグ・グレーティングは、公称値的に同じブラッグ波長を持っているが、代替の実施例では波長が異なることもあり得る。これら二つのＦＢＧ１、２は、光学的並列に配置され、ＳＬＥＤの形式の共通の光源３によって照明される。光源からの光は、５０：５０結合器（３ｄＢあるいはハーフ・パワー結合器としても知られている）である第１、第２の結合器Ｃ１、Ｃ２を経由してグレーティングの並列結合に搬送される。第１、第２のグレーティング上の結合された反射光の一部分Ｐ１は、第２の結合器、次に第１の結合器を経由して基準検出器４に経路指定される。基準検出器４は、ＰＩＮダイオードである。
【００５６】
第１のＦＢＧ１を透過した光信号は、ある長さの単一モード光ファイバーＦ１によって第１のエッジ・フィルタ６に搬送される。同様に第２のＦＢＧを透過した信号は、別の長さのファイバーＦ２を経由して第２のエッジ・フィルタ８に伝送される。第１、第２のエッジ・フィルタは、それぞれ第１、第２のＰＩＮダイオード７、９をカバーするように配置されている。このようにして第１、第２のＰＩＮダイオード７、９は、二つのグレーティングから伝送されたフィルタリング済みの信号の強度を検出するために使用され、基準ＰＩＮダイオード４は、結合された反射信号の強度を検出する。
【００５７】
光源３と第１、第２のＰＩＮダイオードおよび基準ＰＩＮダイオードは、ＬＣＩと熱電気冷却器（ＴＥＣ）とを組み込んだ制御ユニット１２内に入れられている。ＴＥＣは、オプトエレクトロニクス雑音を減らして光源（ＳＬＥＤ）の周波数帯域を安定化するために、検出器と光源とを一定の動作温度に維持する。
【００５８】
制御ユニット１２はまた、検出されたフィルタリング済み強度を、検出された基準強度と比較するための適当な回路を含んでいる。この制御ユニットは、第１のＦＢＧによって経験されたひずみの温度補償された測定値を与えるためにこれらの比率を処理する。
【００５９】
ディジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット／回路は、ＬＣＩ／ＴＥＣユニット上ではなく、その外部に配置／搭載される。またコントローラ内のＤＳＰはまた、平均化（信号対雑音比を改善するための）、Ｌｏｏｋ−Ｕｐ−ＴａｂｌｅまたはＬＵＴ（参照表）操作（非線形のセンサー応答を補償するための）、較正係数を使用してのデータの実際の工学単位への変換（１センサーごとの）、およびＲＳ−３２３インタフェースを介してミニＰＣに送られる順次出力へのディジタル信号の変換といった他の重要な信号の調整処理を実行できる。各センサー／チャネルに関する較正係数とＬＵＴ（使用される場合）は、取得が開始される前に（ＰＣから）シリアルポートを介してコントローラにアップロードできる。コントローラはまた、光源を自動的に変調する（切り替える）。
【００６０】
この例ではプロセッサは、３個の検出器からの信号を下記の仕方で処理する。第一にプロセッサは、ランダム雑音を除去するために各検出器からの信号を平均する。それからプロセッサは、それらの平均した信号を使用して、第１の検出器からの信号と基準検出器からの信号との比率を決定する。次にプロセッサは、第２の検出器信号に関しても同じことをする。それからこれらの比率は、結果を線形化するためにＬＵＴデータと比較される。最後にこれら線形化された値は、ユーザへの出力／表示のための値（例えばひずみ）に変換するために較正係数を乗算される。
【００６１】
図５は、本発明を具体化したマルチチャネル・センサーシステムを示す。このシステムは、４本のセンサー・チャネルａ、ｂ、ｃ、ｄを含む。各センサー・チャネルは、異なるブラッグ波長（すなわち、それぞれの単一チャネル上で多重化される波長）を有する二つのファイバー・ブラッグ・グレーティング１、２を含んでいる。各チャネルのＦＢＧセンサーは、それぞれの光源３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって照明される。それぞれの第２の結合器Ｃ２ａからｄは、各チャネルからの合計反射信号の一部分をそれぞれのデマルチプレクサ５ａからｄに向かわせる。各チャネルからの合計反射信号の他の一部分は、それぞれの第２の結合器とそれぞれの第１の結合器Ｃ１とを介して共通の基準検出器４に向けられる。各デマルチプレクサ装置５ａからｄは、到来する信号をそれぞれ第１、第２のＦＢＧによって反射された波長を含む第１、第２の信号に分割する。４個のデマルチプレクサ装置すべてから（すなわち、これらのセンサー・チャネルすべてから）の第１の信号Ｓ１は、共通のエッジ・フィルタ６に送られる。このエッジ・フィルタは、到来する第１の信号をフィルタリングし、それからこれらの信号は第１の強度検出器７によって検出される。同様に４本のチャネルすべてからの第２の信号Ｓ２は、第２の共通の強度検出器９による検出の前に、共通の第２のエッジ・フィルタ８に送られる。コントローラ１１は、光源３ａからｄの動作を制御する。このコントローラは、如何なる所望の順序にでもこれらの光源を点灯できる。これらの光源の一つが点灯しているとき、検出器４、７、９は対応するチャネルのセンサーだけからの信号の強度を検出する。これらの検出器は、フィルタリング済みの第１、第２の信号の強度と基準信号Ｓ３の強度との比率をチャネルごとに計算するプロセッサ１０に接続されている。プロセッサ１０とコントローラ１１は、検出器と光源も含む制御ユニット１２の一部を形成している。
【００６２】
図６は、本発明の更なる実施例を示す。これは、各々のセンサー・チャネルが１対の公称値的に同じファイバー・ブラッグ・グレーティング１、２を含む２本のセンサー・チャネルを組み込んだセンサーシステムである。これら２本のチャネルのＦＢＧは、ひずみが監視される構造物Ｓの表面に取り付けられている。２本のチャネルのセンサーは、それぞれの光源３ａ、３ｂによって照明され、ＦＢＧを透過した信号は、それぞれの光ファイバーを介して、それぞれ第１、第２のエッジ・フィルタによってカバーされた第１、第２の強度検出器に伝送される。光源３ａ、３ｂからの光は、それぞれの５０：５０結合器Ｃａ、ＣｂによってＦＢＧに搬送される。同じ結合器は、結合された反射光信号の一部を各チャネルから共通の基準検出器４へ経路指定するために使用される。
【００６３】
図７に移ると、この図は、本発明の更なる実施例による光ファイバー・ブラッグ・センサーに基づく完全に統合された構造物監視システムの非常に模式的な図を示す。図７のシステムの更に詳細は、図８に示す。このシステムは、ブラッグ・グレーティング・センシングの原理に基づく光ファイバー・センサーのネットワークを持っている。この特定の例ではセンサーは、主として温度と変位またはひずみを感知するために使用されるが、他の実施例では他の物理パラメータが監視される可能性がある（例えば傾斜、湿度）。このシステムは、各ファイバー／チャネル上で直列の二つのブラッグ・センサー１、２を使用するという点で並列・多重化光方式の組合せになっている。これは、例えばひずみを測定するときの温度の影響の容易で効率的な補正を可能にする。
【００６４】
図７は、建物２３に搭載された構造物監視システムを示す。このシステムは、制御ボックス２４に接続されたソーラーパネル・ユニット２２（バッテリーと再充電回路とを含む）によって電力供給される。制御ボックス２４は、前述のような（ＤＳＰ処理ユニットとシリアルインタフェースなどを含む）復調ユニットとそれプラス、集積型（ＰＣカード・アクセサリー）ＧＳＭモデムと電話とを有するパームトップ／ミニＰＣ（例えばＣｏｍｐａｑ  ｉＰＡＱ）とからなる。他の実施例では制御ボックスは、多数の復調ユニットを含むこともある。この例では制御ボックス２４は、光ファイバー・センサーの別々のチャネルに光源を備え、これらから戻ってくる信号を受け取る。制御ボックス２４は、オンライン信号処理（例えば平均化およびＬＵＴ操作）のための集積型ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含んでいる。制御ボックス２４はまた、ディジタル出力１４のためのＲＳ−２３２シリアルインタフェースを含んでいる。
【００６５】
図示の実施例は、４本の独立した測定チャネル（各々がひずみの温度補償された測定値を与える）を含んでいるが、他の実施例では更に多くのチャネルを組み込むこともできることは無論である。
【００６６】
制御ボックス２４は、１チャネルごとに一つの独立した光源（例えばＳＬＥＤ）を含むオプトエレクトロニクス・ユニット１３を含む。この構成は、システムの信頼度を向上させる。このシステムの一つの実施形態は、１５５０ｎｍの波長で動作するので遠距離通信波長と互換性がある。代替のシステムは、ブラッグによるプラスチック光ファイバーを使用して７５０ｎｍから８５０ｎｍの波長範囲で動作する。制御ボックス２４は、基地局へのデータおよび／またはメッセージのＥメールを可能にするための集積されたＧＳＭモデム／電話を更に含んでいる。代替の実施例ではシステムは、ＧＳＭリンク（例えばトーンダイヤルの電話呼、ＳＭＳメッセージあるいは着信Ｅメール）を経由して到来するコマンドを可能にするように適応できる。ソーラーパネル２２は、遠隔地（例えば電力が利用できない場所、あるいは電力供給の設備が禁止されている場所）での設置を可能にする。この構造物監視システムは、文化遺産の場所の一部を形成する建物および構造物における変位およびひずみを監視するために特に有利である。このような場所では、電力供給源の使用は、これに関連する火災の危険のために禁止されていることが多い。
【００６７】
制御ボックス２４は、Ｗｉｎｄｏｗｓ−ＣＥオペレーティング・システムと注文開発のソフトウエア・パッケージとを実行するポケットＰＣ（すなわちパームトップ・コンピュータ）の形式の中央制御装置を含む。このソフトウエア・パッケージは、データ取得スケジュールと、データの処理と、データのロギングと、警報を発するために（例えば建物の構造部材にかなりの量の動きが検出された場合に）使用できるデータの基本的解釈とを制御し、またミニＰＣは、例えばソーラーパネル／太陽電池からバッテリーへの充電サイクルを調整することによって消費電力を最適化することもできる。
【００６８】
図５に示す実施例に戻れば、この実施例は１チャネルごとのそれぞれ別個のデマルチプレクサ（多重分離）装置５を示しているが、代替の実施例では、すべてのチャネルからの反射信号を受信するように構成された単一の共通デマルチプレクサが使用できる。
【００６９】
前述のマルチチャネル・センサーシステムでは、各測定に一つのチャネル（およびそれぞれの光源）が使用されるので、ある程度の冗長性が組み込まれることは明らかであろう。しかしながら各チャネル上での２×多重化は、温度補償された測定が行われるのを可能にする。この比較的簡単な２×多重化は、簡単なＷＤＭデマルチプレクサ装置の使用を可能にする。
【００７０】
二つのグレーティングが各チャネル上で直列多重化される実施例は、並列システム（冗長性）の利点と単一ファイバー上での多重化から得られる利点とを結び合わせる。これらの構成では、各チャネルは、別々の光源の適当な制御によって順次にアドレス指定できる。二つの波長を分離するために、簡単なＷＤＭ装置が使用できる。好適な実施例では二つのＦＢＧの波長は、非常に良く分離される例えば１５３５ｎｍと１５５０ｎｍであり得る。簡単なカットオフ・フィルタを使用してこれらの波長を分離し、一方を反射して他方を透過させることができる。
【００７１】
本発明の実施例での使用のためのエッジ・フィルタは、複数の誘電体層からなる注文製作の干渉フィルタであってよい。要求される特性（例えば要求される「傾斜」）を与えるよう、これらのフィルタを注文設計することが可能である。これらのエッジ・フィルタ・コンポーネントは一般にきわめて高価であり、したがって共通のエッジ・フィルタを使用するマルチチャネル・センサーシステムの形をとる本発明の実施例は特に有利である。注文製作の干渉フィルタは、ガラス基板上に形成でき、それから適当なセンサーに接合できる。
【００７２】
エッジ・フィルタの特性を選択する際に下記の要因が考慮される。一般にフィルタ特性の傾斜は、それが直線部分で動作するように十分に広くすべきである。しかしながら、より高解像度のためには、より大きな傾斜が望ましい。実際にはフィルタの選択された特性は、妥協に基づいている。
【００７３】
ＤＳＰを使用する本発明の実施例では、非線形の動作を補償するために、したがって測定値の正確な温度補償を行うために、ルックアップ・テーブル（参照表）が使用できる。
【００７４】
１チャネルごとの別個の低電力光源の順次制御と関連して幾つかの実施例でのパームトップ型のコントローラの使用は、システムの全電力要件がソーラーパネルあるいは太陽電池によって満たし得るようなレベルにまで削減されることを可能にしている。本発明の実施例がひずみの温度補償済み測定値を与えることができるということは、熱的変動が未補償測定値を１０％あるいは１５％ほども変化させ得るので、特に重要である。パームトップはまた、高次の可搬性をサポートし、ラップトップ・ソリューションよりはるかに安価である。
【００７５】
民間産業用の用途に関しては、測定システムの冗長性は重要な要件であって、このようなシステムは一般に並列チャネルを使用する。エッジ・フィルタ手法は、過去に多重化に適合しないという理由で批判されたことがある。本発明の実施例は、並列で多重化された手法と関連する利点を組み入れており、民間の要件に十分な冗長性を与えている。
【００７６】
ある特定の実施例は、構造部材のひずみと変位を監視するために大聖堂の屋根空間での使用に適応している。この場所には配線接続は存在せず、火災の危険のために電気の供給は禁止されている。したがって本システムは、バッテリーと共にソーラーパネルを用いて電力供給される。
【００７７】
この実施例では各ユニットの電力供給と電力消費とを管理するためにリレーが使用される。センサーに応答要求するためにスキャニング（走査）を組み入れているシステムは、非常に電力を消費するものであるが、本実施例は、光源が個別に動作できるので非常に削減された電力量しか要しない。オプトエレクトロニクス回路は測定が必要なときだけ電力供給され、その他の時には制御用マイクロプロセッサは、休眠モードになっている。測定が必要になるとリレーが開き、オプトエレクトロニクス・ユニットはバッテリーによって電力供給され、一旦必要なコンポーネントが安定な動作温度に到達すると、測定値が採取できる。パームトップ・コントローラは、一般に高度に知的な休眠モード特性を組み込んでいるような実施例での使用のために特に有利であることが分かった。
【００７８】
上述の大聖堂の屋根空間といった文化遺産の場所では本発明を具体化するシステムは、これらが光ファイバー・センシング手法に関連する通常の利点を与えるものであり、これらのシステムが最小限の侵害性しかなく、そのシステムの動作が火花を発しないものであり、それらのセンサーが耐食性であり（しばしば湿気のある状態で動作しなくてはならない）、そして中間増幅器が必要とされないという理由で特に有利である。
【００７９】
好都合にも本センサーシステムの制御ユニットは、センサーによって取得された温度補償済みのひずみの測定値を監視でき、また重要な事象を検出するためにエキスパート・システム型のアルゴリズムを使用できる。これらの事象の検出に応じてコントローラは、適当な方法で警報を発することができる。
【００８０】
本発明の実施例によって使用されたエッジ・フィルタ手法は、エッジ・フィルタからのフィルタリングされた信号の強度の対応する変化を見ることによってブラッグ・グレーティングの特性の波長偏移を検出する便利な方法を提供する。エッジ・フィルタ検出手法の使用と単一ファイバー上で多重化されたグレーティングからの信号の復調との組合せは、温度補償済みのひずみ測定システムを提供するという問題に人間工学的な単純化された解法を提供する。
【００８１】
図９を見ると、この図は、更なる実施例によるセンサーシステムを示す。このシステムは、図３に示すシステムに類似している。相違点は、第１、第２の測定信号Ｓ１、Ｓ２が第１、第２のＦＢＧ１、２の直列結合を透過した信号であるということである。これらの信号は、多重化されて単一ファイバーによって同時にデマルチプレクサ５に搬送される。このようにしてグレーティングの直列結合を透過した信号Ｔ１２は、デマルチプレクサ５に搬送され、そこで第１、第２の測定信号に分割される。これらの測定信号の各々は、それぞれの帯域幅を占め、それぞれのグレーティングの反射率特性に対応するノッチを含む。グレーティングとエッジ・フィルタ６、８は、ノッチ幅がエッジ・フィルタ応答の直線部分の帯域幅と比較して大きくなるように選択される。これは、グレーティングの反射（したがって透過）特性が温度あるいはひずみによって偏移するので、第１、第２の検出器７、９に到達する信号の強度が十分な量だけ変化することを保証する。
【００８２】
図３に示すシステムに対する更なる相違点は、本システムがただ一つの結合器Ｃ１を使用することである。この結合器は、光源からの光をグレーティングに搬送するためと、第１、第２のグレーティングからの反射基準信号を組み合わせて基準検出器４に経路指定するためにも使用される。
【００８３】
図１０は、図４に示すものと類似する代替の実施例を示す。この実施例では二つのグレーティングからの透過信号を使用するよりもむしろ、これら個別の反射信号が、別々の結合器Ｃ２、Ｃ３によってそれぞれ第１、第２のエッジ・フィルタに別々に経路指定される。これら同じ二つの結合器は、各グレーティングからの合計反射信号の一部を更なる結合器Ｃ１に経路指定するために使用される。続いて結合器Ｃ１が合計反射信号の一部を基準検出器４に経路指定する。光は、第１、第２、第３の結合器によって両グレーティングに供給される。この構成は他の幾つかの構成よりも多くの結合器を使用するが、好都合にもこれはデマルチプレクサを必要としない。これらの結合器は、各エッジ・フィルタがこれらのグレーティングのうちの一つだけからの測定信号を見るように、また基準検出器が結合反射強度を表す信号を受信するように配置される。
【００８４】
さて図１１に移ると、この図は本発明の更なる実施例を非常に模式的な形で示す。この実施例では並列に配置された二つのグレーティングに光を供給するために、また各グレーティングからの反射された基準信号を共通の検出器４に経路指定するために単一の結合器Ｃ１が使用される。この例では第１、第２の測定信号は第１、第２のグレーティングを透過した信号である。これらの信号は、第２の結合器Ｃ２によって単一のファイバー上に結合される。このファイバーは、結合された透過信号Ｔ１２をデマルチプレクサ５に搬送する。デマルチプレクサ５は、この結合された透過信号を二つのグレーティングからの第１、第２の測定信号に分割する。
【００８５】
図１２は、二つのグレーティング１、２が並列に配置され、多重化された反射信号から第１、第２の測定信号がデマルチプレクサ５によって導出される更なる実施例を示す。
【００８６】
図１３は、直列の第１、第２のグレーティングを透過した光の一部を含む結合された基準信号を基準検出器４が検出する更なる実施例を示す。この例では第１、第２の測定信号Ｓ１、Ｓ２はまた、ある長さの単一ファイバーによって多重化方式でデマルチプレクサ５に搬送された、二つのグレーティングからの透過信号である。好都合にも透過信号を測定信号と基準信号の両者として使用することにより、第１、第２および基準の検出器によって検出された強度はほぼ一致する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】従来技術によるセンサーシステムの模式図。
【図２】ＦＢＧに応答要求するためのエッジ・フィルタ手法の原理を示す図。
【図３】本発明の第１の実施例によるセンサーシステムの模式図。
【図４】第２の実施例によるセンサーシステムの模式図。
【図５】本発明を具体化するマルチチャネル・センサーシステムの模式図。
【図６】本発明を具体化する更なるマルチチャネル・センサーシステムの模式図。
【図７】本発明を具体化する完全に統合された構造物監視システムの模式図。
【図８】図７に示す監視システムの構成要素の模式図。
【図９】更なる実施例の模式図。
【図１０】更なる実施例の模式図。
【図１１】更なる実施例の模式図。
【図１２】更なる実施例の模式図。
【図１３】更なる実施例の模式図。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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