(57)【要約】本発明は、長尺プレートを含む型と、長尺プレートの少なくとも一方の面上で巻回される光ファイバとを備える交通監視用光ファイバセンサを提供する。長尺プレートは、少なくとも一方の面に対して垂直な方向で柔軟性を有し、これにより、光ファイバセンサによって伝えられる光信号の少なくとも１つの所定の特性の変化が生じるように、光ファイバセンサ上で交通の通行が行なわれる。その結果、センサは、路面内に容易に配置できる狭い幅と、道路の表面に適合できる高い柔軟性と、良好な交差軸感度拒絶とを有する。
2004527030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺プレートを含む型と、
前記長尺プレートの少なくとも一方の面上で巻回される光ファイバとを備える交通監視用光ファイバセンサであって、
前記長尺プレートは、前記少なくとも一方の面に対して垂直な方向で柔軟性を有し、これにより、光ファイバセンサによって伝えられる光信号の少なくとも１つの所定の特性の変化が生じるように、光ファイバセンサ上で交通の通行が行なわれる交通監視用光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記長尺プレートには、前記少なくとも一方の面から突出し且つ長軸に沿って互いに離間する一対の湾曲部材が設けられ、これらの湾曲部材間で前記光ファイバが長手方向に巻回される、請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記各湾曲部材は、前記長尺プレートの前記少なくとも一方の面に対して垂直な軸を中心に回転可能である、請求項２に記載の光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記各湾曲部材がスピンドルを備えている、請求項２または３に記載の光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記スピンドルが固定され、前記湾曲部材は、スピンドルに回転可能に装着されるホイールを備えている、請求項４に記載の光ファイバセンサ。
【請求項６】
前記一対の湾曲部材は、前記長尺プレートの両端に向かって配置されている、請求項２から５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記長尺プレートの両端に向かって設けられた一対の終端プレートを更に備え、前記各終端プレートは、前記湾曲部材のうちの対応する一方の湾曲部材に結合され、前記光ファイバをその湾曲部材へと案内し且つその湾曲部材から案内する、請求項２から６のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項８】
前記長尺プレートの前記少なくとも一方の面から突出し且つ前記湾曲部材間に位置される１または複数のガイド部材を更に備え、前記ガイド部材は、前記一対の湾曲部材間で前記少なくとも一方の面上の所定の経路に沿って前記光ファイバを案内するように配置されている、請求項２から７のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項９】
前記所定の経路は、前記長尺プレートの長軸に沿う中央通路である、請求項８に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記光ファイバは、前記長尺プレートの両方の面に沿って通るように、前記長尺プレートの長軸の周囲に長手方向で巻回されている、請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１１】
前記光ファイバは、前記長尺プレートの短軸の周りに螺旋状に巻回されている、請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１２】
前記長尺プレートおよび前記光ファイバ上に設けられたコーティングを更に備えている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１３】
前記コーティングは、光ファイバセンサの感度を下げるための柔軟な化合物を含む、請求項１２に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１４】
追加の長尺プレートを更に備え、前記コーティングは、前記長尺プレートと前記追加の長尺プレートとの間に挟まれる、請求項１２または１３に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１５】
前記長尺プレートが金属ストリップを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１６】
前記長尺プレートが非金属ストリップを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１７】
前記光ファイバセンサは前記光ファイバの少なくとも一端に結合された半反射要素を更に備えている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１８】
前記半反射要素は、１ポートミラーを有する光ファイバＸカプラまたはブラッググレーティングである、請求項１７に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１９】
前記光ファイバを通じて伝えられる光信号の前記少なくとも１つの所定の特性の変化は、干渉問合せシステムによって検出できる位相の変化である、請求項１から１８のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項２０】
少なくとも１つのセンサステーションと、
光問合せシステムとを備え、
前記少なくとも１つのセンサステーションは、請求項１から１９のいずれか一項に記載の光ファイバセンサを少なくとも１つ備え、前記少なくとも１つの光ファイバセンサは道路内に配置可能であり、
前記光問合せシステムは、前記少なくとも１つのセンサステーションを通過する交通の単位によって加えられる力により前記少なくとも１つの光ファイバセンサで生じる前記少なくとも１つの所定の特性の変化に応答するようになっている交通監視システム。
【請求項２１】
前記光問合せシステムが干渉問合せシステムであり、前記少なくとも１つの所定の特性の変化が光学的な位相シフトである、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記干渉問合せシステムが反射干渉問合せシステムを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記干渉問合せシステムがパルス反射干渉問合せシステムを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記干渉問合せシステムがレイリー後方散乱干渉問合せシステムを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記干渉問合せシステムがパルスレイリー後方散乱干渉問合せシステムを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
複数のセンサステーションを備え、隣り合うステーションは、所定長の光ファイバによって互いに接続されている、請求項２０から２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
隣り合うセンサステーションを接続する前記光ファイバの長さが１００ｍから５０００ｍである、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記各センサステーションは、請求項１から１９のいずれか一項に記載の複数の光ファイバセンサを備えている、請求項２０から２７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記各センサステーションは、道路の車線毎に、少なくとも１つの光ファイバセンサを備えている、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記各センサステーションは、道路の車線毎に、既知の距離をもって互いに離間する少なくとも２つの光ファイバセンサを備えている、請求項２８または２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記既知の距離が０．５ｍから５ｍである、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記各センサは、その最も長い寸法が道路の面内に実質的に収まり且つ道路上での交通の流れ方向に対して実質的に直交するように配置される、請求項２０から３１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記各センサの最も長い寸法は、道路の車線幅とほぼ等しい、請求項２０から３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記各センサが道路の表面下に配置される、請求項２０から３３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３５】
前記光ファイバセンサは、ダミーファイバに接続された検出ファイバを備え、検出ファイバの光路長は、センサの感度が低いように設定され、前記ダミーファイバの光路長は前記検出ファイバの光路長よりも長く、これにより、ダミーファイバと検出ファイバとを組み合わせた光路長は、前記センサが光学的な問合せシステムによって問合せされ得る十分な長さとなる、請求項２０から３４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３６】
前記ダミーファイバの光路長は、前記検出ファイバの光路長の少なくとも２倍である、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記検出ファイバが実質的に直線状である、請求項３５または３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記検出ファイバおよび前記ダミーファイバは、１つの光ファイバを含む領域を備えている、請求項３５から３７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３９】
前記光ファイバセンサは、前記光ファイバに結合された少なくとも１つの半反射要素を更に備えている、請求項３５から３８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４０】
前記半反射要素が前記光ファイバセンサのダミーファイバ上に配置されている、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記半反射要素は、１ポートミラーを有する光ファイバＸカプラまたはブラッググレーティングである、請求項３９または４０に記載のシステム。
【請求項４２】
道路上に複数のセンサステーションを設け、
前記各センサステーションに、請求項１から１９のいずれか一項に記載の複数の光ファイバセンサを配置し、
前記各光ファイバセンサを光学的な問合せシステムに接続し、
時分割多重化を使用することにより、問合せシステムが前記各光ファイバセンサの出力を実質的に同時に監視できるようにするとともに、前記各光ファイバセンサの出力を使用して前記各センサステーションを通過する交通に関するデータを得る、交通を監視する方法。
【請求項４３】
波長分割多重化法を使用することにより、前記問合せシステムが監視できる光ファイバセンサの数を増やす、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
空間分割多重化法を使用することにより、前記問合せシステムが監視できる光ファイバセンサの数を増やす、請求項４２または４３に記載の方法。
【請求項４５】
監視される交通が車両であり、得られるデータが車両の速度に関するものである、請求項４２から４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
監視される交通が車両であり、得られるデータが車両の重量に関するものである、請求項４２から４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
得られるデータが交通量に関するものである、請求項４２から４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
監視される交通が車両であり、得られるデータが車軸間隔に関するものである、請求項４２から４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
監視される交通が車両であり、得られるデータが車種に関するものである、請求項４２から４４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交通監視技術に係わり、特に、交通監視システムで使用されるセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者であれば分かるように、交通は、多くの様々な形態をとり得る。例えば、陸上での交通だけを考えてみても、そのような交通は、道路上の車両、小道の自転車、線路上の列車、小道上の人々、滑走路上の航空機など、これらに限定されるものではないが、様々な形態をとり得る。
【０００３】
交通路の特定の領域（例えば、道路、小道、鉄道線路等）での交通に関する情報を収集する理由は幾つかある。その理由の１つは、交通を有効に管理するためである。この場合、交通速度や交通量に関する情報が役に立つ。これにより、交通事故や通行止めに応じて他のルートを計画することができ、また、おそらくは制限速度を変更することで混雑を解消しようとすることができる。
【０００４】
一例として道路を考えていると、摩損して交換するように設計された犠牲上層を用いて多くの新しい道路が建造される。道路工事や道路建設に関わる著しい費用、更にはそのような作業によって生じる破壊を考えると、工事は、必要な時にのみ行なわれることが必要である。犠牲上層は、あまり早期に交換すると、不必要なコストが生じるため、直ちに交換すべきではなく、また、あまり遅くなって交換すると、道路の下側の構造に重大なダメージを与える虞があるため、交換を遅らせるべきではない。したがって、特定の道路領域における交通量の正確な測定は不可欠である。
【０００５】
交通情報を必要とする他の理由は、条例や法律の施行のためである。安全への関心から制定され、また、過積載車両が道路構造に及ぼすダメージを減らすために制定された、重貨物車両（ＨＧＶ）における最大許容重量に関する規則（規制）がある。動的な車両重量の測定は、そのような規則を順守させることを保証するのに役立つ。また、これは、交通ルートの他の形式、例えば特定の線路ルート上における重量超過列車の問題に適用される。列車による使用に関しては特定の最大重量まで特定のラインが認められても良く、鉄道経営者はこれらの重量制限を順守すべきである。動的重量を測定できることにより、そのような規則が順守されることを保証する。
【０００６】
車両の速度に関する簡単な情報を使用して、速度制限を監視して実施しても良い。
【０００７】
また、道路の特定の領域を使用して車種に関する情報を収集する必要もあり得る。これは、ＨＧＶ等の不適当な車両が田舎道を使用することを防止し、あるいは、将来の道路建設案を計画するためであっても良い。動的な車両重量および車軸数の測定によって、車種の分類が行なわれても良い。
【０００８】
速度、重量、交通量、交通のタイプに関する情報を全て使用すれば、効果的な交通管理プログラムに役立てることができることは明らかである。この情報を得るために使用できる方法は幾つかあるが、これらの方法は、関連する問題を有している。
【０００９】
道路の多くの領域は、ビデオカメラによって監視される。これらのカメラからの画像は、中心点に送られて解析され、車両速度、車種、交通量に関する情報を与える。しかしながら、画像が複雑であることにより、受けたデータを常に正確に自動解析できるとは限らず、そのため、画像を視覚的に検討しなければならない。このようにして多くの画像を解析できるには限界がある。また、収集された画像の画質は、天候状態によって影響される場合がある。霧や雨によってカメラの視野が暗くなる可能性がある。これは、高い車両の場合も同様である。また、強風によってカメラが振動する可能性もある。多くの国では、法執行機関によってカメラシステムが操作されるため、収集された情報を交通管理に関連する機関に利用できるようにするには、しばしば他の厄介な問題が存在する。また、ビデオ画像から車両の重量を測定することができない。交通を監視するためのビデオカメラシステムの建設費用が高くなる可能性がある。
【００１０】
新しい道路の大部分および既存の道路の多数には、誘導センサが設けられている。これらのセンサは、路面下に配置されるワイヤループである。車両がセンサ上を通り過ぎると、車両の金属部分、すなわち、エンジンやシャーシは、ループワイヤと一体を成す同調回路の周波数を変化させる。この信号変化は、通過車両の長さを測定するために、検出されて解析される。２つのループを互いに近接して配置することにより、車両の速度を測定することができる。誘導ループセンサによって収集されるデータの質は常に高くはなく、また、金属部分をあまり有さないのが最近の多くの車両の流行であることを考えると、データの質の低下は否めない。これにより、信号の変化が小さくなり、これを判断することが非常に難しくなる。また、ハイウェイ建設において道路建設作業者はスチールを多く使用する傾向があるため、読みの精度に影響する干渉の問題が一層大きくなる。
【００１１】
誘導センサは、安価に製造できるが、大型であるため、配置するにあたっては、特に既存の道路を大きく破壊しなければならない。これに伴って費用が生じる。交通管理に誘導ループを使用する際の大きな欠点は、これらのセンサが多重化に従わないという点である。各センサ領域は、それ自身のデータ収集システム、電源装置、データ通信ユニットを必要とする。これにより、センサ全体のコストが著しく大きくなり、その結果、設置された大部分の誘導ループが接続されず、データを収集することができなくなる。また、誘導ループを使用して車両の数を数えることができるが、車速を測定するために誘導ループが対を成して配置される場合には、誘導ループを使用して動的な車両重量を測定することができない。したがって、車種の区別も不可能である。
【００１２】
車両の重量、特にＨＧＶの重量を測定するために、一般に、２つの方法が使用される。車両重量は、橋ばかりを使用して測定することができる。これは、非常に正確であるが、車両をハイウェイから出して測定が行なえる特定の場所へと移動させる必要がある。他の方法は、車両の移動中に車両の重量を測定しようとすることである。一般に、路面下に圧電ケーブルが配置される。この圧電ケーブルは、車両が圧電ケーブル上を通過する時に、車両の重量に比例する信号を形成する。この方法は、橋ばかりよりも便利であるが、橋ばかりよりも精度が低い。誘導ループセンサと同様に、圧電センサは、多重化に従わないため、それぞれが同様のデータ収集システム、電源装置、データ通信ユニットを必要とする。また、圧電センサは、誘導ループセンサよりも高価であり丈夫ではない。
【００１３】
特定の道路領域における交通に関する最大量の情報を得るため、圧電センサは、多くの場合、誘導ループとタンデムに（直列に）配置される。
【００１４】
光ファイバセンサを使用して圧力を検出することができる。光ファイバの全長が外圧に晒されると、ファイバに歪が生じる。この歪により、物理的な長さの変化と応力光学作用とが組み合わされて、光ファイバを通じた光信号伝搬特性（例えば位相）が変化する。そして、この特性の変化は、検出することが可能である。光ファイバセンサは、位相等の特性の極僅かな変化を解析することができるため、加えられた圧力に対して極めて感度が良い。この高感度により、光ファイバセンサは、１０−４Ｐａの圧力に等しい強度を持つ音波を定期的に検出可能な場合には、例えば音響ハイドロフォンに使用することができる。しかしながら、そのような高感度も問題を引き起こし得る。光ファイバセンサは、低い感度を必要とするような用途での使用、例えば、雑音が大きい環境での総圧力差を検出するような場合にはあまり適していない。しかしながら、光ファイバセンサは、区間毎の電子部品に頼ることなく多重化を行なえるという利点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
容易に配置でき、必要な精度を与えることができるとともに、他のセンサと多重送信して簡単にデータ収集、データ通信、給電を行なうことができる交通監視用のセンサを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の態様から見ると、本発明は、長尺プレートを含む型と、前記長尺プレートの少なくとも一方の面上で巻回される光ファイバとを備える交通監視用光ファイバセンサであって、前記長尺プレートは、前記少なくとも一方の面に対して垂直な方向で柔軟性を有し、これにより、光ファイバセンサによって伝えられる光信号の少なくとも１つの所定の特性の変化が生じるように、光ファイバセンサ上で交通の通行が行なわれる交通監視用光ファイバセンサを提供する。
【００１７】
本発明によれば、光ファイバが前記長尺プレートの少なくとも一方の面上で巻回され、これにより、光ファイバセンサ上で交通の通行があったときに光ファイバセンサによって伝えられる光信号の少なくとも１つの所定の特性の変化が生じ、その後、その変化は適切な問い合わせシステムによって検出されることが可能である。
【００１８】
長尺プレートは光ファイバを保持するために使用されるため、光ファイバセンサを収容するために道路内に実質的な溝を掘ることなく道路内に光ファイバセンサを容易に配置できるよう、光ファイバセンサを十分に薄く形成することができる。また、長尺プレートの柔軟性により、路面の形状に適合し得るように、すなわち、例えばハイウェイの表面の反り形状に適合し得るように、センサを簡単に形成することができる。したがって、センサを均一な深さで表面下に容易に位置させるのを保証させることができる。これは、センサの全長に沿う応答の均一性を高めるのに役立ち、したがって、センサから利用できる精度を高めるのに役立つ。また、センサは光ファイバ技術を基本としているため、そのような複数の光ファイバセンサを多重化することにより、データ収集、データ通信、給電システムを簡単にすることができる。また、この種のセンサは、保管して配置することが容易である。また、この種のセンサは、保管または輸送のためにリールに巻回でき、必要に応じて繰り出すことができる。
【００１９】
好ましい実施形態において、長尺プレートには、少なくとも一方の面から突出し且つ長軸に沿って互いに離間する一対の湾曲部材が設けられ、これらの湾曲部材間で前記光ファイバが長手方向に巻回される。したがって、そのような好ましい実施形態において、光ファイバは、長尺プレートの長軸を上下に横断するとともに、長軸に沿って反対方向に戻って横断する前に、その横断する両端部が湾曲部材を周回する。光ファイバが曲げられると、光ファイバから光が失われる傾向がある。適切な寸法を有する湾曲部材に光ファイバを周回させることにより、反対方向で長尺プレートを横断できるように光ファイバを曲げる時に、過度の光損失を生じさせないで済む。当業者であれば分かるように、湾曲面における適切な寸法、例えばその半径は、使用される光ファイバによって決まる。好ましい実施形態においては、開口数（ＮＡ）が高い光ファイバを選択することにより、過度の光損失が生じ始めない程度で、可能な光ファイバの曲げ量を大きくする。そのような実施形態においては、直径が８ｍｍの湾曲部材であれば、光ファイバが方向を変えて曲げられる時に過度の光損失を伴うことなく、長尺プレートの長手方向で光ファイバを上下に周回させられることが分かった。
【００２０】
湾曲部材は、長尺プレートそれ自体の一部として成形されても良く、あるいは、長尺プレートに対して適当な方法で取り付けられる別個の部材として設けられても良いことは言うまでもない。湾曲部材が別個の部材として長尺プレートに取り付けられる実施形態において、湾曲部材は、固定状態で取り付けられても良く、あるいは、長尺プレートに対して回転可能に取り付けられても良いことは言うまでもない。一実施形態において、各湾曲部材は、長尺プレートの少なくとも一方の面に対して垂直な軸を中心に回転可能である。湾曲部材を回転可能にすることにより、湾曲部材間を通過する様々な長さの光ファイバの歪みを等しくすることができる。
【００２１】
好ましい実施形態において、各湾曲部材は、好ましくは少なくとも一方の面に対して実質的に垂直な方向でこの面から突出するように長尺プレートに取り付けられるスピンドルを備えている。一実施形態において、スピンドルは回転可能である。しかしながら、好ましい実施形態において、スピンドルは固定され、湾曲部材は、スピンドルに回転可能に装着されたホイールを更に備えている。
【００２２】
取り扱いおよび配置を容易にするため、スピンドルは、ストリップの長さに比べて短いことが望ましい。一例としてのセンサは、長さが約３．５ｍで、深さが約５ｍｍである（したがって、スピンドルの長さは、５ｍｍ以下である）。これによれば、所要長さの光ファイバを十分に巻回でき、更に、柔軟性を保持できる十分薄いセンサを得ることができる。
【００２３】
湾曲部材は、長尺プレートの面に沿う任意の適切な場所に配置されても良いことは言うまでもない。しかしながら、光ファイバセンサの感度は、一般に、センサ内で使用される光ファイバの長さが長くなればなるほど大きくなる。したがって、長尺プレートの長さを最大限に利用するため、長尺プレートの両端に一対の湾曲部材を配置することが好ましい。
【００２４】
好ましい実施形態において、光ファイバセンサは、長尺プレートの向かい合う両端に向かって設けられた一対の終端プレートを更に備え、各終端プレートは、湾曲部材のうちの対応する一方の湾曲部材に結合され、光ファイバをその湾曲部材へと案内し且つその湾曲部材から案内する。好ましい実施形態において、各終端プレートは、湾曲部材を受けるように配置されるとともに、光ファイバをその湾曲部材へと案内し且つ湾曲部材から案内するように形成されている。好ましい一実施形態において、光ファイバは、一対の湾曲部材間で少なくとも一方の面上の所定の経路を辿るように配置され、また、終端プレートは、その所定の経路と湾曲部材の外周との間に光ファイバのための滑らかな移行部を形成するのに役立つ。
【００２５】
長尺なファイバが一対の湾曲部材間で少なくとも一方の面に沿って自然なルートを辿るままにしておいても良いことは言うまでもない。しかしながら、好ましい実施形態において、光ファイバセンサは、長尺プレートの少なくとも一方の面から突出し且つ一対の湾曲部材間に位置される１または複数のガイド部材を更に備え、ガイド部材は、一対の湾曲部材間で少なくとも一方の面上の所定の経路に沿って光ファイバを案内するように配置されている。これにより、ファイバは、少なくとも一方の面の端部領域から離れることができ、したがって、光ファイバが損傷する危険性を低減できる。所定の経路は、長尺プレートの長軸に沿う中央通路であることが好ましい。
【００２６】
スピンドルおよび／またはホイールを長尺プレート上に有する実施形態の変形例として、光ファイバは、長尺プレートの両方の面に沿って通るように、長尺プレートの長軸の周囲に長手方向で巻回されても良い。更なる他の変形例において、光ファイバは、長尺プレートの短軸の周りに螺旋状に巻回される。
【００２７】
光ファイバセンサは、長尺プレートおよび光ファイバ上に設けられたコーティングを更に備えていることが好ましい。このコーティングは、光ファイバの損傷を防ぐのに役立っても良く、また、エポキシ、ポリウレタン、ブチルゴム等の材料によって形成されていても良い。好ましい実施形態において、コーティングは、光ファイバの損傷を防ぐためだけでなく、光ファイバの感度を下げるために設けられる。したがって、そのような好ましい実施形態において、コーティングは、光ファイバセンサの感度を下げることができる柔軟な化合物を含む。この実施形態において、柔軟な材料は、任意の外力の一部を効果的に吸収することにより、光ファイバセンサでは通常考えられないような大きな力や圧力を、センサを使用して検出できるようにする。柔軟な化合物の選択は、グリース等の柔軟性が高い材料から、エポキシ、ポリウレタン、ブチルゴム等の柔軟性が低い材料まで様々なであっても良い。
【００２８】
前述したように、長尺プレートおよび光ファイバに施されるコーティングの選択にもよるが、コーティングそれ自体は、光ファイバを適切に保護することができる。しかしながら、好ましい実施形態において、光ファイバセンサは、追加の長尺プレートを更に備え、コーティングは、長尺プレートと追加の長尺プレートとの間に挟まれる。このような構成によれば、２つの長尺プレート間に挟まれる光ファイバを更に保護することができるだけでなく、センサを対称にすることができ、これにより、光ファイバを光ファイバセンサのほぼ中心に通すことができる。
【００２９】
好ましい実施形態においては、長尺プレートが金属ストリップを含む。適切な金属の例としては、スチール、真鍮、スズ合金、アルミニウム合金等を挙げることができる。あるいは、長尺プレートは、非金属ストリップ、例えばパースペクス等のプラスチック、高密度ポリエチレン、あるいは、ナイロンまたは複合材料を含む。
【００３０】
長尺ストリップは、路面の形状に採用できる十分な柔軟性を維持できる任意の適切な寸法を有していることが好ましい。一般的な寸法例は、長軸が３から３．５ｍ、短軸が１から２ｃｍ、厚さが０．５から１ｍｍである。
【００３１】
光ファイバセンサは、光ファイバの少なくとも一端に結合された半反射要素を更に備えていることが好ましい。単独の孤立したセンサの場合、センサの両端に半反射端が使用される。しかしながら、一般的には、各センサが半反射要素を１つだけ必要とするように、多くのセンサが直列に接続される。この場合、各半反射要素は、１つのセンサのための第１の半反射要素として機能するとともに、先行するセンサのための第２の半反射センサとして機能する。これに対する例外は、直列の最後のセンサであり、この最後のセンサは、追加の末端半反射要素を必要とする。
【００３２】
半反射要素としては、１ポートミラーを有する光ファイバＸカプラまたはブラッググレーティングが適している。
【００３３】
光ファイバセンサ上における交通の通行に応じて変化する光信号の少なくとも１つの所定の特性は、光ファイバセンサの構造次第で様々な形態をとり得ることは言うまでもない。例えばその形態は、位相、振幅、偏光であっても良い。好ましい実施形態において、所定の特性は、位相であり、干渉問合せシステムによって検出できる位相の変化である。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、交通監視システムは、少なくとも１つのセンサステーションと、光問合せシステム（ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）とを備えている。少なくとも１つのセンサステーションは、本発明の第１の態様に係る少なくとも１つの光ファイバセンサを備え、少なくとも１つの光ファイバセンサは道路内に配置可能であり、光問合せシステムは、少なくとも１つのセンサステーションを通過する交通の単位によって加えられる力により少なくとも１つの光ファイバセンサで生じる前記少なくとも１つの所定の特性の変化に応答するようになっている。
【００３５】
これは、高多重化可能な低コストで信頼性のある交通監視システムを提供する。遠隔問い合わせが可能であるため、その区間毎にエレクトロニクスや電力を与える必要がない。
【００３６】
光問合せシステムが干渉問合せシステムであり、また、前記少なくとも１つの所定の特性の変化が光学的な位相シフトであることが好ましい。
【００３７】
好ましい実施形態において、干渉問合せシステムは、反射干渉問合せシステムを含み、パルス反射干渉問合せシステムまたはアーキテクチャを含むことが更に好ましい。
【００３８】
時分割多重化を使用して各センサを区別するシステムにおいては、反射干渉分光法、特にパルス反射干渉分光法により、分布したセンサと共に使用できる非常に有効な多重化アーキテクチャが可能である。
【００３９】
あるいは、干渉問合せシステムは、レイリー後方散乱干渉問合せシステムを含む。この場合、パルスレイリー後方散乱干渉問合せシステムが特に好ましい。
【００４０】
非レイリー後方散乱干渉問合せシステムは、センサ間にある別個の反射器に依存する。これらは、比較的効果な部品であり、システム全体のコストを大きくする虞がある。これに対し、レイリー後方散乱は、光ファイバの不均質性部分からの光の反射に依存する。そのため、別個の反射器が不要であり、システム全体のコストが低減する。しかしながら、そのようなシステムから収集されるデータは、反射問い合わせシステムよりも複雑な解析を必要とする。
【００４１】
システムは、複数のセンサステーションを備え、隣り合うステーションは、所定長の光ファイバによって互いに接続されていることが好ましい。
【００４２】
隣り合うセンサステーションを接続する前記光ファイバの長さは、隣り合うセンサステーションの光路長を規定する。一般に、接続する光ファイバは長々と延在しており、これにより、隣り合うセンサステーション間の光路長は、その物理的な間隔と実質的に等しい。しかしながら、接続する光ファイバは、全体にわたって長々と延在している必要はなく、この場合、隣り合うセンサステーション同士の物理的な間隔は、任意の距離であり、最大でも、隣り合うセンサステーションを接続するために使用される光ファイバの長さである。
【００４３】
隣り合うセンサステーションを接続する光ファイバの長さは、１００ｍから５０００ｍであると都合が良い。
【００４４】
各センサステーションは、複数の光ファイバセンサを備えていることが好ましく、各センサステーションは、道路の車線毎に、少なくとも１つの光ファイバセンサを備えていることが更に好ましい。
【００４５】
各センサステーションは、道路の車線毎に、既知の距離をもって互いに離間する少なくとも２つの光ファイバセンサを備えていることが最も好ましい。離間した一対のセンサを使用して交通の速度を測定することができる。
【００４６】
既知の距離は、０．５ｍから５ｍが適当である。既知の距離は、光ファイバセンサの物理的な間隔を表わすが、各センサ間の光ファイバの光路長を表わすものではない。
【００４７】
これは、１車線道路、鉄道線路、小道等から多車線高速道路にわたる任意のタイプの道路の交通を監視するために使用できる交通監視システムを提供する。センサステーションは、道路の全長に沿って所定の間隔で、あるいは、例えば既知の渋滞箇所や事故多発箇所等の交通監視が重要な場所にのみ、配置されても良い。
【００４８】
道路の一例としてハイウェイを考えると、ハイウェイの各車線に少なくとも１つの光ファイバセンサを設けると、交通が流れているハイウェイの場所とは関係無く幾つかの交通情報を集めることができる。１車線ハイウェイにおける最も単純なシステムは、２つのセンサを有しており、それぞれのセンサが交通の各方向を監視する。これは、車両の重量、交通量、車軸数に関する情報を与えるが、車両の速度を測定するためには使用できない。しかしながら、車両の速度は、ハイウェイの車線毎に既知の短い距離で２つのセンサを離間して配置することにより測定することができる。ハイウェイの車線毎に３つ以上のセンサを配置することが望ましい場合もある。例えば互いに近接して配置される３つのセンサは、車両の加速度を測定するために使用されても良い。そのような測定値は、道路の交差点、迂回道、信号機で使用できる。
【００４９】
各センサは、その最も長い寸法が道路の面内に実質的に収まり且つ道路上での交通の流れ方向に対してほぼ直交するように配置されることが好ましい。
【００５０】
各センサの最も長い寸法は、道路の車線幅と実質的に等しいことが好ましい。
【００５１】
これにより、ハイウェイの任意の場所において任意の車両の通過がシステムにより記録される。
【００５２】
道路の一例としてハイウェイを考えると、英国では、ハイウェイの車線の幅は、補助道路における約２．５ｍから、最大で高速道路における約３．６５ｍの範囲である。世界の他の場所の道路システムは、これと異なる車線幅を有している。
【００５３】
各センサは、道路の表面下に配置されることが好ましい。
【００５４】
一例として、既存の道路内に配置する場合、各センサを収容するために、狭いチャンネルまたは溝を道路に切り欠くことができる。その後、溝を再び埋め直し、路面を再び良好な状態にする。無論、新しい道路の場合には、道路の建造中において、道路の構造体内にセンサを簡単に組み込むことができる。
【００５５】
センサをハイウェイの路面中に埋め込むのではなくハイウェイの表面に取り付けるようにセンサを配置することもできるが、あまり好ましくない。これは、システムが移動することがない特定の場所で短い時間使用される場合に有益であるかもしれない。無論、この場合、使用されるセンサは、センサ上を直接に通過する車両に関与する大きな力に耐えることができる十分な保護をされる必要があり、あるいは十分な強度を有している必要がある。
【００５６】
光ファイバセンサは、ダミーファイバに接続された検出ファイバを備え、検出ファイバの光路長は、センサの感度が低いように設定され、ダミーファイバの光路長は検出ファイバの光路長よりも長く、これにより、ダミーファイバと検出ファイバとを組み合わせた光路長は、センサがパルス干渉問い合わせシステム等の光学的な問合せシステムによって問合せされ得る十分な長さとなることが好ましい。
【００５７】
ダミーファイバの光路長は、検出ファイバの光路長の少なくとも２倍であることが好ましい。しかしながら、ダミーファイバは、検出ファイバの長さの少なくとも２倍である必要は必ずしもないことは言うまでもない。検出ファイバの長さとダミーファイバの長さとを足した長さが、パルス反射構造のスイッチによって形成される最も小さい問い合わせパルスの幅によって問い合わせできる十分な長さであれば、ダミーファイバは、必要に応じて短くても長くても良い。
【００５８】
光ファイバセンサの感度は、光ファイバセンサが有している光ファイバの長さに実質的に比例する。車両交通に関与する大きな力を確実に測定できるレベルまでセンサの感度を下げるため、検出ファイバの長さは短いことが好ましい。しかしながら、光ファイバの短い部分は、パルス干渉システムを使用して簡単に問い合わせすることができない。これは、最小パルス長が光スイッチ特性によって制限されるためである。ダミーファイバを使用することにより、センサの全光路長が長くなり、パルス干渉問い合わせが簡略化される。
【００５９】
検出ファイバは、実質的に直線状であることが好ましい。
【００６０】
検出ファイバおよびダミーファイバは、１つの光ファイバを含む領域を備えていることが好ましい。これにより、センサの構造が簡単になる。また、検出ファイバおよびダミーファイバは、任意の他の適当な手段によって互いに接続され或いは接合されても良い。
【００６１】
センサは、少なくとも１つの検出ファイバおよびダミーファイバを実質的に取り囲むケーシングを更に備えていることが好ましい。
【００６２】
検出領域およびダミー領域を備えている光ファイバセンサの場合、半反射要素が含まれていれば、この半反射要素は、光ファイバセンサのダミー領域に配置されることが好ましい。
【００６３】
本発明の第３の態様において、交通を監視する方法は、道路上に複数のセンサステーションを設け、本発明の第１の態様に係る複数の光ファイバセンサを各センサステーションに配置し、各光ファイバセンサを光学的な問合せシステムに接続し、時分割多重化を使用することにより、問合せシステムが各光ファイバセンサの出力を実質的に同時に監視できるようにするとともに、各光ファイバセンサの出力を使用して各センサステーションを通過する交通に関するデータを得る。
【００６４】
また、方法は、波長分割多重化法を使用することにより、問合せシステムが監視できる光ファイバセンサの数を増やすことが好ましい。
【００６５】
また、方法は、空間分割多重化法を使用することにより、問合せシステムが監視できる光ファイバセンサの数を増やすことが好ましい。
【００６６】
得られるデータは、車両の速度、車両の重量、交通量、車軸間隔、車種のうちの少なくとも１つに関するものであることが好ましい。重量は、車軸応答（位相変化）曲線に基づいて面積を計算することにより決定される。この曲線の振幅および幅（周波数）は、車速および重量によって決定される。較正された重量は、曲線に基づく面積と速度との積に倍率を掛けることにより決定される。この場合、速度は、対を成す２つのセンサ間のピーク信号分割時間によって決定される。
【００６７】
以下、図面を参照しながら、本発明を一実施例としてのみ説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
前述したように、交通は、多くの様々な形態がある。例えば、陸上の交通だけを考えると、そのような交通は、これらに限定されないが、道路上の車、通路上の自転車、鉄道レール上の列車、通路上の人、滑走路上の航空機等を含む様々な形態をとることができる。本発明の実施形態を説明するため、ハイウェイ上の車両を含む交通について考える。
【００６９】
図１は、２車線のハイウェイ上の所定位置にある交通監視システムの領域を示している。図示のように、２つのセンサステーション２は、所定長の光ファイバ３によって接続されている。図１および図２において、光ファイバ３は長々と延在するように示されており、したがって、距離４で示されるセンサステーション同士の物理的な離間距離は、光ファイバ３の光路長にほぼ等しい。光ファイバ３は、全体にわたって長々と延在している必要はなく、この場合、センサステーション同士の物理的な離間距離４は、光ファイバ３の光路長よりも短くても良い。５つのセンサステーション２を示すこのシステムのさらに延在している領域は図２に示される。
【００７０】
各センサステーション２は４つの光ファイバセンサ５を備えている。これらの光ファイバセンサ５は、互いに直列に接続されるとともに、光ファイバ６によって光ファイバ３に接続されている。各センサステーション２において、センサ５は、ハイウェイの各車線毎に２つのセンサが距離７で示されるように離間されるべくハイウェイ１内に配置されている。矢印８は、ハイウェイの各車線における交通の走行方向を示している。各センサは、その最も長い寸法が交通の流れの方向８に対して直交し且つハイウェイの車線の幅とほぼ等しくなるように配置されている。これにより、所定のセンサステーション２を通る車両は、その走行方向やハイウェイの車線上におけるその位置に関係なく、少なくとも１つの光ファイバセンサ５から応答を引き出す。各センサステーション内のセンサ７の物理的な離間距離に関する情報により、車両の速度を判断することができる。全てのセンサステーションは、光ファイバ３により、干渉問い合わせシステム９に接続されている。
【００７１】
図３には、高速道路等の多車線ハイウェイ１０用の交通監視システムの一部として、１つのセンサステーション２が所定位置に示されている。この場合、ハイウェイの６個の車線１１のうちの任意の車線上のセンサステーションを通る車両がその走行方向８やその車線１１の選択に関係無く応答を引き出すように、１２個のセンサ５が配置されている。
【００７２】
本発明の実施形態のセンサ構成の概略図が図４に示されている。センサ１２は、検出ファイバ１３と、ダミーファイバ１４とを備えている。この実施例において、ダミーファイバは、ケーシング１５の内側で巻回して示されている。半反射要素１６がダミーファイバに結合されている。この構成により、全長が長いダミーファイバを小さな容積内に収めることができ、これにより、センサの寸法全体を小さくすることができる。他の構成も考えられ、ダミーファイバをリール上または型上に巻き付けても良く、あるいは、センサの全体寸法が重要でない場合には、ダミーファイバを単に伸ばしたままにしても良い。図４において、検出ファイバ１３の周囲にはシース１７が示されている。このシースは、ダミーファイバケーシング１５と別体であっても良く、あるいは、一体であっても良い。シース１７は、検出ファイバを保護して破損しないようにする役目を成す。例えば、シースは、金属またはプラスチックによって形成されていても良い。シースの断面形状は、センサに横方向の剛性を与えるように選択されることが好ましい。図４において、シースは、単に概念的に示されている。検出光ファイバを保護して支持する本発明の実施形態で使用されるシースの更なる詳細については、図５ａ〜ｄおよび図１６ａ〜ｋを参照して後述する。
【００７３】
ケーシング１５およびシース１７の一方または両方を省くこともできるが、あまり好ましくない。これらを省けば、センサのコストおよび複雑さが減少するが、センサの強度が落ち、センサが簡単に破損してしまう虞がある。
【００７４】
使用時、センサは、問い合わせされるハイウェイ車線の幅を検出ファイバ１３が横切って延びるように配置される。検出ファイバを通り過ぎる車両によって及ぼされる力は、問い合わせシステムによって検出できる信号を形成する。一般に約２４ｍという検出ファイバの長さは、センサの感度が車両の通過に伴う大きな力を検出するのに適していることを意味する。ダミーファイバ１４は、車両の通過によって影響を受けないように位置決めされる。これは、ダミーファイバをハイウェイの端またはハイウェイの車線間に配置することにより実現できる。ダミーファイバのパッケージングは、ダミーファイバが振動しないように行なわれても良い。
【００７５】
本発明の実施形態のセンサ構成の更なる詳細が図５に示されている。これらの構成は、必要に応じて、図４に概略的に示されるダミーファイバを伴って、あるいは、ダミーファイバを伴うことなく、使用されても良い。センサのこの構成は、一般に金属ストリップである薄いストリップ１８を基体として構成されている。光ファイバ１９は、センサを形成するようにストリップに取り付けられている。図５ａにおいて、光ファイバは、ストリップの両端に取り付けられた２つのスピンドル２０の周囲に巻回されている。図５ｂ、５ｃ、５ｄでは、スピンドルが無く、ストリップそれ自体の周りにファイバが巻回されている。ファイバは、図５ｂに示されるように長手方向に巻回されていても良く、あるいは、図５および図５ｄに示されるようにストリップの短軸の周囲に螺旋状に巻回されていても良い。図５ｄにおいて、ストリップ１８の端面には、小さな刻み溝２１が形成されている。これらの溝は、光ファイバの巻回時に光ファイバを位置決めするのに役立つ。各実施形態において、ファイバは、エポキシ樹脂またはポリウレタンを含む被覆層（図示せず）によって保護されても良い。型として薄いストリップを使用すると、センサを軟らかくすることができる。これにより、センサは、それが配置されるハイウェイの反り（ｃａｍｂｅｒ）に適合することができるとともに、センサの保管および配置を容易にするためにドラム上にセンサを巻回することができる。無論、本発明の範囲から逸脱することなく、図５に示されるセンサの構成を変更しても良い。実際に、図５ａに概略的に示された実施形態の好ましい実施態様については、図１６ａから図１６ｋを参照して後述する。簡単のため、図５には半反射要素が省かれている。
【００７６】
センサ２２の他の例が図６および図７に示されている。このセンサ２２は光ファイバ２３を備えており、光ファイバ２３は、長尺プレートに巻回される代わりに、スチールバー２４の周囲に巻回されてケーシング２５内に配置されている。この例において、光ファイバ２３は、長さが５０ｍの二重コーティングされた開口数が高いファイバであり、１７０μｍの外径を有している（ファイバコア  ＳＭ１５００−６．４／８０）。しかしながら、長さや仕様がこれと異なる光ファイバを同様に使用しても良い。スチールバー２４は、長さが３ｍで且つＭ１２のネジが形成されたバーであり、また、光ファイバは、前記ネジと協働して巻回されている。これにより、光ファイバをバーの長手方向に沿って均一に巻回することが容易になる。Ｍ１２バーの代わりに、直径が１０ｍｍのネジ無しバーを使用することもできるが、その場合には、ファイバを均一に巻回することが難しくなる。また、ネジの代わりに、幅広い間隔をもって機械加工された螺旋溝を使用しても良い。無論、バーの寸法を変更して、所望の用途に適したサイズのセンサを形成しても良い。また、バーは金属バーである必要はなく、適した他の材料として、ポリウレタン等のプラスチックや複合材料を挙げることができる。ファイバの一端には半反射要素１６が結合されている。センサが単独で使用される場合、あるいは、センサが、複数のセンサを直列に接続して成るターミナルセンサを形成する場合には、別の半反射要素がセンサの他端に結合される。
【００７７】
センサの感度を下げて、センサが大きな力や圧力を検出できるようにするために、スチールバー２４とケーシング２５との間に柔軟な材料２６が設けられる。この材料は、センサに加わる任意の外力の大部分を吸収することができる。大抵の場合に高感度が最優先される従来の光ファイバセンサとは異なり、このセンサ構成は、センサに加わる力の大部分を効果的に吸収する柔軟な材料を選択することにより、わざと感度を下げている。このことは、グリース等の柔軟性が高い材料を含むセンサを使用して、既存の光ファイバセンサでは通常考えられない大きな力や圧力を検出できることを意味する。製造中、ケーシング２５を柔軟材料２６で部分的に満たした後、その上にバー２４および光ファイバ２３を配置すると都合が良い。その後、バー上に柔軟材料を一杯に満たす。これにより、図７に示されるように、バーが柔軟材料によって完全に取り囲まれる。センサを保護するために、随意的にキャップ２７を設けても良い。これは、柔軟材料２６としてグリース等の軟らかい材料が選択される場合に有益である。柔軟材料が例えばエポキシ樹脂のように固まるものであれば、キャップ２７を省くこともできる。
【００７８】
ケーシング２５は、鋼板によって形成されているが、アルミニウム等の任意の適当な材料によって形成されていても良く、また、スチールバー２４よりも僅かに長いと都合が良い。図６および図７は、略矩形断面を有するケーシングを示している。この形状は、センサの横方向の剛性を増し、圧電センサにおいてしばしば見られる曖昧なタイプの信号を排除するのに役立つ。この曖昧な信号が図９ａに示されている。時間に対する信号強度の曲線２８は、圧電センサを通過する車両に起因する典型的な応答を示している。曲線は、２つのピーク２９、３０を含む。主要なピーク２９は、車両がセンサの真上を通過する時に生じる。役に立つのは、信号のこの部分である。小さな第２のピーク３０は、主要なピークの前に形成されるものであり、車両の走行時に車両の重量によって路面が押上げられることにより生じる。この第２のピークは、時に、車両よりも先に伝わる「先頭波」（ｂｏｗ  ｗａｖｅ）と称されるものを生む。この例のケーシングの箱形状断面によって得られる横方向の剛性は、「先頭波」の作用を低減し、これにより、車両がセンサの真上を通過する時に車両を示す信号が得られる。
【００７９】
横方向の剛性を与え、したがって、「先頭波」の作用を低減する他の形状のケーシングが図８に示されている。
【００８０】
更に他の形状のケーシングを使用しても良い。例えば、ケーシングは、その内径がバー２４の外径よりも僅かに大きい円筒チューブを構成していても良い。この場合、バーとケーシングとの間に形成される環状の空間が柔軟材料で満たされる。
【００８１】
本発明の好ましい実施形態においては、光ファイバが円筒状のバーの周囲に巻回される光ファイバセンサを使用せず、その代わり、光ファイバが長尺プレート上に巻回される図５に関して前述したタイプの光ファイバセンサが使用される。好ましい実施形態において、この光ファイバセンサは、図１６ａから図１６ｋに示されるように構成される。
【００８２】
図１６ａに示されるように、光ファイバセンサは、長尺プレート１００を含む型を有している。この長尺プレート上には、多数のガイド部材１１０と、一対の終端プレート１２０とが配置されている。図１６ａにおいて、ガイド部材１１０および終端プレート１２０は、単に概略的に示されており、その好ましい形状および構成については、図１６ｃから図１６ｇを参照して後述する。好ましい実施形態において、長尺プレート１００には、その両端部に穴が設けられている。各終端プレートには、このプレートを貫通して、対応する穴が形成されている。これにより、各終端プレートが長尺プレートの対応する端部に配置され、終端プレートの穴と長尺プレートの穴とが位置合わせされる。ガイド部材に関して、これらは、長尺プレート１００の長手方向に沿って離間しており、２つの終端プレート間で光ファイバを案内するのに役立つ。使用されるガイド部材の正確な数は、設計上の選択の問題であるが、好ましい実施形態において、ガイド部材は、終端プレート間で等間隔に配置される。
【００８３】
各終端プレート１２０は、ホイール１３０を受けるように配置されるべく構成されている。各ホイールは、対応する終端プレート１２０の穴と位置合わせされる穴を有している。図１６ｈおよび図１６ｉを参照して後述するように、ホイールは、光ファイバ１４０を受けるために設けられた溝をその周縁に有していることが好ましい。
【００８４】
一対のスピンドル１５０が設けられている。各スピンドルは、対応するホイール１３０の穴、対応する終端プレート１２０の穴、対応する長尺プレート１００の端部の穴を貫通する。このスピンドルは、様々な部材を位置決めするようになっており、対応するホイール１３０の回転軸を形成する。
【００８５】
本発明の好ましい実施形態において、光感知ファイバは、長尺プレートの各横端部で関連するホイール１３０の外周に掛け渡されて、長尺プレート１００の長手方向で上下に通過する。光ファイバ１４０は、長尺プレートを横切って所定の通路に沿って通過するようにガイド部材１１０内に配置される。この通路は、長尺プレートの中心軸に沿っていることが好ましい。後述するように、各終端プレート１２０は、その形状により、光ファイバを長尺プレートの中心軸から対応するホイール１３０の外周へと案内した後、長尺プレートの中心軸へと光ファイバを戻すようになっている。光ファイバを巻回しつつ自由に回転するホイールを設けることにより、ホイール間を通る様々な長さの光ファイバの歪を等しくすることができる。
【００８６】
好ましい実施形態においては、前述したようにホイール１３０間に光ファイバを巻回した後、光ファイバを保護および／または光ファイバの感度を下げるために、光ファイバにコーティングが施される。好ましい実施形態において、コーティングは、光ファイバセンサの感度を下げるために、光ファイバを柔軟なポッティング化合物に漬けることにより得られる。柔軟な化合物は、グリース等の柔軟性が高い材料であっても良く、あるいは、硬く、エポキシ樹脂等のように固まるようになっている材料であっても良い。好ましい実施形態においては、柔軟な化合物としてポリウレタンが使用される。これは、液体として加えられた後、重合される。
【００８７】
好ましい実施形態においては、製造中、樹脂用のモールドとして使用されるチャンネル内に長尺プレート１００が配置される。このチャンネルは、金属バーを機械加工することによって形成されることが好ましい。その後、終端プレート１２０およびガイド部材１１０が長尺プレート上に配置されるとともに、ホイール１３０およびスピンドル１５０が配置された後、前述したように、ホイール間に光ファイバ１４０が巻回される。この段階で、例えばエポキシ樹脂やポリウレタン等のポッティング化合物をチャンネル内に流し込むことにより、チャンネル内に存在する光ファイバセンサの構成要素にポッティング化合物が加えられる。一般に、ポッティング化合物は、光ファイバセンサのための平坦な上面を形成する高さまで加えられる。
【００８８】
ポッティング化合物の選択にもよるが、ポッティング化合物は、それ自体、硬化した時点で光ファイバセンサを十分に保護できる十分な硬さを有していても良い。しかしながら、好ましい実施形態においては、光ファイバセンサの上面を形成するために、ポッティング化合物上に第２の長尺プレート１６０が配置される。好ましい実施形態において、この長尺プレート１６０には、この長尺プレートをスピンドル１５０上に配置することができる２つの穴が設けられる。この構成によれば、２つの長尺プレート間で光ファイバを挟み込んで保護することができるだけでなく、センサを対称に形成して、光ファイバセンサの略中心に光ファイバを通すことができる。
【００８９】
センサに第２の長尺プレートを設ける場合には、柔軟なポッティング化合物を硬化させる前の製造中に設けることが好ましい。これにより、２つの長尺プレート１００、１６０間のポッティング化合物中で光ファイバが浮遊する複合「サンドイッチ」が形成される。この複合構造体は、その後、ポッティング化合物（例えばポリウレタン）が硬化する間、好ましくは、圧縮治具として機能する蓋をモールドに取り付けることにより、圧縮される。硬化すると、複合構造体は、圧縮治具から取り外され、使用できるようになる。
【００９０】
図１６ｂは、第２の長尺プレート１６０が除去された図１６ａの光ファイバセンサの上面平面図である。図から分かるように、終端プレート１２０は、長尺プレート１００の両端部に設けられるとともに、各ホイール１３０を受け入れるように配置されている。その後、光ファイバは、長尺プレート１００の長手方向で上下に通されるとともに、その両端部がホイール１３０の外周に掛け渡され、ホイール１３０の周縁に設けられた溝内に入り込む。この時、終端プレート１２０は、光ファイバ１４０を長尺プレート１００の中心軸の方へと案内するように機能する。また、この場合、更なるガイド部材１１０は、長尺プレートの長手方向に沿って配置され、中心軸に沿って光ファイバ１４０を案内する。
【００９１】
図１６ｊおよび図１６ｋは、好ましい実施形態に係る長尺プレートの寸法の詳細を示している。この場合、図１６ｊは平面図を示しており、図１６ｋは側面図を示している。好ましい実施形態において、長尺プレートは、金属ストリップ、例えばスチール、真鍮、スズ合金、アルミニウム合金等によって形成されている。あるいは、長尺プレートは、非金属ストリップ、例えばナイロン、ポリウレタン等を備えている。図１６ｊから分かるように、好ましい実施形態の長尺プレートは、長さが３．３ｍであり、両端から１５ｍｍの部位に機械加工される２つの穴を有している。好ましい実施形態において、長尺プレートは、幅が１０ｍｍで、厚さが０．５ｍｍである。
【００９２】
図１６ｃは、好ましい実施形態のガイド部材の平面図を示している。一方、図１６ｄは、好ましいガイド部材の端面図を示している。図１６ｃに示されるように、ガイド部材は、下面２３０から立ち上がる２つの立設部２００を備えていることが好ましい。各立設部２００には、その両端に、ガイド部材の長手方向に沿って設けられた溝２４０に光ファイバを位置合わせする湾曲縁部２１０が設けられている。好ましい実施形態において、ガイド部材は、長さが２０ｍｍで、幅が１０ｍｍで、深さが２．５ｍｍである。この場合、立設部２００は、下面２３０から１．５ｍｍ立ち上がっている。
【００９３】
図１６ｅは、好ましい実施形態の終端プレート１２０の平面図を示している。一方、図１６ｆは対応する側面図を示しており、図１６ｇは対応する端面図を示している。ガイド部材１１０と同様に、終端プレートは、多数の立設部３１０が設けられたベース３００を有している。ベース３００には、長尺プレート１００の対応する穴と位置合わせされ且つ対応するスピンドル１５０を受けるように配置された穴３２０が設けられている。各立設部３１０には定形縁部３３０、３４０が設けられている。これらの定形縁部は、中央通路２４０と穴３２０に中心付けられるホイール１３０の外周との間で光ファイバを案内する。図面には多くの寸法が示されている。これらの寸法の全てはｍｍで表わされている。しかしながら、基本的に、終端プレートは、長さが４０ｍｍで、幅が１０ｍｍで、深さが２．５ｍｍであることが好ましい。また、立設部３１０は、ベース３００から１．５ｍｍ立ち上がっている。
【００９４】
図１６ｈは、対応する終端プレートの凹部３００内に配置される好ましい実施形態のホイールを示している。一方、図１６ｉは、ホイールの端面図を示している。図１６ｈから分かるように、ホイールは直径が１０ｍｍであることが好ましく、ホイールの周縁には、深さが約０．１ｍｍの外周溝４１０が設けられている。ホイールの中心を貫通するように穴４００が穿孔されている。この穴４００の寸法は、スピンドルが挿通できるように、終端プレートのベース３００に穿孔された穴の寸法と同じである。
【００９５】
好ましい実施形態においては、ＮＡが高い約２４ｍのファイバが長尺プレート１００の長手方向に沿って置かれる。このファイバは、直径が８ｍｍのホイール１３０の溝の周囲で曲げられ、したがって、長尺プレートの長手方向に沿ってファイバを約６．５周させることができる。好ましい実施形態において、補強ケーブルおよび半反射カプラは、周知の方法で光ファイバに接合されるとともに、長尺プレートの一端にポットされる。一方、ポットされる前に、他端で、周知の方法により光ファイバが補強ケーブルに接合される。
【００９６】
図１６ａから図１６ｋを説明するにあたって与えられた様々な寸法例は、単なる一例として与えられているものであって、本発明の範囲を逸脱することなく容易に変更できることは言うまでもない。
【００９７】
図１６ａから図１６ｋに示されたセンサ構成によって、図６に関して前述したセンサ構成を超える多くの技術的な利益が得られることが分かった。まず第１に、センサ全体の深さが約５ｍｍであることにより、非常に浅い溝を道路の表面に切り欠くだけで済み、また、路面下にセンサを正確に位置決めすることが容易になる。また、長尺プレート１００、１６０の柔軟性により、センサは、例えば道路の反り（ｃａｍｂｅｒ）といった道路の外形に適合することができる十分な柔軟性を持つことができる。したがって、この構成により、図６の構成における剛性の問題の幾つかを解消できる。更に、図６の構成は、その横方向の剛性により「先頭波」の作用を低減したが、図１６ａから図１６ｋの構成は、横方向の剛性を著しく向上させ、センサの対応する「先頭波」応答を著しく低減することができる。これは、ストリップの水平方向の剛性が垂直方向の剛性よりも十分に大きいためである。
【００９８】
図１６ａから図１６ｋのセンサ構成は、光ファイバセンサを使用することによる利点に加え、従来の最良の圧電ウェイ・イン・モーション（ＷＩＭ）センサの交差軸感度拒絶、柔軟性、サイズの利点を全て有していることが分かった。これらの利点には、１つのファイバ上で多くのセンサを多重化する能力、非常に長い距離にわたってセンサに問合せする能力、センサの電気的な構成要素の全てを排除することに起因する信頼性の向上が含まれる。
【００９９】
図９ｂには、直列に接続されたセンサ１２、１２’、１２”が示されている。好ましい実施形態において、各センサは、図１６ａから図１６ｋに示されるように構成されている。しかしながら、前述した他の任意のセンサ構成を使用しても良い。センサ１２、１２’はそれぞれ、１つの半反射要素１６、１６’を有しており、光ファイバ１３に接続されている。使用時、センサ１２は、両方の半反射要素１６、１６’を使用する。同様に、センサ１２’は、半反射要素１６’、１６”によって規定される。センサ１２”はターミナルセンサである。すなわち、このセンサは、ファイバ１６”、１６”’に接続された２つの半反射要素を有している。
【０１００】
図１０は、干渉問合せシステムの一例を示している。図１０の構造は、幾つかの追加の波長を取り入れた反射時分割多重化構造および空間分割多重化を基本としている。ｎ個のレーザ３１、例えばｎ個の分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザまたはＤＦＢファイバレーザからの光は、干渉計３３を透過する前に、高密度波長分割多重器（ＤＷＤＭ）３２を使用して合成される。干渉計３３は、ブラッグセル３４としても知られている２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）と、遅延コイル３５とを備えている。僅かに異なる周波数を有する複数のパルスは、回折される光パルスもこの周波数差を有するようにブラッグセル３４を駆動する。干渉計からの出力は、２つの別個の問合せパルスの形態を成す。これらの問合せパルスは、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）３６によって増幅された後、第２のＤＷＤＭ３８によってｎ個の異なるファイバ３７に分割される。各ファイバ３７は、１×Ｎカプラ３９に供給される。各カプラ３９は、入力をＮ個のファイバ４０に分割する。図１０において、各カプラ３９は、４つの出力ファイバ４０を有するように示されている。すなわち、Ｎ＝４である。Ｎは、必要に応じて４よりも大きく或いは小さくても良い。また、全ての１×Ｎカプラ３９は、Ｎに関して同じ値を有している必要はない。各ファイバ４０は、１つのセンサ、１つのセンサ群４１、または、多くのセンサ群４１で終端する。無論、図８の構造によって問合せ可能な個々のセンサの数は、多くても良い。一般的なシステムは、ｎ＝８であり、Ｎ＝４である。すなわち、８個のセンサを含むセンサ群が５つ、各出力ファイバ４０に接続されている。これにより、１２８０個のセンサに問合せできるシステムが提供される。センサの最大個数は、光出力量によって制限されるが、数千個またはそれ以上まで可能である。
【０１０１】
センサからの戻り光は、戻りファイバ４３を介して、各受光器４２に通される。受光器は、偏光フェーディングによって引き起こされる低周波信号変動の問題を解消するために使用される追加の偏光ダイバーシティ受光器を組み込むことができる。これは、反射時分割構造に共通する問題である。電気信号は、受光器から、コンピュータ４４へと送られる。コンピュータ４４は、Ａ／Ｄ変換器４５と、デジタル・デマルチプレクサ４６と、デジタル復調器４７と、タイミングカード４８とを組み込んでいる。コンピュータ内でのデジタル信号処理後、信号は、表示または記憶のためにフォーマット済みデータとして引き出されても良く、あるいは、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）により変換されて電気信号に戻されても良い。
【０１０２】
図１０の構造の成功は、光信号の正確なタイミングに大きく依存している。これは、各センサ内において、また、１つのセンサ群内の各センサ間において、また、各センサ群間において、特定の長さの光ファイバを使用することにより達成される。１つの構成例が図１１に示されている。この図には、５つのセンサ群４９が示されており、各センサ群は、８個のセンサ５０から成り、１ｋｍの間隔をもって離間されている。各センサ５０は、各センサ群４９が４００ｍの光路長を有するように、全長が５０ｍの光ファイバを備えている。
【０１０３】
一応調べたところでは、正確に知られて測定された間隔で、例えば１ｋｍ毎に、センサ群を配置する必要があると考えられる。これは、センサ群を互いに接近させて配置できるように遅延コイルが使用されるような場合ではない。センサ群を設定距離内に配置できない場合には、４００ｍのファイバコイルを含むダミーセンサ群を使用した後、次のセンサ群を車道上に配置することができる。また、問合せパルスのタイミングを変えると、例えば５００ｍ、１ｋｍ、５ｋｍといったように、必要に応じてセンサ群の間隔を様々に変えることができる。
【０１０４】
図１１で規定された特定のファイバ長を使用すると、光信号タイミングを規定することができる。これが図１２に示されている。この図は、各センサ群において約４１ｋＨｚのサンプリングレートが可能でなければならないことを示している。この結果、数ｋＨｚの測定帯域幅にわたって高いダイナミックレンジが各センサで得られる。
【０１０５】
センサへのパルス列は、一連のパルス対を含む。この場合、これらのパルスは、僅かに異なる周波数を有している。各センサの各端部には、半反射器がある。パルス間のパルス間隔は、これら半反射器間でのファイバを通じた光の２方向通過時間に等しくなるように設定されている。これらの半反射器がパルス対を反射すると、第２のパルスの反射は、経時的に、ファイバに沿う次の半反射器からの第１のパルスの反射と重なり合う。センサ列から反射されたパルス列は、一連のパルスを含む。各パルスは、２つの光周波数間の周波数差であるキャリア信号を含んでいる。フォトダイオードでの検出処理の結果、それぞれが列の特定のセンサに対応する一連の時分割多重（ＴＤＭ）ヘテロダインパルスが生じる。圧力信号がセンサに作用すると、そのセンサに対応する反射パルスのキャリアが位相変調を引き起こす。
【０１０６】
図１１および図１２の仕組みを実行するためには、正確なタイミングパルスを発生させ、かなり高度な逆多重化・復調処理を行なう必要がある。Ａ／Ｄ変換器が設けられ且つデジタル信号処理を行なえるコンピュータを使用することにより、デジタルドメインにおいて必要な処理の全てを行なうことができる。これにより、従来のアナログ手法に比べて帯域幅およびダイナミックレンジが向上する。
【０１０７】
図１３および図１４は、ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法の一例を示している。図１３および図１４は図６および図７のセンサを示しているが、図５ａ〜ｄおよび図１６ａ〜ｋのセンサ構成において同じ基本的配置技術を使用することもできることは言うまでもない。ディスクカッターを使用してハイウェイ５２の表面にスロットまたは溝５１が切り欠かれる。一般にセンサよりも僅かに長い溝は、引き出し光ファイバ５４を収容するためのチャンネルとして使用される細い領域５３を有している。図１３には、センサの一端からの引き出し溝だけが示されているが、無論、センサの他端にも同様の溝が切り欠かれ、２つのセンサを互いに接続できるようになっている。溝の底面に沿って所定の間隔で複数の離間ブロック５５が配置される。この配置間隔は０．５ｍ程度が適している。その後、センサ５６が離間ブロック５５上に配置される。これらの離間ブロックにより、センサは、溝の底面と直接に接触しないで済み、その結果、センサを振動させないで済む。センサが所定の位置に配置されると、ポッティング樹脂５７が溝内に流し込まれ、これにより、センサが完全に封入される。離間ブロックにより、ポッティング樹脂は、センサの下側に流れることができる。図１４ｄに示されるように、溝内には、ポッティング樹脂を僅かに溢れ出るように満たすことが好ましい。樹脂の表面をハイウェイの表面と面一になるように削る最終作業の後、センサを適切に使用できる。
【０１０８】
図５ａ〜ｄおよび図１６ａ〜ｋに示されるタイプの「ストリップ」センサを配置する場合には、離間ブロック５５を使用する代わりに、センサを路面と面一に支持する或いは路面の真下に支持するクリップを使用することが適切である。これは、離間ブロックを使用するよりも良好且つ簡単になると考えられるからである。
【０１０９】
図１３および図１４で説明したように、図６に示されるタイプの１つのセンサをハイウェイ内に配置した。図１５ａは、車が３つの異なる速度すなわち１５ｍｐｈ、３０ｍｐｈ、５５ｍｐｈでセンサ上を走行した時のセンサの応答を示している。各速度１５ｍｐｈ、３０ｍｐｈ、５５ｍｐｈは、データ曲線５８、５９、６０によってそれぞれ示されている。各曲線は、車の２つの車軸に対応する２つのピークを有している。ピーク間の距離は、車軸の間隔を示している。車軸の重さは、各ピークによって境界付けられる積分面積および車速の関数として得ることができる。この例では、車両の速度が分かれば、車両の重量を求めることができる。前述したように、通過する車両の速度を測定するためには、既知の距離で離間する少なくとも２つのセンサが必要である。
【０１１０】
図１５ｂは、前述した例１で使用されたセンサ上を連結式車両が走行した時に収集されたデータを示している。データ曲線６１、６２は、積載車両および無積載車両をそれぞれ示している。各曲線は、車両の４つの車軸に対応する４つのピークを有している。この場合も、車軸の重さは、ピークによって境界付けられる面積および車速の情報から得ることができる。しかしながら、この例において、車両の速度は、積載試験および無積載試験の両方で同じであるため、ピークによって境界付けられる面積間の数値的な差が、車両の重量の差を直接に表わす。この重量差は、車両によって運ばれる積荷の重量に等しい。
【０１１１】
ここでは、本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明がこの特定の実施形態に限定されず、本発明の範囲内で多くの変更や追加を行なうことができることは言うまでもない。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、以下の従属請求項の特徴と独立請求項の特徴とを様々に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】２車線ハイウェイ上に配置された本発明の一実施形態に係る交通監視システムの領域の一例を示している。
【図２】本発明の実施形態に係る交通監視システムの延在領域を示している。
【図３】６車線ハイウェイ上に配置された本発明の一実施形態に係る交通監視システムに適した１つのセンサステーションを示している。
【図４】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの一例を示している。
【図５ａ】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの他の例を示している。
【図５ｂ】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの他の例を示している。
【図５ｃ】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの他の例を示している。
【図５ｄ】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの他の例を示している。
【図６】道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの一例の斜視図を示している。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿うセンサの断面図を示している。
【図８】図６のセンサに適した他の形状のケーシングの断面図を示している。
【図９ａ】車両が圧電センサを通過する際の圧電センサの一般的な応答を示すグラフ図を示している。
【図９ｂ】直列に接続された３つのセンサの概略図を示している。
【図１０】本発明の一実施形態に係る交通監視システムでの使用に適した干渉問合せシステムの概略図を示している。
【図１１】図１０のシステムによって問合せされても良いセンサ群のセットの代表的な空間的配置を示している。
【図１２】図１１のセンサ群のセットにおける光信号タイミングの導出を示している。
【図１３】ハイウェイの表面下に配置された図６に示されるタイプのセンサの斜視図を示している。
【図１４ａ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１４ｂ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１４ｃ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１４ｄ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１４ｅ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１５ａ】図６に示されるタイプのセンサ上を通過する車およびＨＧＶから記録される信号を示している
【図１５ｂ】図６に示されるタイプのセンサ上を通過する車およびＨＧＶから記録される信号を示している
【図１６ａ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｂ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｃ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｄ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｅ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｆ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｇ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｈ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｉ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｊ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｋ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
2004527030.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
2004527030.tif 000014
【図９ｂ】
2004527030.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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【図１４ｅ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１６ｄ】
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【図１６ｅ】
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【図１６ｆ】
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【図１６ｇ】
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【図１６ｈ】
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【図１６ｉ】
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【図１６ｊ】
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【図１６ｋ】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年2月27日(2003.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺プレートを含む型と、
前記長尺プレートの少なくとも一方の面上で巻回される光ファイバとを備える交通監視用光ファイバセンサであって、
前記長尺プレートは、前記少なくとも一方の面に対して垂直な方向で柔軟性を有し、これにより、光ファイバセンサによって伝えられる光信号の少なくとも１つの所定の特性の変化が生じるように、光ファイバセンサ上で交通の通行が行なわれ、
前記光ファイバを通じて伝えられる光信号の前記少なくとも１つの所定の特性の変化は、干渉問合せシステムによって検出できる位相の変化を含む、交通監視用光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記長尺プレートには、前記少なくとも一方の面から突出し且つ長軸に沿って互いに離間する一対の湾曲部材が設けられ、これらの湾曲部材間で前記光ファイバが長手方向に巻回される、請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記各湾曲部材は、前記長尺プレートの前記少なくとも一方の面に対して垂直な軸を中心に回転可能である、請求項２に記載の光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記各湾曲部材がスピンドルを備えている、請求項２または３に記載の光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記スピンドルが固定され、前記湾曲部材は、スピンドルに回転可能に装着されるホイールを備えている、請求項４に記載の光ファイバセンサ。
【請求項６】
前記一対の湾曲部材は、前記長尺プレートの両端に向かって配置されている、請求項２から５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記長尺プレートの両端に向かって設けられた一対の終端プレートを更に備え、前記各終端プレートは、前記湾曲部材のうちの対応する一方の湾曲部材に結合され、前記光ファイバをその湾曲部材へと案内し且つその湾曲部材から案内する、請求項２から６のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項８】
前記長尺プレートの前記少なくとも一方の面から突出し且つ前記湾曲部材間に位置される１または複数のガイド部材を更に備え、前記ガイド部材は、前記一対の湾曲部材間で前記少なくとも一方の面上の所定の経路に沿って前記光ファイバを案内するように配置されている、請求項２から７のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項９】
前記所定の経路は、前記長尺プレートの長軸に沿う中央通路である、請求項８に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記光ファイバは、前記長尺プレートの両方の面に沿って通るように、前記長尺プレートの長軸の周囲に長手方向で巻回されている、請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１１】
前記光ファイバは、前記長尺プレートの短軸の周りに螺旋状に巻回されている、請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１２】
前記長尺プレートおよび前記光ファイバ上に設けられたコーティングを更に備えている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１３】
前記コーティングは、光ファイバセンサの感度を下げるための柔軟な化合物を含む、請求項１２に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１４】
追加の長尺プレートを更に備え、前記コーティングは、前記長尺プレートと前記追加の長尺プレートとの間に挟まれる、請求項１２または１３に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１５】
前記長尺プレートが金属ストリップを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１６】
前記長尺プレートが非金属ストリップを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１７】
前記光ファイバの少なくとも一端に結合された半反射要素を更に備えている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１８】
前記半反射要素は、１ポートミラーを有する光ファイバＸカプラまたはブラッググレーティングである、請求項１７に記載の光ファイバセンサ。
【請求項１９】
少なくとも１つのセンサステーションと、
干渉問合せシステムとを備え、
前記少なくとも１つのセンサステーションは、請求項１から１８のいずれか一項に記載の光ファイバセンサを少なくとも１つ備え、前記少なくとも１つの光ファイバセンサは道路内に配置可能であり、
前記干渉問合せシステムは、前記少なくとも１つのセンサステーションを通過する交通の単位によって加えられる力により前記少なくとも１つの光ファイバセンサで生じる前記少なくとも１つの所定の特性の変化に応答するようになっている交通監視システム。
【請求項２０】
前記干渉問合せシステムが反射干渉問合せシステムを含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記干渉問合せシステムがパルス反射干渉問合せシステムを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記干渉問合せシステムがレイリー後方散乱干渉問合せシステムを含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記干渉問合せシステムがパルスレイリー後方散乱干渉問合せシステムを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
複数のセンサステーションを備え、隣り合うステーションは、所定長の光ファイバによって互いに接続されている、請求項１９から２３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２５】
隣り合うセンサステーションを接続する前記光ファイバの長さが１００ｍから５０００ｍである、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記各センサステーションは、請求項１から１８のいずれか一項に記載の複数の光ファイバセンサを備えている、請求項１９から２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記各センサステーションは、道路の車線毎に、少なくとも１つの光ファイバセンサを備えている、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記各センサステーションは、道路の車線毎に、既知の距離をもって互いに離間する少なくとも２つの光ファイバセンサを備えている、請求項２６または２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記既知の距離が０．５ｍから５ｍである、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記各センサは、その最も長い寸法が道路の面内に実質的に収まり且つ道路上での交通の流れ方向に対して実質的に直交するように配置される、請求項１９から２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記各センサの最も長い寸法は、道路の車線幅とほぼ等しい、請求項１９から３０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記各センサが道路の表面下に配置される、請求項１９から３１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記光ファイバセンサは、ダミーファイバに接続された検出ファイバを備え、検出ファイバの光路長は、センサの感度が低いように設定され、ダミーファイバの光路長は検出ファイバの光路長よりも長く、これにより、ダミーファイバと検出ファイバとを組み合わせた光路長は、センサが干渉問合せシステムによって問合せすることができる十分な長さとなる、請求項１９から３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記ダミーファイバの光路長は、前記検出ファイバの光路長の少なくとも２倍である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記検出ファイバが実質的に直線状である、請求項３３または３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記検出ファイバおよび前記ダミーファイバは、１つの光ファイバを含む領域を備えている、請求項３３から３５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３７】
前記光ファイバセンサは、前記光ファイバに結合された少なくとも１つの半反射要素を更に備えている、請求項３３から３６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３８】
前記半反射要素が前記光ファイバセンサのダミーファイバ上に配置されている、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記半反射要素は、１ポートミラーを有する光ファイバＸカプラまたはブラッググレーティングである、請求項３７または３８に記載のシステム。
【請求項４０】
道路上に複数のセンサステーションを設け、
前記各センサステーションに、請求項１から１８のいずれか一項に記載の複数の光ファイバセンサを配置し、
前記各光ファイバセンサを干渉問合せシステムに接続し、
時分割多重化を使用することにより、問合せシステムが前記各光ファイバセンサの出力を実質的に同時に監視できるようにするとともに、前記各光ファイバセンサの出力を使用して前記各センサステーションを通過する交通に関するデータを得る、交通を監視する方法。
【請求項４１】
波長分割多重化法を使用することにより、前記問合せシステムが監視できる光ファイバセンサの数を増やす、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
空間分割多重化法を使用することにより、前記問合せシステムが監視できる光ファイバセンサの数を増やす、請求項４０または４１に記載の方法。
【請求項４３】
監視される交通が車両であり、得られるデータが車両の速度に関するものである、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
監視される交通が車両であり、得られるデータが車両の重量に関するものである、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
得られるデータが交通量に関するものである、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
監視される交通が車両であり、得られるデータが車軸間隔に関するものである、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
監視される交通が車両であり、得られるデータが車種に関するものである、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交通監視技術に係わり、特に、交通監視システムで使用されるセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者であれば分かるように、交通は、多くの様々な形態をとり得る。例えば、陸上での交通だけを考えてみても、そのような交通は、道路上の車両、小道の自転車、線路上の列車、小道上の人々、滑走路上の航空機など、これらに限定されるものではないが、様々な形態をとり得る。
【０００３】
交通路の特定の領域（例えば、道路、小道、鉄道線路等）での交通に関する情報を収集する理由は幾つかある。その理由の１つは、交通を有効に管理するためである。この場合、交通速度や交通量に関する情報が役に立つ。これにより、交通事故や通行止めに応じて他のルートを計画することができ、また、おそらくは制限速度を変更することで混雑を解消しようとすることができる。
【０００４】
一例として道路を考えていると、摩損して交換するように設計された犠牲上層を用いて多くの新しい道路が建造される。道路工事や道路建設に関わる著しい費用、更にはそのような作業によって生じる破壊を考えると、工事は、必要な時にのみ行なわれることが必要である。犠牲上層は、あまり早期に交換すると、不必要なコストが生じるため、直ちに交換すべきではなく、また、あまり遅くなって交換すると、道路の下側の構造に重大なダメージを与える虞があるため、交換を遅らせるべきではない。したがって、特定の道路領域における交通量の正確な測定は不可欠である。
【０００５】
交通情報を必要とする他の理由は、条例や法律の施行のためである。安全への関心から制定され、また、過積載車両が道路構造に及ぼすダメージを減らすために制定された、重貨物車両（ＨＧＶ）における最大許容重量に関する規則（規制）がある。動的な車両重量の測定は、そのような規則を順守させることを保証するのに役立つ。また、これは、交通ルートの他の形式、例えば特定の線路ルート上における重量超過列車の問題に適用される。列車による使用に関しては特定の最大重量まで特定のラインが認められても良く、鉄道経営者はこれらの重量制限を順守すべきである。動的重量を測定できることにより、そのような規則が順守されることを保証する。
【０００６】
車両の速度に関する簡単な情報を使用して、速度制限を監視して実施しても良い。
【０００７】
また、道路の特定の領域を使用して車種に関する情報を収集する必要もあり得る。これは、ＨＧＶ等の不適当な車両が田舎道を使用することを防止し、あるいは、将来の道路建設案を計画するためであっても良い。動的な車両重量および車軸数の測定によって、車種の分類が行なわれても良い。
【０００８】
速度、重量、交通量、交通のタイプに関する情報を全て使用すれば、効果的な交通管理プログラムに役立てることができることは明らかである。この情報を得るために使用できる方法は幾つかあるが、これらの方法は、関連する問題を有している。
【０００９】
道路の多くの領域は、ビデオカメラによって監視される。これらのカメラからの画像は、中心点に送られて解析され、車両速度、車種、交通量に関する情報を与える。しかしながら、画像が複雑であることにより、受けたデータを常に正確に自動解析できるとは限らず、そのため、画像を視覚的に検討しなければならない。このようにして多くの画像を解析できるには限界がある。また、収集された画像の画質は、天候状態によって影響される場合がある。霧や雨によってカメラの視野が暗くなる可能性がある。これは、高い車両の場合も同様である。また、強風によってカメラが振動する可能性もある。多くの国では、法執行機関によってカメラシステムが操作されるため、収集された情報を交通管理に関連する機関に利用できるようにするには、しばしば他の厄介な問題が存在する。また、ビデオ画像から車両の重量を測定することができない。交通を監視するためのビデオカメラシステムの建設費用が高くなる可能性がある。
【００１０】
新しい道路の大部分および既存の道路の多数には、誘導センサが設けられている。これらのセンサは、路面下に配置されるワイヤループである。車両がセンサ上を通り過ぎると、車両の金属部分、すなわち、エンジンやシャーシは、ループワイヤと一体を成す同調回路の周波数を変化させる。この信号変化は、通過車両の長さを測定するために、検出されて解析される。２つのループを互いに近接して配置することにより、車両の速度を測定することができる。誘導ループセンサによって収集されるデータの質は常に高くはなく、また、金属部分をあまり有さないのが最近の多くの車両の流行であることを考えると、データの質の低下は否めない。これにより、信号の変化が小さくなり、これを判断することが非常に難しくなる。また、ハイウェイ建設において道路建設作業者はスチールを多く使用する傾向があるため、読みの精度に影響する干渉の問題が一層大きくなる。
【００１１】
誘導センサは、安価に製造できるが、大型であるため、配置するにあたっては、特に既存の道路を大きく破壊しなければならない。これに伴って費用が生じる。交通管理に誘導ループを使用する際の大きな欠点は、これらのセンサが多重化に従わないという点である。各センサ領域は、それ自身のデータ収集システム、電源装置、データ通信ユニットを必要とする。これにより、センサ全体のコストが著しく大きくなり、その結果、設置された大部分の誘導ループが接続されず、データを収集することができなくなる。また、誘導ループを使用して車両の数を数えることができるが、車速を測定するために誘導ループが対を成して配置される場合には、誘導ループを使用して動的な車両重量を測定することができない。したがって、車種の区別も不可能である。
【００１２】
車両の重量、特にＨＧＶの重量を測定するために、一般に、２つの方法が使用される。車両重量は、橋ばかりを使用して測定することができる。これは、非常に正確であるが、車両をハイウェイから出して測定が行なえる特定の場所へと移動させる必要がある。他の方法は、車両の移動中に車両の重量を測定しようとすることである。一般に、路面下に圧電ケーブルが配置される。この圧電ケーブルは、車両が圧電ケーブル上を通過する時に、車両の重量に比例する信号を形成する。この方法は、橋ばかりよりも便利であるが、橋ばかりよりも精度が低い。誘導ループセンサと同様に、圧電センサは、多重化に従わないため、それぞれが同様のデータ収集システム、電源装置、データ通信ユニットを必要とする。また、圧電センサは、誘導ループセンサよりも高価であり丈夫ではない。
【００１３】
特定の道路領域における交通に関する最大量の情報を得るため、圧電センサは、多くの場合、誘導ループとタンデムに（直列に）配置される。
【００１４】
英国特許出願ＧＢ−Ａ−２，２１４，７７１号明細書は、平坦な硬い表面上に配置された光ファイバを備える圧力トランスデューサまたは重量トランスデュ−サを開示している。光ファイバの一端には、制御ユニットから一定の光信号が供給される。制御ユニットは、光ファイバの他端に、受信器を有している。この受信器は、光送信レベルの変化を検出するとともに、ファイバに作用する圧力または重量の変化、または、所定の閾値を超えるその圧力に応じた第１の状態から第２の状態への変化に比例するように較正される出力信号を形成する。
【００１５】
異なる技術を使用して圧力を検出するために、光ファイバセンサを使用することができる。光ファイバの全長が外圧に晒されると、ファイバに歪が生じる。この歪により、物理的な長さの変化と応力光学作用とが組み合わされて、光ファイバを通じた光信号伝搬特性（例えば位相）が変化する。そして、この特性の変化は、検出することが可能である。そのような光ファイバセンサは、位相等の特性の極僅かな変化を解析することができるため、加えられた圧力に対して極めて感度が良い。この高感度により、光ファイバセンサは、１０−４Ｐａの圧力に等しい強度を持つ音波を定期的に検出可能な場合には、例えば音響ハイドロフォンに使用することができる。しかしながら、そのような高感度も問題を引き起こし得る。そのような光ファイバセンサは、低い感度を必要とするような用途での使用、例えば、雑音が大きい環境での総圧力差を検出するような場合にはあまり適していない。しかしながら、そのような光ファイバセンサは、区間毎の電子部品に頼ることなく多重化を行なえるという利点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
容易に配置でき、必要な精度を与えることができるとともに、他のセンサと多重送信して簡単にデータ収集、データ通信、給電を行なうことができる交通監視用のセンサを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の態様から見ると、本発明は、長尺プレートを含む型と、前記長尺プレートの少なくとも一方の面上で巻回される光ファイバとを備える交通監視用光ファイバセンサであって、前記長尺プレートは、前記少なくとも一方の面に対して垂直な方向で柔軟性を有し、これにより、光ファイバセンサによって伝えられる光信号の少なくとも１つの所定の特性の変化が生じるように、光ファイバセンサ上で交通の通行が行なわれ、光ファイバを通じて伝えられる光信号の少なくとも１つの所定の特性の変化は、干渉問合せシステムによって検出できる位相の変化を含む、交通監視用光ファイバセンサを提供する。
【００１８】
本発明によれば、光ファイバが前記長尺プレートの少なくとも一方の面上で巻回され、これにより、光ファイバセンサ上で交通の通行があったときに光ファイバセンサによって伝えられる光信号の少なくとも１つの所定の特性の変化が生じ、その後、その変化は適切な問い合わせシステムによって検出されることが可能である。
【００１９】
長尺プレートは光ファイバを保持するために使用されるため、光ファイバセンサを収容するために道路内に実質的な溝を掘る必要なく道路内に光ファイバセンサを容易に配置できるよう、光ファイバセンサを十分に薄く形成することができる。また、長尺プレートの柔軟性により、路面の形状に適合し得るように、すなわち、例えばハイウェイの表面の反り形状に適合し得るように、センサを簡単に形成することができる。したがって、センサを均一な深さで表面下に容易に位置させるのを保証させることができる。これは、センサの全長に沿う応答の均一性を高めるのに役立ち、したがって、センサから利用できる精度を高めるのに役立つ。また、センサは光ファイバ技術を基本としているため、そのような複数の光ファイバセンサを多重化することにより、データ収集、データ通信、給電システムを簡単にすることができる。また、この種のセンサは、保管して配置することが容易である。また、この種のセンサは、保管または輸送のためにリールに巻回でき、必要に応じて繰り出すことができる。
【００２０】
好ましい実施形態において、長尺プレートには、少なくとも一方の面から突出し且つ長軸に沿って互いに離間する一対の湾曲部材が設けられ、これらの湾曲部材間で前記光ファイバが長手方向に巻回される。したがって、そのような好ましい実施形態において、光ファイバは、長尺プレートの長軸を上下に横断するとともに、長軸に沿って反対方向に戻って横断する前に、その横断する両端部が湾曲部材を周回する。光ファイバが曲げられると、光ファイバから光が失われる傾向がある。適切な寸法を有する湾曲部材に光ファイバを周回させることにより、反対方向で長尺プレートを横断できるように光ファイバを曲げる時に、過度の光損失を生じさせないで済む。当業者であれば分かるように、湾曲面における適切な寸法、例えばその半径は、使用される光ファイバによって決まる。好ましい実施形態においては、開口数（ＮＡ）が高い光ファイバを選択することにより、過度の光損失が生じ始めない程度で、可能な光ファイバの曲げ量を大きくする。そのような実施形態においては、直径が８ｍｍの湾曲部材であれば、光ファイバが方向を変えて曲げられる時に過度の光損失を伴うことなく、長尺プレートの長手方向で光ファイバを上下に周回させられることが分かった。
【００２１】
湾曲部材は、長尺プレートそれ自体の一部として成形されても良く、あるいは、長尺プレートに対して適当な方法で取り付けられる別個の部材として設けられても良いことは言うまでもない。湾曲部材が別個の部材として長尺プレートに取り付けられる実施形態において、湾曲部材は、固定状態で取り付けられても良く、あるいは、長尺プレートに対して回転可能に取り付けられても良いことは言うまでもない。一実施形態において、各湾曲部材は、長尺プレートの少なくとも一方の面に対して垂直な軸を中心に回転可能である。湾曲部材を回転可能にすることにより、湾曲部材間を通過する様々な長さの光ファイバの歪みを等しくすることができる。
【００２２】
好ましい実施形態において、各湾曲部材は、好ましくは少なくとも一方の面に対して実質的に垂直な方向でこの面から突出するように長尺プレートに取り付けられるスピンドルを備えている。一実施形態において、スピンドルは回転可能である。しかしながら、好ましい実施形態において、スピンドルは固定され、湾曲部材は、スピンドルに回転可能に装着されたホイールを更に備えている。
【００２３】
取り扱いおよび配置を容易にするため、スピンドルは、ストリップの長さに比べて短いことが望ましい。一例としてのセンサは、長さが約３．５ｍで、深さが約５ｍｍである（したがって、スピンドルの長さは、５ｍｍ以下である）。これによれば、所要長さの光ファイバを十分に巻回でき、更に、柔軟性を保持できる十分薄いセンサを得ることができる。
【００２４】
湾曲部材は、長尺プレートの面に沿う任意の適切な場所に配置されても良いことは言うまでもない。しかしながら、光ファイバセンサの感度は、一般に、センサ内で使用される光ファイバの長さが長くなればなるほど大きくなる。したがって、長尺プレートの長さを最大限に利用するため、長尺プレートの両端に一対の湾曲部材を配置することが好ましい。
【００２５】
好ましい実施形態において、光ファイバセンサは、長尺プレートの向かい合う両端に向かって設けられた一対の終端プレートを更に備え、各終端プレートは、湾曲部材のうちの対応する一方の湾曲部材に結合され、光ファイバをその湾曲部材へと案内し且つその湾曲部材から案内する。好ましい実施形態において、各終端プレートは、湾曲部材を受けるように配置されるとともに、光ファイバをその湾曲部材へと案内し且つ湾曲部材から案内するように形成されている。好ましい一実施形態において、光ファイバは、一対の湾曲部材間で少なくとも一方の面上の所定の経路を辿るように配置され、また、終端プレートは、その所定の経路と湾曲部材の外周との間に光ファイバのための滑らかな移行部を形成するのに役立つ。
【００２６】
長尺なファイバが一対の湾曲部材間で少なくとも一方の面に沿って自然なルートを辿るままにしておいても良いことは言うまでもない。しかしながら、好ましい実施形態において、光ファイバセンサは、長尺プレートの少なくとも一方の面から突出し且つ一対の湾曲部材間に位置される１または複数のガイド部材を更に備え、ガイド部材は、一対の湾曲部材間で少なくとも一方の面上の所定の経路に沿って光ファイバを案内するように配置されている。これにより、ファイバは、少なくとも一方の面の端部領域から離れることができ、したがって、光ファイバが損傷する危険性を低減できる。所定の経路は、長尺プレートの長軸に沿う中央通路であることが好ましい。
【００２７】
スピンドルおよび／またはホイールを長尺プレート上に有する実施形態の変形例として、光ファイバは、長尺プレートの両方の面に沿って通るように、長尺プレートの長軸の周囲に長手方向で巻回されても良い。更なる他の変形例において、光ファイバは、長尺プレートの短軸の周りに螺旋状に巻回される。
【００２８】
光ファイバセンサは、長尺プレートおよび光ファイバ上に設けられたコーティングを更に備えていることが好ましい。このコーティングは、光ファイバの損傷を防ぐのに役立っても良く、また、エポキシ、ポリウレタン、ブチルゴム等の材料によって形成されていても良い。好ましい実施形態において、コーティングは、光ファイバの損傷を防ぐためだけでなく、光ファイバの感度を下げるために設けられる。したがって、そのような好ましい実施形態において、コーティングは、光ファイバセンサの感度を下げることができる柔軟な化合物を含む。この実施形態において、柔軟な材料は、任意の外力の一部を効果的に吸収することにより、光ファイバセンサでは通常考えられないような大きな力や圧力を、センサを使用して検出できるようにする。柔軟な化合物の選択は、グリース等の柔軟性が高い材料から、エポキシ、ポリウレタン、ブチルゴム等の柔軟性が低い材料まで様々なであっても良い。
【００２９】
前述したように、長尺プレートおよび光ファイバに施されるコーティングの選択にもよるが、コーティングそれ自体は、光ファイバを適切に保護することができる。しかしながら、好ましい実施形態において、光ファイバセンサは、追加の長尺プレートを更に備え、コーティングは、長尺プレートと追加の長尺プレートとの間に挟まれる。このような構成によれば、２つの長尺プレート間に挟まれる光ファイバを更に保護することができるだけでなく、センサを対称にすることができ、これにより、光ファイバを光ファイバセンサのほぼ中心に通すことができる。
【００３０】
好ましい実施形態においては、長尺プレートが金属ストリップを含む。適切な金属の例としては、スチール、真鍮、スズ合金、アルミニウム合金等を挙げることができる。あるいは、長尺プレートは、非金属ストリップ、例えばパースペクス等のプラスチック、高密度ポリエチレン、あるいは、ナイロンまたは複合材料を含む。
【００３１】
長尺ストリップは、路面の形状に採用できる十分な柔軟性を維持できる任意の適切な寸法を有していることが好ましい。一般的な寸法例は、長軸が３から３．５ｍ、短軸が１から２ｃｍ、厚さが０．５から１ｍｍである。
【００３２】
光ファイバセンサは、光ファイバの少なくとも一端に結合された半反射要素を更に備えていることが好ましい。単独の孤立したセンサの場合、センサの両端に半反射端が使用される。しかしながら、一般的には、各センサが半反射要素を１つだけ必要とするように、多くのセンサが直列に接続される。この場合、各半反射要素は、１つのセンサのための第１の半反射要素として機能するとともに、先行するセンサのための第２の半反射センサとして機能する。これに対する例外は、直列の最後のセンサであり、この最後のセンサは、追加の末端半反射要素を必要とする。
【００３３】
半反射要素としては、１ポートミラーを有する光ファイバＸカプラまたはブラッググレーティングが適している。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、交通監視システムは、少なくとも１つのセンサステーションと、干渉問合せシステム（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）とを備えている。少なくとも１つのセンサステーションは、本発明の第１の態様に係る少なくとも１つの光ファイバセンサを備え、少なくとも１つの光ファイバセンサは道路内に配置可能であり、干渉問合せシステムは、少なくとも１つのセンサステーションを通過する交通の単位によって加えられる力により少なくとも１つの光ファイバセンサで生じる前記少なくとも１つの所定の特性の変化に応答するようになっている。
【００３５】
これは、高多重化可能な低コストで信頼性のある交通監視システムを提供する。遠隔問い合わせが可能であるため、その区間毎にエレクトロニクスや電力を与える必要がない。
【００３６】
好ましい実施形態において、干渉問合せシステムは、反射干渉問合せシステムを含み、パルス反射干渉問合せシステムまたはアーキテクチャを含むことが更に好ましい。
【００３７】
時分割多重化を使用して各センサを区別するシステムにおいては、反射干渉分光法、特にパルス反射干渉分光法により、分布したセンサと共に使用できる非常に有効な多重化アーキテクチャが可能である。
【００３８】
あるいは、干渉問合せシステムは、レイリー後方散乱干渉問合せシステムを含む。この場合、パルスレイリー後方散乱干渉問合せシステムが特に好ましい。
【００３９】
非レイリー後方散乱干渉問合せシステムは、センサ間にある別個の反射器に依存する。これらは、比較的効果な部品であり、システム全体のコストを大きくする虞がある。これに対し、レイリー後方散乱は、光ファイバの不均質性部分からの光の反射に依存する。そのため、別個の反射器が不要であり、システム全体のコストが低減する。しかしながら、そのようなシステムから収集されるデータは、反射問い合わせシステムよりも複雑な解析を必要とする。
【００４０】
システムは、複数のセンサステーションを備え、隣り合うステーションは、所定長の光ファイバによって互いに接続されていることが好ましい。
【００４１】
隣り合うセンサステーションを接続する前記光ファイバの長さは、隣り合うセンサステーションの光路長を規定する。一般に、接続する光ファイバは長々と延在しており、これにより、隣り合うセンサステーション間の光路長は、その物理的な間隔と実質的に等しい。しかしながら、接続する光ファイバは、全体にわたって長々と延在している必要はなく、この場合、隣り合うセンサステーション同士の物理的な間隔は、任意の距離であり、最大でも、隣り合うセンサステーションを接続するために使用される光ファイバの長さである。
【００４２】
隣り合うセンサステーションを接続する光ファイバの長さは、１００ｍから５０００ｍであると都合が良い。
【００４３】
各センサステーションは、複数の光ファイバセンサを備えていることが好ましく、各センサステーションは、道路の車線毎に、少なくとも１つの光ファイバセンサを備えていることが更に好ましい。
【００４４】
各センサステーションは、道路の車線毎に、既知の距離をもって互いに離間する少なくとも２つの光ファイバセンサを備えていることが最も好ましい。離間した一対のセンサを使用して交通の速度を測定することができる。
【００４５】
既知の距離は、０．５ｍから５ｍが適当である。既知の距離は、光ファイバセンサの物理的な間隔を表わすが、各センサ間の光ファイバの光路長を表わすものではない。
【００４６】
これは、１車線道路、鉄道線路、小道等から多車線高速道路にわたる任意のタイプの道路の交通を監視するために使用できる交通監視システムを提供する。センサステーションは、道路の全長に沿って所定の間隔で、あるいは、例えば既知の渋滞箇所や事故多発箇所等の交通監視が重要な場所にのみ、配置されても良い。
【００４７】
道路の一例としてハイウェイを考えると、ハイウェイの各車線に少なくとも１つの光ファイバセンサを設けると、交通が流れているハイウェイの場所とは関係無く幾つかの交通情報を集めることができる。１車線ハイウェイにおける最も単純なシステムは、２つのセンサを有しており、それぞれのセンサが交通の各方向を監視する。これは、車両の重量、交通量、車軸数に関する情報を与えるが、車両の速度を測定するためには使用できない。しかしながら、車両の速度は、ハイウェイの車線毎に既知の短い距離で２つのセンサを離間して配置することにより測定することができる。ハイウェイの車線毎に３つ以上のセンサを配置することが望ましい場合もある。例えば互いに近接して配置される３つのセンサは、車両の加速度を測定するために使用されても良い。そのような測定値は、道路の交差点、迂回道、信号機で使用できる。
【００４８】
各センサは、その最も長い寸法が道路の面内に実質的に収まり且つ道路上での交通の流れ方向に対してほぼ直交するように配置されることが好ましい。
【００４９】
各センサの最も長い寸法は、道路の車線幅と実質的に等しいことが好ましい。
【００５０】
これにより、ハイウェイの任意の場所において任意の車両の通過がシステムにより記録される。
【００５１】
道路の一例としてハイウェイを考えると、英国では、ハイウェイの車線の幅は、補助道路における約２．５ｍから、最大で高速道路における約３．６５ｍの範囲である。世界の他の場所の道路システムは、これと異なる車線幅を有している。
【００５２】
各センサは、道路の表面下に配置されることが好ましい。
【００５３】
一例として、既存の道路内に配置する場合、各センサを収容するために、狭いチャンネルまたは溝を道路に切り欠くことができる。その後、溝を再び埋め直し、路面を再び良好な状態にする。無論、新しい道路の場合には、道路の建造中において、道路の構造体内にセンサを簡単に組み込むことができる。
【００５４】
センサをハイウェイの路面中に埋め込むのではなくハイウェイの表面に取り付けるようにセンサを配置することもできるが、あまり好ましくない。これは、システムが移動することがない特定の場所で短い時間使用される場合に有益であるかもしれない。無論、この場合、使用されるセンサは、センサ上を直接に通過する車両に関与する大きな力に耐えることができる十分な保護をされる必要があり、あるいは十分な強度を有している必要がある。
【００５５】
光ファイバセンサは、ダミーファイバに接続された検出ファイバを備え、検出ファイバの光路長は、センサの感度が低いように設定され、ダミーファイバの光路長は検出ファイバの光路長よりも長く、これにより、ダミーファイバと検出ファイバとを組み合わせた光路長は、センサがパルス干渉問い合わせシステム等の光学的な問合せシステムによって問合せされ得る十分な長さとなることが好ましい。
【００５６】
ダミーファイバの光路長は、検出ファイバの光路長の少なくとも２倍であることが好ましい。しかしながら、ダミーファイバは、検出ファイバの長さの少なくとも２倍である必要は必ずしもないことは言うまでもない。検出ファイバの長さとダミーファイバの長さとを足した長さが、パルス反射構造のスイッチによって形成される最も小さい問い合わせパルスの幅によって問い合わせできる十分な長さであれば、ダミーファイバは、必要に応じて短くても長くても良い。
【００５７】
光ファイバセンサの感度は、光ファイバセンサが有している光ファイバの長さに実質的に比例する。車両交通に関与する大きな力を確実に測定できるレベルまでセンサの感度を下げるため、検出ファイバの長さは短いことが好ましい。しかしながら、光ファイバの短い部分は、パルス干渉システムを使用して簡単に問い合わせすることができない。これは、最小パルス長が光スイッチ特性によって制限されるためである。ダミーファイバを使用することにより、センサの全光路長が長くなり、パルス干渉問い合わせが簡略化される。
【００５８】
検出ファイバは、実質的に直線状であることが好ましい。
【００５９】
検出ファイバおよびダミーファイバは、１つの光ファイバを含む領域を備えていることが好ましい。これにより、センサの構造が簡単になる。また、検出ファイバおよびダミーファイバは、任意の他の適当な手段によって互いに接続され或いは接合されても良い。
【００６０】
センサは、少なくとも１つの検出ファイバおよびダミーファイバを実質的に取り囲むケーシングを更に備えていることが好ましい。
【００６１】
検出領域およびダミー領域を備えている光ファイバセンサの場合、半反射要素が含まれていれば、この半反射要素は、光ファイバセンサのダミー領域に配置されることが好ましい。
【００６２】
本発明の第３の態様において、交通を監視する方法は、道路上に複数のセンサステーションを設け、本発明の第１の態様に係る複数の光ファイバセンサを各センサステーションに配置し、各光ファイバセンサを干渉問合せシステムに接続し、時分割多重化を使用することにより、問合せシステムが各光ファイバセンサの出力を実質的に同時に監視できるようにするとともに、各光ファイバセンサの出力を使用して各センサステーションを通過する交通に関するデータを得る。
【００６３】
また、方法は、波長分割多重化法を使用することにより、問合せシステムが監視できる光ファイバセンサの数を増やすことが好ましい。
【００６４】
また、方法は、空間分割多重化法を使用することにより、問合せシステムが監視できる光ファイバセンサの数を増やすことが好ましい。
【００６５】
得られるデータは、車両の速度、車両の重量、交通量、車軸間隔、車種のうちの少なくとも１つに関するものであることが好ましい。重量は、車軸応答（位相変化）曲線に基づいて面積を計算することにより決定される。この曲線の振幅および幅（周波数）は、車速および重量によって決定される。較正された重量は、曲線に基づく面積と速度との積に倍率を掛けることにより決定される。この場合、速度は、対を成す２つのセンサ間のピーク信号分割時間によって決定される。
【００６６】
以下、図面を参照しながら、本発明を一実施例としてのみ説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
前述したように、交通は、多くの様々な形態がある。例えば、陸上の交通だけを考えると、そのような交通は、これらに限定されないが、道路上の車、通路上の自転車、鉄道レール上の列車、通路上の人、滑走路上の航空機等を含む様々な形態をとることができる。本発明の実施形態を説明するため、ハイウェイ上の車両を含む交通について考える。
【００６８】
図１は、２車線のハイウェイ上の所定位置にある交通監視システムの領域を示している。図示のように、２つのセンサステーション２は、所定長の光ファイバ３によって接続されている。図１および図２において、光ファイバ３は長々と延在するように示されており、したがって、距離４で示されるセンサステーション同士の物理的な離間距離は、光ファイバ３の光路長にほぼ等しい。光ファイバ３は、全体にわたって長々と延在している必要はなく、この場合、センサステーション同士の物理的な離間距離４は、光ファイバ３の光路長よりも短くても良い。５つのセンサステーション２を示すこのシステムのさらに延在している領域は図２に示される。
【００６９】
各センサステーション２は４つの光ファイバセンサ５を備えている。これらの光ファイバセンサ５は、互いに直列に接続されるとともに、光ファイバ６によって光ファイバ３に接続されている。各センサステーション２において、センサ５は、ハイウェイの各車線毎に２つのセンサが距離７で示されるように離間されるべくハイウェイ１内に配置されている。矢印８は、ハイウェイの各車線における交通の走行方向を示している。各センサは、その最も長い寸法が交通の流れの方向８に対して直交し且つハイウェイの車線の幅とほぼ等しくなるように配置されている。これにより、所定のセンサステーション２を通る車両は、その走行方向やハイウェイの車線上におけるその位置に関係なく、少なくとも１つの光ファイバセンサ５から応答を引き出す。各センサステーション内のセンサ７の物理的な離間距離に関する情報により、車両の速度を判断することができる。全てのセンサステーションは、光ファイバ３により、干渉問い合わせシステム９に接続されている。
【００７０】
図３には、高速道路等の多車線ハイウェイ１０用の交通監視システムの一部として、１つのセンサステーション２が所定位置に示されている。この場合、ハイウェイの６個の車線１１のうちの任意の車線上のセンサステーションを通る車両がその走行方向８やその車線１１の選択に関係無く応答を引き出すように、１２個のセンサ５が配置されている。
【００７１】
本発明の実施形態のセンサ構成の概略図が図４に示されている。センサ１２は、検出ファイバ１３と、ダミーファイバ１４とを備えている。この実施例において、ダミーファイバは、ケーシング１５の内側で巻回して示されている。半反射要素１６がダミーファイバに結合されている。この構成により、全長が長いダミーファイバを小さな容積内に収めることができ、これにより、センサの寸法全体を小さくすることができる。他の構成も考えられ、ダミーファイバをリール上または型上に巻き付けても良く、あるいは、センサの全体寸法が重要でない場合には、ダミーファイバを単に伸ばしたままにしても良い。図４において、検出ファイバ１３の周囲にはシース１７が示されている。このシースは、ダミーファイバケーシング１５と別体であっても良く、あるいは、一体であっても良い。シース１７は、検出ファイバを保護して破損しないようにする役目を成す。例えば、シースは、金属またはプラスチックによって形成されていても良い。シースの断面形状は、センサに横方向の剛性を与えるように選択されることが好ましい。図４において、シースは、単に概念的に示されている。検出光ファイバを保護して支持する本発明の実施形態で使用されるシースの更なる詳細については、図５ａ〜ｄおよび図１６ａ〜ｋを参照して後述する。
【００７２】
ケーシング１５およびシース１７の一方または両方を省くこともできるが、あまり好ましくない。これらを省けば、センサのコストおよび複雑さが減少するが、センサの強度が落ち、センサが簡単に破損してしまう虞がある。
【００７３】
使用時、センサは、問い合わせされるハイウェイ車線の幅を検出ファイバ１３が横切って延びるように配置される。検出ファイバを通り過ぎる車両によって及ぼされる力は、問い合わせシステムによって検出できる信号を形成する。一般に約２４ｍという検出ファイバの長さは、センサの感度が車両の通過に伴う大きな力を検出するのに適していることを意味する。ダミーファイバ１４は、車両の通過によって影響を受けないように位置決めされる。これは、ダミーファイバをハイウェイの端またはハイウェイの車線間に配置することにより実現できる。ダミーファイバのパッケージングは、ダミーファイバが振動しないように行なわれても良い。
【００７４】
本発明の実施形態のセンサ構成の更なる詳細が図５に示されている。これらの構成は、必要に応じて、図４に概略的に示されるダミーファイバを伴って、あるいは、ダミーファイバを伴うことなく、使用されても良い。センサのこの構成は、一般に金属ストリップである薄いストリップ１８を基体として構成されている。光ファイバ１９は、センサを形成するようにストリップに取り付けられている。図５ａにおいて、光ファイバは、ストリップの両端に取り付けられた２つのスピンドル２０の周囲に巻回されている。図５ｂ、５ｃ、５ｄでは、スピンドルが無く、ストリップそれ自体の周りにファイバが巻回されている。ファイバは、図５ｂに示されるように長手方向に巻回されていても良く、あるいは、図５および図５ｄに示されるようにストリップの短軸の周囲に螺旋状に巻回されていても良い。図５ｄにおいて、ストリップ１８の端面には、小さな刻み溝２１が形成されている。これらの溝は、光ファイバの巻回時に光ファイバを位置決めするのに役立つ。各実施形態において、ファイバは、エポキシ樹脂またはポリウレタンを含む被覆層（図示せず）によって保護されても良い。型として薄いストリップを使用すると、センサを軟らかくすることができる。これにより、センサは、それが配置されるハイウェイの反り（ｃａｍｂｅｒ）に適合することができるとともに、センサの保管および配置を容易にするためにドラム上にセンサを巻回することができる。無論、本発明の範囲から逸脱することなく、図５に示されるセンサの構成を変更しても良い。実際に、図５ａに概略的に示された実施形態の好ましい実施態様については、図１６ａから図１６ｋを参照して後述する。簡単のため、図５には半反射要素が省かれている。
【００７５】
センサ２２の他の例が図６および図７に示されている。このセンサ２２は光ファイバ２３を備えており、光ファイバ２３は、長尺プレートに巻回される代わりに、スチールバー２４の周囲に巻回されてケーシング２５内に配置されている。この例において、光ファイバ２３は、長さが５０ｍの二重コーティングされた開口数が高いファイバであり、１７０μｍの外径を有している（ファイバコア  ＳＭ１５００−６．４／８０）。しかしながら、長さや仕様がこれと異なる光ファイバを同様に使用しても良い。スチールバー２４は、長さが３ｍで且つＭ１２のネジが形成されたバーであり、また、光ファイバは、前記ネジと協働して巻回されている。これにより、光ファイバをバーの長手方向に沿って均一に巻回することが容易になる。Ｍ１２バーの代わりに、直径が１０ｍｍのネジ無しバーを使用することもできるが、その場合には、ファイバを均一に巻回することが難しくなる。また、ネジの代わりに、幅広い間隔をもって機械加工された螺旋溝を使用しても良い。無論、バーの寸法を変更して、所望の用途に適したサイズのセンサを形成しても良い。また、バーは金属バーである必要はなく、適した他の材料として、ポリウレタン等のプラスチックや複合材料を挙げることができる。ファイバの一端には半反射要素１６が結合されている。センサが単独で使用される場合、あるいは、センサが、複数のセンサを直列に接続して成るターミナルセンサを形成する場合には、別の半反射要素がセンサの他端に結合される。
【００７６】
センサの感度を下げて、センサが大きな力や圧力を検出できるようにするために、スチールバー２４とケーシング２５との間に柔軟な材料２６が設けられる。この材料は、センサに加わる任意の外力の大部分を吸収することができる。大抵の場合に高感度が最優先される従来の光ファイバセンサとは異なり、このセンサ構成は、センサに加わる力の大部分を効果的に吸収する柔軟な材料を選択することにより、わざと感度を下げている。このことは、グリース等の柔軟性が高い材料を含むセンサを使用して、既存の光ファイバセンサでは通常考えられない大きな力や圧力を検出できることを意味する。製造中、ケーシング２５を柔軟材料２６で部分的に満たした後、その上にバー２４および光ファイバ２３を配置すると都合が良い。その後、バー上に柔軟材料を一杯に満たす。これにより、図７に示されるように、バーが柔軟材料によって完全に取り囲まれる。センサを保護するために、随意的にキャップ２７を設けても良い。これは、柔軟材料２６としてグリース等の軟らかい材料が選択される場合に有益である。柔軟材料が例えばエポキシ樹脂のように固まるものであれば、キャップ２７を省くこともできる。
【００７７】
ケーシング２５は、鋼板によって形成されているが、アルミニウム等の任意の適当な材料によって形成されていても良く、また、スチールバー２４よりも僅かに長いと都合が良い。図６および図７は、略矩形断面を有するケーシングを示している。この形状は、センサの横方向の剛性を増し、圧電センサにおいてしばしば見られる曖昧なタイプの信号を排除するのに役立つ。この曖昧な信号が図９ａに示されている。時間に対する信号強度の曲線２８は、圧電センサを通過する車両に起因する典型的な応答を示している。曲線は、２つのピーク２９、３０を含む。主要なピーク２９は、車両がセンサの真上を通過する時に生じる。役に立つのは、信号のこの部分である。小さな第２のピーク３０は、主要なピークの前に形成されるものであり、車両の走行時に車両の重量によって路面が押上げられることにより生じる。この第２のピークは、時に、車両よりも先に伝わる「先頭波」（ｂｏｗ  ｗａｖｅ）と称されるものを生む。この例のケーシングの箱形状断面によって得られる横方向の剛性は、「先頭波」の作用を低減し、これにより、車両がセンサの真上を通過する時に車両を示す信号が得られる。
【００７８】
横方向の剛性を与え、したがって、「先頭波」の作用を低減する他の形状のケーシングが図８に示されている。
【００７９】
更に他の形状のケーシングを使用しても良い。例えば、ケーシングは、その内径がバー２４の外径よりも僅かに大きい円筒チューブを構成していても良い。この場合、バーとケーシングとの間に形成される環状の空間が柔軟材料で満たされる。
【００８０】
本発明の好ましい実施形態においては、光ファイバが円筒状のバーの周囲に巻回される光ファイバセンサを使用せず、その代わり、光ファイバが長尺プレート上に巻回される図５に関して前述したタイプの光ファイバセンサが使用される。好ましい実施形態において、この光ファイバセンサは、図１６ａから図１６ｋに示されるように構成される。
【００８１】
図１６ａに示されるように、光ファイバセンサは、長尺プレート１００を含む型を有している。この長尺プレート上には、多数のガイド部材１１０と、一対の終端プレート１２０とが配置されている。図１６ａにおいて、ガイド部材１１０および終端プレート１２０は、単に概略的に示されており、その好ましい形状および構成については、図１６ｃから図１６ｇを参照して後述する。好ましい実施形態において、長尺プレート１００には、その両端部に穴が設けられている。各終端プレートには、このプレートを貫通して、対応する穴が形成されている。これにより、各終端プレートが長尺プレートの対応する端部に配置され、終端プレートの穴と長尺プレートの穴とが位置合わせされる。ガイド部材に関して、これらは、長尺プレート１００の長手方向に沿って離間しており、２つの終端プレート間で光ファイバを案内するのに役立つ。使用されるガイド部材の正確な数は、設計上の選択の問題であるが、好ましい実施形態において、ガイド部材は、終端プレート間で等間隔に配置される。
【００８２】
各終端プレート１２０は、ホイール１３０を受けるように配置されるべく構成されている。各ホイールは、対応する終端プレート１２０の穴と位置合わせされる穴を有している。図１６ｈおよび図１６ｉを参照して後述するように、ホイールは、光ファイバ１４０を受けるために設けられた溝をその周縁に有していることが好ましい。
【００８３】
一対のスピンドル１５０が設けられている。各スピンドルは、対応するホイール１３０の穴、対応する終端プレート１２０の穴、対応する長尺プレート１００の端部の穴を貫通する。このスピンドルは、様々な部材を位置決めするようになっており、対応するホイール１３０の回転軸を形成する。
【００８４】
本発明の好ましい実施形態において、光感知ファイバは、長尺プレートの各横端部で関連するホイール１３０の外周に掛け渡されて、長尺プレート１００の長手方向で上下に通過する。光ファイバ１４０は、長尺プレートを横切って所定の通路に沿って通過するようにガイド部材１１０内に配置される。この通路は、長尺プレートの中心軸に沿っていることが好ましい。後述するように、各終端プレート１２０は、その形状により、光ファイバを長尺プレートの中心軸から対応するホイール１３０の外周へと案内した後、長尺プレートの中心軸へと光ファイバを戻すようになっている。光ファイバを巻回しつつ自由に回転するホイールを設けることにより、ホイール間を通る様々な長さの光ファイバの歪を等しくすることができる。
【００８５】
好ましい実施形態においては、前述したようにホイール１３０間に光ファイバを巻回した後、光ファイバを保護および／または光ファイバの感度を下げるために、光ファイバにコーティングが施される。好ましい実施形態において、コーティングは、光ファイバセンサの感度を下げるために、光ファイバを柔軟なポッティング化合物に漬けることにより得られる。柔軟な化合物は、グリース等の柔軟性が高い材料であっても良く、あるいは、硬く、エポキシ樹脂等のように固まるようになっている材料であっても良い。好ましい実施形態においては、柔軟な化合物としてポリウレタンが使用される。これは、液体として加えられた後、重合される。
【００８６】
好ましい実施形態においては、製造中、樹脂用のモールドとして使用されるチャンネル内に長尺プレート１００が配置される。このチャンネルは、金属バーを機械加工することによって形成されることが好ましい。その後、終端プレート１２０およびガイド部材１１０が長尺プレート上に配置されるとともに、ホイール１３０およびスピンドル１５０が配置された後、前述したように、ホイール間に光ファイバ１４０が巻回される。この段階で、例えばエポキシ樹脂やポリウレタン等のポッティング化合物をチャンネル内に流し込むことにより、チャンネル内に存在する光ファイバセンサの構成要素にポッティング化合物が加えられる。一般に、ポッティング化合物は、光ファイバセンサのための平坦な上面を形成する高さまで加えられる。
【００８７】
ポッティング化合物の選択にもよるが、ポッティング化合物は、それ自体、硬化した時点で光ファイバセンサを十分に保護できる十分な硬さを有していても良い。しかしながら、好ましい実施形態においては、光ファイバセンサの上面を形成するために、ポッティング化合物上に第２の長尺プレート１６０が配置される。好ましい実施形態において、この長尺プレート１６０には、この長尺プレートをスピンドル１５０上に配置することができる２つの穴が設けられる。この構成によれば、２つの長尺プレート間で光ファイバを挟み込んで保護することができるだけでなく、センサを対称に形成して、光ファイバセンサの略中心に光ファイバを通すことができる。
【００８８】
センサに第２の長尺プレートを設ける場合には、柔軟なポッティング化合物を硬化させる前の製造中に設けることが好ましい。これにより、２つの長尺プレート１００、１６０間のポッティング化合物中で光ファイバが浮遊する複合「サンドイッチ」が形成される。この複合構造体は、その後、ポッティング化合物（例えばポリウレタン）が硬化する間、好ましくは、圧縮治具として機能する蓋をモールドに取り付けることにより、圧縮される。硬化すると、複合構造体は、圧縮治具から取り外され、使用できるようになる。
【００８９】
図１６ｂは、第２の長尺プレート１６０が除去された図１６ａの光ファイバセンサの上面平面図である。図から分かるように、終端プレート１２０は、長尺プレート１００の両端部に設けられるとともに、各ホイール１３０を受け入れるように配置されている。その後、光ファイバは、長尺プレート１００の長手方向で上下に通されるとともに、その両端部がホイール１３０の外周に掛け渡され、ホイール１３０の周縁に設けられた溝内に入り込む。この時、終端プレート１２０は、光ファイバ１４０を長尺プレート１００の中心軸の方へと案内するように機能する。また、この場合、更なるガイド部材１１０は、長尺プレートの長手方向に沿って配置され、中心軸に沿って光ファイバ１４０を案内する。
【００９０】
図１６ｊおよび図１６ｋは、好ましい実施形態に係る長尺プレートの寸法の詳細を示している。この場合、図１６ｊは平面図を示しており、図１６ｋは側面図を示している。好ましい実施形態において、長尺プレートは、金属ストリップ、例えばスチール、真鍮、スズ合金、アルミニウム合金等によって形成されている。あるいは、長尺プレートは、非金属ストリップ、例えばナイロン、ポリウレタン等を備えている。図１６ｊから分かるように、好ましい実施形態の長尺プレートは、長さが３．３ｍであり、両端から１５ｍｍの部位に機械加工される２つの穴を有している。好ましい実施形態において、長尺プレートは、幅が１０ｍｍで、厚さが０．５ｍｍである。
【００９１】
図１６ｃは、好ましい実施形態のガイド部材の平面図を示している。一方、図１６ｄは、好ましいガイド部材の端面図を示している。図１６ｃに示されるように、ガイド部材は、下面２３０から立ち上がる２つの立設部２００を備えていることが好ましい。各立設部２００には、その両端に、ガイド部材の長手方向に沿って設けられた溝２４０に光ファイバを位置合わせする湾曲縁部２１０が設けられている。好ましい実施形態において、ガイド部材は、長さが２０ｍｍで、幅が１０ｍｍで、深さが２．５ｍｍである。この場合、立設部２００は、下面２３０から１．５ｍｍ立ち上がっている。
【００９２】
図１６ｅは、好ましい実施形態の終端プレート１２０の平面図を示している。一方、図１６ｆは対応する側面図を示しており、図１６ｇは対応する端面図を示している。ガイド部材１１０と同様に、終端プレートは、多数の立設部３１０が設けられたベース３００を有している。ベース３００には、長尺プレート１００の対応する穴と位置合わせされ且つ対応するスピンドル１５０を受けるように配置された穴３２０が設けられている。各立設部３１０には定形縁部３３０、３４０が設けられている。これらの定形縁部は、中央通路２４０と穴３２０に中心付けられるホイール１３０の外周との間で光ファイバを案内する。図面には多くの寸法が示されている。これらの寸法の全てはｍｍで表わされている。しかしながら、基本的に、終端プレートは、長さが４０ｍｍで、幅が１０ｍｍで、深さが２．５ｍｍであることが好ましい。また、立設部３１０は、ベース３００から１．５ｍｍ立ち上がっている。
【００９３】
図１６ｈは、対応する終端プレートの凹部３００内に配置される好ましい実施形態のホイールを示している。一方、図１６ｉは、ホイールの端面図を示している。図１６ｈから分かるように、ホイールは直径が１０ｍｍであることが好ましく、ホイールの周縁には、深さが約０．１ｍｍの外周溝４１０が設けられている。ホイールの中心を貫通するように穴４００が穿孔されている。この穴４００の寸法は、スピンドルが挿通できるように、終端プレートのベース３００に穿孔された穴の寸法と同じである。
【００９４】
好ましい実施形態においては、ＮＡが高い約２４ｍのファイバが長尺プレート１００の長手方向に沿って置かれる。このファイバは、直径が８ｍｍのホイール１３０の溝の周囲で曲げられ、したがって、長尺プレートの長手方向に沿ってファイバを約６．５周させることができる。好ましい実施形態において、補強ケーブルおよび半反射カプラは、周知の方法で光ファイバに接合されるとともに、長尺プレートの一端にポットされる。一方、ポットされる前に、他端で、周知の方法により光ファイバが補強ケーブルに接合される。
【００９５】
図１６ａから図１６ｋを説明するにあたって与えられた様々な寸法例は、単なる一例として与えられているものであって、本発明の範囲を逸脱することなく容易に変更できることは言うまでもない。
【００９６】
図１６ａから図１６ｋに示されたセンサ構成によって、図６に関して前述したセンサ構成を超える多くの技術的な利益が得られることが分かった。まず第１に、センサ全体の深さが約５ｍｍであることにより、非常に浅い溝を道路の表面に切り欠くだけで済み、また、路面下にセンサを正確に位置決めすることが容易になる。また、長尺プレート１００、１６０の柔軟性により、センサは、例えば道路の反り（ｃａｍｂｅｒ）といった道路の外形に適合することができる十分な柔軟性を持つことができる。したがって、この構成により、図６の構成における剛性の問題の幾つかを解消できる。更に、図６の構成は、その横方向の剛性により「先頭波」の作用を低減したが、図１６ａから図１６ｋの構成は、横方向の剛性を著しく向上させ、センサの対応する「先頭波」応答を著しく低減することができる。これは、ストリップの水平方向の剛性が垂直方向の剛性よりも十分に大きいためである。
【００９７】
図１６ａから図１６ｋのセンサ構成は、光ファイバセンサを使用することによる利点に加え、従来の最良の圧電ウェイ・イン・モーション（ＷＩＭ）センサの交差軸感度拒絶、柔軟性、サイズの利点を全て有していることが分かった。これらの利点には、１つのファイバ上で多くのセンサを多重化する能力、非常に長い距離にわたってセンサに問合せする能力、センサの電気的な構成要素の全てを排除することに起因する信頼性の向上が含まれる。
【００９８】
図９ｂには、直列に接続されたセンサ１２、１２’、１２”が示されている。好ましい実施形態において、各センサは、図１６ａから図１６ｋに示されるように構成されている。しかしながら、前述した他の任意のセンサ構成を使用しても良い。センサ１２、１２’はそれぞれ、１つの半反射要素１６、１６’を有しており、光ファイバ１３に接続されている。使用時、センサ１２は、両方の半反射要素１６、１６’を使用する。同様に、センサ１２’は、半反射要素１６’、１６”によって規定される。センサ１２”はターミナルセンサである。すなわち、このセンサは、ファイバ１６”、１６”’に接続された２つの半反射要素を有している。
【００９９】
図１０は、干渉問合せシステムの一例を示している。図１０の構造は、幾つかの追加の波長を取り入れた反射時分割多重化構造および空間分割多重化を基本としている。ｎ個のレーザ３１、例えばｎ個の分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザまたはＤＦＢファイバレーザからの光は、干渉計３３を透過する前に、高密度波長分割多重器（ＤＷＤＭ）３２を使用して合成される。干渉計３３は、ブラッグセル３４としても知られている２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）と、遅延コイル３５とを備えている。僅かに異なる周波数を有する複数のパルスは、回折される光パルスもこの周波数差を有するようにブラッグセル３４を駆動する。干渉計からの出力は、２つの別個の問合せパルスの形態を成す。これらの問合せパルスは、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）３６によって増幅された後、第２のＤＷＤＭ３８によってｎ個の異なるファイバ３７に分割される。各ファイバ３７は、１×Ｎカプラ３９に供給される。各カプラ３９は、入力をＮ個のファイバ４０に分割する。図１０において、各カプラ３９は、４つの出力ファイバ４０を有するように示されている。すなわち、Ｎ＝４である。Ｎは、必要に応じて４よりも大きく或いは小さくても良い。また、全ての１×Ｎカプラ３９は、Ｎに関して同じ値を有している必要はない。各ファイバ４０は、１つのセンサ、１つのセンサ群４１、または、多くのセンサ群４１で終端する。無論、図８の構造によって問合せ可能な個々のセンサの数は、多くても良い。一般的なシステムは、ｎ＝８であり、Ｎ＝４である。すなわち、８個のセンサを含むセンサ群が５つ、各出力ファイバ４０に接続されている。これにより、１２８０個のセンサに問合せできるシステムが提供される。センサの最大個数は、光出力量によって制限されるが、数千個またはそれ以上まで可能である。
【０１００】
センサからの戻り光は、戻りファイバ４３を介して、各受光器４２に通される。受光器は、偏光フェーディングによって引き起こされる低周波信号変動の問題を解消するために使用される追加の偏光ダイバーシティ受光器を組み込むことができる。これは、反射時分割構造に共通する問題である。電気信号は、受光器から、コンピュータ４４へと送られる。コンピュータ４４は、Ａ／Ｄ変換器４５と、デジタル・デマルチプレクサ４６と、デジタル復調器４７と、タイミングカード４８とを組み込んでいる。コンピュータ内でのデジタル信号処理後、信号は、表示または記憶のためにフォーマット済みデータとして引き出されても良く、あるいは、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）により変換されて電気信号に戻されても良い。
【０１０１】
図１０の構造の成功は、光信号の正確なタイミングに大きく依存している。これは、各センサ内において、また、１つのセンサ群内の各センサ間において、また、各センサ群間において、特定の長さの光ファイバを使用することにより達成される。１つの構成例が図１１に示されている。この図には、５つのセンサ群４９が示されており、各センサ群は、８個のセンサ５０から成り、１ｋｍの間隔をもって離間されている。各センサ５０は、各センサ群４９が４００ｍの光路長を有するように、全長が５０ｍの光ファイバを備えている。
【０１０２】
一応調べたところでは、正確に知られて測定された間隔で、例えば１ｋｍ毎に、センサ群を配置する必要があると考えられる。これは、センサ群を互いに接近させて配置できるように遅延コイルが使用されるような場合ではない。センサ群を設定距離内に配置できない場合には、４００ｍのファイバコイルを含むダミーセンサ群を使用した後、次のセンサ群を車道上に配置することができる。また、問合せパルスのタイミングを変えると、例えば５００ｍ、１ｋｍ、５ｋｍといったように、必要に応じてセンサ群の間隔を様々に変えることができる。
【０１０３】
図１１で規定された特定のファイバ長を使用すると、光信号タイミングを規定することができる。これが図１２に示されている。この図は、各センサ群において約４１ｋＨｚのサンプリングレートが可能でなければならないことを示している。この結果、数ｋＨｚの測定帯域幅にわたって高いダイナミックレンジが各センサで得られる。
【０１０４】
センサへのパルス列は、一連のパルス対を含む。この場合、これらのパルスは、僅かに異なる周波数を有している。各センサの各端部には、半反射器がある。パルス間のパルス間隔は、これら半反射器間でのファイバを通じた光の２方向通過時間に等しくなるように設定されている。これらの半反射器がパルス対を反射すると、第２のパルスの反射は、経時的に、ファイバに沿う次の半反射器からの第１のパルスの反射と重なり合う。センサ列から反射されたパルス列は、一連のパルスを含む。各パルスは、２つの光周波数間の周波数差であるキャリア信号を含んでいる。フォトダイオードでの検出処理の結果、それぞれが列の特定のセンサに対応する一連の時分割多重（ＴＤＭ）ヘテロダインパルスが生じる。圧力信号がセンサに作用すると、そのセンサに対応する反射パルスのキャリアが位相変調を引き起こす。
【０１０５】
図１１および図１２の仕組みを実行するためには、正確なタイミングパルスを発生させ、かなり高度な逆多重化・復調処理を行なう必要がある。Ａ／Ｄ変換器が設けられ且つデジタル信号処理を行なえるコンピュータを使用することにより、デジタルドメインにおいて必要な処理の全てを行なうことができる。これにより、従来のアナログ手法に比べて帯域幅およびダイナミックレンジが向上する。
【０１０６】
図１３および図１４は、ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法の一例を示している。図１３および図１４は図６および図７のセンサを示しているが、図５ａ〜ｄおよび図１６ａ〜ｋのセンサ構成において同じ基本的配置技術を使用することもできることは言うまでもない。ディスクカッターを使用してハイウェイ５２の表面にスロットまたは溝５１が切り欠かれる。一般にセンサよりも僅かに長い溝は、引き出し光ファイバ５４を収容するためのチャンネルとして使用される細い領域５３を有している。図１３には、センサの一端からの引き出し溝だけが示されているが、無論、センサの他端にも同様の溝が切り欠かれ、２つのセンサを互いに接続できるようになっている。溝の底面に沿って所定の間隔で複数の離間ブロック５５が配置される。この配置間隔は０．５ｍ程度が適している。その後、センサ５６が離間ブロック５５上に配置される。これらの離間ブロックにより、センサは、溝の底面と直接に接触しないで済み、その結果、センサを振動させないで済む。センサが所定の位置に配置されると、ポッティング樹脂５７が溝内に流し込まれ、これにより、センサが完全に封入される。離間ブロックにより、ポッティング樹脂は、センサの下側に流れることができる。図１４ｄに示されるように、溝内には、ポッティング樹脂を僅かに溢れ出るように満たすことが好ましい。樹脂の表面をハイウェイの表面と面一になるように削る最終作業の後、センサを適切に使用できる。
【０１０７】
図５ａ〜ｄおよび図１６ａ〜ｋに示されるタイプの「ストリップ」センサを配置する場合には、離間ブロック５５を使用する代わりに、センサを路面と面一に支持する或いは路面の真下に支持するクリップを使用することが適切である。これは、離間ブロックを使用するよりも良好且つ簡単になると考えられるからである。
【０１０８】
図１３および図１４で説明したように、図６に示されるタイプの１つのセンサをハイウェイ内に配置した。図１５ａは、車が３つの異なる速度すなわち１５ｍｐｈ、３０ｍｐｈ、５５ｍｐｈでセンサ上を走行した時のセンサの応答を示している。各速度１５ｍｐｈ、３０ｍｐｈ、５５ｍｐｈは、データ曲線５８、５９、６０によってそれぞれ示されている。各曲線は、車の２つの車軸に対応する２つのピークを有している。ピーク間の距離は、車軸の間隔を示している。車軸の重さは、各ピークによって境界付けられる積分面積および車速の関数として得ることができる。この例では、車両の速度が分かれば、車両の重量を求めることができる。前述したように、通過する車両の速度を測定するためには、既知の距離で離間する少なくとも２つのセンサが必要である。
【０１０９】
図１５ｂは、前述した例１で使用されたセンサ上を連結式車両が走行した時に収集されたデータを示している。データ曲線６１、６２は、積載車両および無積載車両をそれぞれ示している。各曲線は、車両の４つの車軸に対応する４つのピークを有している。この場合も、車軸の重さは、ピークによって境界付けられる面積および車速の情報から得ることができる。しかしながら、この例において、車両の速度は、積載試験および無積載試験の両方で同じであるため、ピークによって境界付けられる面積間の数値的な差が、車両の重量の差を直接に表わす。この重量差は、車両によって運ばれる積荷の重量に等しい。
【０１１０】
ここでは、本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明がこの特定の実施形態に限定されず、本発明の範囲内で多くの変更や追加を行なうことができることは言うまでもない。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、以下の従属請求項の特徴と独立請求項の特徴とを様々に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】２車線ハイウェイ上に配置された本発明の一実施形態に係る交通監視システムの領域の一例を示している。
【図２】本発明の実施形態に係る交通監視システムの延在領域を示している。
【図３】６車線ハイウェイ上に配置された本発明の一実施形態に係る交通監視システムに適した１つのセンサステーションを示している。
【図４】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの一例を示している。
【図５ａ】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの他の例を示している。
【図５ｂ】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの他の例を示している。
【図５ｃ】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの他の例を示している。
【図５ｄ】本発明の一実施形態に係る道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの他の例を示している。
【図６】道路交通監視システムでの使用に適した光ファイバセンサの一例の斜視図を示している。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿うセンサの断面図を示している。
【図８】図６のセンサに適した他の形状のケーシングの断面図を示している。
【図９ａ】車両が圧電センサを通過する際の圧電センサの一般的な応答を示すグラフ図を示している。
【図９ｂ】直列に接続された３つのセンサの概略図を示している。
【図１０】本発明の一実施形態に係る交通監視システムでの使用に適した干渉問合せシステムの概略図を示している。
【図１１】図１０のシステムによって問合せされても良いセンサ群のセットの代表的な空間的配置を示している。
【図１２】図１１のセンサ群のセットにおける光信号タイミングの導出を示している。
【図１３】ハイウェイの表面下に配置された図６に示されるタイプのセンサの斜視図を示している。
【図１４ａ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１４ｂ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１４ｃ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１４ｄ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１４ｅ】ハイウェイの表面下にセンサを配置する方法を示している。
【図１５ａ】図６に示されるタイプのセンサ上を通過する車およびＨＧＶから記録される信号を示している
【図１５ｂ】図６に示されるタイプのセンサ上を通過する車およびＨＧＶから記録される信号を示している
【図１６ａ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｂ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｃ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｄ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｅ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｆ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｇ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｈ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｉ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｊ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。
【図１６ｋ】本発明の好ましい実施形態に係る道路交通監視システムに用いるのに適した光ファイバセンサを示している。




【国際調査報告】
2004527030.tif 000084
2004527030.tif 000085