(57)【要約】      （修正有）【課題】  従来の電気的な手法による防災センサが雷放電の影響を受けて故障、誤動作し、放電の影響を受けない光を用いることが得策と考え、伸縮歪みに敏感な光ファイバＦＢＧを用いようとしているが、被測定物理量をＦＢＧの伸縮量に変換する仕組みとして満足するものがない。【解決手段】  リング状のバネ外周にＦＢＧを搭載した光ファイバを巻いて固定した構造の変換機構を提供するもので、被測定物理量をこのリングを押し潰すような圧力として作用させると正確に光ファイバの伸縮に変換することができ、光ファイバ内部にブラッグ回折格子を書き込んだＦＢＧを用いるもので、被検知量を格子間隔の伸縮に変換して検知する。伸縮値はブラッグ反射光の波長変化として実測できる。センサおよび信号伝送はすべて光信号であり、電気信号を使わないので、水中や屋外の過酷な気象条件の下でも、降雨や降雪融水による漏電や落雷の影響などを受けない特長がある。【選択図】図１
2007333713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧ）は外力による伸縮に対し、その内部にあるグレーティングからの反射波長が変化するということで応答するセンサデバイスであり、被測定物理量をＦＢＧの伸縮に変換できるものであればどのような物理量でも測定可能であるが、被測定物理量をＦＢＧの伸縮に変換するため、リボン状平板をリング形状に丸めるか、もしくは、筒状のパイプを所定の幅で輪切りにする方法で作成した平リング状バネに、ＦＢＧ部分を予め所定の張力を付与しつつ外周に巻きつけて固定した状態で使うことを特長とするＦＢＧのための変換機構をもったＦＢＧセンサ。
【請求項２】
請求項１のリング形状バネ外周に光ファイバが巻きつけられて固定されているとき、該リングを楕円状態に潰すような圧力をかけると、楕円の長径に垂直な面は小さな曲率で湾曲するためその部分の光ファイバは他の部分より大きく伸張を受け、一方、短径に垂直な面では曲率は反対に大きくなるので、圧縮となることから、これらの２つの場合のうち、一方、もしくは両方の位置にＦＢＧが配されるように設置固定することにより、圧力情報をＦＢＧの伸縮情報に変換することを特長とするＦＢＧのための変換機構をもったＦＢＧセンサ。
【請求項３】
請求項２で述べたように、リング状バネを押し潰して楕円化させるように作用する力に対し、その周囲に配置されたＦＢＧに及ぼす力が固定位置によって相反することを利用し、伸びる部分と圧縮する部分にそれぞれ取りつけられたＦＢＧを差動的に使うことを特長とするＦＢＧのための変換機構をもったＦＢＧセンサ。
【請求項４】
請求項１において述べたリング状のバネに巻きつけたＦＢＧの固定法に関し、ＦＢＧをリング状バネに直接接着するか、もしくは、ＦＢＧを０度方向、あるいは９０度方向に配置したとき、４５度の位置でファイバをリング状バネに接着、もしくは機械的圧力、もしくは冶具を用いて固定し、より正確に伸縮力がＦＢＧに伝達できることを特長とするＦＢＧのための変換機構をもったＦＢＧセンサ。
【請求項５】
請求項４において述べたリング状のバネに巻きつけたＦＢＧの固定位置に関し、ＦＢＧを０度方向、あるいは９０度方向に配置したとき、４５度より小さい角度位置でファイバをリング状バネに接着、もしくは機械的圧力、もしくは冶具を用いて固定することにより、感度およびオーバーシュートを改善することができることを特長とするＦＢＧのための変換機構をもったＦＢＧセンサ。
【請求項６】
請求項１において述べたＦＢＧを巻きつけるためのリング状のバネに関し、ＦＢＧを巻きつけるリングの表面に溝をつけ、ＦＢＧを安定に巻きつけることができるようにしたことを特徴とするＦＢＧのための変換機構をもったＦＢＧセンサ。
【請求項７】
請求項４で述べたＦＢＧの固定位置を、片端２箇所以上とすることにより、各固定点の両側での張力差を小さくすることにより、固定力を軽減し、固定による光の伝播損失を軽減できることを特徴とするＦＢＧのための変換機構をもったＦＢＧセンサ。
【請求項８】
請求項１で述べたＦＢＧセンサを応用もしくは内蔵せしめて作成できることを特長とする物理センサの全てであって、水圧をリング状の該ＦＢＧセンサに負荷することにより水位を計測する水位計、錘の動きを６方から支える該ＦＢＧセンサにより検知する原理の地震計、水量カウント信号を該ＦＢＧセンサにより検知する雨量計などを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、防災センサとして従来の欠点を克服するためになされたもので、防災センサ技術に関する。【０００２】  その手段として、光ファイバＦＢＧを応用した圧力センサの応用に関するもので、特に、被測定圧力をＦＢＧの伸縮量に変換する部分においてリング状のバネに巻きつけ、リングが外圧により扁平となるとき、巻きつけたＦＢＧに伸縮が発生することを利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００３】  電気的方式で実現されている従来の防災センサは雷放電の影響で、誤動作、故障が頻発し、改善する技術開発が求められていた背景がある。一方、光ファイバ技術も開発が進められ、ＦＢＧと呼ばれる新しい光デバイスが出現しているという技術背景があり、ＦＢＧをセンサとして用い、各種の防災センサを実現することが検討されたが、未解決の問題も多いのも事実である。本発明はＦＢＧを防災センサとして利用するための根幹となる変換技術に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  最近、わが国では水害、地震などの自然災害、および交通災害などが多発しているが、この被害を少しでも軽減するには、センサを配置して災害の発生を予知することが重要である。【０００５】  例えば、洪水は、河川上流、及び流域の水位分布の時間的変化を分析すれば、ある程度予測することが可能であり、この情報に基づいて支流の水門の開閉などで洪水を防止するように水位を制御して防災する方策もとることができる。【０００６】  この場合水位を測定するためのセンサ（水位計）が必要であるが、現在一般的に使われているセンサは電気的な手段によるものが多い。しかし、これは各地で雷の被害を受けて誤動作や故障を起こす事故が多発し、防災の上で効果を発揮していない。【０００７】本発明はこのような雷による防災センサが蒙る被害の多さに鑑みてなされるもので、次に述べるようなＦＢＧという光ファイバ型の素子を使う技術により解決する。【０００８】これにより天災、人災から人命を救うことが本発明の目的である。
【課題を解決する手段】
【０００９】  本発明は電気的防災センサが雷放電からの妨害により適正に動作しないという現状に鑑みてなされるもので、光を使うことにより、電磁的な影響を回避し、この課題を解決しようとするものである。
【００１０】  具体的には、ブラッグ回折格子を光ファイバ内に内蔵させたデバイス（ファイバブラッググレーティング：ＦＢＧ）を使うもので、これは外力により伸縮を受けるとブラッグ反射波長が変化することから、どのような物理量であってもＦＢＧの伸縮情報に変換することが可能であれば波長測定により検知可能となる。
【００１１】  そこで、必要となるのが、被測定物理量を光ファイバの伸縮に変換する変換機構である。
【００１２】しかし、被測定物理量を光ファイバの伸縮に変換する仕組みはさまざまな方法があるが、光ファイバはガラスであり機械的に脆弱であること、その保護のために被覆を行うと被覆材の影響を受けやすいことなどの問題があり、精度や安定性に課題があった。つまり、実際にＦＢＧを使うためには被測定物理量を光ファイバの伸縮に変換する新しい方法を発明する必要があった。
【００１３】本発明は光ファイバをリング状のバネ外周に巻いた状態で固定した機構により該課題を解決するものである。すなわち、リング状バネに被測定物理量からの圧力を付与して変形させると、その変形量は巻いた状態で固定されている光ファイバの伸縮に変換される。この変換は従来の変換方式に比較してあいまいな部分がなく、正確に変換できる。
【発明の効果】
【００１４】  本発明はＦＢＧをリング状バネ外周に巻きつけて固定する方法により、被測定物理量を正確にＦＢＧの伸縮量に変換する機構に関する。この機構を用いて防災センサを実現することにより、これまで実現できなかった高信頼な防災センサを提供できる。
【００１５】本発明による変換機構で用いるリング状のバネは解析モデルとして極めて単純であるため、弾性特性、応答特性などの解析が容易であり動作を予め予測し評価することが可能である。
【００１６】本発明による変換機構は従来の方法に比較してより正確に被測定物理量をＦＢＧの伸縮量に変換できるため、さまざま被測定物理量センサへ応用した場合、高性能なデバイスの実現が可能となり、特に防災センサへ適用した場合には高信頼なセンサを提供できる。
【発明の詳細】
（ＦＢＧの原理）
【００１７】  ＦＢＧは光ファイバのコアにブラッグ回折格子を紫外光を用いて書き込んだもので（図１），格子間隔で決まる特定の波長の光を反射する．格子間隔と波長の関係は次式で表される。
λ＝ｎ・Ｄ                  （１）
ここに、λは反射波長、Ｄは格子間隔、ｎ  はＦＢＧの平均屈折率である。
【００１８】  波長変化は
2007333713.tif 000003
る。
【００１９】
2007333713.tif 000004
だけによるものとした場合には誤差が生ずることが知られている。
【００２０】  温度をＴとすると、ｎ、Ｄとも温度の関数であり、ｎは波長の関数となることも知られている。
ｎ＝ｎ（Ｔ，λ）      （３）
Ｄ＝Ｄ（Ｔ）          （４）
であるから、線形領域では、
2007333713.tif 000005
となる。
【００２１】ここで、ｓは温度係数、ｐは屈折率の波長依存関数でＳｅｌｌｍｅｉｒ式などが知られている。ρは線熱膨張係数である。通常、石英ファイバではρ＝１ｘ１０−６／℃、ｓ＝９．５ｘ１０−６／℃程度の大きさであり、式（５）の右辺第２項は使っている波長が吸収帯から離れ、かつ波長変化が少ない領域では無視される。
【００２２】また、ＦＢＧが別な物体に固定されている場合には、その物体の熱膨張も考慮する必要がある。
【００２３】  通常は２つのＦＢＧを用い、温度依存性は共通として、一方だけに応力が付与されるようにしてセンサを構成し、波長変化の差分から温度変化による誤差を補償する。
【００２４】  本発明は被測定物理量をＦＢＧの伸縮量に変換する機構に関し、これまでの技術では、精度、安定性に課題があったことに鑑みてなされたもので、ＦＢＧをリング状のバネに巻きつけた構造の機構を採用することによって課題を解決している。
【００２５】  つまり、圧力の検知においては、リングを楕円となるように変形する力を受けるようにすると、楕円の長径に垂直な面は小さな曲率で湾曲するため、取り付けた光ファイバのその部分は他の部分より大きく伸張を受ける。一方、短径に垂直な面では曲率は反対に大きくなるので、圧縮となる。そこで、これらの位置うち一方、もしくは両方にＦＢＧが配されるようにすることにより、圧力情報をＦＢＧの伸縮情報に変換することができる。
【００２６】  このとき、光ファイバに及ぼす力が、ＦＢＧを配置する位置によって相反することに注意すると、ＦＢＧを差動的に利用することができ、温度による影響のような共通する誤差成分を相殺することが可能である。
【００２７】  リング状のバネ外周に巻きつけたＦＢＧの固定法には、ＦＢＧをリング状バネに直接接着する方法の他、ＦＢＧを０度方向、あるいは９０度方向に配置したとき、４５度の位置でファイバをリング状バネに接着、もしくは機械的圧力、もしくは冶具を用いて固定する方法がある。
【００２８】  さらに、リング外側面に光ファイバの太さに等しい溝を設けることにより、ＦＢＧを安定にリング外周に巻きつけることができる。差動動作を得るために２本のＦＢＧを使う場合には、溝を２本設けることもある。
【００２９】  以上述べたＦＢＧ変換機構は多くの応用形態をもっており、本発明は該変換機構を内蔵する全てのセンサを含むものである。つまり、水圧を該ＦＢＧ変換機構に負荷することにより水位を計測する水位計、錘の動きを６方から該変換機構により支える構造を持つ地震計、水量カウント信号を該ＦＢＧセンサにより検知する雨量計などを含む。
【実施例】
【００３０】  実施例を図１に示す。リング状バネ１の外周に光ファイバ２を巻きつけた状態を示している。ＦＢＧ３は、１個、もしくは２個搭載されている。２つの場合には、図に示すように０度と９０度となる位置に設置されている。光ファイバは固定冶具４にてＦＢＧをはさむように４５度方向の位置で固定されている。【００３１】  図中部分拡大図にはリングの外周面に溝６が１つもしくは複数列設けられていることを示している。【００３２】  光ファイバ３はリング外周を一周し、余長はリードファイバ５として光回路への接続に用いる。このとき、図２に示すように、水平にリード１２を取り出す場合は巻き数を１回（Ａ）、一方向に揃える場合には１．５回巻き（Ｂ）とする。それぞれの場合により、固定位置１３および台座１４の形状と感知できる圧力の方向１５を選択できる。【００３３】  本発明のＦＢＧ変換機構の動作を図３を用いて説明する。
いま、リング底部から矢印が示すような圧力が付与され、円であったものが、楕円に潰されるような変形を受けたとすると、リングの側面の部分の外周は伸び、同時に、リングの上面は縮む方向の力を受けるので、この部分にＦＢＧを配置すれば、圧力を正確にＦＢＧの伸縮に変換できる。【００３４】本発明の応用例１を図４に示す。図１に示したリング状バネを用いたＦＢＧ変換機構（Ｂ）１を、筒状、もしくは方形の外套２２に収納し、外圧２３により変形するように設置してある。外套２２の内部には光回路２４を収納する空間を有し、さらに、これらを外部機器と光ケーブル２５により防水シール２６を経由して外部に接続する。【００３５】この水位計は変換機構部を下に向けて水中につるすような状態で設置する。外部とは光ケーブル２５を経由し、分岐結合器２７を介して、光源装置２８および波長分析装置２９に接続する。波長分析結果から水位を求めてこれを表示器３０にて表示する。【００３６】  第２の実施例を図５に示す。これは、本発明のリング型ＦＢＧ変換機構３１による地震計である。６方から錘３２を支えておりｘ−方向、ｙ−方向、及びｚ−方向の３次元振動を検出できる。容器は２重となっており、外容器３３と内容器３４、および、台座３５で構成されている。台座には光ファイバケーブルの取り出し口３６があり、ケーブルを引き出して外部測定部に接続する。【００３７】  該地震計の光配線及び信号処理系の実施例を図６に示す。このような配線でＦＢＧを駆動できることは下記の特許出願に述べられているとおりである。ＦＢＧ４１とＦＢＧ４２とは対となっており、それぞれｘ、ｙ、ｚ方向に対向する変換機構に内蔵されている。【００３８】分岐結合器４３を経て光源４４からの光パワーは該ＦＢＧに配分され、反射光はフォトダイオー４５にてそれぞれ検出され、信号は３次元信号解析装置４６に与えられ、記録装置４７にて記録される一方、表示器４８にて振動状態が表示される。【００３９】本発明のリング型ＦＢＧ変換機構の応答特性は図７に示すようにオーバーシュートを伴うものとなる。この応答信号が図６の例のようなアナログ信号として得られる場合には、出力信号を積分回路に通じ、Ｃ及びＲの値を適当に選べばオーバーシュートを補償することができる。【００４９】  デジタル化された信号であれば上述と等価なデジタル積分処理を行えばオーバーシュートを解消することができる。
【図１】
2007333713.tif 000006
【図２】
2007333713.tif 000007
【図３】
2007333713.tif 000008
【図４】
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【図５】
2007333713.tif 000010
【図６】
2007333713.tif 000011
【図７】
2007333713.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月7日(2006.9.7)
【手続補正１】
【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】  本発明は、防災センサとして従来の欠点を克服するためになされたもので、防災センサ技術に関する。【０００２】  その手段として、光ファイバＦＢＧを応用した圧力センサの応用に関するもので、特に、被測定圧力をＦＢＧの伸縮量に変換する部分においてリング状のバネに巻きつけ、リングが外圧により扁平となるとき、巻きつけたＦＢＧに伸縮が発生することを利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００３】  電気的方式で実現されている従来の防災センサは雷放電の影響で、誤動作、故障が頻発し、改善する技術開発が求められていた背景がある。一方、光ファイバ技術も開発が進められ、ＦＢＧと呼ばれる新しい光デバイスが出現しているという技術背景があり、ＦＢＧをセンサとして用い、各種の防災センサを実現することが検討されたが、未解決の問題も多いのも事実である。本発明はＦＢＧを防災センサとして利用するための根幹となる変換技術に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  最近、わが国では水害、地震などの自然災害、および交通災害などが多発しているが、この被害を少しでも軽減するには、センサを配置して災害の発生を予知することが重要である。【０００５】  例えば、洪水は、河川上流、及び流域の水位分布の時間的変化を分析すれば、ある程度予測することが可能であり、この情報に基づいて支流の水門の開閉などで洪水を防止するように水位を制御して防災する方策もとることができる。【０００６】  この場合水位を測定するためのセンサ（水位計）が必要であるが、現在一般的に使われているセンサは電気的な手段によるものが多い。しかし、これは各地で雷の被害を受けて誤動作や故障を起こす事故が多発し、防災の上で効果を発揮していない。【０００７】本発明はこのような雷による防災センサが蒙る被害の多さに鑑みてなされるもので、次に述べるようなＦＢＧという光ファイバ型の素子を使う技術により解決する。【０００８】これにより天災、人災から人命を救うことが本発明の目的である。
【課題を解決する手段】
【０００９】  本発明は電気的防災センサが雷放電からの妨害により適正に動作しないという現状に鑑みてなされるもので、光を使うことにより、電磁的な影響を回避し、この課題を解決しようとするものである。
【００１０】  具体的には、ブラッグ回折格子を光ファイバ内に内蔵させたデバイス（ファイバブラッググレーティング：ＦＢＧ）を使うもので、これは外力により伸縮を受けるとブラッグ反射波長が変化することから、どのような物理量であってもＦＢＧの伸縮情報に変換することが可能であれば波長測定により検知可能となる。
【００１１】  そこで、必要となるのが、被測定物理量を光ファイバの伸縮に変換する変換機構である。
【００１２】しかし、被測定物理量を光ファイバの伸縮に変換する仕組みはさまざまな方法があるが、光ファイバはガラスであり機械的に脆弱であること、その保護のために被覆を行うと被覆材の影響を受けやすいことなどの問題があり、精度や安定性に課題があった。つまり、実際にＦＢＧを使うためには被測定物理量を光ファイバの伸縮に変換する新しい方法を発明する必要があった。
【００１３】本発明は光ファイバをリング状のバネ外周に巻いた状態で固定した機構により該課題を解決するものである。すなわち、リング状バネに被測定物理量からの圧力を付与して変形させると、その変形量は巻いた状態で固定されている光ファイバの伸縮に変換される。この変換は従来の変換方式に比較してあいまいな部分がなく、正確に変換できる。
【発明の効果】
【００１４】  本発明はＦＢＧをリング状バネ外周に巻きつけて固定する方法により、被測定物理量を正確にＦＢＧの伸縮量に変換する機構に関する。この機構を用いて防災センサを実現することにより、これまで実現できなかった高信頼な防災センサを提供できる。
【００１５】本発明による変換機構で用いるリング状のバネは解析モデルとして極めて単純であるため、弾性特性、応答特性などの解析が容易であり動作を予め予測し評価することが可能である。
【００１６】本発明による変換機構は従来の方法に比較してより正確に被測定物理量をＦＢＧの伸縮量に変換できるため、さまざま被測定物理量センサへ応用した場合、高性能なデバイスの実現が可能となり、特に防災センサへ適用した場合には高信頼なセンサを提供できる。
【発明の詳細】
（ＦＢＧの原理）
【００１７】  ＦＢＧは光ファイバのコアにブラッグ回折格子を紫外光を用いて書き込んだもので（図１），格子間隔で決まる特定の波長の光を反射する．格子間隔と波長の関係は次式で表される。
λ＝ｎ・Ｄ                      （１）
ここに、λは反射波長、Ｄは格子間隔、ｎ  はＦＢＧの平均屈折率である。
【００１８】  波長変化は
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る。
【００１９】
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だけによるものとした場合には誤差が生ずることが知られている。
【００２０】  温度をＴとすると、ｎ、Ｄとも温度の関数であり、ｎは波長の関数となることも知られている。
ｎ  ＝  ｎ（Ｔ，λ）            （３）
Ｄ  ＝  Ｄ（Ｔ）                （４）
であるから、線形領域では、
2007333713.tif 000015
となる。
【００２１】ここで、ｓは温度係数、ｐは屈折率の波長依存関数でＳｅｌｌｍｅｉｒ式などが知られている。ρは線熱膨張係数である。通常、石英ファイバではρ＝１×１０−６／℃、ｓ＝９．５×１０−６／℃程度の大きさであり、式（５）の右辺第２項は使っている波長が吸収帯から離れ、かつ波長変化が少ない領域では無視される。
【００２２】また、ＦＢＧが別な物体に固定されている場合には、その物体の熱膨張も考慮する必要がある。
【００２３】  通常は２つのＦＢＧを用い、温度依存性は共通として、一方だけに応力が付与されるようにしてセンサを構成し、波長変化の差分から温度変化による誤差を補償する。
【００２４】  本発明は被測定物理量をＦＢＧの伸縮量に変換する機構に関し、これまでの技術では、精度、安定性に課題があったことに鑑みてなされたもので、ＦＢＧをリング状のバネに巻きつけた構造の機構を採用することによって課題を解決している。
【００２５】つまり、圧力の検知においては、リングを楕円となるように変形する力を受けるようにすると、楕円の長径に垂直な面は小さな曲率で湾曲するため、取り付けた光ファイバのその部分は他の部分より大きく伸張を受ける。一方、短径に垂直な面では曲率は反対に大きくなるので、圧縮となる。そこで、これらの位置うち一方、もしくは両方にＦＢＧが配されるようにすることにより、圧力情報をＦＢＧの伸縮情報に変換することができる。
【００２６】  このとき、光ファイバに及ぼす力が、ＦＢＧを配置する位置によって相反することに注意すると、ＦＢＧを差動的に利用することができ、温度による影響のような共通する誤差成分を相殺することが可能である。
【００２７】  リング状のバネ外周に巻きつけたＦＢＧの固定法には、ＦＢＧをリング状バネに直接接着する方法の他、ＦＢＧを０度方向、あるいは９０度方向に配置したとき、４５度の位置でファイバをリング状バネに接着、もしくは機械的圧力、もしくは冶具を用いて固定する方法がある。
【００２８】  さらに、リング外側面に光ファイバの太さに等しい溝を設けることにより、ＦＢＧを安定にリング外周に巻きつけることができる。差動動作を得るために２本のＦＢＧを使う場合には、溝を２本設けることもある。
【００２９】  以上述べたＦＢＧ変換機構は多くの応用形態をもっており、本発明は該変換機構を内蔵する全てのセンサを含むものである。つまり、水圧を該ＦＢＧ変換機構に負荷することにより水位を計測する水位計、錘の動きを６方から該変換機構により支える構造を持つ地震計、水量カウント信号を該ＦＢＧセンサにより検知する雨量計などを含む。
【実施例】
【００３０】  実施例を図１に示す。リング状バネ１の外周に光ファイバ２を巻きつけた状態を示している。ＦＢＧ３は、１個、もしくは２個搭載されている。２つの場合には、図に示すように０度と９０度となる位置に設置されている。光ファイバは固定冶具４にてＦＢＧをはさむように４５度方向の位置で固定されている。【００３１】  図中部分拡大図にはリングの外周面に溝６が１つもしくは複数列設けられていることを示している。【００３２】  光ファイバ３はリング外周を一周し、余長はリードファイバ５として光回路への接続に用いる。このとき、図２に示すように、水平にリード１２を取り出す場合は巻き数を１回（Ａ）、一方向に揃える場合には１．５回巻き（Ｂ）とする。それぞれの場合により、固定位置１３および台座１４の形状と感知できる圧力の方向１５を選択できる。【００３３】  本発明のＦＢＧ変換機構の動作を図３を用いて説明する。
いま、リング底部から矢印が示すような圧力が付与され、円であったものが、楕円に潰されるような変形を受けたとすると、リングの側面の部分の外周は伸び、同時に、リングの上面は縮む方向の力を受けるので、この部分にＦＢＧを配置すれば、圧力を正確にＦＢＧの伸縮に変換できる。【００３４】本発明の応用例１を図４に示す。図１に示したリング状バネを用いたＦＢＧ変換機構（Ｂ）１を、筒状、もしくは方形の外套２２に収納し、外圧２３により変形するように設置してある。外套２２の内部には光回路２４を収納する空間を有し、さらに、これらを外部機器と光ケーブル２５により防水シール２６を経由して外部に接続する。【００３５】この水位計は変換機構部を下に向けて水中につるすような状態で設置する。外部とは光ケーブル２５を経由し、分岐結合器２７を介して、光源装置２８および波長分析装置２９に接続する。波長分析結果から水位を求めてこれを表示器３０にて表示する。【００３６】  第２の実施例を図５に示す。これは、本発明のリング型ＦＢＧ変換機構３１による地震計である。６方から錘３２を支えておりｘ−方向、ｙ−方向、及びｚ−方向の３次元振動を検出できる。容器は２重となっており、外容器３３と内容器３４、および、台座３５で構成されている。台座には光ファイバケーブルの取り出し口３６があり、ケーブルを引き出して外部測定部に接続する。【００３７】  該地震計の光配線及び信号処理系の実施例を図６に示す。このような配線でＦＢＧを駆動できることは下記の特許出願に述べられているとおりである。ＦＢＧ４１とＦＢＧ４２とは対となっており、それぞれｘ、ｙ、ｚ方向に対向する変換機構に内蔵されている。【００３８】分岐結合器４３を経て光源４４からの光パワーは該ＦＢＧに配分され、反射光はフォトダイオー４５にてそれぞれ検出され、信号は３次元信号解析装置４６に与えられ、記録装置４７にて記録される一方、表示器４８にて振動状態が表示される。【００３９】本発明のリング型ＦＢＧ変換機構の応答特性は図７に示すようにオーバーシュートを伴うものとなる。この応答信号が図６の例のようなアナログ信号として得られる場合には、出力信号を積分回路に通じ、Ｃ及びＲの値を適当に選べばオーバーシュートを補償することができる。【００４９】  デジタル化された信号であれば上述と等価なデジタル積分処理を行えばオーバーシュートを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】は本発明を説明する図であって、２つの図から構成されているが、１つは側面図、他は斜め方向から見た見取り図で表現している。これらはいずれもリング状のバネにＦＢＧを搭載した光ファイバを巻きつけている状態を示している。また、ＦＢＧの両側をリングに固定している様子、また、リングには溝をつけて、光ファイバを巻き付けた後ずれたりしないように工夫している様子を示している。
【図２】は本発明になるリング状のＦＢＧ変換機構を実際に使うときの固定法と、リード線（光ファイバ）の引き出し方向に、（Ａ）と（Ｂ）の２つのバリエーションがあることを示している。（Ａ）は、土台となるものに上向きで固定して、上から圧力を付与するタイプ、リード線は両端から取り出す。（Ｂ）は、吊り下げるような位置に固定して下から圧力を付与するもので、リード線は上方に向けて取り出すものである。用途により使い分けられる。
【図３】は本発明になるリング形状のＦＢＧ変換機構の動作原理を示している。リングが図のように平たく押しつぶされると、リングの外側の周（外周）に伸びる部分と縮む部分とが発生することを説明している。この部分にＦＢＧが来るように配置することによりリングを押しつぶす力をＦＢＧにより検知可能となる。
【図４】は本発明にかかるリング状のＦＢＧ変換機構を水圧計に応用した実施例を示すものである。水圧は自然界では水深に比例するから、水深計、水位計としても応用できる。図中のブロックダイアグラムはＦＢＧを駆動するための光学系の構成と配線を示している。
【図５】は本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を地震計に応用した実施例を説明している。中央に錘を置き、その前後左右上下に計６個の本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を配置し、錘に負荷される加速度による荷重を計量することにより、全方向の振動を計測することが可能である。
【図６】は図５で示した実施例の６個の本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を同時に駆動し、高速な振動を正確に検知するための光配線（光学系）を示している。
【図７】は、本発明のリング状ＦＢＧ変換機構のＦＢＧのパルス入力（衝撃的荷重負荷）に対する応答波形と、その補正回路を示している。該機構は応答速度が高速であるため、波形にはオーバーシュートが発生することが示されている。オーバーシュートは通常同じ時定数をもつ積分回路によって補正することができる。この機能は実際の電気回路としてだけでなく、デジタル処理によっても実現することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】１  リング状バネ  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構の基本材料である。これに下記２の光ファイバを巻きつける。
２  光ファイバ（ＦＢＧ搭載）  ：  コア内部にＦＢＧが書き込まれている光ファイバで、上記１に巻きつけて使用する。
３  ＦＢＧ部  ：  上記２の内部に書き込まれたＦＢＧ本体
４  固定冶具  ：  上記２の光ファイバをリングに巻きつけた後緩みがないように固定する必要があるが、その固定に用いる冶具。
５  光ファイバリード  ：  上記２の光ファイバの両端をＦＢＧへ光を送り込む、および、反射光や透過光を取り出すための延長部分。
６  溝  ：  上記１のリングにつけられたもので、巻きつけた光ファイバがずれることを防止する。
１１  リング型変換機構（図１）  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構全体をさす。
１２  リード光ファイバ  ：  上記２の光ファイバの両端をＦＢＧへ光を送り込む、および、反射光や透過光を取り出すために必要な延長部分。
１３  固定ネジ  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を土台に固定するためのネジ。
１４  保持機構と固定土台  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を固定しようとするときの相手
１５  圧力方向  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構は圧力を波長情報に変換する機能をもつが、該機構が感じ取れる圧力の方向を示している。
２１  リング状バネを用いたＦＢＧ変換機構（［図２］（Ｂ））  ：  実施例［図２（Ｂ）］の方式の応用をしめしている。
２２  外套  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を保護する筒。もしくは箱である。
２３  水圧方向  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構は圧力を波長情報に変換する機能をもつが、該機構が感じ取れる圧力の方向をしめしている。
２４  光回路収納スペース  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を駆動するための光回路（光配線）を収納する空間。
２５  光ケーブル  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を駆動するためにはＦＢＧ部分に光源光を導入する必要があるが、そのための光ファイバを内蔵したケーブルであり、水中で使うことを考慮して耐水性がある。
２６  防水シール  ：  水圧計（水位計）の内部に水が浸入しないようにケーブル導入部に設ける。
２７  光源装置  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を駆動するためにはＦＢＧ部分に光源光を必要とするが、その光を発生させる装置。
２８  分岐結合器  ：  光源からＦＢＧへ向かう光源光と、ＦＢＧからの反射光を分離するための光素子。
２９  波長分析装置  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構は圧力を反射光の波長情報への変換しているが、その波長情報を計測するための光学装置。
３０  水位表示装置  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を水位計として利用する場合、水圧が波長情報に変換されていることから、波長情報計測後、それを水位値に再度変換して表示する装置。この変換には予め較正された定数を用いる。
３１  リング状バネを用いたＦＢＧ変換機構（図１）  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構そのもの。この応用では各機構に１個のＦＢＧを配置する。
３２  錘  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構に、加速度により圧力を発生させるために用いる。
３３  外容器  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を含む光学系を保護するための箱で、丈夫さを考慮して２重としているがその外側。
３４  内容器  ：  上記３３に対応する内側。
３５  台座  ：  装置を安定に設置するための土台。
３６  光ケーブル取り出し口  ：  容器の内部に光ファイバを導入するための孔。
４１  ＦＢＧ  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構に取り付けられているＦＢＧのことである。
４２  ４１のＦＢＧと対になるＦＢＧ  ：  本応用例では２つのリングが対向して用いられている。上記４１のＦＢＧと対となっているものを指す。
４３  分岐結合器  ：  光源からＦＢＧへ向かう光源光と、ＦＢＧからの反射光を分離するための光素子。
４４  光源  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構を駆動するためにはＦＢＧ部分に光源光を必要とするが、その光を発生させる装置。
４５  フォトダイオード  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構からの反射光をパワーを計量する半導体素子。
４６  ３次元データ処理装置  ：  本応用例の地震計は、上下左右前後の３方向の振動を検知できるが、これらの情報から振動を３次元空間（東西南北上下）の座標系に変換する装置。
４７  記録装置  ：  上記４６で計算された値を記録する装置。
４８  表示装置  ：  上記４６で計算された値を表示する装置。
１０１  リング状バネを用いたＦＢＧ変換機構（図１）  ：  本発明のリング状ＦＢＧ変換機構そのもの。
１０２  １０１より発生する信号波形  ：  横軸は時間、縦軸は波長変化で表現した波形。オーバーシュートが発生している状況を示している。
１０３  信号処理回路  ：  上記１０２の波形に現れるオーバーシュートを除去する回路で、アナログ信号で得られる場合は実際のＲ及びＣを用いる。また、デジタル信号で得られる場合には等価なＲとＣによるデジタル信号処理によって実現できる。