(57)【要約】【課題】測長対象が存在する空間に雲や塵などが浮遊している環境下でも、正確に測長対象の長さを測定することができるようにする。【解決手段】電光変換素子４が、所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象１の両端の間を往復配置されている光ファイバ２の一端から光信号を光ファイバ２内に入射させる一方、光電変換素子５が、その光ファイバ２の他端から出射された光信号を電気信号に変換し、発振器３により発振された電気信号と光電変換素子５により変換された電気信号との位相差ｄφから測長対象１の長さＬCを算出する。【選択図】図１
2013257283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象の両端の間を往復配置されている光ファイバと、
電気信号を発振する発振器と、
上記発振器により発振された電気信号を光信号に変換し、上記光ファイバの一端から上記光信号を上記光ファイバ内に入射させる電光変換手段と、
上記光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
上記発振器により発振された電気信号と上記光電変換手段により変換された電気信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
上記位相差検出手段により検出された位相差から測長対象の長さを算出する長さ算出手段と
を備えた測長装置。
【請求項２】
測長対象の両端の間を複数の光ファイバが往復配置されており、
電光変換手段は、上記複数の光ファイバの一端から光信号を複数の光ファイバ内に入射させ、
光電変換手段は、上記複数の光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換し、
位相差検出手段は、発振器により発振された電気信号と上記光電変換手段により変換された複数の電気信号との位相差を検出し、
長さ算出手段は、上記位相差検出手段により検出された複数の位相差から測長対象の長さを算出する
ことを特徴とする請求項１記載の測長装置。
【請求項３】
所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象の両端の間を往復配置されている光ファイバと、
電気信号を発振する発振器と、
上記発振器により発振された電気信号を光信号に変換し、上記光ファイバの一端から上記光信号を上記光ファイバ内に入射させる電光変換手段と、
上記光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換する第１の光電変換手段と、
上記電光変換手段の出射側と光ファイバを介して接続されており、上記電光変換手段から出射された光信号を電気信号に変換する第２の光電変換手段と、
上記第１の光電変換手段により変換された電気信号と上記第２の光電変換手段により変換された電気信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
上記位相差検出手段により検出された位相差から測長対象の長さを算出する長さ算出手段と
を備えた測長装置。
【請求項４】
測長対象の両端の間を複数の光ファイバが往復配置されており、
電光変換手段は、上記複数の光ファイバの一端から光信号を複数の光ファイバ内に入射させ、
第１の光電変換手段は、上記複数の光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換し、
位相差検出手段は、上記第１の光電変換手段により変換された複数の電気信号と第２の光電変換手段により変換された電気信号との位相差を検出し、
長さ算出手段は、上記位相差検出手段により検出された複数の位相差から測長対象の長さを算出する
ことを特徴とする請求項３記載の測長装置。
【請求項５】
複数の光ファイバの熱膨張係数が異なっていることを特徴とする請求項２または請求項４記載の測長装置。
【請求項６】
測長対象の両端の間を往復配置されている熱膨張係数が異なる複数の光ファイバと、
電気信号を発振する発振器と、
上記発振器により発振された電気信号を光信号に変換し、上記複数の光ファイバの一端から上記光信号を上記複数の光ファイバ内に入射させる電光変換手段と、
上記複数の光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
上記発振器により発振された電気信号と上記光電変換手段により変換された複数の電気信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
上記位相差検出手段により検出された複数の位相差から測長対象の長さを算出する長さ算出手段と
を備えた測長装置。
【請求項７】
測長対象より熱膨張係数が小さい光ファイバと、上記測長対象より熱膨張係数が大きい光ファイバとが少なくとも１つずつ以上配置されていることを特徴とする請求項５または請求項６記載の測長装置。
【請求項８】
発振器が、電気信号を発振する電気信号発振処理ステップと、
電光変換手段が、上記電気信号発振処理ステップで発振された電気信号を光信号に変換し、所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象の両端の間を往復配置されている光ファイバの一端から上記光信号を上記光ファイバ内に入射させる電光変換処理ステップと、
光電変換手段が、上記光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換する光電変換処理ステップと、
位相差検出手段が、上記電気信号発振処理ステップで発振された電気信号と上記光電変換処理ステップで変換された電気信号との位相差を検出する位相差検出処理ステップと、
長さ算出手段が、上記位相差検出処理ステップで検出された位相差から測長対象の長さを算出する長さ算出処理ステップと
を備えた測長方法。
【請求項９】
発振器が、電気信号を発振する電気信号発振処理ステップと、
電光変換手段が、上記電気信号発振処理ステップで発振された電気信号を光信号に変換し、測長対象の両端の間を往復配置されている熱膨張係数が異なる複数の光ファイバの一端から上記光信号を上記複数の光ファイバ内に入射させる電光変換処理ステップと、
光電変換手段が、上記光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換する光電変換処理ステップと、
位相差検出手段が、上記電気信号発振処理ステップで発振された電気信号と上記光電変換処理ステップで変換された電気信号との位相差を検出する位相差検出処理ステップと、
長さ算出手段が、上記位相差検出処理ステップで検出された位相差から測長対象の長さを算出する長さ算出処理ステップと
を備えた測長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、ビルや鉄塔などの測長対象の長さ（例えば、鉛直方向の長さ）を測定する測長装置及び測長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、例えば、ビルなどの構造物の変位を測長する測長装置が開示されている。
この測長装置では、光信号である周波数変調信号を測長対象の構造物に向けて出射し、その構造物に反射されて戻ってきた周波数変調信号を受信するようにしている。
そして、構造物が変位したときに、出射した周波数変調信号と反射波である周波数変調信号の位相差を求め、その位相差と変調周波数に対応する波長に基づいて、構造物の変位を算出するようにしている
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６８６２６号公報（段落番号［００４５］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の測長装置は以上のように構成されているので、構造物の変位を算出する際、光信号である周波数変調信号を空間に放射して、空間内の構造物に反射されて戻ってきた周波数変調信号を受信するようにしている。このため、空間内の環境が常に一定であれば、安定的に構造物の変位を算出することができるが、空間に雲や塵などが浮遊している環境下では、光信号である周波数変調信号が乱反射してしまうため、正確に構造物の変位を算出することができなくなる課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、測長対象が存在する空間に雲や塵などが浮遊している環境下でも、正確に測長対象の長さを測定することができる測長装置及び測長方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る測長装置は、所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象の両端の間を往復配置されている光ファイバと、電気信号を発振する発振器と、発振器により発振された電気信号を光信号に変換し、光ファイバの一端から光信号を光ファイバ内に入射させる電光変換手段と、光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、発振器により発振された電気信号と光電変換手段により変換された電気信号との位相差を検出する位相差検出手段とを設け、長さ算出手段が、位相差検出手段により検出された位相差から測長対象の長さを算出するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、電光変換手段が、所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象の両端の間を往復配置されている光ファイバの一端から光信号を光ファイバ内に入射させる一方、光電変換手段が、その光ファイバの他端から出射された光信号を電気信号に変換し、発振器により発振された電気信号と光電変換手段により変換された電気信号との位相差から測長対象の長さを算出するように構成したので、測長対象が存在する空間に雲や塵などが浮遊している環境下でも、正確に測長対象の長さを測定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による測長装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による測長装置の処理内容（測長方法）を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）温度Ｔ0であるときの測長対象１及び光ファイバ２の長さ、（ｂ）温度Ｔ1であるときの測長対象１及び光ファイバ２の長さを示す説明図である。
【図４】温度Ｔと測長対象１及び光ファイバ２の長さとの関係を示すグラフ図である。
【図５】この発明の実施の形態２による測長装置を示す構成図である。
【図６】（ａ）温度Ｔ0であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さ、（ｂ）温度Ｔ1であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さを示す説明図である。
【図７】温度Ｔと測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さとの関係を示すグラフ図である。
【図８】光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔとの関係を示すグラフ図である。
【図９】この発明の実施の形態３による測長装置を示す構成図である。
【図１０】（ａ）温度Ｔ0であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さ、（ｂ）温度Ｔ1であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さを示す説明図である。
【図１１】温度Ｔと測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さとの関係を示すグラフ図である。
【図１２】（ａ）温度Ｔ0であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さ、（ｂ）温度Ｔ1であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さを示す説明図である。
【図１３】温度Ｔと測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さとの関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による測長装置を示す構成図である。
図１では、測長対象１がビルや鉄塔などの構造物であり、測長対象１の鉛直方向の長さを測定する例を示している。
図１において、光ファイバ２は所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象１の両端の間を往復配置されている。
図１の例では、測長対象１の上端部及び下端部において、光ファイバ２が固定されており、温度の上昇に伴って測長対象１が伸びれば、光ファイバ２も一緒に伸びるが、光ファイバ２と測長対象１の材質が異なるため、通常、測長対象１よりも光ファイバ２の方が伸びる長さが多くなり、張力がかけられていない状態で固定されていると、光ファイバ２が撓んでしまう現象が発生する。
この実施の形態１では、測長対象１よりも光ファイバ２の方が多く伸びても、光ファイバ２が撓まないようにするために、所定以上の張力がかけられている状態で、光ファイバ２が測長対象１に固定されている。張力の大きさについては後述する。
【００１０】
発振器３は電気信号として、例えば正弦波や余弦波などの周波数変調信号（周波数変調信号は、目標とする測定精度に依存するが、例えば１０ＧＨｚ帯の信号が該当する）を発振する機器である。
電光変換素子４は光ファイバ２の一端と接続されており、発振器３により発振された電気信号を光信号（例えば、１．５μｍ帯の光）に変換し、光ファイバ２の一端から当該光信号を光ファイバ２内に入射させる部材（例えば、ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ、ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥなど）である。なお、電光変換素子４は電光変換手段を構成している。
光電変換素子５は光ファイバ２の他端と接続されており、光ファイバ２の他端から出射された光信号を電気信号に変換する部材（例えば、ＰＨＯＴＯ  ＤＩＯＤＥ等）である。なお、光電変換素子５は光電変換手段を構成している。
図１では、構成要素の関係を分かり易くするために、電光変換素子４及び光電変換素子５と測長対象１の間を離して図示しているが、実際には、電光変換素子４及び光電変換素子５は、測長対象１の直下に配置されており、電光変換素子４及び光電変換素子５と測長対象１間の光ファイバの長さは、測長対象１の両端の間に往復配置されている光ファイバ２の長さと比べて極めて短い。
【００１１】
位相比較器６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、発振器３により発振された電気信号の位相と光電変換素子５により変換された電気信号の位相を比較して、双方の電気信号の位相差を検出する処理を実施する。なお、位相比較器６は位相差検出手段を構成している。
演算装置７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、位相比較器６により検出された位相差から測長対象１の長さを算出する処理を実施する。なお、演算装置７は長さ算出手段を構成している。
【００１２】
図１の例では、測長装置の構成要素である光ファイバ２、発振器３、電光変換素子４、光電変換素子５、位相比較器６及び演算装置７のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、測長装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
測長装置の一部（例えば、位相比較器６、演算装置７）がコンピュータで構成されている場合、例えば、位相比較器６及び演算装置７の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１による測長装置の処理内容（測長方法）を示すフローチャートである。
【００１３】
次に動作について説明する。
図３（ａ）は温度Ｔ0であるときの測長対象１及び光ファイバ２の長さを示し、（ｂ）は温度Ｔ1であるときの測長対象１及び光ファイバ２の長さを示す説明図である。ただし、Ｔ0＜Ｔ1である。
また、図４は温度Ｔと測長対象１及び光ファイバ２の長さとの関係を示すグラフ図である。
【００１４】
まず、測長対象１の長さをＬC、光ファイバ２の長さをＬAとする。
図３（ａ）では、上側の●の直下から下側の●の中心までの長さをＬCとし、上側の●の直下と下側の●の中心間の往復の長さをＬAとしている。
このとき、温度Ｔ0であるときの測長対象１の長さＬCがＬ0であるとすると、温度Ｔ0であるときの光ファイバ２の長さＬAは、下記のように表される。
ＬC＝Ｌ0                                                （１）
ＬA＝２×Ｌ0                                            （２）
【００１５】
測長対象１の材質と光ファイバ２の材質は異なるため、測長対象１の熱膨張係数α（熱膨張係数αは、物体の大きさが温度によって体積が変化する度合いを示す係数であり、物体の長さが温度によって変化する度合いを示す線膨張率と比例する）と、光ファイバ２の熱膨張係数αは異なる。
熱膨張係数αは、下記の式（３）に示すように、長さＬの温度変化ｄＬ／ｄＴで表される。
2013257283.tif 000003
【００１６】
測長対象１の熱膨張係数をαC、光ファイバ２の熱膨張係数をαAとすると、温度ＴがＴ0からＴ1に変化したときの測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCと、光ファイバ２の長さＬAの変化ΔＬAは、下記の式（４）（５）のように表される。ただし、αC＜αAである。
ΔＬC＝αCＬ0（Ｔ1−Ｔ0）                                （４）
ΔＬA＝２αAＬ0（Ｔ1−Ｔ0）                              （５）
ΔＬC＜ΔＬA／２                                            （６）
【００１７】
したがって、温度変化に伴う測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCと光ファイバ２の長さＬAの変化ΔＬAは異なり、測長対象１よりも光ファイバ２の方が多く伸びるが（図４において、（１）は測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCを示し、（２）は光ファイバ２の長さＬAの変化ΔＬAを示している）、この実施の形態１では、上述したように、所定以上の張力がかけられている状態で、光ファイバ２が測長対象１に固定されている。
このため、温度Ｔが上昇して光ファイバ２の長さＬAが伸びた後でも、張力がかけられている状態が維持されていれば（測長対象１よりも光ファイバ２の方が多く伸びることで、温度Ｔが上昇する前よりも張力は緩むことになるが、元の張力が大きければ、張力がかけられている状態は維持される）、測長対象１よりも光ファイバ２の方が多く伸びたとしても、光ファイバ２の撓みが発生しないので、下記の式（７）の関係が成立する。
ΔＬA＝２ΔＬC                                              （７）
【００１８】
式（７）の関係より、変化後の温度Ｔが温度Ｔ1であるときの測長対象１の長さＬCと、温度Ｔ1であるときの光ファイバ２の長さＬAは、下記の式（８）（９）のように表される。
ＬC＝Ｌ0＋ΔＬC                                              （８）
ＬA＝２×Ｌ0＋ΔＬA
＝２×Ｌ0＋２ΔＬC
＝２（Ｌ0＋ΔＬC）                                        （９）
以上より、温度変化に伴う光ファイバ２の長さＬAの変化ΔＬAが求まれば、測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCが求まり、測長対象１の長さＬCを算出することが可能になる。
【００１９】
例えば、測長対象１が鉄塔であり、その鉄塔の材質がＳＳ４００（鉄）である場合には、熱膨張係数αBが１２［１０-6／Ｋ］であるため、温度変化（Ｔ1−Ｔ0）＝６５度の例では、線膨張率は０．７８［ｍｍ／１ｍ］になる。
したがって、例えば、温度上昇前の測長対象１の長さＬCが２０ｍであるとき、温度Ｔが６５度上昇したとすると、測長対象１の長さＬCが１５．６［ｍｍ］（＝０．７８×２０［ｍｍ］）だけ伸びる。
一方、光ファイバ２の熱膨張係数αAが４８．５［１０-6／Ｋ］である場合（これは被膜が樹脂性の光ファイバの実測値の一例とする）、同様の条件で線膨張率が３．１５２５［ｍｍ／１ｍ］になるため、温度上昇前の光ファイバ２の長さＬAが２０ｍであるとき、温度Ｔが６５度上昇したとすると、光ファイバ２の長さＬAが６３．０５［ｍｍ］（＝３．１５２５×２０［ｍｍ］）だけ伸びる。
【００２０】
このため、上昇前の温度Ｔが温度Ｔ0であるときに、半分の長さＬA／２が、測長対象１の長さＬCより４７．４５［ｍｍ］（＝６３．０５−１５．６［ｍｍ］）以上短い光ファイバ２を採用し、その光ファイバ２に張力をかけて、その光ファイバ２を測長対象１の両端間に往復配置すれば、温度Ｔが温度Ｔ1に上昇しても、光ファイバ２の撓みが発生しなくなり、上記の式（７）の関係が成立する。
なお、光ファイバ２は、１ｍあたり、１０ｍｍまで伸びることが可能であるため、温度上昇前の光ファイバ２の長さＬAが２０ｍであれば、２００ｍｍまで伸びることが可能である。このため、半分の長さＬA／２が、測長対象１の長さＬCより４７．４５［ｍｍ］以上短い光ファイバ２を採用することは可能である。
【００２１】
以下、測長装置の処理内容を具体的に説明する。
まず、発振器３は、電気信号として、例えば、正弦波や余弦波などの周波数変調信号を発振する（図２のステップＳＴ１）。
電光変換素子４は、発振器３が電気信号を発振すると、その電気信号を光信号に変換し（ステップＳＴ２）、光ファイバ２の一端から当該光信号を光ファイバ２内に入射させる（ステップＳＴ３）。
光ファイバ２の一端から入射された光信号は、図中、下から上方向に移動したのち、上から下方向に移動して、光ファイバ２の他端から出射される（ステップＳＴ４）。
【００２２】
光電変換素子５は、光ファイバ２の他端から出射された光信号を電気信号に変換し、その電気信号を位相比較器６に出射する（ステップＳＴ５）。
位相比較器６は、発振器３により発振された電気信号の位相と光電変換素子５から出射された電気信号の位相を比較して、双方の電気信号との位相差ｄφ（光ファイバ２の一端から入射された光信号と、光ファイバ２の他端から出射された光信号との位相差ｄφ）を検出する（ステップＳＴ６）。
位相差ｄφを検出する処理自体は公知の技術であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２３】
演算装置７は、位相比較器６が位相差ｄφを検出すると、その位相差ｄφから測長対象１の長さＬCを算出する（ステップＳＴ７）。
以下、演算装置７による測長対象１の長さＬCの算出処理を具体的に説明する。
【００２４】
まず、温度Ｔにおける位相差ｄφ（Ｔ）と、光ファイバ２の長さＬA（Ｔ）との関係は、下記の式（１０）のように表される。
ｄφ（Ｔ）＝ｋ0ｎＬA（Ｔ）                                （１０）
ただし、ｋ0は光信号の波数、ｎは光ファイバ２の屈折率である。
温度Ｔが変化すると、実際には光ファイバ２の屈折率ｎも変化するが、この実施の形態１では、屈折率ｎの変化が少ない場合を想定して、光ファイバ２の屈折率ｎは一定であるとしている。
温度変化に伴って光ファイバ２の屈折率ｎが変化する場合については、実施の形態２で説明する。
【００２５】
式（１０）を変形すると、下記の式（１１）のように表される。
2013257283.tif 000004
2013257283.tif 000005
【００２６】
演算装置７は、位相比較器６が位相差ｄφを検出すると、その位相差ｄφを式（１１）に代入することで、温度変化ｄＴを算出する。
式（１１）において、屈折率ｎが一定値であるとすると、光信号の波数ｋ0、温度Ｔ0であるときの測長対象１の長さＬ0及び光ファイバ２の熱膨張係数αAは既知であるため、位相差ｄφが分かれば、温度変化ｄＴを算出することができる。
【００２７】
ここで、光ファイバ２の長さＬAと温度Ｔの間には一定の関係があり、例えば、温度Ｔが２０度であるときの光ファイバ２の長さＬAや、温度Ｔが２５度であるときの光ファイバ２の長さＬAなどを事前に計測することができる。
そこで、この実施の形態１では、演算装置７は、光ファイバ２の長さＬAと温度Ｔの間の関係を示すテーブル、あるいは、光ファイバ２の長さＬAと温度Ｔの関係を示す関係式を備えているものとする。
【００２８】
演算装置７は、上記のようにして、温度変化ｄＴを算出すると、事前に備えているテーブル、あるいは、関係式を用いて、その温度変化ｄＴに対応する光ファイバ２の長さＬAを特定する。
演算装置７は、光ファイバ２の長さＬAを特定すると、その長さＬAを上記の式（９）に代入することで、測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCを算出し、その変化ΔＬCを式（８）に代入することで、測長対象１の長さＬCを算出する。
【００２９】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、電光変換素子４が、所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象１の両端の間を往復配置されている光ファイバ２の一端から光信号を光ファイバ２内に入射させる一方、光電変換素子５が、その光ファイバ２の他端から出射された光信号を電気信号に変換し、発振器３により発振された電気信号と光電変換素子５により変換された電気信号との位相差ｄφから測長対象１の長さＬCを算出するように構成したので、測長対象１が存在する空間に雲や塵などが浮遊している環境下でも、正確に測長対象１の長さＬCを測定することができる効果を奏する。
【００３０】
この実施の形態１では、測長対象１の鉛直方向の長さを測定する例を示しているが、測定方向は鉛直方向に限るものではなく、他の方向（例えば、水平方向、斜め方向）の長さを測定するものであってもよい。
例えば、測長対象１の水平方向の長さを測定する場合には、所定以上の張力がかけられている状態で、光ファイバ２が測長対象１の水平方向の両端の間に往復配置されていればよい。
【００３１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、温度変化に伴う光ファイバ２の屈折率ｎの変化が少ない場合を想定し、光ファイバ２の屈折率ｎが一定であるものとして、測長対象の長さＬCを算出するものを示したが、実際には、温度変化に伴って光ファイバ２の屈折率ｎが変化する。このため、温度変化に伴う光ファイバ２の屈折率ｎの変化を考慮して、測長対象の長さＬCを算出する方が、長さＬCの算出精度が向上する。
この実施の形態２では、温度変化に伴う光ファイバ２の屈折率ｎの変化を考慮して、測長対象の長さＬCを算出する例を説明する。
【００３２】
図５はこの発明の実施の形態２による測長装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
光ファイバ２ａ（図中、実線で示している）は所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象１の両端の間を往復配置されている。
光ファイバ２ｂ（図中、一点鎖線で示している）は所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象１の両端の間を往復配置されている。
この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様に、測長対象１よりも光ファイバ２ａ，２ｂの方が多く伸びても、光ファイバ２ａ，２ｂが撓まないようにするために、所定以上の張力がかけられている状態で、光ファイバ２ａ，２ｂが測長対象１に固定されている。
この実施の形態２では、測長対象１の両端の間に２本の光ファイバ２ａ，２ｂが往復配置されているものを示しているが、３本以上の光ファイバ２が往復配置されているようにしてもよい。
【００３３】
電光変換素子１１は光ファイバ２ａ，２ｂの一端と接続されており、発振器３により発振された電気信号を光信号に変換し、光ファイバ２ａ，２ｂの一端から当該光信号を光ファイバ２ａ，２ｂ内に入射させる部材である。なお、電光変換素子１１は電光変換手段を構成している。
光電変換素子１２は光ファイバ２ａ，２ｂの他端と接続されており、光ファイバ２ａ，２ｂの他端から出射された光信号を電気信号に変換する部材である。なお、光電変換素子１２は光電変換手段を構成している。
図５では、構成要素の関係を分かり易くするために、電光変換素子１１及び光電変換素子１２と測長対象１の間を離して図示しているが、実際には、電光変換素子１１及び光電変換素子１２は、測長対象１の直下に配置されており、電光変換素子１１及び光電変換素子１２と測長対象１間の光ファイバの長さは、測長対象１の両端の間に往復配置されている光ファイバ２ａ，２ｂの長さと比べて極めて短い。
【００３４】
位相比較器１３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、発振器３により発振された電気信号の位相と光電変換素子１２により変換された２つの電気信号の位相を比較して、各々の電気信号の位相差を検出する処理を実施する。なお、位相比較器１３は位相差検出手段を構成している。
演算装置１４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、位相比較器１３により検出された各々の位相差から測長対象１の長さを算出する処理を実施する。なお、演算装置１４は長さ算出手段を構成している。
【００３５】
図５の例では、測長装置の構成要素である光ファイバ２、発振器３、電光変換素子１１、光電変換素子１２、位相比較器１３及び演算装置１４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、測長装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
測長装置の一部（例えば、位相比較器１３、演算装置１４）がコンピュータで構成されている場合、例えば、位相比較器１３及び演算装置１４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００３６】
次に動作について説明する。
図６（ａ）は温度Ｔ0であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さを示し、（ｂ）は温度Ｔ1であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さを示す説明図である。ただし、Ｔ0＜Ｔ1である。
また、図７は温度Ｔと測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さとの関係を示すグラフ図である。
【００３７】
まず、測長対象１の長さをＬC、光ファイバ２ａの長さをＬA、光ファイバ２ｂの長さをＬBとする。
図６（ａ）では、上側の●の直下から下側の●の中心までの長さをＬCとし、上側の●の直下と下側の●の中心間の往復の長さをＬA，ＬBとしている。
このとき、温度Ｔ0であるときの測長対象１の長さＬCがＬ0であるとすると、温度Ｔ0であるときの光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBは、下記のように表される。
ＬC＝Ｌ0                                              （２１）
ＬA＝２×Ｌ0                                          （２２）
ＬB＝２×Ｌ0                                          （２３）
【００３８】
測長対象１の材質と光ファイバ２ａ，２ｂの材質は異なるため、測長対象１の熱膨張係数αと、光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αは異なる。
熱膨張係数αは、上記の式（３）に示すように、長さＬの温度変化ｄＬ／ｄＴで表される。
【００３９】
測長対象１の熱膨張係数をαC、光ファイバ２ａの熱膨張係数をαA、光ファイバ２ｂの熱膨張係数をαBとすると、温度ＴがＴ0からＴ1に変化したときの測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCと、光ファイバ２ａの長さＬAの変化ΔＬAと、光ファイバ２ｂの長さＬBの変化ΔＬBは、下記の式（２４）〜（２６）のように表される。ただし、αC＜αA＜αBである。
ΔＬC＝αCＬ0（Ｔ1−Ｔ0）                            （２４）
ΔＬA＝２αAＬ0（Ｔ1−Ｔ0）                          （２５）
ΔＬB＝２αBＬ0（Ｔ1−Ｔ0）                          （２６）
ΔＬC＜ΔＬA／２＜ΔＬB／２                           （２７）
【００４０】
したがって、温度変化に伴う測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCと光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBの変化ΔＬA，ΔＬBは異なり、測長対象１よりも光ファイバ２ａ，２ｂの方が多く伸びるが（図７において、（１）は測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCを示し、（２）は光ファイバ２ａの長さＬAの変化ΔＬAを示し、（３）は光ファイバ２ｂの長さＬBの変化ΔＬBを示している）、この実施の形態２では、上述したように、所定以上の張力がかけられている状態で、光ファイバ２ａ，２ｂが測長対象１に固定されている。
このため、温度Ｔが上昇して光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBが伸びた後でも、張力がかけられている状態が維持されていれば（測長対象１よりも光ファイバ２ａ，２ｂの方が多く伸びることで、温度Ｔが上昇する前よりも張力は緩むことになるが、元の張力が大きければ、張力がかけられている状態は維持される）、測長対象１よりも光ファイバ２ａ，２ｂの方が多く伸びたとしても、光ファイバ２ａ，２ｂの撓みが発生しないので、下記の式（２８）の関係が成立する。
ΔＬA＝ΔＬB＝２ΔＬC                                （２８）
【００４１】
式（２８）の関係より、変化後の温度Ｔが温度Ｔ1であるときの測長対象１の長さＬC、温度Ｔ1であるときの光ファイバ２ａの長さＬA、温度Ｔ1であるときの光ファイバ２ｂの長さＬBは、下記の式（２９）〜（３１）のように表される。
ＬC＝Ｌ0＋ΔＬC                                        （２９）
ＬA＝２×Ｌ0＋ΔＬA＝２×Ｌ0＋２ΔＬC＝２（Ｌ0＋ΔＬC）    （３０）
ＬB＝２×Ｌ0＋ΔＬB＝２×Ｌ0＋２ΔＬC＝２（Ｌ0＋ΔＬC）    （３１）
以上より、温度変化に伴う光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBの変化ΔＬA，ΔＬBが求まれば、測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCが求まり、測長対象１の長さＬCを算出することが可能になる。
【００４２】
以下、測長装置の処理内容を具体的に説明する。
まず、発振器３は、電気信号として、例えば、正弦波や余弦波などの周波数変調信号を発振する。
電光変換素子１１は、発振器３が電気信号を発振すると、その電気信号を光信号に変換し、光ファイバ２ａの一端から当該光信号を光ファイバ２ａ内に入射させるとともに、光ファイバ２ｂの一端から当該光信号を光ファイバ２ｂ内に入射させる。
光ファイバ２ａ，２ｂの一端から入射された光信号は、図中、下から上方向に移動したのち、上から下方向に移動して、光ファイバ２ａ，２ｂの他端から出力される。
【００４３】
光電変換素子１２は、光ファイバ２の他端から出射された光信号を電気信号に変換し、その電気信号を位相比較器１３に出射する。
位相比較器１３は、発振器３により発振された電気信号の位相と光電変換素子１２から出射された電気信号（光ファイバ２ａの他端より出射された光信号から変換された電気信号）の位相を比較して、双方の電気信号との位相差ｄφA（光ファイバ２ａの一端から入射された光信号と、光ファイバ２ａの他端から出射された光信号との位相差ｄφA）を検出する。
また、位相比較器１３は、発振器３により発振された電気信号の位相と光電変換素子１２から出射された電気信号（光ファイバ２ｂの他端より出射された光信号から変換された電気信号）の位相を比較して、双方の電気信号との位相差ｄφB（光ファイバ２ｂの一端から入射された光信号と、光ファイバ２ｂの他端から出射された光信号との位相差ｄφB）を検出する。
【００４４】
演算装置１４は、位相比較器１３が位相差ｄφA，ｄφBを検出すると、その位相差ｄφA，ｄφBから測長対象１の長さＬCを算出する。
以下、演算装置１４による測長対象１の長さＬCの算出処理を具体的に説明する。
【００４５】
まず、温度Ｔにおける位相差ｄφA（Ｔ），ｄφB（Ｔ）と、光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA（Ｔ），ＬB（Ｔ）との関係は、下記の式（３２）（３３）のように表される。
ｄφA（Ｔ）＝ｋ0ｎAＬA（Ｔ）                            （３２）
ｄφB（Ｔ）＝ｋ0ｎBＬB（Ｔ）                            （３３）
ただし、ｋ0は光信号の波数、ｎAは光ファイバ２ａの屈折率、ｎBは光ファイバ２ｂの屈折率である。
【００４６】
式（３２）を変形すると、下記の式（３４）のように表される。
2013257283.tif 000006
2013257283.tif 000007
【００４７】
また、式（３３）を変形すると、下記の式（３６）のように表される。
2013257283.tif 000008
2013257283.tif 000009
【００４８】
演算装置１４は、位相比較器１３が位相差ｄφA，ｄφBを検出すると、その位相差ｄφAを式（３４）に代入し、その位相差ｄφBを式（３６）に代入する。
式（３４）（３６）において、光信号の波数ｋ0、温度Ｔ0であるときの測長対象１の長さＬ0及び光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBは既知であるため、式（３４）における未知数は、温度変化ｄＴと光ファイバ２ａの屈折率ｎAである。また、式（３６）における未知数は、温度変化ｄＴと光ファイバ２ｂの屈折率ｎBである。
ただし、光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔとの関係は、図８に示すように、線形性があり、事前知り得るものである。そのため、演算装置１４は、光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔの関係を示すテーブル、あるいは、光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔの関係を示す関係式を備えているものとする。
光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔの関係が分かれば、位相差ｄφA，ｄφBが代入された式（３４）（３６）を連立方程式として解くことにより、温度変化ｄＴを算出することができる。
【００４９】
演算装置１４は、温度変化ｄＴを算出すると、図１の演算装置７と同様に、事前に備えているテーブル、あるいは、関係式を用いて、その温度変化ｄＴに対応する光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBを特定する。
演算装置１４は、光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBを特定すると、その長さＬA又は長さＬBを上記の式（３０）又は式（３１）に代入することで、測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCを算出し、その変化ΔＬCを式（２９）に代入することで、測長対象１の長さＬCを算出する。
【００５０】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、電光変換素子１１が、所定以上の張力がかけられている状態で、測長対象１の両端の間を往復配置されている光ファイバ２ａ，２ｂの一端から光信号を光ファイバ２内に入射させる一方、光電変換素子５が、その光ファイバ２ａ，２ｂの他端から出射された光信号を電気信号に変換し、発振器３により発振された電気信号と光電変換素子５により変換された２つの電気信号との位相差ｄφA，ｄφBから測長対象１の長さＬCを算出するように構成したので、測長対象１が存在する空間に雲や塵などが浮遊している環境下でも、正確に測長対象１の長さＬCを測定することができる効果を奏する。
また、２つの位相差ｄφA，ｄφBから測長対象１の長さＬCを算出しているため、温度変化に伴って光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBが変化しても、精度よく測長対象１の長さＬCを測定することができる効果を奏する。
【００５１】
この実施の形態２では、測長対象１の鉛直方向の長さを測定する例を示しているが、測定方向は鉛直方向に限るものではなく、他の方向（例えば、水平方向、斜め方向）の長さを測定するものであってもよい。
例えば、測長対象１の水平方向の長さを測定する場合には、所定以上の張力がかけられている状態で、光ファイバ２ａ，２ｂが測長対象１の水平方向の両端の間に往復配置されていればよい。
【００５２】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による測長装置を示す構成図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
光電変換素子２１は入力側が光ファイバ２０（例えば、測長対象１の両端の間を往復配置されている光ファイバ２ａ，２ｂと略同一の長さの光ファイバ）を介して電光変換素子１１の出力側と接続されており、電光変換素子１１から出射された光信号を電気信号に変換する部材である。なお、光電変換素子２１は第２の光電変換手段を構成している。
この実施の形態３では、光電変換素子１２は第１の光電変換手段を構成している。
【００５３】
上記実施の形態２では、発振器３により発振された電気信号が位相比較器１３に入力され、その電気信号と光電変換素子１２により変換された電気信号との位相差を検出するものを示したが、図９に示すように、電光変換素子１１の出力側と光電変換素子２１の入力側を光ファイバ２０で接続して、光電変換素子２１により変換された電気信号と光電変換素子１２により変換された電気信号との位相差を検出するようにしてもよく、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
【００５４】
なお、この実施の形態３では、電光変換素子１１の出力側と光電変換素子２１の入力側を光ファイバ２０で接続しているので、位相比較器１３により入力される電気信号間の位相差ｄφが、電気信号の１周期以上ずれてしまって、測長対象１の長さＬCを算出することができなくなる状況の発生を防止することができる。
【００５５】
光ファイバ２０（例えば、測長対象１の両端の間を往復配置されている光ファイバ２ａ，２ｂと略同一の長さの光ファイバ）に温度変化を極力与えないように、例えば、ファイバを巻き取ることで空間的に小さくして、それを温度環境の安定なところ（例えば、恒温槽）に配置することで、長さの温度変化の影響を極力小さくできる。この光ファイバ２０を基準に位相差を検出することで、測長対象１の長さを精度良く測定することができる効果を奏する。
【００５６】
実施の形態４．
上記実施の形態２では、所定以上の張力がかけられている状態で、光ファイバ２ａ，２ｂが、測長対象１の両端の間に往復配置されているものを示したが、測長対象１の両端の間に往復配置されている光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBが異なるものであれば（例えば、光ファイバ２ａの熱膨張係数αAが測長対象１の熱膨張係数αCより小さく、光ファイバ２ｂの熱膨張係数αBが測長対象１の熱膨張係数αCより大きい）、張力をかけない状態で、光ファイバ２ａ，２ｂを測長対象１の両端の間に往復配置することができる。
なお、光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBが異なるものであっても、張力をかけた状態で、光ファイバ２ａ，２ｂを測長対象１の両端の間に往復配置することができる（実施の形態２を参照）。
【００５７】
図１０（ａ）は温度Ｔ0であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さを示し、（ｂ）は温度Ｔ1であるときの測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さを示す説明図である。ただし、Ｔ0＜Ｔ1である。
また、図１１は温度Ｔと測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さとの関係を示すグラフ図である。
【００５８】
この実施の形態４では、光ファイバ２ａ，２ｂには張力がかけられておらず、測長対象１の上端から光ファイバ２ａ，２ｂが吊り下げられるように往復配置されている。
測長対象１の上端から光ファイバ２ａ，２ｂが吊り下げられているため、重力によって、光ファイバ２ａ，２ｂが撓むことはないので、温度Ｔ0（変化前の温度）であるときの測長対象１の長さＬCがＬ0であるとすると、上記実施の形態２と同様に、温度Ｔ0であるときの光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBは、下記のように表される。
ＬC＝Ｌ0                                              （４１）
ＬA＝２×Ｌ0                                          （４２）
ＬB＝２×Ｌ0                                          （４３）
【００５９】
測長対象１の熱膨張係数をαC、光ファイバ２ａの熱膨張係数をαA、光ファイバ２ｂの熱膨張係数をαBとすると、温度ＴがＴ0からＴ1に変化したときの測長対象１の長さＬCの変化ΔＬC、光ファイバ２ａの長さＬAの変化ΔＬA、光ファイバ２ｂの長さＬBの変化ΔＬBは、下記の式（４４）〜（４６）のように表される。ただし、αA＜αC＜αBである。
ΔＬC＝αCＬ0（Ｔ1−Ｔ0）                                  （４４）
ΔＬA＝２αAＬ0（Ｔ1−Ｔ0）                                （４５）
ΔＬB＝２αBＬ0（Ｔ1−Ｔ0）                                （４６）
ΔＬA／２＜ΔＬC＜ΔＬA／２                                 （４７）
【００６０】
したがって、温度変化に伴う測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCと光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBの変化ΔＬA，ΔＬBは異なり、温度Ｔ1に変化したときの測長対象１の長さＬCと、光ファイバ２ａの長さＬAと、光ファイバ２ｂの長さＬBは、下記の式（４８）〜（５０）のように表される。
ＬC＝Ｌ0＋ΔＬC                                              （４８）
ＬA＝２×Ｌ0＋ΔＬA                                          （４９）
ＬB＝２×Ｌ0＋ΔＬB                                          （５０）
【００６１】
このとき、測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬC，ＬA，ＬBの変化ΔＬC，ΔＬA，ΔＬBは、式（４４）〜（４６）及び図１１から明らかなように、測長対象１の熱膨張係数αCと光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBに依存している。
また、測長対象１の熱膨張係数αCと光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBは既知である。
このため、上記実施の形態２，３と同様の方法で、温度変化に伴う光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBの変化ΔＬA，ΔＬBが求まれば、測長対象１の熱膨張係数αCと光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBの比率から測長対象１の長さＬCの変化ΔＬCが求まり、測長対象１の長さＬCを算出することが可能になる。
【００６２】
以下、測長装置の処理内容を具体的に説明する。
まず、発振器３は、電気信号として、例えば、正弦波や余弦波などの周波数変調信号を発振する。
電光変換素子１１は、発振器３が電気信号を発振すると、その電気信号を光信号に変換し、光ファイバ２ａの一端から当該光信号を光ファイバ２ａ内に入射させるとともに、光ファイバ２ｂの一端から当該光信号を光ファイバ２ｂ内に入射させる。
光ファイバ２ａ，２ｂの一端から入射された光信号は、図中、下から上方向に移動したのち、上から下方向に移動して、光ファイバ２ａ，２ｂの他端から出力される。
【００６３】
位相比較器１３は、発振器３により発振された電気信号の位相と光電変換素子１２により変換された電気信号（光ファイバ２ａの他端より出射された光信号から変換された電気信号）の位相を比較して、双方の電気信号との位相差ｄφA（光ファイバ２ａの一端から入射された光信号と、光ファイバ２ａの他端から出射された光信号との位相差ｄφA）を検出する。
また、位相比較器１３は、発振器３により発振された電気信号の位相と光電変換素子１２により変換された電気信号（光ファイバ２ｂの他端より出射された光信号から変換された電気信号）の位相を比較して、双方の電気信号との位相差ｄφB（光ファイバ２ｂの一端から入射された光信号と、光ファイバ２ｂの他端から出射された光信号との位相差ｄφB）を検出する。
【００６４】
演算装置１４は、位相比較器１３が位相差ｄφA，ｄφBを検出すると、その位相差ｄφA，ｄφBから測長対象１の長さＬCを算出する。
以下、演算装置１４による測長対象１の長さＬCの算出処理を具体的に説明する。
【００６５】
まず、温度Ｔにおける位相差ｄφA（Ｔ），ｄφB（Ｔ）と、光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA（Ｔ），ＬB（Ｔ）との関係は、上記の式（３２）（３３）のように表され、式（３２）を変形すると、上記の式（３４）のように表される。また、式（３３）を変形すると、上記の式（３６）のように表される。
【００６６】
演算装置１４は、位相比較器１３が位相差ｄφA，ｄφBを検出すると、その位相差ｄφAを式（３４）に代入し、その位相差ｄφBを式（３６）に代入する。
式（３４）（３６）において、光信号の波数ｋ0、温度Ｔ0であるときの測長対象１の長さＬ0及び光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBは既知であるため、式（３４）における未知数は、温度変化ｄＴと光ファイバ２ａの屈折率ｎAである。また、式（３６）における未知数は、温度変化ｄＴと光ファイバ２ｂの屈折率ｎBである。
ただし、光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔとの関係は、図８に示すように、線形性があり、事前知り得るものである。そのため、演算装置１４は、光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔの関係を示すテーブル、あるいは、光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔの関係を示す関係式を備えているものとする。
光ファイバ２ａ，２ｂの屈折率ｎA，ｎBと温度Ｔの関係が分かれば、位相差ｄφA，ｄφBが代入された式（３４）（３６）を連立方程式として解くことにより、温度変化ｄＴを算出することができる。
【００６７】
演算装置１４は、温度変化ｄＴを算出すると、図１の演算装置７と同様に、事前に備えているテーブル、あるいは、関係式を用いて、その温度変化ｄＴに対応する光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBを特定する。
演算装置１４は、温度変化ｄＴに対応する光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBを特定すると、光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBを式（４９）（５０）に代入して、温度変化に伴う光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBの変化ΔＬA，ΔＬBを算出する。
【００６８】
演算装置１４は、光ファイバ２ａ，２ｂの長さＬA，ＬBの変化ΔＬA，ΔＬBを算出すると、下記の式（５１）に示すように、測長対象１の熱膨張係数αCと光ファイバ２ａの熱膨張係数αAとの比率を変化ΔＬAに乗算することで、測長対象１の長さＬCを算出する。
または、下記の式（５１）に示すように、測長対象１の熱膨張係数αCと光ファイバ２ｂの熱膨張係数αBとの比率を変化ΔＬBに乗算することで、測長対象１の長さＬCを算出する。
2013257283.tif 000010
2013257283.tif 000011
【００６９】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、測長対象１の両端の間に往復配置されている光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBが異なるものであれば（例えば、光ファイバ２ａの熱膨張係数αAが測長対象１の熱膨張係数αCより小さく、光ファイバ２ｂの熱膨張係数αBが測長対象１の熱膨張係数αCより大きい）、張力をかけない状態で、光ファイバ２ａ，２ｂを測長対象１の両端の間に往復配置するようにしても、上記実施の形態２，３と同様の効果を奏することができる。
【００７０】
この実施の形態４では、測長対象１の熱膨張係数αC、光ファイバ２ａ，２ｂの熱膨張係数αA，αBが、αA＜αC＜αBである例を示したが、これは一例に過ぎず、例えば、αC＜αA＜αBであってもよい。
この場合、測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さは図１２のように変化し、温度Ｔと測長対象１及び光ファイバ２ａ，２ｂの長さとの関係は図１３のようになる。
【００７１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  測長対象、２，２ａ，２ｂ  光ファイバ、３  発振器、４，１１  電光変換素子（電光変換素子）、５  光電変換素子（光電変換手段）、６，１３  位相比較器（位相差検出手段）、７，１４  演算装置（長さ算出手段）、１２  光電変換素子（光電変換手段、第１の光電変換手段）２０  光ファイバ、２１  光電変換素子（第２の光電変換手段）。
【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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