(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定機器本体６から検知対象位置まで光ファイバーケーブル１を延設し、前記光ファイバーケーブル１は光ファイバー３にブラッグ格子４を設けてなるブラッグ格子型光ファイバーとしたセンサー２が長さ方向に直列状態にして配置されていて、測定機器本体６から光入射しブラッグ格子４で反射された反射光の波長成分を光データとして前記測定機器本体６で検出するブラッグ格子型振動計であって、
前記センサー２には、前記光ファイバー３に一端を取り付けた受け座８と、前記光ファイバー３に一端を取り付け、かつ前記受け座８に支点９を介して支持されて光ファイバー３の長手方向に直交する方向に振動可能にしたカンチレバー式の振り子７と、前記振り子７の自由端側に位置する重垂１０とが設けられ、
前記センサー２に光ファイバー３の長手方向に直交する方向に振動が加わったときに、前記重垂１０の慣性により前記振り子７の光ファイバー３に対する作用点１１が光ファイバー３の長さ方向に作用してブラッグ格子４の格子間隔を変化させ、ブラッグ格子４からの常時反射光と異なる波長の反射光の送り返しによりセンサー２に加わる振動を検知する構成としたことを特徴とするブラッグ格子型振動計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造物や鋼材に生じる歪みなどの検知対象位置で生じる物理的変動を遠隔測定するブラッグ格子型振動計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物である各種構造物や鋼材などに作用する振動、圧力などの物理的変動を測定するには、その被測定物にセンサーを直接固定している。そして、そのセンサーによる検出原理は電磁式、歪みゲージ式、差動トランス方式などがある。まず、電磁式は、永久磁石の磁界中に置かれた振り子のコイルが振動に応じた相対変位によって磁束を切ると、コイルに振動速度に比例する誘導起電力が生じることから、この現象を利用し、振動を電気的に測定する方式である。歪みゲージ式は、小さな片持ち梁の板バネの先端に錘を取り付けたもので、振動又は傾斜に応じてこの板バネに生じる曲げ歪みを板バネの両面に貼り付けたストレインゲージで電気抵抗の変化として検出するものである。差動トランス方式は、二個のコイルを同一磁路の中に置いて、一方を交流で励振すると、他方に電流が誘起される現象が相互インダクタンスと呼ばれていて、これを利用して二次コイルを二個使用してその電圧差を取り出すものであり、電位差は振動の大きさ、傾斜量、圧力の大きさに比例して変化する構造となっている。
このようにセンサーを電磁式、歪みゲージ式、差動トランス方式とした何れの測定装置においてもデータが電気信号として測定機器本体に送り込まれるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した各種方式のセンサーを備えた測定装置は全て微弱な電気信号を扱うため、センサーを強力な電界または磁界の近傍に置くとこれら電界や磁界の影響を受けてその電気信号が変化し、正常な測定をしなくなるという欠点がある。また、落雷などの高電圧を受けると、センサー内部の電子部品が破壊されるので、信頼性の低下の一因となっている。
そこで本発明は、検知対象位置に発生した振動、傾斜、圧力、温度変化などの物理的変動を光ファイバーの歪みや温度変化に変換させ、その歪みや温度変化がブラッグ格子の格子間隔を変化させることにより、特定の波長の光が光ファイバー内で反射するようになり、その状況における光データ（光信号）から前記物理的変動における物理量変化を検出できる点に着目したものである。これにより、本発明は上記各種従来方式の測定装置が共通の欠点である強電界、強磁界からの影響をセンサーの部分が受けず、そして、センサーから送出する測定のデータも変化しないようにすることを課題とし、測定精度及び信頼性に高いブラッグ格子型振動計を得ることを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を考慮してなされたもので、測定機器本体６から検知対象位置まで光ファイバーケーブル１を延設し、前記光ファイバーケーブル１は光ファイバー３にブラッグ格子４を設けてなるブラッグ格子型光ファイバーとしたセンサー２が長さ方向に直列状態にして配置されていて、測定機器本体６から光入射しブラッグ格子４で反射された反射光の波長成分を光データとして前記測定機器本体６で検出するブラッグ格子型振動計であって、前記センサー２には、前記光ファイバー３に一端を取り付けた受け座８と、前記光ファイバー３に一端を取り付け、かつ前記受け座８に支点９を介して支持されて光ファイバー３の長手方向に直交する方向に振動可能にしたカンチレバー式の振り子７と、前記振り子７の自由端側に位置する重垂１０とが設けられ、前記センサー２に光ファイバー３の長手方向に直交する方向に振動が加わったときに、前記重垂１０の慣性により前記振り子７の光ファイバー３に対する作用点１１が光ファイバー３の長さ方向に作用してブラッグ格子４の格子間隔を変化させ、ブラッグ格子４からの常時反射光と異なる波長の反射光の送り返しによりセンサー２に加わる振動を検知する構成としたことを特徴とするブラッグ格子型振動計を提供して、上記課題を解消するものである。
【０００５】
【作用】
光ファイバーの歪みがブラッグ格子の格子間隔を変化させることにより、特定の波長の光が光ファイバー内で反射するようになるものであって、これを説明すると、図１に示すように、検知対象位置まで延設される光ファイバーケーブル１のセンサー２は芯線としての光ファイバー３からなるものであって、該光ファイバー３に屈折率が長さ方向に周期的に変化するブラッグ格子（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）４が設けられて、センサー２はブラッグ格子型光ファイバーとして構成されている。即ち、このセンサー２では、光ファイバー３内の屈折を部分的に変化させて光の干渉が起こるようにしたもので、その屈折率が変化する部分を等間隔にした格子状領域を前記ブラッグ格子４としていて、図２に示すように入射光Ｉの内、特定の波長成分の反射光Ｒのみを反射させるようにしている。なお、ブラッグ格子４で反射される光の波長λＢは、ブラッグ波長と呼ばれて下式で示される。
λＢ＝２ｎＡ
ここで、ｎは光ファイバーの屈折率、Ａは格子の間隔である。
【０００６】
このブラッグ格子４に有するセンサー２は特定の波長成分のみを反射することができることから多重化伝送に好適である。即ち、センサー２では、入射光Ｉがブラッグ格子４に入射する前は図２（ａ）に示すような波長成分であるのに対して、グラッグ格子４を透過した入射光Ｉでは、図２（ｂ）に示すように、一部の波長成分λＢが反射されて含まない状態となり、また、そのブラッグ格子４で反射した光は、図２（ｃ）に示すように波長成分λＢのみの反射光Ｒとなる。
上記式からわかるように反射される光の波長は、光ファイバー３の屈折率と格子間隔に依存しているので、検知対象の物理的変動によってセンサー２に生じる歪みや温度変化から屈折率と格子間隔が変ることとなり反射する波長成分が変化する（例えば図２（ｃ）の仮想線で波長成分が変化した反射光を示す）。即ち、反射される波長成分を光データとして検出することにより、センサー２に加わる歪みや温度などの物理的変動を高精度に計測することができる。
このセンサー２のブラッグ格子４ではブラッグ波長以外の光を透過させるため、透過した光をさらに利用して透過させる複数のセンサーを直列に接続した、いわゆるセンサーの多重化が構成できる（図３参照）。多重化できる個数は、入射光Ｉの帯域とセンサーの計測範囲（ブラッグ波長の変化する範囲）に依存する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明を実施の形態に基づいて説明する。
図３は測定装置５であるブラッグ格子型振動計を示すもので、測定機器本体６から光ファイバーケーブル１が検知対象位置に延設される状態が概略的に示されており、その光ファイバーケーブル１にあっては光ファイバー３にブラッグ格子を設けてなるブラッグ格子型光ファイバーとしたセンサー２が長さ方向に直列状態にして配列されて多重化した構成とされ、また、測定機器本体６にあっては６０がレーザー光源であり、矢印Ｉが入射光を、矢印Ｒが反射光を示しており、戻ってくる反射光Ｒを得ることで、検知対象位置での物理的変動を遠隔測定できるようにしたものである。なお、多重化されたセンサー２は同一の波長の反射光を返すようにしたものとしたり、或いは異なる波長の反射光を返すものとすることができ、勿論、センサー２を一つとすることも可能である。
【０００８】
図４は本発明のブラッグ格子型振動計のセンサーの概略図である。７は一端を光ファイバー３に取り付けた受け座８の先端との対応個所を支点９として支えられるようにして光ファイバー３に取り付けられたカンチレバー式の振り子であり、その振り子７の自由端側に重垂１０が設けられている。
このセンサー２に対して図面での上下方向（光ファイバー３の長手方向に直交する方向であり、矢印Ａ方向で振動方向を示す）に振動が加わると、重垂１０に慣性力が作用し、振り子７の作用点１１の部分は矢印Ｂ方向（光ファイバー長さ方向）に運動する。光ファイバー３には作用点１１の運動により応力が作用してブラッグ格子４が反応し、常時センサーに送り込まれている入射光により生じて常時送り返されている反射光とは異なる波長の反射光が送り返される。よってセンサー２に加わる振動を検知することができる。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、測定機器本体から検知対象位置まで光ファイバーケーブルを延設し、前記光ファイバーケーブルは光ファイバー３にブラッグ格子を設けてなるブラッグ格子型光ファイバーとしたセンサー２が長さ方向に直列状態にして配置されていて、測定機器本体から光入射しブラッグ格子で反射された反射光の波長成分を光データとして前記測定機器本体で検出するブラッグ格子型振動計であって、前記センサーには、前記光ファイバーに一端を取り付けた受け座と、前記光ファイバーに一端を取り付け、かつ前記受け座に支点を介して支持されて光ファイバーの長手方向に直交する方向に振動可能にしたカンチレバー式の振り子と、前記振り子の自由端側に位置する重垂とが設けられ、前記センサーに光ファイバーの長手方向に直交する方向に振動が加わったときに、前記重垂の慣性により前記振り子の光ファイバーに対する作用点が光ファイバーの長さ方向に作用してブラッグ格子の格子間隔を変化させ、ブラッグ格子からの常時反射光と異なる波長の反射光の送り返しによりセンサーに加わる振動を検知する構成としたことを特徴とするものである。このように、光ファイバーのセンサーとしてブラッグ格子型光ファイバーを用いていることから、そのブラッグ格子側に生じる歪みで通常とは波長の異なる反射光として返されるようにして、その反射光を光信号として計測するようにしているため、この測定装置におけるセンサー部分や光ファイバー部分を強い磁界や電界が生じる個所に配置しても光信号が損なわれることが無く検知対象位置での物理的変動である振動を正確に計測できる。そして、同じくセンサーを光ファイバーにブラッグ格子を設けたものとしているため、落雷があったとしてもそのセンサー部分が損傷することがなく、信頼性の高い測定装置とすることができるなど、実用性に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るブラッグ格子型振動計におけるセンサーのブラッグ格子型光ファイバーを示す説明図である。
【図２】  センサーでの光透過の状態を示すもので、（ａ）は入射光における波長成分をグラフで示す説明図、（ｂ）透過光における波長成分をグラフで示す説明図、（ｃ）は反射光の波長成分が変化する状態をグラフで示す説明図である。
【図３】  本発明の一例を示す説明図である。
【図４】  本発明の一例におけるセンサーを概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
１…光ファイバーケーブル
２…センサー
３…光ファイバー
４…ブラッグ格子
５…測定装置
６…測定機器本体
７…振り子
９…支点
１１…作用点
１４…カンチレバー
【図１】
0004009390.tif 000002
【図２】
0004009390.tif 000003
【図３】
0004009390.tif 000004
【図４】
0004009390.tif 000005