(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体に沿って敷設された幹線光ファイバと、該幹線光ファイバに沿って適宜間隔を隔てて設けられ各々の反射波長が異なる複数のファイバブラッググレーティングセンサと、上記幹線光ファイバに光を入射させる光源と、該光源と上記ファイバブラッググレーティングセンサとの間の幹線光ファイバに挿入され上記ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光を分岐させる光分波器と、該光分波器により分岐された反射光の波長を計測する反射波長計測装置と、該反射波長計測装置に接続されその反射波長計測装置により計測された波長から時系列で波長変化量を算出する波長変化量算出装置とを有する反射波長計測システムにおいて、上記ファイバブラッググレーティングセンサと上記光分波器との間の上記幹線光ファイバに、計測に必要な波長の光を透過すると共にその波長以外の光を反射する一定波長源が挿入され、上記波長変化量算出装置は、上記ファイバブラッググレーティングセンサの反射光より計測された波長から、上記一定波長源の反射光より計測された波長を差し引いて補正する補正手段を有することを特徴とする反射波長計測システム。
【請求項２】
上記一定波長源は、ファイバブラッググレーティングが、該ファイバブラッググレーティングの温度変化により発生した歪みを打ち消すようにそのファイバブラッググレーティングに歪みを加える高熱膨張材及び該高熱膨張材よりも熱膨張係数が低い低熱膨張材を貼り合わせたものに設けられている低温度依存ＦＢＧを有する請求項１記載の反射波長計測システム。
【請求項３】
上記一定波長源は、上記低温度依存ＦＢＧと、印加電圧に応じて吸熱又は発熱するペルチェ素子と、該ペルチェ素子への印加電圧を調節して上記低温度依存ＦＢＧの温度変化による波長変化量が、上記低温度依存ＦＢＧ単体の温度変化による波長変化量よりも小さくなるように上記低温度依存ＦＢＧの温度を制御する温度調節器とで構成されている請求項２に記載の反射波長計測システム。
【請求項４】
上記光分波器は、カプラ又はサーキュレータからなる請求項１〜３のいずれかに記載の反射波長計測システム。
【請求項５】
上記反射波長計測装置は、ファブリー・ペロー干渉計を利用した波長可変フィルタと、該波長可変フィルタを透過した光を検出する受光器とを有する請求項１〜４のいずれかに記載の反射波長計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサの反射波長を計測するシステムに係り、特に高精度に反射波長を計測することができる反射波長計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ファイバ素子として、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）が知られている。
【０００３】
このＦＢＧは、図８に示すように、コア部２とその外周を覆うクラッド部３とからなる光ファイバのコア部２の屈折率ｎを一定の屈折率変化周期４で変化させた屈折率変化部１を有するものであり、入射光５の内、所定の波長光のみがこの屈折率変化部１で反射し、反射光６となって入射側に戻るようになっている。
【０００４】
その反射波長は、屈折率変化周期４とファイバコア部２の屈折率ｎとで決まるため、ＦＢＧは、歪みによる周期の変化や温度による屈折率ｎの変化で反射波長が変化する。
【０００５】
そのため、ＦＢＧは、歪みと温度に対して感度を持ち、圧力、歪み、温度の測定をする様々なＦＢＧセンサの研究がなされている。
【０００６】
図９にＦＢＧセンサの反射波長を計測するための従来の反射波長計測システムの概略図を示す。
【０００７】
図９に示すように、従来の反射波長計測システムは、被検査体に沿って敷設された幹線光ファイバ１４と、この幹線光ファイバ１４に沿って適宜間隔を隔てて設けられ各々反射波長が異なる複数のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサ１０〜１３と、幹線光ファイバ１４に光を入射させる光源７と、この光源７とＦＢＧセンサ１０〜１３との間の幹線光ファイバ１５に挿入されＦＢＧセンサ１０〜１３からの反射光を分岐させるカプラやサーキュレータなどの光分波器８と、この光分波器８により分岐された反射光を光ファイバ１６を通して入射しその波長を計測する反射波長計測装置９と、この反射波長計測装置９に接続されたパソコン（波長変化量算出装置）１７とで構成されている。
【０００８】
従来の反射波長計測システムにあっては、光源７から光分波器８を介してＦＢＧセンサ１０〜１３へ光を入射させ、各ＦＢＧセンサ１０〜１３の反射波長を反射波長計測装置９により計測し、その測定波長を時系列でパソコンでモニタするようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このシステムにおいて、常時精度良く、かつ安定に稼働させるには、以下に示す問題がある。
【００１０】
▲１▼一般に光源や光分波器、反射波長計測装置は、周囲温度の変化によりその特性が変化してしまう。
【００１１】
▲２▼電源が必要である光源や反射波長計測装置は、電源をＯＮした直後、その性能が安定するまで一定時間を要する。
【００１２】
▲３▼反射波長計測装置は、外部ノイズにより安定した測定ができなくなる場合がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決し、波長計測精度システム稼働において常時安定した波長モニタを行うことができる反射波長計測システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、被検査体に沿って敷設された幹線光ファイバと、この幹線光ファイバに沿って適宜間隔を隔てて設けられ各々の反射波長が異なる複数のファイバブラッググレーティングセンサと、上記幹線光ファイバに光を入射させる光源と、この光源と上記ファイバブラッググレーティングセンサとの間の幹線光ファイバに挿入され上記ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光を分岐させる光分波器と、この光分波器により分岐された反射光の波長を計測する反射波長計測装置と、この反射波長計測装置に接続されその反射波長計測装置により計測された波長から時系列で波長変化量を算出する波長変化量算出装置とを有する反射波長計測システムにおいて、上記ファイバブラッググレーティングセンサと上記光分波器との間の上記幹線光ファイバに、計測に必要な波長の光を透過すると共にその波長以外の光を反射する一定波長源が挿入され、上記波長変化量算出装置は、上記光源、上記光分波器、上記反射波長計測装置の温度特性による波長ドリフトや、上記光源、上記反射波長計測装置の初期動作不安定を低減すべく、上記ファイバブラッググレーティングセンサの反射波長から計測された波長から、上記一定波長源の反射波長より計測された波長を差し引いて補正する補正手段を有するものである。
【００１６】
請求項２の発明は、上記一定波長源は、ファイバブラッググレーティングが、このファイバブラッググレーティングの温度変化により発生した歪みを打ち消すようにそのファイバブラッググレーティングに歪みを加える高熱膨張材及びこの高熱膨張材よりも熱膨張係数が低い低熱膨張材を貼り合わせたものに設けられている低温度依存ＦＢＧを有するものである。
【００１７】
請求項３の発明は、上記一定波長源は、上記低温度依存ＦＢＧと、印加電圧に応じて吸熱又は発熱するペルチェ素子と、このペルチェ素子への印加電圧を調節して上記低温度依存ＦＢＧの温度変化による波長変化量が、上記低温度依存ＦＢＧ単体の温度変化による波長変化量よりも小さくなるように上記低温度依存ＦＢＧの温度を制御する温度調節器とで構成されているものである。
【００１８】
請求項４の発明は、上記光分波器は、カプラ又はサーキュレータからなるものである。
【００１９】
請求項５の発明は、上記反射波長計測装置は、ファブリー・ペロー干渉計を利用した波長可変フィルタと、この波長可変フィルタを透過した光を検出する受光器とを有するものである。
【００２２】
上記構成によれば、一定波長源が温度制御されることにより、その一定波長源を、計測に必要な波長の光が透過すると共にその波長以外の光が反射する。
【００２３】
また、一定波長源の反射光が常時監視され、反射波長が補正される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２５】
図１に本発明にかかる反射波長計測システムの概略図を示す。
【００２６】
図１に示すように、本発明にかかる反射波長計測システムは、各々の反射波長が異なる複数のファイバブラッググレーティングセンサ（ＦＢＧ）１０〜１３が適宜間隔を隔てて設けられた幹線光ファイバ１４が被検査体に沿って敷設され、この幹線光ファイバ１４の一端に、その幹線光ファイバ１４に検査光を入射させる光源７が設けられている。
【００２７】
さらに、この光源７とＦＢＧセンサ１０〜１３との間の幹線光ファイバ１５には、ＦＢＧセンサ１０〜１３からの反射光を分岐させるカプラ又はサーキュレータからなる光分波器８が挿入され、この光分波器８には、分岐された反射光の波長を計測する反射波長計測装置９が光ファイバ１６にて接続されている。
【００２８】
そして、この反射波長計測装置９には、計測された波長から時系列で波長変化量を算出するパソコン（波長変化量算出装置）１７が接続されている。
【００２９】
また、ＦＢＧセンサ１０〜１３と光分波器８との間の幹線光ファイバ１８には、計測に必要な波長の光を透過すると共にその波長以外の光を反射する一定波長源１９が挿入されている。
【００３０】
図示されていないが、この一定波長源１９は、ＦＢＧが、このＦＢＧの温度変化により発生した歪みを打ち消すようにそのＦＢＧに歪みを加える高熱膨張材及びこの高熱膨張材よりも温度係数が低い低熱膨張材とを貼り合わせたものに設けられている低温度依存ＦＢＧを有しており、さらに、印加電圧に応じて吸熱又は発熱するペルチェ素子や、このペルチェ素子への印加電圧を調節して低温度依存ＦＢＧの温度変化による波長変化量が低温度依存ＦＢＧ単体の温度変化による波長変化量より小さくなるように制御する温度調節器を有している。
【００３１】
また、反射波長計測装置９は、ファブリー・ペロー干渉計を利用した波長可変フィルタと、この波長可変フィルタを透過した光を検出する受光器とを有する。
【００３２】
パソコン１７は、ソフトウェア中に、上述した光源７、光分波器８、反射波長計測装置９の温度特性による波長ドリフトと、光源７と反射波長計測装置９の初期動作不安定を低減する補正手段や、システム動作状態を監視する異常検出手段を有する。
【００３３】
補正手段は、ＦＢＧセンサ１０〜１３の反射波長より計測される波長から、一定波長源１８の反射波長より計測される波長を差し引いて補正するプログラムで構成されている。
【００３４】
また、異常検出手段は、一定波長源１９の反射波長を常時監視し、パソコン１７にて反射波長をモニタできない時、一定波長源１９からの反射波長が無いと、幹線光ファイバ１４又はＦＢＧセンサ１０〜１３に異常が発生したと判定し、一定波長源１９からの反射波長が有ると、屋内設置機器である光源７又は反射波長計測装置９に異常が発生したと判定するプログラムで構成されている。
【００３５】
次に、本発明による反射波長の監視方法を作用と共に図１を用いて説明する。
【００３６】
本発明によりＦＢＧセンサ１０〜１３からの反射波長を計測するに際しては、光源７からの検査光を、ＦＢＧセンサ１０〜１３に入射する前に、一定波長源１９に入射させる。
【００３７】
この検査光は、温度調節器によりペルチェ素子への印加電圧が調節されて低温度依存ＦＢＧの温度変化による波長変化量が、低温度依存ＦＢＧ単体の温度変化による波長変化量の１／１０以下になるように、低温度依存ＦＢＧの温度が±０．１℃以下の変動に制御された一定波長源１９に入射することにより、計測に必要な波長の光は透過し、またその波長以外の光は反射される。
【００３８】
これにより、光源７や光分波器８、反射波長計測装置９が周囲温度の変化によりその特性が変化しても、常時一定の反射波長を計測することができる。
【００３９】
また、本発明にあっては、この一定波長源１９の反射波長を反射波長計測装置９で常時監視する。
【００４０】
その監視結果の一例を図２に示す。
【００４１】
図２に示すように、実際のＦＢＧセンサの波長が歪みや温度の影響により変化（実際のＦＢＧセンサ波長変化２１）した場合、従来技術の課題として挙げた、光源、光分波器、反射波長計測装置の温度特性や電源ＯＮ直後の不安定時に見られる波長ドリフトによる、反射波長計測装置により測定されるＦＢＧセンサの反射波長の変化は、図３のような実際のＦＢＧセンサ波長変化に波長ドリフト分を加えた波長変化２３になる。
【００４２】
このとき、実際の一定波長源の波長変化２０は、光源、光分波器、反射波長計測装置の温度特性や、電源ＯＮ直後の不安定時に見られる波長ドリフトのみの影響により、図３のような反射波長計測装置により測定される一定波長源の波長変化２２になる。
【００４３】
よって、反射波長計測装置により計測されたＦＢＧセンサ波長変化２３から、反射波長計測装置により測定された一定波長源波長変化２２により求まる光源、光分波器、反射波長計測装置の温度特性や、電源温度の不安定時に見られる波長ドリフトを差し引くことにより、図４に示すように、光源、光分波器、反射波長計測装置の温度特性や電源ＯＮ時の不安定時に見られる波長ドリフトの影響を受けないＦＢＧセンサの波長変化２４を求めることができる。
【００４４】
このように、本発明により、電源が必要である光源７や反射波長計測装置９の電源をＯＮした直後、その性能が安定するまでに必要であった時間が不要になる。
【００４５】
さらに、本発明は、反射波長計測装置９が外部ノイズを受けても反射波長を補正できるので、安定した測定が可能になる。
【００４６】
また、常時監視において、パソコン１７で反射波長をモニタできないとき、
一定波長源１９からの反射波長が無いと、幹線光ファイバ１４又はＦＢＧセンサ１０〜１３に異常が発生したと判定され、一定波長源１９からの反射波長が有ると、屋内設置機器である光源７又は反射波長計測装置９に異常が発生したと判定されるので、幹線光ファイバ１４やＦＢＧセンサ１０〜１３の切断が原因なのか、光源７や反射波長計測装置９等の機器類が原因なのかを検出でき、復旧が容易になる。
【００４７】
次に、より具体的な実施例について述べる。
【００４８】
図５は、本実施の形態において、反射波長計測装置として米国Micron Optics社製のＦＢＧ−ＩＳ（１０２）、光源としてＡＳＥ光源（１０１）、幹線光ファイバ２５に挿入される光分波器としてカプラ１０３を用いた反射波長計測システムの概略図である。
【００４９】
この反射波長計測システムは、一定波長源には、ペルチェ素子１０９と温度調節器１１１とで温度変化が±０．１℃に制御された低温度依存ＦＢＧ（１０６）が使用されている。
【００５０】
ＦＢＧセンサとしては、反射波長計測装置の温度特性をキャンセルできることを確認するため、一定波長源と同様にペルチェ素子１０９と温度調節器１１１とで温度変化が±０．１℃に制御され、それぞれ反射波長の異なる低温度依存ＦＢＧ（１０７，１０８）が使用されている。
【００５１】
本システムで、ＦＢＧ−ＩＳ（１０２）を恒温槽１０４に入れてＦＢＧ−ＩＳ（１０２）の仕様温度範囲で温度を変化させながら反射波長を測定した結果を図６に示す。
【００５２】
図６に示すように、恒温槽の温度１１５を変化させると、その温度変化に伴って、３つの温度低依存ＦＢＧの波長も最大２０ｐｍ程度変化する。
【００５３】
ここで、一定波長源である低温度依存ＦＢＧ（１０６）の波長変化１１２と、他の低温度依存ＦＢＧ（１０７，１０８）の波長変化１１３，１１４との差分を取って補正すると、図７に示すように、低温度依存ＦＢＧ（１０７，１０８）の波長変化１１６，１１７は最大５ｐｍ程度の変化となる。
【００５４】
このことから、本システムにより、反射波長計測装置の温度による影響が大幅に低減することが分かる。
【００５５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光源、光分波器、反射波長計測装置の周囲温度の変化による影響を除外できると共に、光源や反射波長計測装置の電源をＯＮにした直後の性能不安定性の影響を除外できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す反射波長計測システムの概略図である。
【図２】図１のシステムで計測された実際のＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図３】従来の反射波長計測システムで計測されたＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図４】図１のシステムにより補正後のＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図５】図１の反射波長計測システムのより具体的な実施例を示す図である。
【図６】図５のシステムで計測された実際のＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図７】図５のシステムにより補正後のＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図８】ファイバブラッググレーティングの原理図である。
【図９】従来の技術にかかる反射波長計測システムを示す概略図である。
【符号の説明】
７  光源
８  光分岐器
９  反射波長計測装置
１０〜１３  ＦＢＧセンサ
１４  幹線光ファイバ
１７  パソコン（波長変化量算出装置）
１９  一定波長源
【図１】
0003900933.tif 000002
【図２】
0003900933.tif 000003
【図３】
0003900933.tif 000004
【図４】
0003900933.tif 000005
【図５】
0003900933.tif 000006
【図６】
0003900933.tif 000007
【図７】
0003900933.tif 000008
【図８】
0003900933.tif 000009
【図９】
0003900933.tif 000010