(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ方向の複数箇所に光ファイバブラッグ回折格子（以下、ＦＢＧという）（２１〜２n）を設けた光ファイバ（１）の一端を測定経路切替器（１１）の第一の出力ポート（１３Ａ）に接続し、他端を前記測定経路切替器の第二の出力ポート（１３Ｂ）に接続し、前記測定経路切替器の入力ポート（１２）にＦＢＧ反射光測定器（４）を接続してなり、
前記測定経路切替器（１１）は、第一の光スイッチ（１４）と、第二の光スイッチ（１７）と、光ファイバ（１）の断線又は局所的ロス増等の異常を検出する異常検出器（２０）とを備え、
前記第一の光スイッチ（１４）の、幹測ポート（１５）には前記ＦＢＧ反射光測定器（４）が接続され、第一の枝側ポート（１６Ａ）には前記ＦＢＧを設けた光ファイバ（１）の一端が接続され、第二の枝測ポート（１６Ｂ）には前記第二の光スイッチ（１７）の第二の枝側ポート（１９Ｂ）が接続され、
前記第二の光スイッチ（１７）の、幹側ポート（１８）には前記ＦＢＧを設けた光ファイバ（１）の他端が接続され、第一の枝側ポート（１９Ａ）には前記異常検出器（２０）が接続されており、
前記異常検出器（２０）が異常を検出していないときは前記第一及び第二の光スイッチ（１４、１７）はそれぞれ幹側ポート（１５、１８）と第一の枝測ポート（１６Ａ、１９Ａ）を接続する状態にあり、異常検出器（２０）が異常を検出すると前記第一及び第二の光スイッチ（１４、１７）はそれぞれ、幹側ポート（１５、１８）と第二の枝側ポート（１６Ｂ、１９Ｂ）を接続する状態と、幹側ポート（１５、１８）と第一の枝側ポート（１６Ａ、１９Ａ）を接続する状態とに交互に切り替わるようになっている、
ことを特徴とするＦＢＧを用いた計測システム。
【請求項２】
長さ方向の複数箇所に光ファイバブラッグ回折格子（以下、ＦＢＧという）（２１〜２n）を設けた光ファイバ（１）の一端を測定経路切替器（１１）の第一の出力ポート（１３Ａ）に接続し、他端を前記測定経路切替器の第二の出力ポート（１３Ｂ）に接続し、前記測定経路切替器の入力ポート（１２）にＦＢＧ反射光測定器（４）を接続してなり、
前記測定経路切替器（１１）は、光カプラ（２１）と、光スイッチ（２４）と、光ファイバ（１）の断線又は局所的ロス増等の異常を検出する異常検出器（２７）とを備え、
前紀光カプラ（２１）の、幹側ポート（２２）には前記ＦＢＧ反射光測定器（４）が接続され、第一の枝側ポート（２３Ａ）には前記ＦＢＧを設けた光ファイバ（１）の一端が接続され、第二の枝側ポート（２３Ｂ）には前記光スイッチ（２４）の第二の枝側ポート（２６Ｂ）が接続され、
前記光スイッチ（２４）の、幹側ポート（２５）には前記ＦＢＧを設けた光ファイバ（１）の他端が接続され、第一の枝側ポート（２６Ａ）には前記異常検出器（２７）が接続されており、
前記異常検出器（２７）が異常を検出していないときは前記光スイッチ（２４）は幹側ポート（２５）と第一の枝側ポート（２６Ａ）を接続する状態にあり、異常検出器（２７）が異常を検出すると前記光スイッチ（２４）は幹側ポート（２５）と第二の枝側ポート（２６Ｂ）を接続する状態に切り替わるようになっている、
ことを特徴とするＦＢＧを用いた計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサとして光ファイバブラッグ回折格子（以下ＦＢＧという）を用いた計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの長さ方向に一部にＦＢＧを形成し、この光ファイバに一端側から光を入射してＦＢＧからの反射光の波長を観察すると、ＦＢＧの歪みの大きさによって反射光の波長が変化することが知られている。この性質を利用すれば、圧力、張力、温度、変位など各種の物理量を計測することが可能である。
ＦＢＧをセンサに用いて複数箇所での測定を一括して行う手段としては、従来から図５又は図６のような計測システムが考えられている。
【０００３】
図５の計測システムは、それぞれＦＢＧ２1 、２2 ・・・２n を有する複数本の光ファイバ１1 、１2 ・・・１n を、光スイッチ３を介してＦＢＧ反射光測定器４に接続し、光スイッチ３の切替により順次ＦＢＧ２1 〜２n の反射光を測定するものである。この計測システムは、ＦＢＧ２1 〜２n が全て同一特性のものでよいが、測定点の数だけ光ファイバを布設する必要がある。
【０００４】
これに対し図６の計測システムは、１本の光ファイバ１に測定点の数だけＦＢＧ２1 〜２n を形成し、光ファイバ１の一端側に接続したＦＢＧ反射光測定器４で複数のＦＢＧ２1 〜２n からの反射光を同時に測定するものである。この方式は、全てのＦＢＧ２1 〜２n を反射光の波長が異なるように作る必要はあるが、１本の光ファイバで複数の測定点に対する測定を同時に行えるので、測定点が多くなった場合には、この方がコスト的に有利である。
このためＦＢＧを用いた計測システムでは一般に図６のような方式が多く用いられる。なお図６の計測システムでは、ＦＢＧ反射光測定器の光源として、発光波長域が広いＬＥＤ等が用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし図６のような計測システムでは、ＦＢＧ２1 〜２n が直列になっているため、光ファイバ１に断線や局所的なロス増等の異常が発生すると、その異常点以遠の測定点に対する測定ができなくなるため、計測システムとしての信頼性が損なわれるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、以上のような問題点に鑑み、光ファイバの長さ方向の複数箇所にＦＢＧを設けて複数の測定点で測定を行う場合に、光ファイバに断線等の異常が発生しても、複数の測定点で測定を続行できる計測システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明の計測システムは、
長さ方向の複数箇所にＦＢＧを設けた光ファイバの一端を測定経路切替器の第一の出力ポートに接続し、他端を前記測定経路切替器の第二の出力ポートに接続し、前記測定経路切替器の入力ポートにＦＢＧ反射光測定器を接続してなり、
前記測定経路切替器は、第一の光スイッチと、第二の光スイッチと、光ファイバの断線又は局所的ロス増等の異常を検出する異常検出器とを備え、
前記第一の光スイッチの、幹測ポートには前記ＦＢＧ反射光測定器が接続され、第一の枝側ポートには前記ＦＢＧを設けた光ファイバの一端が接続され、第二の枝測ポートには前記第二の光スイッチの第二の枝側ポートが接続され、
前記第二の光スイッチの、幹側ポートには前記ＦＢＧを設けた光ファイバの他端が接続され、第一の枝側ポートには前記異常検出器が接続されており、
前記異常検出器が異常を検出していないときは前記第一及び第二の光スイッチはそれぞれ幹側ポートと第一の枝測ポートを接続する状態にあり、異常検出器が異常を検出すると前記第一及び第二の光スイッチはそれぞれ、幹側ポートと第二の枝側ポートを接続する状態と、幹側ポートと第一の枝側ポートを接続する状態とに交互に切り替わるようになっている、
ことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
また本発明の計測システムは、
長さ方向の複数箇所にＦＢＧを設けた光ファイバの一端を測定経路切替器の第一の出力ポートに接続し、他端を前記測定経路切替器の第二の出力ポートに接続し、前記測定経路切替器の入力ポートにＦＢＧ反射光測定器を接続してなり、
前記測定経路切替器は、光カプラと、光スイッチと、光ファイバの断線又は局所的ロス増等の異常を検出する異常検出器とを備え、
前紀光カプラの、幹側ポートには前記ＦＢＧ反射光測定器が接続され、第一の枝側ポートには前記ＦＢＧを設けた光ファイバの一端が接続され、第二の枝側ポートには前記光スイッチの第二の枝側ポートが接続され、
前記光スイッチの、幹側ポートには前記ＦＢＧを設けた光ファイバの他端が接続され、第一の枝側ポートには前記異常検出器が接続されており、
前記異常検出器が異常を検出していないときは前記光スイッチは幹側ポートと第一の枝側ポートを接続する状態にあり、異常検出器が異常を検出すると前記光スイッチは幹側ポートと第二の枝側ポートを接続する状態に切り替わるようになっている、
構成にすることが好ましい（請求項２）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔関連技術〕
図１は本発明の基本となる関連技術を示す。図において、１は長さ方向の複数箇所にＦＢＧ２１〜２nを設けた光ファイバである。この光ファイバ１は一端が測定経路切替器１１の第一の出力ポート１３Ａに接続され、他端が同じ測定経路切替器１１の第二の出力ポート１３Ｂに接続されて、ループ状になっている。測定経路切替器１１の入力ポート１２にはＦＢＧ反射光測定器４が接続されている。
【００１１】
ＦＢＧ反射光測定器４は従来と同じもので、ＬＥＤ等の光源５、ＦＢＧ２1 〜２n からの反射光を取り出す光カプラ６、反射光の波長を測定する光スペクトルアナライザ７等で構成されている。ＦＢＧ反射光測定器４には、光スペクトルアナライザ７で測定した反射光の波長のシフト量を圧力や温度などの物理量に変換する手段（パソコン等）が付属しているが図示を省略してある。
【００１２】
測定経路切替器１１は、光源５からの光を第一の出力ポート１３Ａ側から光ファイバ１に入射するか、第二の出力ポート１３Ｂ側から入射するかを切り替えるもので、例えば光スイッチ等で構成することができる。測定経路切替器１１は光ファイバ１に断線等の異常がないときは入力ポート１２と第一の出力ポート１３Ａを接続する状態にあり、この状態でＦＢＧ反射光測定器４は全てのＦＢＧ２1 〜２n からの反射光を測定することができる。
【００１３】
しかし例えば光ファイバ１のＰ点で断線等の異常が発生すると、第一の出力ポート１３ＡからＰ点までのＦＢＧについては反射光の測定ができるが、Ｐ点から第二の出力ポート１３ＡまでのＦＢＧについては反射光の測定ができなくなる。
なお異常が発生したことは測定器４で検出される光スペクトルの数が少なくなることで判定できる。そこで異常が発生した場合は、第一の出力ポート１３ＡからＰ点までのＦＢＧについて測定を行った後、測定経路切替器１１を入力ポート１２と第二の出力ポート１３Ｂを接続する状態に切り替える。このようにすれば、第二の出力ポート１３Ｂから光ファイバ１に光が入射されるので、Ｐ点から第二の出力ポート１３ＡまでのＦＢＧについて測定を行うことができる。その後も測定を継続する場合は、測定経路切替器１１の状態を交互に切り替えればよい。
【００１４】
したがってこの関連技術では光ファイバ１の断線等の異常が発生しても全測定点について測定を行うことが可能となり、システムの信頼性を向上させることができる。なお測定経路切替器１１の切替は人為的に行ってもよいし、以下の実施形態のように自動的に行ってもよい。
【００１５】
〔実施形態１〕
図２は本発明の一実施形態を示す。図２において、図１と同一部分には同一符号を付してある。この実施形態では、測定経路切替器１１が、第一の光スイッチ１４と、第二の光スイッチ１７と、光ファイバの断線又は局所的ロス増等の異常を検出する異常検出器２０とで構成されている。
【００１６】
第一の光スイッチ１４の幹側ポート１５にはＦＢＧ反射光測定器４が接続されている。また第一の光スイッチ１４の第一の枝側ポート１６ＡにはＦＢＧ２1 〜２n を有する光ファイバ１の一端が接続され、第二の枝側ポート１６Ｂには第二の光スイッチ１７の第二の枝側ポート１９Ｂが接続されている。
【００１７】
また第二の光スイッチ１７の幹側ポート１８には前記光ファイバ１の他端が接続され、第一の枝側ポート１９Ａには異常検出器２０が接続されている。異常検出器２０は、受光素子と、同素子で受光した光の強度が一定レベル以上にあるか否かを判定する判定器と、判定器が異常と判定したときに周期的に異常信号を発生させるタイマー等で構成することができる。
【００１８】
光ファイバ１に断線等の異常がないときは、第一及び第二の光スイッチ１４、１７は図示の状態、すなわち幹側ポート１５、１８が第一の枝側ポート１６Ａ、１９Ａと接続された状態にある。この状態では光源５からの光（連続光）は光ファイバ１を通過して異常検出器２０で受光される。なおＦＢＧ２1 〜２n で反射される全光量は光ファイバ１に入射される全光量に比較してかなり小さく、入射された光の大部分は異常検出器２０に到達するため、異常検出器２０に使用される受光素子の感度はそれほど高いものでなくてもよい。
【００１９】
光ファイバ１に異常がないときは異常検出器２０に入力される光の強さが一定レベル以上にあるため異常検出器２０は正常と判定し、異常信号を発生しない。これに対し光ファイバ１に例えばＰ点で断線や局所的ロス増等の異常が発生した場合は、異常検出器２０に入力される光の強さが大幅にダウンするため、異常検出器２０が周期的に異常信号を発生して光スイッチ１４、１７の状態を周期的に切り替える。すなわち光スイッチ１４、１７は図示のように幹側ポート１５、１８が第一の枝側ポート１６Ａ、１９Ａに接続されている状態▲１▼と、反対に幹側ポート１５、１８が第二の枝側ポート１６Ｂ、１９Ｂに接続されている状態▲２▼に周期的に切り替わる。
【００２０】
このため状態▲１▼のときは第一の光スイッチ１４の第一の枝側ポート１６Ａから光ファイバ１に光が入射され、枝側ポート１６ＡからＰ点までのＦＢＧについて測定が行われ、状態▲２▼のときは第二の光スイッチ１７の幹側ポート１８から光ファイバ１に光が入射され、Ｐ点から幹側ポート１８までのＦＢＧについて測定が行なわれることになる。
したがってこの実施形態では、光ファイバ１に断線等の異常が発生した場合でも全測定点について測定を行うことができると共に、異常発生後の切替を自動的に行うことができる。
【００２１】
ところでこの実施形態の場合は、枝側ポート１６Ａから異常点Ｐまでの測定と、幹側ポート１８から異常点Ｐまでの測定を交互に行うことになるため、測定にデッドタイムが生じることになり、測定結果に対して迅速な対応を求められるような場合には重大な支障をきたすことがあり得る。また光スイッチを２台使用するためコスト高になるという難点もある。このような問題を解消するには次の実施形態２のような構成を採用するとよい。
【００２２】
〔実施形態２〕
図３は本発明の他の実施形態を示す。図３において、図２と同一部分には同一符号を付してある。この実施形態では、測定経路切替器１１が、光カプラ２１と、光スイッチ２４と、異常検出器２７とで構成されている。測定経路切替器１１は実施形態１と同じものであるが、異常検出器２７は異常を検出したときに異常信号を周期的ではなく連続的に発生する点で実施形態１のものと若干相違している。
【００２３】
光カプラ２１の幹側ポート２２にはＦＢＧ反射光測定器４が接続されている。また光カプラ２１の第一の枝側ポート２３ＡにはＦＢＧ２1 〜２n を有する光ファイバ１の一端が接続され、第二の枝側ポート２３Ｂには光スイッチ２４の第二の枝側ポート２６Ｂが接続されている。
【００２４】
また光スイッチ２４の幹側ポート２５には前記光ファイバ１の他端が接続され、第一の枝側ポート２６Ａには異常検出器２７が接続されている。
光ファイバ１に断線等の異常がないときは、光スイッチ２４は図示の状態、すなわち幹側ポート２５が第一の枝側ポート２６Ａと接続された状態にある。この状態では実施形態２と同様、光源５からの光の大部分は光ファイバ１を通過して異常検出器２７で受光される。
【００２５】
光ファイバ１に異常がないときは異常検出器２７に入力される光の強さが一定レベル以上にあるため異常検出器２７は正常と判定し、異常信号を発生しない。これに対し光ファイバ１に例えばＰ点で断線や局所的ロス増等の異常が発生した場合は、異常検出器２７に入力される光の強さが大幅にダウンするため、異常検出器２７が異常信号を発生して光スイッチ２４の状態を反転させる。すなわち光スイッチ２４が幹側ポート２５と第二の枝側ポート２６Ｂを接続する状態に切り替わる。
【００２６】
その結果、光ファイバ１には光カプラ２１で分岐された光が、光カプラ２１の第一の枝側ポート２３Ａから入射されるだけでなく、光スイッチ２４の幹側ポート２６からも入射されることになる。このため異常発生後は、光カプラ２１の枝側ポート２３Ａから異常点ＰまでのＦＢＧについては同枝側ポート２３Ａから入射した光で、光スイッチ２４の幹側ポート２５から異常点ＰまでのＦＢＧについては同幹側ポート２５から入射した光で、同時に測定を行うことができる。
【００２７】
したがってこの実施形態では、光ファイバ１に断線等の異常が発生した場合でも継続して全測定点についてデッドタイムなしで測定を行うことができる。また光スイッチは１台でよいため、実施形態１の場合よりコスト安である。
【００２８】
〔実施形態３〕
測定器設置場所と測定点との位置関係から、図３の実施形態のように全ての測定点（ＦＢＧ）を１本の光ファイバ１で結ぶことが困難または非効率な場合がある。このような場合には、光カプラ２１の代わりに４分岐、８分岐といった分岐数の多い光カプラであるスターカプラを用い、測定点をいくつかのグループに分け、それぞれのグループで図３のような光ファイバループを形成することも可能である。
【００２９】
図４はそのような実施形態を示すものである。図４において図３と同一部分には同一符号を付してある。図３と異なる点は、複数組の枝側ポート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ・・・・を有する光スターカプラ２８を用い、各組の枝側ポートにそれぞれ、ＦＢＧ２、光スイッチ２４、異常検出器２７を含む光ファイバ１のループが接続されていることである。ここで用いる全てのＦＢＧ２は、反射光の中心波長がお互いに異なっていることが必要である。
【００３０】
この計測システムでは、複数のループのうちのいずれかのループで異常検出器２７が異常を検出した場合には、そのループのみ光スイッチ２４が動作し、そのループのポートａとポートｂの両方から光が入射されるようになる。またどの異常検出器が動作したかを監視することにより、異常がどのループに発生したかを知ることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光ファイバの長さ方向の複数箇所にＦＢＧを設けて複数の測定点で測定を行う場合に、光ファイバに断線等の異常が発生しても、複数の測定点で測定を続行できるので、計測システムの信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の計測システムの関連技術を示す説明図。
【図２】  本発明の計測システムの一実施形態を示す説明図。
【図３】  本発明の計測システムの他の実施形態を示す説明図。
【図４】  本発明の計測システムのさらに他の実施形態を示す説明図。
【図５】  従来の計測システムの一例を示す説明図。
【図６】  従来の計測システムの他の例を示す説明図。
【符号の説明】
１：光ファイバ
２1 〜２n ：ＦＢＧ
５：光源
６：光カプラ
７：ＦＢＧ反射光測定器
１１：測定経路切替器
１２：入力ポート
１３Ａ：第一の出力ポート
１３Ｂ：第二の出力ポート
１４：第一の光スイッチ
１５：幹側ポート
１６Ａ：第一の枝側ポート
１６Ｂ：第二の枝側ポート
１７：第二の光スイッチ
１８：幹側ポート
１９Ａ：第一の枝側ポート
１９Ｂ：第二の枝側ポート
２０：異常検出器
２１：光カプラ
２２：幹側ポート
２３Ａ：第一の枝側ポート
２３Ｂ：第二の枝側ポート
２４：光スイッチ
２５：幹側ポート
２６Ａ：第一の枝側ポート
２６Ｂ：第二の枝側ポート
２７：異常検出器
２８：光スターカプラ
【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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