(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの装置が受けている摂動を検出するためのシステムにおいて、
前記システムが、
（ａ）前記１つの装置に沿って置かれ、センサー内に誘導された複数のブラッグ格子を有する光センサーであり、各々の格子がセンサー素子として作動し、各々の格子が前記１つの装置に沿った固有の位置及び入射光線を反射するための固有の波長成分を有し、前記センサー素子の前記固有の波長が、摂動を受けると変化する光センサーと、
（ｂ）入力光線を前記センサーに提供して、前記波長成分のすべてを覆い、これによって前記格子の各々からの入射光線を反射する光源と、
（ｃ）前記格子の各々からの反射済み入射光線を受領するための不均衡干渉計であり、前記不均衡干渉計が、第１のアームと第２のアームを有し、また、前記ブラッグ格子の各々によって反射された前記入射光線の各々の波長成分に対する干渉計信号を発生する不均衡干渉計と、
（ｄ）変調信号を発生する手段と、
（ｅ）前記変調信号を受信するための位相変調器であり、前記位相変調器が前記不均衡干渉計の前記アームの一方の中に置かれ、前記位相変調器が、前記干渉計信号の各々を変調する位相変調器と、
（ｆ）前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、量を表す出力信号を発生する復調器であり、前記反射済み入射光線の前記固有波長成分の各々が、前記摂動を受けると変化する復調器と
を具備することを特徴とする摂動検出システム。
【請求項２】
前記複数のブラッグ格子の前記固有波長成分が、約１ｎｍの波長の長さだけ互いに分離されていることを特徴とする請求項１に記載の摂動検出システム。
【請求項３】
前記センサーが、自由音場センサー、ダイヤフラムセンサー、加速度計タイプ、磁気歪みタイプ、電歪タイプ及び圧電タイプから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の摂動検出システム。
【請求項４】
前記光源が、エッジ放射ＬＥＤ（ＥＬＥＤ），超照明ダイオード、超照明ファイバ光源及びファイバエルビウム光源から成るグループから選択されたタイプの第１の広帯域光源を具備することを特徴とする請求項１に記載の摂動検出システム。
【請求項５】
前記光源が、エッジ放射ＬＥＤ（ＥＬＥＤ）、超照明ダイオード、超照明ファイバ光源及びファイバエルビウム光源から成るグループから選択されたタイプの第２の広帯域光源をさらに具備し、前記第１と第２の広帯域光源がそれぞれ約１．３μｍと１．５５μｍの動作波長を有し、前記第１と第２の広帯域光源の各々が約５０ｎｍの帯域幅を有することを特徴とする請求項４に記載の摂動検出システム。
【請求項６】
前記復調器が、
（ａ）前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、その各々を前記固有波長成分を表す信号に分割する手段と、
（ｂ）前記分割された固有波長成分の各々に反応して、それに対応するサイン信号とコサイン信号を発生する検出手段と、
（ｃ）前記変調信号ならびに前記サイン信号及びコサイン信号に反応し、前記復調既出力信号を発生する信号プロセッサ手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の摂動検出システム。
【請求項７】
前記復調器が、
（ａ）事前決定されたパルス持続時間を有し、前記入力光線と共に前記センサーに照射されるパルスを発生する手段と、
（ｂ）前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、その各々を前記固有波長成分を表す信号に分割する手段と、
（ｃ）前記分割済み固有波長成分の各々に反応し、それに対応するサイン信号とコサイン信号を発生する検出手段と、
（ｄ）前記対応するサイン信号とコサイン信号を受信して、前記サイン信号とコサイン信号を自身の出力信号として提供するゲート手段と、
（ｅ）前記変調信号ならびに前記ゲート手段の前記出力済みサイン信号及びコサイン信号に反応して、前記変調器出力信号を発生する信号プロセッサ手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の摂動検出システム。
【請求項８】
前記複数の反射性ブラッグ格子がファイバ遅延デバイスによって２つの配列に分離され、前記配列の各々が、互いに整合する固有波長成分を持つブラッグ格子を有することを特徴とする請求項７に記載の摂動検出システム。
【請求項９】
１つの装置が受ける摂動を検出するシステムにおいて、
前記システムが、
（ａ）前記１つの装置に沿って置かれ、自身中に誘導された複数の反射性ブラッグ格子を有する光センサーであり、各々の格子が、入射光線を反射するために前記１つの装置に沿った固有の位置及び固有の波長成分を有し、前記光センサーの前記固有波長成分の各々が、摂動を受けると変化する光センサーと、
（ｂ）前記格子の各々からの入射光線を反射するために、前記波長成分のすべてを範囲に収める帯域を有する第１の動作波長λで前記センサーに入力光線を提供する第１の光源と、
（ｃ）前記格子の各々からの入射光線を反射するために、前記波長成分のすべてを範囲に収める帯域を有する第２の動作波長λ’で前記センサーに入力信号を供給する第２の光源と、
（ｄ）前記波長λに対応する動作波長を有し、前記ブラッグ格子の各々からの前記反射済み入射光線を受信する第１の不均衡干渉計であり、前記第１の干渉計が、第１と第２のアームを有し、前記ブラッグ格子の各々によって反射された前記入射光線の各々の波長成分に対して干渉計信号を発生する第１の不均衡干渉計と、
（ｅ）前記波長λ’に対応する動作波長を有し、前記ブラッグ格子の各々からの反射済み光線を受信する第２の不均衡干渉計であり、前記第２の不均衡干渉計が、第１と第２のアームを有し、前記ブラッグ格子の各々によって反射された前記入射光線の各々の波長成分に対して干渉計信号を発生する第２の不均衡干渉計と、
（ｆ）変調信号を発生する手段と、
（ｇ）前記変調信号を受信する第１の位相変調器であり、前記第１の位相変調器が前記第１の不均衡干渉計の前記アームの一方の中に置かれ、前記第１の位相変調器が、前記第１の不均衡干渉計の前記干渉計信号の各々を変調する第１の位相変調器と、
（ｈ）前記変調信号を受信する第２の位相変調器であり、前記第２の位相変調器が前記第２の不均衡干渉計の前記アームの内の一方の中に置かれ、前記第２の位相変調器が前記第２の不均衡干渉計の前記干渉計信号の各々を変調する第２の位相変調器と、
（ｉ）前記第１の不均衡干渉計からの前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、量を表す出力信号を発生する第１の復調器であり、前記反射済み入射光線の前記固有波長成分の各々が、前記摂動を受けると、前記波長λを基準として変化する第１の復調器と、
（ｊ）前記第２の不均衡干渉計からの前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、量を表す出力信号を発生する第２の復調器であり、前記反射済み入射光線の前記固有波長成分の各々が、前記摂動を受けると、前記波長λ’を基準として変化する第２の復調器と
を具備することを特徴とする摂動検出システム。
【請求項１０】
前記複数のブラッグ格子の前記固有波長成分が、約１ｎｍという波長だけ互いに分離されていることを特徴とする請求項９に記載の摂動検出システム。
【請求項１１】
前記センサーが、自由音場、ダイヤフラムセンサー、加速度計タイプ、磁気歪みタイプ、電歪タイプ及び圧電タイプから成るグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の摂動検出システム。
【請求項１２】
前記第１と第２の光源の各々が、エッジ放射ＬＥＤ（ＥＬＥＤ）、超照明ダイオード、超照明ファイバ光源及びファイバエルビウム光源から成るグループから選択され、前記第１と第２の広帯域光源が、それぞれ約１．３μｍと１．５５μｍの動作波長を有し、前記第１と第２の広帯域光源の各々が約５０ｎｍの帯域幅を有することを特徴とする請求項９に記載の摂動検出システム。
【請求項１３】
前記第１の復調器が、
（ａ）前記第１の不均衡干渉計からの前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、その各々を前記ブラッグ格子の前記固有波長成分を表す信号に分割する第１の手段と、
（ｂ）前記第１の手段の前記分割済み固有波長成分の各々に反応して、それに対応するサイン信号とコサイン信号を発生する第１の検出手段と、
（ｃ）前記変調信号ならびに前記第１の検出手段の前記サイン信号及びコサイン信号に反応して。前記第１の復調器出力信号を発生する第１の信号プロセッサと
を具備することを特徴とする請求項９に記載の摂動検出システム。
【請求項１４】
前記第２の復調器が、
（ａ）前記第２の不均衡干渉計からの前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、その各々を前記ブラッグ格子の前記固有波長成分を表す信号に分割する第２の手段と、
（ｂ）前記第２の手段の前記固有波長成分の各々に反応して、それに対応するサイン信号とコサイン信号を発生する第２の検出手段と、
（ｃ）前記変調信号ならびに前記第２の検出手段の前記サイン信号及びコサイン信号に反応して、前記第２の復調器出力信号を発生する第２の信号プロセッサと
を具備することを特徴とする請求項９に記載の摂動検出システム。
【請求項１５】
前記第１の復調器が、
（ａ）前記第１と第２の光源の前記入力光線と共に前記光センサーに照射される事前決定された持続時間を有するパルスを発生する手段と、
（ｂ）前記第１の不均衡干渉計からの前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、その各々を前記固有波長成分を表す信号に分割する第１の手段と、
（ｃ）前記第１の手段の前記固有波長成分の各々に反応して、それに対応するサイン信号とコサイン信号を発生する第１の検出手段と、
（ｄ）前記第１の検出手段の前記対応するサイン信号とコサイン信号を受信し、さらに前記パルスに反応して、前記サイン信号とコサイン信号を自身の出力信号として提供する第１のゲート手段と、
（ｅ）前記変調信号ならびに前記第１のゲート手段の前記出力済みサイン信号とコサイン信号に反応して、前記第１の復調器出力信号を発生する第１の信号プロセッサと
を具備することを特徴とする請求項９に記載の摂動検出システム。
【請求項１６】
前記第２の復調器が、
（ａ）前記第２の光源の前記入力光線と共に前記光センサーに照射され、事前決定されたパルス持続時間を有するパルスを発生する手段と、
（ｂ）前記第２の不均衡干渉計からの前記変調済み干渉計信号の各々を受信して、その各々を前記固有波長成分を表す信号に分割する第２の手段と、
（ｃ）前記第２の手段の前記固有波長成分の各々に反応して、それに対応するサイン信号とコサイン信号を発生する第２の検出手段と、
（ｄ）前記第２の検出器手段の前記対応するサイン信号及びコサイン信号を受信し、さらに、前記パルスに反応して、前記サイン信号とコサイン信号を自身の出力信号として提供する第２のゲート手段と、
（ｅ）前記変調器信号ならびに前記第２のゲート手段の前記出力済みサイン信号とコサイン信号に反応して、前記第２の復調既出力信号を発生する第２の信号プロセッサと
を具備することを特徴とする請求項９に記載の摂動検出システム。
【請求項１７】
前記複数の反射性ブラッグ格子がファイバ遅延デバイスによって２つの配列に分離され、前記配列の各々が、固有の位置及び同じ固有波長成分を持つ同じ格子を有することを特徴とする請求項９に記載の摂動検出システム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は一般的にはセンサーシステムに関し、特に、音圧、振動、磁場などの経時変化する微弱な測定量の場を測定するためのブラッグ格子感知素子を利用したセンサーシステムに関する。
従来の技術
試験中の装置、材料、構造体及び構造体構成部品によって生成される及び／又は生じる音響放射又は電場もしくは磁場の変動を監視するセンサーシステムが周知である。これらの監視技法は、監視されたデバイスの性能を評価する分析方法に採用されている。このようなセンサーシステムは通常は、ギヤボックスなどの複雑な機械部品を計測するために必要とされる複数のセンサーを用いている。光多重技法に応じる光ファイバセンサーが一般的に用いられる理由は、これらのセンサーが、構造体上に置かれる比較的多くのセンサーを実現することを可能とする手段を提供するからである。多点感知応用分野用のセンサーシステムは、参照してここに組み込まれる、１９８９年出版されたOptics Lett、１４中のメルツ（G. Meltz）、モーリー（W.W. Morey）、グレン（W.H. Glenn）による「横方向ホログラフィ方法による光ファイバ内でのブラッグ格子の形成」（Formation of Bragg Grating in Optical Fiber by a Transverse Holographic Method）という題名の技術記事の８２３頁に述べるファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）センサーを用いる。ＦＢＧセンサーの人気は過去数年で向上したが、それはその固有の性質と波長デコーディングされた動作のゆえである。ブラッグ格子を用いるセキュリティシステムは、参照してここに組み込まれる１９９４年９月２７日発行の米国特許第５，３５１，３２４号に開示されている。
ＦＢＧセンサーは準分散式感知には特に魅力的であるが、その理由は、参照してここに組み込まれる１９９０年１２月、オーストラリア、シドニーで出版されたProc. OFS、９０の、「分散型ファイバ格子センサー」（Distributed Fiber Grating Sensor）の中の２８５頁のモーリー（W.W. Morey）の技術記事により完全に説明されるような方法で波長分割多重又は時分割多重法を用いることによって、多くのブラッグ格子をファイバの全長にわたって誘導又は書き込みでき、さらに、識別できるからである。ＦＢＧセンサーは、これを材料中に埋め込んで、負荷誘導された歪みをリアルタイムで評価することを可能とすることによって、事前複合材料分析、すなわち「スマートな構造体」分析の領域で非常に良好に応用される。機械類などの選ばれた装置を感知する用途のためのＦＢＧセンサーの既存の使用法を、図１の先行技術による装置１０を参照してさらに説明する。
装置１０は、各々がセンサーの感知素子として作用し、また、参照してここに組み込まれる１９９１年９月にボストンで出版されたSPIE vol. 1586の文献＃２２の「分散・多重光センサー」（Distributed and Multiplexed Optics Sensor）という題名のモーリー（W.W. Morey）、ダンフィー（J.R. Dunphy）、メルツ（G. Meltz）の技術記事に述べる波長分割多重技法によって識別され、複数の反射性ブラッグ格子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，．．．，１２Ｎから成るブラッグ格子センサー１２を利用している。センサー１２は本書ではファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）センサーと呼ばれる。複数の反射性ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎが技術上周知の方法で誘導され書き込まれ、また、参照して上記でここに組み込まれた米国特許第５，３５１，３２４号により完全に述べるような方法で、感知素子として働く各々の格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎは、装置１０によって監視される１つの装置に沿った固有の位置を有し、また、入射光線を反射するための固有の波長成分を有する。複数のＦＢＧセンサー１２は、監視中の装置上に置かれ、又は星形の装置（図示せず）中に置かれる。
図１の回路装置１０は、矢印１６で表され、Ｉ（電流）と示されるＹ軸及び、入力光線１６の波長を表すλとして示されるＸ軸を有すると一般に図示される入力スペクトル１８によって定められる入力光線を提供するための光源として働く広帯域光源１４を利用する。入力光線１６はカップラ２０に照射され、入射光線として走行し、感知素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎの各々をインターセプトし、次にこれら感知素子はそれぞれが前記入射光線を、それぞれ矢印２２，２４，２６，…、２８で示されるように反射する。反射光線２２，２４，…、２８はそれぞれスペクトル２２Ａ、２４Ａ、２６Ａ、…、２８Ａを有するものとして図１に示されているが、これらスペクトルは、反射性ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎによって反射される光線の波長にそれぞれ対応する中心波長成分λ1，λ2，λ3，…、λNを有する波長を示す。
広帯域光源１４は、技術上すべて周知のエッジ放射ＬＥＤ（ＥＬＥＤ）、超照明ダイオード、超照明ファイバ光源及びファイバエルビウム光源を含むグループから選択されるタイプのものである。広帯域光源１４は、約１．３μｍという典型的な事前決定された動作波長及び約５０ｎｍ（ナノメートル）という典型的な帯域幅を有する。このような広帯域光源１４の場合、前記複数のブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎは、センサー１２に沿って事前決定された距離Ｘ（図示せず）だけ互いに物理的に間隔付けされるが、その各々が、約数分の１ｎｍから１ｎｍを越えるような間隔付けされている固有の波長成分を有する。ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎから反射される入射光線は、それぞれのブラッグ格子のそれぞれの固有の波長成分を包含している。距離Ｘは、使用されるセンサー素子（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎ）及び、センサー１２によって包括される監視中の装置又は材料上の距離によって異なる。１．３μｍの動作波長と５０ｎｍの帯域幅を有する広帯域光源１４及び１ｎｍという波長成分だけ互いから離れているブラッグ格子を有するセンサー１２を選択するために、５０個の反射性ブラッグ格子を、波長分離（１ｎｍ）によって分割される帯域幅（５０ｎｍ）によって決まる図１の装置によって支持する。
複数の素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎのブラッグ格子の各々は入射光線１６に照射され、ナロービーム波長成分を返送するが、この成分は完全に広帯域光源１４の帯域幅内に包含される。より具体的に言うと、図１において、入射光線１６によって、ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎは、応答特性２２Ａ、２４Ａ、２６Ａ、…、２８Ａをそれぞれ有する反射光線２２，２４，２６，…、２８を返送する。図１から分かるように、応答特性２２Ａ、２４Ａ、２６Ａ、…、２８Ａはそれぞれ、広帯域光源１４の動作波長を表すλ未満である波長λ1，λ2，λ3，…、λNの位置を示す。動作中は、さらにより完全に説明するために、センサー１２内のブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎの摂動などの特定の個別の格子の測定量誘導された（すなわち、音響的に誘導された）摂動は、その特定の素子によって返送された光線の波長を変化又は変動させる。より具体的には、例えば、センサー１２の感知素子として動作する、素子１２Ａのブラッグ格子が音響力という形態の摂動に曝されると、反射する入射光線１６の素子１２Ａの固有波長λ1成分は固有波長λ1を基準として変化し、反射光線２２は、感知素子１２Ａによって感知された摂動を比例して示す変化済み波長成分を所有する。この変化済み波長成分は、それぞれのブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎと関連している波長シフトデコーダ３２によって感知された波長のずれを監視することによって信号経路３０上のカップラ２０の出力部で検出される。この波長ずれは、センサー１２が曝されている摂動の大きさを表す。
ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎの各々での波長ずれを検出するための図１に示す先行技術による技法は、ブラッグ格子期間信号２２，２４，２６，…、２８の波長をチャネル毎に測定する方式に基づいているが、図２を参照して更に述べる。
図２に示すように、波長シフトデコーダ３２は、信号経路３０を介して、ブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎとそれぞれ関連する波長成分λ1−λNを包含する信号を受信する波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）スプリッタ（ｄｅｍｕｘ）３２Ａを具備する。波長分割マルチプレクサ３２Ａはこれらの成分λ1−λNをそれぞれ端子３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、…、３６Ｎ上に存在する個別の波長成分λ1，λ2，λ3，…、λN中に分離され、これらの個別の波長成分はそれぞれ、光学フィルタ３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、…、３８Ｎに経路指定される。光学フィルタ３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、…、３８Ｎは、自身のニー（knee）でのλjで遮断周波数を持つ特性応答４２を有し、λ1−λNで定められる帯域内に包含される要素ｊに対応すると図２に一般的に示されるプロフィール４０を有するエッジタイプのフィルタであるのが好ましい。要素ｊは、振幅Ｔを示すｙ軸と、広帯域光源１４の動作波長λによって定められる最大値を有する波長λを示すＸ軸とによって定められるパルス波形４４を有する。光学フィルタ３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、…、３８Ｎは、感知素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎのブラッグ波長の範囲に整合するためには一連のフィルタ特性を必要とするが、この整合は実現するには比較的困難であり高価である。さらに、すべて技術上周知である例えば屈曲損失（センサーの屈曲）、光源変動（出力変化）などの外部からの要因による図１に示す広帯域光源１４の出力部での光出力レベルの考えられる変動を保証するためには、図３に示す実現例を採用することが望まれる。
図３に、参照してここに組み込まれる１９９２年に出版されたPhotonics Technol. Lett、４の５１６−５１８頁のメレ（S.M. Melle）、リウ（K. Liu）及びメジャーズ（R.M. Measures）の技術記事により完全に記述されている比率計を用いた方式を示す。図３には図２の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）スプリッタ３２Ａが示されているが、光学フィルタ３８Ａ、…、３８Ｎが欠けている。図３の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）スプリッタ３２Ａは、λ1，λ2，λ3，…、λ4で識別される複数の出力を持つが、その各々が自身にカップリングされている追加素子を有する。例えばλ1は光カップラ４６Ａを有し、端子３６Ａは自身から流れていく波長λ1を有するものと識別され、検出器４８は光カップラ４６Ａの出力に接続され、検出器５０は端子３６Ａの出力（λ1）を受信する。検出器４８は、Ｉ1refと識別される出力信号を提供し、検出器５０はＩ1と識別される出力信号を提供し、検出器４８と５０双方の出力は、比率演算装置５２に経路指定される。比率装置５２が動作し、これによって、出力信号が与えられるが、その値はＩ1／（Ｉ1refで定められる。図３の比率装置５２の出力信号は図２に関して説明した欠点はないが、追加素子による不利点を持っている。図２と３に示す回路装置以外の手段を提供して、図２と３に関して説明した実現例の欠点や不利点を持たない光センサーシステムを実現するのが好ましい。
発明の目的
したがって、本発明の第１の目的は、感知素子として働くファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）を有するセンサーを利用するが、精巧な濾過メカニズムを必要とせず、比較的複雑な比率計方式を用いることもなく、１つの装置を監視する光センサーシステムを提供し、しかもこのようなＦＢＧセンサーを５０個から４００個という数多くのセンサー素子を提供することである。
本発明の別の目的は、音圧、振動ならびに磁場及び電場などの経時変化する測定量の場の測定に用いられるファイバブラッグ格子を採用した光ファイバ感知システムを提供することである。
発明の要約
本発明は、１つの装置が影響される摂動の監視及び測定のためのファイバブラッグ格子を利用した光システムを意図するものである。
本システムは、光センサー、光源、不均衡干渉計、変調信号発生手段、位相変調器及び位相復調器を具備する。
このセンサーは、１つの装置に沿って置かれ、センサー中に誘導された複数の反射性ブラッグ格子を有するが、各々の格子はセンサー素子として動作する。格子は各々がこの１つの装置に沿った固有の位置及び入射光線を反射するための固有波長成分を有する。このセンサーの固有波長成分は各々が、摂動に曝されると変化する。光源から、ブラッグ格子のあらゆる波長成分を持つ入力信号がセンサーに対して与えられ、これによって格子の各々からの入射光線を反射するようにしている。不均衡干渉計はこの反射光線を各々の格子から受領する。不均衡干渉計は第１のアーム及び第２のアームを有し、各々のブラッグ格子によって反射された入射光線の各々の波長成分に対して干渉計の信号を発生する。位相変調器が干渉計の信号を１つ１つ変調する。復調器は各々の変調済み干渉計信号を受領して、その量を示す出力信号を発生するが、反射済み入射光線の固有波長成分は各々が、摂動に曝されると変化する。
【図面の簡単な説明】
本発明の上述の目的、特徴及び利点ならびに他のそれらは、本発明自身と共に、以下に示す複数の図面全体にわたって同様の参照符号が同様又は対応する部品を示す添付図面と関連して考慮し、以下の詳細な説明を参照すればよりよく理解されよう。
図１は、先行技術による装置の略図である。
図２と３は、図１の先行技術による装置と協働して、監視中の装置に関連する摂動を検出するための略図である。
図４は、本発明の第１の実施態様の略図である。
図５は、６及び７（図７（Ａ）及び図７（Ｂ）から成る）は、音響放射の検出に関する本発明によるセンサーの様々な実施態様の図である。
図８は、図８（Ａ）、８（Ｂ）、８（Ｃ）及び８（Ｄ）から成り、磁場又は電場検出技法を用いて摂動を測定するセンサーを開示する。
図９は、図４の実施態様に類似の本発明のさらに別の実施態様の図である。
図１０は、本発明の別の実施態様の図である。
図１１は、図１０の実施態様に類似の本発明のさらに別の実施態様の略図である。
本発明の実施態様の詳細な説明
図面を説明する前に、本発明の光センサーシステムは、監視されている装置の性能を示す摂動を検出する。光感知システムは、事前選択された分布となるように配置された埋め込み格子を有する光ファイバを１つ以上具備するが、ここで、ブラッグ格子は各々が、感知素子として働き、入射光線によって励起されると、事前決定された波長で識別される狭帯域信号を返送する。監視中のシステム中で発生する摂動は、微分たすき掛け（サイン／コサイン関数）及び時分割技法を含む多重化技法によって識別される他の光学的反応性素子と協働する不均衡干渉計によって感知される。
本発明のある実施形態を図４に示すが、これは図１，２及び３の先行技術による装置に関してすでに述べた素子を含むが、これに加えて、ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎそれぞれの固有波長成分λ1，λ2，λ3，…、λNをそれぞれ包含する反射光線２２，２４，２６，…、２８を受信する光カップラ５４を含む。光カップラ５４は、アーム５８と６０を有する不均衡干渉計５６の入力段にあるが、これら２つのアームの内の一方、例えばアーム５８は位相変調器６２を含み、他方は、２つのアーム５８と６０間の光路の差（以下に説明する）の長さが確実に約１ｃｍとなるように遅延コイルを保証するように働くコイル６４を含む。この不均衡干渉計５６はカップラ６６を自身の出力段のところに有する。
不均衡干渉計５６は、マックゼンダー（Mach Zehnder）タイプであり、返送された入射光線２２，２４，２６，…、２８内に包含されるそれぞれのブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎによって反射される波長成分λ1，…、λNの各々に対する干渉計信号を発生する。しかしながら、マイケルソン（Michelson）の干渉計構成などの他の干渉計の構成をマックゼンダー（Mach Zender）構成の代わりに用いてもよいことに気付くべきであろう。不均衡干渉計５６は、アーム５８と６０間の光路差すなわちＯＰＤを有する。不均衡干渉計５６の光路差（ＯＰＤ）はｎｄに等しいが、ここでｄはアーム５８と６０の長さ不均衡であって、ｎはコア６４の実行伝搬インデックスである。不均衡干渉計５６は、参照してここに組み込まれる１９９３年７月１３日発行の米国特許第５，２２７，８５７号により完全に述べるようなタイプのものである。さらに、干渉計信号を発生するような、不均衡干渉計５６などのデバイスの動作は、参照してここに組み込まれる１９９２年出版されたElectronics Letters、２８の２３６−２３８頁のカーシー（A.D. Kersey）、バーコフ（T.A. Berkoff）及びモーリー（W.M. Morey）の技術記事により完全に述べられている。発生した干渉計信号の形態は以下の式（１）で与えられる：
Ｉ（λj＝Ａj［１＋Ｋｃｏｓ［Ψj（λj＋Φ］］  （１）
ここで、Ψj（λj）＝２πｎｄ／λjであり、Ａjは入射光線１６の入力強度及びプロフィールならびにλjにおけるシステム損失及び格子の反射率によって異なる値であり、λjはブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎと共に包含されるｊ番目の格子センサーからの返送光線（センサー信号）の波長、Φはランダムバイアス位相オフセットである。不均衡干渉計５６が発生したあらゆる干渉計信号は、出力カップラ６６を通過して、図１，２及び３を参照して上述した波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）スプリッタ３２Ａに至るが、これについては、参照してここに組み込まれる１９９２年出版のProc.OFC'92の１２３頁、（ＯＳＡ）の、スール（J.B.D. Soole）らによる技術記事「チップ上の干渉計：モノリシックＷＤＭ構成部品」（Spectrometer on a Chip：a Monolithic WDM Component）の中にさらに述べられている。波長分割マルチプレクサ３２Ａによって実行される波長分割デマルチプレクシングが、図４の装置によって監視される装置上に置かれているセンサー１２内のブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎ（λ1，λ2，…，λN）の中心は波長の範囲に対する公称の波長応答に整合することが望ましい。
ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎ間の波長間隔は、考えられる残留準静的歪みに対処するに必要とされる動作範囲及び、ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎが置かれている点における温度ずれによって異なる。図４に示す１つ以上のセンサー１２に対して十分大きい波長範囲を見込んでおくことは、静的歪み感知が本発明による感知システムによって実行されているときには重要である。波長範囲には、それぞれが一対状のセンサー１２全体に対して感知素子として働くブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎの各々の固有波長間の波長間隔を考慮に入れておくことが必要である。通常は、ブラッグ波長はある環境下で１，０００マイクロ歪みメートル毎に約１ｎｍだけずれるが、この場合、広帯域光源１４の動作波長は１．３μｍである。例えば、固有波長成分がλ1であるブラッグ格子１２Ａが波長１．３μｍの入射光線を受領すると、それは１，０００マイクロストレインの歪みを受け、それに対応して引っ張られ、ブラッグ格子１２Ａは、波長λ1を基準として１ｎｍだけ変化した波長を有する入射光線を反射するが、このような反射光線の１つの成分は返送光線信号１２内に存在する。
音響放射振動感知を測定するための本発明の感知システムの応用において、センサー１２，特にブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎは、静的歪みを微弱にカップリングするように設計し、これによって、ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎでのブラッグ格子波長を緊密に間隔付けする、すなわち１ｎｍ未満の間隔にすることが可能となり、これによって、ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎの数を５０（前述の値）より大きい値にする。ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎ間の波長間隔に影響を与えるもう一方の要因は温度である。典型的なファイバ格子のブラッグ波長は温度によって、摂氏１度につき約一部／１０5の率でずれる。動作波長が１．３μｍである広帯域光源１４の動作の場合、ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎ間に１．３ｎｍの間隔を設けることによって、ＦＢＧセンサー内で摂氏１００度の温度変動を許容できることになる。大きな温度差でも、ブラッグ格子間の波長間隔を広くすることによって許容可能である。不均衡干渉計５６などの典型的な不均衡干渉計の波長感度のために、干渉位相のずれは、波長分割マルチプレクサ３２Ａの出力部に出力される各々の波長成分によって異なる。
本発明の恩典を受けない、音響放射測定のためのある実施態様では、個別のブラッグセンサー素子１２Ａ。１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎのブラッグ波長中の音響的に誘導された変調によって、受信され処理された波長成分各々に対する不均衡干渉計５６によって発生した干渉計出力信号の位相ずれに変調が生じる。これらの位相変調成分は次式（２）によって与えられる
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ここで、Δεjはｊ番目の格子に与えられた音響的に誘導された動的歪みであり、ζは関連のブラッグ格子の正規化された歪み体波長ずれ応答である。
式（２）で表される信号の好ましくない位相ずれを監視してこれに対処するために、干渉計５６によって発生した信号は、不均衡干渉計５６のアーム５８などのアームの内の１つに中に置かれている圧電ファイバストレッチャなどの位相変調器６２を用いることによって「復調」される。位相変調器６２は変調発生器６８によって発生した変調信号を受信する。図４の装置の干渉計による感知に用いられる復調技法は、参照してここに組み込まれる１９８２年に出版された、IEEE J. Quantum Electron、ＱＥ−１８の１６４７頁の「位相発生搬送波を用いた光ファイバセンサーのホモダイン復調スキーム（Homodyne Demodulation Scheme for Fiber Optic Sensors Using Phase Generated Carrier）という題名のダンドリッジ（A. Dandridge）、トベトン（A.B. Tveten）及びジアロレンティ（T.G. Giallorenzi）の技術記事に述べられている微分たすき掛け（differentiate-cross-multiplication）（サイン／コサイン）でも、参照してここに組み込まれる１９８２年に出版されたElectron. Lett.、１８の１０８１頁の「光学干渉計のための疑似ヘテロダイン検出スキーム」（Pseudo-Heterodyne Detection Scheme for Optical Interferometers）という題名の、ジャクソン（D.A. Jackson）、カーシー（A.D. Kersey）及びコーク（M. Corke）の技術記事中に述べる合成ヘテロダイン検出技法でも技術上周知の位相追跡回路であってもよい。
図４に、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）３２Ａと、検出器７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、…、７０Ｎであり、その各々がサイン成分とコサイン成分を含み、その出力信号を信号経路７４Ａ、７４Ｂ、…、７４Ｎをそれぞれ介してサイン・コサインプロセッサ７２に供給する検出器とから成る微分たすき掛け（differentiate-cross multiply）（ＤＣＭ）復調器を示す。サイン・コサインプロセッサ７２は、信号経路７６を介して、変調器６８が発生した変調信号を受信する。検出器７０Ａ、７０Ｂ、…、７０Ｎは米国特許第５，２２７，８５７号に述べるようなタイプのものであり、一方サイン・コサインプロセッサ７２は信号プロセッサ５５に関する米国特許第５，２２７，８５７号に述べるようなタイプのものであってもよい。
不均衡干渉計５６，波長分割マルチプレクサ３２Ａ、検出器７０Ａ、…、７０Ｎ及びプロセッサ７２から成る図４に示す干渉計変調器は、その標準の位相分解能が、音響範囲の
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であり、これによってブラッグ波長の小さな変動でも検出できる。本発明を実行すれば、センサー素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎのブラッグ波長の音響的に誘導された一部／１０10という小さなずれを検出できることが予測される。図４に示すセンサー１２は図５−８に示すようなさまざまな実施態様を有し得る。
図５の部分破断図に、光線を導通させ、事前選択されたブラッグ格子８４を自身の中に誘導させ、書き込み又は埋め込みさせた光ファイバ８２から成る音響センサー８０を示す。ブラッグ格子８４はブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎに対応するが、これらの各々が図１と４さらに、以下に説明する図９−１１に示す感知素子として作動する。
ＦＢＧセンサー８０は、音場に対して直接的に応答し、通常は、空気や液体などの音響媒体中に直接に置かれ、その感度は直接的にファイバの歪み光学係数によって決まる。光ファイバのひずむ光学係数は周知であり、参照してここに組み込まれる１９９２年のE. UDD Editor、Wileyの「光ファイバセンサー」という題名のテキストの第１０章に述べられている。ＦＢＧ音響センサー８０は、弾性材料又は、センサー８０の音共感度を向上させるようなファイバコーティング８６で被覆するのが好ましいが、その理由は弾性材料８６は通常はヤング率が高いが、体積弾性率は低い（圧縮率が高い）からであるが、「光ファイバセンサー」でより詳細に説明する。弾性材料を使用することによって、ＦＢＧセンサー８０の自由音場応答性が３０ｄｂを越える値まで向上し、ＦＢＧセンサー８０の感度は
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に対して約１００ｄｂの範囲になる。ＦＢＧセンサー８０は、例えば配電装置内などで見受けられるようなオイルで満たされた１つの装置内に置かれるのに特に適している。ファイバコーティング８６の媒体を介して音響信号のＦＢＧセンサー８０によって提供される直接カップリングによって、監視中の装置内における音響放射の２地点間マップが提供される。音響的な放射や振動に対して反応するさらなるセンサーを図６を参照して以下に述べる。
図６に、自身中に誘導され接着剤などの適当な手段（図示せず）によって可とう性ダイヤフラム９０の固定されたブラッグ格子８４を有する光ファイバ８２を具備するダイヤフラムセンサー８８を示す。ダイヤフラムセンサー８８の反応性はダイヤフラム素子９０の偏向応答によって決まり、図５の弾性材量などのファイバコーティング特性によっては決まらない。ダイヤフラムセンサー８８は、図５のＦＢＧセンサー８８から見れば高い感度を有するが、ダイヤフラムセンサー８８は圧力保証して、ブラッグ格子８４の波長成分中の大きな準静的圧力誘導ずれを回避するのが好ましい。ダイヤフラムセンサーは、
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につき約８０ｄｂの感度を有することが予測される。音響放射に反応するセンサーのさらなる実施態様を図７を参照してさらに述べる。
図７は図７（Ａ）と７（Ｂ）から成るが、この２つは加速時計タイプのセンサー９３を積層的に図示している。図７Ａは、加速時計９３が、質量Ｍとして働く剛性裏当て層９８をロードされた適合材料９６の層中に埋め込まれた光ファイバ８２から成るところを示している。材料９６は、プラスチック、ゴムなどの柔らかい適合性の材料であり、一方、層９８は金属、ガラス又はセラミックなどの固い材料である。
図７（Ｂ）に示すように、光ファイバ８２はブラッグ格子８４を自身中に誘導しているが、ここで、適合材料９６は、通常は音響放射によって生成される摂動に曝される構造体１００上に置かれている。摂動１０２は、構造体１００と関連した面外信号であり得る。加速時計センサー９３は、ギヤボックスケーシングであり得る構造体１００上に置かれ、加速時計センサー９３の周波数特性と感度は適合材料９８の硬度と質量（Ｍ）によって異なる。希望に応じて、誘導ブラッグ格子８４を持つファイバ８２は、材料が評価中の構造体構成部品に用いられるプラスチック、グラスファイバ又はその複合材料であればその材料中に直接に埋め込んでもよい。経時変化する振動、電場及び／又は磁場の外乱に反応するセンサーを、図８に参照して更に述べる。
図８は図８（Ａ）、８（Ｂ）、８（Ｃ）及び８（Ｄ）から成り、図示されたセンサーの各々が、音響放射による摂動以外の摂動に反応するように用いられる。図８のセンサーすべてが、磁場や電場などの物理的な場を検出することによって装置を監視する目的に利用可能である。図８（Ａ）と８（Ｂ）のセンサーは、磁気歪み効果に応答し、図８（Ｃ）と８（Ｄ）のセンサーはそれぞれ磁気歪み効果と圧電効果に反応する。
図８（Ａ）に、磁気歪み効果に反応し、ブラッグ格子８４を自身中に誘導した光ファイバ８２を具備するセンサー１０３を示す。光ファイバ８２は２つの素子１０４と１０６の間に置かれて、複合バーを効果的に形成している。プレート１０４と１０６は、材料９４が受ける摂動に自身も比例する印加された磁場１０７の強度に比例して膨張収縮する技術上周知のインバール（Imbar）、モネル（Monel）金属、ニクロム、ニッケル、金属ガラス又はストイク（Stoic）金属などの磁性材料から成る。センサー１０３が反応する磁気歪み効果は非線形であるが、非線形性は図８（Ｂ）に示す実施態様によって埋め合わされる。
図８（Ｂ）は、センサー１０３に関してすでに述べたのと類似の仕方で磁気歪み効果に反応するセンサー１０８を示す。センサー１０８は、ブラッグ格子８４の近くに置かれ、バイアス磁場を与える局所永久磁石１１０を有する。局所磁石１１０は、センサー１０８が経験する磁気歪み効果の非線形性を保証する。より特定的には、局所永久磁石１１０は、ブラッグ格子８４での歪みに対する随伴変動、すなわち格子８４のブラッグ格子波長に随伴変動を引き起こすような、交流（ＡＣ）によって生じたような経時変化する変動と相互作用する。感度が
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となり、これによって、センサー１０８が、すべてが最近いわゆるスマートハイウエイシステムで人気のある車両検出／カウント、交通パターン監視などの応用例に特に適すことが予測される。本発明の実行に当たって用いられるセンサーのさらなる実施態様を図８（Ｃ）を参照してさらに述べる。
図８（Ｃ）に、ブラッグ格子８４を自身の内部に誘導している光ファイバー８２を持つセンサー１１４が示されている。光ファイバ８２は、チタン酸バリウムなどの材料から成る層１１６と１１８の間に置かれてセラミックプレートを形成するが、このセラミックプレートは、矢印１２０で示す電圧をその平行なフェースに印加されると、自身が収縮する。この電圧は、材料９４が受ける摂動に比例し、さらに、摂動はその物理的変動の量を表す。本発明の実行に関連するセンサーのさらなる実施態様を図８（Ｄ）を参照してさらに説明する。
図８（Ｄ）に、圧電特性を持つセンサー１２２を示す。センサー１２２は、周知の圧電セラミックのように、ブラッグ格子を自身の中に誘導し、圧電材料１２４と１２６の間に置かれ、さらに、変形すると電圧を発生したり、その逆に、図８（Ｄ）に矢印１２８で示す電圧を印加されると変形する光ファイバ８２を有する。図８のセンサーのすべて、さらに、図５−７のセンサーの実施態様のすべてが、図４の上記の装置さらに図９の装置内で使用可能である。
図９は図４に類似しているが、その双方共、波長分割多重技法、さらに、動作波長λを有する広帯域光源１４を用いているが、図９ではまた、１．５５μｍという標準値を有する動作波長λ’を有し、矢印１３２で示される入力光線をセンサー１２に供給する第２の光源として作動する追加の広帯域光源１３０が用いられている。広帯域光源１３０は広帯域光源１４と同じタイプである。第２の広帯域光源１４は、図４を参照して広帯域光源１４に関して述べたように、ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎからの光線を反射するためにすべての波長を包括する５０ｎｍなどという値の帯域幅を有する。
図９の装置はさらに、第２の不均衡干渉計５６’及び、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）３２Ａ’、検出器７０Ａ’、７０Ｂ’、…、７０Ｎ’、ならびにサイン／コサインプロセッサ７２’を含む。プライム符号（’）で識別される図９に示す素子はすべて、プライム符号（’）を持たない素子に対して図４を参照して説明されたと同じように動作する。第２の不均衡干渉計５６’は信号経路１３４を介して信号経路３０に接続されている。第２の不均衡干渉計５６’はその位相変調器６２’が信号経路１３６を介して変調信号発生器６８に接続されている。同様に、サイン／コサインプロセッサ７２’は信号経路７６’を介して変調信号発生器６８に接続されている。
動作中は、図９の装置は、広帯域光源１４の動作波長λとして１．３μｍという値を選び、これに対応して、広帯域光源１３０の動作波長λ’を１．５５μｍに選択する。同様に、第１の不均衡干渉計５６と波長分割マルチプレクサ３２Ａは、１．３μｍという波長λを持つ広帯域光源１４に応じた動作周波数を有するように選ばれ、同様に、第２の不均衡干渉計５６’と第２の波長分割マルチプレクサ３２Ａ’は、広帯域光源１３０の波長λ’に応じた１．５５μｍという動作波長を有するように選ばれる。さらに、選択された複数のブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎは、図４を参照してすでに述べたように、通常は距離Ｘだけ互いに離れて置かれ、図９の装置が最大で２００個のブラッグ格子感知素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎを収容できるように１ｎｍという波長成分間隔を有するように選択される。動作波長とブラッグ格子の数がこのように選択されると、図９の回路装置は図４の装置と同じように動作して、サイン／コサインプロセッサ７２’が、信号経路７８Ａ、…、７８Ｎ上に量を表す出力信号を供給するが、その波長成分の各々が、広帯域光源１４の１．３μｍの搬送波周波数を有する反射された入射光線信号２２，…、２８内にそれぞれ包含されているが、摂動を受けると、ブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎの波長λ1，…、λNを基準として変化する。同様に、サイン／コサインプロセッサ７２‘は、信号経路７８Ａ’、…、７８Ｎ’上に量を表す出力信号を供給するが、その波長成分の各々が、広帯域光源１３０の１．５５μｍの搬送波周波数を有する反射済みの入射光線信号２２，…、２８内にそれぞれ包含されているが、摂動を受けると、ブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎの波長λ1’，．．．，λN’を基準として変化する。図４と９に示す回路装置はその双方とも多くのセンサーを収納しているが、追加のセンサーを収納できる能力は、図１０を参照して以下に説明する時分割多重化技法によって与えられる。
図１０の装置は、参照符号１２と１２’で示され区分され、さらに、ファイバ遅延デバイス１３８によって互いに分離されて２つの配列になるように形成された第１と第２のそれぞれ複数のブラッグ格子を含むが、その２つの配列はそれぞれが、同じブラッグ格子を有し、さらに、互いを基準として整合する固有の波長成分を有している。例えば、センサー１２に含まれる第１の配列（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎ）は、センサー１２’のブラッグ格子１２Ａ’の入射光線を反射するために固有波長成分λ1に対応してこれと整合する入射光線を反射するための固有波長成分λ1を持つブラッグ格子１２Ａを有する。３つ以上のセンサー１２と１２’を用いる場合、追加のファイバ遅延デバイス１３８が、ブラッグ格子の配列を自身の内に有する各々のＦＢＧセンサーの間に置かれる。さらに、ブラッグ格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…、１２Ｎ及び１２Ａ’、１２Ｂ’、１２Ｃ’、…、１２Ｎ’は図４を参照してすでに述べたように事前決定された距離Ｘだけ互いに分離しており、この分離間隔は波長方向に１ｎｍであることが好ましい。
図１０の装置はさらに、ゲートデバイス１４２を介してカップラ２０に印加され、事前決定されたパルス持続時間τを持つパルス特性１４６を有する入射光線すなわちパルスを表す矢印として示されるパルスを発生するパルスドライバ１４０を含む。ゲートデバイス１４２は、パルス１４４が存在するときに、光カップラ２０に向けて広帯域光源１４の出力を通過させるためだけのものである。パルス１４４はまた、信号経路１４８を介して、ゲート回路１５０に印加される。またさらに、図１０の回路装置は、検出器７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、…、７０Ｎからのサイン信号とコサイン信号を受信し、パルス１４４に反応し、更にサイン信号とコサイン信号を、区分化された複数の信号経路１５２Ａ、…、１５２Ｎによって示される自身の出力として提供するゲート回路１５０を含む。
ブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎと１２Ｃ、…、１２Ｎ’は、２％などの数パーセントという反射係数の公称値を持つ個別のＦＢＧセンサー１２と１２’中に誘導、すなわち書き込まれている。この装置によって、入射光線１６のほんの一部を各々のブラッグ格子で反射させることが可能となるが、一方、入射光線１６を形成している残余のより強い信号は追加のブラッグ格子の連続物、すなわちブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎ’の連続物に送られる。ブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎ’の波長反射係数が数パーセントであるので、ブラッグ格子１２と１２’のいくつかの（例えば５から８）連続物が識別される。ブラッグ格子の連続物（１２、…、１２’）が１０より多い数になる場合の識別は、２％を越える値の反射係数によって、センサー１２と１２’間などのようにセンサー同士間のクロストークを低く抑えるようにする。
動作中は、図１０を参照して、広帯域光源１４の出力は、持続時間τを有するパルス１４４でパルス化される。パルス１４４によってまた、センサー１２と１２’からの返送信号が波長分割マルチプレクサ３２Ａの各々の出力部から発生される。これらの出力はその各々が、配列中の各々の格子連続物（１２と１２’）中の対応するブラッグ格子から発信された一連のパルスを含む。これらパルス連続物は、検出器７０Ａ、７０Ｂ、…、７０Ｎの出力部に存在し、ブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎに対応する波長成分λ1，λ2，…、λNを表している。パルス１４４のパルス幅が隣接するブラッグ格子連続物中の整合する格子センサー素子（１２と１２’）間の光学的往復伝搬遅延未満である場合、検出器７０Ａ、７０Ｂ、…、７０Ｎの出力部から発生されたパルスは時間分離され、パルス１４４に反応するゲート回路１５０に経路指定される。例えば、ブラッグ格子１２Ａと１２Ａ’が入射光線（パルス１４４）を反射するために固有の波長成分λ1を有するように選択された場合、波長分割マルチプレクサ３２Ａの出力（λ1）に存在するパルスは時間的に分割される。検出器７０Ａ、…、７０Ｎの出力部に存在するこれらの時分割多重化されたパルスは、それぞれ信号経路７４Ａ、…、７４Ｎを介してゲート回路１５０に印加される。ゲート回路１５０の出力はサイン／コサインプロセッサ７２に経路指定され、このプロセッサ７２は時分割回路多重処理を実行し、これによって、図９又は４のいずれかの装置を基準として図１０の装置によってサポートすることが可能なセンサーの数を数倍に増加することを可能とする。例えば、図４と１０を比較すると、１．３μｍという動作波長λと５０ｎｍという帯域幅を持つ広帯域光源１４を用いると、時分割多重（ＴＤＭ）が数倍に向上し、図４の合計たった５０個のセンサー素子と比較して合計２００個のセンサーを用いることができる。この４倍の向上には、多重化された信号のアクティブな状態とアイドリング（２）状態を監視する必要性を考慮したものである。センサー素子の数は図１１の回路装置によって倍になり得る。
図１１の回路装置は図１０のそれに類似しているが、プライム符号（’）を用いて示す素子が追加されており、プライム符号（’）を付けられた素子は、図１，４，９及び１０を参照してすでに述べたプライム符号（’）で識別される素子と同じように動作する。さらに、プライム符号（’）付き素子は、図９を参照してすでに述べたような仕方で広帯域光源１３０の動作波長λ’に対応する動作波長を持つように選択される。動作波長がそれぞれ第１と第２の干渉計５６と５６’及び第１と第２の波長分割マルチプレクサ３２Ａと３２Ａ’に対して選択されると、図１１の回路装置は図１０のそれと同様に動作し、サイン／コサインプロセッサ７２は、量を表す出力信号１５４Ａ、…、１５４Ｎを発生し、ブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎの固有波長成分はその各々が、摂動を受けると波長λを基準として変化し、同様に、サイン／コサインプロセッサ７２’が量を表す出力信号１５４Ａ’、…、１５４Ｎ’を発生し、ブラッグ格子１２Ａ、…、１２Ｎ’の固有波長成分は、摂動を受けると波長λ’を基準として変化する。
本発明を実行することによって、少なくとも４００個のセンサーを使用可能なさまざまな実施態様を提供し得ることを理解すべきであるとはいえ、この数（４００）は実際上の限界値ですらない。本発明の実行でさらに、音響放射、電場外乱又は磁場外乱を検出する目的で使用されるさまざまなセンサーが与えられる。さらに、本発明の実行によって、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）センサーを用いる選択された１つの装置の性能を監視するための多重センサーを、しかも、「発明の背景」のセクションですでに説明したいかなる比率経方式を用いる必要なく使用できる。
したがって、多くの修正と変更が本発明にたいして、クレームの条項の範囲内で可能であることが容易に理解されよう。したがって、添付クレームの範囲内で、とくに断りのない限り本発明が実行可能であることを理解すべきである。
【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（Ａ）】
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【図７（Ｂ）】
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【図８（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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【図８（Ｃ）】
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【図８（Ｄ）】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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