特許 6590410 ＦＢＧを用いる物理量測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6590410

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】ＦＢＧを用いる物理量測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/353 20060101AFI20191007BHJP

   G01H 9/00 20060101ALI20191007BHJP

   G01K 11/32 20060101ALI20191007BHJP

   G01B 11/16 20060101ALI20191007BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/353 C

   G01H9/00 E

   G01K11/32 D

   G01B11/16 Z

【請求項の数】13

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-102012(P2016-102012)

(22)【出願日】2016年5月21日

(65)【公開番号】特開2017-207458(P2017-207458A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2018年4月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】302040135

【氏名又は名称】日鉄溶接工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076967

【弁理士】

【氏名又は名称】杉信 興

(72)【発明者】

【氏名】市村 治通

(72)【発明者】

【氏名】衣袋 順一

(72)【発明者】

【氏名】坂入 良幸

(72)【発明者】

【氏名】竹内 伸成

(72)【発明者】

【氏名】高橋 真

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３１７９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２５４８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−３１５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４８４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２２６９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−９８６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０７２２９３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１３４８６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−３０８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１３８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５７６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−８８３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１５６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２２４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３２３４１８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２６−５／３８

Ｇ０１Ｂ １１／１６

Ｇ０１Ｋ １／００−１９／００

Ｇ０１Ｈ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長スペクトルに複数の傾斜領域がある広帯域光を発生する光源，
前記複数の傾斜領域のいずれかに反射波長があるＦＢＧ，
前記ＦＢＧの反射光を電気信号に変換する光電変換手段，
前記広帯域光を前記ＦＢＧに送出し該ＦＢＧから反射して戻った光を前記光電変換手段に送出する方向性結合器，
前記光電変換手段が変換した電気信号を前記ＦＢＧの反射波長が含まれる傾斜領域の傾斜が小さいと高レベルに補正して、前記複数の傾斜領域のそれぞれの傾斜の強弱による、異なる反射波長のＦＢＧを用いるときの物理量検出感度のばらつきを補償する補正手段，および、
上記補正した電気信号を、前記ＦＢＧによる検出対象の物理量情報に変換する信号処理手段、を含む、ＦＢＧを用いる物理量計測装置。

【請求項2】

さらに、前記補正手段が補正した電気信号を一定時間サンプリングし、該電気信号の振幅の時間軸変化をフーリエ変換周波数に分解するフーリエ変換手段を含む、請求項１に記載の、ＦＢＧを用いる物理量計測装置。

【請求項3】

前記傾斜領域は、前記光源が発生する広帯域光の波長スペクトルの波長で微分した絶対値が所定の値以上の波長領域である、請求項１又は２に記載の、ＦＢＧを用いる物理量計測装置。

【請求項4】

前記傾斜領域は、前記光源が発生する広帯域光の波長スペクトルを波長で２階微分した絶対値が所定の値以下の波長領域である、請求項１又は２に記載の、ＦＢＧを用いる物理量計測装置。

【請求項5】

前記補正手段は、前記光源の広帯域光スペクトルの中の、前記ＦＢＧの反射波長が存在する傾斜領域の微分値の絶対値の逆数、を前記光電変換手段が変換した電気信号に乗算する、請求項１又は２に記載の、ＦＢＧを用いる物理量計測装置。

【請求項6】

前記傾斜領域は複数であってそれぞれが各傾斜領域に反射波長がある複数個のＦＢＧが前記光源が発生する広帯域光が与えられる同一の光ファイバに直列に設けられ、
前記複数個のＦＢＧに対応する複数の光電変換手段，各ＦＢＧが反射する各反射光を分離して各光電変換手段に与える方向性結合器，前記複数の光電変換手段に対応する複数の補正手段，および、各補正手段が補正した各電気信号を、各ＦＢＧによる検出対象の物理量情報に変換する複数の信号処理手段、が備わった請求項１又は２に記載の、ＦＢＧを用いる物理量計測装置。

【請求項7】

前記信号処理手段が変換した時系列の物理量情報の平均値を算出する手段、および、平均値から、温度又は静歪を求める演算手段、を更に備える請求項１又は２に記載の物理量計測装置。

【請求項8】

前記信号処理手段が変換した時系列の物理量情報の平均値を算出する手段、および、該物理量情報を平均値で補正して、温度や静歪の影響を除去した振動値を求める演算手段、を更に備える請求項１又は２に記載の物理量計測装置。

【請求項9】

前記光源が発生する広帯域光の光パワーを検出する手段、および、検出された光パワーが低いと前記光電変換手段が変換した電気信号又は前記補正手段が補正した電気信号を補正する光パワー対応の補正手段、を備える請求項１又は２に記載の物理量計測装置。

【請求項10】

前記信号処理手段が変換した物理量が設定値を超えたときに、物理量計測データの出力を開始する請求項１又は２に記載の物理量計測装置。

【請求項11】

前記信号処理手段が変換した物理量が設定値を超えたときに、そこまでの計測値を破棄して新たに計測を開始する、請求項１又は２に記載の物理量計測装置

【請求項12】

前記フーリエ変換手段が変換した周波数の中の特定周波数のレベルが設定値を超えたときに、物理量計測データの出力を開始する請求項２に記載の物理量計測装置。

【請求項13】

前記フーリエ変換手段が変換した周波数の中の特定周波数のレベルが設定値を超えたときに、前記補正手段が補正した電気信号のサンプリングデータを破棄して、新たなサンプリングを開始し一定時間サンプリングしてからフーリエ変換を行い得た物理量計測データを出力する請求項２に記載の物理量計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）を用いる物理量計測装置に関する。物理量は、振動，歪又は温度である。

【背景技術】

【0002】

ＦＢＧに光を入射すると特定の波長が反射され、それ以外は通過する。反射する光の波長は、ＦＢＧの伸縮に応じて変化する。ＦＢＧの伸縮は外部から加わる力や温度により発生するので、ＦＢＧから反射する光の波長変化を計測する事によりＦＢＧに加わる物理量(振動，歪又は温度)を求める事ができる。ＦＢＧから反射する光の波長変化を知る為には、広帯域光源から出力した光を方向性結合器を介してＦＢＧに送出し、ＦＢＧ４から反射した光を該方向性結合器で分離し波長計でその波長を測定する。波長計で測定した波長やその変動によりＦＢＧに加わった物理量を知る事ができる。一般に光波長を測定する光波長計は測定時間が長く、高速で動作する物理量を測定する事は困難である。これを解決するために、波長計の代わりに光フィルタと光パワーメータ（受光回路）を用いる事が有る。ＦＢＧの反射光の波長が光フィルタの挿入損失にスロープがある領域の波長の場合には、ＦＢＧの反射光波長の変動により光フィルタの挿入損失が変わる事から受光レベルの変動を波長の変化、即ち物理量の変化として求める事ができる。

【0003】

図１０に、従来の、温度，歪等の物理量を検出する装置の概要を示す。光源１から出力された広帯域光は方向性結合器２を通り、光ファイバ３を経緯してＦＢＧ４に導かれる。ＦＢＧ４は測定対象の温度，歪等の物理量に応じた狭帯域の光信号を反射し、他は透過する。ＦＢＧ４で反射された狭帯域の反射光は光ファイバ３を最初とは逆方向に進み、方向性結合器２に戻り、波長測定回路５に入力される。波長測定回路５では受光された光の波長を測定する。波長測定回路５で測定された波長は信号処理回路６に入力され、波長から測定対象の物理量に変換され、表示操作部７で表示される。光源１のスペクトル幅は例えば５０ｎｍである。ＦＢＧ４から反射される狭帯域光のスペクトル幅は例えば０．２ｎｍである。この反射光は測定対象の物理現象に応じて波長が変化する。例えば温度が１℃変化する度に波長が１４ｐｍ、歪が１με変化する度に１．２ｐｍ変化する。この特性から波長を測定し温度値又は歪値に変換する事で温度、歪等の物理量を知る事ができる。ＦＢＧ４の反射光帯は光源１のスペクトル帯域内でなければならない。

【0004】

特許文献１は、ＦＢＧの反射光を波長測定することなく受光器で検出し、ＦＢＧの反射光波長の変化による反射光量の変位を線形的に電気信号に変換してＦＢＧに加わった歪量を検出する装置を提示している。

【0005】

特許文献２は、反射波長域が異なる複数のＦＢＧを直列に配備した光ファイバに、光源から広帯域スペクトルの光を入射して、該光ファイバの、各ＦＢＧの反射光又は透過光の反射波長の各変化量を検出して各ＦＢＧの温度を測定するシステムを提示している。
特許文献３に提示された振動検出方法は、ＦＢＧの反射光を波長測定することなく受光器で受光信号に変換し、受光信号を周波数フィルタに通し、そして波形収録器で振動周波数を検出する。可聴域から超音波域の振動を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−３４７５７５号公報

【特許文献2】特開２０１２−２２５６３７号公報

【特許文献3】特許第５５８６００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

図１０に示した従来の、ＦＢＧを用いる温度，歪等の物理量検出装置では、ＦＢＧ４の反射波長領域の光を抽出する波長測定回路５が、大掛かりで高価である。しかも波長測定に時間がかかる。しかし特許文献１〜３が提示した物理量検出では、波長計測を行わず、ＦＢＧの反射光又は透過光を受光器で受光電気信号に変換し、必要に応じて電気的フィルタに通して、受光電気信号を物理量に変換するので、物理量計測の速度が速く、計測機構が簡素になり安価に製作できる。よって特許文献１〜３に提示された、ＦＢＧの反射光（又は透過光）をまず受光器で電気信号に変換し該電気信号を物理量に変換する物理量測定が好ましい。

【0008】

これを実現するために、波長スペクトルに傾斜を持つ広帯域光を放射する光源と、該波長スペクトルの傾斜領域に反射波長があるＦＢＧとを用いて、該広帯域光を、方向性結合器を通してＦＢＧに送出し、ＦＢＧから反射して戻った狭帯域光を、方向性結合器を通して光電変換器で電気信号レベルに変換し該電気信号レベルを物理量に変換するのが好ましい。この場合、物理量検出感度が波長スペクトルの傾斜領域の傾斜に依存する。任意の反射波長を持つＦＢＧは容易に製造する事ができるが、反射波長は光源の波長スペクトルの傾斜領域でなければならない。傾斜領域のレベルは反射光レベルに影響し、傾斜は反射光感度に影響する。

【0009】

広帯域光の波長スペクトルには傾斜領域が複数存在するが、傾斜領域のレベルと傾斜は領域毎に異なっているので、ＦＢＧの反射波長をどの傾斜領域に定めるか、換言するとどのようなＦＢＧを採用するか、によって反射光検出(物理量検出)の精度がばらつき、物理量検出の信頼性が低い。

【0010】

本発明は、ＦＢＧを用いる物理量検出の精度および信頼性を高く安定にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

波長スペクトルに複数の傾斜領域がある広帯域光を発生する光源，
前記複数の傾斜領域のいずれかに反射波長があるＦＢＧ，
前記ＦＢＧの反射光を電気信号に変換する光電変換手段，
前記広帯域光を前記ＦＢＧに送出し該ＦＢＧから反射して戻った光を前記光電変換手段に送出する方向性結合器，
前記光電変換手段が変換した電気信号を前記ＦＢＧの反射波長が含まれる傾斜領域の傾斜が小さいと高レベルに補正して、前記複数の傾斜領域のそれぞれの傾斜の強弱による、異なる反射波長のＦＢＧを用いるときの物理量検出感度のばらつきを補償する補正手段，および、
上記補正した電気信号を、前記ＦＢＧによる検出対象の物理量情報に変換する信号処理手段、を含む、ＦＢＧを用いる物理量計測装置。

【0012】

本発明の好ましい実施態様では、補正手段による補正は、光源の広帯域光スペクトルの中の、採用したＦＢＧの反射波長が存在する傾斜領域の微分値の絶対値の逆数、をＦＢＧ反射光の光電変換信号に乗算する。傾斜領域の微分値は傾斜の大小（強弱）を表すので、その絶対値の逆数は、傾斜領域の傾斜が強いと小値、弱いと大値となる。そこで、前記乗算の積である補正結果値は、使用するＦＢＧの反射波長が含まれる傾斜領域の傾斜が強いと抑制された値、傾斜が弱いと増幅（増やした）値となる。傾斜領域の微分値の絶対値の逆数その物ではなく、所定の値で正規化した値を用いても良い。正規化の中にＦＢＧの反射光波長の波長変化と受光レベルとの変換係数を含んでも良い。また、広帯域光スペクトルの傾斜が最大の傾斜領域に反射波長があるＦＢＧを用いる場合は抑制乗算はせず、この場合の感度（傾斜）と同等になるように、他の傾斜領域に反射波長があるＦＢＧを用いる場合に増幅演算する。いずれにしても、補正手段は、光電変換手段が変換した電気信号を、使用するＦＢＧの反射波長が含まれる傾斜領域の傾斜の強弱による物理量検出感度のばらつきを補償するように、該傾斜領域の傾斜が小さいと高レベルに補正する。

【発明の効果】

【0013】

広帯域光の波長スペクトルに複数存在する傾斜領域のいずれにＦＢＧの反射波長があっても、小さい傾斜の傾斜領域に反射波長があるＦＢＧを用いる場合には補正手段が反射波長光の光電変換信号を高レベルに補正するので、いずれの傾斜領域に含まれる反射波長のＦＢＧを用いても、所定の高感度で物理量測定を行うことができる。すなわち、ＦＢＧを用いる物理量検出の精度および信頼性が高く安定する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施態様の物理量計測装置の構成の概要を示すブロック図である。

【図2】図１に示す補正回路９の補正演算に補正値（増幅ゲイン）を設定する工程を示すフローチャートである。

【図3】（ａ）は図１に示す光源１が出射する広帯域光の波長スペクトルを示すグラフ、（ｂ）は（ａ）に示す波長スペクトルの１階微分値（１次微分値）を示すグラフである。

【図4】（ａ）は図３の（ｂ）に示す１階微分値の微分値すなわち図３の（ａ）に示す広帯域波長スペクトルの２階微分値（２次微分値）を示すグラフ、（ｂ）は図３の（ａ）に示す広帯域波長スペクトルに割当てることができるＦＢＧ反射波長領域を示すグラフであり、Ｓａ１〜Ｓａ８が、物理量測定に用いることができるＦＢＧ反射波長領域を示す。

【図5】本発明の第２実施態様の物理量計測装置の構成の概要を示すブロック図である。

【図6】（ａ）は本発明の第３実施態様の物理量計測装置の構成の概要を示すブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示される処理回路２１−１の構成の概要を示すブロック図である。

【図7】（ａ）は本発明の第４実施態様の物理量計測装置の構成の概要を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）に示す信号処理回路１１の出力を示すタイムチャートである。

【図8】本発明の第５実施態様の物理量計測装置の構成の概要を示すブロック図である。

【図9】本発明の第６実施態様の物理量計測装置の構成の概要を示すブロック図である。

【図10】従来の、ＦＢＧ４および波長測定回路を用いる物理量測定装置の構成の概要を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

−第１実施態様（図１）−
図１上の光源１は、波長スペクトルに傾斜を持つ広帯光を出力する光源であって、図３の（ａ）に示す波長スペクトルの広帯域光を、方向性結合器２に出射する。光源１から出力された広帯域光は方向性結合器２を通り、光ファイバ３を経緯してＦＢＧ４に導かれる。本発明の物理量計測装置の設計時あるいは製作時に、ＦＢＧ４の反射波長は、図３の（ａ）に示す波長スペクトルの傾斜領域に設定できる。傾斜領域では、波長スペクトルの１階微分値の絶対値が、図３の（ｂ）に示すように、大きい値となり、傾斜領域の中心で１階微分値の絶対値がピーク（頂点）となる。この１階微分値を更に微分すると、すなわち図３の（ａ）に示す波長スペクトルを２階微分すると、図４の（ａ）に示すように、１階微分値の絶対値のピーク（傾斜領域）の波長で２階微分値がゼロとなるので、２階微分値が大略でゼロとなる波長帯を、ＦＢＧ４の反射波長が含まれる傾斜領域に定めることができる。図３の（ａ）に示す波長スペクトルに対しては、図４の（ｂ）に示すように、波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８を、ＦＢＧ４反射波長が含まれる傾斜領域に定めることができるので、ＦＢＧ４は、その反射波長が波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８のいずれかに含まれるものとしている。

【0016】

ＦＢＧ４は、測定対象である振動，歪，温度等の物理量に応じた狭帯域の光信号を反射し、他は透過する。ＦＢＧ４で反射された狭帯域の反射光は光ファイバ３を最初とは逆方向に進み、方向性結合器２に戻り、受光回路８に入力され電気信号に変換されて、補正回路９に入力される。補正回路９では記録回路１０に記録された補正値で受光回路８から与えられる電気信号を補正する。この補正処理により光源スペクトルの傾斜による、傾斜領域Ｓａ１〜Ｓａ８のいずれにＦＢＧ４（の反射波長）を設定しているかによる計測感度のばらつきを抑制して計測感度と信頼性を高く安定化する。

【0017】

本発明の物理量計測装置の設計時または製作時に、図２に示す工程で、ＦＢＧ４で利用し得る傾斜領域を求めてＦＢＧ４の反射波長を設定し、そして補正回路９で用いる補正値を算出して記録回路１０に設定（記録:電子記憶）する。

【0018】

第１の態様では、まず、光源１が方向性結合器２を通して光ファイバ３に入射する広帯域光の波長スペクトル（図３の（ａ））を測定し（Ｄｐ１）、それを１階微分する（Ｄｐ２）。そして１階微分の絶対値（図３の（ｂ））を算出して（Ｄｐ３）、該絶対値が基準値（図３の（ｂ）では０．０１）以上の波長領域を求めて（Ｄｐ４）、該波長領域にＦＢＧ４の反射波長を設定する（Ｄｐ５）。第２の態様では、１階微分の絶対値が基準値以上の波長領域を求めると（Ｄｐ４）、反射波長が各種の複数のＦＢＧ群の中の、該基準値以上の波長領域に反射波長があるＦＢＧを、使用するＦＢＧ４の定める（Ｄｐ５）。第３の態様では、１階微分の絶対値が基準値以上の波長領域を求めると（Ｄｐ４）、該波長領域を更に微分（２階微分）し（Ｄｐ８）、その絶対値を算出し（Ｄｐ９）、絶対値が基準値（図４の（ａ）では０．０１）以下の波長を検出してＦＢＧを使用し得る傾斜領域（図４の（ｂ）のＳａ１〜Ｓａ８）を決定して（Ｄｐ１０）、該傾斜領域の１つに、ＦＢＧ4の反射波長を設計する（Ｄｐ１１，Ｄｐ５）又は、該傾斜領域の１つを選択しその中に反射波長があるＦＢＧを選択して使用するＦＢＧ４に定める（Ｄｐ１１，Ｄｐ５）。

【0019】

いずれの態様を実施しても、ＦＢＧ４の反射波長を設定すると（Ｄｐ５）、ステップＤｐ３で算出した１階微分絶対値の中の、ＦＢＧ４の反射波長での１階微分絶対値の逆数を記録回路１０に設定（記憶）する。例えば、図４の（ｂ）に示す波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８を、ＦＢＧ４の反射波長領域の候補とし、波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８それぞれの１階微分絶対値が図３の（ｂ）に示すＤｐ１〜Ｄｐ８であって、Ｓａ１のＤｐ１が最大であるとすると、各波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８宛の補正値は、Ｄｐ１／Ｄｐ１(すなわち１)，Ｄｐ１／Ｄｐ２，Ｄｐ１／Ｄｐ３，Ｄｐ１／Ｄｐ４，Ｄｐ１／Ｄｐ５，Ｄｐ１／Ｄｐ６，Ｄｐ１／Ｄｐ７，Ｄｐ１／Ｄｐ８、とする。すなわち、使用するＦＢＧ４の反射波長が、傾斜領域Ｓａ１〜Ｓａ８のいずれであっても、ＦＢＧ反射光の感度が同一になるように、補正値を設定する。このように、補正値は１階微分絶対値の逆数にかぎらず、傾斜領域の傾斜の強弱による物理量検出感度のばらつきを補償するように、傾斜領域の傾斜が小さいと高レベルに補正するものであればよい。また、所定の値で正規化した値を用いても良い。正規化の中にＦＢＧ４の反射光波長の波長変化と受光レベルとの変換係数を含んでも良い。

【0020】

此処でＦＢＧの反射光波長について補足する。任意の反射波長を持つＦＢＧは容易に製造する事ができ、その反射光波長のスペクトル幅は０．２ｎｍ程度と狭い。反射光波長は測定対象の物理量に応じた波長が変化するが変化幅はわずかである。例えば温度１℃あたり１４ｐｍしか変化しないので、例えば１０℃の温度変化で生ずる反射波長の変化は高々１４０ｐｍである。この為反射光波長が大きく異なるＦＢＧでは波長による感度差が有るので上記の様に補正が必要であるが、測定対象の物理量変化で生ずる波長差による感度差は僅かであり、無視できる。

【0021】

各波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８宛の補正値は、記録回路１０に、各波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８宛てに記録され、かつ、ＦＢＧ４の反射波長が属する傾斜領域（Ｓａ１〜Ｓａ８のいずれか）を表す領域指定データが記録回路１０に記録されている。

【0022】

補正回路９は受光回路８の出力信号に、記録回路１０に記録されている領域指定データによって特定される波長領域宛の補正値を乗ずる演算を行う。この処理により、ＦＢＧ４の反射波長による感度差をなくす事ができ、波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８のいずれかに反射波長があるＦＢＧ４を用いる事ができる。

【0023】

補正回路９の演算結果が信号処理回路１１に入力され、信号処理回路１１が入力レベルに応じた物理量に変換する。従来技術と同様にＦＢＧ４の物理量変化から波長変化の換算係数を用いて変換する。信号処理回路１１の出力は表示・操作部７に入力されて記憶され、測定結果としてディスプレイに表示される。

【0024】

−第２実施態様（図５）−
図５に示す第２実施態様の物理量計測装置は、求めたい物理量の周波数成分を測定すると同時にＳＮ比を改善する。図５に示す光源１〜信号処理回路１１迄は第１実施態様と同一であり、信号処理回路１１からはＦＢＧ４で測定する物理量がリアルタイムに出力される。タイミング発生回路１３で発生させたタイミング信号はフーリエ変換回路１２に入力され、信号処理回路１１から出力した時間軸の物理量はフーリエ変換回路１２で周波数に分解される。フーリエ変換回路１２で周波数軸に変換された物理量の周波数分布は表示・操作部７が記憶しディスプレイに表示する。

【0025】

フーリエ変換を行うためにはリアルタイムの時間軸信号を所定の時間幅で切り出す必要が有り、このタイミングをタイミング発生回路１３が発生する。測定する周波数に応じてタイミングを変更して良くタイミング発生回路はタイミングの発生を可変する機能を有しても良い。測定対象の周波数が一様ではなく特定の周波数が有る場合には、白色雑音はフーリエ変換により周波数領域では帯域全体に分散する事からＳＮ比が向上する。回転体の振動計測の場合には振動周波数が帯域全体に一様分布するのではなく、特定の周波数で振動する場合が多いので第２実施態様はＳＮ比改善でも大きな効果が有る。

【0026】

−第３実施態様（図６）−
図６の（ａ）に示す第３実施態様は、複数のＦＢＧを１本の光ファイバに具備し簡単に複数の物理量を測定する。第１実施態様の構成を含むが、以下が異なっている。すなわち、光ファイバ３には、ＦＢＧ１〜ＦＢＧｎの複数ｎのＦＢＧが直列に具備されており、それぞれのＦＢＧで反射する波長が異なっている。光源が図３の（ａ）のスペクトルを持つ場合には、第１実施態様で示したようにｎ≦８であって、ＦＢＧ１〜ＦＢＧｎのそれぞれの反射波長は、図４の（ｂ）に示す波長領域Ｓａ１〜Ｓａ８のいずれかにある。

【0027】

ＦＢＧ１〜ＦＢＧｎの反射光は、方向性結合器２から光分岐器２０に入力され、光分岐器２０のｎ個の出力はそれぞれ処理回路２１−１〜処理回路２１−ｎに入力される。処理回路２１−１〜処理回路２１−ｎは、構成の概要は同じであり、それぞれが、図６の（ｂ）に示すように、図１に示す受光回路８〜信号処理回路１１を含む。しかし、処理回路２１−１の受光回路８には光分岐器２０から、ＦＢＧ１の反射波長が属する傾斜領域の波長の反射光が入力され、記録回路１０には、ＦＢＧ１の反射波長が属する傾斜領域（Ｓａ１〜Ｓａ８のいずれか）を表す領域指定データが記録されている。同様に、処理回路２１−ｎの受光回路８には光分岐器２０から、ＦＢＧｎの反射波長が属する傾斜領域の波長の反射光が入力され、記録回路１０には、ＦＢＧｎの反射波長が属する傾斜領域を表す領域指定データが記録されている。他の処理回路２１−２〜２１−ｎも同様である。

【0028】

第１実施態様と同様に、光源１は図３の（ａ）に示す波長スペクトルの広帯域光を出力する光源であって、光源１から出力された広帯域光は方向性結合器２を通り、光ファイバ３を経緯してＦＢＧ１〜ｎに導かれる。ＦＢＧ１〜ＦＢＧｎが異なる波長λ１〜λｎの光を反射する。光ファイバ３に入力された広帯域光は、最初にＦＢＧ１に到達しそこで波長λ１の光が反射されそれ以外の波長はＦＢＧ２に進む。ＦＢＧ２では波長λ２が反射され、波長λ１、λ２以外の波長は先に進む。ＦＢＧ２で反射された波長λ２の反射光はＦＢＧ１に戻る。ＦＢＧ１の反射光波長はλ１なので波長λ２の光はＦＢＧ１をそのまま通り方向性結合器２に戻る。同様にＦＢＧ３〜ＦＢＧｎで反射された波長λ３〜λｎの反射光は方向性結合器２に戻る。

【0029】

方向性結合器２に戻ったλ１〜λｎの反射光は光分岐器２０に入力される。光分岐器２０はλ１〜λｎの波長を分波し処理回路２１−１〜処理回路２１−ｎに出力する。処理回路２１−１〜処理回路２１−ｎのそれぞれは、第１実施態様と同様に、物理量測定データを生成し、表示・操作部２２に出力する。

【0030】

この様に、ｎ個の物理量を測定する為に物理量計測装置をｎ台具備する事無く、センサとなるＦＢＧ１〜ＦＧＢｎは１本の光ファイバに具備することで複数の物理量を計測する装置の大幅な簡略化が可能である。

【0031】

−第４実施態様（図７）−
測定対象の物理量は通常希望する測定対象以外の物理量が含まれている。例えば振動測定を希望する場合に測定対象物の温度が変化する場合もある。この様な場合ＦＢＧは振動と温度を区別する事が出来ず両者が含まれた挙動を示し都合が悪い。図７の（ａ）に示す第４実施態様は、必要に応じて希望する物理量だけを選択して測定する事ができる。図７の（ａ）に示す光源１〜信号処理回路１１および表示・操作部７は、図１に示す第１実施態様のものと同一である。信号処理回路１１の出力は積分回路３０及び演算回路３１に入力される。積分回路３０の出力は演算回路３１に入力される。演算回路３１の出力は表示・操作部７に出力される。

【0032】

積分回路３０は、信号処理回路１１の出力信号を所定の時間毎に平均化し、また所定の時刻で平均化した値を記録し、これらの結果を演算回路３１に出力する。此処で、図７の（ｂ）に示すように、信号処理回路１１の出力信号Ｓ（Ｔ）において、時刻Ｔ１からＴ＋ΔＴ間の平均値をＡｖｅ（Ｔ１）、所定の時刻ＴｒｅｆからＴｒｅｆ＋ΔＴ間の信号Ｓ（Ｔｒｅｆ）の平均値をＡｖｅ（Ｔｒｅｆ）とすると、演算回路３１では求めたい物理量に応じて以下の演算を行う。

【0033】

すなわち、時刻Ｔ１の振動を求めたい場合には、
Ｓ（Ｔ１）−（Ａｖｅ（Ｔ１）−Ａｖｅ（Ｔｒｅｆ））
を、温度や静歪を求めたいときには、平均値Ａｖｅ（Ｔ１）を算出し、出力する。

【0034】

此処では測定対象の物理量が振動，温度および静歪の場合について説明する。一般に振動は温度や静歪に比べて著しく早く変化する。例えば静歪は秒、温度は分の速さで変化するのに対し振動はミリ秒以下の速さで変化する。またＦＢＧはこれらを区別する事無く、振動，温度および静歪の全てが合わさった挙動を示す。第４実施態様の物理量計測装置は、これら物理量の変化速度の違いに基づいて振動とそれ以外を区別して測定する。

【0035】

図７の（ｂ）に示す測定波形例では、横軸が時刻、縦軸が物理量測定データである。信号処理回路１１の出力信号３２Ｓ（Ｔ）において、平均化回路３０は時刻Ｔｒｅｆにおける平均値３３Ａｖｅ（Ｔｒｅｆ）を、時刻Ｔ１における平均値３４Ａｖｅ（Ｔ１）を演算する。物理量の変化速度から３２Ｓ（Ｔ）の傾きは変化速度の遅い温度または静歪、或は温度と歪の双方により生じ、変化速度の速い細かな変化は振動によるものと予測される。時刻Ｔ１の振動測定では、
Ｓ（Ｔ１）−（Ａｖｅ（Ｔ１）−Ａｖｅ（Ｔｒｅｆ））
を求めて、温度や静歪の影響が無い振動成分だけの測定データをえる。時刻Ｔの温度や静歪測定では、Ａｖｅ（Ｔ１）を求めて振動による影響が無い温度や静歪データをえる。

【0036】

−第５実施態様（図８）−
光源１の出力パワーが変化すると受光回路８が受光する反射光パワーが変動するので、測定対象の物理量に何も変化が無いにも関わらず、あたかも物理量が変化した様に測定してしまう。第５実施態様はこの問題を解決する。

【0037】

図８の光源１の出力は分岐され、一方が方向性結合器２に、他方がレベルモニタ回路４０に出力される。方向性結合器２〜信号処理回路１１および表示・操作部７は、第１実施態様と同じである。レベルモニタ回路４０の出力は、レベル記録回路４１及びレベル補正回路４２に入力される。レベル記録回路４１の出力はレベル補正回路４２に出力される。信号処理回路１１の出力はレベル記録回路４１に入力される。レベル補正回路４２の出力は表示・操作部７に出力される。

【0038】

レベルモニタ回路４０は、光源１の光パワーを監視し電気信号に変換してレベル記録回路４１及びレベル補正回路４２に出力する。レベル記録回路４１では所定の時刻で記録した光源１の光パワー値をレベル補正回路４２に出力する。記録した光源１の光パワー値をＰｒｅｆ、現在の光源１の光パワー値をＰ、信号処理回路１１の出力をＳｉｎとすると、レベル補正回路４２は、Ｓｉｎ×（Ｐ／Ｐｒｅｆ）を演算して、表示・操作部７に出力する。

【0039】

光源１はその出力パワーが安定している事が望ましいが、温度などの周囲環境や経年変化などで出力パワーが変化する事もあり得るが、上記の動作により光源１の出力パワーの変動による物理量計測値の変動が補正回路４２で補償され、物理量計測が安定する。

【0040】

−第６実施態様（図９）−
測定対象の物理量に大きな変化が有った時だけ詳しく物理量計測をしたい場合が有る。詳しい物理量計測を常時継続すると、計測データから変化の有無を監視する不便さが有る。第６実施態様は、測定対象の物理量に大きな変化が有った時だけ詳しく測定を行う事で常時監視を不要とし、さらに測定データの総量を減らすことができる。

【0041】

図９に示す第６実施態様の光源１〜記録回路１０および表示・操作部７は、第１実施態様のものと同一である。図９に示す第６実施態様の演算回路９の出力信号が信号処理回路１１に入力されるが、信号処理回路１１はトリガ回路５１とデータやタイミングのやり取りを行う。また信号処理回路１１の物理量計測出力は表示・操作部７に与えられる。トリガ回路５１には閾値設定５２の設定値が入力される。トリガ回路５１は時計を内蔵している。

【0042】

閾値設定５２は、トリガ回路５に、トリガ動作，閾値，トリガ条件およびクリア条件を設定する。トリガ動作とは、測定対象の物理量に大きな変化が有った時だけ測定をしたいかどうかの真（実行指定）、偽(実行しない)を指す。閾値とは、詳しい物理量測定の開始／停止を希望する物理量の閾値を指す。トリガ条件とは、上限閾値より大きい、小さい、下限閾値より大きい、小さい、或はこれらの組み合わせを指す。クリア条件は、真（クリア指示）または偽(クリア非指示)を示す。閾値設定５２にはこれらを入力し設定する入力手段があるが、図示は省略した。

【0043】

演算回路９の出力までは、第１実施態様と同一であるが、第６実施例では、信号処理回路１１は第１実施態様と同様に物理量変換演算を行い信号処理回路５３に出力すると同時にトリガ回路５１にリアルタイム信号５４として出力する。トリガ回路５１はリアルタイム信号５４と閾値設定５２で設定された閾値と比較する。閾値設定５２で設定されたトリガ条件と一致した場合に、トリガ信号５６を発生し信号制御回路５３に出力する。クリア条件とトリガ信号の論理積をクリア信号５７として信号制御回路５３に出力する。トリガ回路５１は、トリガ動作をトリガ動作５５として信号制御回路５３に出力する。

【0044】

信号制御回路５３はトリガ動作５５が偽の場合には信号処理回路１１の信号をそのまま出力する。信号制御回路５３はトリガ動作５５が真かつトリガ条件５６が偽の場合には何も動作しない。信号制御回路５３はトリガ動作５５が真かつトリガ条件５６が真の場合には信号処理回路１１の信号をそのまま出力する。トリガ回路５１はトリガ条件が偽から真に変化した時刻を出力し表示・操作部７にこの時刻を記録し表示する。

【0045】

この様に測定対象の物理量に希望する大きな変化が有った時だけデータを出力しそれ以外はデータを出力しないので、測定対象の希望する大きな変化が有った時データを得る事ができ希望するデータのみを取得する事ができる。また測定対象の希望する大きな変化が有った時の時刻も知る事ができる。

【0046】

なお、第２実施態様（図５）のフーリエ変換回路１２およびタイミング発生回路１３を、第３実施態様（図６）の信号処理回路１１の直後に設けてもよく、第４実施態様（図７）の演算回路３１の直後に設けてもよく、第５実施態様（図８）のレベル補正回路４２の直後に設けてもよく、また、第６実施態様（図９）の信号処理回路１１内に設けてもよい。

【0047】

第６実施態様（図９）の信号処理回路１１内にフーリエ変換回路１２およびタイミング発生回路１３を設ける場合は、トリガ回路５１に設定する閾値は、時間軸の信号に対して設定してもフーリエ変換後の周波数軸の信号に対して設定しても良い。フーリエ変換を具備する場合には所定の時間の間データをサンプルする必要が有る。サンプルしている途中に上記トリガ条件が真になっても所定の時間の間はサンプルを行わないとフーリエ変換できないと言う不具合が有りえる。この問題を解決するために、クリア条件が真の場合にはトリガ条件が偽から真に変化した時刻から、サンプリング途中のデータを破棄し新しくサンプルを開始する。但し閾値は時間軸信号に対して設定する。

【0048】

第４実施態様（図７）の積分回路３０および演算回路３１を、第３実施態様（図６）の信号処理回路１１の直後に設けてもよく、第５実施態様（図８）のレベル補正回路４２の直後に設けてもよく、また、第６実施態様（図９）の信号処理回路１１内に設けてもよい。

【0049】

第５実施形態(図８)のレベルモニタ回路４０,レベル記録回路４１およびレベル補正回路４２を、第６実施態様（図９）に加えてもよい。この場合、レベル記録回路４１およびレベル補正回路４２を第６実施態様（図９）の信号処理回路１１内に設ける。

【符号の説明】

【0050】

１：光源
２:方向性結合器
３:光ファイバ
４:ＦＢＧ
５：波長測定回路
６：信号処理回路
７:表示・操作部
８:受光回路
９:補正回路
１０:記録回路
１１:信号処理回路
１２:フーリエ変換回路
１３:タイミング発生回路
２０:方向性結合器
２１−１〜２１−n：処理回路
２２:表示・操作部
３０:積分回路
３１:演算回路
３２:物理量計測信号
３３:初期の平均値
３４:計測中の平均値
４０:レベルモニタ回路
４１：レベル記録回路
４２:レベル補正回路
５１:トリガ回路
５２:閾値設定
５３:信号制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】