JP2012098196A - Bragg wavelength estimation method and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無次元のR値を用いるブラッグ波長推定方法及びその装置に関するものである。 The present invention relates to a Bragg wavelength estimation method using a dimensionless R value and an apparatus therefor.
近年、対象物のひずみ変化や温度変化を計測する手段には、FBG(Fiber Bragg Grating)センサ部を用いて計測するものがあり(例えば、特許文献1参照)、FBGセンサ部は、特定の波長の光信号であるブラッグ波長を反射するため、ブラッグ波長を推定することによりひずみ変化や温度変化を計測するようにしている。 In recent years, as a means for measuring strain change and temperature change of an object, there is one that uses an FBG (Fiber Bragg Grating) sensor unit (see, for example, Patent Document 1), and the FBG sensor unit has a specific wavelength. In order to reflect the Bragg wavelength, which is an optical signal, the strain change and temperature change are measured by estimating the Bragg wavelength.
具体的にブラッグ波長推定装置の一例を示すと、ブラッグ波長推定装置は、図9に示す如く、対象物(図示せず)にFBGセンサ部1を配置する光ファイバ2と、光ファイバ2へ光を連続的に出力する広帯域の広帯域光源3と、FBGセンサ部1のブラッグ波長で発生した反射光を分離する光サーキュレータ4と、入射光ポート5a及び透過光ポート5b並びに反射光ポート5cの三つのポートを有して光サーキュレータ4からの反射光を入射光ポート5aへ入射させる光学フィルタ5と、光学フィルタ5の透過光ポート5bから出力される透過光強度PTを第一の出力電圧VTに変換する第一の光電変換器6と、光学フィルタ5の反射光ポート5cから出力される反射光強度PRを第二の出力電圧VRに変換する第二の光電変換器7と、第一の出力電圧VTと第二の出力電圧VRを処理する処理部8とを備えている。また光ファイバ2のFBGセンサ部1は、光ファイバ2のコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成しており、検査対象のひずみや温度変化により反射波長を変化させるようになっている。
Specifically, an example of the Bragg wavelength estimation device is shown in FIG. 9. The Bragg wavelength estimation device includes an
このようなブラッグ波長推定装置を用いてひずみ変化や温度変化を求める際には、FBGセンサ部1からの反射光を光サーキュレータ4を介して光学フィルタ5の入射光ポート5aに入射させ、光学フィルタ5の透過光ポート5bから透過光強度PTを出力し、且つ反射光ポート5cから反射光強度PRを出力する。次に透過光強度PTを第一の光電変換器6により第一の出力電圧VTに変換し、且つ反射光強度PRを第二の光電変換器7により第二の出力電圧VRに変換し、処理部8に入力させる。続いて処理部8では、第一の出力電圧VTと第二の出力電圧VRとを用いてR=(VR−VT)/(VT+VR)により無次元量のR値を算出し、予め準備したR値−ブラッグ波長特性の曲線を用いてブラッグ波長を推定し、ひずみ変化や温度変化を計測するようにしている。
When the strain change or temperature change is obtained using such a Bragg wavelength estimation device, the reflected light from the
ここで予め準備したR値−ブラッグ波長特性の曲線は、光スペクトルアナライザを用いて測定したブラッグ波長と、出力電圧VT,VRにより同じ処理で算出したR値とを用いて求められている。 The R value-Bragg wavelength characteristic curve prepared in advance here is obtained by using the Bragg wavelength measured using an optical spectrum analyzer and the R value calculated by the same processing using the output voltages VT and VR.
しかしながら、第一の出力電圧VT及び第二の出力電圧VRから算出したR値を用いる場合には、光学フィルタ5の透過率PTx及び反射率PRxからR=(PRx−PTx)/(PTx+PRx)で算出したR値−ブラッグ波長特性の曲線に対し、第一の光電変換器6、第二の光電変換器7の各個体差による偏差を生じるため、ブラッグ波長の推定に誤差を生じるという問題があった。ここで具体例を示すと、第一の出力電圧VT及び第二の出力電圧VRから算出したR値と、透過率PTx及び反射率PRxから算出したR値−ブラッグ波長特性の曲線では、図10に示す如くR値の絶対値が0.6を超える領域で偏差を生じている。
However, when the R value calculated from the first output voltage VT and the second output voltage VR is used, R = (PRx−PTx) / (PTx + PRx) from the transmittance PTx and the reflectance PRx of the
また実際にブラッグ波長推定装置を用いる際には、ブラッグ波長の推定に伴う誤差を防止するように、装置構成や計測対象ごとに、第一の出力電圧VT,及び第二の出力電圧VRからR値を算出してR値−ブラッグ波長特性の校正曲線を取得するため、手間と時間がかかるという問題があった。更に計測対象の測定前には、R値−波長特性の校正曲線を取得することができず、早急に準備することができないという問題があった。 Further, when the Bragg wavelength estimation device is actually used, the first output voltage VT and the second output voltage VR to R for each device configuration and measurement target so as to prevent errors associated with the Bragg wavelength estimation. Since the value is calculated and the calibration curve of the R value-Bragg wavelength characteristic is acquired, there is a problem that it takes time and effort. Further, before the measurement of the measurement object, there is a problem that the calibration curve of the R value-wavelength characteristic cannot be acquired, and it cannot be prepared immediately.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、ブラッグ波長の推定誤差を低減し、且つR値−波長特性を容易に校正することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to reduce an estimation error of a Bragg wavelength and easily calibrate an R value-wavelength characteristic.
本発明のブラッグ波長推定方法は、広帯域光源から照射された連続光を光サーキュレータを介してFBGセンサ部に入射し、FBGセンサ部から反射した光を光サーキュレータにより分離し、入射光ポート及び透過光ポート並びに反射光ポートの三つのポートを有する光学フィルタに対して前記光サーキュレータからの光を入射光ポートへ入射し、前記透過光ポートから出力される透過光強度(PT)を第一の光電変換器により第一の出力電圧(VT)に変換し且つ前記反射光ポートから出力される反射光強度(PR)を第二の光電変換器により第二の出力電圧(VR)に変換し、前記第一の出力電圧(VT)及び第二の出力電圧(VR)を基礎にして無次元量のR値を算出し、予め取得したR値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサ部のブラッグ波長を推定するブラッグ波長推定方法であって、
前記光学フィルタにおける透過率(PTx)と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率(PRx)と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)との積を用いて
R値−ブラッグ波長特性を求めるものである。
In the Bragg wavelength estimation method of the present invention, continuous light emitted from a broadband light source is incident on an FBG sensor unit via an optical circulator, and light reflected from the FBG sensor unit is separated by an optical circulator, and an incident light port and transmitted light are separated. The light from the optical circulator is incident on an incident light port with respect to an optical filter having three ports, a port and a reflected light port, and the transmitted light intensity (PT) output from the transmitted light port is converted into a first photoelectric conversion. The reflected light intensity (PR) output from the reflected light port is converted to the second output voltage (VR) by the second photoelectric converter, and converted to the first output voltage (VT) by the converter. A dimensionless R value is calculated based on the first output voltage (VT) and the second output voltage (VR), and the Bragg wave of the FBG sensor unit is obtained using the R value-Bragg wavelength characteristic acquired in advance. A Bragg wavelength estimation method for estimating,
The product of the transmittance (PTx) in the optical filter and the first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized in the first photoelectric converter, and the reflectance (PRx) in the optical filter, The R value-Bragg wavelength characteristic is obtained using a product of the second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the photoelectric converter.
本発明のブラッグ波長推定方法において、第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度(PT)に対する第一の出力電圧(VT)の変換比(VT/PT)を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度(PR)に対する第二の出力電圧(VR)の変換比(VR/PR)を求め、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)を求めることが好ましい。
In the Bragg wavelength estimation method of the present invention, the conversion ratio (VT / PT) of the first output voltage (VT) to the transmitted light intensity (PT) of the optical filter is obtained for the first photoelectric converter, and the second photoelectric converter Obtain the conversion ratio (VR / PR) of the second output voltage (VR) to the reflected light intensity (PR) of the optical filter for the converter,
The sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter and the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter is divided by 2. With the characteristic as the denominator,
Using the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter as a molecule,
It is preferable to obtain the first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized in the first photoelectric converter.
本発明のブラッグ波長推定方法において、第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度(PT)に対する第一の出力電圧(VT)の変換比(VT/PT)を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度(PR)に対する第二の出力電圧(VR)の変換比(VR/PR)を求め、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)を求めることが好ましい。
In the Bragg wavelength estimation method of the present invention, the conversion ratio (VT / PT) of the first output voltage (VT) to the transmitted light intensity (PT) of the optical filter is obtained for the first photoelectric converter, and the second photoelectric converter Obtain the conversion ratio (VR / PR) of the second output voltage (VR) to the reflected light intensity (PR) of the optical filter for the converter,
The sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter and the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter is divided by 2. With the characteristic as the denominator,
Using the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter as a molecule,
It is preferable to obtain the second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the second photoelectric converter.
本発明のブラッグ波長推定装置は、FBGセンサ部を含む光ファイバと、
前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む連続光を照射する広帯域光源と、
該広帯域光源と、FBGセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
入射光及び透過光並びに反射光の三つのポートを有して光サーキュレータにより分離された光を入射光ポートへ入射させる光学フィルタと、
該光学フィルタの透過光ポートから出力される透過光強度(PT)を第一の出力電圧(VT)に変換する第一の光電変換器と、
前記光学フィルタの反射光ポートから出力される反射光強度(PR)を第二の出力電圧(VR)に変換する第二の光電変換器と、
前記第一の出力電圧(VT)及び第二の出力電圧(VR)を基礎にして無次元量のR値を算出する処理部と、
予め取得したR値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサのブラッグ波長を推定する波長推定部とを備えるブラッグ波長推定装置であって、
前記処理部は、
前記光学フィルタにおける透過率(PTx)と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率(PRx)と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)との積を用いて
R値−ブラッグ波長特性を求めるように構成されたものである。
The Bragg wavelength estimation device of the present invention, an optical fiber including an FBG sensor unit,
A broadband light source that emits continuous light including the Bragg wavelength of the FBG sensor unit;
An optical circulator disposed between the broadband light source and an optical fiber including the FBG sensor unit, which transmits the light irradiated from the broadband light source and enters the FBG sensor unit and separates the light reflected from the FBG sensor unit; ,
An optical filter that has three ports of incident light, transmitted light, and reflected light, and that makes the light separated by the optical circulator enter the incident light port;
A first photoelectric converter that converts transmitted light intensity (PT) output from a transmitted light port of the optical filter into a first output voltage (VT);
A second photoelectric converter that converts reflected light intensity (PR) output from the reflected light port of the optical filter into a second output voltage (VR);
A processing unit that calculates a dimensionless R value based on the first output voltage (VT) and the second output voltage (VR);
A Bragg wavelength estimation device including a wavelength estimation unit that estimates a Bragg wavelength of an FBG sensor using an R value-Bragg wavelength characteristic acquired in advance;
The processor is
The product of the transmittance (PTx) in the optical filter and the first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized in the first photoelectric converter, and the reflectance (PRx) in the optical filter, The R value-Bragg wavelength characteristic is obtained using the product of the second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the photoelectric converter.
本発明のブラッグ波長推定装置において、前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度(PT)に対する第一の出力電圧(VT)の変換比(VT/PT)を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度(PR)に対する第二の出力電圧(VR)の変換比(VR/PR)を求め、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)を求めるように構成されたことが好ましい。
In the Bragg wavelength estimation apparatus of the present invention, the processing unit includes:
For the first photoelectric converter, the conversion ratio (VT / PT) of the first output voltage (VT) to the transmitted light intensity (PT) of the optical filter is obtained, and the reflected light intensity of the optical filter for the second photoelectric converter The conversion ratio (VR / PR) of the second output voltage (VR) with respect to (PR) is obtained,
The sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter and the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter is divided by 2. With the characteristic as the denominator,
Using the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter as a molecule,
It is preferable that the first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized in the first photoelectric converter is obtained.
本発明のブラッグ波長推定装置において、前記処理部は、
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度(PT)に対する第一の出力電圧(VT)の変換比(VT/PT)を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度(PR)に対する第二の出力電圧(VR)の変換比(VR/PR)を求め、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)を求めるように構成されたことが好ましい。
In the Bragg wavelength estimation apparatus of the present invention, the processing unit includes:
For the first photoelectric converter, the conversion ratio (VT / PT) of the first output voltage (VT) to the transmitted light intensity (PT) of the optical filter is obtained, and the reflected light intensity of the optical filter for the second photoelectric converter The conversion ratio (VR / PR) of the second output voltage (VR) with respect to (PR) is obtained,
The sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter and the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter is divided by 2. With the characteristic as the denominator,
Using the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter as a molecule,
It is preferable that the second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the second photoelectric converter is obtained.
本発明によれば、光学フィルタの波長における透過率(PTx)と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)との積、及び光学フィルタの波長における反射率(PRx)と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)との積を用い、補正したR値−ブラッグ波長特性を求めるので、当該R値−ブラッグ波長特性の曲線と、第一の出力電圧(VT)及び第二の出力電圧(VR)によるR値とを適切に比較し、ブラッグ波長の推定誤差を低減することができる。またFBGセンサ部を含む装置構成や計測対象に対して校正を行うことなく、光学フィルタの透過率(PTx)、反射率(PRx)、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)を求めて代用するので、手間と時間を抑制して簡素化を図ることができる。更に、計測対象の測定前であっても、補正したR値−波長特性を容易に取得し、早急に準備することができるという優れた効果を奏し得る。 According to the present invention, the product of the transmittance (PTx) at the wavelength of the optical filter and the first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized by the first photoelectric converter, and the reflectance at the wavelength of the optical filter. The corrected R value-Bragg wavelength characteristic is obtained by using the product of (PRx) and the second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the second photoelectric converter. And the R value by the first output voltage (VT) and the second output voltage (VR) are appropriately compared, and the Bragg wavelength estimation error can be reduced. In addition, the optical filter transmittance (PTx), reflectance (PRx), and the first photoelectric normalized in the first photoelectric converter without calibration of the apparatus configuration including the FBG sensor unit and the measurement target Since the conversion characteristic (LET) and the second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the second photoelectric converter are obtained and substituted, it is possible to simplify the operation by reducing labor and time. Furthermore, even before the measurement of the measurement target, it is possible to obtain an excellent effect that the corrected R value-wavelength characteristic can be easily acquired and prepared quickly.
以下、本発明の、ブラッグ波長推定方法及び装置を実施する形態例を図1〜図8を参照して説明する。なお、図中、図9と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the Bragg wavelength estimation method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 9 denote the same parts.
実施の形態例は、従来例と同様に、FBGセンサ部1の光ファイバ2、広帯域光源3、光サーキュレータ4、光学フィルタ5、第一の光電変換器6、第二の光電変換器7を備えており、第一の光電変換器6と第二の光電変換器7には処理部9が接続され、更に処理部9には波長推定部10が接続されている。ここで光学フィルタ5は、入射光ポート5a及び透過光ポート5b並びに反射光ポート5cの三つを有するものであって、光サーキュレータ4により分離された光を入射光ポート5aへ入射させ、且つ透過光を透過光ポート5bから出力すると共に反射光を反射光ポート5cから出力するものである。また光学フィルタ5は、透過光及び反射光を生じるならば特に種類や構成は制限されるものではない。また処理部と波長推定部は一つの装置で構成しても良い。
The embodiment includes an
処理部9では、所定のプログラムや関数処理により、第一の光電変換器6からの第一の出力電圧VT,第二の光電変換器7からの第二の出力電圧VRを用いてR=(VR−VT)/(VT+VR)により無次元のR値を算出するようになっている。
The
また処理部9では、準備段階として、光学フィルタ5の波長における透過率PTxと、第一の光電変換器6において正規化された第一の光電変換特性LETとの積、及び光学フィルタ5の波長における反射率PRxと、第二の光電変換器7において正規化された第二の光電変換特性LERとの積を用いて、光学フィルタ5によるR値−ブラッグ波長特性が求められている。なお光学フィルタ5によるR値−ブラッグ波長特性は、他の機器で求めた後、入力されても良い。
In the
ここで、以下、準備段階として、第一の光電変換器6の波長において正規化された第一の光電変換特性LETと、第二の光電変換器7の波長において正規化された第二の光電変換特性LERとを求める工程を説明する。
Here, hereinafter, as a preparation stage, the first photoelectric conversion characteristic LET normalized at the wavelength of the first
処理部9では、光学フィルタ5を透過した透過率PTxの透過光強度PT、または光学フィルタ5を反射した反射率PRxの反射光強度PR、第一の出力電圧VT、第二の出力電圧VRから、第一の光電変換器6の変換比をVT/PTとして求め、第二の光電変換器7の変換比をVR/PRとして求める。
In the
次に、第一の光電変換器6における変換比VT/PTの波長ごとの特性と、第二の光電変換器7における変換比VR/PRの波長ごとの特性との和を2で除した特性((VT/PT)+(VR/PR))/2を分母とし、第一の光電変換器6における変換比VT/PTの波長ごとの特性を分子とし、第一の光電変換器6において正規化された第一の光電変換特性LETを求める。なお、第一の光電変換器6において正規化された第一の光電変換特性LETを数式で示すと[式1]になる。
[式1]
ここで、第一の光電変換器6において正規化された第一の光電変換特性LETは、変換比VT/PTの物理量の単位を無次元化したものである。
Next, a characteristic obtained by dividing the sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio VT / PT in the first
[Formula 1]
Here, the first photoelectric conversion characteristic LET normalized in the first
一方、第一の光電変換器6における変換比VT/PTの波長ごとの特性と、第二の光電変換器7における変換比VR/PRの波長ごとの特性との和を2で除した特性((VT/PT)+(VR/PR))/2を分母とし、第二の光電変換器7における変換比VR/PRの波長ごとの特性を分子とし、第二の光電変換器7において正規化された第二の光電変換特性LERを求める。なお、第二の光電変換器7において正規化された第二の光電変換特性LERを数式で示すと[式2]になる。
[式2]
ここで、第二の光電変換器7において正規化された第二の光電変換特性LERは、変換比VR/PRの物理量の単位を無次元化したものである。
On the other hand, a characteristic obtained by dividing the sum of the characteristic for each wavelength of the conversion ratio VT / PT in the first
[Formula 2]
Here, the second photoelectric conversion characteristic LER normalized in the second
そして処理部9では、第一の光電変換器6において正規化された第一の光電変換特性LETと、第二の光電変換器7において正規化された第二の光電変換特性LERとが入力記録されており、第一の光電変換器6において正規化された第一の光電変換特性LETと、光学フィルタ5の波長における透過率PTxとの積、及び第二の光電変換器7において正規化された第二の光電変換特性LERと、光学フィルタ5の波長における反射率PRxとの積により、R=(LERとPRxの積−LETとPTxの積)/(LETとPTxの積+LERとPRxの積)を介してR値とブラッグ波長を求め、補正したR値−ブラッグ波長特性の曲線が得られるようになっている。
In the
波長推定部10では、第一の出力電圧VT、第二の出力電圧VRにより算出したR値を、第一の光電変換特性LET、第二の光電変換特性LER、透過率PTx、反射率PRxにより算出したR値−ブラッグ波長特性の曲線と対比し、ブラッグ波長を推定するようになっている。
In the
[試験1]
以下、一例の光電変換器の場合、及び他例の光電変換器におけるVT,VR、光電変換器によるR値−ブラッグ波長特性、光学フィルタによるR値−ブラッグ波長特性について算出し、その結果を示す。図2では一例の光電変換器のVT,VR、光電変換器によるR値−ブラッグ波長特性を示し、図3では他例の光電変換器のVT,VR、光電変換器によるR値−ブラッグ波長特性を示し、図4では光学フィルタによるR値−ブラッグ波長特性を示している。ここで図4では光学フィルタから3回のデータを取得したが、取得ごとの偏差は生じなかった。また図2のR値−ブラッグ波長特性、図3のR値−ブラッグ波長特性を図4に入れた場合には、図9の如く両者に偏差があることを示すものになる。
[Test 1]
Hereinafter, in the case of an example photoelectric converter and in other examples of the photoelectric converter, VT, VR, R value-Bragg wavelength characteristic by the photoelectric converter, R value-Bragg wavelength characteristic by the optical filter are calculated, and the results are shown. . FIG. 2 shows VT, VR and R value-Bragg wavelength characteristics of an example photoelectric converter, and FIG. 3 shows VT, VR of another example of the photoelectric converter and R value-Bragg wavelength characteristic of the photoelectric converter. FIG. 4 shows the R value-Bragg wavelength characteristic by the optical filter. Here, in FIG. 4, data was acquired three times from the optical filter, but no deviation occurred at each acquisition. When the R value-Bragg wavelength characteristic of FIG. 2 and the R value-Bragg wavelength characteristic of FIG. 3 are entered in FIG. 4, it indicates that there is a deviation as shown in FIG.
次に、一例の光電変換器の場合、及び他例の光電変換器の場合における、正規化された光電変換特性LET,LER等を示す。図5では一例の光電変換器の場合における正規化された光電変換特性LET,LERを示し、図6では他例の光電変換器の場合における正規化された光電変換特性LET,LERを示し、図7では正規化された光電変換特性LET,LERをVT,VRに反映した場合、VT,VRによるR値が補正されることを示している。ここで図7では、一例の光電変換器及び他例の光電変換器の出力電圧VTを、正規化された光電変換特性LETで除して補正し、且つ一例の光電変換器及び他例の光電変換器の出力電圧VRを、正規化された光電変換特性LERで除して補正した場合に、補正後のR値が、光学フィルタのR値−ブラッグ波長特性に一致することを示している。なお図7中、白抜きの丸は、一例の光電変換器による補正前のR値を示し、黒印の丸は、一例の光電変換器による補正後のR値を示し、白抜きの三角は、他例の光電変換器による補正前のR値を示し、黒印の三角は、他例の光電変換器による補正後のR値を示し、更に直線は光学フィルタの透過率及び反射率によるR値−ブラッグ波長特性の曲線を示している。 Next, normalized photoelectric conversion characteristics LET, LER, etc. in the case of the photoelectric converter of one example and the case of the photoelectric converter of another example are shown. FIG. 5 shows normalized photoelectric conversion characteristics LET and LER in the case of an example photoelectric converter, and FIG. 6 shows normalized photoelectric conversion characteristics LET and LER in the case of another example photoelectric converter. 7 indicates that when the normalized photoelectric conversion characteristics LET and LER are reflected in VT and VR, the R value by VT and VR is corrected. Here, in FIG. 7, the output voltage VT of the photoelectric converter of the example and the photoelectric converter of the other example is corrected by dividing by the normalized photoelectric conversion characteristic LET, and the photoelectric converter of the example and the photoelectric converter of the other example are corrected. It shows that when the output voltage VR of the converter is corrected by dividing it by the normalized photoelectric conversion characteristic LER, the corrected R value matches the R value-Bragg wavelength characteristic of the optical filter. In FIG. 7, a white circle indicates an R value before correction by an example photoelectric converter, a black circle indicates an R value after correction by an example photoelectric converter, and a white triangle indicates The R value before correction by the photoelectric converter of the other example is shown, the black triangle indicates the R value after correction by the photoelectric converter of the other example, and the straight line is R by the transmittance and reflectance of the optical filter. The curve of a value-Bragg wavelength characteristic is shown.
一方で図7の結果は、ブラッグ波長が既知の場合に得られる結果であり、実際の計測では、光電変換器の出力電圧VT,VRのみしか得ることができない。このため、光電変換器の出力電圧VT,VRを、正規化された光電変換特性LET,LERで除して補することの代わりに、光学フィルタの透過率PTx及び反射率PRxに、正規化された光電変換特性LET,LERを積算して補正し、光学フィルタの透過率PTx及び反射率PRxによるR値−ブラッグ波長特性を求め、図8に示す如く当該R値−ブラッグ波長特性が、出力電圧VT,VRによるR値に一致するようにしている。なお図8中、白抜きの丸は、一例の光電変換器による補正前のR値を示し、直線は、光学フィルタの透過率及び反射率による補正前のR値−ブラッグ波長特性の曲線を示し、破線は、光学フィルタの透過率及び反射率による補正後のR値−ブラッグ波長特性の曲線を示している。 On the other hand, the result of FIG. 7 is a result obtained when the Bragg wavelength is known. In actual measurement, only the output voltages VT and VR of the photoelectric converter can be obtained. For this reason, the output voltages VT and VR of the photoelectric converter are normalized to the transmittance PTx and the reflectance PRx of the optical filter instead of compensating by dividing by the normalized photoelectric conversion characteristics LET and LER. The photoelectric conversion characteristics LET and LER are integrated and corrected to obtain an R value-Bragg wavelength characteristic based on the transmittance PTx and the reflectance PRx of the optical filter, and the R value-Bragg wavelength characteristic is output voltage as shown in FIG. It is made to correspond to the R value by VT and VR. In FIG. 8, a white circle indicates an R value before correction by an example of a photoelectric converter, and a straight line indicates a curve of R value before correction by the transmittance and reflectance of an optical filter-Bragg wavelength characteristic curve. The broken line indicates a curve of the R value-Bragg wavelength characteristic after correction based on the transmittance and reflectance of the optical filter.
このように、実施の形態例によれば、光学フィルタ5の波長における透過率PTxと、第一の光電変換器6の波長において正規化された第一の光電変換特性LETとの積、及び光学フィルタ5における反射率PRxと、第二の光電変換器7において正規化された第二の光電変換特性LERとの積を用い、補正したR値−ブラッグ波長特性を求めるので、当該R値−ブラッグ波長特性の曲線と、第一の出力電圧VT及び第二の出力電圧VRによるR値とを適切に比較し、ブラッグ波長の推定誤差を低減することができる。またFBGセンサ部1を含む装置構成や計測対象に対して校正を行うことなく、光学フィルタの透過率PTx、反射率PRx、第一の光電変換器6において正規化された第一の光電変換特性LET、第二の光電変換器7において正規化された第二の光電変換特性LERを求めて代用するので、手間と時間を抑制して簡素化を図ることができる。更に、計測対象の測定前であっても、補正したR値−波長特性を容易に取得し、早急に準備することができる。
Thus, according to the embodiment, the product of the transmittance PTx at the wavelength of the
実施の形態例において、第一の光電変換器6について光学フィルタ5の透過光強度PTに対する第一の出力電圧VTの変換比VT/PTを求め、且つ第二の光電変換器7について光学フィルタ5の反射光強度PRに対する第二の出力電圧VRの変換比VR/PRを求め、第一の光電変換器6における当該変換比VT/PTの波長ごとの特性と、第二の光電変換器7における当該変換比VR/PRの波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、第一の光電変換器6における当該変換比VT/PTの波長ごとの特性を分子として、第一の光電変換器6の波長において正規化された第一の光電変換特性LETを求めるので、補正したR値−ブラッグ波長特性を容易且つ好適に求めることができる。
In the embodiment, the conversion ratio VT / PT of the first output voltage VT with respect to the transmitted light intensity PT of the
実施の形態例において、第一の光電変換器6について光学フィルタ5の透過光強度PTに対する第一の出力電圧VTの変換比VT/PTを求め、且つ第二の光電変換器7について光学フィルタ5の反射光強度PRに対する第二の出力電圧VRの変換比VR/PRを求め、第一の光電変換器6における当該変換比VT/PTの波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比VR/PRの波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、第二の光電変換器7における当該変換比VR/PRの波長ごとの特性を分子として、第二の光電変換器7の波長において正規化された第二の光電変換特性LERを求めるので、補正したR値−ブラッグ波長特性を容易且つ好適に求めることができる。
In the embodiment, the conversion ratio VT / PT of the first output voltage VT with respect to the transmitted light intensity PT of the
なお、本発明のブラッグ波長推定方法及びその装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, the Bragg wavelength estimation method and apparatus of the present invention can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
1 FBGセンサ部
2 光ファイバ
3 広帯域光源
4 光サーキュレータ
5 光学フィルタ
5a 入射光ポート
5b 透過光ポート
5c 反射光ポート
6 第一の光電変換器
7 第二の光電変換器
9 処理部
10 波長推定部
LER 第一の光電変換特性
LET 第二の光電変換特性
PR 反射光強度
PRx 反射率
PT 透過光強度
PTx 透過率
VR 第一の出力電圧
VR/PR 変換比
VT 第二の出力電圧
VT/PT 変換比
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光学フィルタにおける透過率(PTx)と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率(PRx)と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)との積を用いて
R値−ブラッグ波長特性を求めることを特徴とするブラッグ波長推定方法。 The continuous light emitted from the broadband light source enters the FBG sensor unit via the optical circulator, and the light reflected from the FBG sensor unit is separated by the optical circulator. The light from the optical circulator is incident on the incident light port with respect to the optical filter having the transmission filter, and the transmitted light intensity (PT) output from the transmitted light port is converted to the first output voltage (VT) by the first photoelectric converter. ) And the reflected light intensity (PR) output from the reflected light port is converted to a second output voltage (VR) by the second photoelectric converter, and the first output voltage (VT) and the first output voltage (VT) Bragg wavelength estimation method for calculating a dimensionless R value based on the second output voltage (VR) and estimating the Bragg wavelength of the FBG sensor unit using the R value-Bragg wavelength characteristic acquired in advance There,
The product of the transmittance (PTx) in the optical filter and the first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized in the first photoelectric converter, and the reflectance (PRx) in the optical filter, A Bragg wavelength estimation method, wherein an R value-Bragg wavelength characteristic is obtained using a product of a second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in a photoelectric converter.
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)を求めることを特徴とする請求項1に記載のブラッグ波長推定方法。 For the first photoelectric converter, the conversion ratio (VT / PT) of the first output voltage (VT) to the transmitted light intensity (PT) of the optical filter is obtained, and the reflected light intensity of the optical filter for the second photoelectric converter The conversion ratio (VR / PR) of the second output voltage (VR) with respect to (PR) is obtained,
The sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter and the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter is divided by 2. With the characteristic as the denominator,
Using the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter as a molecule,
The Bragg wavelength estimation method according to claim 1, wherein the first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized in the first photoelectric converter is obtained.
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)を求めることを特徴とする請求項1に記載のブラッグ波長推定方法。 For the first photoelectric converter, the conversion ratio (VT / PT) of the first output voltage (VT) to the transmitted light intensity (PT) of the optical filter is obtained, and the reflected light intensity of the optical filter for the second photoelectric converter The conversion ratio (VR / PR) of the second output voltage (VR) with respect to (PR) is obtained,
The sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter and the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter is divided by 2. With the characteristic as the denominator,
Using the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter as a molecule,
The Bragg wavelength estimation method according to claim 1, wherein a second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the second photoelectric converter is obtained.
前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む連続光を照射する広帯域光源と、
該広帯域光源と、FBGセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
入射光及び透過光並びに反射光の三つのポートを有して光サーキュレータにより分離された光を入射光ポートへ入射させる光学フィルタと、
該光学フィルタの透過光ポートから出力される透過光強度(PT)を第一の出力電圧(VT)に変換する第一の光電変換器と、
前記光学フィルタの反射光ポートから出力される反射光強度(PR)を第二の出力電圧(VR)に変換する第二の光電変換器と、
前記第一の出力電圧(VT)及び第二の出力電圧(VR)を基礎にして無次元量のR値を算出する処理部と、
予め取得したR値−ブラッグ波長特性を用いてFBGセンサのブラッグ波長を推定する波長推定部とを備えるブラッグ波長推定装置であって、
前記処理部は、
前記光学フィルタにおける透過率(PTx)と、第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)との積、及び
前記光学フィルタにおける反射率(PRx)と、第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)との積を用いて
R値−ブラッグ波長特性を求めるように構成されたことを特徴とするブラッグ波長推定装置。 An optical fiber including an FBG sensor, and
A broadband light source that emits continuous light including the Bragg wavelength of the FBG sensor unit;
An optical circulator disposed between the broadband light source and an optical fiber including the FBG sensor unit, which transmits the light irradiated from the broadband light source and enters the FBG sensor unit and separates the light reflected from the FBG sensor unit; ,
An optical filter that has three ports of incident light, transmitted light, and reflected light, and that makes the light separated by the optical circulator enter the incident light port;
A first photoelectric converter that converts transmitted light intensity (PT) output from a transmitted light port of the optical filter into a first output voltage (VT);
A second photoelectric converter that converts reflected light intensity (PR) output from the reflected light port of the optical filter into a second output voltage (VR);
A processing unit that calculates a dimensionless R value based on the first output voltage (VT) and the second output voltage (VR);
A Bragg wavelength estimation device including a wavelength estimation unit that estimates a Bragg wavelength of an FBG sensor using an R value-Bragg wavelength characteristic acquired in advance;
The processor is
The product of the transmittance (PTx) in the optical filter and the first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized in the first photoelectric converter, and the reflectance (PRx) in the optical filter, A Bragg wavelength estimation apparatus configured to obtain an R value-Bragg wavelength characteristic by using a product of a second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the photoelectric converter.
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度(PT)に対する第一の出力電圧(VT)の変換比(VT/PT)を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度(PR)に対する第二の出力電圧(VR)の変換比(VR/PR)を求め、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性を分子として、
第一の光電変換器において正規化された第一の光電変換特性(LET)を求めるように構成されたことを特徴とする請求項4に記載のブラッグ波長推定装置。 The processor is
For the first photoelectric converter, the conversion ratio (VT / PT) of the first output voltage (VT) to the transmitted light intensity (PT) of the optical filter is obtained, and the reflected light intensity of the optical filter for the second photoelectric converter The conversion ratio (VR / PR) of the second output voltage (VR) with respect to (PR) is obtained,
The sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter and the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter is divided by 2. With the characteristic as the denominator,
Using the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter as a molecule,
The Bragg wavelength estimation apparatus according to claim 4, wherein the Bragg wavelength estimation apparatus is configured to obtain a first photoelectric conversion characteristic (LET) normalized in the first photoelectric converter.
第一の光電変換器について光学フィルタの透過光強度(PT)に対する第一の出力電圧(VT)の変換比(VT/PT)を求め、且つ第二の光電変換器について光学フィルタの反射光強度(PR)に対する第二の出力電圧(VR)の変換比(VR/PR)を求め、
第一の光電変換器における当該変換比(VT/PT)の波長ごとの特性と、第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性との和を2で除した特性を分母とし、
第二の光電変換器における当該変換比(VR/PR)の波長ごとの特性を分子として、
第二の光電変換器において正規化された第二の光電変換特性(LER)を求めるように構成されたことを特徴とする請求項4に記載のブラッグ波長推定装置。 The processor is
For the first photoelectric converter, the conversion ratio (VT / PT) of the first output voltage (VT) to the transmitted light intensity (PT) of the optical filter is obtained, and the reflected light intensity of the optical filter for the second photoelectric converter The conversion ratio (VR / PR) of the second output voltage (VR) with respect to (PR) is obtained,
The sum of the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VT / PT) in the first photoelectric converter and the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter is divided by 2. With the characteristic as the denominator,
Using the characteristics for each wavelength of the conversion ratio (VR / PR) in the second photoelectric converter as a molecule,
The Bragg wavelength estimation device according to claim 4, wherein the second photoelectric conversion characteristic (LER) normalized in the second photoelectric converter is obtained.
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