JP5362630B2

JP5362630B2 - 多点型光ファイバセンサ装置及びそのノード通信制御方法

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Publication number: JP5362630B2
Application number: JP2010063062A
Authority: JP
Inventors: 理小川
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011197935A

Description

本発明は、多点型光ファイバセンサ装置及びそのノード通信制御方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、１本の光ファイバ幹線の途中に複数の光センサを連結し、送信機から送出光を送信し、光センサからの反射光に基づいてセンサ情報の収集を行う多点型光ファイバセンサ装置及びそのノード通信制御方法に関するものである。

多点型光ファイバセンサ装置として、図５及び図６に示すように、１本の光ファイバ１２１の途中の測定点に光カプラ１２３や波長多重型カプラ（ＷＤＭカプラ）１２４を使用して光センサ１２５を接続するものがあるが、光カプラ１２３を使用する場合（図５）には光カプラ１２３を通過する際の送出光１２６の減衰が著しいため、また、ＷＤＭカプラ１２４を使用する場合（図６）にはＷＤＭカプラ１２４毎に分岐させる光の波長特性（λ１，λ２，λ３，…）を変える必要があるため、いずれの場合にも測定点を多く設けるのが難しい。そのため、光カプラ１２３やＷＤＭカプラ１２４の代わりに光スイッチを使用して光センサを接続する多点型光ファイバセンサ装置がある（特許文献１）。

この多点型光ファイバセンサ装置を図７に示す。多点型光ファイバセンサ装置は、各測定点１０１の光スイッチ１０２を操作するセンサ選択用光源１０３とセンシング用光源１０４とを設け、３本の光ファイバ１０５，１０６，１０７を使用して測定を行っている。

例えば、上流側から２番目の測定点１０１で測定を行う場合、制御装置１０８はセンサ選択用光源１０３に当該測定点１０１の光式ガスセンサ１０９を選択する２番目選択信号を送信するように命令する。この命令により、センサ選択用光源１０３から選択信号用光ファイバ１０５に２番目選択信号が送信され、この選択信号を２番目の測定点１０１の光／電変換器１１０が受けると、光／電変換器１１０は光スイッチ１０２，１０２を光センサ側に切り換える。したがって、センシング用光源１０４からセンサ入力信号用光ファイバ１０６に送信された送出光は２番目の測定点１０１において光センサ側に供給され、光式ガスセンサ１０９による変調が行われた後、センサ出力信号用光ファイバ１０７を通って分波器１１１へと供給され、光検出器１１２に検出されて演算処理装置１１３で処理される。

このような測定を制御装置１０８は各測定点１０１，１０１，…に対して順番に繰り返し行い、各測定点１０１における測定が行われる。

この多点型光ファイバセンサ装置では、光式ガスセンサ１０９の接続に光スイッチ１０２，１０２を使用しているため、測定点１０１を通過する送出光の減衰は僅かであり、また、ＷＤＭカプラのように測定点１０１毎に波長特性を変える必要もないので、測定点１０１を多く設けることが可能である。

特開平４−２８６９１７号公報

しかしながら、上述の多点型光ファイバセンサ装置では、測定に直接使用される光ファイバ１０６，１０７とは別に光スイッチ１０２を操作するための光ファイバ１０５が必要であり、設置が大掛かりなものとなる。

また、制御装置１０８からの制御によって使用される測定点１０１が決定されるため、測定点１０１側からの要求に応じて測定を行うことができない。

本発明は、光ファイバを複数設ける必要がなく、また、測定点側からの要求（ノード側からの発呼）に応じて測定可能な多点型光ファイバセンサ装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、１本の光ファイバ幹線に間隔をあけて複数の測定点を設けると共に、光ファイバ幹線に送出光を送信する送信機と測定点からの反射光を受信する受信機が設けられている多点型光ファイバセンサ装置において、送信機は測定点側からの送信要求とは無関係に前記送出光を送信するものであり、測定点には、光ファイバ幹線から１本の光ファイバ分岐線を分岐させると共に初期状態では幹線側に切り換えられている光スイッチと、光ファイバ分岐線の先端に設けられた反射型の光センサ部と、光ファイバ幹線を下り方向に伝わる送出光を検出する第１の光検出手段と、光ファイバ幹線を上り方向に伝わる反射光を検出する第２の光検出手段と、センサ情報の送信要求条件が満たされた場合に第１の光検出手段が送出光を検出し且つ第２の光検出手段が反射光を反射光を検出していないときに光スイッチを分岐線側に切り換える通信制御部と、少なくとも通信制御部と光スイッチに電力を供給する電源が設けられており、通信制御部は光センサ部からの反射光が光ファイバ幹線に戻った後、光スイッチを幹線側に切り換えるものである。

多点型光ファイバセンサ装置を設置した初期状態では光スイッチは幹線側に切り換えられている。この状態で送信機は測定点側の送信要求とは無関係に送出光を送信しているが、光ファイバ幹線の最遠端では光が反射しないので、反射光はどこからも戻ってこない。

この状態で、ある測定点のノードにおいて予め定められている送信要求条件Ｃ１が満たされると、当該測定点の通信制御部が光スイッチを分岐線側に切り換える。したがって、光ファイバ幹線を伝わってきた送出光が光ファイバ分岐線へと伝わり、光センサ部に供給されてセンサ情報に応じた変調が行われる。そして、光センサ部からの反射光は光ファイバ分岐線から光スイッチを通って光ファイバ幹線へと戻り、この光ファイバ幹線を上り方向に伝わって受信機によって受信される。これにより、センサ情報の収集が行われる。

このような測定を１本の光ファイバ幹線を用いて行うには、複数の測定点で同時に通信（送出光を取り込んでセンサ情報を重畳させた反射光を戻すこと）が行われるのを防止し、現時点で通信を行っている測定点より上流の測定点の光スイッチを幹線側に切り換えておき、通信が行われた測定点からの反射光が受信機に確実に到達するようにする必要がある。即ち、他の測定点との通信の衝突を防ぐ必要がある。そのため、本発明では、第１の光検出手段と第２の光検出手段を設け、他の測定点での通信の有無を検出し、他の測定点で通信が行われていない場合に通信を行うようにしている。

いま、第１の光検出手段が光ファイバ幹線を下る送出光を検出した場合、即ち第１の光検出手段がオン状態の場合には、当該測定点よりも上流側（送信機に近い側）の測定点の光スイッチは全て幹線側に切り換えられており、上流側の測定点は全て通信を行っていないと考えられる。また、第２の光検出手段が光ファイバ幹線を上る反射光を検出していない場合、即ち第２の光検出手段がオフ状態の場合には、当該測定点よりも下流側（送信機から遠い側）の測定点は全て通信を行っていないと考えられる。つまり、第１の光検出手段がオン状態で且つ第２の光検出手段がオフ状態の場合には、他の測定点では通信が行われていない。この条件が成立した場合に通信制御部は光スイッチを操作して分岐線側に切り換え、送信機からの送出光を光ファイバ分岐線へと取り込んで通信が開始される。

通信制御部は、光センサ部からの反射光が光ファイバ分岐線から光ファイバ幹線へと戻った後、光スイッチの光パスを幹線側に切り換える。これにより、当該測定点における通信が終了し、他の測定点が通信可能となる。

また、請求項２記載の多点型光ファイバセンサ装置は、送出光には反射位置を区別するための信号が重畳されているものである。したがって、区別信号の伝播時間に基づいてどの測定点からの反射光であるかを判別することが可能になる。

また、請求項３記載の多点型光ファイバセンサ装置は、送信要求条件は予め定められた時刻に、又は光センサ部による状態変化検出時に満たされるようにしている。したがって、各測定点において定期的な測定、又は必要になったタイミングで測定が行われる。

さらに、請求項４記載の多点型光ファイバセンサ装置は、通信制御部及び光スイッチは、通信が行われる場合以外にはスリープ状態に移行するものである。したがって、非作動時の電力消費を抑えることができる。

また、請求項５記載の多点型光ファイバセンサ装置のノード通信制御方法は、１本の光ファイバ幹線上に複数の測定点を設け、測定点のノードにおいて送信要求条件が満たされた場合にノードは光ファイバ幹線の通信状態を調べて情報集約局からの送出光を検出し且つ下流側の測定点のノードからの反射光を検出できないときに他の測定点で通信が行われていないと判断して情報集約局との通信を行うものである。したがって、１本の光ファイバ幹線を使用して各数点における測定を行うことができる。また、各測定点のノード側からの要求に応じて情報集約局との間で通信が行われる。

請求項１記載の多点型光ファイバセンサ装置によれば、１本の光ファイバ幹線に光スイッチを介して光センサ部を接続しているので、１本の光ファイバを使用して多数点における測定を行うことができる。そのため、複数の光ファイバを使用する場合に比べて構成を単純化することができ、装置が大掛かりなものになるのを防ぐことができる。また、通信制御部はセンサ情報の送信要求条件が満たされた場合に通信を行うので、各ノード側からの要求に応じて通信を行うことができる。このとき、各測定点は光ファイバ幹線の空き状態を確認してから通信を行うので、使用する光ファイバ幹線が１本であったとしても通信の衝突を回避することができ、光センサ部で測定したセンサ情報を確実に受信機へと送ることができる。さらに、光センサ部の接続に光スイッチを使用するので、光カプラを使用した場合のように送出光の著しい減衰を防止することができると共に、ＷＤＭカプラを使用した場合のように測定点毎に波長特性を変える必要もないので、測定点を多く設けることが可能である。

また、請求項２記載の多点型光ファイバセンサ装置では、送信する送出光には反射位置を区別するための信号が重畳されているので、どの測定点からの反射光であるかを特定することができる。

また、請求項３記載の多点型光ファイバセンサ装置では、予め定められた時刻に、又は光センサ部による状態変化検出時に送信要求条件が満たされるようにしているので、定期的に、又は必要になった時点で測定を行うことができる。

さらに、請求項４記載の多点型光ファイバセンサ装置では、通信制御部及び光スイッチの非作動時の電力消費を抑えることができるので、バッテリ切れまでの期間を延ばすことができる。

また、請求項５記載の多点型光ファイバセンサ装置のノード通信制御方法によれば、１本の光ファイバ幹線に複数の測定点を設けているので、１本の光ファイバを使用して多数点における測定を行うことができる。そのため、複数の光ファイバを使用する場合に比べて構成を単純化することができ、装置が大掛かりなものになるのを防ぐことができる。また、各測定点のノードにおいて送信要求条件が満たされた場合に通信を行うようにしているので、各ノード側からの要求に応じて通信を行うことができる。このとき、各ノードは光ファイバ幹線の空き状態を確認してから通信を行うので、使用する光ファイバ幹線が１本であったとしても通信の衝突を回避することができ、測定したセンサ情報を確実に情報集約局へと送ることができる。

そして、ノードは、情報集約局からの送出光を検出し且つ下流側の測定点のノードからの反射光を検出できないときに他の測定点で通信が行われていないと判断するので、他の測定点のノードによって通信が行われているか否かを簡単且つ確実に検出することができる。

本発明の多点型光ファイバセンサ装置の実施形態の一例を示し、その測定点のノードの構成を示すブロック図である。同多点型光ファイバセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。同多点型光ファイバセンサ装置の光センサ部を示すブロック図である。同多点型光ファイバセンサ装置の通信制御部が実行する通信処理のフローチャートである。光カプラを使用して光センサを接続するタイプの多点型光ファイバセンサ装置を示す概略構成図である。波長多重型カプラを使用して光センサを接続するタイプの多点型光ファイバセンサ装置を示す概略構成図である。従来の光スイッチを使用して光センサを接続するタイプの多点型光ファイバセンサ装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に本発明の多点型光ファイバセンサ装置の実施形態の一例を示す。この多点型光ファイバセンサ装置は、１本の光ファイバ幹線１に間隔をあけて複数の測定点２を設けると共に、光ファイバ幹線１に送出光３を送信する送信機４と測定点２からの反射光５を受信する受信機６が設けられているものであって、測定点２には、光ファイバ幹線１から１本の光ファイバ分岐線７を分岐させると共に初期状態では幹線側に切り換えられている光スイッチ８と、光ファイバ分岐線７の先端に設けられた反射型の光センサ部９と、光ファイバ幹線１を下り方向に伝わる送出光３を検出する第１の光検出手段１０と、光ファイバ幹線１を上り方向に伝わる反射光５を検出する第２の光検出手段１１と、センサ情報の送信要求条件Ｃ１が満たされた場合に送信可能条件Ｃ２が満たされると光スイッチ８を分岐線側に切り換える通信制御部１２と、少なくとも通信制御部１２と光スイッチ８に電力を供給する電源１３が設けられており、通信制御部１２は光センサ部９からの反射光５が光ファイバ幹線１に戻った後、光スイッチ８を幹線側に切り換えるようにしている。

光ファイバ幹線１は、１本の光ファイバで形成されている。光ファイバ幹線１の上流側端１ａには、光サーキュレータ２１を介して送信機４と受信機６を備える情報集約局１４が設けられている。送信機４は光ファイバ幹線１にセンサ情報を乗せるのに十分な時間幅の送出光３を送信するものであり、例えば光送信機、Ｅ／Ｏ変換器（電／光変換器）等の使用が可能である。本実施形態では、送信機４は送出光３として連続光を送出する。ただし、送出光３は連続光に限るものではなく、センサ情報を乗せるのに十分な時間幅の光であれば使用可能である。また、本実施形態の送信機４は送信する送出光３に反射位置を区別するための信号Ｉを重畳する機能を有している。区別信号Ｉは反射光５に重畳されるセンサ信号の周波数と区別可能な周波数のものであり、一般に前記センサ信号よりも周波数の高い信号の使用が好ましい。例えば、周期的な負極性パルス光、決まったパターンの符号列を意味する波形の光等が使用可能である。送出光３の強度は、少なくとも、最も下流側に設けられている測定点２からの反射光５が測定に必要な強度のものとして受信できる程度の大きさを有している。また、送信機４は測定点２側からの送信要求とは無関係に送出光３を送信する。

受信機６は光ファイバ幹線１からの反射光５を受信するものである。反射光５には測定点２でのセンサ情報が含まれているので、反射光５の受信によってセンサ情報を収集することができる。また、受信機６は受信した光の波形情報を出力可能になっている。受信機６として、例えば光受信機、Ｏ／Ｅ変換器（光／電変換器）等の使用が可能である。受信機６の出力端には、例えば市販の波形分析装置が接続される。波形分析装置は受信機６から出力された波形情報に基づいて波形を分析し、変調によるセンサ情報や重畳されている区別信号Ｉ等を検出する。波形分析装置としては、例えば、Ａ／Ｄ変換器の使用が可能である。区別信号Ｉは周波数の違いに基づいて反射光５に重畳されるセンサ信号から分離される。

測定点２は、光ファイバ幹線１に、例えば一定間隔で設けるようにしても良いし、測定を行いたい場所に光センサ部９が配置されるように特定の位置に設けるようにしても良いし、その他任意の位置に設けるようにしても良い。各測定点２に設けられている機器類はノード１５を構成している。

光スイッチ８は上流側に１つのポート８ａを有し、下流側に２つのポート８ｂ，８ｃを有する１×２タイプの光スイッチである。上流側のポート８ａと下流側の第１のポート８ｂには光ファイバ幹線１が、下流側の第２のポート８ｃには光ファイバ分岐線７がそれぞれ接続されている。光ファイバ分岐線７は１本の光ファイバによって形成されている。光ファイバ分岐線７は光ファイバ幹線１を所望の位置に設置した場合に光センサ部９を所望の位置に設置するのに十分な長さを有している。

本実施形態では、光スイッチ８として、電力の供給が無くてもその切換位置が保持される自己保持型の光スイッチを使用している。光スイッチ８の切換駆動部８ｄは、通信制御部１２からの切換命令を受けた場合にスリープ状態から起動されて光パスを切り換える。即ち、通信制御部１２からの切換命令を受けるまでスリープ状態になっており、幹線側への切換命令を受けて起動する。

光センサ部９を図３に示す。光センサ部９は例えばユニバーサル化されたもので、例えばセンサ本体１６と、信号変換部１７と、光変調素子１８より構成されている。センサ本体１６としては、例えば温度センサ、振動センサ、電界・磁界センサ、浸水センサ、火災センサ等の使用が可能であり、測定の目的・用途等に応じて１又は複数のセンサが適宜使用される。センサ本体１６の出力（センサ情報）は信号変換部１７に供給される。

使用されるセンサ本体１６のうち電源１３から電力供給を受けているセンサ本体１６は、その測定値が予め設定されている範囲を超えて変化した場合等に状態変化検出信号を通信制御部１２に出力する。

信号変換部１７は、センサ本体１６からの検出信号を光変調用信号に変換し、変換した信号を光変調素子１８に供給する。なお、センサ本体１６が複数設けられている場合、複数のセンサ本体１６からのセンサ情報を纏めて１種類の変調用信号に変換する。変調用信号の種類としては、光変調素子１８の機能に応じたものが使用される。例えば、光変調素子１８が振動によって反射光５を変調する場合には、変調用信号として光変調素子１８を振動させる信号が使用される。

光変調素子１８は入力した光を変調させながら反射して出力するものであり、光ファイバ分岐線７の先端に接続されている。光ファイバ分岐線７から光変調素子１８に入力した送出光３は光ファイバ分岐線７の反対側に設けられた反射膜１８ａに反射されて光ファイバ分岐線７へと戻る。送出光３及びその反射光５は光変調素子１８を通過する際、光変調素子１８からの刺激を受けて変調され、センサ本体１６によって測定されたセンサ情報を重畳される。本実施形態の光変調素子１８は振動によって光を変調させるものであり、信号変換部１７からの変調用信号を受けて振動し、送出光３及びその反射光５を変調させる。

第１の光検出手段１０及び第２の光検出手段１１は、他の測定点２のノード１５による通信の有無を検出するものである。第１の光検出手段１０及び第２の光検出手段１１は、例えば光カプラ１９を介して光ファイバ幹線１に接続されている。光カプラ１９は上流側及び下流側にそれぞれ２つずつポート１９ａ，１９ｂ、１９ｃ，１９ｄを有する２入力２出力タイプの光カプラである。上流側の透過側ポート１９ａ及び下流側の透過側ポート１９ｃには光ファイバ幹線１が、上流側の分岐側ポート１９ｂ及び下流側の分岐側ポート１９ｄには、分岐線２０がそれぞれ接続されている。分岐線２０は光ファイバによって形成されている。第１の光検出手段１０は下流側の分岐側ポート１９ｄに接続された分岐線２０の端末に、第２の光検出手段１１は上流側の分岐側ポート１９ｂに接続された分岐線２０の端末にそれぞれ設けられている。第１の光検出手段１０及び第２の光検出手段１１は、例えば光／電変換器であり、その検出信号は通信制御部１２に供給される。

光カプラ１９の分岐特性は分岐側の信号強度が透過側の信号強度に比べると著しく小さくなっており、光ファイバ幹線１を伝わる送出光３及び反射光５の減衰をできるだけ抑えるようにすることで多数の測定点２の設置を可能にしている。光カプラ１９の分岐特性は、例えば透過光：分岐光＝９５：５となっている。ただし、分岐特性はこの割合に限るものではなく、測定点２の数や光ファイバ幹線１の長さ等を考慮して適宜設定可能である。

通信制御部１２は、予め定められた送信要求条件Ｃ１が満たされた場合に予め定められた送信可能条件Ｃ２が満たされているか否かを判断し、送信可能条件Ｃ２が満たされている場合に通信処理を行う。通信制御部１２は小型のコンピュータによって構成され、予めインストールされているプログラムに従って所定の通信処理を行なう。通信制御部１２の入力側には光センサ部９，第１の光検出手段１０，第２の光検出手段１１が接続され、出力側には光センサ部９，光スイッチ８の切換駆動部８ｄが接続されている。

送信要求条件Ｃ１は、予め定められた時刻に、又は光センサ部９による状態変化検出時に満たされる（or条件）。通信制御部１２はタイマ回路を有しており、現在の時刻を常時認識している。予め設定された送信時刻になると送信要求条件Ｃ１が満たされ、通信が行われる。これにより、定期的な測定が行われる。また、光センサ部９から状態変化検出信号が供給されると送信要求条件Ｃ１が満たされ、通信が行われる。通信制御部１２は光センサ部９からの状態変化検出信号の有無を常時監視している。これにより、定時以外に必要に応じて測定が行われる。

通信制御部１２は、送信要求条件Ｃ１が満たされることをトリガにしてスリープ状態から起動される。即ち、通信制御部１２は、通信を行わない待ち状態では、タイマ回路や状態変化を検出する回路以外を休止させているスリープ状態に移行しており、電力消費が抑えられている。

送信可能条件Ｃ２は、第１の光検出手段１０が送出光３を検出し且つ第２の光検出手段１１が反射光５を検出していないときに満たされる（and条件）。通信制御部１２は送信要求条件Ｃ１が満たされた場合、スリープ状態から起動されて第１及び第２の光検出手段１０，１１からの検出信号の有無を監視し、送信可能条件Ｃ２の判断を開始する。

通信制御部１２が行う通信処理を図４に示す。通信制御部１２は送信要求条件Ｃ１（ステップＳ４１）が満たされ、且つ送信可能条件Ｃ２（ステップＳ４２）も満たされると、光スイッチ８の切換駆動部８ｄを起動させて光スイッチ８を幹線側から分岐線側に切り換える（ステップＳ４３）。具体的には、光スイッチ８の切換駆動部８ｄに分岐線側への切換命令を送信する。これにより、光スイッチ８が分岐線側に切り換えられ、送信機４からの送出光３が分岐線側に伝えられる。その後、通信制御部１２は光センサ部９がスリープ状態にある場合には光センサ部９を起動させる（ステップＳ４４）。具体的には、光センサ部９のセンサ本体１６及び信号変換部１７に起動命令を送信する。そして、光センサ部９により変調されてセンサ情報が重畳された反射光５が光ファイバ幹線１へと戻るのに十分な時間ｔが経過した後、光スイッチ８を幹線側に切り換える（ステップＳ４６）。具体的には、光スイッチ８の切換駆動部８ｄに幹線側への切換命令を送信する。これにより、他の測定点２のノード１５の通信が可能になる。なお、通信制御部１２はタイマ回路を有しており、このタイマ回路によって時間ｔの経過を計測する。この時間ｔは予め決められており、通信制御部１２の記憶部に記憶されている。その後、通信制御部１２は光センサ部９および光スイッチ８の切換駆動部８ｄをスリープ状態に移行させた（ステップＳ４７）後、通信制御部１２自身もスリープ状態に移行して送信要求条件Ｃ１が満たされるのを待つ（ステップＳ４１）。

電源１３は例えば電池であり、定期的に又は適宜に交換可能となっている。ただし、必ずしも電池に限るものではなく、例えば測定点２の近傍に商用電源１３等の電源１３がある場合にはこれを利用することも可能である。本実施形態では、電源１３は通信制御部１２、光スイッチ８の切換駆動部８ｄ、光センサ部９のセンサ本体１６及び信号変換部１７に電力を供給している。ただし、電力の供給先はこれらに限るものではなく、例えば第１の光検出手段１０及び第２の光検出手段１１が電力を必要とする場合にはこれらに電力を供給するようにしても良い。また、例えは光センサ部９のセンサ本体１６が電力を必要としない場合にはこれに電力を供給しなくても良い。

次に、多点型光ファイバセンサ装置の作動について説明する。

多点型光ファイバセンサ装置が設置された直後の初期状態では、光スイッチ８は幹線側に切り換えられている。即ち、全ての測定点２（ノード１５）の光スイッチ８は幹線側に切り換えられている。この状態で送信機４から光ファイバ幹線１に送出光３が送信されると、送出光３は各測定点２の光スイッチ８及び光カプラ１９を透過して最遠端へと伝わる。光ファイバ幹線１の最遠端では反射が起こらないので、反射光５は発生しない（あるいは光センサ部９に比べると無視できるほど反射率が低いので、反射光５は発生しないとみなせる）。

ここで、例えば上流側から２番目の測定点２のノード１５を例に説明する。なお、他の測定点２のノード１５における処理も同様である。通信制御部１２は先ず図４のステップＳ４１を繰り返し実行し、送信要求条件Ｃ１が満たされるまで待機する。送信要求条件Ｃ１は、所定時刻の到来（定期的な測定の場合）、又は光センサ部９からの状態検出信号の受信（定期的な測定以外の測定の場合）によって満たされる。

そして、送信要求条件Ｃ１が満たされるとステップＳ４２に進み、通信制御部１２は送信可能条件Ｃ２が満たされているか否かを判断する。送信可能条件Ｃ２が満たされていない場合には、通信制御部１２はステップＳ４２を繰り返し実行し、送信可能条件Ｃ２が満たされるまで待機する。通信制御部１２は第１の光検出手段１０と第２の光検出手段１１からの検出信号に基づき、送信可能条件Ｃ２が満たされたか否かを判断する。

いま、当該測定点２よりも上流側の測定点２で通信が行われている場合には、上流側の光スイッチ８が分岐線側に切り換えられており、当該測定点２の第１の光検出手段１０は送信機４からの送出光３を検出できないのでオフとなる。また、当該測定点２よりも下流側の測定点２で通信が行われている場合には、その通信に係る反射光５が検出されるので、第２の光検出手段１１はオンとなる。即ち、第１の光検出手段１０：オフ、第２の光検出手段１１：オンの少なくとも一方が満たされる場合には、他の測定点２のノード１５で通信が行われている。したがって、通信制御部１２はステップＳ４２を繰り返し実行し、他の測定点２のノード１５の通信が終了するのを待つ。

一方、当該測定点２よりも上流側の測定点２で通信が行われていなければ、上流側の光スイッチ８は全て幹線側に切り換えられているので、当該測定点２の第１の光検出手段１０は送出光３を検出しオンとなる。また、当該測定点２よりも下流側の測定点２で通信が行われていなければ、第２の光検出手段１１は反射光５を検出できないのでオフとなる。即ち、第１の光検出手段１０：オン、第２の光検出手段１１：オフの両方が満たされる場合には、他の測定点２で通信が行われていない。この両方が満たされる場合、送信可能条件Ｃ２が満たされることになり、通信制御部１２は通信を開始する。これにより、他の測定点２のノード１５との通信の衝突が回避される。

なお、最も下流側に配置されている測定点２のノード１５は上流側の測定点２で通信が行われていなければ通信可能となる。したがって、第１の光検出手段１０の信号にのみ基づいて通信の可否を判断すれば足りるが、下流側からの反射光５はもともと存在しないことから第２の光検出手段１１は常にオフとなるので、結局、他の測定点２と同様に第１の光検出手段１０：オン、第２の光検出手段１１：オフの両方が満たされるか否かを判断すれば良く、他の測定点２と同様に送信可能条件Ｃ２が満たされるか否かを判断することができる。

また、最も上流側に配置されている測定点２のノード１５は下流側の測定点２で通信が行われていなければ通信可能となる。したがって、第２の光検出手段１１の信号にのみ基づいて通信の可否を判断すれば足りるが、送出光３を常に検出できることから第１の光検出手段１０は常にオンとなるので、結局、他の測定点２と同様に第１の光検出手段１０：オン、第２の光検出手段１１：オフの両方が満たされるか否かを判断すれば良く、他の測定点２と同様に送信可能条件Ｃ２が満たされるか否かを判断することができる。

次のステップＳ４３では、通信制御部１２は光スイッチ８の切換駆動部８ｄに分岐線側への切換信号を送信する。これにより、光スイッチ８の切換駆動部８ｄはスリープ状態から起動され、光スイッチ８を分岐線側に切り換える。これにより、当該ノード１５での通信が開始される。

次のステップＳ４４では、光センサ部９がスリープ状態にある場合にはこれを起動させる。いま、ステップＳ４１において、光センサ部９からの状態変化検出信号を受けることで送信要求条件Ｃ１が満たされた場合には既に光センサ部９は起動しているが、予め定められた時刻の到来によって送信要求条件Ｃ１が満たされた場合には、光センサ部９はスリープ状態にある。したがって、この場合には通信制御部１２は光センサ部９のセンサ本体１６及び信号変換部１７を起動させる。

光スイッチ８の分岐線側への切り換えによって送出光３は光ファイバ幹線１から光ファイバ分岐線７へと取り込まれる。そして、光センサ部９の光変調素子１８に入射され、センサ情報を含む変調光となりながら反射され、反射光５として光ファイバ幹線１から光ファイバ幹線１へと戻される。光ファイバ幹線１に戻った反射光５は光サーキュレータ２１を介して受信機６に受信される。このようにして当該ノード１５による通信が行われる。

通信制御部１２は、センサ情報が重畳された反射光５が光ファイバ幹線１へと戻るのに十分な時間ｔの経過を待って光スイッチ８の切換駆動部８ｄに幹線側への切換命令を送信する（ステップＳ４６）。これにより、光スイッチ８が幹線側へと切り換わり、当該ノード１５の通信が終了し、反射光５が受信機６に受信された後は他の測定点２のノード１５による通信が可能になる。

その後、通信制御部１２はステップＳ４７に進んで光センサ部９のセンサ本体１６及び信号変換部１７と光スイッチ８の切換駆動部８ｄをスリープ状態（電源１３からの電力供給を最小限にした状態）に移行させた後、ステップＳ４１に戻って再び送信要求条件Ｃ１が満たされるのを待つ。

受信機６によって受信された反射光５には、区別信号Ｉが重畳されているので、反射光５の伝播時間、即ち送信機４から送信されて受信機６に受信されるまでの時間を求め、求めた伝播時間に基づいてどの測定点２からの反射光５であるか判別することが可能である。

また、受信機６によって受信された反射光５には、光センサ部９によるセンサ情報が含まれているので、光センサ部９による測定値を検出可能である。

この多点型光ファイバセンサ装置では、１本の光ファイバ幹線１に光スイッチ８を介して光センサ部９を接続しているので、１本の光ファイバを使用して多数点における測定を行うことができる。そのため、複数の光ファイバを使用する場合に比べて構成を単純化することができ、装置が大掛かりなものになるのを防ぐことができる。

また、各ノード１５の通信制御部１２はセンサ情報の送信要求条件Ｃ１が満たされた場合に送信可能条件Ｃ２を判断して通信を行うので、ノード１５側からの要求に応じて通信を行うことができる。このとき、各ノード１５は送信可能条件Ｃ２に基づいて光ファイバ幹線１の空き状態を確認してから通信を行うので、使用する光ファイバが１本であったとしても通信の衝突を回避することができ、光センサ部９で測定したセンサ情報を確実に受信機６へと送ることができる。

さらに、光センサ部９の接続に透過光の減衰を極力抑えることができる光スイッチ８を使用しているので、光カプラを使用した場合のように送出光を著しく減衰させることがなく、また、ＷＤＭカプラを使用した場合のように測定点毎に波長特性を変える必要もない。そのため、測定点２を多く設けることが可能である。

また、本発明の多点型光ファイバセンサ装置は電源１３を使用するものであるが、不要時には通信制御部１２、光スイッチ８の切換駆動部８ｄ、光センサ部９のセンサ本体１６及び信号変換部１７はスリープ状態に移行しているので、電力消費を抑えることができ、長時間稼働が可能である。また、容量の小さな電源１３の使用が可能になり、装置を小型化が容易である。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、上述の説明では、送信要求条件Ｃ１は、予め定められた時刻に、又は光センサ部９による状態変化検出時に満たされるものであったが、必ずしもこれに限るものではなく、これら両方に加えて、又はこれらのうちいずれか一方或いは両方に代えて、例えば前回の送信を行ってから予め定められた所定時間の経過によって満たされるようにしても良い。この条件の場合には、所定時間経過毎に測定を行うことができる。所定時間の経過は、通信制御部１２が備えているタイマ回路を使用して計測する。

また、上述の説明では、送信機４から送信する送出光３に区別信号Ｉを重畳させるようにしていたが、送出光３に区別信号Ｉを重畳させなくても、どの測定点２からの反射光５であるかを特定できる場合、例えば光センサ部９で当該光センサ部９を識別する信号を重畳させることができる場合等には送出光３に区別信号Ｉを重畳させなくても良い。

また、上述の説明では、送信処理が行われる場合以外には、光センサ部９及び光スイッチ８をスリープ状態にし、電力消費を抑えてバッテリ切れの防止を図っていたが、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば電源１３として容量の大きなバッテリや商用電源１３等を使用しバッテリ切れを問題にしなくても良い場合等には、光センサ部９や光スイッチ８をスリープ状態にせずに常時起動状態にしても良い。この場合には、素早い作動が可能である。

また、上述の説明では、光センサ部９は、光変調素子１８によって送出光３及びその反射光５を変調させるようにしていたが、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば光ファイバ分岐線７の先端部分を光センサ部９として利用しても良い。この場合には、送出光３は光ファイバ分岐線７の先端面に設けられた反射体によって反射して光ファイバ幹線１へと戻る。例えば、測定対象物の振動を検出する場合、光ファイバ分岐線７の先端部分に測定対象物の振動が伝わるようにしておくことで、光ファイバ分岐線７の先端部分を伝わる送出光３及び反射光５を変調することができる。

また、上述の説明では、光スイッチ８として自己保持型のものを使用していたが、必ずしも自己保持型の光スイッチに限るものではなく、例えば常時の電力供給が可能な場合等には、電力の供給を受けて切換位置を保持し、電力供給が断たれるとばね力等により位置が復帰されるタイプの光スイッチ等を使用しても良い。この場合には、幹線側を復帰位置にしておき、通信を行う場合にのみ電力供給を受けて作動するようにすることが好ましい。

１光ファイバ幹線
２測定点
１ａ光ファイバ幹線１の上流側端
３送出光
４送信機
５反射光
６受信機
７光ファイバ分岐線
８光スイッチ
９光センサ部
１０第１の光検出手段
１１第２の光検出手段
１２通信制御部
１３電源

Claims

１本の光ファイバ幹線に間隔をあけて複数の測定点を設けると共に、前記光ファイバ幹線に送出光を送信する送信機と前記測定点からの反射光を受信する受信機が設けられている多点型光ファイバセンサ装置において、前記送信機は前記測定点側からの送信要求とは無関係に前記送出光を送信するものであり、前記測定点には、前記光ファイバ幹線から１本の光ファイバ分岐線を分岐させると共に初期状態では幹線側に切り換えられている光スイッチと、前記光ファイバ分岐線の先端に設けられた反射型の光センサ部と、前記光ファイバ幹線を下り方向に伝わる前記送出光を検出する第１の光検出手段と、前記光ファイバ幹線を上り方向に伝わる前記反射光を検出する第２の光検出手段と、センサ情報の送信要求条件が満たされた場合に前記第１の光検出手段が前記送出光を検出し且つ前記第２の光検出手段が前記反射光を検出していないときに前記光スイッチを分岐線側に切り換える通信制御部と、少なくとも前記通信制御部と前記光スイッチに電力を供給する電源が設けられており、前記通信制御部は前記光センサ部からの反射光が前記光ファイバ幹線に戻った後、前記光スイッチを幹線側に切り換えることを特徴とする多点型光ファイバセンサ装置。
前記送出光には反射位置を区別するための信号が重畳されていることを特徴とする請求項１記載の多点型光ファイバセンサ装置。
前記送信要求条件は予め定められた時刻に、又は前記光センサ部による状態変化検出時に満たされるものであることを特徴とする請求項１記載の多点型光ファイバセンサ装置。
前記通信制御部及び前記光スイッチは、通信が行われる場合以外にはスリープ状態に移行することを特徴とする請求項１記載の多点型光ファイバセンサ装置。
１本の光ファイバ幹線上に複数の測定点を設け、前記測定点のノードにおいて送信要求条件が満たされた場合に前記ノードは前記光ファイバ幹線の通信状態を調べて情報集約局からの送出光を検出し且つ下流側の測定点のノードからの反射光を検出できないときに他の測定点で通信が行われていないと判断して前記情報集約局との通信を行うことを特徴とする多点型光ファイバセンサ装置のノード通信制御方法。