JP5628779B2 - Fbgセンサの多点計測方法および多点計測装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態に係るFBGセンサの多点計測方法(一例として、()内に対応する構成要素の符号などを付記)は、第1のコアに回折格子を形成し、第1の遅延時間を持つ第1の遅延用ファイバを有した第1の光ファイバ(例えば4A)と、第2のコアに回折格子を形成し、第2の遅延時間を持つ第2の遅延用ファイバを有した第2の光ファイバ(例えば4B)とを有して、光源からの光を第1の光変調器で変調し(S1204)、前記第1の光変調器で変調された光を前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとに入射し、前記第1の光ファイバの回折格子と前記第2の光ファイバの回折格子とからの反射光を第2の光変調器で変調し(S1205)、 前記第2の光変調器で変調された反射光を光電変換素子で光電変換し、前記光電変換素子で光電変換された信号から波長を算出し(S1207〜S1209)、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとからの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測する(S1210)ことを特徴とする。
本発明の実施の形態1に係るFBGセンサの多点計測装置および多点計測方法について、図1〜図8を用いて説明する。
まず、図1を用いて、本実施の形態に係るFBGセンサの多点計測装置の構成について説明する。図1は、このFBGセンサの多点計測装置の構成の一例を示す図である。
次に、前述の図1に示した構成を備えたFBGセンサの多点計測装置の動作について説明する。
ここで、真空中の光速度を299792458m/s、光ファイバ4A〜4Cの屈折率を1.45とすると、式1により、光ファイバ4A〜4Cにおける光の速度は、205337300m/sとなる。
ここで、光ファイバ4A〜4Cの長さを20mとすると、式2より、遅延時間は194.8nsとなる。
図4は、本実施の形態における光変調器(光源側光変調器10、検出側光変調器12)の動作タイミングの一例を説明するための図である。光源側光変調器10と検出側光変調器12の制御信号の一例を示す。ここで、図1に示した光ファイバ4Aの遅延用ファイバ6Aを20mとし、光ファイバ4Bの遅延用ファイバ6Bを40mとし、光ファイバ4Cの遅延用ファイバ6Cを60mとする。なお、FBGセンサ5の全長は全て同じとする。この遅延用ファイバ6Aの20mでの遅延時間は、194.8nsとなり、それぞれ加算される。この遅延時間の194.8nsを時間Tとする。
図5は、前述した図4のタイミングで検出した受光素子13における光ファイバ4別の検出強度分布の一例を説明するための図である。(a)は検出側光変調器12の動作信号を、(b)は光ファイバ4Aでの検出強度分布を、(c)は光ファイバ4Bでの検出強度分布を、(d)は光ファイバ4Cでの検出強度分布をそれぞれ示す。
図6は、FBGセンサ5から検出される検出波形の波長算出の一例を説明するための図である。(a)は受光素子13で検出したFBGセンサ5からの反射光の強度分布を、(b)は(a)の波形に微分処理した波形の強度分布をそれぞれ示す。
図7は、表示部16における表示画面の一例を説明するための図である。表示画面300は、FBGセンサ5の全波形表示部301、この全波形表示部301の拡大表示部302、測定場所表示部303、条件設定部304、測定結果表示部305、測定結果グラフ表示部306を備えている。
図8は、本実施の形態におけるFBGセンサを用いた多点計測装置の計測フローの一例を説明するためのフローチャートである。
以上説明したように、本実施の形態に係るFBGセンサの多点計測装置および多点計測方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
次に、前述した実施の形態1に係るFBGセンサの多点計測装置および多点計測方法の適用例について、本実施の形態2、さらに後述する実施の形態3〜5において順に説明する。
次に、本実施の形態では、第2の適用例として、FBGセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、発電機のステータの計測に適用した場合を説明する。
次に、本実施の形態では、第3の適用例として、FBGセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、発電機のロータとステータの両方の計測に適用した場合を説明する。
次に、本実施の形態では、第4の適用例として、FBGセンサを用いた多点計測装置および多点計測方法を、原子力発電設備に適用した場合を説明する。
4(4A〜4C)…光ファイバ、5(5A〜5G)…FBGセンサ、6(6A〜6C)…遅延用ファイバ、7…光ファイバカプラ、
8…ジョイント、8a…回転部、8b…固定部、
9…広帯域波長光源、10…光源側光変調器、11…光サーキュレータ、12…検出側光変調器、13…受光素子、13A…蓄積部、14…波長移動量算出器、15…温度・歪み算出器、16…表示部、17…出力部、18…計測条件設定部、19…光変調器制御回路、
100…タービン、101…発電機、102…ロータ、103…中空構造、104…ステータ、105…ハウジング、106…接続用光ファイバ、107…接続用光ファイバ、108…光ファイバカプラ、109…接続用光ファイバ、
150…原子炉、151…冷却装置、152…冷却配管、153…光ファイバ、154…光ファイバ、155…光ファイバカプラ、160…タービン、161…発電機。
Claims (8)
- 第1のコアに回折格子を形成し、第1の遅延時間を持つ第1の遅延用ファイバを有した第1の光ファイバと、第2のコアに回折格子を形成し、第2の遅延時間を持つ第2の遅延用ファイバを有した第2の光ファイバとを有して、
光源からの光を第1の光変調器で変調し、
前記第1の光変調器で変調された光を前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとに入射し、
前記第1の光ファイバの回折格子と前記第2の光ファイバの回折格子とからの反射光を第2の光変調器で変調し、
前記第2の光変調器で変調された反射光を光電変換素子で光電変換し、
前記光電変換素子で光電変換された信号から波長移動量算出器で波長を算出し、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとからの信号を時間的に分離して、被測定物の変形を計測するものであり、
前記第1の光変調器により、前記光源からの光の透過時間を制御して、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとに入射する時間を制限し、
前記第1の光ファイバの回折格子と前記第2の光ファイバの回折格子とからの反射光を前記第2の光変調器により、前記第1の光ファイバの前記第1の遅延用ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限し、前記第2の光ファイバの前記第2の遅延用ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限し、
前記波長移動量算出器により、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとからの信号を時間的に分離することを特徴とするFBGセンサの多点計測方法。 - 請求項1に記載のFBGセンサの多点計測方法において、
前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとのそれぞれは、前記被測定物の変形により入射した光の反射波長が変化するFBGセンサを挿入して形成されていることを特徴とするFBGセンサの多点計測方法。 - 請求項1または2に記載のFBGセンサの多点計測方法において、
前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを含めて、2本以上の光ファイバを有して、前記2本以上の光ファイバからの信号を時間的に分離することを特徴とするFBGセンサの多点計測方法。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のFBGセンサの多点計測方法において、
前記被測定物の変形として、温度あるいは歪みを計測することを特徴とするFBGセンサの多点計測方法。 - 第1のコアに回折格子を形成し、第1の遅延時間を持つ第1の遅延用ファイバを有した第1の光ファイバと、第2のコアに回折格子を形成し、第2の遅延時間を持つ第2の遅延用ファイバを有した第2の光ファイバとを含む、2本以上の光ファイバと、
光を発射する光源と、
前記光源から発射された光のうち、前記2本以上の光ファイバに入射する光の時間を制御する第1の光変調器と、
前記第1の光変調器からの出射光を前記2本以上の光ファイバに入射して、前記2本以上の光ファイバの回折格子からの反射光の透過する時間を制御する第2の光変調器と、
前記第2の光変調器からの反射光を光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子で光電変換された信号から波長を算出し、前記2本以上の光ファイバからの信号を時間的に分離する波長移動量算出器と、
前記波長移動量算出器の結果から、被測定物の変形量を算出する演算器と、
前記演算器で算出した前記被測定物の変形量に関する情報を表示する表示部とを有し、
前記第1の光変調器は、前記光源から発射された光の透過時間を制御して、前記2本以上の光ファイバに入射する時間を制限し、
前記第2の光変調器は、前記2本以上の光ファイバで生じる遅延時間だけ光が透過するように時間を制限し、
前記波長移動量算出器は、前記2本以上の光ファイバからの信号を時間的に分離することを特徴とするFBGセンサの多点計測装置。 - 請求項5に記載のFBGセンサの多点計測装置において、
前記2本以上の光ファイバのそれぞれは、前記被測定物の変形により入射した光の反射波長が変化するFBGセンサを挿入して形成されていることを特徴とするFBGセンサの多点計測装置。 - 請求項5または6に記載のFBGセンサの多点計測装置において、
前記演算器は、前記2本以上の光ファイバから出射した反射光の波長の情報を用いて前記被測定物の変形量を算出することを特徴とするFBGセンサの多点計測装置。 - 請求項5〜7のいずれか一項に記載のFBGセンサの多点計測装置において、
前記被測定物の変形量として、温度あるいは歪みの値を算出することを特徴とするFBGセンサの多点計測装置。
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