JP3900933B2

JP3900933B2 - Reflection wavelength measurement system

Info

Publication number: JP3900933B2
Application number: JP2002002240A
Authority: JP
Inventors: 正嗣小島
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-01-09
Also published as: JP2003207415A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサの反射波長を計測するシステムに係り、特に高精度に反射波長を計測することができる反射波長計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ファイバ素子として、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）が知られている。
【０００３】
このＦＢＧは、図８に示すように、コア部２とその外周を覆うクラッド部３とからなる光ファイバのコア部２の屈折率ｎを一定の屈折率変化周期４で変化させた屈折率変化部１を有するものであり、入射光５の内、所定の波長光のみがこの屈折率変化部１で反射し、反射光６となって入射側に戻るようになっている。
【０００４】
その反射波長は、屈折率変化周期４とファイバコア部２の屈折率ｎとで決まるため、ＦＢＧは、歪みによる周期の変化や温度による屈折率ｎの変化で反射波長が変化する。
【０００５】
そのため、ＦＢＧは、歪みと温度に対して感度を持ち、圧力、歪み、温度の測定をする様々なＦＢＧセンサの研究がなされている。
【０００６】
図９にＦＢＧセンサの反射波長を計測するための従来の反射波長計測システムの概略図を示す。
【０００７】
図９に示すように、従来の反射波長計測システムは、被検査体に沿って敷設された幹線光ファイバ１４と、この幹線光ファイバ１４に沿って適宜間隔を隔てて設けられ各々反射波長が異なる複数のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサ１０〜１３と、幹線光ファイバ１４に光を入射させる光源７と、この光源７とＦＢＧセンサ１０〜１３との間の幹線光ファイバ１５に挿入されＦＢＧセンサ１０〜１３からの反射光を分岐させるカプラやサーキュレータなどの光分波器８と、この光分波器８により分岐された反射光を光ファイバ１６を通して入射しその波長を計測する反射波長計測装置９と、この反射波長計測装置９に接続されたパソコン（波長変化量算出装置）１７とで構成されている。
【０００８】
従来の反射波長計測システムにあっては、光源７から光分波器８を介してＦＢＧセンサ１０〜１３へ光を入射させ、各ＦＢＧセンサ１０〜１３の反射波長を反射波長計測装置９により計測し、その測定波長を時系列でパソコンでモニタするようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このシステムにおいて、常時精度良く、かつ安定に稼働させるには、以下に示す問題がある。
【００１０】
▲１▼一般に光源や光分波器、反射波長計測装置は、周囲温度の変化によりその特性が変化してしまう。
【００１１】
▲２▼電源が必要である光源や反射波長計測装置は、電源をＯＮした直後、その性能が安定するまで一定時間を要する。
【００１２】
▲３▼反射波長計測装置は、外部ノイズにより安定した測定ができなくなる場合がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決し、波長計測精度システム稼働において常時安定した波長モニタを行うことができる反射波長計測システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、被検査体に沿って敷設された幹線光ファイバと、この幹線光ファイバに沿って適宜間隔を隔てて設けられ各々の反射波長が異なる複数のファイバブラッググレーティングセンサと、上記幹線光ファイバに光を入射させる光源と、この光源と上記ファイバブラッググレーティングセンサとの間の幹線光ファイバに挿入され上記ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光を分岐させる光分波器と、この光分波器により分岐された反射光の波長を計測する反射波長計測装置と、この反射波長計測装置に接続されその反射波長計測装置により計測された波長から時系列で波長変化量を算出する波長変化量算出装置とを有する反射波長計測システムにおいて、上記ファイバブラッググレーティングセンサと上記光分波器との間の上記幹線光ファイバに、計測に必要な波長の光を透過すると共にその波長以外の光を反射する一定波長源が挿入され、上記波長変化量算出装置は、上記光源、上記光分波器、上記反射波長計測装置の温度特性による波長ドリフトや、上記光源、上記反射波長計測装置の初期動作不安定を低減すべく、上記ファイバブラッググレーティングセンサの反射波長から計測された波長から、上記一定波長源の反射波長より計測された波長を差し引いて補正する補正手段を有するものである。
【００１６】
請求項２の発明は、上記一定波長源は、ファイバブラッググレーティングが、このファイバブラッググレーティングの温度変化により発生した歪みを打ち消すようにそのファイバブラッググレーティングに歪みを加える高熱膨張材及びこの高熱膨張材よりも熱膨張係数が低い低熱膨張材を貼り合わせたものに設けられている低温度依存ＦＢＧを有するものである。
【００１７】
請求項３の発明は、上記一定波長源は、上記低温度依存ＦＢＧと、印加電圧に応じて吸熱又は発熱するペルチェ素子と、このペルチェ素子への印加電圧を調節して上記低温度依存ＦＢＧの温度変化による波長変化量が、上記低温度依存ＦＢＧ単体の温度変化による波長変化量よりも小さくなるように上記低温度依存ＦＢＧの温度を制御する温度調節器とで構成されているものである。
【００１８】
請求項４の発明は、上記光分波器は、カプラ又はサーキュレータからなるものである。
【００１９】
請求項５の発明は、上記反射波長計測装置は、ファブリー・ペロー干渉計を利用した波長可変フィルタと、この波長可変フィルタを透過した光を検出する受光器とを有するものである。
【００２２】
上記構成によれば、一定波長源が温度制御されることにより、その一定波長源を、計測に必要な波長の光が透過すると共にその波長以外の光が反射する。
【００２３】
また、一定波長源の反射光が常時監視され、反射波長が補正される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２５】
図１に本発明にかかる反射波長計測システムの概略図を示す。
【００２６】
図１に示すように、本発明にかかる反射波長計測システムは、各々の反射波長が異なる複数のファイバブラッググレーティングセンサ（ＦＢＧ）１０〜１３が適宜間隔を隔てて設けられた幹線光ファイバ１４が被検査体に沿って敷設され、この幹線光ファイバ１４の一端に、その幹線光ファイバ１４に検査光を入射させる光源７が設けられている。
【００２７】
さらに、この光源７とＦＢＧセンサ１０〜１３との間の幹線光ファイバ１５には、ＦＢＧセンサ１０〜１３からの反射光を分岐させるカプラ又はサーキュレータからなる光分波器８が挿入され、この光分波器８には、分岐された反射光の波長を計測する反射波長計測装置９が光ファイバ１６にて接続されている。
【００２８】
そして、この反射波長計測装置９には、計測された波長から時系列で波長変化量を算出するパソコン（波長変化量算出装置）１７が接続されている。
【００２９】
また、ＦＢＧセンサ１０〜１３と光分波器８との間の幹線光ファイバ１８には、計測に必要な波長の光を透過すると共にその波長以外の光を反射する一定波長源１９が挿入されている。
【００３０】
図示されていないが、この一定波長源１９は、ＦＢＧが、このＦＢＧの温度変化により発生した歪みを打ち消すようにそのＦＢＧに歪みを加える高熱膨張材及びこの高熱膨張材よりも温度係数が低い低熱膨張材とを貼り合わせたものに設けられている低温度依存ＦＢＧを有しており、さらに、印加電圧に応じて吸熱又は発熱するペルチェ素子や、このペルチェ素子への印加電圧を調節して低温度依存ＦＢＧの温度変化による波長変化量が低温度依存ＦＢＧ単体の温度変化による波長変化量より小さくなるように制御する温度調節器を有している。
【００３１】
また、反射波長計測装置９は、ファブリー・ペロー干渉計を利用した波長可変フィルタと、この波長可変フィルタを透過した光を検出する受光器とを有する。
【００３２】
パソコン１７は、ソフトウェア中に、上述した光源７、光分波器８、反射波長計測装置９の温度特性による波長ドリフトと、光源７と反射波長計測装置９の初期動作不安定を低減する補正手段や、システム動作状態を監視する異常検出手段を有する。
【００３３】
補正手段は、ＦＢＧセンサ１０〜１３の反射波長より計測される波長から、一定波長源１８の反射波長より計測される波長を差し引いて補正するプログラムで構成されている。
【００３４】
また、異常検出手段は、一定波長源１９の反射波長を常時監視し、パソコン１７にて反射波長をモニタできない時、一定波長源１９からの反射波長が無いと、幹線光ファイバ１４又はＦＢＧセンサ１０〜１３に異常が発生したと判定し、一定波長源１９からの反射波長が有ると、屋内設置機器である光源７又は反射波長計測装置９に異常が発生したと判定するプログラムで構成されている。
【００３５】
次に、本発明による反射波長の監視方法を作用と共に図１を用いて説明する。
【００３６】
本発明によりＦＢＧセンサ１０〜１３からの反射波長を計測するに際しては、光源７からの検査光を、ＦＢＧセンサ１０〜１３に入射する前に、一定波長源１９に入射させる。
【００３７】
この検査光は、温度調節器によりペルチェ素子への印加電圧が調節されて低温度依存ＦＢＧの温度変化による波長変化量が、低温度依存ＦＢＧ単体の温度変化による波長変化量の１／１０以下になるように、低温度依存ＦＢＧの温度が±０．１℃以下の変動に制御された一定波長源１９に入射することにより、計測に必要な波長の光は透過し、またその波長以外の光は反射される。
【００３８】
これにより、光源７や光分波器８、反射波長計測装置９が周囲温度の変化によりその特性が変化しても、常時一定の反射波長を計測することができる。
【００３９】
また、本発明にあっては、この一定波長源１９の反射波長を反射波長計測装置９で常時監視する。
【００４０】
その監視結果の一例を図２に示す。
【００４１】
図２に示すように、実際のＦＢＧセンサの波長が歪みや温度の影響により変化（実際のＦＢＧセンサ波長変化２１）した場合、従来技術の課題として挙げた、光源、光分波器、反射波長計測装置の温度特性や電源ＯＮ直後の不安定時に見られる波長ドリフトによる、反射波長計測装置により測定されるＦＢＧセンサの反射波長の変化は、図３のような実際のＦＢＧセンサ波長変化に波長ドリフト分を加えた波長変化２３になる。
【００４２】
このとき、実際の一定波長源の波長変化２０は、光源、光分波器、反射波長計測装置の温度特性や、電源ＯＮ直後の不安定時に見られる波長ドリフトのみの影響により、図３のような反射波長計測装置により測定される一定波長源の波長変化２２になる。
【００４３】
よって、反射波長計測装置により計測されたＦＢＧセンサ波長変化２３から、反射波長計測装置により測定された一定波長源波長変化２２により求まる光源、光分波器、反射波長計測装置の温度特性や、電源温度の不安定時に見られる波長ドリフトを差し引くことにより、図４に示すように、光源、光分波器、反射波長計測装置の温度特性や電源ＯＮ時の不安定時に見られる波長ドリフトの影響を受けないＦＢＧセンサの波長変化２４を求めることができる。
【００４４】
このように、本発明により、電源が必要である光源７や反射波長計測装置９の電源をＯＮした直後、その性能が安定するまでに必要であった時間が不要になる。
【００４５】
さらに、本発明は、反射波長計測装置９が外部ノイズを受けても反射波長を補正できるので、安定した測定が可能になる。
【００４６】
また、常時監視において、パソコン１７で反射波長をモニタできないとき、
一定波長源１９からの反射波長が無いと、幹線光ファイバ１４又はＦＢＧセンサ１０〜１３に異常が発生したと判定され、一定波長源１９からの反射波長が有ると、屋内設置機器である光源７又は反射波長計測装置９に異常が発生したと判定されるので、幹線光ファイバ１４やＦＢＧセンサ１０〜１３の切断が原因なのか、光源７や反射波長計測装置９等の機器類が原因なのかを検出でき、復旧が容易になる。
【００４７】
次に、より具体的な実施例について述べる。
【００４８】
図５は、本実施の形態において、反射波長計測装置として米国Micron Optics社製のＦＢＧ−ＩＳ（１０２）、光源としてＡＳＥ光源（１０１）、幹線光ファイバ２５に挿入される光分波器としてカプラ１０３を用いた反射波長計測システムの概略図である。
【００４９】
この反射波長計測システムは、一定波長源には、ペルチェ素子１０９と温度調節器１１１とで温度変化が±０．１℃に制御された低温度依存ＦＢＧ（１０６）が使用されている。
【００５０】
ＦＢＧセンサとしては、反射波長計測装置の温度特性をキャンセルできることを確認するため、一定波長源と同様にペルチェ素子１０９と温度調節器１１１とで温度変化が±０．１℃に制御され、それぞれ反射波長の異なる低温度依存ＦＢＧ（１０７，１０８）が使用されている。
【００５１】
本システムで、ＦＢＧ−ＩＳ（１０２）を恒温槽１０４に入れてＦＢＧ−ＩＳ（１０２）の仕様温度範囲で温度を変化させながら反射波長を測定した結果を図６に示す。
【００５２】
図６に示すように、恒温槽の温度１１５を変化させると、その温度変化に伴って、３つの温度低依存ＦＢＧの波長も最大２０ｐｍ程度変化する。
【００５３】
ここで、一定波長源である低温度依存ＦＢＧ（１０６）の波長変化１１２と、他の低温度依存ＦＢＧ（１０７，１０８）の波長変化１１３，１１４との差分を取って補正すると、図７に示すように、低温度依存ＦＢＧ（１０７，１０８）の波長変化１１６，１１７は最大５ｐｍ程度の変化となる。
【００５４】
このことから、本システムにより、反射波長計測装置の温度による影響が大幅に低減することが分かる。
【００５５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光源、光分波器、反射波長計測装置の周囲温度の変化による影響を除外できると共に、光源や反射波長計測装置の電源をＯＮにした直後の性能不安定性の影響を除外できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す反射波長計測システムの概略図である。
【図２】図１のシステムで計測された実際のＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図３】従来の反射波長計測システムで計測されたＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図４】図１のシステムにより補正後のＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図５】図１の反射波長計測システムのより具体的な実施例を示す図である。
【図６】図５のシステムで計測された実際のＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図７】図５のシステムにより補正後のＦＢＧセンサの波長変化を示す図である。
【図８】ファイバブラッググレーティングの原理図である。
【図９】従来の技術にかかる反射波長計測システムを示す概略図である。
【符号の説明】
７光源
８光分岐器
９反射波長計測装置
１０〜１３ＦＢＧセンサ
１４幹線光ファイバ
１７パソコン（波長変化量算出装置）
１９一定波長源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a system for measuring the reflection wavelength, fiber Bragg gratings (FBG) sensor, it relates reflection wavelength measuring system that can have particularly measuring the reflected wavelength with high accuracy.
[0002]
[Prior art]
In general, a fiber Bragg grating (FBG) is known as an optical fiber element.
[0003]
As shown in FIG. 8, this FBG has a refractive index change in which the refractive index n of the core portion 2 of the optical fiber comprising the core portion 2 and the cladding portion 3 covering the outer periphery thereof is changed at a constant refractive index change period 4. The incident light 5 includes only the light having a predetermined wavelength, which is reflected by the refractive index changing portion 1 and returns to the incident side as reflected light 6.
[0004]
Since the reflection wavelength is determined by the refractive index change period 4 and the refractive index n of the fiber core portion 2, the reflection wavelength of the FBG changes due to a change in the period due to strain or a change in the refractive index n due to temperature.
[0005]
Therefore, FBG has sensitivity to strain and temperature, and various FBG sensors that measure pressure, strain, and temperature have been studied.
[0006]
FIG. 9 shows a schematic diagram of a conventional reflection wavelength measurement system for measuring the reflection wavelength of the FBG sensor.
[0007]
As shown in FIG. 9, the conventional reflection wavelength measuring system is provided with a main optical fiber 14 laid along the object to be inspected and an appropriate interval along the main optical fiber 14, and the reflection wavelengths are different from each other. A plurality of fiber Bragg grating (FBG) sensors 10 to 13, a light source 7 for making light incident on the trunk optical fiber 14, and a trunk optical fiber 15 between the light source 7 and the FBG sensors 10 to 13 are inserted into the FBG sensor 10. And a demultiplexer 8 such as a coupler or a circulator for branching the reflected light from ˜13, and a reflected wavelength measuring device 9 for measuring the wavelength of the reflected light branched by the optical demultiplexer 8 through the optical fiber 16. And a personal computer (wavelength change calculation device) 17 connected to the reflection wavelength measuring device 9.
[0008]
In the conventional reflection wavelength measurement system, light is incident on the FBG sensors 10 to 13 through the optical demultiplexer 8 from the light source 7, and the reflection wavelength of each FBG sensor 10 to 13 is measured by the reflection wavelength measurement device 9. The measurement wavelength is monitored on a personal computer in time series.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this system, there are the following problems in order to operate constantly with high accuracy and stability.
[0010]
(1) Generally, the characteristics of a light source, an optical demultiplexer, and a reflected wavelength measuring device change due to changes in ambient temperature.
[0011]
{Circle around (2)} A light source or a reflected wavelength measuring device that requires a power supply takes a certain time until its performance is stabilized immediately after the power is turned on.
[0012]
(3) The reflected wavelength measuring device may not be able to perform stable measurement due to external noise.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a reflected wavelength measurement system capable of always performing stable wavelength monitoring during operation of the wavelength measurement accuracy system.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 includes a trunk optical fiber laid along the object to be inspected, and a plurality of reflection wavelengths that are provided at appropriate intervals along the trunk optical fiber and have different reflection wavelengths. A fiber Bragg grating sensor; a light source that makes light incident on the trunk optical fiber; and an optical component that is inserted into the trunk optical fiber between the light source and the fiber Bragg grating sensor and splits the reflected light from the fiber Bragg grating sensor. Wavelength change device that measures the wavelength of reflected light branched by this optical demultiplexer, and wavelength change in time series from the wavelength measured by the reflected wavelength measurement device connected to this reflected wavelength measurement device A reflection wavelength measurement system having a wavelength variation calculation device for calculating the amount of the fiber Bragg grating In the trunk optical fiber between the sensor and the optical demultiplexer, constant wavelength source is inserted to reflect light other than the wavelength while transmitting light having a wavelength necessary for measurement, is the wavelength change amount calculation unit In order to reduce the wavelength drift due to the temperature characteristics of the light source, the optical demultiplexer, and the reflected wavelength measuring device and the initial operation instability of the light source and the reflected wavelength measuring device, the reflected wavelength of the fiber Bragg grating sensor is used. Correction means for subtracting and correcting the measured wavelength from the reflected wavelength of the constant wavelength source from the measured wavelength .
[0016]
According to a second aspect of the present invention, the constant wavelength source includes: a high thermal expansion material that applies strain to the fiber Bragg grating so that the fiber Bragg grating cancels strain generated by a temperature change of the fiber Bragg grating; and the high thermal expansion material. Also, it has a low temperature-dependent FBG provided on a laminated low thermal expansion material having a low thermal expansion coefficient.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, the constant wavelength source includes the low temperature dependent FBG, a Peltier element that absorbs heat or generates heat according to an applied voltage, and an applied voltage to the Peltier element to adjust the low temperature dependent FBG. And a temperature controller that controls the temperature of the low temperature-dependent FBG so that the wavelength change amount due to the temperature change is smaller than the wavelength change amount due to the temperature change of the low temperature-dependent FBG alone.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, the optical demultiplexer comprises a coupler or a circulator.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, the reflected wavelength measuring apparatus includes a wavelength tunable filter using a Fabry-Perot interferometer and a light receiver that detects light transmitted through the wavelength tunable filter.
[0022]
According to the above configuration, by controlling the temperature of the constant wavelength source, light having a wavelength necessary for measurement is transmitted through the constant wavelength source and light other than the wavelength is reflected.
[0023]
Further, the reflected light of a certain wavelength source is constantly monitored, reflection wavelength Ru is corrected.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0025]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a reflected wavelength measuring system according to the present invention.
[0026]
As shown in FIG. 1, the reflected wavelength measurement system according to the present invention includes a trunk optical fiber 14 in which a plurality of fiber Bragg grating sensors (FBG) 10 to 13 having different reflected wavelengths are provided at appropriate intervals. A light source 7 that is laid along the inspection body and that makes the inspection light incident on the trunk optical fiber 14 is provided at one end of the trunk optical fiber 14.
[0027]
Further, an optical demultiplexer 8 composed of a coupler or a circulator for branching the reflected light from the FBG sensors 10 to 13 is inserted into the trunk optical fiber 15 between the light source 7 and the FBG sensors 10 to 13. A reflection wavelength measuring device 9 for measuring the wavelength of the branched reflected light is connected to the duplexer 8 by an optical fiber 16.
[0028]
The reflected wavelength measuring device 9 is connected to a personal computer (wavelength change amount calculating device) 17 that calculates the wavelength change amount in time series from the measured wavelength.
[0029]
A constant wavelength source 19 that transmits light having a wavelength necessary for measurement and reflects light other than the wavelength is inserted into the trunk optical fiber 18 between the FBG sensors 10 to 13 and the optical demultiplexer 8. ing.
[0030]
Although not shown, the constant wavelength source 19 includes a high thermal expansion material that applies strain to the FBG so that the FBG cancels the strain generated by the temperature change of the FBG, and a low heat coefficient that has a lower temperature coefficient than the high thermal expansion material. It has a low temperature-dependent FBG that is provided on the laminate with the expansion material. Further, the Peltier element absorbs heat or generates heat according to the applied voltage, and the voltage applied to the Peltier element is adjusted to be low. There is a temperature controller for controlling the wavelength change amount due to the temperature change of the temperature-dependent FBG to be smaller than the wavelength change amount due to the temperature change of the low temperature dependent FBG alone.
[0031]
The reflected wavelength measuring device 9 includes a wavelength tunable filter using a Fabry-Perot interferometer and a light receiver that detects light transmitted through the wavelength tunable filter.
[0032]
The personal computer 17 includes correction means for reducing the wavelength drift due to the temperature characteristics of the light source 7, the optical demultiplexer 8, and the reflected wavelength measuring device 9 and the instability of the initial operation of the light source 7 and the reflected wavelength measuring device 9 in the software. And an abnormality detection means for monitoring the system operating state.
[0033]
The correction means is configured by a program that subtracts and corrects the wavelength measured from the reflection wavelength of the constant wavelength source 18 from the wavelength measured from the reflection wavelength of the FBG sensors 10 to 13.
[0034]
Further, the abnormality detection means constantly monitors the reflection wavelength of the constant wavelength source 19 and when the reflection wavelength cannot be monitored by the personal computer 17, if there is no reflection wavelength from the constant wavelength source 19, the trunk optical fiber 14 or the FBG sensor 10 It is configured by a program that determines that an abnormality has occurred in the light source 7 or the reflection wavelength measuring device 9 that is an indoor installation device when it is determined that an abnormality has occurred in ˜13 and there is a reflection wavelength from the constant wavelength source 19. .
[0035]
Next, the reflection wavelength monitoring method according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0036]
When measuring the reflected wavelength from the FBG sensors 10 to 13 according to the present invention, the inspection light from the light source 7 is incident on the constant wavelength source 19 before entering the FBG sensors 10 to 13.
[0037]
In this inspection light, the applied voltage to the Peltier element is adjusted by the temperature controller, and the amount of wavelength change due to the temperature change of the low temperature dependent FBG is less than 1/10 of the wavelength change amount due to the temperature change of the low temperature dependent FBG alone. As described above, by entering the constant wavelength source 19 in which the temperature of the low temperature-dependent FBG is controlled to fluctuate within ± 0.1 ° C., light having a wavelength necessary for measurement is transmitted, and light other than that wavelength is transmitted. Is reflected.
[0038]
Thereby, even if the characteristics of the light source 7, the optical demultiplexer 8, and the reflected wavelength measuring device 9 change due to changes in the ambient temperature, it is possible to always measure a constant reflected wavelength.
[0039]
In the present invention, the reflection wavelength measurement device 9 constantly monitors the reflection wavelength of the constant wavelength source 19.
[0040]
An example of the monitoring result is shown in FIG.
[0041]
As shown in FIG. 2, when the wavelength of the actual FBG sensor changes due to the influence of strain or temperature (actual FBG sensor wavelength change 21), the light source, the optical demultiplexer, the reflection wavelength, which are listed as problems of the prior art The change in the reflected wavelength of the FBG sensor measured by the reflected wavelength measuring device due to the temperature drift of the measuring device and the wavelength drift observed when the power supply is unstable immediately after the power is turned on is a wavelength drift due to the actual FBG sensor wavelength change as shown in FIG. The wavelength change 23 is obtained by adding the minute.
[0042]
At this time, the wavelength change 20 of the actual constant wavelength source is as shown in FIG. 3 due to the temperature characteristics of the light source, the optical demultiplexer, and the reflected wavelength measuring device, and the influence of only the wavelength drift observed when the power supply is unstable immediately after the power is turned on. The wavelength change 22 of the constant wavelength source measured by a simple reflection wavelength measuring device.
[0043]
Therefore, the temperature characteristics of the light source, the optical demultiplexer, and the reflected wavelength measuring device, which are obtained from the FBG sensor wavelength change 23 measured by the reflected wavelength measuring device, and the constant wavelength source wavelength change 22 measured by the reflected wavelength measuring device, and the power source By subtracting the wavelength drift seen when the temperature is unstable, as shown in Fig. 4, the temperature characteristics of the light source, the optical demultiplexer, and the reflected wavelength measuring device and the influence of the wavelength drift seen when the power is turned on are unstable. The wavelength change 24 of the FBG sensor that is not received can be obtained.
[0044]
As described above, the present invention eliminates the time required for the performance to stabilize immediately after the light source 7 and the reflected wavelength measuring device 9 that require power are turned on.
[0045]
Furthermore, the present invention can correct the reflected wavelength even when the reflected wavelength measuring device 9 receives external noise, so that stable measurement is possible.
[0046]
When the reflected wavelength cannot be monitored by the personal computer 17 during continuous monitoring,
If there is no reflection wavelength from the constant wavelength source 19, it is determined that an abnormality has occurred in the trunk optical fiber 14 or the FBG sensors 10-13, and if there is a reflection wavelength from the constant wavelength source 19, the light source 7 that is an indoor installation device. Or, since it is determined that an abnormality has occurred in the reflected wavelength measuring device 9, is it caused by the disconnection of the trunk optical fiber 14 or the FBG sensors 10-13, or is the cause caused by equipment such as the light source 7 or the reflected wavelength measuring device 9? Can be detected and recovery becomes easy.
[0047]
Next, a more specific embodiment will be described.
[0048]
FIG. 5 shows an FBG-IS (102) manufactured by Micron Optics of the United States as a reflected wavelength measuring device, an ASE light source (101) as a light source, and a coupler as an optical demultiplexer inserted into the trunk optical fiber 25 in this embodiment. 1 is a schematic diagram of a reflected wavelength measurement system using 103. FIG.
[0049]
In this reflection wavelength measurement system, a low temperature dependent FBG (106) in which the temperature change is controlled to ± 0.1 ° C. by the Peltier device 109 and the temperature controller 111 is used as a constant wavelength source.
[0050]
As an FBG sensor, in order to confirm that the temperature characteristic of the reflected wavelength measuring device can be canceled, the temperature change is controlled to ± 0.1 ° C. by the Peltier element 109 and the temperature controller 111 in the same way as the constant wavelength source, Low temperature dependent FBGs (107, 108) having different wavelengths are used.
[0051]
FIG. 6 shows the result of measuring the reflection wavelength while changing the temperature in the temperature range of the specification of the FBG-IS (102) by putting the FBG-IS (102) in the thermostat 104 with this system.
[0052]
As shown in FIG. 6, when the temperature 115 of the thermostatic chamber is changed, the wavelengths of the three temperature low-dependent FBGs also change about 20 pm at the maximum along with the temperature change.
[0053]
Here, if the difference between the wavelength change 112 of the low temperature dependent FBG (106), which is a constant wavelength source, and the wavelength changes 113, 114 of the other low temperature dependent FBGs (107, 108) are taken and corrected, FIG. As shown, the wavelength changes 116 and 117 of the low temperature dependent FBG (107, 108) are about 5 pm at maximum.
[0054]
From this, it can be seen that this system greatly reduces the influence of the temperature of the reflected wavelength measuring device.
[0055]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the influence of changes in ambient temperature of the light source, the optical demultiplexer, and the reflected wavelength measuring device can be excluded, and the influence of performance instability immediately after the light source and the reflected wavelength measuring device are turned on. kill exclusion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a reflected wavelength measuring system showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a wavelength change of an actual FBG sensor measured by the system of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a change in wavelength of an FBG sensor measured by a conventional reflection wavelength measurement system.
FIG. 4 is a diagram showing a change in wavelength of the FBG sensor after correction by the system of FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram showing a more specific example of the reflected wavelength measurement system of FIG. 1;
6 is a diagram showing a change in wavelength of an actual FBG sensor measured by the system shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a wavelength change of the FBG sensor after correction by the system of FIG.
FIG. 8 is a principle diagram of a fiber Bragg grating.
FIG. 9 is a schematic view showing a reflection wavelength measurement system according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
7 Light source 8 Optical splitter 9 Reflected wavelength measuring device 10-13 FBG sensor 14 Trunk optical fiber 17 Personal computer (wavelength change calculation device)
19 Constant wavelength source

Claims

Light enters the trunk optical fiber, a trunk optical fiber laid along the object to be inspected, a plurality of fiber Bragg grating sensors provided at appropriate intervals along the trunk optical fiber, each having a different reflection wavelength, and the trunk optical fiber. A light source, an optical demultiplexer inserted in a trunk optical fiber between the light source and the fiber Bragg grating sensor, and branching the reflected light from the fiber Bragg grating sensor, and a reflection branched by the optical demultiplexer A reflection wavelength measuring device that measures the wavelength of light and a wavelength change amount calculation device that is connected to the reflection wavelength measurement device and calculates a wavelength change amount in time series from the wavelengths measured by the reflection wavelength measurement device In the measurement system, the trunk optical fiber between the fiber Bragg grating sensor and the optical demultiplexer Constant wavelength source is inserted to reflect light other than the wavelength while transmitting light having a wavelength necessary for measurement, the wavelength change amount calculation unit, from top Symbol wavelength measured from the reflected light of the fiber Bragg grating sensor, A reflected wavelength measuring system comprising correction means for subtracting and correcting a wavelength measured from reflected light of the constant wavelength source.

The constant wavelength source includes a high thermal expansion material that applies strain to the fiber Bragg grating so that the fiber Bragg grating cancels strain generated by temperature changes of the fiber Bragg grating, and a low thermal expansion coefficient that is lower than that of the high thermal expansion material. The reflection wavelength measurement system according to claim 1, wherein the reflection wavelength measurement system has a low temperature-dependent FBG provided on a laminate of expansion materials.

The constant wavelength source includes the low temperature dependent FBG, a Peltier element that absorbs heat or generates heat according to an applied voltage, and a wavelength change amount due to a temperature change of the low temperature dependent FBG by adjusting an applied voltage to the Peltier element. The reflection wavelength measurement system according to claim 2, further comprising: a temperature controller that controls the temperature of the low temperature dependent FBG so as to be smaller than a wavelength change amount due to a temperature change of the single low temperature dependent FBG.

The reflection wavelength measurement system according to claim 1, wherein the optical demultiplexer includes a coupler or a circulator.

The reflected wavelength measurement device according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a wavelength tunable filter that uses a Fabry-Perot interferometer; and a light receiver that detects light transmitted through the wavelength tunable filter. system.