JP6529466B2

JP6529466B2 - 風速測定装置

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Publication number: JP6529466B2
Application number: JP2016140358A
Authority: JP
Inventors: 学松村; 芳樹時山
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: JP2017026610A

Description

本発明は、自然風あるいは強制風の風速を測定する風速測定装置及び風速測定方法に関し、特に風速計と装置本体を光ファイバで接続して通信を行う風速測定装置及びその方法に関する。

従来、遠隔地における測定対象物の物理的変化を検出する様々な測定装置が提案されている。これらの装置のうち、センサ部と装置本体を光ファイバで接続し、光ファイバ内を伝搬する光を検出することで測定を行う光学測定装置がある。

図９は、従来の光学測定装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、光学測定装置１００は、監視装置１２０と、センサ部１３０とを備えており、両者は光ファイバ芯線１５０により接続されている。具体的には、監視装置１２０は、制御部１２２、データ処理部１２３及びデータ記憶部１２４等を備える制御装置１２１と、光源１２５と、検出部１２６と、光源１２５及び検出部１２６を光ファイバ芯線１５０に光学的に接続するフォトカプラ１２７とを備えている。センサ部１３０は、光ファイバ芯線１５０からの光信号を内部の光ファイバに接続するフォトカプラ１３１と、第１の光ファイバ１３２と、第１の光ファイバ１３２の先端から回転体１３６に対して光を射出する光射出部１３３と、回転体１３６を透過した透過光を受光する受光部１３４と、受光部１３４で受光した光を伝送する第２の光ファイバ１３５と、光射出部１３３と受光部１３４の間に介在し、回転軸１３７を中心として回転する回転体１３６と、回転体１３６の回転停止位置を調整する回転角調整機構１３８と、一端が回転軸１３７に巻き付けられたワイヤ１３９とを備えている。

この光学測定装置１００では、ワイヤ１３９に外力が付与されて回転体１３６が回転すると、回転体１３６に設けられた複数のスリット１４０が光射出部１３３と受光部１３４の間を透過する。このとき、射出光が複数のスリット４０を透過し、当該透過光が受光部１３４により受光される。透過光は、第２の光ファイバ１３５、フォトカプラ１３１、光ファイバ芯線１５０を介して、検出部１２６に伝送される。検出部１２６は、光パルスカウンタなどで構成されており、光パルス（ＯＮ／ＯＦＦ）の数を計測する。データ処理部１２２は、計測したパルス数からワイヤ移動量等の変化量を算出する。そして本構成によれば、監視対象領域近くに電源を必要とせず、メンテナンスが容易であること、また、光ファイバを用いて光信号を伝送するので、電気信号と異なり雷サージ等のノイズに強く、厳しい環境下での計測が可能であるとされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１４７３９５号公報

上記従来の技術では、回転体を透過した光のパルス（ＯＮ／ＯＦＦ）の数を検出し、計測したパルス数に基づいてワイヤ移動量等の変化量を算出する。しかしながら、伝送路である光ファイバが何らかの理由で断線した場合、光が受光部に到達せず、検出部で計測されるパルス数が０となる。このため、計測されたパルス数が０のときに、監視対象物の物理的変化が無い状態であるのか、光ファイバの断線が生じている状態であるのかを判別することができない。特に、天災地変などが生じるおそれのある場所で風速などの物理的変化を検出・計測する場合、上記天災地変の影響によって伝送路の異常が生じる可能性が高くなることから、検出結果の信頼性が低下するという問題がある。

本発明の目的は、風速測定を正確に行うことができると共に、伝送路である光ファイバの異常を検知することができ、検出結果の信頼性を向上することができる風速測定装置及び風速測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の風速測定装置は、風を検知する検知部と、光ファイバを介して前記検知部に光を出射する出射部と、前記検知部からの光を光ファイバを介して受光する受光部と、前記受光部で受光した光に基づいて風速を算出する制御部とを備え、前記検知部は、光路上に回転可能に設けられた板状部材を有し、前記板状部材は、前記光の透過率が、透過率α（０＜α≦１）である第１透過層と、透過率β（０＜β＜α）である第２透過層とが、その回転方向に関して交互に配置されてなり、前記制御部は、前記第１透過層を透過した光の第１光レベルと、前記第２透過層を透過した光の第２光レベルとに基づいて風速を算出することを特徴とする。

前記制御部は、前記受光部で光を受光しないときの第３光レベルに基づいて前記光ファイバの異常を判別することを特徴とする。

また、前記風速測定装置は、前記検知部と前記受光部との間に設けられ、前記検知部からの光Ｌ１を分岐比ａ：ｂ（ａ＞ｂ）で光を分岐する分岐部を更に備え、前記受光部は、比率（ａ／（ａ＋ｂ））で分岐した光に対応する光Ｌ１ａを受光する第１受光部と、比率（ｂ／（ａ＋ｂ））で分岐した光に対応する光Ｌ１ａを受光する第２受光部とで構成され、前記第１受光部は、前記第１光レベルに相当する信号と、前記第２光レベルに相当する信号とを前記制御部に送信することを特徴とする。

前記制御部は、前記第２受光部から送信された信号を平均化処理し、該平均化処理された信号に基づいて前記第３光レベルを判別することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の風速測定方法は、風を検知する検知部と、前記検知部に光ファイバを介して光を出射する出射部と、前記検知部からの光を光ファイバを介して受光する受光部とを設け、前記受光部で受光した光に基づいて風速を算出する風速測定方法であって、前記光の透過率が、透過率α（０＜α≦１）である第１透過層と透過率β（０＜β＜α）である第２透過層とを回転方向に関して交互に設けた板状部材を、前記検知部における光路上に回転可能に配置し、前記第１透過層を透過した光の第１光レベルと、前記第２透過層を透過した光の第２光レベルとに基づいて風速を算出することを特徴とする。

前記風速制御方法は、前記受光部で光を受光しないときの第３光レベルに基づいて前記光ファイバの異常を判別することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の風速測定装置は、風を検知する検知部と、光ファイバを介して前記検知部に光を出射する出射部と、前記検知部からの光を光ファイバを介して受光する受光部と、前記出射部と前記検知部の間、及び前記検知部と前記受光部の間に設けられた２つの光分岐部と、前記２つの光分岐部同士を光学的に接続する光ファイバと、前記受光部で受光した光に基づいて風速を算出する制御部とを備え、前記検知部は、光路上に回転可能に設けられた板状部材を有し、前記板状部材は、前記光の透過率が、透過率α（０＜α≦１）である第１透過層と、透過率β’（０≦β’＜α）である第２透過層とが、その回転方向に関して交互に配置されてなり、前記制御部は、前記第１透過層を透過した光の第１光レベルと、前記第２透過層を透過した光の第２光レベルと、に基づいて風速を算出し、前記受光部で光を受光しないときの第３光レベルに基づいて前記光ファイバの異常を判別することを特徴とする。

本発明の風速測定装置及び風速測定方法によれば、風速測定を正確に行うことができると共に、伝送路である光ファイバの異常を検知することができ、検出結果の信頼性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る風速測定装置の構成を概略的に示すブロック図である。（ａ）は、図１における検知部の具体的な構成を示す図であり、（ｂ）は、検知部内に配置されたコリメータの構成を示す図である。図２（ｂ）における板状部材の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線Ａ−Ａに沿う断面図、（ｃ）は（ｂ）の状態から所定角度回転したときの断面図である。制御部が光レベル（ｄＢ）を判別する際の閾値と、受光部における受光範囲との関係を説明する概念図である。（ａ）は、第１受光部で受光した光の光レベル（ｄＢ）と時間の関係を示す模式図であり、（ｂ）は、第２受光部で受光した光の平均化処理後の光レベル（ｄＢ）と時間の関係を示す模式図である。図１おける制御部で実行される風速測定処理を示すフローチャートである。図１の風速測定装置の変形例を示すブロック図である。図２（ｂ）のコリメータの構成の変形例を示す図である。従来の光学測定装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る風速測定装置の構成を概略的に示す斜視図である。なお、図中の風速測定装置は、その一例を示すものであり、本発明に係る風速測定装置の構成、各構成の形状、寸法等は、図１のものに限られないものとする。

図１に示すように、風速測定装置１は、風を検知する検知部１０と、光ファイバケーブル２を介して検知部１０と接続された装置本体２０とで構成されている。検知部１０は、例えば風などの測定対象物が存在する遠隔地に設置されており、所定長さで敷設される光ファイバケーブル２にて装置本体２０と光学的に接続されている。検知部１０の詳細構成については後述する。

装置本体２０は、検知部１０に光Ｌ’を出射する出射部２１と、検知部１０からの光Ｌ１を光ファイバケーブル２を介して受光する受光部２２と、受光部２２で受光した光Ｌ１に基づいて風速を算出する制御部２３とを備えている。

出射部２１は、例えば１３１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの領域内（Ｏ−Ｂａｎｄ帯や、Ｃ−ｂａｎｄ帯）の波長を有するレーザ光を出射する。なお本実施形態において上記領域内以外の波長が使用されてもよく、可視光等を用いてもよい。出射部２１は、光出力部２４を介して光ファイバケーブル２に接続されており、出射部２１から出射した光Ｌ’が、光出力部２４を通って光ファイバケーブル２に導入される。

受光部２２は、ＰＤ２２ａ（第１受光部）及びＰＤ２２ｂ（第２受光部）で構成されており、それぞれ光カプラ２５（分岐部）に接続されている。光カプラ２５は、光入力部２６を介して光ファイバケーブル２に接続されており、検知部１０から送出された光Ｌ１が、光入力部２６を通って光カプラ２５に導入される。

光カプラ２５は、検知部１０と受光部２２との間に設けられており、検知部１０からの光Ｌ１を分岐比ａ：ｂ（ａ＞ｂ）で光を分岐する。上記分岐比は、例えば９０：１０（ａ＝９０、ｂ＝１０）であり、この場合、光カプラ２５から出力する光パワーのうち、９０％に相当する光Ｌ１ａがＰＤ２２ａに、１０％に相当する光Ｌ２ｂがＰＤ２２ｂにそれぞれ送出される。ＰＤ２２ａは、９０％で分岐した光Ｌ１ａを受光し、ＰＤ２２ｂは、１０％で分岐した光Ｌ１ｂを受光する。なお、（ａ＋ｂ）の合計は必ずしも１００である必要はなく、光パワーのうち一部を減衰させる構成としてもよい。すなわち、光カプラ２５で比率（ａ／（ａ＋ｂ））で分岐した光の一部を減衰し、当該減衰後の光に相当する光Ｌ１ａをＰＤ２２ａで受光してもよいし、比率（ｂ／（ａ＋ｂ））で分岐した光の一部を減衰し、当該減衰後の光に相当する光Ｌ２ｂをＰＤ２２ｂで受光してもよい。

光ファイバケーブル２は、中距離〜長距離（例えば１５ｋｍ程度）で敷設された２心光ファイバケーブルであり、出射部２１から検知部１０に向かう光Ｌ’が一方の光ファイバ２ａ内を伝搬し、検知部１０から受光部２２に向かう光Ｌ１が他方の光ファイバ２ｂ内を伝搬する。光ファイバケーブル２は、２心以外の多心光ファイバケーブルであってもよく２本の単心光ファイバケーブルや、既設の多心光ファイバケーブルの一部を構成するものであってもよい。また、光ファイバケーブルの種類は、シングルモードファイバやマルチモードファイバなど、特に限定されないが、長距離の場合には伝送損失が低いことからシングルモードファイバが好ましい。また、光ファイバケーブル２の長さは、中距離〜長距離に限られず、短距離〜中距離であってもよい。

図２（ａ）は、図１における検知部１０の具体的な構成を示す図であり、（ｂ）は、検知部１０内に配置されたコリメータの構成を示す図である。同図（ａ）に示すように、本実施形態では検知部１０が風速計（三杯式風杯ともいう）で構成されている。なお本実施形態では、検知部１０が風杯式風速計であるが、これに限らず、ベーン式風速計やプロペラ式の風速計であってもよい。

この検知部１０は、回転軸１１と、該回転軸を内包し且つ軸支するケーシング１２と、回転軸１１の上部１１ａに３回回転対称（１２０度）で固定された半球型の風杯１３ａ，１３ｂ,１３ｃと、回転軸１１の下部１１ｂに固定され、回転軸１１と同期して回転する回転盤１４（板状部材）と、ケーシング１２内に固定され、回転盤１４を外周側から挟み込むように配置された断面略コの字型のコリメータ１５とを備える。各風杯は、凸側面よりも凹側面に風力を受けた時に応力が大きくなり、それ自身が回転軸１４を中心として時計回りに移動する（図中のＲ方向）。この結果、回転軸１１が回転し、更に回転盤１４が同一の回転数で回転する。

コリメータ１５は、図１に示す光ファイバ２ａと接続され、該光ファイバ内を伝搬する光Ｌ’をコリメータ１５内に導入するための入力ポート１５ａと、入力ポート１５ａに入力された光Ｌ’をコヒーレント光に変換するコリメータレンズ１５ｂと、コリメータレンズ１５ｂに対向配置され、コヒーレント光Ｌｃを元の光に戻すコリメータレンズ１５ｃとを有する。また、コリメータ１５は、コリメータレンズ１５ｃから出射する光Ｌ１を反射して入力ポート１５ａ側に戻すためのミラー１５ｄ−１，１５ｄ−２と、ミラー１５ｄ−２からの光Ｌ１を外部に出力するための出力ポート１５ｅとを有している。

コリメータ１５は内部空間Ｓを有しており、コリメータレンズ１５ｂにより、コヒーレント光Ｌｃの光路が内部空間Ｓに形成される。コヒーレント光Ｌｃの光路には回転盤１４が配置されており、コヒーレント光Ｌｃが回転盤１４を介してコリメータレンズ１５ｃに導入される。回転盤１４に入射するコヒーレント光Ｌｃは連続光であり、この連続光が回転盤１４に連続的に照射され、回転盤１４の回転数に応じて、回転盤１４を透過する光がパルス光となり、コリメータレンズ１５ｃに入射する。

図３（ａ）は、図２（ｂ）における回転盤１４の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）及び（ｃ）は線Ａ−Ａに沿う断面図である。同図に示すように、回転盤１４は、透明又は半透明の基板１４ａと、基板１４ａの一方の面１４ａ−１に形成された金属層１４ｂとで構成されている。基板１４ａは、例えば均一厚さで形成された樹脂製あるいはガラス製の円盤であり、回転軸１１に固着されている。金属層１４ｂは、例えば円盤の主面にスパッタ或いは蒸着で形成された薄膜であり、回転方向に関して複数の孔１４ｃ（例えば６０個）が並んで形成されている。孔１４ｃの形状は矩形であるが、円形、扇形、あるいは多角形など、その他の形状であってもよい。コヒーレント光ＬｃのビームスポットＳｐは、回転盤１４の径方向に関して孔１４ｃに対応する位置に配置されており、回転盤１４が回転すると、コヒーレント光Ｌｃが複数の孔１４ｃに順次照射される。このため、コヒーレント光Ｌｃは、回転盤１４の回転によって、基板１４ａ及び金属層１４ｂに交互に照射される。

上記の様に構成される回転盤１４は、光学的には、基板１４ａのみで構成される部分（孔１４ｃに対応する部分）に相当する第１透過層と、基板１４ａに金属層１４ｂが積層されてなる部分に相当する第２透過層とを有している。よって、回転盤１４は、出射部２１が出射するコヒーレント光Ｌｃの波長における光の透過率が、透過率α（０＜α≦１）である第１透過層と、透過率β（０＜β＜α）である第２透過層とを、その回転方向に関して交互に配置して構成されている。本実施形態では、透過率αは、０．９〜１（９０〜１００％）、透過率βは、０．０１〜０．３（１〜３０％）である。この回転盤１４が回転することにより、第１透過層を透過する光Ｌαと（図３（ｂ））、第２透過層を透過する光Ｌβとが生成される（図３（ｃ））。すなわち回転盤１４では、光レベル（ｄＢ）の異なる光Ｌα，Ｌβが生成されることにより、時間的に離散したパルス光Ｌ１（以下、光Ｌ１ともいう）を得ることができる。コリメータ１５で形成されたパルス光Ｌ１は、光ファイバ２ｂを介して装置本体２０の光入力部２６に入力される。

なお、金属層１４ｂの厚さや材料は、適宜変更することができ、その厚さや材料を変更することにより、透過率βを制御することができる。また、基板１４ａの厚さや材料を変更することにより、透過率α（或いはβ）を制御することができる。また、ここでは赤外光領域における透過率を用いたが、金属層１４ｂの厚さや材料を適宜変更して、可視光領域等、他の波長領域の透過率を用いてもよい。また、第１透過層は孔とし、第２透過層を半透明材料としてもよい。

また、回転盤１４として別の方法で使用する光の透過率を異ならせることにより、透過率α（０＜α≦１）である第１透過層と、赤外光領域における透過率β（０＜β＜α）である第２透過層とを形成してもよい。別の方法としては、たとえば、回転盤１４としてＮＤ（Neutral Density）フィルタ等を用いることができる。

光入力部２６に入力される光Ｌ１は、光カプラ２５で光Ｌ１ａ,Ｌ１ｂ（以下、パルス光Ｌ１ａ,Ｌ１ｂともいう）に分岐し、それぞれＰＤ２２ａ,ＰＤ２２ｂで受光される（図１）。このとき光カプラ２５では、光Ｌαが、上記分岐比で光Ｌ１ａ（α）,Ｌ１ｂ（α）に分岐され、光Ｌβが、同分岐比で光Ｌ１ｂ（β）,Ｌ１ｂ（β）にそれぞれ分岐されている。ＰＤ２２ａは、光Ｌ１ａ（α）,Ｌ１ａ（β）に対応する信号を制御部２３に送信し、ＰＤ２２ｂは、光Ｌ１ｂ（α）,Ｌ１ｂ（β）に対応する信号を制御部２３に送信する。制御部２３は、ＰＤ２２ａ,ＰＤ２２ｂで受光した光Ｌ１ａ,Ｌ１ｂに相当する信号に基づいて、パルス光Ｌ１の光レベル（ｄＢ）を取得する。

制御部２３は、ＣＰＵ２７、メモリ２８及び記憶部２９を有する。ＣＰＵ２７は、装置本体２０の演算・制御を司る。メモリ２８は、ＣＰＵ２７の主メモリとして、また、プログラムの実行エリア、データエリアとして機能する。記憶部２９には、ＣＰＵ２７の動作処理手順であるプログラムや各種データが記憶されており、上記の平均化処理を実行するプログラムや、光レベルの判定処理、風速測定処理等を実行するプログラムが記憶されている。この制御部２３は、第１透過層を透過した光Ｌαの第１光レベルと、第２透過層を透過した光Ｌβの第２光レベルとに基づいて風速を算出し、また、受光部２２で光を受光しないときの第３光レベルに基づいて、光ファイバケーブル２の断線等の異常を判別する。

図４は、制御部２３がパルス光Ｌ１の光レベル（ｄＢ）を判別する際の閾値と、受光部２２における受光範囲との関係を説明する概念図である。
同図において、ＰＤ２２ａの受光範囲（ダイナミックレンジ）はΔＬａであり、ＰＤ２２ｂの受光範囲はΔＬｂである。また、第１透過層を透過した光Ｌ１ａの光レベル（第１光レベル）が位置する領域を第１領域、第２透過層を透過した光Ｌ１ｂの光レベル（第２光レベル）が位置する領域を第２領域、光ファイバに断線等の異常が生じた場合の光レベルが位置する領域を第３領域と定義する。また、第１領域の下限をＴＨ（ａ）_ＨＩＧＨ、第２領域の上限をＴＨ（ａ）_ＬＯＷ、第２領域の下限をＴＨ（ｂ）_ＨＩＧＨ、第３領域の上限をＴＨ（ｂ）_ＬＯＷとする。
ΔＬａは、ＴＨ（ａ）_ＨＩＧＨを超える光レベルから下限値ＴＨ（ａ）_ＬＯＷを下回る光レベルの範囲となるように設定され、ΔＬｂは、ＴＨ（ｂ）_ＨＩＧＨを超える光レベルから下限値ＴＨ（ｂ）_ＬＯＷを下回る光レベルの範囲となるように設定される。

これにより、光Ｌ１ａの光レベルが所定時間内に第１領域と第２領域の間を移動する場合には、回転盤１４の回転によるパルス光と判断することができる。また、光Ｌ１ａの光レベルが継続的に第１領域或いは第２領域にある場合には、回転盤１４が回転していない状態であると判断することができる。更に、光レベルが第３レベルである場合には、ＰＤ２２ａが光Ｌ１ａを受光していない状態と判断することができる。したがって、回転盤１４を透過する透過光の光レベルと、光ファイバに断線等の異常が生じた場合の光レベルとを明確に区別することが可能となる。

図５（ａ）は、ＰＤ２２ａで受光した光Ｌ１ａの光レベル（ｄＢ）と時間の関係を示す模式図であり、図５（ｂ）は、ＰＤ２２ｂで受光した光Ｌ１ｂの平均化処理後の光レベル（ｄＢ）と時間の関係を示す模式図である。なお光Ｌ１ａ,Ｌ１ｂは同期したパルス光である。

図５（ａ）に示すように、ＰＤ２２ａで受光した光Ｌ１ａは、Ｌ１ｂと比べて光パワーが強く、光Ｌ１ａ（α），Ｌ１ａ（β）をそれぞれ第１，第２光レベルとして判別することができる。ただしＰＤ２２ａではノイズレベルが高いため、例えばＰ点で光ファイバの断線が生じた際に、第３光レベルを検知することが難しい。そこで、図５（ｂ）に示すように、光Ｌ１ａより光パワーが弱い光Ｌ１ｂに相当する光信号を平均化処理する。これによりＳ／Ｎ比が大きくなり、第２光レベルと第３光レベルの間隔を広げることができる。また、平均化処理によってノイズレベルが下がるため、ＰＤ２２ｂの受光範囲ΔＬｂをより低く設定することができる。したがって、ＰＤ２２ｂで受光した光Ｌ１ｂを平均化処理し、該平均化処理後の光レベルを用いることにより、第３光レベルを判別することが可能となる。平均化処理の方法は、個々の波形単位あるいは一定の時間間隔で平均化するものなど、特に制限されないが、応答時間が十分に速いものを用いるのが好ましい。また、ノイズレベルが受光範囲ΔＬｂに影響を与えない程度に小さい場合には、必ずしも平均化処理を行わなくてもよい。

なお、図５（ｂ）では、説明の便宜上、光レベルの波形が台形になるように図示しているが、ＰＤ２２ｂの受光範囲ΔＬｂを超えていることから、実際には第１光レベル及び第２光レベルは、最大値に振りきったレベルとして観測される。しかし、第１，第２光レベルの光が最大値として観測されても、第３光レベルであるか否かの判別に影響は無い。

図６は、図１における制御部２３で実行される風速測定処理を示すフローチャートである。先ず、光カプラ２５にて所定分岐比で分岐した光Ｌ１ａをＰＤ２２ａで、光Ｌ１ｂをＰＤ２２ｂでそれぞれ受光する（ステップＳ１）。次いで、制御部２３は、光Ｌ１ａの光レベルが所定時間内に第１領域から第２領域へ、或いは第２領域から第１領域へ移動したか否かを判別する（ステップＳ２）。光Ｌ１ａが第１領域−第２領域間を移動した場合には、光Ｌ１ａを通常のパルス光と判定し（ステップＳ３）、第１領域における光Ｌ１ａの第１光レベルと第２領域における光Ｌ１ａの第２光レベルとに基づいて回転軸１１の回転数を算出し、該回転数から風速を算出して（ステップＳ４）、本処理を終了する。一方、光Ｌ１ａの光レベルが所定時間内に第１領域−第２領域間を移動していないときは（ステップＳ２でＮＯ）、光Ｌ１ｂの光レベルが所定期間第３領域にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。光Ｌ１ｂの光レベルが所定期間第３領域にある場合には、光ファイバに断線の異常が発生していると判別し（ステップＳ６）、光Ｌ１ｂの光レベルが第３領域にない場合には、そのまま本処理を終了する。なお、ステップＳ３、ステップＳ４とステップＳ５、ステップＳ６は、いずれを先に行ってもよく、また、同時に行ってもよい。

上述したように、本実施形態によれば、パルス光Ｌ１ａの第１光レベル（Ｌ１ａ（α）及び第２光レベル（Ｌ１ａ（β））に基づいて風速を測定すると共に、パルス光が検出されないときには風の物理的変化が無い状態であると判別することができる。また、光レベルが第３光レベルであるときには、光ファイバ２ａ，２ｂの断線等の異常が生じていると判別する。よって、良好な風速測定を行うことができると共に、光ファイバ２ａ，２ｂの異常を正確に検知、判別することができ、検出結果の信頼性を向上することができる。

また、ＰＤ２２ａは、第１光レベルに相当する信号と、第２光レベルに相当する信号を制御部２３に送信するので、制御部２３は、第１受光部から送信された第１，第２光レベルに基づいて良好な風速測定を実現することができる。

更に、制御部２３は、ＰＤ２２ｂから送信された信号を平均化処理し、該平均化処理された信号に基づいて第３光レベルを判別するので、光ファイバの異常、特に断線等の発生をより正確に判別することが可能となる。

図７は、図１の風速測定装置１の変形例を示すブロック図である。図７の風速測定装置は、図１の風速測定装置１の構成と基本的に同じであり、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分を以下に説明する。

風速制御装置３は、出射部２１と検知部１０の間、及び検知部１０と受光部２２の間に設けられた２つの光分岐部と、該２つの光岐部同士を光学的に接続する光ファイバとを更に備えていてもよい。例えば図７において、風速測定装置３は、検知部１０と装置本体２０の間の光ファイバケーブル２に取り付けられた光ファイバ接続箱３０を更に備えている。光ファイバ接続箱３０は、光ファイバ２ａに取り付けられた光カプラ３１（光分岐部）と、光ファイバ２ｂに取り付けられた光カプラ３２（光分岐部）と、光カプラ３１，３２を接続する光ファイバ３３とを有している。光ファイバ３３は、線路異常検知用の短絡経路を構成している。

回転盤１４は、出射部２１が出射するコヒーレント光Ｌｃの波長における光の透過率が、透過率α（０＜α≦１）である第１透過層と、透過率β’（０≦β’＜α）である第２透過層とを、その回転方向に関して交互に配置して構成されている。そして、制御部２３は、第１透過層を透過した光Ｌαの第１光レベルと、第２透過層を透過した光Ｌβ’の第２光レベルとに基づいて風速を算出し、また、受光部２２で光を受光しないときの第３光レベルに基づいて、光ファイバケーブル２の断線等の異常を判別する。

このように光ファイバ２ａ，２ｂ間に短絡経路を設けることにより、光ファイバに断線等の異常が生じた場合には、受光部２２で受光する光レベルが低下するので、この光レベルの低下を検出することにより、受光部２２で光を受光しないときの第３光レベルに基づいて光ファイバの断線等の異常を判別することができる。また、光ファイバ接続箱３０よりも後段（検知部１０側）で光ファイバに断線等の異常が生じた場合には、光ファイバ３３を経由して戻る光を受光部２２で受光することにより、光ファイバ接続箱３０までは光が伝搬されていることが分かる。

このように、風速測定装置１の変形例によれば、光ファイバの断線等の異常を判別することができるとともに、異常箇所を推定することができる。

なお、光ファイバ接続箱３０を風速測定装置３と検知部１０との間に設けず、光カプラ３１、光カプラ３２及び光ファイバ３３を検知部１０内に設けてもよい。また、光カプラ３１、光カプラ３２及び光ファイバ３３は、検知部１０内等、光カプラ３１と光カプラ３２の間の光ファイバ３３がより短くなるように設けることが好ましい。
この場合、透過率β’＝０であっても、回転盤１４が回転していない状態であるか、光ファイバの断線が生じている状態であるのかを判別することができる。

具体的には、光ファイバの断線等の異常が生じていない場合は、透過率β’＝０であっても光ファイバ３３を経由して戻る光を受光部２２で受光することにより、光カプラ３１、光カプラ３２までは光が伝搬されていることが分かる。一方で、光ファイバの断線等の異常が生じている場合は、受光部２２では光が受光されない。
なお、透過率β’＝０とすることで回転盤１４として回転体に複数のスリット（孔）を設けたものを用いることができ、回転盤１４のコストを低減できる。

以上、上記実施形態に係る風速測定装置及び風速測定方法について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

例えば本実施形態では測定対象物が風であるが、これに限らず、本発明を他の測定対象物の物理的変化を測定する装置に適用することができる。

また、本実施形態では受光部としてＰＤを２つ設けているが、これに限らず、受光範囲の大きい１つの受光部を設けてもよい。

１風速測定装置
２光ファイバケーブル
２ａ光ファイバ
２ｂ光ファイバ
３風速測定装置
１０検知部
１１回転軸
１１ａ上部
１１ｂ下部
１２ケーシング
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ風杯
１４回転盤
１４ａ基板
１４ｂ金属層
１５コリメータ
１５ａ入力ポート
１５ｂコリメータレンズ
１５ｃコリメータレンズ
１５ｄ−１ミラー
１５ｄ−２ミラー
１５ｅ出力ポート
１５ｅ’ 出力ポート
２０装置本体
２１出射部
２２受光部
２２ａＰＤ
２２ｂＰＤ
２３制御部
２４光出力部
２５光カプラ
２６光入力部
２７ＣＰＵ
２８メモリ
２９記憶部
３０光ファイバ接続箱
３１光カプラ
３２光カプラ
３３光ファイバ
４０光ファイバケーブル
４０ａ光ファイバ
Ｌ’ 光
Ｌ１光
Ｌα 光
Ｌβ 光
ΔＬａ受光範囲
ΔＬｂ受光範囲
ＴＨ（ａ）_ＨＩＧＨ上限値
ＴＨ（ａ）_ＬＯＷ下限値
ＴＨ（ｂ）_ＨＩＧＨ上限値
ＴＨ（ｂ）_ＬＯＷ下限値

Claims

風を検知する検知部と、光ファイバを介して前記検知部に光を出射する出射部と、前記検知部からの光を光ファイバを介して受光する受光部と、前記受光部で受光した光に基づいて風速を算出する制御部と、前記検知部と前記受光部との間に設けられ、前記検知部からの光Ｌ１を分岐比ａ：ｂ（ａ＞ｂ）で光を分岐する分岐部とを備え、
前記検知部は、光路上に回転可能に設けられた板状部材を有し、
前記板状部材は、前記光の透過率が、透過率α（０＜α≦１）である第１透過層と、透過率β（０＜β＜α）である第２透過層とが、その回転方向に関して交互に配置されてなり、
前記制御部は、前記第１透過層を透過した光の第１光レベルと、前記第２透過層を透過した光の第２光レベルとに基づいて風速を算出し、
前記受光部は、比率（ａ／（ａ＋ｂ））で分岐した光に対応する光Ｌ１ａを受光する第１受光部と、比率（ｂ／（ａ＋ｂ））で分岐した光に対応する光Ｌ１ｂを受光する第２受光部とで構成され、
前記第１受光部は、前記第１光レベルに相当する信号と、前記第２光レベルに相当する信号とを前記制御部に送信する
ことを特徴とする風速測定装置。
前記制御部は、前記受光部で光を受光しないときの第３光レベルに基づいて前記光ファイバの異常を判別し、
前記制御部は、前記第２受光部から送信された信号を平均化処理し、該平均化処理された信号に基づいて前記第３光レベルを判別することを特徴とする、請求項１記載の風速測定装置。
風を検知する検知部と、光ファイバを介して前記検知部に光を出射する出射部と、前記検知部からの光を光ファイバを介して受光する受光部と、前記出射部と前記検知部の間、及び前記検知部と前記受光部の間に設けられた２つの光分岐部と、前記２つの光分岐部同士を光学的に接続する光ファイバと、前記受光部で受光した光に基づいて風速を算出する制御部と、を備え、
前記検知部は、光路上に回転可能に設けられた板状部材を有し、
前記板状部材は、前記光の透過率が、透過率α（０＜α≦１）である第１透過層と、透過率β’（０≦β’＜α）である第２透過層とが、その回転方向に関して交互に配置されてなり、
前記制御部は、前記第１透過層を透過した光の第１光レベルと、前記第２透過層を透過した光の第２光レベルと、に基づいて風速を算出し、
前記受光部で光を受光しないときの第３光レベルに基づいて前記光ファイバの異常を判別する、
ことを特徴とする風速測定装置。