JP2000111426A - Optical fiber sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバのマイク
ロベンディングによる伝送損失増加を利用した光ファイ
バセンサに関し、詳しくは低開口数のプラスチック光フ
ァイバを用いた光ファイバセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber sensor utilizing an increase in transmission loss due to microbending of an optical fiber, and more particularly to an optical fiber sensor using a plastic optical fiber having a low numerical aperture.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、光ファイバのマイクロベンデ
ィングによる伝送損失増加を利用した光ファイバセンサ
の多くは、ガラス製の光ファイバを用いて開発が進めら
れてきた。しかしながら、ガラス製の光ファイバは衝撃
に対して脆いので、衝撃に起因する破壊の問題があっ
た。2. Description of the Related Art Conventionally, many optical fiber sensors that utilize an increase in transmission loss due to microbending of an optical fiber have been developed using an optical fiber made of glass. However, optical fibers made of glass are brittle against impact, and thus have a problem of destruction due to impact.
【０００３】一方、プラスチック光ファイバを用いた光
ファイバセンサについては、例えば特開平４−９９９３
７号公報に、ＯＴＤＲ（optical time domain reflecto
meter）の中央装置に石英系又はプラスチック系光ファ
イバを接続し、その光ファイバの複数箇所に検出部とし
てゴム系光ファイバを挿入し、さらにこのゴム系光ファ
イバ（検出部）に接して加圧棒を設け、測定対象物の圧
力変化に応じて加圧棒がゴム系光ファイバ（検出部）を
押圧するように構成された加圧点検出センサが開示され
ている。この公報には石英系又はプラスチック系光ファ
イバは、その硬質性ゆえにわずかな圧力変化で伝送損失
を増加させることができないとの記述がある。On the other hand, an optical fiber sensor using a plastic optical fiber is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-9993.
No. 7 discloses OTDR (optical time domain reflecto)
A quartz or plastic optical fiber is connected to the central device of the meter), and a rubber optical fiber is inserted as a detecting part at a plurality of points of the optical fiber, and further pressed against the rubber optical fiber (detecting part). A pressure point detection sensor is disclosed in which a rod is provided and a pressure rod presses a rubber-based optical fiber (detection unit) in accordance with a change in pressure of a measurement target. This publication states that a quartz-based or plastic-based optical fiber cannot increase transmission loss with a slight pressure change due to its rigidity.
【０００４】また、特開平９−２６３７０号公報には、
弾性を有する支持体の長手方向にプラスチック光ファイ
バを巻き付け、そのプラスチック光ファイバの一端に光
源を設け、他端に受光体を設けた構成の加圧センサが開
示されている。この公報では、開口数０．５近辺のプラ
スチック光ファイバが使用されているため、わずかな圧
力変化で光ファイバの伝送損失を増加させるために、弾
性体に多重に巻き付けることによってその変位度を増幅
させる必要があった。Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-26370 discloses that
A pressure sensor is disclosed in which a plastic optical fiber is wound in the longitudinal direction of a support having elasticity, a light source is provided at one end of the plastic optical fiber, and a photoreceptor is provided at the other end. In this publication, a plastic optical fiber having a numerical aperture of around 0.5 is used. Therefore, in order to increase the transmission loss of the optical fiber with a slight pressure change, the degree of displacement is amplified by wrapping the elastic body in multiple layers. Had to be done.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来のプラスチック光
ファイバを利用した光ファイバでは、高開口数のプラス
チック光ファイバが使用されているため、マイクロベン
ディングによる伝送損失の増加を引き起こすためにはか
なりの変位を与える必要があり、ゴム状の円筒体に巻き
付けるなど複雑な構成が必要であった。本発明は前記事
情に鑑みてなされたもので、光ファイバセンサにガラス
製光ファイバを利用した際の衝撃に対する脆さの問題を
克服し、かつ、微小な変位によっても光ファイバの伝送
損失が引き起こされるような高感度の光ファイバセンサ
を提供することを目的とする。In an optical fiber using a conventional plastic optical fiber, a plastic optical fiber having a high numerical aperture is used. Therefore, a considerable displacement is required to cause an increase in transmission loss due to microbending. And a complicated configuration such as winding around a rubber-like cylindrical body was required. The present invention has been made in view of the above circumstances, and overcomes the problem of brittleness against impact when a glass optical fiber is used for an optical fiber sensor, and causes a transmission loss of the optical fiber even by a small displacement. It is an object of the present invention to provide a high-sensitivity optical fiber sensor.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】前記課題は、光ファイバ
の一端に光源を備え、他端に受光体を備えてなる光ファ
イバセンサであって、前記光ファイバとして開口数が
０．０５以上０．３５以下のプラスチック光ファイバを
用いてなることを特徴とする光ファイバセンサによって
解決される。前記プラスチック光ファイバが、コアと、
コアの周上に設けられたクラッドと、該クラッドの周上
に設けられ、該クラッドよりも低屈折率の第２クラッド
を有するプラスチック光ファイバであることが好まし
い。また前記プラスチック光ファイバが、最外層として
保護層を備えてなることが好ましい。An object of the present invention is to provide an optical fiber sensor having a light source at one end of a fiber and a photoreceptor at the other end. The problem is solved by an optical fiber sensor characterized by using a plastic optical fiber of 0.35 or less. The plastic optical fiber has a core,
It is preferable that the optical fiber be a plastic optical fiber having a clad provided on the periphery of the core and a second clad provided on the periphery of the clad and having a lower refractive index than the clad. It is preferable that the plastic optical fiber includes a protective layer as an outermost layer.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の光ファイバセンサは、開口数が０．０５以上
０．３５以下のプラスチック光ファイバの一端に光源を
設け、他端に受光体を設けて構成される。光ファイバは
コアの周上にクラッドが設けられてなる。光ファイバの
開口数（ＮＡ）は、コアの屈折率（ｎ1）およびコアの
周上に設けられたクラッドの屈折率（ｎ2）から決定さ
れるものであり、実際にコア材およびクラッド材の屈折
率を測定して下記の数式（１）により算出される値であ
る。 ＮＡ＝（ｎ1 2−ｎ2 2）1/2・・・（１） ここで、ＮＡ：光ファイバの開口数 ｎ1：コア材の屈折率 ｎ2：クラッド材の屈折率 である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
The optical fiber sensor of the present invention is configured by providing a light source at one end of a plastic optical fiber having a numerical aperture of 0.05 or more and 0.35 or less and providing a photoreceptor at the other end. The optical fiber has a clad provided on the periphery of the core. The numerical aperture (NA) of the optical fiber is determined from the refractive index (n 1 ) of the core and the refractive index (n 2 ) of the clad provided on the periphery of the core. Is a value calculated by the following equation (1) by measuring the refractive index of NA = (n 1 2 −n 2 2 ) 1/2 (1) where NA: numerical aperture of the optical fiber n 1 : refractive index of the core material n 2 : refractive index of the cladding material
【０００８】従来のプラスチック光ファイバは、一般に
開口数が０．５程度であり、光ファイバの曲げに対する
伝送損失の変化が小さい。例えば図１の破線は、開口数
０．５１のプラスチック光ファイバの曲げに対する伝送
損失増加量の変化を示したものであり、縦軸の伝送損失
増加量は受光センサにおける受光量の減少量（単位：ｄ
Ｂ）を示す。横軸はプラスチック光ファイバに曲げを与
えたときの曲げ半径（単位：ｍｍ）である。なお、光フ
ァイバに対する曲げは、横軸に示される曲げ半径に等し
い半径を有する円柱状物に外周に沿って光ファイバを１
回巻き付けることにより与えられている。このグラフか
らわかるように、曲げ半径を１０〜２０ｍｍ程度にまで
小さくして、すなわち非常に大きな変位を与えて初めて
伝送損失の変化が生じている。これに対して、図１の実
線は、それぞれ開口数が０．２０（実線Ａ）、０．２４
（実線Ｂ）、０．２９（実線Ｃ）のプラスチック光ファ
イバに関するもので、これらのグラフに示されるよう
に、開口数が小さくなるにしたがって、曲げによる伝送
損失増加が著しく大きくなる。このような、開口数が従
来よりも小さいプラスチック光ファイバは、最近、広帯
域で低損失な光ファイバを得ることを目的として、クラ
ッドの屈折率をコアの屈折率よりも僅かに低くした構成
のプラスチック光ファイバとして開発が進められている
ものである。A conventional plastic optical fiber generally has a numerical aperture of about 0.5, and a change in transmission loss due to bending of the optical fiber is small. For example, the broken line in FIG. 1 shows the change in the transmission loss increase with respect to the bending of the plastic optical fiber having the numerical aperture of 0.51, and the transmission loss increase on the vertical axis indicates the decrease in the light reception amount in the light receiving sensor (unit) : D
B) is shown. The horizontal axis is the bending radius (unit: mm) when bending is applied to the plastic optical fiber. The bending of the optical fiber is performed by placing the optical fiber along the outer circumference on a cylindrical object having a radius equal to the bending radius shown on the horizontal axis.
It is given by winding around. As can be seen from this graph, a change in transmission loss occurs only when the bending radius is reduced to about 10 to 20 mm, that is, when a very large displacement is applied. In contrast, the solid lines in FIG. 1 have numerical apertures of 0.20 (solid line A) and 0.24, respectively.
(Solid line B) and 0.29 (solid line C) regarding plastic optical fibers. As shown in these graphs, as the numerical aperture decreases, the increase in transmission loss due to bending increases significantly. In recent years, plastic optical fibers having a smaller numerical aperture than conventional plastics have a structure in which the refractive index of the cladding is slightly lower than that of the core for the purpose of obtaining an optical fiber having a wide band and low loss. It is being developed as an optical fiber.
【０００９】本発明者らは、このような開口数が小さい
プラスチック光ファイバにおいては、小さい変位でマイ
クロベンディングによる光伝送損失の劣化が比較的感度
良く生じることを利用して本発明の光ファイバセンサを
完成した。図１から明らかなようにプラスチック光ファ
イバの開口数を小さくするほど曲げに対する感度が高く
なる。しかしながら、感度が高くなるに従い、周辺環境
からのノイズを拾いやすくなる。本発明では、一般的に
は、周辺環境が変化する状況の下で使用する光ファイバ
センサには、開口数が０．２５以上０．３５以下のプラ
スチック光ファイバを用いることが好ましい。また、周
辺環境が安定している場合で感度を向上させたい場合に
は開口数０．０５以上好ましくは０．１０以上であり、
かつ０．２５未満のプラスチック光ファイバを用いるこ
とが好ましい。また、開口数が０．０５未満のプラスチ
ック光ファイバは、周辺環境の微小な変化による影響を
受け易いために光ファイバセンサとして用いることは好
ましくない。The inventors of the present invention take advantage of the fact that in such a plastic optical fiber having a small numerical aperture, deterioration of optical transmission loss due to microbending occurs with relatively small displacement with relatively high sensitivity. Was completed. As is clear from FIG. 1, the smaller the numerical aperture of the plastic optical fiber, the higher the sensitivity to bending. However, as the sensitivity increases, it becomes easier to pick up noise from the surrounding environment. In the present invention, it is generally preferable to use a plastic optical fiber having a numerical aperture of 0.25 or more and 0.35 or less for an optical fiber sensor used in a situation where the surrounding environment changes. When the sensitivity is to be improved when the surrounding environment is stable, the numerical aperture is 0.05 or more, preferably 0.10 or more,
It is preferable to use a plastic optical fiber of less than 0.25. Further, a plastic optical fiber having a numerical aperture of less than 0.05 is not preferable to be used as an optical fiber sensor because it is easily affected by minute changes in the surrounding environment.
【００１０】本発明で用いられるプラスチック光ファイ
バのファイバ構造としては、コアおよびクラッドを有す
る２層構造のものでもよいが、さらにクラッドの周上に
クラッドよりも低屈折率の第２クラッドを設けれて３層
構造とすれば、プラスチック光ファイバに取り込める光
量を増加させて、光源からの受光効率を向上させること
が可能である。第２クラッドが厚過ぎると、この第２ク
ラッドが本来のクラッドとして作用してしまうため、結
果として高開口数の光ファイバと同じような振る舞いを
するので好ましくない。本発明では、第２クラッドの厚
みはクラッドの厚みより薄く形成することが好ましく、
１０μｍより薄く形成されていることが好ましい。プラ
スチック光ファイバのコアは、均一な屈折率を有する構
成とすることができるが、あるいはポリメタクリレート
系ポリマーを多層積層した構成や、コアの中心から径方
向外方に向かって連続的に屈折率が減少している構成を
用いれば、コアの周辺部から光が漏れやすくなるので、
本発明の光ファイバセンサとしては非常に効果的であ
る。またこのようにコアの屈折率が径方向で変化する場
合には、開口数の決定にはコア中心部の屈折率が用いら
れる。[0010] The fiber structure of the plastic optical fiber used in the present invention may be a two-layer structure having a core and a clad. However, a second clad having a lower refractive index than the clad is provided on the periphery of the clad. With the three-layer structure, it is possible to increase the amount of light that can be taken into the plastic optical fiber and improve the light receiving efficiency from the light source. If the second clad is too thick, the second clad acts as an original clad, and as a result, it behaves similarly to a high numerical aperture optical fiber, which is not preferable. In the present invention, the thickness of the second clad is preferably formed to be smaller than the thickness of the clad,
Preferably, it is formed thinner than 10 μm. The core of the plastic optical fiber can be configured to have a uniform refractive index.Alternatively, a multilayer structure of polymethacrylate-based polymers can be used, or the refractive index can be continuously increased from the center of the core to the outside in the radial direction. Using the reduced configuration makes it easier for light to leak from the periphery of the core,
The optical fiber sensor according to the present invention is very effective. When the refractive index of the core changes in the radial direction as described above, the refractive index at the center of the core is used to determine the numerical aperture.
【００１１】本発明においてクラッドはコアよりもわず
かに屈折率が低い材料からなり、このような材料として
は、例えばフッ化アルキルメタクリレートとメチルメタ
クリレートとの共重合体、及びフッ化ビニリデン系ポリ
マーとポリメチルメタクリレート系ポリマーとの混合物
等が使用できる。第２クラッドの材料としては、屈折率
がクラッドより低い樹脂が用いられる。このような樹脂
としては、例えば、通常の高開口数を有する光ファイバ
で用いられている短鎖フッ化アルキルメタクリレートと
長鎖フッ化アルキルメタクリレートとメチルメタクリレ
ートとの共重合体、及びフッ化ビニリデン系ポリマー等
が挙げられる。In the present invention, the clad is made of a material having a refractive index slightly lower than that of the core. Examples of such a material include a copolymer of alkyl fluorinated methacrylate and methyl methacrylate, and a polymer of vinylidene fluoride-based polymer and poly (vinylidene). A mixture with a methyl methacrylate polymer can be used. As the material of the second clad, a resin having a lower refractive index than that of the clad is used. As such a resin, for example, a copolymer of short-chain alkyl fluoride methacrylate, long-chain alkyl fluoride methacrylate, and methyl methacrylate used in an optical fiber having a normal high numerical aperture, and vinylidene fluoride-based Polymers and the like.
【００１２】またクラッドまたは第２クラッドの周上
に、最外層として保護層を設けた構成としてもよい。こ
の保護層に用いられる材料としては、各種の熱可塑性樹
脂や熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、各種の形状記憶樹
脂、金属微粉や金属短繊維、金属長繊維を含んだ各種樹
脂等が使用できる。熱可塑性樹脂で好ましい樹脂として
は塩化ビニル、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリ
エチレン、塩素化ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル
共重合体、塩化ビニル（ＰＶＣ）とエチレン−酢酸ビニ
ル共重合体の混合物が挙げられる。中でも、エチレン−
酢酸ビニル共重合体、ＰＶＣとエチレン−酢酸ビニル共
重合体の混合物等の弾性率の小さい樹脂がより好ましく
用いられる。又、これらの樹脂に可塑剤を添加する事も
可能で、塩化ビニルの場合、例えばジオクチルフタレ−
ト、トリオクチルトリメリテ−ト、トリクレジルフォス
フェ−ト等が用いられる。但し、保護層中の可塑剤は、
プラスチック光ファイバへ移行して光ファイバの光学性
能、機械特性に支障を来す場合が有るので注意が必要で
ある。また、熱硬化性樹脂としてはフェノ−ル樹脂、ユ
リア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられ、光硬化性
樹脂としては例えばメチルメタクリレート（ＭＭＡ）に
光重合開始剤を混合したもの等が使用できる。また、形
状記憶樹脂としてはアクリル樹脂、トランスイソプレ
ン、ポリウレタン、ポリノルボンネル、スチレン／ブタ
ジエン共重合体等が使用できる。本発明の光ファイバセ
ンサにおいて、このような保護層をプラスチック光ファ
イバの最外層として設けることにより、耐環境特性が向
上し、屋外及び屋内で使用環境が厳しいような状況でも
使用可能となる。[0012] A protective layer may be provided as an outermost layer on the periphery of the clad or the second clad. As the material used for the protective layer, various thermoplastic resins, thermosetting resins, photocurable resins, various shape memory resins, various resins including fine metal powder, short metal fibers, and long metal fibers are used. it can. Preferred resins for the thermoplastic resin include vinyl chloride, low density polyethylene, linear low density polyethylene, chlorinated polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, and a mixture of vinyl chloride (PVC) and ethylene-vinyl acetate copolymer. No. Among them, ethylene-
A resin having a small elastic modulus such as a vinyl acetate copolymer or a mixture of PVC and an ethylene-vinyl acetate copolymer is more preferably used. It is also possible to add a plasticizer to these resins. In the case of vinyl chloride, for example, dioctyl phthalate
, Trioctyl trimellitate, tricresyl phosphate and the like are used. However, the plasticizer in the protective layer is
Care should be taken because the optical performance and mechanical properties of the optical fiber may be impaired by shifting to a plastic optical fiber. Examples of the thermosetting resin include phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, and polyurethane resin, and examples of the photocurable resin include photopolymerization starting with methyl methacrylate (MMA). What mixed the agent can be used. In addition, as the shape memory resin, an acrylic resin, trans isoprene, polyurethane, polynorbonnel, styrene / butadiene copolymer, or the like can be used. In the optical fiber sensor of the present invention, by providing such a protective layer as the outermost layer of the plastic optical fiber, the environmental resistance is improved, and the sensor can be used outdoors or indoors even in a severe environment.
【００１３】本発明において用いられる光源としては各
種発光波長の発光ダイオード（ＬＥＤ）及び半導体レー
ザ（ＬＤ）、ハロゲンランプ、水銀灯等の公知の光源を
用いることが可能である。特に本発明においては、プラ
スチック光ファイバの波長特性から５００〜６００ｎｍ
の範囲に発光波長が存在するＬＥＤあるいはＬＤが、あ
るいは６５０ｎｍ付近に発光波長が存在するＬＥＤある
いはＬＤが好ましい。本発明において用いられる受光体
としてはフォトダイオード、フォトマルチプライヤ、Ｃ
ＣＤ等各種公知の受光素子を用いることが可能である。As the light source used in the present invention, known light sources such as a light emitting diode (LED) and a semiconductor laser (LD) having various emission wavelengths, a halogen lamp, a mercury lamp and the like can be used. In particular, in the present invention, the wavelength characteristic of the plastic optical fiber is 500 to 600 nm.
LED or LD having an emission wavelength in the range of 650 nm, or LED or LD having an emission wavelength in the vicinity of 650 nm is preferable. As the photoreceptor used in the present invention, a photodiode, a photomultiplier, C
Various known light receiving elements such as a CD can be used.
【００１４】本発明の光ファイバセンサは、基本的には
変位センサの機能を有するものであるが、これを構成し
ているプラスチック光ファイバに対して変位を与える機
構と組み合わせて用いることにより、圧力センサ、温度
センサ、振動センサ、湿度センサ等として好適に使用す
ることができる。プラスチック光ファイバに変位を与え
得る機構として、例えば吸水して膨潤するような樹脂と
プラスチック光ファイバとを同じボックス（密閉空間）
内に配設する構成を採用することができる。この構成に
よれば樹脂の膨潤により光ファイバに曲げが引き起こさ
れ、受光体における受光量が変化することにより、ボッ
クス内への水の浸入あるいは湿度の変化を検出すること
ができるので、浸水センサ、あるいは湿度センサとして
機能する光ファイバセンサが得られる。この他にも、温
度、湿度、圧力により変形を加えられるような機構と組
み合わせることにより、同様に、それらの物理量のセン
サを構成することが可能である。Although the optical fiber sensor of the present invention basically has the function of a displacement sensor, the pressure sensor can be used in combination with a mechanism for displacing the plastic optical fiber constituting the sensor. It can be suitably used as a sensor, a temperature sensor, a vibration sensor, a humidity sensor, and the like. As a mechanism capable of giving a displacement to a plastic optical fiber, for example, a resin and a plastic optical fiber that absorb water and swell are placed in the same box (closed space).
Can be adopted. According to this configuration, bending of the optical fiber is caused by the swelling of the resin, and the amount of light received by the photoreceptor changes, so that it is possible to detect the infiltration of water into the box or the change in humidity. Alternatively, an optical fiber sensor functioning as a humidity sensor is obtained. In addition, by combining with a mechanism capable of applying deformation by temperature, humidity, and pressure, it is possible to similarly configure a sensor of those physical quantities.
【００１５】本発明の光ファイバセンサは、低開口数の
プラスチック光ファイバの両端に光源および受光体がそ
れぞれ設けられてなるものである。従って、プラスチッ
ク光ファイバにマイクロベンディングを生じさせるよう
な変位がわずかに生じただけでも伝送損失が変化するの
で、非常に高感度のセンサである。またプラスチック光
ファイバを用いているので衝撃に対する強度に優れてお
り、プラスチック光ファイバ自体が変位に対して高感度
に反応し得るので、変位を与える機構が簡単で済むとい
う利点を有する。The optical fiber sensor according to the present invention comprises a plastic optical fiber having a low numerical aperture and a light source and a photoreceptor provided at both ends. Therefore, even a slight displacement that causes microbending in the plastic optical fiber changes the transmission loss, so that the sensor is very sensitive. Further, since the plastic optical fiber is used, it has excellent strength against impact, and the plastic optical fiber itself can respond to the displacement with high sensitivity, so that there is an advantage that the mechanism for giving the displacement can be simplified.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて説明するが、
本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではな
い。なお、以下の実施例および比較例においてプラスチ
ック光ファイバに対する変位は、光ファイバの曲げ半径
と同じ半径を有する円柱物の周上に、半周分沿わせた状
態で光ファイバを保持することにより与えられる。Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples.
The scope of the present invention is not limited to these examples. In the following Examples and Comparative Examples, the displacement with respect to the plastic optical fiber is given by holding the optical fiber along a half circumference on the circumference of a cylinder having the same radius as the bending radius of the optical fiber. .
【００１７】（実施例１）コア材として屈折率１．４９
０のポリメチルメタクリレ−ト樹脂、クラッド材として
屈折率１．４６０の、1,1,2,2-テトラヒト゛ロハ゜ーフルオロテ゛シルメタクリ
レート３０wt.％とメチルメタクリレート６９wt.％とメタ
クリル酸１wt.％との共重合体を用いてなる直径１ｍｍ
のプラスチック光ファイバを用意した。コアの径は９８
０μｍでクラッドの厚みは１０μｍとした。また、この
プラスチック光ファイバの開口数は０．３０であった。
このプラスチック光ファイバの両端を研磨し、一端にフ
ォトダイオードからなる受光体を設け、反対端に６５０
ｎｍ波長帯のＬＥＤを配設して光ファイバセンサとし
た。プラスチック光ファイバに曲げ半径１００ｍｍとな
るような変位を与えると、伝送損失が増加し、受光セン
サにおいては受光量が４％減少した。この受光量の変化
は十分にセンシング可能なものである。(Example 1) A refractive index of 1.49 was used as a core material.
Polymethyl methacrylate resin having a refractive index of 1.460 as a cladding material, comprising 30% by weight of 1,1,2,2-tetrahydrofluorofluorodecyl methacrylate, 69% by weight of methyl methacrylate, and 1% by weight of methacrylic acid. 1mm diameter made of copolymer
Was prepared. Core diameter is 98
The thickness of the cladding was set to 10 μm at 0 μm. The numerical aperture of this plastic optical fiber was 0.30.
Both ends of this plastic optical fiber are polished, a photoreceptor comprising a photodiode is provided at one end, and 650 is provided at the opposite end.
An LED in the nm wavelength band was provided to provide an optical fiber sensor. When the plastic optical fiber was displaced so as to have a bending radius of 100 mm, the transmission loss increased, and the light receiving amount of the light receiving sensor decreased by 4%. This change in the amount of received light can be sufficiently sensed.
【００１８】（実施例２）実施例１において、クラッド
材を屈折率１．４７０の、1,1,2,2-テトラヒト゛ロハ゜ーフルオロテ゛シル
メタクリレート２０wt.％とメチルメタクリレート７９wt.％と
メタクリル酸１wt.％との共重合体に変更した他は同様
にして、プラスチック光ファイバを用意した。このプラ
スチック光ファイバの開口数は０．２４であった。この
プラスチック光ファイバを用い、上記実施例１と同様に
して光ファイバセンサを構成した。プラスチック光ファ
イバに曲げ半径２００ｍｍとなるような変位を与える
と、伝送損失が増加し、受光センサにおいては受光量が
５％減少した。この受光量の変化は充分にセンシング可
能なものであった。(Example 2) In Example 1, the clad material was prepared by changing the cladding material to a refractive index of 1.470, 20 wt.% Of 1,1,2,2-tetrahydrofluorofluorodecyl methacrylate, 79 wt.% Of methyl methacrylate and 1 wt. %, A plastic optical fiber was prepared in the same manner, except that the copolymer was changed to a copolymer with%. The numerical aperture of this plastic optical fiber was 0.24. Using this plastic optical fiber, an optical fiber sensor was constructed in the same manner as in Example 1. When the plastic optical fiber was displaced so as to have a bending radius of 200 mm, the transmission loss increased, and the light receiving amount of the light receiving sensor decreased by 5%. This change in the amount of received light was sufficient for sensing.
【００１９】（実施例３）実施例２と同様のプラスチッ
ク光ファイバの外周上に、保護材としてポリエチレンを
被覆し、外径２．２ｍｍとした。この被覆プラスチック
光ファイバを用い、上記実施例１と同様にして光ファイ
バセンサを構成した。プラスチック光ファイバに加重を
乗せ、曲げ半径２２０ｍｍとなるような変位を与える
と、伝送損失が増加し、受光センサにおいては受光量が
６％減少した。この光量の変化は充分にセンシング可能
なものであった。なお、この被覆プラスチック光ファイ
バは屋外のような環境に厳しい条件下でも使用可能であ
った。(Example 3) The outer periphery of a plastic optical fiber similar to that of Example 2 was coated with polyethylene as a protective material to have an outer diameter of 2.2 mm. Using this coated plastic optical fiber, an optical fiber sensor was constructed in the same manner as in Example 1 above. When a load was applied to the plastic optical fiber to give a bending radius of 220 mm, the transmission loss increased, and the light receiving amount of the light receiving sensor decreased by 6%. This change in the amount of light was sufficient for sensing. This coated plastic optical fiber could be used under severe conditions such as outdoors.
【００２０】（実施例４）実施例２と同様の構成のプラ
スチック光ファイバのクラッドの周上に、屈折率１．４
０２のフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン（２
０／８０ｗｔ％）共重合体からなる、厚さ５μｍの第２
クラッドを設けた。このプラスチック光ファイバの開口
数は約０．２４であった。このプラスチック光ファイバ
を用い、上記実施例１と同様にして光ファイバセンサを
構成した。第２クラッドを設けたことにより光ファイバ
への入射光量が実施例２と比較して約２０％向上した。
プラスチック光ファイバに曲げ半径１５０ｍｍとなるよ
うな変位を与えると、伝送損失が増加し、受光センサに
おいては受光量が５％減少した。この受光量の変化は充
分にセンシング可能なものであった。(Embodiment 4) A refractive index of 1.4 is formed on the circumference of a cladding of a plastic optical fiber having the same structure as that of Embodiment 2.
02 vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene (2
0/80 wt%) 5 μm thick second copolymer
A clad was provided. The numerical aperture of this plastic optical fiber was about 0.24. Using this plastic optical fiber, an optical fiber sensor was constructed in the same manner as in Example 1. By providing the second clad, the amount of light incident on the optical fiber was improved by about 20% as compared with the second embodiment.
When the plastic optical fiber was displaced so as to have a bending radius of 150 mm, the transmission loss increased, and the light receiving amount of the light receiving sensor decreased by 5%. This change in the amount of received light was sufficient for sensing.
【００２１】（実施例５）上記実施例１において、クラ
ッド材を屈折率１．４８５の、1,1,2,2-テトラヒト゛ロハ゜ーフルオロ
テ゛シルメタクリレート６wt.％とメチルメタクリレート９３wt.％
とメタクリル酸１wt.％との共重合体に変更した他は同
様にしてプラスチック光ファイバを用意した。このプラ
スチック光ファイバの開口数は０．１２であった。この
プラスチック光ファイバを用い、上記実施例１と同様に
して光ファイバセンサを構成した。プラスチック光ファ
イバに曲げ半径３００ｍｍとなるような変位を与える
と、伝送損失が増加し、受光センサにおいては受光量が
５％減少した。この受光量の変化は充分にセンシング可
能なものであった。(Example 5) In Example 1, 6% by weight of 1,1,2,2-tetrahuman difluorofluorodecyl methacrylate and 93% by weight of methyl methacrylate having a refractive index of 1.485 were used.
A plastic optical fiber was prepared in the same manner except that the copolymer was changed to a copolymer of methacrylic acid and 1% by weight of methacrylic acid. The numerical aperture of this plastic optical fiber was 0.12. Using this plastic optical fiber, an optical fiber sensor was constructed in the same manner as in Example 1. When the plastic optical fiber was displaced so as to have a bending radius of 300 mm, the transmission loss increased, and the light receiving amount of the light receiving sensor decreased by 5%. This change in the amount of received light was sufficient for sensing.
【００２２】（比較例１）上記実施例１においてクラッ
ド材を屈折率１．４０２の、フッ化ビニリデン／テトラ
フルオロエチレン（２０／８０ｗｔ％）共重合体に変更
した他は同様にしてプラスチック光ファイバを用意し
た。このプラスチック光ファイバの開口数は０．５１で
あった。このプラスチック光ファイバを用い、上記実施
例１と同様にして光ファイバセンサを構成した。このプ
ラスチック光ファイバに曲げ半径１００ｍｍにとなるよ
うな変位を与えても、伝送損失に変化が無く、受光セン
サにおける受光量の変化はなかった。Comparative Example 1 A plastic optical fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the cladding material was changed to a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene (20/80 wt%) copolymer having a refractive index of 1.402. Was prepared. The numerical aperture of this plastic optical fiber was 0.51. Using this plastic optical fiber, an optical fiber sensor was constructed in the same manner as in Example 1. Even when the plastic optical fiber was displaced so as to have a bending radius of 100 mm, there was no change in transmission loss and no change in the amount of light received by the light receiving sensor.
【００２３】（比較例２）芯材として屈折率１．４９０
のポリメチルメタクリレート樹脂、クラッド材として屈
折率１．４８９の1,1,2,2-テトラヒト゛ロハ゜ーフルオロテ゛シルメタクリレート
０．５wt.％とメチルメタクリレート９９wt.％とメタク
リル酸０．５wt.％との共重合体を用いてなる直径１ｍ
ｍのプラスチック光ファイバを用意した。このプラスチ
ック光ファイバの開口数は０．０４であった。このプラ
スチック光ファイバを用い、上記実施例１と同様にして
光ファイバセンサを構成した。この光ファイバセンサは
周辺環境の微細な変動（風、装置等による微弱な振動
等）に非常に敏感に作動し、特定の変動をセンシングで
きるようなものではなかった。Comparative Example 2 A refractive index of 1.490 was used as a core material.
Polymethyl methacrylate resin having a refractive index of 1.489, 1,1,2,2-tetrahydrofluorofluorodecyl methacrylate 0.5 wt.%, Methyl methacrylate 99 wt.% And methacrylic acid 0.5 wt. 1m diameter made of polymer
m plastic optical fiber was prepared. The numerical aperture of this plastic optical fiber was 0.04. Using this plastic optical fiber, an optical fiber sensor was constructed in the same manner as in Example 1. This optical fiber sensor operates very sensitively to minute fluctuations in the surrounding environment (eg, weak vibrations caused by wind, devices, and the like), and is not capable of sensing a specific fluctuation.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
ラスチック光ファイバを用いているので衝撃に対する脆
さがなく、そのプラスチック光ファイバが低開口数であ
るので非常に簡単な構成で高精度に各種周辺環境の変化
を認識しうる光ファイバセンサが得られる。また、プラ
スチック光ファイバのファイバ構造をコア−クラッドの
外側に更に低屈折率の第２クラッドを設けることによ
り、光源からの受光効率を向上することが可能である。
さらに、最外層として保護層を設けることにより屋外及
び屋内で使用環境が厳しいような状況でも使用可能とす
ることができる。As described above, according to the present invention, since a plastic optical fiber is used, there is no brittleness against impact, and since the plastic optical fiber has a low numerical aperture, it has a very simple structure and high precision. Thus, an optical fiber sensor capable of recognizing changes in various surrounding environments can be obtained. Further, by providing the second clad having a low refractive index outside the core-clad in the fiber structure of the plastic optical fiber, it is possible to improve the light receiving efficiency from the light source.
Further, by providing a protective layer as the outermost layer, it can be used even in a situation where the use environment is severe outdoors and indoors.
【図１】 プラスチック光ファイバの開口数を変化させ
たときの、曲げ半径と伝送損失増加量との関係を示した
グラフである。FIG. 1 is a graph showing a relationship between a bending radius and an increase in transmission loss when a numerical aperture of a plastic optical fiber is changed.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F103 BA22 BA37 CA02 EC08 ED06 ED18 FA15 2H050 AB43X AB44Y AB47Y AB50Y AC03 AC05 AC36 AD06 BB02Q BB05Q BB07Q BB09Q BB10Q BB14Q BB17Q BB32Q BB35Q ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F103 BA22 BA37 CA02 EC08 ED06 ED18 FA15 2H050 AB43X AB44Y AB47Y AB50Y AC03 AC05 AC36 AD06 BB02Q BB05Q BB07Q BB09Q BB10Q BB14Q BB17Q BB32Q BB35Q
Claims (3)
受光体を備えてなる光ファイバセンサであって、前記光
ファイバとして開口数が０．０５以上０．３５以下のプ
ラスチック光ファイバを用いてなることを特徴とする光
ファイバセンサ。An optical fiber sensor comprising a light source at one end of an optical fiber and a photoreceptor at the other end, wherein a plastic optical fiber having a numerical aperture of 0.05 to 0.35 is used as the optical fiber. An optical fiber sensor characterized by being used.
と、コアの周上に設けられたクラッドと、該クラッドの
周上に設けられ、該クラッドよりも低屈折率の第２クラ
ッドを有するプラスチック光ファイバであることを特徴
とする請求項１記載の光ファイバセンサ。2. The plastic optical fiber according to claim 1, wherein the plastic optical fiber has a core, a clad provided on the periphery of the core, and a second clad provided on the periphery of the clad and having a lower refractive index than the clad. The optical fiber sensor according to claim 1, wherein
として保護層を備えてなることを特徴とする請求項１ま
たは２のいずれかに記載の光ファイバセンサ。3. The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the plastic optical fiber includes a protective layer as an outermost layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10281828A JP2000111426A (en) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | Optical fiber sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10281828A JP2000111426A (en) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | Optical fiber sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000111426A true JP2000111426A (en) | 2000-04-21 |
Family
ID=17644579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10281828A Pending JP2000111426A (en) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | Optical fiber sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000111426A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006105973A (en) * | 2004-09-08 | 2006-04-20 | Hitachi Cable Ltd | Impact detection optical fiber sensor |
| JP2009052714A (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-12 | Yachiyo Industry Co Ltd | Breakage detection system and breakage detection method for cable protection chain |
| JP2021043052A (en) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 学校法人 創価大学 | Optical fiber sensor |
-
1998
- 1998-10-02 JP JP10281828A patent/JP2000111426A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006105973A (en) * | 2004-09-08 | 2006-04-20 | Hitachi Cable Ltd | Impact detection optical fiber sensor |
| JP2009052714A (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-12 | Yachiyo Industry Co Ltd | Breakage detection system and breakage detection method for cable protection chain |
| JP2021043052A (en) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 学校法人 創価大学 | Optical fiber sensor |
| JP7134438B2 (en) | 2019-09-11 | 2022-09-12 | 学校法人 創価大学 | fiber optic sensor |
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