JP2001281077A - 光ファイバ歪みセンサ - Google Patents
光ファイバ歪みセンサInfo
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Abstract
記欠点を克服した光ファイバ歪みセンサを提供する。 【解決手段】 入射した光のブリルアン散乱により光フ
ァイバに生じた歪みを検出する光ファイバ歪みセンサで
あって、前記光ファイバ2が伸び歪みを生じた状態で光
ファイバ2を被覆する外皮14に固定されている。
Description
た歪みセンサに関する。
ている。その目的は、構造材の機械試験、構造物のメイ
ンテナンスや防災などである。応力−歪み曲線の測定、
変形のモニタ−や異常点の検出に利用されている。歪み
検出手段として抵抗線歪み計に代表される電気的測定が
ある。しかしながら、点測定であることや電磁ノイズを
受け易いことから、実際の適用においては測定数および
場所に関して費用の面から限られた測定数および場所と
ならざるを得ない。最近、これらの欠点を克服するため
光ファイバを用いて歪みを分布として測定する方法が提
案されている(特開平6−273270号公報、特開平
10−90018号公報、特開平10−90120号公
報など)。この測定システムは、光ファイバに入射され
た光の後方散乱光(ブリルアン散乱)の歪み依存性を有
する周波数シフト量を、時分割的に測定し、歪みの大き
さと生じている場所を分布として知ることができる。こ
の測定システムの適用により比較的安価に歪みを分布と
して測定することが出来るようになってきている。その
測定能力は、距離分解能1m、歪み分解能0.1mm/1
m、測定可能距離50kmであり、許容ダイナミックレン
ジ(光ファイバによる全伝送損失レベル)は測定条件に
よるが最も低い値で約2dBである。
み検出に用いられる光ファイバ(光ファイバ歪みセン
サ)は、光ファイバ通信用のシングルモ−ド(SM)光フ
ァイバである(特開平10−197298号公報)。こ
の通信用の光ファイバは布設環境を考慮して、外皮に対
して0.2%程度の正余長を付与している。すなはち、
0.2%の伸び変形に対して光ファイバの光学的性能が
低下しないように設計している。
ると、図2に示す光ファイバ素線5の光ファイバに正余
長を与えるには、裸光ファイバ3(図1に示すようにク
ラッド1およびコア2からなっている)にうねりを与え
て、樹脂4で被覆する。図3に示す光ファイバ心線7の
場合には、光ファイバ素線5にうねりを与えて樹脂6で
被覆する。図4に示す光ファイバコード10の場合に
は、光ファイバ心線7にうねりを与え、ケブラ−繊維9
と光ファイバ心線7との間で長さを変えた状態で、外装
シースで被覆する。図5に示す光ケ−ブル13の場合に
は、テンションメンバー11を軸としてその周りに光コ
−ド10(または光心線)を撚り、外装シース12で被
覆する。
用環境を考慮して金属管入り光ファイバを光ファイバ歪
みセンサとして使用するものが提案されている(特開平
10−90018号公報)。図10に示す歪み検出光フ
ァイバケーブル21は、裸光ファイバ3を樹脂14で被
覆した光ファイバ素線を、金属管19に挿入したもので
ある。図11に示す歪み検出光ファイバケーブル21
は、裸光ファイバ3を樹脂14で被覆した光ファイバ素
線を、金属管19に挿入し、光ファイバ素線を金属管1
9に樹脂で固定したものである。
が無く、これらの光ファイバを歪み検出に使用すると正
の余長分だけ初期感度が鈍くなると共に伸びが生じた場
所の特定が困難になる。このことは測定器自体が本来持
っている能力が発揮されないことを意味する。
る。図12において、歪み検出光ファイバ25の一端に
歪み測定機24が接続される。歪み検出光ファイバ25
に荷重を加える荷重負荷機26は、固定部27と可動部
28とを備えている。歪み検出光ファイバ25の測定箇
所を固定部27で把持し、可動部28を移動して歪み検
出光ファイバ28に所定の引張荷重を与える。
光ファイバケーブルを、図12に示す歪み試験装置で
0.3%の歪み(6mを6.018mmに伸ばす)試験し
た結果を図13に示す。図10の歪み検出光ファイバケ
ーブルは、歪み発生位置がずれるとともに値は正確さを
欠いている。図11の歪み検出光ファイバケーブルは、
歪み検出位置が広がると共に値が低くなっている。図1
0の歪み検出光ファイバケーブルは、内包されている光
ファイバが固定されていないので、荷重範囲に漸次引き
込まれ、結果として光ファイバの動きの悪いR部近傍
(図12参照)で歪みが発生したものと思われる。図1
1の歪み検出光ファイバケーブルは、もともと光ファイ
バが有している正余長分だけ感度が鈍くなると共に荷重
範囲両端近傍の無荷重部分の正余長を引き込んでいると
思われる。
センサの上記欠点を克服した光ファイバ歪みセンサを提
供するものである。
センサは、入射した光のブリルアン散乱により光ファイ
バに生じた歪みを検出する光ファイバ歪みセンサであっ
て、前記光ファイバが伸び歪みを生じた状態で光ファイ
バを被覆する外皮に固定されている。
イバに伸び歪みが生じている状態で光ファイバを外皮に
固定しているので、光ファイバが外皮と一体となって正
確に伸縮する。したがって、歪み検出に不感帯がなく、
また精度も向上する。
が金属管で全線にわたって光ファイバを固定することに
より、耐環境性が向上する。また、外皮が金属で間欠的
に光ファイバが固定することにより、歪み発生時の外皮
の縮径に起因する光ファイバへの側圧による伝送損失増
加を軽減し、精度の良い長距離の歪み測定を可能にす
る。さらに、簡便なかしめによる間欠固定を実施し、光
ファイバ歪みセンサの製造コストを低減する。
は、光ファイバが伸び歪みを生じた状態で光ファイバを
被覆する外皮に固定されている。伸び歪みの大きさは、
0.01〜2%好ましくは0.1〜1%である。下限の
0.01%は歪み測定器の検出限界であり、歪みが2%
を超えると光ファイバが破断するおそれがある。また、
好ましい範囲で0.1%以上であると均一に余長を与え
ることができ、1%は歪み測定の実用的な範囲の上限で
ある。
られる。樹脂として、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、
ナイロンその他が用いられる。金属として、ステンレス
鋼、インコネル(インコ社商標名)、銅、チタン、アル
ミニウムその他が用いられる。
5を示している。コア2がクラッド1で被覆され裸光フ
ァイバを樹脂14で被覆している。図14は、この光フ
ァイバ歪みセンサ15の製造方法を示している。裸光フ
ァイバにダンサロール33で張力を加えながら裸光ファ
イバ供給リール30から裸光ファイバを送り出す。送り
出された裸光ファイバを樹脂塗布装置31で被覆し、冷
却装置32で冷却したのち光ファイバ歪みセンサ巻取り
装置34で巻き取る。
1を示している。コア2およびクラッド1からなる裸光
ファイバを樹脂14で被覆している。樹脂14で被覆さ
れた裸光ファイバは、金属管19内に挿入されている。
樹脂14で被覆された裸光ファイバは、金属管19に固
定用樹脂20(例えば熱硬化性エポキシ樹脂)で全長に
わたって金属管19に固定されている。図15は、この
光ファイバ歪みセンサ21の製造方法を示している。樹
脂被覆した裸光ファイバ(通常の樹脂被覆を有する石英
系シングルモード光ファイバでもよい)にダンサロール
33で張力を加えながら被覆光ファイバ供給リール30
から被覆光ファイバを送り出し、ガイドロール41を経
て樹脂塗布装置31に供給する。一方、金属フープ供給
装置43から板状の金属フープが送り出し、成形ロール
44で上方に開口するC形の管状体に成形する。樹脂塗
布装置31で、上記被覆光ファイバを管状体に開口部か
ら挿入しながら樹脂を塗布する。ついで、最終成形ロー
ル45で管に成形し、加熱装置42で加熱し、冷却装置
32で冷却したのち光ファイバ歪みセンサ巻取り装置4
6で巻き取る。
3を示している。光ファイバ歪みセンサ23は、裸光フ
ァイバ3を樹脂14で被覆し、金属管19に挿入されて
いる。金属管19を外部から内径方向に圧縮し、かしめ
て樹脂被覆光ファイバを金属管19に固定している。光
ファイバ長手方向のかしめ22の間隔は、歪み測定条件
によるが、例えば1m以上である。図16は、この光フ
ァイバ歪みセンサ23の製造方法を示している。金属管
に挿入された樹脂被覆光ファイバを金属管入り光ファイ
バ供給装置50から送り出し、金属管入り光ファイバを
かしめ装置52でかしめたのち、光ファイバ歪みセンサ
巻取り装置53で巻き取る。かしめ装置52は、ガイド
ロール51で金属管入り光ファイバを案内、保持し、エ
アシリンダー55で駆動されるかしめ治具54によりか
しめる。かしめられた金属管入り光ファイバのかしめ位
置をかしめ位置検出器56で検出し、かしめ位置に基づ
いて金属管入り光ファイバをかしめ間隔だけ金属管入り
光ファイバ供給装置50から送り出す。巻き取られた金
属管入り光ファイバは、別工程でかしめ間隔ごとに伸び
歪みが与えれられる。
図14に製造方法を示す。コアおよびクラッドから成る
石英系シングルモ−ド裸ファイバにUV硬化樹脂を被覆
する際に、裸ファイバに所定の張力を付与(矢印にて示
す)しながら巻き取った。裸光ファイバ 外径 :0.125mm 被覆外径 :0.25mm 張力 :2.0N 初期歪み :0.2%
す。図15に製造方法を示す。通常の樹脂被覆を有する
石英系シングルモ−ド光ファイバを金属管に挿通する際
に、エポキシ樹脂(加熱硬化型)を塗布して樹脂が硬化
し金属管と光ファイバが固定されるまで光ファイバに所
定の張力を付与した。 裸光ファイバ外径:0.125mm 樹脂被覆外径 :0.9mm 樹脂材質 :ナイロン 金属管外径 :1.8mm 金属管内径 :1.4mm 金属管材質 :ステンレス 張力 :9.0N 初期歪み :0.3%
す。図16に製造方法を示す。通常の樹脂被覆を有する
石英系シングルモ−ド光ファイバを金属管に挿通(特開
昭62−44010号公報で開示されている方法を適
用)し余長をマイナス0.1%に調整(特開昭63−1
87209号公報を適用)後、所定間隔で金属管と光フ
ァイバをかしめ、金属管ごと所定の塑性歪みを生じる張
力を付与した。その後、張力を解放した。全長22mの
うち4m−9mに0.2%の塑性歪みを与えた。その後
8m−14mに図12に示す要領で0.2%の伸び歪み
試験を実施した。その結果は図9に示すごとく正常な値
を示している。 裸光ファイバ外径:0.125mm 樹脂被覆外径 :0.9mm 樹脂材質 :ナイロン 金属管外径 :2.0mm 金属管内径 :1.6mm 金属管材質 :ステンレス かしめ間隔 :1m かしめ部内径 :0.7mm 張力 :210N 初期歪み :0.1%
しない場合、比較的安価に適用する。実施例2は機械的
強度や耐環境性が要求される場合、金属管を保護管とし
て適用する。実施例3は、実施例1や3のように全線、
外皮と光ファイバが固定されていると歪みが生じた時の
外皮の縮径による光ファイバへの側圧により光ファイバ
の伝送損失が増加し長距離の測定が出来ない場合に適用
する。図17に示すように実施例2は荷重範囲(400
m)において約2dBの伝送損失、実施例3は0.25dB
である。ダイナミックレンジが2dBとすると、測定可能
距離は実施例2は400mで、実施例3は3200mで
ある。格段に改善されている。図13に図12の試験要
領で試験した結果示す。歪みの位置および精度を正確に
検知していることが分かる。(実施例1および3は実施
例2とほとんどグラフが重なるので省略する)
い歪み位置および値を得ることができるようになる。し
かも測定距離も伸ばすことができ歪み測定器の能力を充
分に発揮できるようになる。実際の工業的適用に際して
も、耐環境性が優れ且つ安価なセンサを提供できる。使
用する光ファイバの種類や樹脂の種類、金属管の材質、
外径や肉厚、かしめの距離等は適用する環境に合わせて
適当に選択可能であることは云うまでもない。また金属
管に樹脂被覆をかけて耐薬品性や絶縁性を得てもよい。
る。
る。
る。
示す線図である。
面図である。
す断面図である。
する図面である。
して示す線図である。
製造方法を説明する図面である。
製造方法を説明する図面である。
製造方法を説明する図面である。
である。
Claims (4)
- 【請求項1】 入射した光のブリルアン散乱により光フ
ァイバに生じた歪みを検出する光ファイバ歪みセンサで
あって、前記光ファイバが伸び歪みを生じた状態で光フ
ァイバを被覆する外皮に固定されていることを特徴とす
る光ファイバ歪みセンサ。 - 【請求項2】 前記光ファイバが金属からなる外皮に全
線にわたって固定されていることを特徴とする請求項1
記載の光ファイバ歪みセンサ。 - 【請求項3】 前記光ファイバが金属からなる外皮に間
欠的に固定されていることを特徴とする請求項1項記載
の光ファイバ歪みセンサ。 - 【請求項4】 前記光ファイバがかしめにより前記外皮
に固定されていることを特徴とする請求項3記載の光フ
ァイバ歪みセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000093655A JP2001281077A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 光ファイバ歪みセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000093655A JP2001281077A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 光ファイバ歪みセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001281077A true JP2001281077A (ja) | 2001-10-10 |
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ID=18608810
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000093655A Pending JP2001281077A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 光ファイバ歪みセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001281077A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008122368A (ja) * | 2006-10-12 | 2008-05-29 | Robert Bosch Gmbh | 光学的なファイバゾンデ |
JP2010133876A (ja) * | 2008-12-05 | 2010-06-17 | Tokyo Sokki Kenkyusho Co Ltd | 溶接型ひずみゲージおよび溶接型ひずみゲージの製造方法 |
JP2015194522A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 株式会社オーシーシー | 光ファイバケーブル及び光信号変動検知センサーシステム |
JP2019159227A (ja) * | 2018-03-16 | 2019-09-19 | 日鉄溶接工業株式会社 | 光ファイバ歪みセンサおよびその製造方法 |
-
2000
- 2000-03-30 JP JP2000093655A patent/JP2001281077A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008122368A (ja) * | 2006-10-12 | 2008-05-29 | Robert Bosch Gmbh | 光学的なファイバゾンデ |
JP2010133876A (ja) * | 2008-12-05 | 2010-06-17 | Tokyo Sokki Kenkyusho Co Ltd | 溶接型ひずみゲージおよび溶接型ひずみゲージの製造方法 |
JP2015194522A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 株式会社オーシーシー | 光ファイバケーブル及び光信号変動検知センサーシステム |
JP2019159227A (ja) * | 2018-03-16 | 2019-09-19 | 日鉄溶接工業株式会社 | 光ファイバ歪みセンサおよびその製造方法 |
JP7026542B2 (ja) | 2018-03-16 | 2022-02-28 | 日鉄溶接工業株式会社 | 光ファイバ歪みセンサおよびその製造方法 |
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