JP2008014641A - 光ファイバセンサおよびそれを用いた歪み測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円柱状の剛体11と、剛体11の表面に一定のピッチ周期で螺旋状に巻きつけられる光ファイバ2とから構成され、光ファイバ2は片端に光ファイバ歪み分布測定器5が接続されると共に、剛体11の表面に密着した状態で接着固定され、且つ、剛体11の表面に巻きつけられる光ファイバ2の光ファイバ長が光ファイバ歪み分布測定器5の最小距離分解能以上の長さであり、剛体11の半径と螺旋のピッチ長との比が6以下である光ファイバセンサにより被測定物の歪みを測定する構成とした。
【選択図】図1
Description
L=(P2+(2πr)2)1/2 …(1)
このとき光ファイバ2に与えられる曲率半径Rは、以下に示す(2)式で表される。
R=L2/(2π)2r …(2)
P1=(1+εs)P …(3)
また、螺旋の半径は以下に示す(4)式のr1に縮小する。
r1=(1−μεs)r …(4)
ただし、ここでμ(>0)は剛体31の材料のポアソン比である。
単位構造30中の光ファイバ2の全長は以下に示す(5)式のL1に変化する。
L1=(P1 2+(2πr1)2)1/2 …(5)
L1/L=(P1 2+(2πr1)2)1/2/(P2+(2πr)2)1/2=1+εf …(6)
(6)式の両辺を二乗し、歪みεfの二乗の項は他の項と比べて十分小さいので、これらを0と近似すると、剛体31の伸び歪みεsと光ファイバ2の歪みεfとの関係式として(7)式が得られる。
εf=(X2−(2π)2μ)/(X2+(2π)2)・εs=Qεs …(7)
ここで、X=P/rであり、初期状態の光ファイバ2の螺旋の半径rとピッチ長Pとから与えられる定数(以下、比例定数Xという)である。
比例定数kは以下に示す(8)式によって表される。
k=L/P=(1+(2π/X)2)1/2 …(8)
また、上述した(2)式で示した光ファイバ2に与えられる曲率半径Rは、比例定数Xを用いて以下に示す(9)式によって表される。
R=L2/(2π)2r=(1+(X/2π)2)r …(9)
定数Xが2以下程度、という二つの領域が、測定に適した比例定数Xの領域となる。なお、上記(i)の領域ではポアソン比μの小さな材料を、上記(ii)の領域ではポアソン比μの大きな材料を、剛体材料として用いることが望ましい。
2 光ファイバ
3 センサ部
4 被覆部材
5 光ファイバ歪み分布測定器
6 温度モニタ部
Claims (9)
- 円柱状の剛体と、前記剛体の表面に一定のピッチ周期で螺旋状に巻きつけられる光ファイバとから構成される光ファイバセンサであって、前記光ファイバは片端に前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定する測定手段が接続されると共に、前記剛体の表面に密着した状態で接着固定され、且つ、前記剛体の表面に巻きつけられる前記光ファイバの光ファイバ長が前記測定手段の最小距離分解能以上の長さであり、前記剛体の半径と前記螺旋のピッチ長との比が6以下であることを特徴とする光ファイバセンサ。
- 請求項1記載の光ファイバセンサにおいて、前記光ファイバは、1.3μm帯零分散シフトファイバまたは空孔アシスト光ファイバであることを特徴とする光ファイバセンサ。
- 請求項1又は請求項2記載の光ファイバセンサにおいて、前記剛体の表面に前記光ファイバを螺旋状且つ密着した状態で接着固定して構成されるセンサ部における前記光ファイバの曲率半径が15mm以下であることを特徴とする光ファイバセンサ。
- 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光ファイバセンサにおいて、前記剛体の表面に前記光ファイバを螺旋状且つ密着した状態で接着固定して構成されるセンサ部の近傍に、温度モニタ手段として、前記測定手段の最小距離分解能以上の長さを有する前記光ファイバを配設したことを特徴とする光ファイバセンサ。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光ファイバセンサを用いて被測定物の歪みを測定する方法であって、前記光ファイバを前記剛体の表面に前記測定手段の距離分解能以上の長さで螺旋状且つ密着した状態で接着固定して構成されるセンサ部を前記被測定物に接着固定し、前記測定手段により前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数のシフト量を測定し、前記被測定物の歪み分布を得ることを特徴とする光ファイバセンサを用いた歪み測定方法。
- 片端にブリルアン散乱光の周波数のシフト量の測定を行う測定手段が接続された光ファイバからなり、被測定物として円柱状の剛体の歪み分布を測定する光ファイバセンサであって、前記光ファイバを前記被測定物の表面に一定のピッチ周期で螺旋状に巻きつけると共に、前記被測定物の表面に密着した状態で接着固定し、且つ、前記被測定物の表面に巻きつけられる前記光ファイバの光ファイバ長が、前記測定手段の最小距離分解能以上の長さであり、前記剛体の半径と前記螺旋のピッチ長との比が6以下であることを特徴とする光ファイバセンサ。
- 請求項6記載の光ファイバセンサにおいて、前記光ファイバが、1.3μm帯零分散シフトファイバまたは空孔アシスト光ファイバであることを特徴とする光ファイバセンサ。
- 請求項6又は請求項7記載の光ファイバセンサにおいて、前記被測定物の表面に前記光ファイバを螺旋状且つ密着した状態で接着固定した部分の近傍に、温度モニタ手段として、前記測定手段の最小距離分解能以上の長さを有する前記光ファイバを配設したことを特徴とする光ファイバセンサ。
- 請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の光ファイバセンサを用いて被測定物の歪みを測定する方法であって、前記光ファイバを前記被測定物の表面に前記測定手段の距離分解能以上の長さ且つ一定のピッチ周期で螺旋状に巻きつけ、前記被測定物に密着させた状態で接着固定し、前記測定手段により前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数のシフト量を測定し、前記被測定物の歪み分布を得ることを特徴とする光ファイバセンサを用いた歪み測定方法。
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