JPH0835843A - 光ファイバセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 断熱効果、熱均一効果、熱応力除去効果、振
動吸収効果、磁気遮蔽効果を奏する光ファイバセンサを
提供する。 【構成】 光源１、光方向性結合器４、センシングコイ
ル６および受光器７を具備し、光源１から出射された光
は光方向性結合器４により分岐してセンシングコイル６
にその両端から左右両回り光として入射し、これら両光
をセンシングコイル６伝送後に光方向性結合器４におい
て再び干渉させ、この干渉光を受光器７により検出して
センシングコイル６の中心回りに印加される角速度を検
出する光ファイバセンサにおいて、光源１側からみて光
方向性結合器４直前から光方向性結合器４およびセンシ
ングコイル６を包含する部分を遮蔽構造内に収納する光
ファイバセンサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバセンサに
関し、特に、保護部材により適切に保護されて温度、振
動その他の外部環境の影響の及ばない光ファイバセンサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず、図３を参照して光ファイバセンサ
について説明する。光源１から放射された光は光方向性
結合器２、偏光子３、光方向性結合器４を介してセンシ
ングコイル６内に右回り光および左回り光として送り込
まれる。このセンシングコイル６内の右回り光は、先ず
位相変調器５において位相変調され、この位相変調され
た右回り光は順次に、光方向性結合器４、偏光子３、光
方向性結合器２を介して受光器７に到達する。左回り光
も同様に、先ず位相変調器５において位相変調され、こ
の位相変調された左回り光は順次に、光方向性結合器
４、偏光子３、光方向性結合器２を介して受光器７に到
達する。受光器７に到達した位相変調され光はここにお
いて電気信号に光電変換される。受光器７において光電
変換された電気信号は同期検波器８に入力される。同期
検波器８においては、発振器９から供給される信号を参
照信号として角速度出力である基本波成分１３を得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の通りの光ファイ
バセンサは、一般に、光ファイバセンサ外部或は内部か
ら加えられる熱或は振動により出力エラーを発生し、或
は構成部品が損傷する恐れが大きいといううらみのある
ものである。これに対して、従来、光ファイバセンサを
熱或は振動から保護する保護部材として断熱部材および
／或は防振部材を光ファイバセンサ全体に適用すること
が行なわれている。即ち、光ファイバセンサを構成する
光源１、光方向性結合器２、偏光子３、光方向性結合器
４、位相変調器５、センシングコイル６、受光器７をす
べて断熱部材および／或は防振部材より成る保護部材に
より被覆することが行なわれている。この様に光ファイ
バセンサ全体を例えば断熱部材により被覆すると、光源
１をはじめとするその他の電気部品もすべて断熱被覆内
に収納されることとなり、内部においてこれらの電気部
品が発生する熱はその放熱を阻害されるに到る。この様
にして内部に蓄積される熱は光ファイバセンサを構成す
る温度特性を有する電気部品を誤動作させ、或はこれら
電気部品を損傷する原因となる。特に、光源１の放熱を
阻害することは光ファイバセンサに致命的なダメージを
与える場合がある。

【０００４】そして、図４をも参照するに、センシング
コイル６を保持する巻枠６２のみに断熱部材より成るコ
イル被覆部材６３を適用することも行なわれている。こ
の様にすることにより、断熱効果は巻枠６２に巻回され
るセンシングコイル６には及ぶのであるが、センシング
コイル６と光方向性結合器４との間に位置する巻枠６２
から引き出される２本の出射端或は入射端６１はコイル
被覆部材６３により被覆されている訳ではないので、こ
れらには断熱効果は及ばない状態とされている。

【０００５】光方向性結合器４からセンシングコイル６
に分岐される両者の間に位置する出射端或は入射端６１
は温度その他の環境の変動の影響を大きく受けるところ
であり、環境の変動に起因して出力エラーを発生する。
センシングコイル６の中点付近における環境の変動の影
響は比較的に小さいのであるが、中点から離れて光方向
性結合器４に近ずくに従って環境の変動の影響は大きく
なり、大きな出力エラーにつながる。従って、センシン
グコイル６の中点から最も離れた部分である上述の２本
の出射端或は入射端６１は環境の変動に最も敏感なとこ
ろであり、出力エラーを発生し易い部分であるとするこ
とができる。

【０００６】この発明は、上述の通りの問題を解消した
光ファイバセンサを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】光源１、光方向性結合器
４、センシングコイル６および受光器７を具備し、光源
１から出射された光は光方向性結合器４により分岐して
センシングコイル６にその両端から左右両回り光として
入射し、これら両光をセンシングコイル６伝送後に光方
向性結合器４において再び干渉させ、この干渉光を受光
器７により検出してセンシングコイル６の中心回りに印
加される角速度を検出する光ファイバセンサにおいて、
光源１側からみて光方向性結合器４直前から光方向性結
合器４およびセンシングコイル６を包含する部分を遮蔽
構造内に収納する光ファイバセンサを構成した。

【０００８】そして、遮蔽構造はその内側から外側に向
かって高熱伝導材層および断熱材層をこの順に積層した
積層層の単層或は複数層より成る光ファイバセンサを構
成した。また、遮蔽構造を構成する最内側の積層層の高
熱伝導材層に接する光方向性結合器４直前から光方向性
結合器４およびセンシングコイル６を包含する部分の一
部或は全部とこの最内側の積層層の高熱伝導材層との間
に弾性体を設置した光ファイバセンサを構成した。

【０００９】更に、センシングコイル６の巻回される巻
枠を高熱伝導材により構成し、センシングコイル６の回
転入力軸に垂直な巻枠平板部６９が巻枠の高さの半分の
位置において巻枠の内径より内側全体に構成され、この
部分が断熱材より成る支柱６７を介して遮蔽構造に取り
付けられた光ファイバセンサを構成した。ここで、更
に、遮蔽構造を構成する最内側の積層層の高熱伝導材層
に接する光方向性結合器４直前から光方向性結合器４お
よびセンシングコイル６を包含する部分の一部或は全部
とこの最内側の積層層の高熱伝導材層との間に弾性体を
も設置した光ファイバセンサを構成した。

【００１０】また、光方向性結合器４直前から光方向性
結合器４およびセンシングコイル６を包含する部分の全
部を磁気シールド材により被覆した光ファイバセンサを
も構成した。

【００１１】

【実施例】この発明の実施例を図１および図３を参照し
て説明する。図３はこの発明の適用される前提条件とな
る光ファイバセンサを示す図であり、光源１、光方向性
結合器４、センシングコイル６および受光器７を具備
し、光源１から出射された光は光方向性結合器４により
分岐してセンシングコイル６にその両端から左右両回り
光として入射し、これら両光をセンシングコイル６伝送
後に光方向性結合器４において再び干渉させ、この干渉
光を受光器７により検出してセンシングコイル６の中心
回りに印加される角速度を検出する光ファイバセンサが
示されている。ここで、この発明は、これら光ファイバ
センサ構成要素の内の環境の変動に敏感なところである
光方向性結合器４およびセンシングコイル６に遮蔽構造
を適用して環境の変動に起因する光ファイバセンサの出
力エラーを小さくしようとするものである。

【００１２】図１において、６１はセンシングコイル６
から引き出される出射端或は入射端、６２はセンシング
コイル６の巻枠、６３はセンシングコイル６と巻枠６と
の間に介在する弾性体より成るコイル被覆部材である。
センシングコイル６はコイル被覆部材６３を介して巻枠
６２に巻回され、２本の出射端或は入射端６１は巻枠６
２から引き出されて位相変調、光結合分岐機能を有する
光ＩＣより成る光方向性結合器４に接続している。６９
は巻枠平板部であり、センシングコイル６の回転入力軸
に垂直に巻枠６２の高さの半分の位置において巻枠６２
の内径よりその内側全体にわたって設置されるものであ
る。センシングコイル６と光方向性結合器４との間に位
置する２本の出射端或は入射端６１も巻枠６２の一部に
形成される弾性体より成る被覆６４に接触し、この弾性
体被覆６４を介して巻枠６２の巻枠平板部６９に取り付
けられた状態とされている（図１においては、説明の便
宜上、２本の出射端或は入射端６１はこの被覆から浮い
て示されている。本来は平板状の光方向性結合器４も、
同様に弾性体被覆６４から浮いて示されている）。６５
は高熱伝導材層、６６は断熱材層であって両者を積層し
た積層層の単層或は複数層により閉塞した遮蔽構造を構
成する。この積層層は閉塞した遮蔽構造の内側から外側
に向かって高熱伝導材層６５および断熱材層６６をこの
順に積層することにより構成される。６７は断熱材より
成る支柱である。巻枠６２はこの支柱６７を介して遮蔽
構造に固定されている。６８は光源１側からみて光方向
性結合器４の直前の光ファイバを示す。高熱伝導材層６
５および断熱材層６６より成る積層層により構成される
遮蔽構造の外側には、更に、磁気シールド材より成る被
覆をも具備することができる。

【００１３】図２を参照してセンシングコイル６の作成
の順序を説明する。先ず、巻枠６２の内側に弾性体より
成るコイル被覆部材６３を張り付け、その上から光ファ
イバを巻回する。次いで、巻回により構成されたセンシ
ングコイル６の外周面に弾性体を張り付けて、結局、弾
性体より成るコイル被覆部材６３が形成される。このコ
イル被覆部材６３の表面に先の巻枠６２と同材料により
構成される部材を嵌合してこれを先の巻枠６２に結合し
て巻枠６２が完成する。ここから引き出される２本の出
射端或は入射端６１は環境の変動に敏感なところである
ので、その影響を最小限にするために、図１に示される
如くコイル被覆部材６３および弾性体被覆６４を介して
巻枠６２の巻枠平板部６９に確実に取り付けられる。

【００１４】ところで、光方向性結合器４およびセンシ
ングコイル６は、高熱伝導材層６５および断熱材層６６
より成る積層層により構成される遮蔽構造内に収容され
る以上、光方向性結合器４直前から光方向性結合器４お
よびセンシングコイル６は遮蔽構造に対して何等かの取
り付け部材を採用することにより取り付けられるので、
遮蔽構造を構成する最内側の積層層の高熱伝導材層に必
然的に接することになる。この場合、遮蔽構造内に熱が
侵入すると、遮蔽構造自体が熱膨張、収縮すると共に、
光方向性結合器４直前から光方向性結合器４およびセン
シングコイル６に到る構成部品も熱膨張、収縮する。更
に、上述の取り付け部材である例えばネジ、接着剤も熱
膨張、収縮することは言うまでもない。これら相互に結
合するもの同志の間には熱膨張、収縮率に差があるので
これを吸収する必要がある。ここで、遮蔽構造を構成す
る最内側の積層層の高熱伝導材層に接する光方向性結合
器４直前から光方向性結合器４およびセンシングコイル
６を包含する部分の一部或は全部とこの最内側の積層層
の高熱伝導材層との間に弾性体を設置する。この様にす
ることにより、熱膨張、収縮率の差により発生する応力
を弾性体が吸収し、発生する応力に起因する出力エラー
を最小限にすることができる。弾性体を設置することに
より外部から遮蔽構造内に加わる振動をも吸収すること
ができる。

【００１５】そして、第１に高熱伝導材層６５および断
熱材層６６より成る積層層の単層或は複数層により構成
される閉塞した遮蔽構造に着目すると、この閉塞した遮
蔽構造内には、光ファイバセンサの内の光源１側からみ
て光方向性結合器４直前から光方向性結合器４およびセ
ンシングコイル６を包含する部分のすべてが収容されて
いる。この様にすることにより、光ファイバセンサの内
の環境の変動に最も敏感なところはすべて遮蔽構造内に
収容されているところから、これらには環境の変動の影
響は殆ど及ばず、従って、光ファイバセンサの出力エラ
ーを最小限にとどめることができる。

【００１６】また、閉塞する遮蔽構造をその内側から外
側に向かって高熱伝導材層６５および断熱材層６６をこ
の順に積層した積層層の単層或は複数層より成るものと
するところに着目すると、光ファイバセンサの外部の環
境温度が変動したときに最外部にある断熱材層６６によ
り遮蔽構造内部への熱の侵入を遮断することができる。
しかし、この遮断は完全にはなされないが、断熱材層６
６を介して侵入する熱は内側に存在する高熱伝導材層６
５により速やかに伝導され均一化される。その結果、均
一化された熱が光ファイバセンサの内の環境の変動に敏
感なところに伝導されることになり、不均一な熱変動に
起因する光ファイバセンサの出力エラー減少する。この
遮蔽構造を構成する積層層を複数層とすることにより断
熱効果と熱の均一化はより向上し、出力エラーを更に減
少する。

【００１７】更に、センシングコイル６が巻回される巻
枠６２を高熱伝導材により構成し、センシングコイル６
の回転入力軸に垂直な巻枠平板部６９が巻枠６２の高さ
の半分の位置において巻枠６２の内径よりその内側全体
にわたって設置され、この一部分を断熱材より成る支柱
６７を介して遮蔽構造に固定したことに着目すると、外
部から侵入した熱はセンシングコイル６へ均一に伝導す
ることになる。従って、光ファイバセンサの内の環境の
変動に敏感なところである光方向性結合器４直前から光
方向性結合器４およびセンシングコイル６を包含する部
分は更に熱に対する均一化が促進される構造をとること
になり、光ファイバセンサの出力エラーを抑制すること
ができる。

【００１８】ここで、遮蔽構造を構成する最内側の積層
層の高熱伝導材層に接する光方向性結合器４直前から光
方向性結合器４およびセンシングコイル６を包含する部
分の一部或は全部とこの最内側の積層層の高熱伝導材層
６５との間に弾性体を設置したことに着目すると、これ
により上述された通りの断熱、熱均一化、熱応力除去の
複合効果を奏することとなり、光ファイバセンサの出力
エラーを抑制する上において一層効果的である。

【００１９】更に、光方向性結合器４直前から光方向性
結合器４およびセンシングコイル６を包含する部分の全
部を磁気シールド材より成る被覆を具備せしめることに
より、地球磁界その他の磁気に対するシールド効果をも
有することになり、温度および振動をも含めて多様な環
境変化に起因する出力エラーを極小に抑制することがで
きるに到る。

【００２０】

【発明の効果】以上の通りであって、この発明は、光フ
ァイバセンサの内の環境の変動に敏感なところである光
方向性結合器４直前から光方向性結合器４およびセンシ
ングコイル６を包含する部分を確実に完全に遮蔽構造内
に収容されるところから、断熱効果、熱均一効果、熱応
力除去効果、振動吸収効果、磁気遮蔽効果を奏すること
ができ、外部環境変動による光ファイバセンサの出力エ
ラーを極めて小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を説明する図。

【図２】センシングコイルを説明する図。

【図３】光ファイバセンサを説明する図。

【図４】従来例を説明する図。

【符号の説明】

１ 光源 ４ 光方向性結合器 ６ センシングコイル ７ 受光器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源、光方向性結合器、センシングコイ
   ルおよび受光器を具備し、光源から出射された光は光方
   向性結合器により分岐してセンシングコイルにその両端
   から左右両回り光として入射し、これら両光をセンシン
   グコイル伝送後に光方向性結合器において再び干渉さ
   せ、この干渉光を受光器により検出してセンシングコイ
   ルの中心回りに印加される角速度を検出する光ファイバ
   センサにおいて、光源側からみて光方向性結合器直前か
   ら光方向性結合器およびセンシングコイルを包含する部
   分を遮蔽構造内に収納することを特徴とする光ファイバ
   センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載される光ファイバセンサ
   において、遮蔽構造はその内側から外側に向かって高熱
   伝導材層および断熱材層をこの順に積層した積層層の単
   層或は複数層より成ることを特徴とする光ファイバセン
   サ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載される光ファイバセンサ
   において、遮蔽構造を構成する最内側の積層層の高熱伝
   導材層に接する光方向性結合器直前から光方向性結合器
   およびセンシングコイルを包含する部分の一部或は全部
   とこの最内側の積層層の高熱伝導材層との間に弾性体を
   設置したことを特徴とする光ファイバセンサ。
4. 【請求項４】 請求項２に記載される光ファイバセンサ
   において、センシングコイルの巻回される巻枠を高熱伝
   導材により構成し、センシングコイルの回転入力軸に垂
   直な巻枠平板部が巻枠の高さの半分の位置において巻枠
   の内径より内側全体に構成され、この部分が断熱材より
   成る支柱を介して遮蔽構造に取り付けられたことを特徴
   とする光ファイバセンサ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載される光ファイバセンサ
   において、遮蔽構造を構成する最内側の積層層の高熱伝
   導材層に接する光方向性結合器直前から光方向性結合器
   およびセンシングコイルを包含する部分の一部或は全部
   とこの最内側の積層層の高熱伝導材層との間に弾性体を
   設置したことを特徴とする光ファイバセンサ。
6. 【請求項６】 請求項２ないし請求項５の何れかに記載
   される光ファイバセンサにおいて、光方向性結合器直前
   から光方向性結合器およびセンシングコイルを包含する
   部分の全部を磁気シールド材により被覆したことを特徴
   とする光ファイバセンサ。