JPH1082621A - 光ファイバ変位センサ - Google Patents
光ファイバ変位センサInfo
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- JPH1082621A JPH1082621A JP23913896A JP23913896A JPH1082621A JP H1082621 A JPH1082621 A JP H1082621A JP 23913896 A JP23913896 A JP 23913896A JP 23913896 A JP23913896 A JP 23913896A JP H1082621 A JPH1082621 A JP H1082621A
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- Japan
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- displacement sensor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度変化の想定される環境下でも変位に対し
て定量的な損失値が再現生よく得られる光ファイバ変位
センサを提供する。 【解決手段】 光ファイバ２をループ状に輪取りして２
つの支持物３Ａ、３Ｂの間に配置し、支持物３Ａ、３Ｂ
の間隔の変位に応じてループ状の光ファイバ２に曲げを
発生させ、その損失変化量から支持物３Ａ、３Ｂの間隔
の変位量を検知する光ファイバ変位センサ１であって、
光ファイバ２は、紫外線硬化樹脂被覆された分散シフト
型シングルモード光ファイバ２からなる。
て定量的な損失値が再現生よく得られる光ファイバ変位
センサを提供する。 【解決手段】 光ファイバ２をループ状に輪取りして２
つの支持物３Ａ、３Ｂの間に配置し、支持物３Ａ、３Ｂ
の間隔の変位に応じてループ状の光ファイバ２に曲げを
発生させ、その損失変化量から支持物３Ａ、３Ｂの間隔
の変位量を検知する光ファイバ変位センサ１であって、
光ファイバ２は、紫外線硬化樹脂被覆された分散シフト
型シングルモード光ファイバ２からなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定対象物の変
位を光ファイバの定量的な損失に変換することによって
計測する光ファイバ変位センサに関するものであり、更
に詳しくは計測雰囲気温度による出力値の変動および経
時変化の変動を少なくした光ファイバ変位センサに関す
るものである。
位を光ファイバの定量的な損失に変換することによって
計測する光ファイバ変位センサに関するものであり、更
に詳しくは計測雰囲気温度による出力値の変動および経
時変化の変動を少なくした光ファイバ変位センサに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバに曲げを与え伝送損失変化を
発生させ、伝送損失の変化を後方散乱光の強度を測定す
るＯＴＤＲ（Optical time domain reflectometer ）装
置で計測し、損失の大きさと発生位置から、変位等の物
理量変化の大きさとそれが起こっている位置を求める方
法は良く知られた技術である。例えば、図９に示すよう
に、光ファイバＦを波形の凹凸のある治具３１Ａ、３１
Ｂで挟み込み、この間隔を変化させたときの光ファイバ
Ａの損失変化から変位量を検知するという報告が次の文
献でなされている。（J.W.Berthold，"Industrial appl
ications of fiber optic sensors", SPIE Vol.566 Fi
ber Optic andLaser sensors III,1985）
発生させ、伝送損失の変化を後方散乱光の強度を測定す
るＯＴＤＲ（Optical time domain reflectometer ）装
置で計測し、損失の大きさと発生位置から、変位等の物
理量変化の大きさとそれが起こっている位置を求める方
法は良く知られた技術である。例えば、図９に示すよう
に、光ファイバＦを波形の凹凸のある治具３１Ａ、３１
Ｂで挟み込み、この間隔を変化させたときの光ファイバ
Ａの損失変化から変位量を検知するという報告が次の文
献でなされている。（J.W.Berthold，"Industrial appl
ications of fiber optic sensors", SPIE Vol.566 Fi
ber Optic andLaser sensors III,1985）
【０００３】図１０は、図９の方法で光ファイバＦの損
失値を計測した結果を示すもので、治具３１Ａ、３１Ｂ
の間隔に応じて損失値の変化がみられ、変位を検知でき
ることが分かる。したがって、一定の変位が生じた場合
に、例えば警報を発するような監視機構にはこのような
方法で対応が可能である。一方、光ファイバに損失を与
える方法としては、特開昭６１−２５８１３１号公報や
特開平６−１４８０１７号公報に開示されているよう
に、光ファイバをあらかじめループ状に輪取りしたもの
に楕円変形を与える方法も公知となっている。また上記
と類似の技術で、特開平６−３３９１９３号公報に示さ
れるループ状光ファイバを使用した光音響センサも提案
されているが、これらは曲げ損失変化ではなく、位相変
化を検知する方法が主流である。
失値を計測した結果を示すもので、治具３１Ａ、３１Ｂ
の間隔に応じて損失値の変化がみられ、変位を検知でき
ることが分かる。したがって、一定の変位が生じた場合
に、例えば警報を発するような監視機構にはこのような
方法で対応が可能である。一方、光ファイバに損失を与
える方法としては、特開昭６１−２５８１３１号公報や
特開平６−１４８０１７号公報に開示されているよう
に、光ファイバをあらかじめループ状に輪取りしたもの
に楕円変形を与える方法も公知となっている。また上記
と類似の技術で、特開平６−３３９１９３号公報に示さ
れるループ状光ファイバを使用した光音響センサも提案
されているが、これらは曲げ損失変化ではなく、位相変
化を検知する方法が主流である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に変位を定量的に
計測する場合、一定の変位量に対して、例えば光ファイ
バ変位センサにあっては、発生損失の経時変化が無く、
また何回測定しても再現性の良い結果が得られなければ
意味がない。図１１は、前述の図９に示す凹凸の治具で
挟んだ状態で一定時間放置したときの損失値の変化量を
測定したものである。図１１に示すように、時間の経過
とともに損失値が変化（減少）する傾向がみられる。こ
れは、光ファイバに曲げが与えられる部分が治具に接触
していることによって、この部分の被覆と光ファイバ間
の微少な滑りや、面圧の影響により光ファイバの曲げ半
径が微妙に変化するためであると考えられる。同様の影
響により、同じ変位を与えた条件下でもその発生損失の
再現性に乏しいことが確認されている。
計測する場合、一定の変位量に対して、例えば光ファイ
バ変位センサにあっては、発生損失の経時変化が無く、
また何回測定しても再現性の良い結果が得られなければ
意味がない。図１１は、前述の図９に示す凹凸の治具で
挟んだ状態で一定時間放置したときの損失値の変化量を
測定したものである。図１１に示すように、時間の経過
とともに損失値が変化（減少）する傾向がみられる。こ
れは、光ファイバに曲げが与えられる部分が治具に接触
していることによって、この部分の被覆と光ファイバ間
の微少な滑りや、面圧の影響により光ファイバの曲げ半
径が微妙に変化するためであると考えられる。同様の影
響により、同じ変位を与えた条件下でもその発生損失の
再現性に乏しいことが確認されている。
【０００５】一方、光ファイバをループ状に成形したも
のに楕円変形を与える方法には、主に次のような３つの
問題点がある。１つは、光ファイバの発生損失の非線形
性の問題である。これは、例えば１９９２年の電子情報
通信学会春季大会Ｂ−８９３で報告されているように、
曲げにより放射モードとなった光の一部が伝搬光として
再結合することによって生じる損失値の変動である。曲
げ半径に対し、周期的な増減を示すこの影響を避けるた
めには、変曲点を含まない微少損失変化範囲をセンシン
グの検知領域とする必要がある。
のに楕円変形を与える方法には、主に次のような３つの
問題点がある。１つは、光ファイバの発生損失の非線形
性の問題である。これは、例えば１９９２年の電子情報
通信学会春季大会Ｂ−８９３で報告されているように、
曲げにより放射モードとなった光の一部が伝搬光として
再結合することによって生じる損失値の変動である。曲
げ半径に対し、周期的な増減を示すこの影響を避けるた
めには、変曲点を含まない微少損失変化範囲をセンシン
グの検知領域とする必要がある。
【０００６】２つめは、損失発生値の再現性の問題であ
る。例えば、特開平６−１４８０１７号公報に示されて
いるように、光ファイバを所定の直径の円筒体に巻き付
ける場合には、その円筒体の弾性率の時間的な変化によ
り、一定変位に対する光ファイバの曲げ径の分布が変化
してしまう。これは、円筒体に巻き付けることなく光フ
ァイバのみをループ状に輪取りした場合にも、被覆材の
特性変化により発生しうるものである。もう一つの問題
は、温度変化による損失値の変動である。これについて
は、検知部の損失発生値が大きければ、相対的に温度変
化による測定誤差も小さくなるが、微少な損失変化を精
度良く測定するには大きな問題となる。
る。例えば、特開平６−１４８０１７号公報に示されて
いるように、光ファイバを所定の直径の円筒体に巻き付
ける場合には、その円筒体の弾性率の時間的な変化によ
り、一定変位に対する光ファイバの曲げ径の分布が変化
してしまう。これは、円筒体に巻き付けることなく光フ
ァイバのみをループ状に輪取りした場合にも、被覆材の
特性変化により発生しうるものである。もう一つの問題
は、温度変化による損失値の変動である。これについて
は、検知部の損失発生値が大きければ、相対的に温度変
化による測定誤差も小さくなるが、微少な損失変化を精
度良く測定するには大きな問題となる。
【０００７】本発明は、上記の課題を解決し、温度変化
の想定される環境下でも変位に対して定量的な損失値の
再現性がよく得られる光ファイバ変位センサを提供する
ことを目的とする。
の想定される環境下でも変位に対して定量的な損失値の
再現性がよく得られる光ファイバ変位センサを提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために以下のような手段を有している。
決するために以下のような手段を有している。
【０００９】本発明の請求項１の光ファイバ変位センサ
は、光ファイバをループ状に輪取りして２つの支持物の
間に配置し、支持物の間隔の変位に応じて前記ループ状
の光ファイバに曲げを発生させ、その損失変化量から支
持物の間隔の変位量を検知する光ファイバ変位センサに
おいて、前記光ファイバは、紫外線硬化樹脂被覆された
分散シフト型シングルモード光ファイバであることを特
徴とする。
は、光ファイバをループ状に輪取りして２つの支持物の
間に配置し、支持物の間隔の変位に応じて前記ループ状
の光ファイバに曲げを発生させ、その損失変化量から支
持物の間隔の変位量を検知する光ファイバ変位センサに
おいて、前記光ファイバは、紫外線硬化樹脂被覆された
分散シフト型シングルモード光ファイバであることを特
徴とする。
【００１０】本発明の請求項２の光ファイバ変位センサ
は、更に前記ループ状の光ファイバの内径が２５ｍｍ以
下であって、前記光ファイバは曲げによる損失変化の範
囲が３ｄＢ以内で、−５°Ｃから７０°Ｃの雰囲気内で
温度変化の損失値の変動が±０．０５ｄＢ以内となって
いることを特徴とする。
は、更に前記ループ状の光ファイバの内径が２５ｍｍ以
下であって、前記光ファイバは曲げによる損失変化の範
囲が３ｄＢ以内で、−５°Ｃから７０°Ｃの雰囲気内で
温度変化の損失値の変動が±０．０５ｄＢ以内となって
いることを特徴とする。
【００１１】本発明の請求項１の光ファイバ変位センサ
によれば、２つの支持物の間にループ状に配置された光
ファイバは、２つの支持物の変位により楕円形に変形す
る。この変形に際して光ファイバの特定の部分の曲げ半
径が小さくなり、伝送損失が変化する。この曲げ半径が
小さくなる部分は２つの支持物の支持点に対し、例えば
９０゜ずれた位置で発生する。すなわち、図９に示す従
来のように支持点の部分の曲げ半径が小さくなるのとは
異なり、支持点の微妙な滑りや面圧による損失変化への
影響はほとんど発生せず、２つの支持物の支持点の変位
に対し安定した損失変化を得ることが可能である。
によれば、２つの支持物の間にループ状に配置された光
ファイバは、２つの支持物の変位により楕円形に変形す
る。この変形に際して光ファイバの特定の部分の曲げ半
径が小さくなり、伝送損失が変化する。この曲げ半径が
小さくなる部分は２つの支持物の支持点に対し、例えば
９０゜ずれた位置で発生する。すなわち、図９に示す従
来のように支持点の部分の曲げ半径が小さくなるのとは
異なり、支持点の微妙な滑りや面圧による損失変化への
影響はほとんど発生せず、２つの支持物の支持点の変位
に対し安定した損失変化を得ることが可能である。
【００１２】本発明の光ファイバ変位センサにあって
は、２つの支持物の間にループ状に配置された光ファイ
バは、分散シフト型シングルモードファイバとなってい
る。曲げ損失の発生感度は、伝搬光の通路であるモード
フィールド径、コアとクラッドの屈折率分布によりほぼ
決定される。例えば、マルチモードファイバを適用した
場合は、発生損失の感度、すなわち、同じ変位量に対す
る発生損失の大きさは大きくなるが、複数のモードが伝
送されているので、高次モードほど損失が激しく、複数
のセンサを直列に接続した場合に、各センサの出力値が
一定でなくなってしまう。
は、２つの支持物の間にループ状に配置された光ファイ
バは、分散シフト型シングルモードファイバとなってい
る。曲げ損失の発生感度は、伝搬光の通路であるモード
フィールド径、コアとクラッドの屈折率分布によりほぼ
決定される。例えば、マルチモードファイバを適用した
場合は、発生損失の感度、すなわち、同じ変位量に対す
る発生損失の大きさは大きくなるが、複数のモードが伝
送されているので、高次モードほど損失が激しく、複数
のセンサを直列に接続した場合に、各センサの出力値が
一定でなくなってしまう。
【００１３】これに対して、分散シフト型シングルモー
ド光ファイバの場合は前述のマルチモードファイバのよ
うな高次モードの減衰は発生せず、所定の曲げ半径を選
択すれば、任意の損失変化を発生させることは容易に可
能となる。一般に分散シフト型シングルモード光ファイ
バは曲げに対する発生損失が小さいことが知られてお
り、曲げ損失を検知するためのセンシング媒体として
は、通常用いられることはない。また、光ファイバ変位
センサの光ファイバは、曲げられた光ファイバに温度変
化が与えられた場合、被覆材と光ファイバの石英部分と
の熱変形特性の違いにより、光ファイバ自身に微小な曲
げ径の変化が生じる。この微小な曲げ径の変化は、同じ
発生損失を与えられたループ状の光ファイバであって
も、その経路の長い、すなわち曲げ径の大きなループの
方がより大きな温度変化による影響を受け損失値の変化
も大きくなる。
ド光ファイバの場合は前述のマルチモードファイバのよ
うな高次モードの減衰は発生せず、所定の曲げ半径を選
択すれば、任意の損失変化を発生させることは容易に可
能となる。一般に分散シフト型シングルモード光ファイ
バは曲げに対する発生損失が小さいことが知られてお
り、曲げ損失を検知するためのセンシング媒体として
は、通常用いられることはない。また、光ファイバ変位
センサの光ファイバは、曲げられた光ファイバに温度変
化が与えられた場合、被覆材と光ファイバの石英部分と
の熱変形特性の違いにより、光ファイバ自身に微小な曲
げ径の変化が生じる。この微小な曲げ径の変化は、同じ
発生損失を与えられたループ状の光ファイバであって
も、その経路の長い、すなわち曲げ径の大きなループの
方がより大きな温度変化による影響を受け損失値の変化
も大きくなる。
【００１４】本発明の光ファイバ変位センサの光ファイ
バは、分散シフト型シングルモード光ファイバであるの
で温度変化による影響が少なくなっている。さらに、同
様の理由から、被覆材についてもその断面積が小さい方
が望ましく、本実施の形態のように熱変形抵抗の小さな
紫外線硬化樹脂が最適である。図１２は、被覆材として
紫外線硬化樹脂およびシリコン樹脂を被覆したシングル
モード光ファイバと分散シフト型シングルモード光ファ
イバのループ状損失付与部に温度変化を与えた際の出力
値の変化を示したものである。初期発生損失はループの
大きさを調整することで設定した。シングルモード光フ
ァイバの曲げ径は約３０ｍｍ、分散シフト型シングルモ
ード光ファイバの曲げ径は約２０ｍｍである。図１２に
示すように明らかに、紫外線硬化樹脂で被覆した分散シ
フト型シングルモード光ファイバは所定の温度範囲で発
生損失値の変動が少なく温度特性が優れていることが分
かる。また、放射モードの再結合による損失値の非線形
現象を極力小さくするためにも、モードフィールド径の
小さな分散シフト型シングルモード光ファイバが最適で
ある。
バは、分散シフト型シングルモード光ファイバであるの
で温度変化による影響が少なくなっている。さらに、同
様の理由から、被覆材についてもその断面積が小さい方
が望ましく、本実施の形態のように熱変形抵抗の小さな
紫外線硬化樹脂が最適である。図１２は、被覆材として
紫外線硬化樹脂およびシリコン樹脂を被覆したシングル
モード光ファイバと分散シフト型シングルモード光ファ
イバのループ状損失付与部に温度変化を与えた際の出力
値の変化を示したものである。初期発生損失はループの
大きさを調整することで設定した。シングルモード光フ
ァイバの曲げ径は約３０ｍｍ、分散シフト型シングルモ
ード光ファイバの曲げ径は約２０ｍｍである。図１２に
示すように明らかに、紫外線硬化樹脂で被覆した分散シ
フト型シングルモード光ファイバは所定の温度範囲で発
生損失値の変動が少なく温度特性が優れていることが分
かる。また、放射モードの再結合による損失値の非線形
現象を極力小さくするためにも、モードフィールド径の
小さな分散シフト型シングルモード光ファイバが最適で
ある。
【００１５】本発明の請求項２の光ファイバ変位センサ
によれば、光ファイバは−５°Ｃから７０°Ｃの雰囲気
内で温度変化の損失値の変動が±０．０５ｄＢ以内の分
散シフト型シングルモード光ファイバとなっているの
で、ループ状の光ファイバの内径を２５ｍｍ以下とする
小型の光ファイバ変位センサとなる。また、本発明の請
求項２の光ファイバ変位センサは、曲げによる損失変化
の範囲が３ｄＢ以内となっているので、例えばダイナミ
ックレンジが１０ｄＢの測定器においては、初期値が仮
に０ｄＢとすれば３個の光ファイバ変位センサを同時に
監視することができるので効率のよい光ファイバ変位セ
ンサとなる。
によれば、光ファイバは−５°Ｃから７０°Ｃの雰囲気
内で温度変化の損失値の変動が±０．０５ｄＢ以内の分
散シフト型シングルモード光ファイバとなっているの
で、ループ状の光ファイバの内径を２５ｍｍ以下とする
小型の光ファイバ変位センサとなる。また、本発明の請
求項２の光ファイバ変位センサは、曲げによる損失変化
の範囲が３ｄＢ以内となっているので、例えばダイナミ
ックレンジが１０ｄＢの測定器においては、初期値が仮
に０ｄＢとすれば３個の光ファイバ変位センサを同時に
監視することができるので効率のよい光ファイバ変位セ
ンサとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の光ファイバ変位セ
ンサの実施の形態を図１ないし図８を参照してより詳細
に説明する。図１は本発明の光ファイバ変位センサの基
本的な構成を示す説明図で、図１において、１は光ファ
イバ変位センサ、２は光ファイバ変位センサ１に用いら
れる分散シフト型シングルモード光ファイバである。分
散シフト型シングルモード光ファイバ２はループ状に輪
取りされて円環状に成形され、２つの支持物３Ａ、３Ｂ
の間に配置されている。分散シフト型シングルモード光
ファイバ２はループ状に曲げたことにより生じる初期発
生損失が曲げ径１５ｍｍに対して０．０５ｄＢ／ｍ以下
であり、紫外線硬化樹脂被覆されたモードフィールド径
が７．８μｍφのものである。円環状に成形された分散
シフト型シングルモード光ファイバ２には巻付け用の芯
材は存在せず、分散シフト型シングルモード光ファイバ
２単独で円環が形成されている。
ンサの実施の形態を図１ないし図８を参照してより詳細
に説明する。図１は本発明の光ファイバ変位センサの基
本的な構成を示す説明図で、図１において、１は光ファ
イバ変位センサ、２は光ファイバ変位センサ１に用いら
れる分散シフト型シングルモード光ファイバである。分
散シフト型シングルモード光ファイバ２はループ状に輪
取りされて円環状に成形され、２つの支持物３Ａ、３Ｂ
の間に配置されている。分散シフト型シングルモード光
ファイバ２はループ状に曲げたことにより生じる初期発
生損失が曲げ径１５ｍｍに対して０．０５ｄＢ／ｍ以下
であり、紫外線硬化樹脂被覆されたモードフィールド径
が７．８μｍφのものである。円環状に成形された分散
シフト型シングルモード光ファイバ２には巻付け用の芯
材は存在せず、分散シフト型シングルモード光ファイバ
２単独で円環が形成されている。
【００１７】円環状に成形された分散シフト型シングル
モード光ファイバ２は、２つの支持物３Ａ、３Ｂの変位
により楕円形に変形する。この変形に際して分散シフト
型シングルモード光ファイバ２の特定の部分の曲げ半径
が小さくなり、伝送損失が変化する。この曲げ半径が小
さくなる部分は本実施の形態では、２つの支持物３Ａ、
３Ｂの支持点に対し、９０゜ずれた位置で発生する。円
環ターンの内径（ｄ）は２５mm以下とし、ターン数は測
定対象の測定点数、要求精度により適宜調整する。図
２、図３に円環の径及びターン数を変化させたときの発
生損失の測定値を示す。図２、図３より明らかなよう
に、円環の径を変化させることにより損失が発生する変
位量の領域が変化し、また、ターン数に応じてその損失
の大きさが変化する。本光ファイバ変位センサの測定対
象となる変位の特性、すなわち、測定範囲とその大きさ
にもっとも適した径とターン数を決めることにより、精
度の良い計測が可能となる。
モード光ファイバ２は、２つの支持物３Ａ、３Ｂの変位
により楕円形に変形する。この変形に際して分散シフト
型シングルモード光ファイバ２の特定の部分の曲げ半径
が小さくなり、伝送損失が変化する。この曲げ半径が小
さくなる部分は本実施の形態では、２つの支持物３Ａ、
３Ｂの支持点に対し、９０゜ずれた位置で発生する。円
環ターンの内径（ｄ）は２５mm以下とし、ターン数は測
定対象の測定点数、要求精度により適宜調整する。図
２、図３に円環の径及びターン数を変化させたときの発
生損失の測定値を示す。図２、図３より明らかなよう
に、円環の径を変化させることにより損失が発生する変
位量の領域が変化し、また、ターン数に応じてその損失
の大きさが変化する。本光ファイバ変位センサの測定対
象となる変位の特性、すなわち、測定範囲とその大きさ
にもっとも適した径とターン数を決めることにより、精
度の良い計測が可能となる。
【００１８】つまり、測定対象の数が少ない場合はター
ン数を増し、発生損失値を大きくすることで損失測定器
の測定誤差の影響を小さくする。測定対象が多点となる
場合にはターン数を減らして測定器の許容する最大損失
の範囲内（ダイナミックレンジ）に複数の測定値を納め
ることができるようにする。ただし、基本的には複数の
位置での同時計測を対象とすることが望ましいので、１
ヶ所当たりの損失発生値の上限を３ｄＢとするのが理想
的である。１ヶ所当たりの損失発生値の上限を３ｄＢと
すると、例えばダイナミックレンジが１０ｄＢの測定器
においては、初期値が仮に０ｄＢとすれば３個の光ファ
イバ変位センサを同時に監視することができるので効率
のよい光ファイバ変位センサとなる。
ン数を増し、発生損失値を大きくすることで損失測定器
の測定誤差の影響を小さくする。測定対象が多点となる
場合にはターン数を減らして測定器の許容する最大損失
の範囲内（ダイナミックレンジ）に複数の測定値を納め
ることができるようにする。ただし、基本的には複数の
位置での同時計測を対象とすることが望ましいので、１
ヶ所当たりの損失発生値の上限を３ｄＢとするのが理想
的である。１ヶ所当たりの損失発生値の上限を３ｄＢと
すると、例えばダイナミックレンジが１０ｄＢの測定器
においては、初期値が仮に０ｄＢとすれば３個の光ファ
イバ変位センサを同時に監視することができるので効率
のよい光ファイバ変位センサとなる。
【００１９】図４は、光ファイバ変位センサの一定の変
位量に対する損失変化の時間に対する変化を測定したも
のである。図４の光ファイバ変位センサの光ファイバは
ループ状曲げによる初期発生損失が曲げ径１５ｍｍに対
し０．０５ｄＢ／ｍ以下であり、モードフィールド径が
７．８μｍφの紫外線硬化樹脂被覆された分散シフト型
シングルモード光ファイバ２を使用し、円環ターンの内
径（ｄ）を２４ｍｍとし、ターン数は１６としたもので
ある。図４に示すように、時間による変化は現れず、ま
た、繰り返し測定を行っても再現性の高い測定結果が得
られた。図５は、雰囲気温度を−５°Ｃ〜７０°Ｃの範
囲で変化させた条件下での損失値のバラツキを測定した
ものである。図５の光ファイバ変位センサは図４で用い
られたものと同様の分散シフト型シングルモード光ファ
イバ２で構成されたもので、円環ターンの内径（ｄ）は
２４mm、ターン数は１６とした光ファイバ変位センサで
ある。発生損失のバラツキは約±０．０３ｄＢであり、
良好な温度特性を示している。
位量に対する損失変化の時間に対する変化を測定したも
のである。図４の光ファイバ変位センサの光ファイバは
ループ状曲げによる初期発生損失が曲げ径１５ｍｍに対
し０．０５ｄＢ／ｍ以下であり、モードフィールド径が
７．８μｍφの紫外線硬化樹脂被覆された分散シフト型
シングルモード光ファイバ２を使用し、円環ターンの内
径（ｄ）を２４ｍｍとし、ターン数は１６としたもので
ある。図４に示すように、時間による変化は現れず、ま
た、繰り返し測定を行っても再現性の高い測定結果が得
られた。図５は、雰囲気温度を−５°Ｃ〜７０°Ｃの範
囲で変化させた条件下での損失値のバラツキを測定した
ものである。図５の光ファイバ変位センサは図４で用い
られたものと同様の分散シフト型シングルモード光ファ
イバ２で構成されたもので、円環ターンの内径（ｄ）は
２４mm、ターン数は１６とした光ファイバ変位センサで
ある。発生損失のバラツキは約±０．０３ｄＢであり、
良好な温度特性を示している。
【００２０】本発明の光ファイバ変位センサは圧力セン
サとしても使用することができる。図６は本発明の光フ
ァイバ変位センサをダイアフラムを用いた圧力センサと
して使用した具体例を示すものである。図６において、
１０は光ファイバ変位センサである。光ファイバ変位セ
ンサ１０は２枚の壁体１１Ａ、１１Ｂ内に設けられた空
隙１７内に配置されている。壁体１１Ａの内側にはダイ
アフラム１２を介して光ファイバ変位センサ１０の一方
の支持体１３Ａが、壁体１１Ｂの内側にはスペーサー１
４を介して光ファイバ変位センサ１０の他方の支持体１
３Ｂが設けられている。１５はガス導入口、１６は壁体
１１Ａ、１１Ｂを固定するボルトである。この圧力セン
サはガス導入口１５から導入されたガスによりダイアフ
ラム１２が空隙１７内で上下に移動する。ダイアフラム
１２が上下に移動することによって光ファイバ変位セン
サ１０を楕円形に変形する。この変形に伴って光ファイ
バ変位センサ１０の曲げ半径が小さくなり伝送損失が変
化する。この伝送損失の変化量をガス圧の変化量に換算
することによりガス圧を測定するものである。
サとしても使用することができる。図６は本発明の光フ
ァイバ変位センサをダイアフラムを用いた圧力センサと
して使用した具体例を示すものである。図６において、
１０は光ファイバ変位センサである。光ファイバ変位セ
ンサ１０は２枚の壁体１１Ａ、１１Ｂ内に設けられた空
隙１７内に配置されている。壁体１１Ａの内側にはダイ
アフラム１２を介して光ファイバ変位センサ１０の一方
の支持体１３Ａが、壁体１１Ｂの内側にはスペーサー１
４を介して光ファイバ変位センサ１０の他方の支持体１
３Ｂが設けられている。１５はガス導入口、１６は壁体
１１Ａ、１１Ｂを固定するボルトである。この圧力セン
サはガス導入口１５から導入されたガスによりダイアフ
ラム１２が空隙１７内で上下に移動する。ダイアフラム
１２が上下に移動することによって光ファイバ変位セン
サ１０を楕円形に変形する。この変形に伴って光ファイ
バ変位センサ１０の曲げ半径が小さくなり伝送損失が変
化する。この伝送損失の変化量をガス圧の変化量に換算
することによりガス圧を測定するものである。
【００２１】図７は本発明の光ファイバ変位センサをベ
ローズを用いた圧力センサとして使用した具体例を示す
ものである。図７において、２０は光ファイバ変位セン
サである。光ファイバ変位センサ１０は２個の光ファイ
バ変位センサ固定部材２１Ａ、２１Ｂにより支持されて
いる。２２は光ファイバ変位センサ２０を光ファイバ変
位センサ固定部材２１Ａ、２１Ｂに固定するクリップで
ある。光ファイバ変位センサ固定部材２１Ａはベース２
３に立設されたブラケット２４に上下に移動可能に取付
られている。２５は光ファイバ変位センサ固定部材２１
Ａを上下に移動させる間隔調整ねじである。光ファイバ
変位センサ固定部材２１Ｂはベローズ収納体２６内のベ
ローズ２７の軸２８に取付られ、軸２８に連動して上下
に移動可能となっている。２９は圧力媒体（液体または
気体）導入口である。
ローズを用いた圧力センサとして使用した具体例を示す
ものである。図７において、２０は光ファイバ変位セン
サである。光ファイバ変位センサ１０は２個の光ファイ
バ変位センサ固定部材２１Ａ、２１Ｂにより支持されて
いる。２２は光ファイバ変位センサ２０を光ファイバ変
位センサ固定部材２１Ａ、２１Ｂに固定するクリップで
ある。光ファイバ変位センサ固定部材２１Ａはベース２
３に立設されたブラケット２４に上下に移動可能に取付
られている。２５は光ファイバ変位センサ固定部材２１
Ａを上下に移動させる間隔調整ねじである。光ファイバ
変位センサ固定部材２１Ｂはベローズ収納体２６内のベ
ローズ２７の軸２８に取付られ、軸２８に連動して上下
に移動可能となっている。２９は圧力媒体（液体または
気体）導入口である。
【００２２】この圧力センサは圧力媒体（液体または気
体）導入口２９から導入された、例えば液体によりベロ
ーズ２７が変形して軸２８が上下に移動する。軸２８が
上下に移動することによって光ファイバ変位センサ固定
部材２１Ｂが上下に連動して移動し光ファイバ変位セン
サ２０を楕円形に変形する。この変形に伴って光ファイ
バ変位センサ２０の曲げ半径が小さくなり伝送損失が変
化する。この伝送損失の変化量を圧力媒体（液体または
気体）の圧力変化量に換算することにより圧力を測定す
るものである。前記の圧力センサの性能を確認するた
め、測定圧力範囲が２Ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇから５Ｋｇ／ｃ
ｍ2 ・Ｇのセンサを試作し、２００００サイクルの繰り
返し動作試験を行った結果を図８に示す。１０００サイ
クル毎に実施した出力損失値のバラツキは±０．０１５
ｄＢ以下であり、繰り返し動作に対する良好な再現性が
確認された。
体）導入口２９から導入された、例えば液体によりベロ
ーズ２７が変形して軸２８が上下に移動する。軸２８が
上下に移動することによって光ファイバ変位センサ固定
部材２１Ｂが上下に連動して移動し光ファイバ変位セン
サ２０を楕円形に変形する。この変形に伴って光ファイ
バ変位センサ２０の曲げ半径が小さくなり伝送損失が変
化する。この伝送損失の変化量を圧力媒体（液体または
気体）の圧力変化量に換算することにより圧力を測定す
るものである。前記の圧力センサの性能を確認するた
め、測定圧力範囲が２Ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇから５Ｋｇ／ｃ
ｍ2 ・Ｇのセンサを試作し、２００００サイクルの繰り
返し動作試験を行った結果を図８に示す。１０００サイ
クル毎に実施した出力損失値のバラツキは±０．０１５
ｄＢ以下であり、繰り返し動作に対する良好な再現性が
確認された。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１の
光ファイバ変位センサによれば、２つの支持物の間にル
ープ状に配置された光ファイバは、分散シフト型シング
ルモードファイバとなっている。分散シフト型シングル
モード光ファイバはマルチモードファイバのような高次
モードの減衰は発生せず、所定の曲げ半径を選択すれ
ば、任意の損失変化を発生させることが容易であり温度
変化による影響が少なくなっている。また、紫外線硬化
樹脂で被覆した分散シフト型シングルモード光ファイバ
は所定の温度範囲で発生損失値の変動が少なく温度特性
が優れている。さらに、分散シフト型シングルモード光
ファイバはモードフィールド径が小さいので放射モード
の再結合による損失値の非線形現象が小さい。以上の結
果、本発明の光ファイバ変位センサは、温度変化の想定
される環境下でも変位に対して定量的な損失値が再現生
よく得られる。
光ファイバ変位センサによれば、２つの支持物の間にル
ープ状に配置された光ファイバは、分散シフト型シング
ルモードファイバとなっている。分散シフト型シングル
モード光ファイバはマルチモードファイバのような高次
モードの減衰は発生せず、所定の曲げ半径を選択すれ
ば、任意の損失変化を発生させることが容易であり温度
変化による影響が少なくなっている。また、紫外線硬化
樹脂で被覆した分散シフト型シングルモード光ファイバ
は所定の温度範囲で発生損失値の変動が少なく温度特性
が優れている。さらに、分散シフト型シングルモード光
ファイバはモードフィールド径が小さいので放射モード
の再結合による損失値の非線形現象が小さい。以上の結
果、本発明の光ファイバ変位センサは、温度変化の想定
される環境下でも変位に対して定量的な損失値が再現生
よく得られる。
【００２４】本発明の請求項２の光ファイバ変位センサ
によれば、光ファイバは−５°Ｃから７０°Ｃの雰囲気
内で温度変化の損失値の変動が±０．０５ｄＢ以内の分
散シフト型シングルモード光ファイバとなっているの
で、ループ状の光ファイバの内径を２５ｍｍ以下とする
小型の光ファイバ変位センサとなる。また、本発明の請
求項２の光ファイバ変位センサは、曲げによる損失変化
の範囲が３ｄＢ以内となっているので、例えばダイナミ
ックレンジが１０ｄＢの測定器においては、初期値が仮
に０ｄＢとすれば３個の光ファイバ変位センサを同時に
監視することができるので効率のよい光ファイバ変位セ
ンサとなる。
によれば、光ファイバは−５°Ｃから７０°Ｃの雰囲気
内で温度変化の損失値の変動が±０．０５ｄＢ以内の分
散シフト型シングルモード光ファイバとなっているの
で、ループ状の光ファイバの内径を２５ｍｍ以下とする
小型の光ファイバ変位センサとなる。また、本発明の請
求項２の光ファイバ変位センサは、曲げによる損失変化
の範囲が３ｄＢ以内となっているので、例えばダイナミ
ックレンジが１０ｄＢの測定器においては、初期値が仮
に０ｄＢとすれば３個の光ファイバ変位センサを同時に
監視することができるので効率のよい光ファイバ変位セ
ンサとなる。
【図１】本発明の光ファイバ変位センサの基本的な一実
施の形態を示す説明図である。
施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の光ファイバ変位センサの曲げ変形によ
る発生損失値のターン内径による違いを示す説明図であ
る。
る発生損失値のターン内径による違いを示す説明図であ
る。
【図３】本発明の光ファイバ変位センサの曲げ変形によ
る発生損失値のターン数による違いを示す説明図であ
る。
る発生損失値のターン数による違いを示す説明図であ
る。
【図４】本発明の光ファイバ変位センサの曲げ変形によ
る発生損失値の経時変化を示す説明図である。
る発生損失値の経時変化を示す説明図である。
【図５】本発明の光ファイバ変位センサの温度依存性を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図６】本発明の光ファイバ変位センサを圧力センサと
して使用した一例を示す説明図である。
して使用した一例を示す説明図である。
【図７】本発明の光ファイバ変位センサを圧力センサと
して使用した他の例を示す説明図である。
して使用した他の例を示す説明図である。
【図８】図７に示す光ファイバ変位センサを圧力センサ
として使用して繰り返し動作試験の結果を示す説明図で
ある。
として使用して繰り返し動作試験の結果を示す説明図で
ある。
【図９】従来の光ファイバ変位センサの一例を示す説明
図である。
図である。
【図１０】従来の光ファイバ変位センサの曲げ損失測定
結果を示す説明図である。
結果を示す説明図である。
【図１１】従来の光ファイバ変位センサの曲げ変形によ
る発生損失値の経時変化を示す説明図である。
る発生損失値の経時変化を示す説明図である。
【図１２】各種の光ファイバ変位センサの温度依存性を
示す説明図である。
示す説明図である。
１ 光ファイバ変位センサ ２ 分散シフト型シングルモード光ファイバ ３Ａ、３Ｂ 支持物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀子 幸大 愛知県名古屋市東区東新町１番地 中部電 力株式会社内 (72)発明者 福 唯志 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 光ファイバをループ状に輪取りして２つ
の支持物の間に配置し、支持物の間隔の変位に応じて前
記ループ状の光ファイバに曲げを発生させ、その損失変
化量から支持物の間隔の変位量を検知する光ファイバ変
位センサにおいて、前記光ファイバは、紫外線硬化樹脂
被覆された分散シフト型シングルモード光ファイバであ
ることを特徴とする光ファイバ変位センサ。 - 【請求項２】 前記ループ状の光ファイバの内径が２５
ｍｍ以下であって、前記光ファイバは曲げによる損失変
化の範囲が３ｄＢ以内で、−５°Ｃから７０°Ｃの雰囲
気内で温度変化の損失値の変動が±０．０５ｄＢ以内と
なっていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイ
バ変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23913896A JP3408076B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 光ファイバ変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23913896A JP3408076B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 光ファイバ変位センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1082621A true JPH1082621A (ja) | 1998-03-31 |
| JP3408076B2 JP3408076B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=17040340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23913896A Expired - Fee Related JP3408076B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 光ファイバ変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3408076B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009119297A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 古河電気工業株式会社 | 流体輸送用管および流体漏洩検知システム |
| CN105043264A (zh) * | 2015-05-07 | 2015-11-11 | 中北大学 | 基于宏弯损耗效应的光纤位移传感器 |
| CN112729523A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） | 基于光纤技术实现的井盖防盗传感器 |
-
1996
- 1996-09-10 JP JP23913896A patent/JP3408076B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009119297A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 古河電気工業株式会社 | 流体輸送用管および流体漏洩検知システム |
| US8479565B2 (en) | 2008-03-28 | 2013-07-09 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Fluid conveying tube and fluid leakage detecting system |
| CN105043264A (zh) * | 2015-05-07 | 2015-11-11 | 中北大学 | 基于宏弯损耗效应的光纤位移传感器 |
| CN112729523A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） | 基于光纤技术实现的井盖防盗传感器 |
| CN112729523B (zh) * | 2020-12-25 | 2023-05-16 | 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） | 基于光纤技术实现的井盖防盗传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3408076B2 (ja) | 2003-05-19 |
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