JP2003014491A - 光ファイバセンサ - Google Patents
光ファイバセンサInfo
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- JP2003014491A JP2003014491A JP2001196948A JP2001196948A JP2003014491A JP 2003014491 A JP2003014491 A JP 2003014491A JP 2001196948 A JP2001196948 A JP 2001196948A JP 2001196948 A JP2001196948 A JP 2001196948A JP 2003014491 A JP2003014491 A JP 2003014491A
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- optical fiber
- thermal expansion
- bragg grating
- temperature
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度係数の調整が可能な光ファイバセンサを
提供する。 【解決手段】 温度を計測するための光ファイバセンサ
２５のＦＢＧ１のグレーティング部４の両側が、膨張収
縮方向に沿って平行に配置された低熱膨張材からなる第
１基板２０と高熱膨張材からなる第２基板２１とで構成
されたベースで保持されているので、第２基板２１の長
さを変えることによりベース全体の温度係数が変化す
る。また、圧力や歪みを計測する光ファイバセンサの温
度補償用ＦＢＧ１６のグレーティング部１８を低熱膨張
材３６で覆い、グレーティング部１８の両側の光ファイ
バを高熱膨張材３７、３８で覆うと共に高熱膨張材３
７、３８の長さを変えることにより、温度補償用ＦＢＧ
１６を覆う低熱膨張材３６及び高熱膨張材３７、３８か
らなる連結体の温度係数が補償対象物１５の温度係数に
等しくなるように調整できる。
提供する。 【解決手段】 温度を計測するための光ファイバセンサ
２５のＦＢＧ１のグレーティング部４の両側が、膨張収
縮方向に沿って平行に配置された低熱膨張材からなる第
１基板２０と高熱膨張材からなる第２基板２１とで構成
されたベースで保持されているので、第２基板２１の長
さを変えることによりベース全体の温度係数が変化す
る。また、圧力や歪みを計測する光ファイバセンサの温
度補償用ＦＢＧ１６のグレーティング部１８を低熱膨張
材３６で覆い、グレーティング部１８の両側の光ファイ
バを高熱膨張材３７、３８で覆うと共に高熱膨張材３
７、３８の長さを変えることにより、温度補償用ＦＢＧ
１６を覆う低熱膨張材３６及び高熱膨張材３７、３８か
らなる連結体の温度係数が補償対象物１５の温度係数に
等しくなるように調整できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度変化、圧力、
歪み等の物理量を計測する光ファイバセンサに関する。
歪み等の物理量を計測する光ファイバセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図６はファイバブラッググレーティング
の説明図であり、図７は図６に示したファイバブラッグ
グレーティングを用いた光ファイバセンサの従来例を示
す概念図であり、図８は図６に示したファイバブラッグ
グレーティングを用いた光ファイバセンサの他の従来例
を示す概念図である。
の説明図であり、図７は図６に示したファイバブラッグ
グレーティングを用いた光ファイバセンサの従来例を示
す概念図であり、図８は図６に示したファイバブラッグ
グレーティングを用いた光ファイバセンサの他の従来例
を示す概念図である。
【０００３】図６に示すようにファイバブラッググレー
ティング（以下「ＦＢＧ」という。）１は、光ファイバ
２のコア３の屈折率を一定の周期Ｐで変化させたもので
あり、光ファイバ２に入射した入射光がこの屈折率の変
化した部分（グレーティング部）４で反射して反射光と
して出射するようになっている。その反射光の波長は、
周期Ｐとコア３の屈折率とで決定するため、ＦＢＧ１
は、歪みによる周期Ｐの変化や温度変化による屈折率の
変化で反射光の波長が変化する。そのため、ＦＢＧ１は
歪みと温度に対しては敏感であり、圧力、歪み、温度の
測定をする様々なセンサの研究がなされている。尚、５
はコア３を覆い、コア３より屈折率の低いクラッドであ
る。
ティング（以下「ＦＢＧ」という。）１は、光ファイバ
２のコア３の屈折率を一定の周期Ｐで変化させたもので
あり、光ファイバ２に入射した入射光がこの屈折率の変
化した部分（グレーティング部）４で反射して反射光と
して出射するようになっている。その反射光の波長は、
周期Ｐとコア３の屈折率とで決定するため、ＦＢＧ１
は、歪みによる周期Ｐの変化や温度変化による屈折率の
変化で反射光の波長が変化する。そのため、ＦＢＧ１は
歪みと温度に対しては敏感であり、圧力、歪み、温度の
測定をする様々なセンサの研究がなされている。尚、５
はコア３を覆い、コア３より屈折率の低いクラッドであ
る。
【０００４】このようなＦＢＧ１を用いて温度を計測す
る方法としては、ＦＢＧ１の温度による屈折率変化と光
ファイバの熱膨張による周期変化を利用したものや図７
に示すように光ファイバより熱膨張係数の大きいステン
レス、アルミニウム、高分子材料等の高熱膨張材にＦＢ
Ｇを固定し、ＦＢＧ単体の温度の屈折率変化と熱膨張に
よる反射光の波長変化と高熱膨張材の熱膨張による歪み
を利用したものがある。
る方法としては、ＦＢＧ１の温度による屈折率変化と光
ファイバの熱膨張による周期変化を利用したものや図７
に示すように光ファイバより熱膨張係数の大きいステン
レス、アルミニウム、高分子材料等の高熱膨張材にＦＢ
Ｇを固定し、ＦＢＧ単体の温度の屈折率変化と熱膨張に
よる反射光の波長変化と高熱膨張材の熱膨張による歪み
を利用したものがある。
【０００５】図７に示す光ファイバセンサ６は、高熱膨
張材からなるベース７と、ベース７上の両側に設けられ
た一対の固定部材８、９と、固定部材８、９にグレーテ
ィング部４の両側の光ファイバが固定されたＦＢＧ１と
で構成されたものである。
張材からなるベース７と、ベース７上の両側に設けられ
た一対の固定部材８、９と、固定部材８、９にグレーテ
ィング部４の両側の光ファイバが固定されたＦＢＧ１と
で構成されたものである。
【０００６】この光ファイバセンサ６の光ファイバ２は
図示しない測定器本体（例えばＯＴＤＲ：Optical Time
Domain Reflectometer、光パルス試験器）に接続さ
れ、ベース７の熱膨張（矢印１０）に伴うグレーティン
グ部４の屈折率変化と膨張収縮（矢印１１）とを検出
し、温度を測定するようになっている。
図示しない測定器本体（例えばＯＴＤＲ：Optical Time
Domain Reflectometer、光パルス試験器）に接続さ
れ、ベース７の熱膨張（矢印１０）に伴うグレーティン
グ部４の屈折率変化と膨張収縮（矢印１１）とを検出
し、温度を測定するようになっている。
【０００７】ここで、この種のＦＢＧの利用目的として
は、単に温度センサだけでなく、圧力、歪み等の物理量
を測定するセンサとしても用いられる。また、圧力歪み
検出用ＦＢＧの温度補償用ＦＢＧとして用いられる。す
なわち、圧力、歪み、温度による反射波長変化から温度
変化分を取り除き補償するためにも用いられる。
は、単に温度センサだけでなく、圧力、歪み等の物理量
を測定するセンサとしても用いられる。また、圧力歪み
検出用ＦＢＧの温度補償用ＦＢＧとして用いられる。す
なわち、圧力、歪み、温度による反射波長変化から温度
変化分を取り除き補償するためにも用いられる。
【０００８】図８に示す光ファイバセンサ１２は、ＦＢ
Ｇ１を金属材１３で覆った圧力歪み受感部１４で補償対
象物（測定対象物）１５の圧力や歪みを計測するための
ものである。ＦＢＧ１は温度変化による影響を受けるの
で、ＦＢＧ１の温度変化分の誤差を補償するため、ＦＢ
Ｇ１に温度補償用ＦＢＧ１６が光ファイバ１７で直列接
続されている。
Ｇ１を金属材１３で覆った圧力歪み受感部１４で補償対
象物（測定対象物）１５の圧力や歪みを計測するための
ものである。ＦＢＧ１は温度変化による影響を受けるの
で、ＦＢＧ１の温度変化分の誤差を補償するため、ＦＢ
Ｇ１に温度補償用ＦＢＧ１６が光ファイバ１７で直列接
続されている。
【０００９】温度補償用ＦＢＧ１６、特にグレーティン
グ部１８は圧力歪み受感部１４の周辺に配置したり補償
対象物１５に固定されたりして使用される。
グ部１８は圧力歪み受感部１４の周辺に配置したり補償
対象物１５に固定されたりして使用される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、Ｆ
ＢＧ単体での温度変化による波長変化量（以下「温度係
数」という。）は、約１０ｐｍ／℃（ピコメータ／℃）
である。高熱膨張材に固定した場合、材料によって異な
るが温度係数は、ステンレスで約３０ｐｍ／℃となる。
ＢＧ単体での温度変化による波長変化量（以下「温度係
数」という。）は、約１０ｐｍ／℃（ピコメータ／℃）
である。高熱膨張材に固定した場合、材料によって異な
るが温度係数は、ステンレスで約３０ｐｍ／℃となる。
【００１１】単にＦＢＧ周辺の温度計測を行う場合、温
度係数が大きいと温度精度が良くなるが、その分波長変
化量が大きくなり、使用波長帯域の決まった反射波長測
定装置を用いて反射波長を測定することが困難となる。
度係数が大きいと温度精度が良くなるが、その分波長変
化量が大きくなり、使用波長帯域の決まった反射波長測
定装置を用いて反射波長を測定することが困難となる。
【００１２】また、ＦＢＧが歪み測定を行うＦＢＧの温
度補償用として用いられる場合、温度係数は補償対象の
歪み検出用ＦＢＧと同程度でよい。補償対象の歪み検出
用ＦＢＧは圧力、歪み等その測定目的により様々な物質
に固定されて使用されるため、温度係数も各センサによ
り異なり歪み測定用ＦＢＧと同じ温度係数になる熱膨張
材を選定することが非常に困難である。
度補償用として用いられる場合、温度係数は補償対象の
歪み検出用ＦＢＧと同程度でよい。補償対象の歪み検出
用ＦＢＧは圧力、歪み等その測定目的により様々な物質
に固定されて使用されるため、温度係数も各センサによ
り異なり歪み測定用ＦＢＧと同じ温度係数になる熱膨張
材を選定することが非常に困難である。
【００１３】このように、従来の光ファイバセンサで
は、多種類の材料の中から適当な温度係数の材質を選択
しなければならず、かつ、温度係数の調整が不可能であ
るという問題があった。
は、多種類の材料の中から適当な温度係数の材質を選択
しなければならず、かつ、温度係数の調整が不可能であ
るという問題があった。
【００１４】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、温度係数の調整が可能な光ファイバセンサを提供す
ることにある。
し、温度係数の調整が可能な光ファイバセンサを提供す
ることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光ファイバセンサは、温度変化により屈折率
が変化すると共に膨張収縮することで温度を計測するた
めのグレーティング部が光ファイバに形成されたファイ
バブラッググレーティングと、ファイバブラッググレー
ティングのグレーティング部の両側の光ファイバが一対
の固定部材を介して固定されると共に温度変化により膨
張収縮するベースとを有する光ファイバセンサにおい
て、ベースは、ファイバブラッググレーティングの膨張
収縮方向に沿って直列に接続され温度係数の異なる複数
の基板で構成されているものである。
に本発明の光ファイバセンサは、温度変化により屈折率
が変化すると共に膨張収縮することで温度を計測するた
めのグレーティング部が光ファイバに形成されたファイ
バブラッググレーティングと、ファイバブラッググレー
ティングのグレーティング部の両側の光ファイバが一対
の固定部材を介して固定されると共に温度変化により膨
張収縮するベースとを有する光ファイバセンサにおい
て、ベースは、ファイバブラッググレーティングの膨張
収縮方向に沿って直列に接続され温度係数の異なる複数
の基板で構成されているものである。
【００１６】本発明の光ファイバセンサは、温度変化に
より屈折率が変化すると共に膨張収縮することで温度を
計測するためのグレーティング部が光ファイバに形成さ
れたファイバブラッググレーティングと、ファイバブラ
ッググレーティングのグレーティング部の両側の光ファ
イバが一対の固定部材を介して固定されると共に温度変
化により膨張収縮するベースとを有する光ファイバセン
サにおいて、ベースは、低熱膨張材からなり一方の固定
部材が設けられた第１基板と、第１基板とファイバブラ
ッググレーティングとの間に第１基板と平行になるよう
に第１基板に基板用固定部材で固定され他方の固定部材
が設けられた第２基板とを備えたものである。
より屈折率が変化すると共に膨張収縮することで温度を
計測するためのグレーティング部が光ファイバに形成さ
れたファイバブラッググレーティングと、ファイバブラ
ッググレーティングのグレーティング部の両側の光ファ
イバが一対の固定部材を介して固定されると共に温度変
化により膨張収縮するベースとを有する光ファイバセン
サにおいて、ベースは、低熱膨張材からなり一方の固定
部材が設けられた第１基板と、第１基板とファイバブラ
ッググレーティングとの間に第１基板と平行になるよう
に第１基板に基板用固定部材で固定され他方の固定部材
が設けられた第２基板とを備えたものである。
【００１７】本発明の光ファイバセンサは、温度変化に
より屈折率が変化すると共に膨張収縮することで温度を
計測するためのグレーティング部が光ファイバに形成さ
れたファイバブラッググレーティングと、ファイバブラ
ッググレーティングのグレーティング部の両側の光ファ
イバが一対の固定部材を介して固定されると共に温度変
化により膨張収縮するベースとを有する光ファイバセン
サにおいて 、ベースは、低熱膨張材からなる下側基板
と、下側基板とファイバブラッググレーティングとの間
に下側基板と平行になるように一対の基板用固定部材で
下側基板にそれぞれ固定されると共に上面に上記ファイ
バブラッググレーティングのグレーティング部の両側の
光ファイバを固定する固定部材がそれぞれ設けられ高熱
膨張材からなる一対の上側基板とを備えたものである。
より屈折率が変化すると共に膨張収縮することで温度を
計測するためのグレーティング部が光ファイバに形成さ
れたファイバブラッググレーティングと、ファイバブラ
ッググレーティングのグレーティング部の両側の光ファ
イバが一対の固定部材を介して固定されると共に温度変
化により膨張収縮するベースとを有する光ファイバセン
サにおいて 、ベースは、低熱膨張材からなる下側基板
と、下側基板とファイバブラッググレーティングとの間
に下側基板と平行になるように一対の基板用固定部材で
下側基板にそれぞれ固定されると共に上面に上記ファイ
バブラッググレーティングのグレーティング部の両側の
光ファイバを固定する固定部材がそれぞれ設けられ高熱
膨張材からなる一対の上側基板とを備えたものである。
【００１８】本発明の光ファイバセンサは、温度変化に
より屈折率が変化すると共に膨張収縮するグレーティン
グ部が光ファイバに形成されたファイバブラッググレー
ティングと、ファイバグラッググレーティングを金属材
で覆い補償対象物内に配置され該補償対象物の圧力や歪
みを計測する圧力歪み受感部と、ファイバブラッググレ
ーティングの温度変化分を補償するためファイバブラッ
ググレーティングに温度補償用ファイバブラッググレー
ティングを直列接続した光ファイバセンサにおいて、温
度補償用ファイバブラッググレーティングのグレーティ
ング部を低熱膨張材で覆うと共に低熱膨張材の両側の光
ファイバを所定長さの高熱膨張材で覆ったものである。
より屈折率が変化すると共に膨張収縮するグレーティン
グ部が光ファイバに形成されたファイバブラッググレー
ティングと、ファイバグラッググレーティングを金属材
で覆い補償対象物内に配置され該補償対象物の圧力や歪
みを計測する圧力歪み受感部と、ファイバブラッググレ
ーティングの温度変化分を補償するためファイバブラッ
ググレーティングに温度補償用ファイバブラッググレー
ティングを直列接続した光ファイバセンサにおいて、温
度補償用ファイバブラッググレーティングのグレーティ
ング部を低熱膨張材で覆うと共に低熱膨張材の両側の光
ファイバを所定長さの高熱膨張材で覆ったものである。
【００１９】上記構成に加え本発明の光ファイバセンサ
は、高熱膨張材としてステンレスやアルミニウム等を用
い、低熱膨張材としてインバーやパイレックスを用いる
のが好ましい。
は、高熱膨張材としてステンレスやアルミニウム等を用
い、低熱膨張材としてインバーやパイレックスを用いる
のが好ましい。
【００２０】上記構成に加え本発明の光ファイバセンサ
は、高熱膨張材の長さを調節することによりファイバブ
ラッググレーティングの温度係数を調節するようにして
もよい。
は、高熱膨張材の長さを調節することによりファイバブ
ラッググレーティングの温度係数を調節するようにして
もよい。
【００２１】本発明によれば、温度を計測するための光
ファイバセンサのファイバブラッググレーティングのグ
レーティング部の両側の光ファイバが、膨張収縮方向に
配置された低熱膨張材と高熱膨張材とで構成されたベー
スで保持されているので、高熱膨張材の長さを変えるこ
とによりベース全体の温度係数が変化する。また、圧力
や歪みを計測する光ファイバセンサの温度補償用ファイ
バブラッググレーティングのグレーティング部を低熱膨
張材で覆い、両側を高熱膨張材で覆うと共に高熱膨張材
の長さを変えることにより、温度補償用ファイバブラッ
ググレーティングを覆う膨張材の温度係数が補償対象物
の温度係数に等しくなるように調整できる。
ファイバセンサのファイバブラッググレーティングのグ
レーティング部の両側の光ファイバが、膨張収縮方向に
配置された低熱膨張材と高熱膨張材とで構成されたベー
スで保持されているので、高熱膨張材の長さを変えるこ
とによりベース全体の温度係数が変化する。また、圧力
や歪みを計測する光ファイバセンサの温度補償用ファイ
バブラッググレーティングのグレーティング部を低熱膨
張材で覆い、両側を高熱膨張材で覆うと共に高熱膨張材
の長さを変えることにより、温度補償用ファイバブラッ
ググレーティングを覆う膨張材の温度係数が補償対象物
の温度係数に等しくなるように調整できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００２３】図１は本発明の光ファイバセンサの一実施
の形態を示す概念図である。尚、従来例と同様の部材に
は共通の符号を用いた。
の形態を示す概念図である。尚、従来例と同様の部材に
は共通の符号を用いた。
【００２４】熱膨張係数の低い低熱膨張材からなる第１
基板２０の上に、熱膨張係数の高い高熱膨張材からなる
第２基板２１が第１基板２０と平行になるように第１基
板２０の一方の側（図では左側）に配置され、第２基板
２１の一端（図では右端）が基板用固定部材２２を介し
て第１基板２０上に固定されている。第２基板２１の他
端（図では左端）に設けられた固定部材２３と第１基板
２０の他方の側（図では右側）に設けられた固定部材２
４とでＦＢＧ１のグレーティング部４の両側の光ファイ
バ２が固定されている。各固定部材２２、２３、２４は
ＦＢＧ１に沿って同一線上になるように配置されてい
る。
基板２０の上に、熱膨張係数の高い高熱膨張材からなる
第２基板２１が第１基板２０と平行になるように第１基
板２０の一方の側（図では左側）に配置され、第２基板
２１の一端（図では右端）が基板用固定部材２２を介し
て第１基板２０上に固定されている。第２基板２１の他
端（図では左端）に設けられた固定部材２３と第１基板
２０の他方の側（図では右側）に設けられた固定部材２
４とでＦＢＧ１のグレーティング部４の両側の光ファイ
バ２が固定されている。各固定部材２２、２３、２４は
ＦＢＧ１に沿って同一線上になるように配置されてい
る。
【００２５】これらＦＢＧ１、第１基板２０、第２基板
２１及び各固定部材２２〜２４で光ファイバセンサ２５
が構成されている。
２１及び各固定部材２２〜２４で光ファイバセンサ２５
が構成されている。
【００２６】本光ファイバセンサ２５は、例えば図示し
ない測定器本体（ＯＴＤＲ）に接続される。測定器本体
からの光パルスは光ファイバ２内を伝搬し、グレーティ
ング部４で温度変化による屈折率に対応した反射パルス
光が反射してＯＴＤＲに戻るようになっている。
ない測定器本体（ＯＴＤＲ）に接続される。測定器本体
からの光パルスは光ファイバ２内を伝搬し、グレーティ
ング部４で温度変化による屈折率に対応した反射パルス
光が反射してＯＴＤＲに戻るようになっている。
【００２７】ＦＢＧ１へはＦＢＧ単体の温度変化による
屈折率変化と熱膨張収縮（矢印２６）による波長変化に
加え、第２基板２１の長さ分だけ第２基板２１の熱膨張
（矢印２７）による歪みが加わる。この第２基板２１の
長さを変化させることにより、ベース全体の温度係数を
様々な値に変化させることができる。
屈折率変化と熱膨張収縮（矢印２６）による波長変化に
加え、第２基板２１の長さ分だけ第２基板２１の熱膨張
（矢印２７）による歪みが加わる。この第２基板２１の
長さを変化させることにより、ベース全体の温度係数を
様々な値に変化させることができる。
【００２８】第２基板２１には、光ファイバ２より温度
係数の高いステンレス、アルミニウム、高分子材料等が
用いられ、低熱膨張材からなる第１基板２０には、温度
係数が光ファイバ２と等しいか、あるいは低いインバー
材や石英等が用いられる。
係数の高いステンレス、アルミニウム、高分子材料等が
用いられ、低熱膨張材からなる第１基板２０には、温度
係数が光ファイバ２と等しいか、あるいは低いインバー
材や石英等が用いられる。
【００２９】尚、第１基板２０は図では略Ｌ字断面形状
を有しているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、平坦な板状であってもよく、その場合には固定部材
２４の高さを高くする必要がある。また、第１基板２０
の上側に第２基板２１が配置された場合で説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、同一平面上で
第１基板２０と第２基板２１とを接続したものをベース
として用いてもよい。
を有しているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、平坦な板状であってもよく、その場合には固定部材
２４の高さを高くする必要がある。また、第１基板２０
の上側に第２基板２１が配置された場合で説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、同一平面上で
第１基板２０と第２基板２１とを接続したものをベース
として用いてもよい。
【００３０】次に図２を参照して具体的な数値を挙げて
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】図２は本発明の光ファイバセンサの一実施
例を示す概念図である。
例を示す概念図である。
【００３２】同図に示す光ファイバセンサ２５は、図１
に示した光ファイバセンサ２５と同様の構成であるの
で、構成についての説明は省略する。
に示した光ファイバセンサ２５と同様の構成であるの
で、構成についての説明は省略する。
【００３３】第２基板２１としてステンレスが用いら
れ、第１基板２０としてインバーが用いられている。こ
こで、ファイバ固定長Ｌ１を４５ｍｍとし、ステンレス
長Ｌ２を５ｍｍ、７ｍｍとして温度を０℃から４０℃へ
と変化させた。
れ、第１基板２０としてインバーが用いられている。こ
こで、ファイバ固定長Ｌ１を４５ｍｍとし、ステンレス
長Ｌ２を５ｍｍ、７ｍｍとして温度を０℃から４０℃へ
と変化させた。
【００３４】図３は図２に示した光ファイバセンサのス
テンレス長を変化させたときの波長変化を示す図であ
り、横軸は温度軸であり、縦軸は波長変化軸である。
テンレス長を変化させたときの波長変化を示す図であ
り、横軸は温度軸であり、縦軸は波長変化軸である。
【００３５】参考のため、ＦＢＧ単体の場合とＦＢＧを
高熱膨張材としてのステンレス（長さ４５ｍｍ、インバ
ー使用せず）に固定した場合とについても図示する。
高熱膨張材としてのステンレス（長さ４５ｍｍ、インバ
ー使用せず）に固定した場合とについても図示する。
【００３６】温度係数は、ＦＢＧ単体（特性曲線Ｌａ）
で９．５ｐｍ／℃、高熱膨張材（ステンレス）のみ（特
性曲線Ｌｄ）で２７ｐｍ／℃、ステンレス長５ｍｍ（特
性曲線Ｌｂ）で約１０ｐｍ／℃、ステンレス長７ｍｍ
（特性曲線Ｌｃ）で約１２ｐｍ／℃となった。
で９．５ｐｍ／℃、高熱膨張材（ステンレス）のみ（特
性曲線Ｌｄ）で２７ｐｍ／℃、ステンレス長５ｍｍ（特
性曲線Ｌｂ）で約１０ｐｍ／℃、ステンレス長７ｍｍ
（特性曲線Ｌｃ）で約１２ｐｍ／℃となった。
【００３７】このように、高熱膨張材と低熱膨張材とを
組み合わせてベースを構成することにより温度係数を調
整することができる。
組み合わせてベースを構成することにより温度係数を調
整することができる。
【００３８】図４は本発明の光ファイバセンサの他の実
施の形態を示す概念図である。
施の形態を示す概念図である。
【００３９】図１に示した光ファイバセンサとの相違点
は、ベースが低熱膨張材からなる下側基板３０と、下側
基板３０に基板用固定部材３１、３２で固定された高熱
膨張材からなる一対の上側基板２８、２９からなる点で
ある。
は、ベースが低熱膨張材からなる下側基板３０と、下側
基板３０に基板用固定部材３１、３２で固定された高熱
膨張材からなる一対の上側基板２８、２９からなる点で
ある。
【００４０】同図に示す光ファイバセンサ３５は、低熱
膨張材からなる下側基板３０と、下側基板３０の上に設
けられた一対の基板用固定部材３１、３２と、一端が基
板用固定部材３１、３２にそれぞれ固定され下側基板３
０上に平行かつに外側に向かって配置された高熱膨張材
からなる一対の上側基板２８、２９と、上側基板２８、
２９の外側に設けられた固定部材３３、３４と、グレー
ティング部４の両側の光ファイバ２が固定部材３３、３
４に固定されたＦＢＧ１とで構成されたものである。各
固定部材３１〜３４は同一線上に配置されている。
膨張材からなる下側基板３０と、下側基板３０の上に設
けられた一対の基板用固定部材３１、３２と、一端が基
板用固定部材３１、３２にそれぞれ固定され下側基板３
０上に平行かつに外側に向かって配置された高熱膨張材
からなる一対の上側基板２８、２９と、上側基板２８、
２９の外側に設けられた固定部材３３、３４と、グレー
ティング部４の両側の光ファイバ２が固定部材３３、３
４に固定されたＦＢＧ１とで構成されたものである。各
固定部材３１〜３４は同一線上に配置されている。
【００４１】このような光ファイバセンサ３５において
も図１に示した光ファイバセンサ２５と同様の効果が得
られる。尚、図では下側基板３０と上側基板２８、２９
とが段違いの平行状態になるように配置されているが、
これに限定されるものではなく、同一平面上になるよう
に構成してもよい。
も図１に示した光ファイバセンサ２５と同様の効果が得
られる。尚、図では下側基板３０と上側基板２８、２９
とが段違いの平行状態になるように配置されているが、
これに限定されるものではなく、同一平面上になるよう
に構成してもよい。
【００４２】図５は本発明の光ファイバセンサの他の実
施の形態を示す概念図である。
施の形態を示す概念図である。
【００４３】図８に示した光ファイバセンサ１２との相
違点は、温度補償用ＦＢＧ１６のグレーティング部１８
を低熱膨張材３６で覆うと共に低熱膨張材３６の両側の
光ファイバを高熱膨張材３７、３８で覆った点である。
違点は、温度補償用ＦＢＧ１６のグレーティング部１８
を低熱膨張材３６で覆うと共に低熱膨張材３６の両側の
光ファイバを高熱膨張材３７、３８で覆った点である。
【００４４】この光ファイバセンサ３９は、ＦＢＧ１が
金属材で覆われ補償対象物１５の圧力や歪みを受ける圧
力歪み受感部１４と、ＦＢＧ１に光ファイバ１７を介し
て接続され補償対象物１５の温度補償をするための温度
補償用ＦＢＧ１６と、温度補償用ＦＢＧ１６のグレーテ
ィング部１８を覆う低熱膨張材３６と、低熱膨張材３６
の両側の光ファイバを覆う所定長さの高熱膨張材３７、
３８とで構成されたものである（図では高熱膨張材３
７、３８の長手方向の長さが異なっているが、本発明は
これに限定されるものではない。）。
金属材で覆われ補償対象物１５の圧力や歪みを受ける圧
力歪み受感部１４と、ＦＢＧ１に光ファイバ１７を介し
て接続され補償対象物１５の温度補償をするための温度
補償用ＦＢＧ１６と、温度補償用ＦＢＧ１６のグレーテ
ィング部１８を覆う低熱膨張材３６と、低熱膨張材３６
の両側の光ファイバを覆う所定長さの高熱膨張材３７、
３８とで構成されたものである（図では高熱膨張材３
７、３８の長手方向の長さが異なっているが、本発明は
これに限定されるものではない。）。
【００４５】圧力歪み受感部１４が圧力を受けるとＦＢ
Ｇ１のグレーティング部４が収縮し屈折率が変化する。
温度補償用ＦＢＧ１６に接続された図示しない測定器本
体（ＯＴＤＲ）からの光パルスが温度補償用ＦＢＧ１
６、光ファイバ１７及びＦＢＧ１内を伝搬し、圧力歪み
受感部１４内のグレーティング部４で反射し、光ファイ
バ１７、温度補償用ＦＢＧ１６のグレーティング部１８
を通過してＯＴＤＲに戻る。このとき圧力歪み受感部１
４の周囲の補償対象物１５の温度変化により、圧力歪み
受感部１４のグレーティング部４が膨張収縮すると共に
温度補償用ＦＢＧ１６のグレーティング部１８も同様に
膨張収縮する。しかし、温度補償用ＦＢＧ１６のグレー
ティング部１８は低熱膨張材３６と高熱膨張材３７、３
８とで覆われているので、高熱膨張材３７、３８の長さ
を変えることにより、低熱膨張材３６及び高熱膨張材３
７、３８からなる連結体の温度係数を調整することがで
きる。
Ｇ１のグレーティング部４が収縮し屈折率が変化する。
温度補償用ＦＢＧ１６に接続された図示しない測定器本
体（ＯＴＤＲ）からの光パルスが温度補償用ＦＢＧ１
６、光ファイバ１７及びＦＢＧ１内を伝搬し、圧力歪み
受感部１４内のグレーティング部４で反射し、光ファイ
バ１７、温度補償用ＦＢＧ１６のグレーティング部１８
を通過してＯＴＤＲに戻る。このとき圧力歪み受感部１
４の周囲の補償対象物１５の温度変化により、圧力歪み
受感部１４のグレーティング部４が膨張収縮すると共に
温度補償用ＦＢＧ１６のグレーティング部１８も同様に
膨張収縮する。しかし、温度補償用ＦＢＧ１６のグレー
ティング部１８は低熱膨張材３６と高熱膨張材３７、３
８とで覆われているので、高熱膨張材３７、３８の長さ
を変えることにより、低熱膨張材３６及び高熱膨張材３
７、３８からなる連結体の温度係数を調整することがで
きる。
【００４６】ここで、本光ファイバセンサの使用方法や
応用システム等について説明する。
応用システム等について説明する。
【００４７】目的の温度精度でＦＢＧ温度センサを製作
する場合、ＦＢＧの反射波長測定装置の精度に合わせた
温度係数が必要になる。ＦＢＧの反射波長計測装置精度
が±２０ｐｍの場合で±１℃のＦＢＧ温度センサが必要
な場合、必要なＦＢＧ温度センサの温度係数は２０ｐｍ
／℃以上となる。本発明を用いれば高熱膨張材の長さを
調節することにより目的の温度係数を有するＦＢＧ温度
センサを製作することができる。
する場合、ＦＢＧの反射波長測定装置の精度に合わせた
温度係数が必要になる。ＦＢＧの反射波長計測装置精度
が±２０ｐｍの場合で±１℃のＦＢＧ温度センサが必要
な場合、必要なＦＢＧ温度センサの温度係数は２０ｐｍ
／℃以上となる。本発明を用いれば高熱膨張材の長さを
調節することにより目的の温度係数を有するＦＢＧ温度
センサを製作することができる。
【００４８】以上において、ＦＢＧ温度センサの温度係
数を変化させることにより自由な温度精度の光ファイバ
センサを製作することができる。また、他のセンサの温
度補償用ＦＢＧとして用いる場合にも補償対象のセンサ
の温度係数に合わせて最適な温度補償を行うことができ
る。
数を変化させることにより自由な温度精度の光ファイバ
センサを製作することができる。また、他のセンサの温
度補償用ＦＢＧとして用いる場合にも補償対象のセンサ
の温度係数に合わせて最適な温度補償を行うことができ
る。
【００４９】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００５０】温度係数の調整が可能な光ファイバセンサ
の提供を実現できる。
の提供を実現できる。
【図１】本発明の光ファイバセンサの一実施の形態を示
す概念図である。
す概念図である。
【図２】本発明の光ファイバセンサの一実施例を示す概
念図である。
念図である。
【図３】図２に示した光ファイバセンサのステンレス長
を変化させたときの波長変化を示す図である。
を変化させたときの波長変化を示す図である。
【図４】本発明の光ファイバセンサの他の実施の形態を
示す概念図である。
示す概念図である。
【図５】本発明の光ファイバセンサの他の実施の形態を
示す概念図である。
示す概念図である。
【図６】ファイバブラッググレーティングの説明図であ
る。
る。
【図７】図６に示したファイバブラッググレーティング
を用いた光ファイバセンサの従来例を示す概念図であ
る。
を用いた光ファイバセンサの従来例を示す概念図であ
る。
【図８】図６に示したファイバブラッググレーティング
を用いた光ファイバセンサの他の従来例を示す概念図で
ある。
を用いた光ファイバセンサの他の従来例を示す概念図で
ある。
１ ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）
２ 光ファイバ
４ グレーティング部
２０ 第１基板
２１ 第２基板
２２ 基板用固定部材
２３、２４ 固定部材
２５ 光ファイバセンサ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０２Ｂ 6/10 Ｇ０１Ｄ 3/04 Ｄ
Ｆターム(参考） 2F056 VF02 VF03 VF20
2F075 AA03 EE02
2F103 BA01 CA07 EA02 EA16 EA18
EA19 EA25 EB02 EB32 EC09
GA15
2H038 AA05 AA07 BA25 CA52
2H050 AC84 AD00 AD06
Claims (6)
- 【請求項１】 温度変化により屈折率が変化すると共に
膨張収縮することで温度を計測するためのグレーティン
グ部が光ファイバに形成されたファイバブラッググレー
ティングと、該ファイバブラッググレーティングの上記
グレーティング部の両側の光ファイバが一対の固定部材
を介して固定されると共に温度変化により膨張収縮する
ベースとを有する光ファイバセンサにおいて、上記ベー
スは、上記ファイバブラッググレーティングの膨張収縮
方向に沿って直列に接続され温度係数の異なる複数の基
板で構成されていることを特徴とする光ファイバセン
サ。 - 【請求項２】 温度変化により屈折率が変化すると共に
膨張収縮することで温度を計測するためのグレーティン
グ部が光ファイバに形成されたファイバブラッググレー
ティングと、該ファイバブラッググレーティングの上記
グレーティング部の両側の光ファイバが一対の固定部材
を介して固定されると共に温度変化により膨張収縮する
ベースとを有する光ファイバセンサにおいて、上記ベー
スは、低熱膨張材からなり一方の固定部材が設けられた
第１基板と、第１基板と上記ファイバブラッググレーテ
ィングとの間に第１基板と平行になるように第１基板に
基板用固定部材で固定され他方の固定部材が設けられた
第２基板とを備えたことを特徴とする光ファイバセン
サ。 - 【請求項３】 温度変化により屈折率が変化すると共に
膨張収縮することで温度を計測するためのグレーティン
グ部が光ファイバに形成されたファイバブラッググレー
ティングと、該ファイバブラッググレーティングの上記
グレーティング部の両側の光ファイバが一対の固定部材
を介して固定されると共に温度変化により膨張収縮する
ベースとを有する光ファイバセンサにおいて 、上記ベ
ースは、低熱膨張材からなる下側基板と、該下側基板と
上記ファイバブラッググレーティングとの間に上記下側
基板と平行になるように一対の基板用固定部材で上記下
側基板にそれぞれ固定されると共に上面に上記ファイバ
ブラッググレーティングのグレーティング部の両側の光
ファイバを固定する固定部材がそれぞれ設けられ高熱膨
張材からなる一対の上側基板とを備えたことを特徴とす
る光ファイバセンサ。 - 【請求項４】 温度変化により屈折率が変化すると共に
膨張収縮するグレーティング部が光ファイバに形成され
たファイバブラッググレーティングと、該ファイバグラ
ッググレーティングを金属材で覆い補償対象物内に配置
され該補償対象物の圧力や歪みを計測する圧力歪み受感
部と、上記ファイバブラッググレーティングの温度変化
分を補償するため上記ファイバブラッググレーティング
に温度補償用ファイバブラッググレーティングを直列接
続した光ファイバセンサにおいて、上記温度補償用ファ
イバブラッググレーティングのグレーティング部を低熱
膨張材で覆うと共に該低熱膨張材の両側の光ファイバを
所定の長さの高熱膨張材で覆ったことを特徴とする光フ
ァイバセンサ。 - 【請求項５】 上記高熱膨張材としてステンレスやアル
ミニウム等を用い、上記低熱膨張材としてインバーやパ
イレックス（登録商標）を用いた請求項１から４のいず
れかに記載の光ファイバセンサ。 - 【請求項６】 上記高熱膨張材の長さを調節することに
より上記ファイバブラッググレーティングの温度係数を
調節するようにした請求項１から５のいずれかに記載の
光ファイバセンサ。
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|---|---|---|---|
| JP2001196948A JP4403674B2 (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 光ファイバセンサ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196948A JP4403674B2 (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 光ファイバセンサ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003014491A true JP2003014491A (ja) | 2003-01-15 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001196948A Expired - Fee Related JP4403674B2 (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 光ファイバセンサ |
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Cited By (17)
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|---|---|---|---|---|
| JP2009204494A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Anritsu Corp | 振動検出器 |
| WO2009136339A1 (en) * | 2008-05-05 | 2009-11-12 | Institute Of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration | A method to make high sensitive fiber bragg grating temperature sensors |
| JP2012198161A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-18 | Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd | 偏芯回転センサならびに溶接トーチ揺動検出器および揺動装置 |
| CN105258716A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-20 | 南京航空航天大学 | L形光纤光栅传感器及其应用 |
| JP2018040778A (ja) * | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 株式会社シミウス | Ｆｂｇ温度センサ |
| CN108489415A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-09-04 | 南京梦联桥传感科技有限公司 | 一种带温度自动补偿的光纤应变传感器 |
| JP2019109057A (ja) * | 2017-12-15 | 2019-07-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 光ファイバセンサ |
| CN110207847A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-06 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种温度检测结构 |
| US10408644B2 (en) | 2016-03-04 | 2019-09-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical fiber temperature sensor and method for manufacturing same |
| CN110702279A (zh) * | 2018-07-10 | 2020-01-17 | 无锡必创传感科技有限公司 | 一种光纤光栅单向应变传感器 |
| CN110736576A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-01-31 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种光纤应变计的温度自修正装置及方法 |
| RU2717170C1 (ru) * | 2019-06-26 | 2020-03-18 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Способ компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа |
| CN111220262A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-02 | 山东省科学院激光研究所 | 基于光纤激光器的波长可调式加速度传感器 |
| CN112964330A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-06-15 | 河南渡盈光电科技有限公司 | 一种基于级联光纤光栅的液位传感器工作方法及装置 |
| CN113390778A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-14 | 大连理工大学 | 一种具有温度补偿监测油气管道内部腐蚀的光纤传感器 |
| CN114046897A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-02-15 | 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 | 双f形光纤光栅温度传感器 |
| CN116125588A (zh) * | 2023-01-13 | 2023-05-16 | 杭州奥创光子技术有限公司 | 一种光纤光栅温控装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108195299A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-06-22 | 北京信息科技大学 | 用于高温应变测量的fp与再生fbg复合传感器 |
-
2001
- 2001-06-28 JP JP2001196948A patent/JP4403674B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN110736576A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-01-31 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种光纤应变计的温度自修正装置及方法 |
| CN111220262A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-02 | 山东省科学院激光研究所 | 基于光纤激光器的波长可调式加速度传感器 |
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