JPH01219612A - パラメータ測定装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光学センサー、特に測定されるパラメータが、
光ファイバを経由して伝達される光に影響を与えるセン
サーに関する。

［従来の技術］ 光学ファイバがある値以上に曲っている場合、光ファイ
バを通して伝達される光の一部がファイバの壁を通して
失われることが知られている。この現象はマイクロベン
ディング（微少曲り）として知られ、光信号の振幅を不
必要に減少させるので、光通信装置においては望ましく
ない現象と見なされている。

ある公知の型式の装置においてはマイクロベンディング
に基づいた光学的圧力センサーが用いられている。単色
光が光ファイバにそって伝達され、ファイバの遠隔端か
ら出る光の強さがＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ　Ｄｅｖｉｃｅ　）のような検知器でモニタ（監視）
される。ファイバに圧力がかかると、マイクロベンディ
ングにより光が失われ、ＣＣＤからの出力信号はそれに
応じて減少、または消滅しさえする。このようにして圧
力が検知されるので、この装置は荷重がかかるとそれに
応じて信号を出力する「圧力マット」を構成するために
用いることができる。

［発明が解決しようとするｉ！題］ 本発明の目的は、上述の型式に代る他の型式の装置（代
替装置）を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のパラメータ測定装置は、多色光源と、検知器と
、光源から検知器へ多色光を伝達する光ファイバと、検
知器の出力を、測定されるバラメ−夕の値に換算する解
析手段を含み、前記光ファイバは測定されるパラメータ
の変化がファイバを動かしてマイクロベンディングの量
を変化させ、その結果、光ファイバの中に拘束されなく
なった多色光の部分が変化するように配設され、前記検
知器は複数の異なる波長にて光ファイバにより伝達され
る多色光の強さを検知するようにされている。

［作用］ 本発明の装置においては、前記の従来の装置が光信号の
振幅だけを測定するのと違って、光ファイバにより伝達
された光の色の変化が指示される。光ファイバが曲ると
、多色光信号のある波長の成分がファイバの壁を通って
逃げるけれど他の波長の成分はファイバの中に拘束され
続ける。したがって、光ファイバにより伝達される光は
、マイクロベンディングによってその強さばかりでなく
色も変えられる。

便宜上、検知器は２つ以上の別々の所定の波長における
入射光の強さの比をモニタするようにされる。望ましい
代替装置において、検知器は少なくとも第１および第２
の光応答素子を有し、第１の素子の波長に対する応答性
は第２の素子のそれとは異なり、光応答素子からの信号
は解析手段に入力され、該解析手段は、光応答素子から
の信号から、光ファイバにより伝達される多色光の色を
色度（ＣＩＥ　）図上の２以上のパラメータにより表わ
し、て計算する。１つの便利な装置として、それぞれ特
有の波長応答性をもつ２つの異る光応答素子が用いられ
る。または、光応答素子の一方または両方に色応答特性
をもたせるために該光応答素子が着色フィルタを備えて
いて、それによって、もし必要ならば、２つの同じ光応
答素子が用いられるようにすることができる。２つの光
応答素子の波長／強度曲線についての応答は、波長スペ
クトルの少なくとも１部で重なっているのが望ましい。

少なくとも、第１および第２の光応答素子を用いること
によって、単に２つ以上の選択された波長において色の
変化（波長変調）を検知するのではなく、スペクトルの
選択された部分全体の変化（色変調）を評価することに
よって、色の変化が定められる。したがって、色＾（波
長７強さ曲線Ａにより表わされる）から色Ｂ（波長７強
さ曲線Ｂによって表わされる）への変化が２つの曲線の
間の面積から計算され、それにより、「真」の色の、よ
り完全な解析が与えられる。波長変調は２以上の選択さ
れた波長における曲線間の距離に基づく°計算であると
いう意味で、より単純である。

本明細書に用いられる「多色光」という語は任意の多波
長の放射線を意味し、具体的に可視光および赤外線の双
方を含むことを意味する。「色」という語は、判り易く
するために用いられているのであっぞ、決して可視光の
みを意味しない。装置に可視スペクトル外側の波長域の
放射線を出射する光源が用いられる場合には、「色」と
いう語は放射線のスペクトル分布について引用される。

測定されるべきパラメータの変化によって光ファイバの
少なくとも一部分が押しつけられる部材が設けられるの
が便利な場合がある。ある装置において、この部材は、
光ファイバが隣接して配設される、縦方向に延在するア
ンビル（かなとこ）である。アンビルは、ファイバが押
しつけられて接触するときマイクロベンディングを助長
するために、凹凸のある表面をもつことが考えられる。

光ファイバは、アンビルにそって第１の縦方向に延在す
る第１の部分、およびアンビルにそって反対の縦方向に
戻る第２の部分をもつのが便利である。光ファイバの第
１および第２の部分は相互に撚り合わされることが考え
られる。または、光ファイバは縦方向に延在するアンビ
ル上に螺旋状に巻かれる。一つの便利な装置では、アン
ビルが円筒の形をとる。

また、光フアイバ中にもはや拘束されない多色光の部分
を色変調する手段と、色変調された光を光ファイバに戻
す手段とが設けられるのが便利な場合がある。これは、
やはり光の色シグニチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　）がマ
イクロベンディングによって変えられることを保証しな
がら、多色光を許容できる程度に高い振幅に保つのに役
立つ。色変調装置は光ファイバに隣接する着色フィルタ
を含み、戻し装置は光ファイバから遠い方のフィルタの
面に設けられた反”耐表面を含むのが好都合である。

着色フィルタは光ファイバを囲むスリーブとして形成さ
れるのが適当である。

本発明はさらに上記の装置を用いてパラメータを測定す
る方法にある。本発明のパラメータの測定方法において
は、光ファイバにそって多色光を伝送し、測定すべきパ
ラメータの変化によって、マイクロベンディングの量を
変化させるようにファイバが動き、その結果、光フアイ
バ内にもはや拘束されない多色光の部分が変るために光
ファイバを配設し、光ファイバにより伝達される多色光
の強さを複数の異なる波長で検知し、多色光の検知され
た強さを測定されるパラメータの値に換算する。

本方法は、２つ以上の分離された波長における検知され
た光の強さの比をモニタする過程を適切に含んでいる。

または、本方法は少なくとも第１および第２の光応答素
子を含み、第１の素子の波長に対する応答性が第２の素
子のそれとは異なっている検知器により、伝達される多
色光を検知し、第１および第２の光応答素子の出力から
、色度（ＣＩＥ　）図上の２以上のパラメータにより表
わして、光ファイバにより伝達される多色光の色を計算
し、伝達された多色光の色を測定されるパラメータの値
に換算する。

［実施例１ 次に、添付図面を参照しつつ、実例のみにより本発明を
さらに詳細に記載する。

第１図を参照すると、光源２から検知器３に多色光を伝
達する光ファイバｌを含む圧力センサが示されている。

検知器３は２つの光応答素子４．５を含み、それらの出
力信号が解析のためにマイクロプロセッサ−６に送られ
る。光ファイバ１は、上面がサンドベーパのような凹凸
のある材料で蔽われたアンビル７の上に載っている。圧
力Ｐがファイバ１にかけられると、さらに第２図を参照
して説明されるように、凹凸のある表面がマイクロベン
ディングを助長する。

圧力Ｐは光ファイバｌを第２図に示すような曲線に押し
曲げる。少なくとも波長成分λ１およびλ２を含む多色
光は、ファイバの曲率が臨界角度に達する時点までは、
光ファイバの中に拘束され、曲率が臨界角度に達した時
点では波長成分λ！はファイバの壁を透過することがで
きる。波長成分λ２は光ファイバｌにそって反射され続
けるが、波長成分λ、は失われ、それにより伝送される
光に色の変化が生ずる。

ファイバ１によって伝送された光は光応答素子４．５に
入射し、２つの異なる出力信号を発生し、これらの信号
はマイクロプロセッサ６によって解析される。マイクロ
プロセッサ６は光応答素子４゜５からの信号から、伝達
された光の色を色度（ＣＩＥ）図上の２つのパラメータ
、の値で表示して算出する。マイクロプロセッサは色の
変化を検知した時、例えばデイスプレー・ユニット（図
示せず）上に圧力Ｐが検知されたことを表示することが
できる。

さらに、圧力Ｐの大きさを計算したい場合は、前記パラ
メータはマイクロプロセッサのＲＯＭに格納されたルッ
クアップ・テーブルのパラメータ値と比較し、相当する
圧力値を求める。つぎにこの圧力の大きさはデイスプレ
ー・ユニット上に表示される。

第３図は、光ファイバ１の上下両方のアンビルによって
マイクロベンディングが助長される装置を示す。ファイ
バの下方のアンビル７の他に、ファイバ上方の補足アン
ビル２０がそれにかかる圧力Ｐを伝達する。圧力Ｐはア
ンビル２０を動かし、またはたまわせ、ファイバｌをア
ンビル７に対して押しつけて、マイクロベンディングの
発生を増大させる。

第４図は第１図の装置の変形であり、光源２と検知器３
がアンビル７の同じ側にくるように、光ファイバｌが撚
り返えされている。ファイバ１の外向きおよび返りの半
分は交叉点８が生ずるように撚り合せられ、それによっ
てさらにマイクロベンディングの発生を助長する。

第５図は、アンビルが円筒９の形をし、その上にファイ
バｌが螺旋状に巻かれているセンサを示す。この円筒は
熱膨張系数が比較的高い銅のような材料から作られるこ
とができる。円筒９の温度の上昇によって膨張し、それ
に対応して光ファイバ１、特に交叉点８に、圧力が作用
する。このようにして、温度の変化はマイクロベンディ
ングにより色の変化に変換され、この色の変化が検知器
３によフて検知される。

第５図の装置は、ワイヤ２０にそって流れる電流を測定
するようにすることができる。この場合、円筒は中空で
あり、電流が流れるワイヤがその中を通る。円筒は、ワ
イヤ２０を流れる電流によって生ずる磁界の強さによっ
て膨張または収縮するように強磁性材によって形成され
る。前記のように、膨張は光ファイバ１に圧力を及ぼし
てマイクロベンディングを生じ、これが検知器３によっ
て色の変化として検知される。同様、な効果は、ワイヤ
２０により誘導される電圧により膨張または収縮する圧
電性材料を用いることによっても得られる。

第６図のセンサーは光ファイバｌが巻かれる円筒形アン
ビル９を含んでいる。アンビルとファイバ１はスリーブ
ＩＯに取り囲まれ、スリーブｌＯは着色ガラスのフィル
タ１１を含み、該フィルタ１１の外面は銀が塗られて反
射表面１２が形成されている。

円筒９が膨張すると、第７図に、さらに詳細に示される
ように、マイクロベンディングによって、ある波長成分
の光がファイバ１から逃れてスリーブ１０の中に入る。

マイクロベンディングにより、波長成分λ、およびλ２
は光ファイバ１から逃れるけれど、波長成分λ３はファ
イバの中で反射され続ける。波長成分λ２はフィルタを
横切って進み、銀メツキ表面１２により反射され、ファ
イバ１に送り返される。しかし、フィルタ１１は波長成
分λ１を減衰させる吸収特性をもつ。したがって、光フ
ァイバｌにそって進行する光は波長λ２およびλ３から
成るが、色は波長λ！の吸収により変化している。この
ようにして色シダニチャー（色特性）が多色光に与えら
れ、信号強度の振幅の減少が軽減される。

第８図では、光ファイバ１がループに形成され、枠１３
に位置１４．１５にて緊締（クランプ）されている。温
度の上昇によってファイバが膨張し、ファイバの長さが
増すにつれて、ループの半径も変化する。ループの半径
のこの変化はマイクロベンディングの量を変化させ、そ
れに対応してファイバ１によって伝達される光に、色変
化を生じさせ、この色変化は検知器３により検知される
。

パラメータの変化に応じて光フアイバ内にマイクロベン
デングが生じる他の装置は、当業者にとって明らかであ
ろう。マイクロベンディングによる色変化に翻訳される
ことのできる任意のパラメータが、本発明の技法によっ
て測定されることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧力センサの説明図、第２図は光
ファイバのマイクロベンディングを示す図、 第３図は本発明による圧力センサの変形実施例の一部分
の説明図、 第４図は本発明にょる圧力センサのいま一つの変形実施
例の説明図、 第５図は本発明による装置のいま一つの変形実施例の説
明図、 第６図は本発明による装置のさらにいま一つの変形実施
例の分解図、 第７図は第６図の装置の一部の説明図、第８図は本発明
による温度センサの説明図、１：光ファイバ ２：光源 ３：検知器 ４：第１の光応答素子 ５：第２の光応答素子 ６：解析装置 ７：部材（アンビル） ９：円筒 ｌＯニスリーブ ｌｌ：色変調手段（着色フィルタ） １２：戻し手段（反射表面）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源（２）と、検知器（３）と、測定されるべきパ
   ラメータの変化によって、マイクロベンティングの量を
   変化させるように動かされるために配置され、光源（２
   ）から検知器（３）に光を伝達する光ファイバ（１）を
   含むパラメータ測定装置において、 前記光源（２）は、マイクロベンディングによって光フ
   ァイバ（１）中にもはや閉込められなくなる部分が変化
   する多色光の光源であり、 検知器（３）は光ファイバ（１）によって伝達された多
   色光の強さを複数の異る波長で検知するようにされてお
   り、 前記検知器（３）の出力を測定されるべきパラメータ値
   に換算する解析手段（６）を備えていることを特徴とす
   るパラメータ測定装置。 ２、検知器（３）は２つ以上の分離した所定波長におけ
   る入射光の強さの比を監視するようにされている、請求
   項１に記載の装置。 ３、検知器（３）は少なくとも第１および第２の光応答
   素子（４、５）を含み、第１の素子（４）の、波長に対
   する応答性は第２の素子（５）の、波長に対する応答性
   とは異なり、前記光応答素子（４、５）からの信号は解
   析装置（６）に入力され、該解析装置（６）は光応答素
   子（４、５）からの信号から、光ファイバ（１）により
   伝達された多色光の色を、色度図の上での２以上のパラ
   メータで表わされるように計算する、請求項１に記載の
   装置。 ４、光ファイバ（１）の少なくとも一部分が測定される
   パラメータの変化により押しつけられる部材（７）が設
   けられている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載
   の装置。 ５、前記部材は、光ファイバ（１）が隣接して配置され
   る、縦方向に延在するアンビル（７）である、請求項４
   に記載の装置。 ６、光ファイバ（１）は、アンビル（７）にそって第１
   の縦方向に延在する第１の部分と、アンビル（７）にそ
   ってその反対の縦方向に返る第２の部分を含む、請求項
   ５に記載の装置。 ７、光ファイバ（１）の第１および第２の部分が相互に
   撚り合せられている、請求項６に記載の装置。 ８、光ファイバ（１）は縦方向に延在するアンビル上に
   螺旋状に巻かれている、請求項５または６に記載の装置
   。 ９、前記アンビルは円筒（９）の形をとる、請求項８に
   記載の装置。 １０、もはや光ファイバ（１）の中に拘束されない多色
   光の部分を色変調する手段（１１）と、前記色変調され
   た光を前記光ファイバ（１）の中に戻す手段（１２）が
   設けられている、請求項１ないし９のいずれか１項に記
   載の装置。 １１、前記色変調する手段は前記光ファイバ（１）に隣
   接する着色フィルタ（１１）を含み、前記戻す手段は、
   前記フィルタの光ファイバ（１）から遠い方の面に設け
   られた反射表面（１２）を含む、請求項１０に記載の装
   置。 １２、前記着色フィルタ（１１）は光ファイバを取り囲
   むスリーブ（１０）として形成されている、請求項１１
   に記載の装置。 １３、光ファイバ（１）にそって多色光を伝送し、測定
   されるパラメータの変化によって、光 ファイバ（１）がマイクロベンディングの量を変えるよ
   うに動き、その結果、光ファイバ（１）中にもはや拘束
   されない多色光の部分が変化するように光ファイバ（１
   ）を配置し、 光ファイバ（１）により伝達された多色光の、複数の異
   る波長における強さを検知し、 多色光の検知された強さを、測定されるべきパラメータ
   値に換算するパラメータ測定方法。 １４、２以上の分離した波長における、検知された光の
   強さの比を監視する請求項１３に記載の方法。 １５、少なくとも第１および第２の光応答素子（４、５
   ）を含み、第１の素子（４）の波長に対する応答性が第
   ２の素子の波長に対する応答性とは異なっている検知器
   （３）により、伝達された多色光を検知し、 第１および第２の光応答素子（４、５）の出力から、伝
   達された多色光の色を色度図の上の２以上のパラメータ
   により表わされるように計算し、 伝達された多色光の色を、測定されるべきパラメータ値
   に換算する請求項１３に記載の方法。