JPH02228537A - ヤング率測定方法 - Google Patents
ヤング率測定方法Info
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- JPH02228537A JPH02228537A JP5063889A JP5063889A JPH02228537A JP H02228537 A JPH02228537 A JP H02228537A JP 5063889 A JP5063889 A JP 5063889A JP 5063889 A JP5063889 A JP 5063889A JP H02228537 A JPH02228537 A JP H02228537A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- optical fiber
- measurement
- modulus
- young
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
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。
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、電界あるいは磁界を印加した際に歪を生じる
素材からなる試料のヤング率を測定するだめの測定方法
に関する。これにより得られた値は、機械工学、構造力
°学等の分野に幅広く利用される。
素材からなる試料のヤング率を測定するだめの測定方法
に関する。これにより得られた値は、機械工学、構造力
°学等の分野に幅広く利用される。
「従来の技術」
従来、周知のように、物体のヤング率Eを測定する方法
としては、第6図に示すように、一端を固定した試料S
に、図中矢印で示す応力Tを与え、その時の試料Sの伸
び量εを測定し、次の式■により求めていた。
としては、第6図に示すように、一端を固定した試料S
に、図中矢印で示す応力Tを与え、その時の試料Sの伸
び量εを測定し、次の式■により求めていた。
E=T/ε・・・・・式■
「発明が解決しようとする課題J
しかしながら、従来のヤング率測定方法は、線状試料に
おけるヤング率測定には適しているものの、試料形状が
例えば円柱状、リング状、パイプ状の試料等、伸び量の
測定が困難な形状の試料については適用し難い問題があ
った。
おけるヤング率測定には適しているものの、試料形状が
例えば円柱状、リング状、パイプ状の試料等、伸び量の
測定が困難な形状の試料については適用し難い問題があ
った。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、伸び量の
測定が困難な形状の試料であってもヤング率の測定が可
能な測定方法の提供を目的としている。
測定が困難な形状の試料であってもヤング率の測定が可
能な測定方法の提供を目的としている。
「課題を解決するための手段」
本発明は、上記問題を解決するための手段として、光源
から出射されたレーザ光を分波器によって参照光と測定
光に分波し、それぞれ参照用光ファイバおよび測定用光
ファイバに導き、電界あるいは磁界を印加した際に歪を
生じる素材からなる試料に上記測定用光ファイバを添設
するとともに、該試料に電界あるいは磁界を印加し、次
いで合波器によって測定用光ファイバの位相変化された
測定光と参照用光ファイバの参照光とを合波し、合波器
にて発生する干渉波から上記試料に生じた歪量を検出し
て試料のヤング率を求めることを特徴とするヤング率の
測定方法である。
から出射されたレーザ光を分波器によって参照光と測定
光に分波し、それぞれ参照用光ファイバおよび測定用光
ファイバに導き、電界あるいは磁界を印加した際に歪を
生じる素材からなる試料に上記測定用光ファイバを添設
するとともに、該試料に電界あるいは磁界を印加し、次
いで合波器によって測定用光ファイバの位相変化された
測定光と参照用光ファイバの参照光とを合波し、合波器
にて発生する干渉波から上記試料に生じた歪量を検出し
て試料のヤング率を求めることを特徴とするヤング率の
測定方法である。
「作用 」
電界あるいは磁界を印加した際に歪を生じる素材からな
る試料に、測定用光ファイバを添設し、試料に電界ある
いは磁界を印加して試料に歪を生じさせ、この歪を光フ
ァイバの干渉を利用して検出するので、線状試料以外の
形状の試料であってもヤング率の測定を行うことができ
る。
る試料に、測定用光ファイバを添設し、試料に電界ある
いは磁界を印加して試料に歪を生じさせ、この歪を光フ
ァイバの干渉を利用して検出するので、線状試料以外の
形状の試料であってもヤング率の測定を行うことができ
る。
以下、本発明方法について、第1図を用いて詳しく説明
する。
する。
第1図は、本発明方法の一例を実施するに好適に使用さ
れる測定装置を示す図である。
れる測定装置を示す図である。
この測定装置は、レーザ光を出射する光源部1と、出射
されたレーザ光を測定光と参照先に分波してそれぞれ測
定用光ファイバ2と参照用光ファイバ3に導く分波器4
と、測定用光ファイバ2と参照用光ファイバ3を合波結
合させる合波器5と、この合波器5にて発生ずる干渉波
を検出する検出部6と、検出部6からの電気信号を増幅
するアンプ部7とを主な要素として構成されており、全
体としてマツハツエンダ干渉計と同等の構成になってい
る。
されたレーザ光を測定光と参照先に分波してそれぞれ測
定用光ファイバ2と参照用光ファイバ3に導く分波器4
と、測定用光ファイバ2と参照用光ファイバ3を合波結
合させる合波器5と、この合波器5にて発生ずる干渉波
を検出する検出部6と、検出部6からの電気信号を増幅
するアンプ部7とを主な要素として構成されており、全
体としてマツハツエンダ干渉計と同等の構成になってい
る。
この例において使用される試料8は、磁界を印加した際
に歪が生じる素材(以下、磁歪材料という)からなるリ
ング状のものが使用され、この試料8には、外周面に上
記測定用光ファイバ2が数回巻き付けられる。
に歪が生じる素材(以下、磁歪材料という)からなるリ
ング状のものが使用され、この試料8には、外周面に上
記測定用光ファイバ2が数回巻き付けられる。
なお、このリング状の試料8は、磁歪材料からなるテー
プを円柱体に多数回巻き付けて固めた後、円柱体を取り
外して作製されたものであるが、試料8としてはこれに
限定されることなく、パイプ状、柱状、棒状などの様々
な形状の試料をも用いることができる。第2図および第
3図は、試料の形状の他の例を示す図である。第2図イ
こ示す試料9は、磁歪材料からなる角柱状材料である。
プを円柱体に多数回巻き付けて固めた後、円柱体を取り
外して作製されたものであるが、試料8としてはこれに
限定されることなく、パイプ状、柱状、棒状などの様々
な形状の試料をも用いることができる。第2図および第
3図は、試料の形状の他の例を示す図である。第2図イ
こ示す試料9は、磁歪材料からなる角柱状材料である。
このような角柱状の試料9に測定用光ファイバ2を添設
するには、この磁界に示すように試料9の表面に該ファ
イバを接着する方法が好ましい。また第3図に示す試料
lOは円柱状試料で、この試料IOに測定用光ファイバ
2を添設するには、外周面に多数回巻回するのが好まし
い。
するには、この磁界に示すように試料9の表面に該ファ
イバを接着する方法が好ましい。また第3図に示す試料
lOは円柱状試料で、この試料IOに測定用光ファイバ
2を添設するには、外周面に多数回巻回するのが好まし
い。
上記磁歪材料としては、ニッケル、鉄・ニッケル系合金
、鉄・ニッケル・コバルト系合金、鉄・ケイ素・アルミ
系合金、フェライト等の材料が、測定を行うに好適とな
る。
、鉄・ニッケル・コバルト系合金、鉄・ケイ素・アルミ
系合金、フェライト等の材料が、測定を行うに好適とな
る。
なお、この例では、試料8の材料として磁歪材料を用い
たが、電界を印加した際に歪を生じる素材(以下、電歪
材料という)からなる試料であってもヤング率測定を行
うことができる。この電歪材料を用いてヤング率測定を
行う場合には、測定用光ファイバ2を添設した試料に電
界を印加することによって測定が行なわれる。この電歪
材料としては、水晶、ロッシェル塩、リン酸二水素カリ
ウム(KDP)、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム
、リン酸二水素アンモニウム(A D P )等の材料
が好適に用いられる。
たが、電界を印加した際に歪を生じる素材(以下、電歪
材料という)からなる試料であってもヤング率測定を行
うことができる。この電歪材料を用いてヤング率測定を
行う場合には、測定用光ファイバ2を添設した試料に電
界を印加することによって測定が行なわれる。この電歪
材料としては、水晶、ロッシェル塩、リン酸二水素カリ
ウム(KDP)、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム
、リン酸二水素アンモニウム(A D P )等の材料
が好適に用いられる。
そして第1図に示す測定装置を用い、試料8のヤング率
を測定するには、試料8に測定用光ファイバ2を巻き付
けた後、光源部1からレーザ光を出射する。光源部から
出射されたレーザ光は、伝送用光ファイバIIにより、
ファイバ形偏光子12を介して分波器4に結合される。
を測定するには、試料8に測定用光ファイバ2を巻き付
けた後、光源部1からレーザ光を出射する。光源部から
出射されたレーザ光は、伝送用光ファイバIIにより、
ファイバ形偏光子12を介して分波器4に結合される。
出射されたレーザ光は、ファイバ形偏光子12によって
その偏波面を伝送用光ファイバ11の偏波面に一致さけ
られる。
その偏波面を伝送用光ファイバ11の偏波面に一致さけ
られる。
分波器4に送られたレーザ光は、参照光と測定光とに分
波され、それぞれ参照用光ファイバ3と、測定用光ファ
イバ2とIこ導かれる。
波され、それぞれ参照用光ファイバ3と、測定用光ファ
イバ2とIこ導かれる。
測定用光ファイバ2は、上述したように試料8に巻き付
けられ、一方、参照用光ファイバには、温度変化などの
測定環境の変化による位相変化を補償するための位相補
償器12が取り付けられている。
けられ、一方、参照用光ファイバには、温度変化などの
測定環境の変化による位相変化を補償するための位相補
償器12が取り付けられている。
測定用光ファイバ2が巻き付けられた試料8には、発振
器14で発振された交流磁界が印加される。この発振器
14は、アンプ部7に接続されており、アンプ部7から
の発振信号によって所定の周波数および磁力の交流磁界
が発振されるようになっている。そして試料8は、この
交流磁界を印加されて歪を生じ、この試料8に巻回され
た測定用光ファイバ2にも歪が加わることにより、測定
光に位相変化を生じる。
器14で発振された交流磁界が印加される。この発振器
14は、アンプ部7に接続されており、アンプ部7から
の発振信号によって所定の周波数および磁力の交流磁界
が発振されるようになっている。そして試料8は、この
交流磁界を印加されて歪を生じ、この試料8に巻回され
た測定用光ファイバ2にも歪が加わることにより、測定
光に位相変化を生じる。
測定用光ファイバ2は、試料8を経て、合波器5にて再
び参照用光ファイバ3と接合し、−本の伝送用光ファイ
バ11となる。この伝送用光ファイバ11は検出部6と
結合し、この検出部6はアンプ部7と結合されている。
び参照用光ファイバ3と接合し、−本の伝送用光ファイ
バ11となる。この伝送用光ファイバ11は検出部6と
結合し、この検出部6はアンプ部7と結合されている。
上記合波器5においては、参照光と、試料8を通過して
位相変化された測定光を合波することにより干渉波が生
じる。発生した干渉波は検出部6で検出され、更に電気
変換されてアンプ部7に送られる。アンプ部7では、こ
の電気信号を増幅して出力され、試料8に生じた歪の1
が検出される。
位相変化された測定光を合波することにより干渉波が生
じる。発生した干渉波は検出部6で検出され、更に電気
変換されてアンプ部7に送られる。アンプ部7では、こ
の電気信号を増幅して出力され、試料8に生じた歪の1
が検出される。
先の測定装置において、光源IIには、レーザダイオー
ドが用いられ、好適には干渉性の高いDFI3(分布帰
還形)レーザが用いられる。
ドが用いられ、好適には干渉性の高いDFI3(分布帰
還形)レーザが用いられる。
また伝送用光ファイバ11、参照用光ファイバ3、測定
用光ファイバ2に用いられる先ファイバは、通常用いら
れる石英系の単一モード光ファイバでも良いが、好適に
は偏波安定性を向上させた偏波面保持光ファイバ(複屈
折光ファイバ)が用いられる。この偏波面保持光ファイ
バとしては、応力付与型のものが好適であるが、楕円コ
ア型、楕円ブラッド型、矩形コア型等でもよい。これら
伝送用光フアイバ11等には、光ファイバ裸線に熱硬化
シリコン樹脂、UV硬化樹脂等により一次被覆された光
フアイバ索線、もしくはこれにナイロン樹脂等により二
次被覆された光フアイバ心線等が好適に用いられる。
用光ファイバ2に用いられる先ファイバは、通常用いら
れる石英系の単一モード光ファイバでも良いが、好適に
は偏波安定性を向上させた偏波面保持光ファイバ(複屈
折光ファイバ)が用いられる。この偏波面保持光ファイ
バとしては、応力付与型のものが好適であるが、楕円コ
ア型、楕円ブラッド型、矩形コア型等でもよい。これら
伝送用光フアイバ11等には、光ファイバ裸線に熱硬化
シリコン樹脂、UV硬化樹脂等により一次被覆された光
フアイバ索線、もしくはこれにナイロン樹脂等により二
次被覆された光フアイバ心線等が好適に用いられる。
ファイバ形偏光子12には、応力付与型偏波面保持光フ
ァイバをコイル状に巻いたコイル影ファイバ偏光子等が
好適に用いられる。また、分波器4および合波器5には
、偏波面保持光カブラ等が好適に用いられる。
ァイバをコイル状に巻いたコイル影ファイバ偏光子等が
好適に用いられる。また、分波器4および合波器5には
、偏波面保持光カブラ等が好適に用いられる。
検出部6には、フォトダイオード等が用いられ、アンプ
部7には、ロックインアンプなどが用いられる。
部7には、ロックインアンプなどが用いられる。
この例による測定方法においては、印加磁界の周波数を
変調していき、アンプ部7からの出力(干渉計出力)の
変化を観測し、試料8に特有の共振点を確認し、n次の
共振周波数(「n)を求めることにより、次の弐〇によ
りヤング率(E)が求められる。
変調していき、アンプ部7からの出力(干渉計出力)の
変化を観測し、試料8に特有の共振点を確認し、n次の
共振周波数(「n)を求めることにより、次の弐〇によ
りヤング率(E)が求められる。
(ただし、Dは試料の平均直径、ρは試料の密度である
。) この例によるヤング率の測定方法では、磁歪材料からな
る試料8に測定用光ファイバ2を添設し、試料8に磁界
を印加して試料に歪を生じさせ、この歪を光ファイバの
干渉を利用して検出するので、線状試料以外の形状の試
料であってもヤング率の測定を行うことができる。
。) この例によるヤング率の測定方法では、磁歪材料からな
る試料8に測定用光ファイバ2を添設し、試料8に磁界
を印加して試料に歪を生じさせ、この歪を光ファイバの
干渉を利用して検出するので、線状試料以外の形状の試
料であってもヤング率の測定を行うことができる。
また光ファイバの干渉を利用してヤング率の測定を行う
ので、試料8に応力を与える必要がなく、応力発生器が
不要となる。
ので、試料8に応力を与える必要がなく、応力発生器が
不要となる。
また光ファイバの干渉を利用してヤング率の測定を行う
ので、波長オーダの歪を検出することができ、非常に高
精度の計測を行うことができる。
ので、波長オーダの歪を検出することができ、非常に高
精度の計測を行うことができる。
「実施例」
試料として磁性体を用いた。この磁性体には幅251m
、肉厚(1)が25μmの米国アライド社製メタリック
ガラステープ2605COを、第4図に示すようにリン
グ状に巻回して試料として用いた。
、肉厚(1)が25μmの米国アライド社製メタリック
ガラステープ2605COを、第4図に示すようにリン
グ状に巻回して試料として用いた。
これは、鉄、コバルト、はう素、けい素を溶融状態から
急冷して得られたアモルファス状のメタリックガラステ
ープである。このテープをリング状に巻回して3種類の
試料(A、B、C)を作製した。試料Aは、第4図の図
中符号Diの寸法が107n+e、 D 。
急冷して得られたアモルファス状のメタリックガラステ
ープである。このテープをリング状に巻回して3種類の
試料(A、B、C)を作製した。試料Aは、第4図の図
中符号Diの寸法が107n+e、 D 。
が1171111(平均直径112mm)、BはD i
= 52a+m、Do=82a+m(平均直径57mm
)、CはD i= 25+mSD o= 35mm(平
均直径30■)とした。
= 52a+m、Do=82a+m(平均直径57mm
)、CはD i= 25+mSD o= 35mm(平
均直径30■)とした。
また測定装置としては第1図に示す構成の測定装置を用
いた。この装置の光源部としては、波長1.3μmのD
FBレーザダイオードを使用し、光の出力が−4,5d
Bmの偏光波を出射させた。この偏波光は、消光比38
dBのファイバ形偏光子によりシングルモードHE 1
1の偏波光とされた。
いた。この装置の光源部としては、波長1.3μmのD
FBレーザダイオードを使用し、光の出力が−4,5d
Bmの偏光波を出射させた。この偏波光は、消光比38
dBのファイバ形偏光子によりシングルモードHE 1
1の偏波光とされた。
この際、ファイバ形偏光子としては、応力付与型の偏波
面保持光ファイバを直径50mmのコイル上に巻いて製
作したものを使用した。分波器、合波器として、偏波面
保持光カブラを用いて参照光と測定光に分波もしくは合
波をした。
面保持光ファイバを直径50mmのコイル上に巻いて製
作したものを使用した。分波器、合波器として、偏波面
保持光カブラを用いて参照光と測定光に分波もしくは合
波をした。
伝送用光ファイバ、参照用光ファイバ、測定用光ファイ
バには、応力付与型光ファイバを用い、クラツド径12
5μm、被覆材料は紫外線硬化樹脂、被覆径400μ霞
のものを用いた。また検出部としては、フォトダイオー
ドを用い、アンプ部としでは、ロックインアンプを用い
た。
バには、応力付与型光ファイバを用い、クラツド径12
5μm、被覆材料は紫外線硬化樹脂、被覆径400μ霞
のものを用いた。また検出部としては、フォトダイオー
ドを用い、アンプ部としでは、ロックインアンプを用い
た。
この装置を用い、上述の試料A、B、Cに測定用光ファ
イバを巻き付け、2.l]5x to−’o eの交流
磁界を印加し、その周波数を100Hz −100KH
zの範囲で変調させ、干渉計出力変化を測定した。その
結果を第5図に示す。
イバを巻き付け、2.l]5x to−’o eの交流
磁界を印加し、その周波数を100Hz −100KH
zの範囲で変調させ、干渉計出力変化を測定した。その
結果を第5図に示す。
第5図に示すように、試料A、B、C共に鋭い共振点が
現れ、その共振周波数は、試料AがI 2 K tl
z 。
現れ、その共振周波数は、試料AがI 2 K tl
z 。
Bが23HIz、Cが44KHzであった。また使用し
た試料の密度は7.5.x lO’Kg/i3であった
。
た試料の密度は7.5.x lO’Kg/i3であった
。
以上のデータと前述した式■とがら各試料のヤング率を
求めた。結果は、 試料All 、3 X l O”87m”試料B :1
.3 X I O”N/+*”試料C:1.3X10”
N/a” であった。
求めた。結果は、 試料All 、3 X l O”87m”試料B :1
.3 X I O”N/+*”試料C:1.3X10”
N/a” であった。
「発明の効果J
本発明(こよるヤング率の測定方法では、−磁界あるい
は電界を印加した際に歪を生じる素材からなる試料に測
定用光ファイバを添設し、試料゛に磁界あるいは電界を
印加して試料に歪を生じさせ、この歪を光ファイバの干
渉を利用して検出するので、線状試料以外の形状の試料
であってもヤング率の測定を行うことができる。
は電界を印加した際に歪を生じる素材からなる試料に測
定用光ファイバを添設し、試料゛に磁界あるいは電界を
印加して試料に歪を生じさせ、この歪を光ファイバの干
渉を利用して検出するので、線状試料以外の形状の試料
であってもヤング率の測定を行うことができる。
また光ファイバの干渉を利用してヤング率の測定を行う
ので、試料に応力を与える必要がなく、応力発生器が不
要となる。
ので、試料に応力を与える必要がなく、応力発生器が不
要となる。
また光ファイバの干渉を利用してヤング率の測定を行う
ので、波長オーダの歪を検出することができ、非常に高
精度の計測を行うことができる。
ので、波長オーダの歪を検出することができ、非常に高
精度の計測を行うことができる。
第1図は本発明を実施するに好適な測定装置の例を示す
概略構成図、第2図および第3図は試料形状の他の例を
示す斜視図、第4図は実施例において使用した試料を示
す斜視図、第5図は実施例の周波数特性を示すグラフ、
第6図は、従来のヤング率測定方法を説明するための概
略側面図である。 参照用光ファイバ 4・・・分波器、5・・・合波器、
6・・・検出部、7・・・アンプ部、8,9.10・・
・試料。
概略構成図、第2図および第3図は試料形状の他の例を
示す斜視図、第4図は実施例において使用した試料を示
す斜視図、第5図は実施例の周波数特性を示すグラフ、
第6図は、従来のヤング率測定方法を説明するための概
略側面図である。 参照用光ファイバ 4・・・分波器、5・・・合波器、
6・・・検出部、7・・・アンプ部、8,9.10・・
・試料。
Claims (1)
- 光源から出射されたレーザ光を分波器によって参照光と
測定光に分波し、それぞれ参照用光ファイバおよび測定
用光ファイバに導き、電界あるいは磁界を印加した際に
歪を生じる素材からなる試料に上記測定用光ファイバを
添設するとともに、該試料に電界あるいは磁界を印加し
、次いで合波器によって測定用光ファイバの位相変化さ
れた測定光と参照用光ファイバの参照光とを合波し、合
波器にて発生する干渉波から上記試料に生じた歪量を検
出して試料のヤング率を求めることを特徴とするヤング
率測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063889A JPH02228537A (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | ヤング率測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063889A JPH02228537A (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | ヤング率測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228537A true JPH02228537A (ja) | 1990-09-11 |
Family
ID=12864501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5063889A Pending JPH02228537A (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | ヤング率測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02228537A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002535667A (ja) * | 1999-01-29 | 2002-10-22 | ドイッチェ テレコム アーゲー | 距離の変化を検出するためのセンサおよび方法 |
| JP2009270859A (ja) * | 2008-05-01 | 2009-11-19 | Yazaki Corp | 光導波手段の歪み計測装置 |
-
1989
- 1989-03-02 JP JP5063889A patent/JPH02228537A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002535667A (ja) * | 1999-01-29 | 2002-10-22 | ドイッチェ テレコム アーゲー | 距離の変化を検出するためのセンサおよび方法 |
| JP2009270859A (ja) * | 2008-05-01 | 2009-11-19 | Yazaki Corp | 光導波手段の歪み計測装置 |
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