JPH03231116A - 光ファイバセンサ - 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、温度、変位などの物理量の変化を測定する光
ファイバセンサに関し、単一地点のみならず近接する多
数の地点における物理量の変化を測定できろようにした
ものである。

〈従来の技術〉 従来、光ファイバセンサとしては、特開昭６３−２６６
３３３号公報に示されろ浸水検知センサや特開昭６０−
１４１１２１号公報に示されるような落雷検知センサな
どが知られている。これらの光ファイバセンサはいわゆ
る応力付与型センサであり、浸水や落雷により光ファイ
バに曲げあるいは測圧などの応力を与えろようにしてお
ぎ、この応力に応じて生じろ光伝送損失：こより浸水や
落雷を検知するものである。）なお、この光伝送損失は
、光時間１域反射測定１ｇ　（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｏｎ
ｅ　ＤｏｍａｉｎＲｅ日＋！ｅＣ１１ｄｔＱｒ；以下、
０ＴＤＲ装置という）により光レベルの段差として検出
するものである。

〈究明が宴、失しようとするＳＳ＞ しかしながら、光ファイバに応力を加えた結果生じるの
（よレイリー散乱の損失であるが、レイリー散乱の強度
：よ非常ｌこ弱し）ため、精度よく検出できろ範囲が限
定されるという開運がある。これは、光ファイバに損失
を生じさせろものなので、遠方にいくにしたがってその
強度が急激に低下してしまい、また、光ファイバからな
るセンサ自体で損失が生じて０ＴＤＲによる損失の有効
な測定範囲が浪費されてしまう等の理由による。

さらに、応力付与型のセンサでは、応力を付与した部分
以後に生じる高次モードの影響によって０ＴＤＲの波形
上ｒこだれが生じてしまい、この部分に他の応力付与を
与えて６個々の信号が分離できな−）という間層がある
。よって、応力付与型のセンサでは検出部を例えば数十
メートン以下の間隔で配！することはできない。

本発明はこのような事情に鑑み、検出精度が扁く、多数
の検出部を近接して配置することができる光ファイバセ
ンサを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明に係る光フアイバセンサは、
甑数または多数の光分岐器を光ファイバにより連結する
と共に各光分岐器の残りの端子に分岐光ファイバを接続
し、且つ該分岐光ファイバの端面を含む雰囲気の屈折率
を測定物理量に対応させて変化させる屈折率変動手段を
設けてなセ、上記光ファイバの−ｍからパルス光を入射
して当該光ファイバの入射端にて上記分岐光ファイバの
端面のフレト・し反射の変化を穎、刻することを特徴と
する。

用〉 分岐光７フ！バの端面を含む雰囲気の屈折率が変動する
と、光ファフ′バの入射端から入射した・ぐルス光の分
岐光ファイバ端面でのフッネル反射うＣｌ化するので、
これを０ＴＤＲでｍ測すると上記屈折率の変動をその位
置情報と共に知ることができる。

したがって、分岐光ファイバの！Ａ面を、温度に応じて
蓋折率が、変化する物質中に挿入しておけばその地点の
１度変化を検知することができろし、例えば浸水、落雷
等により自動的に或い（：手動で分岐光ファイバの端面
を移動させてその端面のｆ囲気の屈折率を変化させろよ
うにすれば、浸水、落雷等を検知することができる。

これらのセンサはフレネル反射の強度を直接検出する方
式によるものであり、応力付与型センサのレイリー散乱
の損失を検出するもく作 のに比へてはるかに動車がよく、また高次モードの影響
によって０ＴＤＲの波形上にだれが生じることもない。

く実　、ｖｉ　　例〉 以下、本発明を実奄例に基づ−）で説明する。

第１図には一実施例に係る光ファイバセンサを概念的に
示す。

第１図中、１は０ＴＤＲ，２；よ分岐比が１対１０００
の光カブラであり、３；よ光カブラ２の後者の端子同志
並びに光カプラ２と０ＴＤＲ１とを連結する光ファイ゛
パ、４；よ光カブラ２の前者の端子に接続される分岐光
ファイバである。各分岐光ファイバ４の端面４ａは開放
されており、端面４ａは分岐光ファイバ４のクラフト部
とほぼ等しい屈折率を有するオイル５内に浸漬されてい
る。また、各分岐光ファイバ４には稼動部材６が固着さ
れている。

これは稼動部材６は図中ａだけ稼動するように設けられ
たものであや、この稼動部材６の稼動により分岐光ファ
イバ４の端面４ａはオイル５から出たり、オイル５中に
浸１１［されたりするようになっている。第２図の右端
の検出部で（よ端面４ａがオイル５から出ている状態を
示している。

このような光ファイバセンサにおいて、図示のように分
岐光ファイバ４の端面４ａがオイル５中に１入されてい
る状態で０ＴＤＲ１からパルス光を入射すると、端面４
ａでのフレネル反射が検出されろ。そして、何れかの稼
動部材６が図中上方向にａだけ稼動（第２図の右膚の検
出部寥照）してその検出部の分岐光ファイバ４の端面４
ａが空気中に出ろと、その端面４ａにおけるフレネル反
射の強度がオイルＳ中よりも上界し、稼動部材６の稼動
及びその位置を０ＴＤＲ１で検知することができろ。勿
論、同時に複数の位置の稼動部材６が稼動しても全て検
知することができろ。

ここで、稼動部材６の稼動は手動で行うようにしてもよ
いし、何らかの物理量の変動に応じて自動的に稼動する
ようにしてもよい。

例え：ｆ浸水、茗；等によりｍ動部材６が自動的に稼動
するとうにすれば、その位置での浸入、落雷等を検知す
ることができろ。

このよな光ファイバセンサにおいては光カプラ２の分岐
比を逆転して１対１以下にして分岐光ファＩバ４の方に
多くの光が進入するようにすると効率が悪くなり好まし
くない。

また、光カプラ２の分岐比を１対３０００以上とすると
、分岐光ファイバ４の端面４ａからのフレネル反射のレ
ベルが光ファイバ３からの一イ°Ｊ−散乱のレベルと同
等になり、両者の識別が困豊となるため、好ましくない
。

なお、遠方の検出部からの信号レベルの低下を補償する
ためには、光カブラ２の分岐比４０ＴＤＲ１から遠方ｉ
こ位置するほど１対１に近づけるようにすればよいっこ
れにより、０ＴＤＲ１からの距離にかかわりなく各検出
部にある分岐光ファイバ４からのフレネル反射のレベル
を一定に保つことができ、より確実な検出が可能になる
。

第２図には他の実施例に係る光フアイバセンサの構成を
概念的に示す。

第２図の構成Ｃよ基本的に第１図と同様であり、同一作
用を示す部材には同一符号を付して！！復する説明（よ
省略する。そして、第１図と異なる点；よ、分岐光ファ
イバ４に稼動部材を設けろことなく、その端面をオイル
５Ａ中に浸漬している点である。但し、このオイル５Ａ
はその温度によって屈折率が変化するものである。即ち
、検出部の温度が変化するとオイル５Ａの温度が変化し
、これにより端面４ａでのフレネル反射の強度が変化す
るので、これを０ＴＤＲ１で検出すれば、各検出部の温
度変化を知ることができる。

ここで、０ＴＤＲ１のパルス幅を１０ｎｓ、　３４定間
隔を１０ｎｓとして、光ファイバ３及び分岐光ファイバ
４をコアが５０μｍφの屈折率１．４７３の５ｉＯ−Ｇ
ｏｏガラス、クラッドが１２５μｍφの屈折率１．４５
８の純５ｉｎ２ガラスからなるマルチモード光ファイバ
で構成し、５台の光カブラ２の用いて５つの検出部を設
けた。なお、光カプラ２の分岐比は１：１５００とした
。そして、各検出部の分枝光ファイバ４の端面４ａが浸
漬された各オイル５Ａ（７）ｆｉ度を０ＴＤＲ１に近い
方から２０’ｃ。

３０℃、４０℃、５０℃、６０℃に設定したところ、第
３図に示す波形を得た。

このように本実施例では各検出部における温度変化を確
実に検知することができる。また、フレネル反射を検知
しているので波形上のだれが全くないことも確認された
。

なお、以上説明した各実施例では光分岐器として光カプ
ラ２を用いたが、勿論、調電体多層膜などによる他の方
式の光分岐器を用いても同様の効果を得ることができる
。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る光フアイバセンサで
は、光分岐器を介して分岐光ファイバを設け、その端面
のフレネル反射の強度変化により何らかの物理量の変化
を検出すろようにしているので、従来の応力付与型セン
サに比べて高３度であり、波形上のだれもなし）ので多
数の検出部を近接して配置することができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図（よ−文施例に係る光ファイバセンサを概念的に
示す説明図、第２図：よ他の実施例に係る光ファイバセ
ンサを概念的に示す説明図、第３図はその０ＴＤＲの波
形図である。 図　　面　　中、 １＋！０ＴＤＲ。 ２は光カブラ　（光分岐器〕 ３（よ光ファイバ、 ４は分岐光ファイバ、 ５．５Ａζよオイル、 ６は稼動部である。 ９位　置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）単数または多数の光分岐器を光ファイバにより連
   結すると共に各光分岐器の残りの端子に分岐光ファイバ
   を接続し、且つ該分岐光ファイバの端面を含む雰囲気の
   屈折率を測定物理量に対応させて変化させる屈折率変動
   手段を設けてなり、上記光ファイバの一端からパルス光
   を入射して当該光ファイバの入射端にて上記分岐光ファ
   イバの端面のフレネル反射の変化を観測することを特徴
   とする光ファイバセンサ。
2. （２）請求項１記載の光ファイバセンサにおいて、光分
   岐器の分岐比が１対１以上１対３０００以下であり、前
   者の端子に分岐光ファイバを後者の端子に分岐光ファイ
   バをそれぞれ接続してなることを特徴とする光ファイバ
   センサ。
3. （３）請求項１又は２記載の光ファイバセンサにおいて
   、パルス光入射端から遠方に配置された光分岐器ほどそ
   の分岐比が１対１に近づくよう設定されていることを特
   徴とする光ファイバセンサ。