JPH0370167B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0370167B2 JPH0370167B2 JP60194639A JP19463985A JPH0370167B2 JP H0370167 B2 JPH0370167 B2 JP H0370167B2 JP 60194639 A JP60194639 A JP 60194639A JP 19463985 A JP19463985 A JP 19463985A JP H0370167 B2 JPH0370167 B2 JP H0370167B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- polarization
- strain
- maintaining
- change
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はフアイバを用いたひずみセンサに関す
る。とくに、偏光面保持フアイバにレーザ光を通
してひずみを測定するひずみセンサに関する。
る。とくに、偏光面保持フアイバにレーザ光を通
してひずみを測定するひずみセンサに関する。
［従来の技術］
偏光面保持フアイバを用いた温度センサがすで
に開発されており、この温度センサは、ひずみに
よつて大きな影響を受けることが明らかにされて
いる。このような偏光面保持フアイバを用いたひ
ずみセンサの一例（たとえば、昭和59年度電気関
係学会東北支部連合大会、文献番号2F17）を第
２図に示し、説明する。
に開発されており、この温度センサは、ひずみに
よつて大きな影響を受けることが明らかにされて
いる。このような偏光面保持フアイバを用いたひ
ずみセンサの一例（たとえば、昭和59年度電気関
係学会東北支部連合大会、文献番号2F17）を第
２図に示し、説明する。
第２図において、１０はひずみセンサとして用
いられる偏光面保持フアイバ、２１はガス・レー
ザや半導体レーザであるレーザ装置、２２はレー
ザ装置２１の出力光を偏光面45゜（直交成分１：
１）で偏光するための偏光子、２３は偏光子２２
を通過した光をフアイバ１０に入射せしめるため
のレンズ、２４はフアイバの出射光に対して作用
する検光子、２５は検光子２４を通過した光を集
めるためにコリメータ、２６はコリメータからの
光の強度を検出するための光電子増倍管、ホト・
ダイオードやアバランシエ・ホト・ダイオードを
含む光検出器、２７は光検出器２６の出力を表示
するためのブラウン管デイスプレイや、レコーダ
である表示装置である。
いられる偏光面保持フアイバ、２１はガス・レー
ザや半導体レーザであるレーザ装置、２２はレー
ザ装置２１の出力光を偏光面45゜（直交成分１：
１）で偏光するための偏光子、２３は偏光子２２
を通過した光をフアイバ１０に入射せしめるため
のレンズ、２４はフアイバの出射光に対して作用
する検光子、２５は検光子２４を通過した光を集
めるためにコリメータ、２６はコリメータからの
光の強度を検出するための光電子増倍管、ホト・
ダイオードやアバランシエ・ホト・ダイオードを
含む光検出器、２７は光検出器２６の出力を表示
するためのブラウン管デイスプレイや、レコーダ
である表示装置である。
偏光子２２によつて偏光面保持フアイバ１０に
入射される偏光のＸ軸成分とＸ軸成分は等しいも
のとなつているが、ひずみ（偏光面保持フアイバ
１０の軸方向への張力）によつて偏光面保持フア
イバ１０を通過する偏光のＸ軸成分とＹ軸成分の
通過時間（遅延時間）は変化し、その変化分はＸ
軸成分とＹ軸成分とでは異なつた値を示す。すな
わち、偏光面保持フアイバ１０の出射端において
は、偏光のＸ軸成分とＹ軸成分の位相のずれが変
化することになり、このＸ軸およびＹ軸成分を合
成した光の偏光面は、直線偏波から楕円偏波、円
偏波に変ることから、これを検光子２４を通して
光検出器２６により検出すると、光の強度の変化
として得られ、この強度変化が表示装置２７に表
示される。
入射される偏光のＸ軸成分とＸ軸成分は等しいも
のとなつているが、ひずみ（偏光面保持フアイバ
１０の軸方向への張力）によつて偏光面保持フア
イバ１０を通過する偏光のＸ軸成分とＹ軸成分の
通過時間（遅延時間）は変化し、その変化分はＸ
軸成分とＹ軸成分とでは異なつた値を示す。すな
わち、偏光面保持フアイバ１０の出射端において
は、偏光のＸ軸成分とＹ軸成分の位相のずれが変
化することになり、このＸ軸およびＹ軸成分を合
成した光の偏光面は、直線偏波から楕円偏波、円
偏波に変ることから、これを検光子２４を通して
光検出器２６により検出すると、光の強度の変化
として得られ、この強度変化が表示装置２７に表
示される。
［発明が解決しようとする問題顛］
ここで、偏光面保持フアイバ１０の出射端にお
ける偏光面の角度の変化は、偏光面保持フアイバ
１０の軸方向に対する張力である、ひずみのみに
よつてもたらされるものではなく、温度変化によ
つてももたらされることが明らかにされており、
両者の効果を分離することができなかつた。
ける偏光面の角度の変化は、偏光面保持フアイバ
１０の軸方向に対する張力である、ひずみのみに
よつてもたらされるものではなく、温度変化によ
つてももたらされることが明らかにされており、
両者の効果を分離することができなかつた。
さらに、温度変化は、偏光面保持フアイバ１０
自身にも膨脹または収縮をもたらすものであり、
また、偏光面保持フアイバ１０を保護するための
被覆があればそれの膨脹または収縮するひずみが
偏光面保持フアイバ１０に加えられるから、偏光
面保持フアイバ１０の出射光の偏光面の回転はひ
ずみのみならず、温度変化をも同時に検出するも
のであり正確なひずみを測定することはできなか
つた。
自身にも膨脹または収縮をもたらすものであり、
また、偏光面保持フアイバ１０を保護するための
被覆があればそれの膨脹または収縮するひずみが
偏光面保持フアイバ１０に加えられるから、偏光
面保持フアイバ１０の出射光の偏光面の回転はひ
ずみのみならず、温度変化をも同時に検出するも
のであり正確なひずみを測定することはできなか
つた。
さらに、フアイバによるひずみセンサは、環境
の劣悪な場所に使用されることが予想され、この
ような場所では周辺の温度変化も大きくひずみ測
定の精度を一層劣化せしめるであろう。
の劣悪な場所に使用されることが予想され、この
ような場所では周辺の温度変化も大きくひずみ測
定の精度を一層劣化せしめるであろう。
［問題点を解決するための手段］
本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたもので、ひずみ特性が異なり温度特性が同
じである２種の偏光面保持フアイバをそのフアイ
バの偏光軸を90゜ずらして接続し、これに偏光子
を通して光を入射すると、偏光のＸ軸成分および
Ｙ軸成分の位相のずれに及ぼす入射端側の偏光面
保持フアイバの影響と、出射端側の偏光面保持フ
アイバの影響は反対の極性で作用する。すなわ
ち、入射端側の偏光面保持フアイバによつて偏光
面がたとえば右まわりに回転すると、出射端側の
偏光面保持フアイバによつて偏光面は左まわりに
回転せしめられることになり、温度変化によつて
回転する右まわりおよび左まわりの回転角が丁度
打消し合うように２種の偏光面保持フアイバを選
択した。
されたもので、ひずみ特性が異なり温度特性が同
じである２種の偏光面保持フアイバをそのフアイ
バの偏光軸を90゜ずらして接続し、これに偏光子
を通して光を入射すると、偏光のＸ軸成分および
Ｙ軸成分の位相のずれに及ぼす入射端側の偏光面
保持フアイバの影響と、出射端側の偏光面保持フ
アイバの影響は反対の極性で作用する。すなわ
ち、入射端側の偏光面保持フアイバによつて偏光
面がたとえば右まわりに回転すると、出射端側の
偏光面保持フアイバによつて偏光面は左まわりに
回転せしめられることになり、温度変化によつて
回転する右まわりおよび左まわりの回転角が丁度
打消し合うように２種の偏光面保持フアイバを選
択した。
［作 用］
これによつて、２種の偏光面保持フアイバを通
つた光は、温度変化による偏光面の回転は打消さ
れ、ひずみによる偏光面の回転のみが得られるか
ら、精度の高いひずみ測定が可能となつた。
つた光は、温度変化による偏光面の回転は打消さ
れ、ひずみによる偏光面の回転のみが得られるか
ら、精度の高いひずみ測定が可能となつた。
［実施例］
本発明によるフアイバひずみセンサを第１図に
示し説明する。
示し説明する。
１２は長さL1の偏光面保持フアイバ（第１フ
アイバ）、１６は長さL2の偏光面保持フアイバ
（第２フアイバ）、であり、両フアイバは接続点１
９で融着により、あるいはコネクタにより接続さ
れている。この接続点１９においては、たとえば
4μmのコア径を有するコア１３とその周辺をとり
まく楕円クラツド１４を含む直径125μmのフアイ
バ径を有する第１フアイバと、たとえば4μmのコ
アを有するコア１７とその周辺をとりまく楕円ク
ラツド１８とを含む直径125μmのフアイバ径を有
する第２フアイバとがその偏光軸を90゜ずらすた
めに、楕円クラツド１４および１８の長軸を直交
せしめて接続されている。偏光保持フアイバ中を
偏光が通過するときに、温度変化やひずみがＸ軸
成分およびＹ軸成分に及ぼす遅延時間の影響は異
なつたものであるため、偏光が偏光面保持フアイ
バ中を伝送するにしたがつてＸ軸成分とＹ軸成分
とを間に位相差を生じ、この両成分を合成した偏
光面は回転したものとなる。この位相差の結果で
ある偏光面の回転は、検光子（第２図の２４）を
通過せしめることによつて光の強弱として光検出
器（第２図の２６）によつて検出される。
アイバ）、１６は長さL2の偏光面保持フアイバ
（第２フアイバ）、であり、両フアイバは接続点１
９で融着により、あるいはコネクタにより接続さ
れている。この接続点１９においては、たとえば
4μmのコア径を有するコア１３とその周辺をとり
まく楕円クラツド１４を含む直径125μmのフアイ
バ径を有する第１フアイバと、たとえば4μmのコ
アを有するコア１７とその周辺をとりまく楕円ク
ラツド１８とを含む直径125μmのフアイバ径を有
する第２フアイバとがその偏光軸を90゜ずらすた
めに、楕円クラツド１４および１８の長軸を直交
せしめて接続されている。偏光保持フアイバ中を
偏光が通過するときに、温度変化やひずみがＸ軸
成分およびＹ軸成分に及ぼす遅延時間の影響は異
なつたものであるため、偏光が偏光面保持フアイ
バ中を伝送するにしたがつてＸ軸成分とＹ軸成分
とを間に位相差を生じ、この両成分を合成した偏
光面は回転したものとなる。この位相差の結果で
ある偏光面の回転は、検光子（第２図の２４）を
通過せしめることによつて光の強弱として光検出
器（第２図の２６）によつて検出される。
ここで、第１フアイバ１２および第２フアイバ
１６の材質は異なつてもので構成されており、温
度変化やひずみ（第１フアイバ１２および第２フ
アイバ１６の軸方向への張力）が位相差の変動に
及ぼす影響力は、両フアイバにおいて異なつてい
る。
１６の材質は異なつてもので構成されており、温
度変化やひずみ（第１フアイバ１２および第２フ
アイバ１６の軸方向への張力）が位相差の変動に
及ぼす影響力は、両フアイバにおいて異なつてい
る。
そこで、第１フアイバ１２の位相差の変化分を
Δφ、位相差に及ぼす温度変化に対する温度係数
をA1、ひずみに対するひずみ係数をB1、ひずみ
による第１フアイバ１２の長さの変化分をΔL1と
し、同様にして第２フアイバ１６の位相差の変化
分をΔφ2、温度係数をA2、ひずみ係数をB2、ひ
ずみによる長さの変化分をΔL2とし、温度変化を
ΔTとするならば Δφ1＝A1L1ΔT＋B1ΔL1 (1) Δφ2＝A2L2ΔT＋B2ΔL2 (2) なる関係が得られる。
Δφ、位相差に及ぼす温度変化に対する温度係数
をA1、ひずみに対するひずみ係数をB1、ひずみ
による第１フアイバ１２の長さの変化分をΔL1と
し、同様にして第２フアイバ１６の位相差の変化
分をΔφ2、温度係数をA2、ひずみ係数をB2、ひ
ずみによる長さの変化分をΔL2とし、温度変化を
ΔTとするならば Δφ1＝A1L1ΔT＋B1ΔL1 (1) Δφ2＝A2L2ΔT＋B2ΔL2 (2) なる関係が得られる。
A1L1＝A2L2 (3)
となるように第１フアイバおよび第２フアイバを
選ぶ。
選ぶ。
すなわち、第１フアイバ１２および第２フアイ
バ１６の温度変化に対して生ずる位相差の変化分
が等しくなるようにする。
バ１６の温度変化に対して生ずる位相差の変化分
が等しくなるようにする。
すると、第１フアイバ１２と第２フアイバ１６
とを直列に通過した光のＸ軸およびＹ軸の両成分
の位相差の変化分Δφは、第１フアイバ１２と第
２フアイバ１６との偏光軸が90゜ずれているため
に、 Δφ＝Δφ1−Δφ2 (4) となる。したがつて(1)式〜(4)式から Δφ＝B1ΔL1−B2ΔL2 (5) が得られる。
とを直列に通過した光のＸ軸およびＹ軸の両成分
の位相差の変化分Δφは、第１フアイバ１２と第
２フアイバ１６との偏光軸が90゜ずれているため
に、 Δφ＝Δφ1−Δφ2 (4) となる。したがつて(1)式〜(4)式から Δφ＝B1ΔL1−B2ΔL2 (5) が得られる。
この(5)式から明らかなように、位相差の変化分
Δφには温度変化の影響は全く無く、ひずみによ
る位相差の変化のみが得られることになる。
Δφには温度変化の影響は全く無く、ひずみによ
る位相差の変化のみが得られることになる。
以上の説明から明らかなように従来のひずみセ
ンサとして用いられていた第２図に示す偏光面保
持フアイバ１０に代えて、第１図に示し、(1)式〜
(5)式を用いて説明した特性を有する２種の偏光面
保持フアイバを直列に接続したフアイバを用いる
ならば温度変化の影響なくひずみのなさを精度よ
く測定することができる。
ンサとして用いられていた第２図に示す偏光面保
持フアイバ１０に代えて、第１図に示し、(1)式〜
(5)式を用いて説明した特性を有する２種の偏光面
保持フアイバを直列に接続したフアイバを用いる
ならば温度変化の影響なくひずみのなさを精度よ
く測定することができる。
第１図における偏光面保持フアイバ１２，１６
には楕円クラツドのものを例示して説明したが、
パンダ型偏光面保持フアイバなど、他の偏光面保
持フアイバでも同様の結果が得られることは以上
の説明から明らかであろう。
には楕円クラツドのものを例示して説明したが、
パンダ型偏光面保持フアイバなど、他の偏光面保
持フアイバでも同様の結果が得られることは以上
の説明から明らかであろう。
［発明の効果］
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、温度変化の影響を受けることなくひずみを正
確に測定することが可能となり、とくに環境の悪
い温度変化の大きな場所などでのひずみ計測に適
したフアイバひずみセンサを提供するものである
から、その効果は極めて大きい。
ば、温度変化の影響を受けることなくひずみを正
確に測定することが可能となり、とくに環境の悪
い温度変化の大きな場所などでのひずみ計測に適
したフアイバひずみセンサを提供するものである
から、その効果は極めて大きい。
第１図は、本発明のフアイバひずみセンサを示
す図、第２図は従来例を示す図である。 １０，１２，１６…偏光面保持フアイバ、１
３，１７…コア、１４，１８…楕円クラツド、１
９…接続点、２１…レーザ装置、２２…偏光子、
２３…レンズ、２４…検光子、２５…コリメー
タ、２６…光検出器、２７…表示装置。
す図、第２図は従来例を示す図である。 １０，１２，１６…偏光面保持フアイバ、１
３，１７…コア、１４，１８…楕円クラツド、１
９…接続点、２１…レーザ装置、２２…偏光子、
２３…レンズ、２４…検光子、２５…コリメー
タ、２６…光検出器、２７…表示装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 偏向面保持フアイバである第１フアイバと、 前記第１フアイバとは温度変化に対して生ずる
偏光のＸ軸成分およびＹ軸成分の位相差の変化分
が等しく、前記第１フアイバとはひずみに対して
生ずる偏光のＸ軸成分およびＹ軸成分の位相差の
変化分が異なる偏光面保持フアイバである第２フ
アイバとからなり、 前記第１フアイバと前記第２フアイバの偏光軸
が90°ずれて接続されたものであることを特徴と
するフアイバひずみセンサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194639A JPS6285808A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | ファイバひずみセンサ |
| US06/900,506 US4773753A (en) | 1985-09-03 | 1986-08-26 | Fiber sensor |
| DE8686401918T DE3679126D1 (de) | 1985-09-03 | 1986-09-01 | Fiberoptischer sensor. |
| EP86401918A EP0214907B1 (en) | 1985-09-03 | 1986-09-01 | Fiber sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194639A JPS6285808A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | ファイバひずみセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6285808A JPS6285808A (ja) | 1987-04-20 |
| JPH0370167B2 true JPH0370167B2 (ja) | 1991-11-06 |
Family
ID=16327858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60194639A Granted JPS6285808A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | ファイバひずみセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6285808A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH071208B2 (ja) * | 1986-12-24 | 1995-01-11 | 日本電気株式会社 | 光ファイバ圧力センサ |
| CN109211289B (zh) * | 2018-10-19 | 2021-06-25 | 华南师范大学 | 基于圆偏振光干涉的自发布里渊散射光纤传感方法与装置 |
-
1985
- 1985-09-03 JP JP60194639A patent/JPS6285808A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6285808A (ja) | 1987-04-20 |
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