JPH04170507A - 光ファイバ - 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１ この発明は、センサ用素子ならびに光信号伝送路として
用いる光フアイバ利用計測分野（工業。

土木建築、医療、防災など広範囲にわたる）に応用され
る光ファイバに関するものである。

［従来の技術］ 通常の通信用光ファイバの基本的構造を第５図に示す。

光伝送の主要部をなすコア１１とクラッド１２で裸光フ
ァイバ１５が構成され、この裸光ファイバ１５の保護の
ための１次被覆１３を被せたものを光フアイバ素線１６
と呼び、さらに取扱いの容易さのための２次被覆１４を
被せたものを光フアイバ心線１７と呼んでいる。そして
、これらで光ファイバ１０が構成される。通信用として
広く用いられている光ファイバ１Ｑは、コア１１とクラ
ッド１２の部分に石英ガラスを用いたものであり、コア
径は数〜１１００ｕ、クラツド径１２５ｇｍ、素線径ｏ
、２５〜０．４ｍｍ、心線径０゜９ｍｍが代表的な値で
ある。

光ファイバ１０は非常に低損失の光信号伝送路であるが
、細かな曲げを生じさせると損失が増加する現象があり
、マイクロベンド損失と呼ばれている。通信用光ファイ
バではマイクロベンドを生じさせないように、裸光ファ
イバ１５の周囲を覆う１次被覆１３，２次被覆１４の被
覆材料および構造を工夫している。

一方、この伝送損失は光ファイバ１０の曲げ変形の大き
さで変るため、これを原理としたセンサ（曲げ損失利用
の光フアイバセンサ）も従来から研究されている。その
−例は、第６図に示すように、波形の板Ｗの間に光フア
イバ素線１６（あるいは光フアイバ心線１７）を挟み、
板Ｗにかかる圧力Ｆにより光ファイバ素ｗＡ１６に微小
共りを生じさせる構造である。挟まれた光ファイバ１０
の伝送損失の変化から、板Ｗの変位、さらに板Ｗに加わ
る圧力Ｆが測定できる。この構造は基本的には圧力セン
サであるが、歪み、音や振動、電気・磁気などの量も板
Ｗへ加わる圧力Ｆへと変換する機構を取り付けることに
より検出可能である。

また他の例として、第７図に示すように２本の光ファイ
バ素ｆａ１６を撚り合わせ、光フアイバ素線１６の長さ
方向に力が加わったときに、光フアイバ素線１６の曲り
の程度が変化し、したがって、長さ方向の歪の量が計測
できる光フアイバセンサを構成したものも考案されてい
る。

光フアイバセンサは、信号伝送路である光ファイバ１０
の途中にセンサとなる部分を多数設けて多点の情報を同
時に測定する多点形センサや、光ファイバ１０自体が伝
送路であるとともに、センサとして動作することで広範
囲の情報を連続し、で収集する分布形センサを構成でき
る特徴を持っている。第６図のセンサは多点形センサと
し、また、第７図のセンサは分布形センサとして使用す
ることができる。

［発明が解決しようとする課題１ 光ファイバ１０の曲げ変形による伝送損失を利用したセ
ンサにおいて、従来の構造では光フアイバ素線１６や光
フアイバ心線１７の外径は、光ファイバ１０の強度を保
つためにあまり細くできないという制約のため、光ファ
イバ１０の波状の曲りの周期を細かくできない。光ファ
イバ１０の曲り周期を適当な細かさ（例えば５ｍｍ以下
）にすることでセンサとしての感度を上げることができ
るのであるが、上記の理由によりセンサとして最適な曲
りを実現できないという重大な欠点があった。

また、１本の光ファイバ１０の途中にセンサ部分を多数
設けて多点形センサを形成する場合に、第６図の構成で
はセンサ部として受圧板を多数設け、その間を光ファイ
バ１０で接続する面倒な作業が必要であるとともに、接
続部分の機械的強度を保証するための保護が必要である
ため取扱いが面倒である。

一方、第７図のタイプで多点形センサを構成するには、
センサ部と単なる光信号伝送部（外乱の影響を受けず、
低損失で信号伝送する必要がある）を交互に形成するた
め、センサ部だけ裸光ファイバ１５を撚りあわせるとい
う熟練者による作業を必要とする。また、光ファイバ１
０の外形が特殊であるため、センサ部の設置に当っては
取り付けが難しいという欠点もある。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、センサ部の構成が容易な光ファイバを提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかる光ファイバは、センサとして利用する
部分の裸光ファイバそのものをらせん状構造とし、その
外側を保護用の被覆で覆ったものである。

［作用］ この発明においては、この構造ではらせん部分がセンサ
部となり、強度を低下することなく、細かな周期の曲り
を実現できる。

［実施例］ 第１図に、この発明の一実施例を示し、第２図にらせん
部分の詳細を示す。なお、第２図は引延ばされてゆっく
りしたらせんを示している。これらの図において、２０
はこの発明による光ファイバを示し、２１はらせん状コ
ア、２２はらせん状クラッドであり、以上で裸光ファイ
バ２５が構成される。２３は１次被覆で、この１次被覆
２３と裸光ファイバ２５で光フアイバ素線２６が形成さ
れる。２４は２次被覆で、光フアイバ素線２６とで光フ
アイバ心線２７が形成される。以上でらせん部分２８が
構成される。２９は第５図に示したのと同じ構成の直線
部分である。

このように所定長に亘ってらせん形状とすることにより
分布形センサを構成できるばかりでなく、センサ部とし
て用いる部分のみをらせん形状とすることにより、多点
形センサも構成できる。

つまり、この発明により１本の光ファイバ２０を、検出
すべき対象の影響を受けやす（したセンサ部分、すなわ
ちらせん部分２８と外乱の影響を受けてはならない信号
伝送部分、すなわち直線部分２９を、外形は１本の光フ
ァイバ２０のまま機能的には分割して使用することが可
能となる。

なお、光ファイバの接続には永久的な接続法である融着
接続と、脱着可能なコネクタによる接続法があるが、い
ずれにしても接続部分の裸光ファイバ２５は直線状であ
ることが必要である。これも、この発明の光ファイバ２
ｏがらせん部分２８と直線部分２９を持つ理由の１つで
ある。

光ファイバ２０の保護被覆を含めた光フアイバ心線２７
の外形は、センサ部も信号伝送部もともに断面が円形の
細い線状となっており、取扱いおよび測定対象への設置
を容易にすることができる。

この発明においては、長さ方向の伸縮を与えることによ
り、らせん部分２８が伸縮して曲率が変化するため、光
の伝送損失が変化をする。光フアイバ２０中の任意の場
所の伝送損失量は○ＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ
　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）　と呼
ばれる測定器を用いることで測定でき、着目点における
光ファイバ２ｏの伸縮の程度を知ることができる。セン
サとして動作する部分が多点で構成されていれば多点形
センサとして、また連続して構成されていれば分布形セ
ンサとして動作することになる。センサとしての検出対
象は後述する実施例で述べる。

この発明の光ファイバ２０の構成材料は、通常の通信用
光ファイバと同じである、すなわち、裸光ファイバ２５
部分は石英ガラス、多成分ガラスもしくは透明プラスチ
ック、保護用の被覆（１次被覆２３および２次被覆２４
）は、シリコン樹脂やエポキシ系プラスチックである。

つまり、この発明は、通常の光ファイバとは裸光ファイ
バ２５部分がらせん状をしている箇所のある点のみが異
なっていると言える。らせんの径とピッチについては、
応用目的により異なるが、大部分のセンサ応用について
は、らせん径は０．１ｍｍ〜Ｌｍｍ程度、らせんピッチ
（周期）は２　ｍ　ｍ〜５０ｍｍが望ましい。

この発明のセンサへの応用形態は、基本的にはらせん部
分２８の伝送損失から伸縮量を測定する歪センサである
が、この発明の外部を測定対象量により伸縮する各種機
能材料で覆う等の方法により、以下の例に示すような各
種のセンサを構成できる。

１、電わい材料による被覆：電圧センサ２、磁わい材料
による被覆：磁気センサ。

電流センサ ３、熱収縮材料による被覆二温度センサ４、光ファイバ
の機械的変形： 歪センサ（ストレインゲージ）。

変位センサ、圧力センサ 音響センサ（マイクロホン） 振動センサ 第３図、第４図にセンサ応用例として歪センサであるス
トレインゲージと電圧センサの例を示す。

第３図において、３０は光フアイバ損失測定器であり、
光ファイバ２０が接続される。また、３１は受圧板で、
接着剤３２で光ファイバ２０に取り付けられる。この状
態で、ひずみＤを与えると光ファイバ２０の伝送損失が
増加するので、これを光フアイバ損失測定器３０で測定
することによりひずみＤを測定することができる。

第４図において、電わい材料３３を内部円筒電極３４と
外部円筒電極３５でサインドイッチにし、画電極３４．
３５間に電圧■を印加すると電わいが生じ、これにより
光ファイバ２０の伝送損失が変るので、これを光フアイ
バ損失測定器３０で測定し、電わい量を測定することが
できる。

［発明の効果１ この発明は以上詳細に説明したように、コアとクラッド
とからなる裸光ファイバが保護用の被覆で覆われた光フ
ァイバにおいて、裸光ファイバに微小らせん形状のらせ
ん部分と、直線状の直線部分とを構成したので、光フア
イバ伝送損失に基づく歪センサをはじめとする各種光フ
アイバセンサの高感度化を図ることができる。

そして、微小らせん形状の光ファイバを用いたセンサは
、分布計測、すなわち任意の地点の計測が可能な線状の
分布形センサが実現できる。また、らせん部分と直線部
分を交互に持つように作成した光ファイバを用いればセ
ンサ部と信号伝送部分の機能が分離でき、同時に多数の
箇所の情報を得る多点形センサとして動作させることが
できる。

さらに、この発明の光ファイバは外観は通常の光通信用
の光フアイバ心線と同じく細円筒状であり、取扱いおよ
び測定対象物への取り付けも容易であるため、光フアイ
バセンサの利用分野を広げることができる。

また、この発明は、らせん形状部分だけではなく直線状
部分も持つため、光フアイバ同士および測定機器との接
続が容易である等の優れた利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す光ファイバの構造説
明図、第２図は、第１図の実施例のらせん部分の斜視説
明図、第３図、第４図はこの発明を用いたセンサとして
の利用例を示す図、第５図は通常の通信用光ファイバの
構造を示す斜視図、第６図は波板を用いた従来の圧力セ
ンサの基本構造を示す側面図、第７図は従来の２本の光
フアイバ素線を撚りあわせた構造の歪センサの基本構造
を示す側面図である。 図中、１０．２０は光ファイバ、１１はコア、１２はク
ラッド、１３．２３は１次被覆、１４゜２４は２次被覆
、１５．２５は採光ファイバ、１６．２６は光フアイバ
素線、１７．２７は光フアイバ心線、２１はらせん状コ
ア、２２はらせん状クラッド、２８はらせん部分、２日
は直線部分第３図 第５図 １／。 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コアと、このコアを覆うクラッドとからなる裸光ファイ
   バが保護用の被覆で覆われた光ファイバにおいて、前記
   裸光ファイバに微小らせん形状のらせん部分と、直線状
   の直線部分とを構成したことを特徴とする光ファイバ。