JPH0421130B2 - - Google Patents
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- JPH0421130B2 JPH0421130B2 JP60194638A JP19463885A JPH0421130B2 JP H0421130 B2 JPH0421130 B2 JP H0421130B2 JP 60194638 A JP60194638 A JP 60194638A JP 19463885 A JP19463885 A JP 19463885A JP H0421130 B2 JPH0421130 B2 JP H0421130B2
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- JP
- Japan
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- fiber
- polarization
- maintaining
- change
- axis component
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- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 69
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 27
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 208000025174 PANDAS Diseases 0.000 description 1
- 208000021155 Paediatric autoimmune neuropsychiatric disorders associated with streptococcal infection Diseases 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001550 time effect Effects 0.000 description 1
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)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (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温度センサに関す
る。とくに、偏光面保持フアイバにレーザ光を通
して温度を測定する温度センサに関する。
る。とくに、偏光面保持フアイバにレーザ光を通
して温度を測定する温度センサに関する。
［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。
（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は温度センサとして用い
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
ためのコリメータ、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
オードがアバランシエ・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。
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
ためのコリメータ、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
オードがアバランシエ・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Ｙ軸成分は等しいも
のとなつているが、温度変化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２
７に表示される。
入射される偏光のＸ軸成分とＹ軸成分は等しいも
のとなつているが、温度変化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２
７に表示される。
［発明が解決しようとする問題点］
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、温度変化のみによつ
てもたらされるのではなく、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によつ
も、もたらされる。
ける偏光面の角度の変化は、温度変化のみによつ
てもたらされるのではなく、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によつ
も、もたらされる。
一般に、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温
度変化のみならず、ひずみをも同時に検出するも
のであり正確な温度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温
度変化のみならず、ひずみをも同時に検出するも
のであり正確な温度を測定することはできなかつ
た。
さらに、フアイバによる温度センサは、環境の
劣悪な場所に使用されることが多く、このような
場所では周辺から振動などのひずみがさらに加わ
り、温度測定の精度を一層劣化せしめていた。
劣悪な場所に使用されることが多く、このような
場所では周辺から振動などのひずみがさらに加わ
り、温度測定の精度を一層劣化せしめていた。
［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、温度特性が異なりひずみ特性が同
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、ひずみによつて回
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、温度特性が異なりひずみ特性が同
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、ひずみによつて回
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、ひずみによる偏光面の回転は打消さ
れ、温度の変化による偏光面の回転のみが得られ
るから、精度の高い温度測定が可能となつた。
つた光は、ひずみによる偏光面の回転は打消さ
れ、温度の変化による偏光面の回転のみが得られ
るから、精度の高い温度測定が可能となつた。
［実施例］
本発明によるフアイバ温度センサを第１図に示
し説明する。
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4μ
ｍ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軸成分との間に位相差を生じ、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4μ
ｍ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軸成分との間に位相差を生じ、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フアイバおよび第２フアイバの材質
は異なつたもので構成されており、温度変化やひ
ずみ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。
は異なつたもので構成されており、温度変化やひ
ずみ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フアイバの位相差の変化分を
ΔΦ1、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。ここで B1ΔL1＝B2ΔL2 (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。
ΔΦ1、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。ここで B1ΔL1＝B2ΔL2 (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。
すなわち第１フアイバ１２および第２フアイバ
１６のひずみ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。
１６のひずみ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＝（A1L1−A2L2）ΔT (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＝（A1L1−A2L2）ΔT (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にはひずみの影響は全く無く、温度変化ΔT
による位相差の変化のみが得られることになる。
ΔΦにはひずみの影響は全く無く、温度変化ΔT
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温度セン
サとして用いられていた第２図に示す偏光保持フ
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
ばひずみの影響なく温度変化のみを精度よく測定
できる。
サとして用いられていた第２図に示す偏光保持フ
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
ばひずみの影響なく温度変化のみを精度よく測定
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、ひずみの影響を受けることなく温度変化を正
確に測定することが可能となり、とくに環境の悪
い振動の多い場所などでの温度計測に適したフア
イバ温度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、ひずみの影響を受けることなく温度変化を正
確に測定することが可能となり、とくに環境の悪
い振動の多い場所などでの温度計測に適したフア
イバ温度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、本発明のフアイバ温度センサを示す
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、１９……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。
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、１９……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 偏光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
等しく、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
するフアイバ温度センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194638A JPS6254133A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | フアイバ温度センサ |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP60194638A JPS6254133A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | フアイバ温度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6254133A JPS6254133A (ja) | 1987-03-09 |
| JPH0421130B2 true JPH0421130B2 (ja) | 1992-04-08 |
Family
ID=16327840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60194638A Granted JPS6254133A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | フアイバ温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6254133A (ja) |
-
1985
- 1985-09-03 JP JP60194638A patent/JPS6254133A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6254133A (ja) | 1987-03-09 |
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