JPH0522857B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0522857B2 JPH0522857B2 JP23727683A JP23727683A JPH0522857B2 JP H0522857 B2 JPH0522857 B2 JP H0522857B2 JP 23727683 A JP23727683 A JP 23727683A JP 23727683 A JP23727683 A JP 23727683A JP H0522857 B2 JPH0522857 B2 JP H0522857B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- light
- sensor
- sensor section
- stress
- 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 - Lifetime
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 28
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000002277 temperature 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
- G01L1/243—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 using means for applying force perpendicular to the fibre axis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光フアイバーを用いて応力を測定す
る光フアイバーセンサに関するものである。
る光フアイバーセンサに関するものである。
従来、応力センサとしては、ストレインゲージ
が良く知られている。ストレインゲージは、抵抗
線の長さが変化したときに生ずる電気抵抗の変化
を利用して、ひずみを測定する素子である。
が良く知られている。ストレインゲージは、抵抗
線の長さが変化したときに生ずる電気抵抗の変化
を利用して、ひずみを測定する素子である。
しかしながら、上記のストレインゲージにおい
ては、センサ部における出力およびその出力の伝
送が電気信号の形である為に、電気的絶縁の必要
があること、又、電気的な雑音を拾い易く、測定
の安定性に欠ける等の欠点があつた。
ては、センサ部における出力およびその出力の伝
送が電気信号の形である為に、電気的絶縁の必要
があること、又、電気的な雑音を拾い易く、測定
の安定性に欠ける等の欠点があつた。
本発明の目的は上記欠点を解決した新規な応力
センサを提供する事にある。
センサを提供する事にある。
本発明は、少なくとも一部を応力の加わるセン
サ部とした偏波面保持型光フアイバーと、偏光方
向が直交した２周波直線偏光を射出するレーザ発
生部と、前記レーザ発生部からの光の一部を該光
の２直交偏光方向と前記光フアイバーの固有偏光
軸とを一致させた状態で前記光フアイバーに結合
する手段と、前記光フアイバーを伝搬した光が通
過する位置に配置され且つ透過軸方位角が光の２
直交偏光方向と45度をなす検光子と、該検光子か
らの光を検出する第一検出器と、前記レーザ発生
部から出射した残りの光を検出するための第二検
出器と、前記センサ部の無いことを除き前記光フ
アイバーと同構成且つ同じ温度の影響を受けるよ
うに配置された参照光フアイバーを含み前記残り
の光を前記第二検出器に導くための参照光学系
と、前記第一及び第二検出器にそれぞれ検出され
た光の位相差を検出する検出手段とから成り、前
記センサ部に加わる応力に測定する光フアイバー
センサによつて上記目的を達成するものである。
サ部とした偏波面保持型光フアイバーと、偏光方
向が直交した２周波直線偏光を射出するレーザ発
生部と、前記レーザ発生部からの光の一部を該光
の２直交偏光方向と前記光フアイバーの固有偏光
軸とを一致させた状態で前記光フアイバーに結合
する手段と、前記光フアイバーを伝搬した光が通
過する位置に配置され且つ透過軸方位角が光の２
直交偏光方向と45度をなす検光子と、該検光子か
らの光を検出する第一検出器と、前記レーザ発生
部から出射した残りの光を検出するための第二検
出器と、前記センサ部の無いことを除き前記光フ
アイバーと同構成且つ同じ温度の影響を受けるよ
うに配置された参照光フアイバーを含み前記残り
の光を前記第二検出器に導くための参照光学系
と、前記第一及び第二検出器にそれぞれ検出され
た光の位相差を検出する検出手段とから成り、前
記センサ部に加わる応力に測定する光フアイバー
センサによつて上記目的を達成するものである。
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明す
る。
る。
第１図は、本発明に基づく光フアイバーセンサ
の構成例を示す概略図である。
の構成例を示す概略図である。
ここで１は偏波面保持型光フアイバーで、その
一部には応力の加わるセンサ部Ｓが設けられてい
る。横磁場型ゼーマンレーザ２から出射した偏光
方向が直交した２つの周波数1，2の光束の一部
３は、レンズ４を介して光フアイバー１の一方の
端部に結合される。この際、光束３の２直交偏光
方位と、光フアイバー１の互いに直交する２つの
固有偏光軸とが、夫々一致するように結合され
る。光フアイバー１を伝搬し、センサ部Ｓを通過
した光束は、透過軸の方位角45°に設置された検
光子５を介して、光検出器６で検出される。光検
出器６の出力電流Isは次のようになる。
一部には応力の加わるセンサ部Ｓが設けられてい
る。横磁場型ゼーマンレーザ２から出射した偏光
方向が直交した２つの周波数1，2の光束の一部
３は、レンズ４を介して光フアイバー１の一方の
端部に結合される。この際、光束３の２直交偏光
方位と、光フアイバー１の互いに直交する２つの
固有偏光軸とが、夫々一致するように結合され
る。光フアイバー１を伝搬し、センサ部Ｓを通過
した光束は、透過軸の方位角45°に設置された検
光子５を介して、光検出器６で検出される。光検
出器６の出力電流Isは次のようになる。
Is＝１／２｛１＋cos（2ΠΔt＋Γ）｝ (1)
ここでΓ＝Γ0＋ΓF＋ΓTで、Γ0，ΓF，ΓTはそれ
ぞれ、初期応力による位相遅れ、外部力による位
相遅れ、温度変化による位相遅れである。また、
Δ＝｜1−2｜で1と2のビート周波数を表わ
す。
ぞれ、初期応力による位相遅れ、外部力による位
相遅れ、温度変化による位相遅れである。また、
Δ＝｜1−2｜で1と2のビート周波数を表わ
す。
従つて、横磁場型ゼーマンレーザ２から出射し
た残りの光束７をやはり透過軸方位角45°とした
検光子８を介して光検出器９で検出し、これを参
照信号として、光検出器６の出力信号とともに位
相計１０に取り込むことによつてこれらの位相差
を検出でき、温度変化が無いとすれば、この位相
差からセンサ部に加わる応力を測定できる。
た残りの光束７をやはり透過軸方位角45°とした
検光子８を介して光検出器９で検出し、これを参
照信号として、光検出器６の出力信号とともに位
相計１０に取り込むことによつてこれらの位相差
を検出でき、温度変化が無いとすれば、この位相
差からセンサ部に加わる応力を測定できる。
第１図は、軸応力測定の為の系であり、センサ
部Ｓにおける引つ張り応力は、光フアイバーが固
定されたメタル板１１を曲げることによつて加え
られる。第２図は、第１図において、位相計１０
と並列に設けられたオシロスコープ１２で観察さ
れた典型的なビート信号を示す。
部Ｓにおける引つ張り応力は、光フアイバーが固
定されたメタル板１１を曲げることによつて加え
られる。第２図は、第１図において、位相計１０
と並列に設けられたオシロスコープ１２で観察さ
れた典型的なビート信号を示す。
第１図の系において、センサ部Ｓのメタル板１
１に第３図のようにストレインゲージ１３を取り
付け、機械的に印加された位相遅れΓFを、この
ストレインゲージ１３でモニターした応力の関数
として表わしたものが第４図である。ここで、光
フアイバー１は全体で２ｍの長さを有し、第３図
でメタル板１１に固定された部分のl1は27mmであ
る。また、感度は1.9deg／μｍが得られた。この
ように、本発明の測定系における応力と位相遅れ
とは、ほぼ直線性を満足していることがわかる。
１に第３図のようにストレインゲージ１３を取り
付け、機械的に印加された位相遅れΓFを、この
ストレインゲージ１３でモニターした応力の関数
として表わしたものが第４図である。ここで、光
フアイバー１は全体で２ｍの長さを有し、第３図
でメタル板１１に固定された部分のl1は27mmであ
る。また、感度は1.9deg／μｍが得られた。この
ように、本発明の測定系における応力と位相遅れ
とは、ほぼ直線性を満足していることがわかる。
本発明に基づいて、センサ部は種々の応用が可
能である。第５図は圧力測定の応用例を示したも
ので、センサ部以外は第１図と同様に構成され
る。第６図に、このセンサ部に加わる圧力Ｆと検
出される位相遅れの関係を示す。ここで、第５図
の部材１４，１４′に挟まれる光フアイバー１の
長さl2は130mmとした。
能である。第５図は圧力測定の応用例を示したも
ので、センサ部以外は第１図と同様に構成され
る。第６図に、このセンサ部に加わる圧力Ｆと検
出される位相遅れの関係を示す。ここで、第５図
の部材１４，１４′に挟まれる光フアイバー１の
長さl2は130mmとした。
第７図は、本発明のセンサ部の張力測定への応
用例を示したもので、センサ部以外は第１図と同
様に構成される。光フアイバー１は、ガラスチユ
ーブ１５に固定され、ガラスチユーブ１５には張
力Ｆが加えられる。第７図のセンサ部を用いた実
験における、張力Ｆと位相遅れΓFとの関係を第
８図に示す。ここで第７図に示す長さl3は、170
mmとした。
用例を示したもので、センサ部以外は第１図と同
様に構成される。光フアイバー１は、ガラスチユ
ーブ１５に固定され、ガラスチユーブ１５には張
力Ｆが加えられる。第７図のセンサ部を用いた実
験における、張力Ｆと位相遅れΓFとの関係を第
８図に示す。ここで第７図に示す長さl3は、170
mmとした。
前述の説明では、温度が変化しないとしたが、
一般に長期の測定では、温度による位相遅れを取
り除かねばならない。本発明においては、第１図
の例で、光束７をセンサ部の設けられていない参
照フアイバーを透過せしめて検光子８に導くこと
によつて温度補償が為された。参照フアイバー
は、センサ部を除いて前述の偏波面保持型光フア
イバーと同様に構成され、同じ温度の影響を受け
るように設けられる。この参照フアイバーを介し
て光検出器で検出される参照出力電流IRは、 IR＝１／２｛１＋cos（2πΔt＋ΓO＋ΓT）｝ (2) となる。従つて、(1)，(2)式よりISとIRの相対位相
はΓFのみとなる。この方法による効果を第９図
に示す。第９図において、横軸は温度変化を表わ
し、縦軸は、温度変化による位相遅れの変化を示
す。ここで、C1，C2は参照フアイバーを導入し
た場合を示し、Ｕは参照フアイバーを導入しない
場合である。この方法により、温度効果は102の
オーダまで補償される。
一般に長期の測定では、温度による位相遅れを取
り除かねばならない。本発明においては、第１図
の例で、光束７をセンサ部の設けられていない参
照フアイバーを透過せしめて検光子８に導くこと
によつて温度補償が為された。参照フアイバー
は、センサ部を除いて前述の偏波面保持型光フア
イバーと同様に構成され、同じ温度の影響を受け
るように設けられる。この参照フアイバーを介し
て光検出器で検出される参照出力電流IRは、 IR＝１／２｛１＋cos（2πΔt＋ΓO＋ΓT）｝ (2) となる。従つて、(1)，(2)式よりISとIRの相対位相
はΓFのみとなる。この方法による効果を第９図
に示す。第９図において、横軸は温度変化を表わ
し、縦軸は、温度変化による位相遅れの変化を示
す。ここで、C1，C2は参照フアイバーを導入し
た場合を示し、Ｕは参照フアイバーを導入しない
場合である。この方法により、温度効果は102の
オーダまで補償される。
以上説明したように、本発明は光フアイバー自
体を応力検知素子及び検知信号の伝送線として用
いたので、 １ 構成が簡素である ２ 光を用いる為、電気的接点が無く、電気的絶
縁の必要が無い ３ 雑音の影響が小さく、安定した測定が出来る ４ 線形出力が得られ、複雑な較正を必要としな
い 等の効果が得られるものである。
体を応力検知素子及び検知信号の伝送線として用
いたので、 １ 構成が簡素である ２ 光を用いる為、電気的接点が無く、電気的絶
縁の必要が無い ３ 雑音の影響が小さく、安定した測定が出来る ４ 線形出力が得られ、複雑な較正を必要としな
い 等の効果が得られるものである。
第１図は本発明に基づく光フアイバーセンサの
構成例を示す概略図、第２図は第１図のオシロス
コープで観察される典型的なビート信号を示す
図、第３図は実験の際のセンサ部の構成を示す概
略図、第４図は第３図の構成で測定された応力と
位相遅れの関係を示す図、第５図は本発明を圧力
測定に応用した場合のセンサ部の構成例を示す該
略図、第６図は第５図の構成で測定された圧力と
位相遅れの関係を示す図、第７図は本発明を張力
測定に応用した場合のセンサ部の構成例を示す概
略図、第８図は第７図の構成で測定された張力と
位相遅れの関係を示す図、第９図は本発明におけ
る位相遅れの温度変化による影響を示す図であ
る。 １……偏波面保持型光フアイバー、２……横磁
場型ゼーマンレーザ、３，７……光束、４……レ
ンズ、５，８……検光子、６，９……光検出器、
１０……位相計、１１……メタル系、１２……オ
シロスコープ、１３……ストレインゲージ、１
４，１４′……部材、１５……ガラスチユーブ、
Ｓ……センサ部。
構成例を示す概略図、第２図は第１図のオシロス
コープで観察される典型的なビート信号を示す
図、第３図は実験の際のセンサ部の構成を示す概
略図、第４図は第３図の構成で測定された応力と
位相遅れの関係を示す図、第５図は本発明を圧力
測定に応用した場合のセンサ部の構成例を示す該
略図、第６図は第５図の構成で測定された圧力と
位相遅れの関係を示す図、第７図は本発明を張力
測定に応用した場合のセンサ部の構成例を示す概
略図、第８図は第７図の構成で測定された張力と
位相遅れの関係を示す図、第９図は本発明におけ
る位相遅れの温度変化による影響を示す図であ
る。 １……偏波面保持型光フアイバー、２……横磁
場型ゼーマンレーザ、３，７……光束、４……レ
ンズ、５，８……検光子、６，９……光検出器、
１０……位相計、１１……メタル系、１２……オ
シロスコープ、１３……ストレインゲージ、１
４，１４′……部材、１５……ガラスチユーブ、
Ｓ……センサ部。
Claims (1)
- １ 少なくとも一部を応力の加わるセンサ部とし
た偏波面保持型光フアイバーと、偏光方向が直交
した２周波直線偏光を射出するレーザ発生部と、
前記レーザ発生部からの光の一部を該光の２直交
偏光方向と前記光フアイバーの固有偏光軸とを一
致させた状態で前記光フアイバーに結合する手段
と、前記光フアイバーを伝搬した光が通過する位
置に位置され且つ透過軸方位角が光の２直交偏光
方向と45度をなす検光子と、該検光子からの光を
検出する第一検出器と、前記レーザ発生部から出
射した残りの光を検出するための第二検出器と、
前記センサ部の無いことを除き前記光フアイバー
と同構成且つ同じ温度の影響を受けるように配置
された参照光フアイバーを含み前記残りの光を前
記第二検出器に導くための参照光学系と、前記第
一及び第二検出器にそれぞれ検出された光の位相
差を検出する検出手段とから成り、前記センサ部
に加わる応力を測定する光フアイバーセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23727683A JPS60129633A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 光フアイバ−センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23727683A JPS60129633A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 光フアイバ−センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60129633A JPS60129633A (ja) | 1985-07-10 |
| JPH0522857B2 true JPH0522857B2 (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=17012988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23727683A Granted JPS60129633A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 光フアイバ−センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60129633A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007285794A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | 外力検出装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6269110A (ja) * | 1985-09-21 | 1987-03-30 | Ushio Inc | 光学的歪計測方法 |
| JPS62182627A (ja) * | 1986-02-07 | 1987-08-11 | Ushio Inc | 光弾性定数測定方法 |
-
1983
- 1983-12-16 JP JP23727683A patent/JPS60129633A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007285794A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | 外力検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60129633A (ja) | 1985-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6057911A (en) | Fiber optic fabry-perot sensor for measuring absolute strain | |
| US4450406A (en) | Triaxial optical fiber system for measuring magnetic fields | |
| US5877426A (en) | Bourdon tube pressure gauge with integral optical strain sensors for measuring tension or compressive strain | |
| US6647800B2 (en) | Temperature insensitive fiber-optic torque and strain sensor | |
| CN101542255B (zh) | 光纤式温度计以及温度补偿型光纤传感器 | |
| US5298964A (en) | Optical stress sensing system with directional measurement capabilities | |
| US4900920A (en) | Device for and method of measuring minute elongations by means of light wave conductor sensors | |
| JPH038495B2 (ja) | ||
| US4717253A (en) | Optical strain gauge | |
| JPS60154128A (ja) | 力測定方法及び装置 | |
| US4524322A (en) | Fiber optic system for measuring electric fields | |
| CN101620003A (zh) | 光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器及其振动测量系统 | |
| CN108760109A (zh) | 基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量装置和方法 | |
| JPH0250409B2 (ja) | ||
| US5187983A (en) | Fiber-optic strain gauge manometer | |
| US4773753A (en) | Fiber sensor | |
| US4648274A (en) | Photoelastic measuring transducer and accelerometer based thereon | |
| HU196259B (en) | Optoelktromechanical measuring transducer | |
| EP0129972B1 (en) | Polarised light optical sensing arrangements | |
| JPH0522857B2 (ja) | ||
| US20130088710A1 (en) | Optical Guide-Based Displacement/Force Sensor | |
| US5061846A (en) | Detecting disturbance using optical gap sensing | |
| CN114018391B (zh) | 一种抑制干涉光强衰落的方法及装置 | |
| JP3489496B2 (ja) | 光式圧力センサ及びそれを用いた圧力計測方法 | |
| JPS6147514A (ja) | 反射型光フアイバセンサ |