JPS6147513A - 光フアイバセンサ - Google Patents
光フアイバセンサInfo
- Publication number
- JPS6147513A JPS6147513A JP59169150A JP16915084A JPS6147513A JP S6147513 A JPS6147513 A JP S6147513A JP 59169150 A JP59169150 A JP 59169150A JP 16915084 A JP16915084 A JP 16915084A JP S6147513 A JPS6147513 A JP S6147513A
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- polarization optical
- polarization
- constant polarization
- constant
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/344—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using polarisation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
この発明は、定偏波光ファイバに温度、圧力、張力等の
物理力が加わるときその複屈折が変化することを利用し
て物理力を測定する光ファイバセンサの改良に関する。
物理力が加わるときその複屈折が変化することを利用し
て物理力を測定する光ファイバセンサの改良に関する。
（ロ）従来技術
従来より、定偏波光ファイバの複屈折率が温度、張力、
圧力などによって変化するため、これを利用した光ファ
イバセンサが種々に提案されている。たとえば、第４図
に示すような定偏波光ファイバ１を用いて第５図のよう
に構成される。
圧力などによって変化するため、これを利用した光ファ
イバセンサが種々に提案されている。たとえば、第４図
に示すような定偏波光ファイバ１を用いて第５図のよう
に構成される。
この定偏波光ファイバｌは、中央部のコア１１の周囲に
形成されたクラッド１２中に、コア１１の両脇に２つの
応力付与部１３．１３を配したもので、残留歪に異方性
を持たせて複屈折を持たせたものである。そして第５図
のように、偏光子３と検光子４とが空間的に平行または
直交ニコル状態とされ、この間に、上記の定偏波光ファ
イバｌの主軸が入射偏光に対して４５°とな′るように
回転されて定偏波光ファイバｌが配置される。この構成
で、定偏波光ファイバ１の主軸であるＸ、Ｙ方向に対し
て直線偏光をｌ：１に励振すると、その２つの偏光の位
相差により終端での偏波状態が変化し、これにともない
検光子４を通過する光パワーも変化するので、温度、張
力、圧力などの測定が可能となる。
形成されたクラッド１２中に、コア１１の両脇に２つの
応力付与部１３．１３を配したもので、残留歪に異方性
を持たせて複屈折を持たせたものである。そして第５図
のように、偏光子３と検光子４とが空間的に平行または
直交ニコル状態とされ、この間に、上記の定偏波光ファ
イバｌの主軸が入射偏光に対して４５°とな′るように
回転されて定偏波光ファイバｌが配置される。この構成
で、定偏波光ファイバ１の主軸であるＸ、Ｙ方向に対し
て直線偏光をｌ：１に励振すると、その２つの偏光の位
相差により終端での偏波状態が変化し、これにともない
検光子４を通過する光パワーも変化するので、温度、張
力、圧力などの測定が可能となる。
ところで、このような定偏波光ファイバの複屈折率変化
を利用した光ファイバセンサは、一般に高感度であるが
、温度、張力、圧力といった多くの測定対象に対して反
応するため、逆にたとえば張力だけを測定したいという
ときには、周囲温度を一定に保たなければならないとか
、使用環境条件が限定されるという欠点がある。
を利用した光ファイバセンサは、一般に高感度であるが
、温度、張力、圧力といった多くの測定対象に対して反
応するため、逆にたとえば張力だけを測定したいという
ときには、周囲温度を一定に保たなければならないとか
、使用環境条件が限定されるという欠点がある。
（ハ）目的
この発明は、温度、張力、圧力などの種々の物理力のう
ち測定対象としたもののみを、非測定対象たる他の物理
力に影響されずに測定することができ、使用環境条件な
どの制限を除去して使用範囲の拡大を図った光ファイバ
センサを提供することを目的とする。
ち測定対象としたもののみを、非測定対象たる他の物理
力に影響されずに測定することができ、使用環境条件な
どの制限を除去して使用範囲の拡大を図った光ファイバ
センサを提供することを目的とする。
（ニ）構成
この発明によれば、定偏波光ファイバに温度。
圧力、張力等の物理力が加わるときその複屈折が変化す
ることを利用して上記の物理力を測定する光ファイバセ
ンサにおいて、センサ用定偏波光ファイバと実質的に等
しい特性を有する補償用定偏波光ファイバを、該センサ
用定偏波光ファイバに直交接続している。そして、たと
えば、張力を測定対象としたとき、周囲環境の温度変化
がこれらセンサ用定偏波光ファイバと補償用定偏波光フ
ァイバの両方に加わって両方で同じように複屈折変化を
生じる。そこで、画定偏波光ファイバを直交接続するこ
とにより、この測定対象でない温度によるセンサ用定偏
波光ファイバの複屈折変化を補償用定偏波光ファイバの
複屈折変化で補償し、センサ用定偏波光ファイバに加わ
る測定対象たる張力のみを測定する。
ることを利用して上記の物理力を測定する光ファイバセ
ンサにおいて、センサ用定偏波光ファイバと実質的に等
しい特性を有する補償用定偏波光ファイバを、該センサ
用定偏波光ファイバに直交接続している。そして、たと
えば、張力を測定対象としたとき、周囲環境の温度変化
がこれらセンサ用定偏波光ファイバと補償用定偏波光フ
ァイバの両方に加わって両方で同じように複屈折変化を
生じる。そこで、画定偏波光ファイバを直交接続するこ
とにより、この測定対象でない温度によるセンサ用定偏
波光ファイバの複屈折変化を補償用定偏波光ファイバの
複屈折変化で補償し、センサ用定偏波光ファイバに加わ
る測定対象たる張力のみを測定する。
（ホ）実施例
第１図において、この発明に係る光ファイバセンサは、
センサ用定偏波光ファイバ１と、これに直交接続される
補償用定偏波光ファイバ２と、偏光子３と、検光子４と
からなる。偏光子３は、補償用定偏波光ファイバ２に対
し、定偏波光ファイバ２のＸｏ、Ｙ″方向直線偏光がｌ
：１に励振されるように配置される。定偏波光ファイバ
ｌと定偏波光ファイバ２とは同一の定偏波光ファイバか
ら同じ長さに切断して作ることなどにより、複屈折率特
性を実質的に等しくし、位相差が同じとなるようにする
。そして、定偏波光ファイバ２を伝搬したＸ′力方向直
線偏光が定偏波光ファイバ１ではＹ方向に、定偏波光フ
ァイバ２を伝搬したＹ゛方向直線偏光が定偏波光ファイ
バ１ではＸ方向に伝搬するよう、互いに主軸を９０°回
転させて直交接続される。つまりこれにより、定偏波光
ファイバ１．２の両方に同じ温度が与えられたときなど
では、センサ用定偏波光ファイバ１のＸ、Ｙ方向の偏光
間で生じた位相差は補償用定偏波光ファイバ２のＸｏ、
Ｙ°力方向偏光間で生じた位相差で相殺されてしまう、
こ−のように、周囲環境の温度変化があっても、両方の
定偏波光ファイバ１．２にともに作用するため、２つの
偏光間の位相差が無視できるものとなる。
センサ用定偏波光ファイバ１と、これに直交接続される
補償用定偏波光ファイバ２と、偏光子３と、検光子４と
からなる。偏光子３は、補償用定偏波光ファイバ２に対
し、定偏波光ファイバ２のＸｏ、Ｙ″方向直線偏光がｌ
：１に励振されるように配置される。定偏波光ファイバ
ｌと定偏波光ファイバ２とは同一の定偏波光ファイバか
ら同じ長さに切断して作ることなどにより、複屈折率特
性を実質的に等しくし、位相差が同じとなるようにする
。そして、定偏波光ファイバ２を伝搬したＸ′力方向直
線偏光が定偏波光ファイバ１ではＹ方向に、定偏波光フ
ァイバ２を伝搬したＹ゛方向直線偏光が定偏波光ファイ
バ１ではＸ方向に伝搬するよう、互いに主軸を９０°回
転させて直交接続される。つまりこれにより、定偏波光
ファイバ１．２の両方に同じ温度が与えられたときなど
では、センサ用定偏波光ファイバ１のＸ、Ｙ方向の偏光
間で生じた位相差は補償用定偏波光ファイバ２のＸｏ、
Ｙ°力方向偏光間で生じた位相差で相殺されてしまう、
こ−のように、周囲環境の温度変化があっても、両方の
定偏波光ファイバ１．２にともに作用するため、２つの
偏光間の位相差が無視できるものとなる。
したがって、両方の定偏波光ファイバ１．２にともに作
用しない物理力、たとえばセンサ用定偏波光ファイバｌ
にのみ加わる測定対象たる張力や圧力によってのみ複屈
折の変化による偏光間の位相差が現われ、検光子４を通
して光パワーの変体。
用しない物理力、たとえばセンサ用定偏波光ファイバｌ
にのみ加わる測定対象たる張力や圧力によってのみ複屈
折の変化による偏光間の位相差が現われ、検光子４を通
して光パワーの変体。
とじて計測することができる。
第２図は第２の実施例を示す、この図において、センサ
用定偏波光ファイバｌ、補償用定偏波光ファイバ２、偏
光子３、検光子４およびそれらの配置関係は第１図と同
じであり、ただ、補償用定偏波光ファイバ２と偏光子３
との間に、定偏波光ファイバ５が挿入されている。この
定偏波光ファイバ５は、入射端において偏光子３を通し
て励振されたＸ”方向またはＹ”方向の直線偏光を補償
用定偏波光ファイバ２に伝送する働き？持つ、そして、
定偏波光ファイバ５は、その主軸が；、ａ信用定偏波光
ファイバ２の主軸に対して４５゜回転するよう己して接
続されており、これにより定偏波光ファイバ２のＸ”方
向、Ｙ°力方向偏光成分が１：１に励振される。このよ
うに伝送用の定偏波光ファイバ５を用いたことにより遠
隔地でのＪ１４定が可能となる。
用定偏波光ファイバｌ、補償用定偏波光ファイバ２、偏
光子３、検光子４およびそれらの配置関係は第１図と同
じであり、ただ、補償用定偏波光ファイバ２と偏光子３
との間に、定偏波光ファイバ５が挿入されている。この
定偏波光ファイバ５は、入射端において偏光子３を通し
て励振されたＸ”方向またはＹ”方向の直線偏光を補償
用定偏波光ファイバ２に伝送する働き？持つ、そして、
定偏波光ファイバ５は、その主軸が；、ａ信用定偏波光
ファイバ２の主軸に対して４５゜回転するよう己して接
続されており、これにより定偏波光ファイバ２のＸ”方
向、Ｙ°力方向偏光成分が１：１に励振される。このよ
うに伝送用の定偏波光ファイバ５を用いたことにより遠
隔地でのＪ１４定が可能となる。
第３図は第３の実施例を示す、この実施例では、レーザ
発振器７からの光が偏光分離プリズム６を介して伝送用
定偏波光ファイバ５の一端に入射され、直線偏光が定偏
波光ファイバ５のＸ”方向またはＹ”方向へ励振される
。定偏波光フアイバ５体、その主軸が補償用定偏波光フ
ァイバ２の主軸に対して４５°回転するようにして、定
偏波光ファイバ２に接続され、これにより定偏波光ファ
イバ２のＸ′方向、Ｙ′力方向偏光成分が１：ＩＫ励振
される。センサ用定偏波光ファイバ１と補償用定偏波光
ファイバ２とは、それらの主軸が互いに９０°回転させ
られて接続されていることは第１図および第２図と同様
である。さらにセンサ用定偏波光ファイバｌの終端には
ＡＩやＡｇ等の金属によりミラー９が形成され光路を折
り返している。光ファイバ１と光ファイバ２との接続点
が固定部材１０により固定され、光ファイバ１の終端が
張力Ｆで引っ張られ、その張力が測定される。
発振器７からの光が偏光分離プリズム６を介して伝送用
定偏波光ファイバ５の一端に入射され、直線偏光が定偏
波光ファイバ５のＸ”方向またはＹ”方向へ励振される
。定偏波光フアイバ５体、その主軸が補償用定偏波光フ
ァイバ２の主軸に対して４５°回転するようにして、定
偏波光ファイバ２に接続され、これにより定偏波光ファ
イバ２のＸ′方向、Ｙ′力方向偏光成分が１：ＩＫ励振
される。センサ用定偏波光ファイバ１と補償用定偏波光
ファイバ２とは、それらの主軸が互いに９０°回転させ
られて接続されていることは第１図および第２図と同様
である。さらにセンサ用定偏波光ファイバｌの終端には
ＡＩやＡｇ等の金属によりミラー９が形成され光路を折
り返している。光ファイバ１と光ファイバ２との接続点
が固定部材１０により固定され、光ファイバ１の終端が
張力Ｆで引っ張られ、その張力が測定される。
センサ用定偏波光ファイバｌに与えられた張力によって
複屈折が変化し、これにより位相差に変化が生じ、ミラ
ー９で反射された光が再び定偏波光ファイバ１．２，５
を伝搬して定偏波光ファイバ５の入射端に戻る。この戻
り光は、最初に入射された偏光と直交する成分となって
いるので、これが偏光分離プリズム６を経て光電変換器
８に送られ、光パワーの変化として観測できる。したが
って、遠隔地より、環境温度の変化の影響を無視できる
程に小さくした、精度の高い、張力測定が可能となる。
複屈折が変化し、これにより位相差に変化が生じ、ミラ
ー９で反射された光が再び定偏波光ファイバ１．２，５
を伝搬して定偏波光ファイバ５の入射端に戻る。この戻
り光は、最初に入射された偏光と直交する成分となって
いるので、これが偏光分離プリズム６を経て光電変換器
８に送られ、光パワーの変化として観測できる。したが
って、遠隔地より、環境温度の変化の影響を無視できる
程に小さくした、精度の高い、張力測定が可能となる。
つぎに、具体的に、直径１２５ ｇｍ、ビート長が波長
０．６３３ルｍにおいて１．８ｍｍの定偏波光ファイバ
にエポキシ系アクリレートを被覆して外径が４００ルｍ
となっている素線を用いて、第３図のような反射型の光
ファイバセンサを作ってみたので、それについて説明す
る。センサ用定偏波光ファイバｌおよび補償用定偏波光
ファイバ２はそれぞれ長さ５ｃｍ、伝送用定偏波光ファ
イバ５は長さ１０ｍとし、それらの間は融着接続し、さ
らにその接続部はエポキシ系アクリレートで補強した。
０．６３３ルｍにおいて１．８ｍｍの定偏波光ファイバ
にエポキシ系アクリレートを被覆して外径が４００ルｍ
となっている素線を用いて、第３図のような反射型の光
ファイバセンサを作ってみたので、それについて説明す
る。センサ用定偏波光ファイバｌおよび補償用定偏波光
ファイバ２はそれぞれ長さ５ｃｍ、伝送用定偏波光ファ
イバ５は長さ１０ｍとし、それらの間は融着接続し、さ
らにその接続部はエポキシ系アクリレートで補強した。
一般に定偏波光ファイバを引っ張った場合の位相変化Δ
φは、 Δφ′、（２π／入）・に１１８ＯＩＩ ｌ・Δｅｚで
表わされる。ここで、ＢＯは室温時のモード複屈折、■
はファイバ長、Δε２は引っ張り歪みの変化であり、Ｋ
は定偏波光ファイバの構造パラメータによって定まる定
数であるが、この具体例の場合は１８であった。
φは、 Δφ′、（２π／入）・に１１８ＯＩＩ ｌ・Δｅｚで
表わされる。ここで、ＢＯは室温時のモード複屈折、■
はファイバ長、Δε２は引っ張り歪みの変化であり、Ｋ
は定偏波光ファイバの構造パラメータによって定まる定
数であるが、この具体例の場合は１８であった。
そして、実際に張力を測定したところ、２πの位相差を
生じる引っ張り歪みは１０−３であった。
生じる引っ張り歪みは１０−３であった。
これと同じ変化を生じさせる温度変化は、補償用定偏波
光ファイバ５がない場合１４．４℃であり１℃の変化に
対して７％の誤差を生じることになるが、第３図のよう
に補償用定偏波光ファイバ５を接続したことにより０．
１％に抑えることができた。
光ファイバ５がない場合１４．４℃であり１℃の変化に
対して７％の誤差を生じることになるが、第３図のよう
に補償用定偏波光ファイバ５を接続したことにより０．
１％に抑えることができた。
（へ）効果
この発明によれば、温度、張力、圧力などの種々の物理
力のうち測定対象としたもののみを、非測定対象たる他
の物理力に影響されずに測定することができる。たとえ
ば張力を測定しようとする場合には、周囲環境の温度変
化に影響されず張力のみを測定することができ、適用温
度範囲を拡大できる。このように、使用環境条件などの
制限を除去し、使用範囲の拡大を図ることができる。
力のうち測定対象としたもののみを、非測定対象たる他
の物理力に影響されずに測定することができる。たとえ
ば張力を測定しようとする場合には、周囲環境の温度変
化に影響されず張力のみを測定することができ、適用温
度範囲を拡大できる。このように、使用環境条件などの
制限を除去し、使用範囲の拡大を図ることができる。
ｆｔ５１図はこの発明の一実施例を示す模式図、第２図
および第３図は他の実施例をそれぞれ示す模式図、第４
図は定偏波光ファイバの一例を示す断面図、第５図は従
来例の模式図である。
および第３図は他の実施例をそれぞれ示す模式図、第４
図は定偏波光ファイバの一例を示す断面図、第５図は従
来例の模式図である。
Claims (1)
- （１）定偏波光ファイバに温度、圧力、張力等の物理力
が加わるときその複屈折が変化することを利用して上記
の物理力を測定する光ファイバセンサにおいて、センサ
用定偏波光ファイバと実質的に等しい特性を有する補償
用定偏波光ファイバを、該センサ用定偏波光ファイバに
直交接続し、これらセンサ用定偏波光ファイバと補償用
定偏波光ファイバの両方に加わる測定対象でない物理力
によるセンサ用定偏波光ファイバの複屈折変化を補償用
定偏波光ファイバの複屈折変化で補償し、センサ用定偏
波光ファイバに加わる測定対象たる物理力のみを測定す
るようにしたことを特徴とする光ファイバセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59169150A JPS6147513A (ja) | 1984-08-13 | 1984-08-13 | 光フアイバセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59169150A JPS6147513A (ja) | 1984-08-13 | 1984-08-13 | 光フアイバセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6147513A true JPS6147513A (ja) | 1986-03-08 |
Family
ID=15881208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59169150A Pending JPS6147513A (ja) | 1984-08-13 | 1984-08-13 | 光フアイバセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6147513A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4773753A (en) * | 1985-09-03 | 1988-09-27 | Daiichi Denshi Kogyo Kabushiki Kaisha | Fiber sensor |
| JPH01158326A (ja) * | 1987-09-11 | 1989-06-21 | Toshiba Corp | 温度測定装置 |
| US5942750A (en) * | 1994-12-16 | 1999-08-24 | Safety-One As | Method and device for continuous monitoring of dynamic loads |
| JP2020085572A (ja) * | 2018-11-20 | 2020-06-04 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59226821A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-20 | ジーイーシー ― マルコニ リミテッド | 光学的検知装置 |
-
1984
- 1984-08-13 JP JP59169150A patent/JPS6147513A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59226821A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-20 | ジーイーシー ― マルコニ リミテッド | 光学的検知装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4773753A (en) * | 1985-09-03 | 1988-09-27 | Daiichi Denshi Kogyo Kabushiki Kaisha | Fiber sensor |
| JPH01158326A (ja) * | 1987-09-11 | 1989-06-21 | Toshiba Corp | 温度測定装置 |
| US5942750A (en) * | 1994-12-16 | 1999-08-24 | Safety-One As | Method and device for continuous monitoring of dynamic loads |
| JP2020085572A (ja) * | 2018-11-20 | 2020-06-04 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
| JP2023078475A (ja) * | 2018-11-20 | 2023-06-06 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
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