JPS6285808A - ファイバひずみセンサ - Google Patents
ファイバひずみセンサInfo
- Publication number
- JPS6285808A JPS6285808A JP60194639A JP19463985A JPS6285808A JP S6285808 A JPS6285808 A JP S6285808A JP 60194639 A JP60194639 A JP 60194639A JP 19463985 A JP19463985 A JP 19463985A JP S6285808 A JPS6285808 A JP S6285808A
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- JP
- Japan
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- polarization
- fiber
- strain
- fibers
- plane
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- Granted
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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)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (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】
［産業上の利用分野］
本発明はファイバを用いたひずみセンサに関する。とく
に、偏光面保持ファ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。
に、偏光面保持ファ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］
偏光面保持ファ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、ひずみによって大きな影
響を受けることが明らかにされている。このような偏光
面保持ファイバを用いたびずみセンサの一例（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。
れており、この温度センサは、ひずみによって大きな影
響を受けることが明らかにされている。このような偏光
面保持ファイバを用いたびずみセンサの一例（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
る偏光面保持ファイバ、２１はガス・レーザヤ半導体レ
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を通過した光をファイバ１０
に入射せしめるためのレンズ、２４はファイバの出射光
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
オードやアバランシェ・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
ン管ディスプレイや、レコーダである表示装置である。
る偏光面保持ファイバ、２１はガス・レーザヤ半導体レ
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を通過した光をファイバ１０
に入射せしめるためのレンズ、２４はファイバの出射光
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
オードやアバランシェ・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
ン管ディスプレイや、レコーダである表示装置である。
偏光子２２によって偏光面保持ファイバ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っている
が、ひずみ（偏光面保持ファイバ１０の軸方向への張力
）によって偏光面保持ファイバ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軸成分とでは異なった値を示
す。すなわち、偏光面保持ファイバ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１ｑられ、この強度変化
が表示装置２７に表示される。
る偏光のＸ軸成分とＹ軸成分は等しいものとなっている
が、ひずみ（偏光面保持ファイバ１０の軸方向への張力
）によって偏光面保持ファイバ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軸成分とでは異なった値を示
す。すなわち、偏光面保持ファイバ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１ｑ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点］
ここで、偏光面保持ファイバ１０の出射端における偏光
面の角度の変化は、偏光面保持ファイバ１０の軸方向に
対する張力である、ひずみのみによってもたらされるも
のではなく、温度変化によっ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
かった。
面の角度の変化は、偏光面保持ファイバ１０の軸方向に
対する張力である、ひずみのみによってもたらされるも
のではなく、温度変化によっ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
かった。
さらに、温度変化は、偏光面保持ファイバ１０自身にも
膨張または収縮をもたらすものであり、また、偏光面保
持ファイバ１０を保護するための被覆があればそれの膨
張または収縮するひずみが偏光面保持ファイバ１０に加
えられるから、偏光面保持ファイバ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
った。
膨張または収縮をもたらすものであり、また、偏光面保
持ファイバ１０を保護するための被覆があればそれの膨
張または収縮するひずみが偏光面保持ファイバ１０に加
えられるから、偏光面保持ファイバ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
った。
さらに、ファ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。
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
偏光面保持ファイバをそのファイバの偏光軸を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ァイバの影響と、出射端側の偏光
面保持ファ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ァイバによって偏光面がた
とえば右まわりに回転すると、出射端側の偏光面保持フ
ァイバによって偏光面は左まわりに回転せしめられるこ
とになり、温度変化によっ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
持ファイバを選択した。
ので、ひずみ特性が異なり温度特性が同じである２種の
偏光面保持ファイバをそのファイバの偏光軸を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ァイバの影響と、出射端側の偏光
面保持ファ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ァイバによって偏光面がた
とえば右まわりに回転すると、出射端側の偏光面保持フ
ァイバによって偏光面は左まわりに回転せしめられるこ
とになり、温度変化によっ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
持ファイバを選択した。
［作用］
これによって、２種の偏光面保持フッ１イバを通った光
は、温度変化による偏光面の回転は打開され、ひずみに
よる偏光面の回転のみが１ｑられるから、精度の高い温
度測定が可能となった。
は、温度変化による偏光面の回転は打開され、ひずみに
よる偏光面の回転のみが１ｑられるから、精度の高い温
度測定が可能となった。
［実施例］
本発明によるファイバひずみセンサを第１図に示し説明
する。
する。
１２は長ざＬｌの偏光面保持ファイバ（第１ファイバ）
、１６は長さＬ２の偏光面保持ファイバ（第２ファイバ
）、であり、両ファイバは接続点１９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ッド１４を含む直径１２
５μｍのファイバ径を有する第１ファイバと、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
円クラッド１８とを含む直径１２５μｍのファイバ径を
有する第２ファイバとがその偏光軸を９０’ずらすため
に、楕円クラッド１４および１８の長軸を直交せしめて
接続されている。偏光保持ファ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＠酸成分
及ぼす遅延時間の影響は異なったものであるため、偏光
が偏光面保持ファイバ中を伝送するにしたがって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しのとなる。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
しめることによって光の強弱として光検出器（第２図の
２６）によって検出される。
、１６は長さＬ２の偏光面保持ファイバ（第２ファイバ
）、であり、両ファイバは接続点１９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ッド１４を含む直径１２
５μｍのファイバ径を有する第１ファイバと、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
円クラッド１８とを含む直径１２５μｍのファイバ径を
有する第２ファイバとがその偏光軸を９０’ずらすため
に、楕円クラッド１４および１８の長軸を直交せしめて
接続されている。偏光保持ファ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＠酸成分
及ぼす遅延時間の影響は異なったものであるため、偏光
が偏光面保持ファイバ中を伝送するにしたがって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しのとなる。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
しめることによって光の強弱として光検出器（第２図の
２６）によって検出される。
ここで、第１ファイバ１２および第２ファイバ１６の材
質は異なったもので構成されており、温度変化やひずみ
（第１ファイバ１２および第２ファイバ１６の軸方向へ
の張力〉が位相差の変動に及ぼす影響力は、両ファイバ
において異なっている。
質は異なったもので構成されており、温度変化やひずみ
（第１ファイバ１２および第２ファイバ１６の軸方向へ
の張力〉が位相差の変動に及ぼす影響力は、両ファイバ
において異なっている。
そこで、第１７７・イバ１２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８１、ひずみによる第１）１
イバ１２の艮ざの変化分を八Ｌ１とし、同様にして第２
ファイバ１６の位相差の変化分をΔΦ２、温度係数をＡ
２ 、ひずみ係数を８２、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＝Δ１Ｌ１ΔＴ＋Ｂ１ΔＬ１ （１）ΔΦ２
＝Ａ２ Ｌ２ΔＴ十８２八Ｌ２ （２＞なる関係
が得られる。ここで、 Ａ１Ｌ１＝Ａ２Ｌ２ （３’）とな
るように第１ファイバおよび第２ファイバを選ぶ。
、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８１、ひずみによる第１）１
イバ１２の艮ざの変化分を八Ｌ１とし、同様にして第２
ファイバ１６の位相差の変化分をΔΦ２、温度係数をＡ
２ 、ひずみ係数を８２、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＝Δ１Ｌ１ΔＴ＋Ｂ１ΔＬ１ （１）ΔΦ２
＝Ａ２ Ｌ２ΔＴ十８２八Ｌ２ （２＞なる関係
が得られる。ここで、 Ａ１Ｌ１＝Ａ２Ｌ２ （３’）とな
るように第１ファイバおよび第２ファイバを選ぶ。
すなわら、第１ファイバ１２および第２ファイバ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。
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１７７・イバ１２と第２ファイバ１６とを直
列に通過した光のＸ軸およびＹＩＮＩの両成分の位相差
の変化分Δのは、第１ファイバ１２と第２ファイバ１６
との偏光軸が９０’ずれているために、 ΔΦ＝ΔΦ１−ΔΦ２ （４）となる。
列に通過した光のＸ軸およびＹＩＮＩの両成分の位相差
の変化分Δのは、第１ファイバ１２と第２ファイバ１６
との偏光軸が９０’ずれているために、 ΔΦ＝ΔΦ１−ΔΦ２ （４）となる。
したがって（１）弐〜（４）式からΔΦ＝Ｂ１ΔＬ１−
Ｂ２ΔＬ２ （５）が得られる。
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。
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図に示す偏光保持ファイバ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種の偏光面保持ファイバを直列
に接続したファイバを用いるならば温度変化の影響なく
ひずみのみを精度よく測定することかできる。
して用いられていた第２図に示す偏光保持ファイバ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種の偏光面保持ファイバを直列
に接続したファイバを用いるならば温度変化の影響なく
ひずみのみを精度よく測定することかできる。
第１図にＪ３りる偏光面保持フ１イバ１２．１６には楕
円クラッドのものを例示して説明したが、パンダ型偏光
面保持ファイバなど、他の偏光面保持フッ・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。
円クラッドのものを例示して説明したが、パンダ型偏光
面保持ファイバなど、他の偏光面保持フッ・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１
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ァ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。
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ァ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、本発明のファイバひずみセンサを示す図、第
２図は従来例を示す図でおる。 １０．１２．１６・・・偏光面保持ファイバ１３．１７
・・・コア １４．１８・・・楕円クラッド 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。
２図は従来例を示す図でおる。 １０．１２．１６・・・偏光面保持ファイバ１３．１７
・・・コア １４．１８・・・楕円クラッド 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】 偏光面保持ファイバである第１ファイバと、前記第１フ
ァ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ファイ
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ァイバであ
る第２ファイバとからなり、 前記第１ファイバと前記第２ファイバの偏光軸が９０°
ずれて接続されたものであることを特徴とするファイバ
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 true JPS6285808A (ja) | 1987-04-20 |
| JPH0370167B2 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) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63159728A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-02 | Nec Corp | 光ファイバ圧力センサ |
| CN109211289A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-15 | 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
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63159728A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-02 | Nec Corp | 光ファイバ圧力センサ |
| CN109211289A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-15 | 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 |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0370167B2 (ja) | 1991-11-06 |
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