JPS6340827A - 歪および温度の検出方法および装置 - Google Patents

歪および温度の検出方法および装置

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JPS6340827A
JPS6340827A JP62151554A JP15155487A JPS6340827A JP S6340827 A JPS6340827 A JP S6340827A JP 62151554 A JP62151554 A JP 62151554A JP 15155487 A JP15155487 A JP 15155487A JP S6340827 A JPS6340827 A JP S6340827A
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    • G—PHYSICS
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    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
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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］ この発明は、歪および温度の検出に関するものである。
［従来の技術］ 光ファイバが共通のクラッド中に配置された２本のコア
を有するとき、コア間の漏話が生じて、一方のコアを伝
播している光エネルギが他方のコアへ転送されることが
知られている。さらに、コア間の漏話の量が歪、温度お
よび波長の関数であることも知られている。もつとも材
料の選択、コアの間隔およびコアとクラッドの形状によ
っては漏話を歪や温度に無関係にすることもできる。例
えば米国特許第４２９５７３８号明細１には、光を一方
のコアに注入し、そのコアから生じる光の相対強度を測
定することによって二重コア光ファイバの全長に１つで
の歪が決定されるようにして漏話が温度に無関係にされ
ることが示されている。
［発明の解決すべき問題点］ この発明の目的は、温度と歪の両者を検出するために上
記の漏話現象を利用することである。
［問題点解決のための手段および作用］この発明は、歪
、温度および光波長の関数としてコア間に光信号の漏話
を生じるように共通のクラッド中に配置された２本以上
のモノモードコアを有する光ファイバセンサ素子中へ２
つの波長で光信号を注入し、その波長の一つはコア間の
漏話が温度に無関係であるものであり、素子から光信号
を抽出して抽出した信号を処理して素子の歪および温度
を決定することを特徴とする歪および温度の検出方法を
提供するものである。
この発明はまた、共通のクラッド中に配置された２以上
のモノモードコアを有し、歪、温度および光波長の関数
としてコア間に光信号の漏話を生じることができる光フ
ァイバセンサ素子を具備する歪および温度の検出装置で
あって、一方の波長ではコア間の漏話が温度に無関係で
ある２ｆｆｌｉｌの波長で光信号を発生する手段と、こ
の発生した光信号を前記センサ素子に注入し、およびこ
のセンサ素子から光信号を取出す手段と、取出された光
信号からその素子の温度および歪を決定する手段とを具
備している検出装置を提供するものである。
以下記載する二つの実施態様では前記発生した光信号を
前記素子に注入し、そこから光信号を抽出する手段は、
単一のモノモードコアを有する光ファイバを具備し、そ
のコアはその一端においてセンサ素子のコアの一つと接
続されている。
これらの実Ｍｌ？！様の一つにおいては、ざらに別の光
ファイバセンサ素子は別の光ファイバによって前記最初
に挙げたセンサ素子に直列に接続され、前記別の光ファ
イバのコアは舶記別のセンサ素子のコアの一つに前記最
初に挙げたセンサ素子の前記一つのコアを接続している
。しかしながら、この実／ＩＩＢ様は、複数のさらに別
の前記光ファイバセンサ素子がそれぞれ別の前記光ファ
イバによって前記最初に挙げたセンサ素子に直列に接続
され、前記別の光ファイバのコアは前記別のセンサ素子
のそれぞれのコアの一つに前記最初に挙げたセンサ素子
の前記一つのコアを接続されるように変形されることも
できる。
この実施態様においては、前記発生手段は光パルスを発
生するように構成されている２個のレーザ源から構成さ
れていることが好ましい。これは特定のセンサ素子で時
間により識別できる信号を取出すことを可能にする。
前記実施態様の第２のものにおいては、反射手数が前記
光ファイバセンサ素子の他端に設けられてそのコアを通
って光信号を前記光ファイバのコアに反射し送り返して
いる。
この発明の第３の実施Ｂ様においては、前記発生した光
信号を前記素子中に注入し、それから光信号を取出す手
段はそれぞ単一のモノモードコアを有する２個の光ファ
イバを具備し、それら光ファイバの一つは前記発生した
光信号を前記センサ素子中に注入するために素子の一端
に接続され、それら光ファイバの他方は光信号を前記素
子から取出すために素子の他端に接続されている。
この実施態様においては、前記センサ素子のコアの一つ
は両方の光ファイバのコアに接続されることが好ましい
。
第２および第３の実施態様においては、前記発生手段は
２個のレーザ源、ＬＥＤまたはフィルタされた白色光源
を具備することができ、さらに追加的にそこで発生され
た光信号を変調する手段を具備することもできる。
この発明をよく理解できるように、前記３個の実施Ｂ様
について以下図面を参照にして詳細に説明する。しかし
それらは単なる例示として示したものに過ぎず、この発
明の技術的範囲を限定するものではない。
Ｃ実施例］ 第１図には２個の光ファイバセンサ素子１１および１２
を具備する歪みおよび温度検出袋＠１０が示されている
。各センサ素子１１および１２は共通のクラッド中に配
置され、歪、温度および光波長の関数としてコア間で光
信号の漏話を可能にする２本のモノモードコア１３およ
び１４を備えている。２個のレーザ源を備え、２四の波
長の光信号を発生プる発生装置１６は、一端が素子１１
のコアの一方（図では１３で示されるもの）に接続され
た単一のモノモードコア１９を有する光フアイバリード
１８に光フアイバ結合装置またはビーム分割装置１７を
介して供給する光パルスを発生するように構成されてい
る。
センサ素子１２はそのコアの一方（図では１３で示され
るもの）にセンサ素子１１のコア１３を接続する単一の
モノモードコア２１を有する光フアイバリード２０によ
ってセンサ素子１１と直列に接続されている。
発生装置１６により発生された光信号はリード１８を介
してセンサ素子１１のコア１３に与えられ、センサ素子
１１のコア１３と１４の間の漏話が生じて、背面散乱信
号がリード１８によりコア１３から抽出される。
この背面散乱信号は光フアイバ結合装置またはビーム分
割装置１１によって検出器２２およびプロセッサ２３に
導かれる。検出され処理された背面散乱信号はセンサ素
子１１のコア１３と１４の間の漏話の足に依存する。二
つの波長の光信号の一つにおいてコア間の漏話は温度に
無関係である。したがって２つの波長で抽出された信号
はプロセッサ２３によってセンサ素子１１における温度
と歪みを決定するために使用することができる。
センサ素子１１に注入された光信号はそのセンザ素子を
通過後リード２０を介してセンサ素子１２に伝送され、
そこでコア１３．１４間で漏話が生じ、背面散乱信号は
前と同様に検出器２２およびプロセッサ２３に導かれる
。検出された信号はセンサ素子１１゜１２からパルス信
号走行時間に従って取出されるために特定のセンサ素子
１１．１２を識別可能である。
第１図の装置は２個のセンサ素子のみから構成されるも
のとして示されているが、同様の構成のさらに多くのセ
ンサ素子をそれぞれ光フアイバリードを介して図示の素
子１１．１２に直列に接続することができる。その場合
にはこの別の各センサの単一モノモードコアの一つをセ
ンサ素子１２のコア１３へ（したがって素子１１のコア
１３へ）接続することが好ましい。
第２図に示された歪および温度検出装置３０は、前記装
置１０の素子１１．１２と同様の構造の単一のセンサ素
子３１を備えている。装置１０の素子１１と同様に、素
子３１は単一モノモードコア３３を有する光フアイバリ
ード３２および光フアイバ結合装置またはビーム分割装
［３４を介して二つの波長で光信号を発生する発生装置
３６に結合されている。この二つの波長の一つではセン
サ素子３１のコアの漏話は温度に無間係である。
装置３０においては、センサ素子３１のリード３２と接
続された端部と反対の端部は反射手段３８を備えており
、この反射手段３８はリード３２のコアに接続されたセ
ンサ素子のコアを通り、さらに光フアイバ結合装置また
はビーム分割装Ｗ１３４を介して検出器３６およびプロ
セッサ３７に光信号を反射して戻す。
反射手段３８は素子の端面に化学的に成長させた鏡面で
もよく、或いは素子端面と接触した鏡面でもよい。
反射によってセンサ素子から抽出された光信号は素子３
１のコア間で生じる漏話の量に依存する。
したがって装置１０の場合と同様にプロセッサ３７は抽
出した光信号から素子３１における温度と歪を決定する
ことができる。
装置の信号対雑音比を改善するために、発生装置３５は
発生した光信号を変調する手段を備え、プロセッサ３７
はロック・イン増幅器または同調増幅器を備える。
この装置では、発生装［３５は２個のレーザ源または２
個のＬＥＤ　（発光ダイオード）または２個のフィルタ
を用いた白色光源を備えている。
上記の二つの装置は、注入および抽出される光信号が同
じ光フアイバリードに沿って伝送されるから、′シング
ル・エンド”であるものとして説明されている。
第３図には、ダフル・エンドとして説明される歪および
温度の検出装置が示されている。それは両端に接続され
た光フアイバリード４２および４３を有する光ファイバ
センサ素子４１を備えている。光ファイバセンサ素子４
１の構成は前述のセンサ素子１１、１２と同じである。
各光フアイバリード４２および４３は申−のモノモード
コア４４．４５を有し、それらはセンサ素子４１のコア
の一つと接続されている。
図示のように、装置３０の発生装置３５と同様の構造の
発生装Ｍ４６は２個の波長で光信号を発生する。
その波長の一つではセンサ素子４１のコア間の漏話が温
度と無関係である。これらの光信号は光フフイバリード
４２を介してセンサ素子４１に注入される。
光フアイバリード４３はセンサ素子４１から光信号を取
出し、取出された信号は検出器４７およびプロセッサ４
８に送られ、それはセンサ素子４１の温度および歪を決
定する。
図示したセンサ素子は２個のコアを備えているが、これ
らのセンサ素子は共通のクラッド中に２本より多いコア
を有していてもよいことを理解すべきである。
以上説明したＨＭにおいては、光信号は信号が注入され
たセンサ素子のコアから取出され、センサ素子の他方の
コアから信号を取出す必要がないことが認められるであ
ろう。これは、光信号の注入、取出しに通常の単一コア
の光フアイバリードを使用できる利点を有する。
光フアイバリードとセンサ素子のコア間の接続を容易に
するために、センサ素子のコアの一方はセンサ素子の縦
軸上に位置していると都合がよい。
この検出装置によって測定された歪は素子の縦方向、横
方向或いは半径方向くその他それらの任意の組合わせ）
から生じることが理解されるであろう。これに関連して
、半径方向の歪みは例えば素子が水圧を受けたときに生
じることが判る。
また、装置の感度は偏光光源を使用することによって増
加できる。光ファイバ、特にリード１８゜２０　：　３
２　：　４２．４３用の光ファイバはその偏光維持特性
によって選択される。偏光光は前述の装置のいずれにお
いても使用可能である。
明の検出装置の異なる実施例を示す概略図である。
１１、１２　：　３１　：　４１・・・センサ素子、１
８．２０　：　３２　：　４２゜４３・・・光フアイバ
リード、１６．３５．４６・・・光信号発生装置、１７
．３４・・・ビーム分割装置、２２．３６．４７・・・
検出器、２３．３７．４８・・・プロセッサ。
出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第２図

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）共通のクラッド中に配置された２以上のモノモー
    ドコアを有し、歪、温度および光波長の関数としてコア
    間に光信号の漏話を生じることができる光ファイバセン
    サ素子を具備する歪および温度の検出装置において、 一方の波長ではコア間の漏話が温度に無関係である２個
    の波長で光信号を発生する手段と、この発生した光信号
    を前記センサ素子に注入し、およびこのセンサ素子から
    光信号を取出す手段と、取出された光信号からそのセン
    サ素子の温度および歪を決定する手段とを具備している
    ことを特徴とする歪および温度の検出装置。
  2. （２）前記光信号を前記センサ素子に注入し、およびこ
    のセンサ素子から光信号を取出す手段は一端が前記セン
    サ素子のコアの一つに接続されている単一のモノモード
    コアを有する光ファイバを具備していることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の装置。
  3. （３）前記光ファイバセンサ素子は別の光ファイバによ
    つて前記最初に挙げたセンサ素子に直列に接続され、前
    記別の光ファイバのコアは前記別のセンサ素子のコアの
    一つに前記最初に挙げたセンサ素子の前記一つのコアを
    接続していることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
    載の装置。
  4. （４）複数のさらに別の前記光ファイバセンサ素子がそ
    れぞれ別の光ファイバによつて前記最初に挙げたセンサ
    素子に直列に接続され、前記別の光ファイバのコアは前
    記別のセンサ素子のそれぞれのコアの一つに前記最初に
    挙げたセンサ素子の前記一つのコアを接続していること
    を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。
  5. （５）前記発生手段は光パルスを発生するように構成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
    ４項のいずれか１項記載の装置。
  6. （６）前記発生手段は２個のレーザ光源から構成されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
    のいずれか１項記載の装置。
  7. （７）反射手段が前記光ファイバセンサ素子の他端に設
    けられてそのコアを通つて光信号を前記光ファイバのコ
    アに反射して送り返していることを特徴とする特許請求
    の範囲第２項記載の装置。
  8. （８）前記発生した光信号を前記センサ素子中に注入し
    、それから光信号を取出す手段はそれぞ単一のモノモー
    ドコアを有する２個の光ファイバを具備し、それら光フ
    ァイバの一つは前記発生した光信号を前記センサ素子中
    に注入するためにセンサ素子の一端に接続され、光ファ
    イバの他方は光信号を前記センサ素子から取出すために
    センサ素子の他端に接続されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の装置。
  9. （９）前記センサ素子のコアの一つが両方の光ファイバ
    のコアに接続されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第８項記載の装置。
  10. （１０）前記発生手段は２個のレーザ源、ＬＥＤまたは
    フィルタされた白色光源を具備していることを特徴とす
    る特許請求の範囲第７項乃至第９項のいずれか１項記載
    の装置。
  11. （１１）前記発生手段はそこで発生された光信号を変調
    する手段を具備していることを特徴とする特許請求の範
    囲第７項乃至第１０項のいずれか１項記載の装置。
  12. （１２）前記発生手段は偏光維持光ファイバによつてセ
    ンサ素子に伝送される偏光を発生することを特徴とする
    特許請求の範囲第７項乃至第１０項のいずれか１項記載
    の装置。
  13. （１３）歪、温度および光波長の関数としてコア間に光
    信号の漏話を生じるように共通のクラッド中に配置され
    た２本以上のモノモードコアを有する光ファイバセンサ
    素子中へ２つの波長で光信号を注入し、 その波長の一つはコア間の漏話が温度に無関係であるも
    のであり、 センサ素子から光信号を抽出して抽出した信号を処理し
    て素子の歪および温度を決定することを特徴とする歪お
    よび温度の検出方法。
JP62151554A 1986-06-19 1987-06-19 歪および温度の検出方法および装置 Granted JPS6340827A (ja)

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GB8614960A GB2197946B (en) 1986-06-19 1986-06-19 Sensing strain and temperature

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JPS6340827A true JPS6340827A (ja) 1988-02-22
JPH0579131B2 JPH0579131B2 (ja) 1993-11-01

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EP (1) EP0250194B1 (ja)
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