CN109425375A - 光纤传感器测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤传感器测量装置，该光纤传感器测量装置包括基部和铺设于所述基部的测量用光纤，相邻的所述测量用光纤的直线部分彼此接触。

Description

光纤传感器测量装置
相关申请的交叉参考
本申请基于2017年8月31日向日本特许厅提交的日本专利申请第 2017-166322号，因此将所述日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种光纤传感器测量装置。
背景技术
以往公知，如果使光射入光纤中，则因布里渊散射这样的现象而产生具有仅减少约11GHz的频率的反射光，这被称为布里渊偏移的偏移量与应变和温度成比例。作为利用该现象的分布型光纤传感器提出了一种布里渊光相关域反射仪(BOCDR)，能够在沿光纤的任意位置上测量应变或温度变化的大小。
图10是说明BOCDR300的原理的图。在本图中，从DFB激光器310 射出的激光光线被分束器320分路。分路的光线中的一路光线通过延迟光纤330和循环器340射入测量用光纤(FUT)110。利用光波相干函数的合成(SOCF)这样的技术，在DFB激光器310中以适当的频率进行频率调制，由此能够使较强的光从想要在测量用光纤110内测量的位置作为布里渊散射光返回。
由分束器320分路的光线中的另一路光线通过偏振开关350。此时，以时间分割方式切换其偏振方向。此后，该光线在耦合器360与返回光合成。由平衡光电二极管370对合成光进行检波。检波的信号由RF放大器380放大，并且由频谱分析仪390进行信号检测。由PC400输出测量用光纤110内的测量位置以及温度和应变的测量值。
在BOCDR300中，通过频率调制，选择性地检测从DFB激光器310 向测量用光纤110传输的光中从指定的位置返回的光。对检测的光的频率成分中非弹性散射光(布里渊散射光)的频率进行测量。布里渊散射光的频率对作用于测量用光纤110的温度和应变具有灵敏度。因此，通过测量频率变化量，能够对测量用光纤110的测量的位置上的温度和应变进行测量。
图11是利用BOCDR300的温度测量和应变测量的示意图。如图11 的(a)所示，在想要测量温度或应变的区域铺设测量用光纤110。进行面区域的温度测量或应变测量时，如图11的(b)所示，在面区域A铺设测量用光纤110。
目前，BOCDR300的空间分辨率在测量用光纤110的延伸方向上是数cm程度。但是，利用BOCDR300测量面区域时，在面区域内，在与光纤110延伸的方向垂直的方向(图11的(b)的X方向)上不能充分利用上述空间分辨率。例如，通过进行数值性插值等来预测测量值。
发明内容
在此，本发明的目的在于在分布型光纤传感器中提高测量面区域时的空间分辨率。
为了解决上述课题，本发明的光纤传感器测量装置包括基部和铺设于所述基部的测量用光纤，相邻的所述测量用光纤的直线部分彼此接触。
在此，可以是所述基部是板状，所述测量用光纤具有所述直线部分和折返部分。
此外，可以是所述直线部分沿第一方向和与第一方向垂直的第二方向延伸。
此外，可以是所述基部是具有外周面的立体形状，所述测量用光纤沿所述外周面卷绕。
此外，可以是所述基部具有多根管，所述测量用光纤通过所述管。
此外，可以是所述基部具有多个槽，所述测量用光纤嵌入所述槽。
不论是哪种情况，可以是所述测量用光纤以沿同方向延伸的所述直线部分重合的方式铺设于所述基部。
按照本发明，在分布型光纤传感器中，能够提高测量面区域时的空间分辨率。
附图说明
图1是示意性表示本实施方式的第一实施例的光纤传感器测量装置的图。
图2是示意性表示本实施方式的第二实施例的光纤传感器测量装置的图。
图3是说明使测量用光纤两层重合的情况的图。
图4是示意性表示本实施方式的第三实施例的光纤传感器测量装置的图。
图5是示意性表示本实施方式的第四实施例的光纤传感器测量装置的图。
图6是示意性表示本实施方式的第五实施例的光纤传感器测量装置的图。
图7是示意性表示本实施方式的第六实施例的光纤传感器测量装置的图。
图8是说明设置有管的基部的图。
图9是说明设置有槽的基部的图。
图10是说明BOCDR的原理的图。
图11是利用BOCDR进行温度、应变测量的示意图。
具体实施方式
在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置.
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是示意性表示本实施方式的第一实施例的光纤传感器测量装置的图。图1的(a)表示断面图。图1的(b)表示立体图。图1的(a)相当于图1的(b)的A-A断面图。
光纤传感器测量装置10用作分布型光纤传感器的测量用光纤 (FUT)。特别适合于测量温度或应变的布里渊光相关域反射仪 (BOCDR)。
如图1的(a)和(b)所示，光纤传感器测量装置10包括测量用光纤110和板状的基部120。光纤传感器测量装置10具有在基部120铺设有测量用光纤110的结构。基部120可以是测量对象物本身。或者是可以将由树脂、木材、金属、玻璃、纸或纤维等各种材料形成的基部120安装于测量对象物。
测量用光纤110可以是以覆盖基部120表面的方式铺设于基部120。或者可以是测量用光纤110嵌入于基部120。在嵌入的情况下，测量用光纤110的一部分可以向外部露出。或者可以是测量用光纤110完全嵌入于基部120而处于非露出状态。
如图1的(a)所示，测量用光纤110以相邻的光纤的侧面彼此接触的方式铺设于基部120。另外，在图1的(b)中表示为相邻的光纤的侧面间存在间隙。但是，这是为便于图示。实际上光纤的侧面彼此接触。但是，如果视为接触，则容许相邻的光纤的侧面间的稍许的间隙。例如，如果是测量用光纤110直径的一半以下的间隔(间隙)，则能够视为上述光纤接触。以下所示的例子也同样。
在测量用光纤110中，沿延伸方向延伸的直线部分和为了折返而弯曲的折返部分交替相连。此时，沿延伸方向延伸的直线部分是实质性的测量部分。并且，相邻的直线部分彼此接触。因此，测量对象的面区域以无间隙的方式被测量用光纤110的直线部分覆盖。
直线部分和折返部分均可以具有已知的长度。因此，例如根据由 BOCDR得到的温度或应变的分布，通过计算能够得到基部120的温度或应变的面分布。
例如，作为测量用光纤110在使用直径0.15mm的聚酰亚胺光纤时，与直线部分垂直的方向(图1的(b)中的X方向)上能够得到0.15mm (150μm)的空间分辨率。
如果BOCDR的空间分辨率是10cm，则延伸方向的空间分辨率是 10cm。相对于此，在与延伸方向垂直的方向上能够得到远远高于BOCDR 的空间分辨率的0.15mm的空间分辨率。
此外，在第二实施例中，如图2所示，除了在X方向上，在与X方向垂直的Y方向上也形成有在延伸方向上延伸的直线部分。通过使用这种沿同方向延伸且相邻的直线部分彼此接触的光纤传感器测量装置11，在两个方向上均能够得到远远高于BOCDR的空间分辨率的0.15mm的空间分辨率。
不论哪种实施例，都如图3所示，使测量用光纤110的直线部分与基部120两层重合且相邻的直线部分彼此铺设成三维接触。由此，能够进一步将与直线部分垂直的方向的空间分辨率提高至两倍。
如果因测量用光纤110的容许弯曲半径的关系而难以形成折返部分，则如图4所示，作为第三实施例可以以比基部120大的直径卷绕测量用光纤110。由此，可以将成束的测量用光纤110的一个区域，以相邻的直线部分彼此接触的状态铺设于基部120。
基部可以不仅是板状，也可以是立体形状。例如，如图5所示，作为第四实施例可以将测量用光纤110铺设于圆柱状的基部121来构成光纤传感器测量装置12。在这种情况下，沿基部121的外周面卷绕形成直线部分。由于以紧密接触方式卷绕在立体形状的基部121上时不需要折返部分，所以卷绕的测量用光纤110的所有部分可以是直线部分。在这种情况下，测量用光纤110也铺设成相邻的直线部分彼此以无间隙的方式接触。
立体形状的基部并不限定于圆柱状。例如，立体形状的基部可以是椭圆柱状、棱柱状或球状。图6表示测量用光纤110卷绕在棱柱状的基部122上的第五实施例。在本图的例子中，在基部122的外周侧面上，光纤未以紧密接触的方式卷绕。因此，形成有直线部分和折返部分。
本实施方式的光纤传感器测量装置例如能够适宜应用于对半导体晶片进行加工的装置，例如RIE(Reactive Ion Etching反应离子蚀刻)装置、ICP(Inductively CoupledPlasma电感耦合等离子体)装置。在上述装置中，由于加工的晶片的温度对加工速度(刻蚀速度)影响较大，所以晶片的温度分布测量在精密加工中非常重要。
例如，如图7所示，作为第六实施例，通过在作为承载晶片的载物台的基部123以直线部分彼此接触的方式嵌入测量用光纤110，能够以高空间分辨率来测量温度分布。并且，能够将得到的温度分布反馈至载物台冷却、气体流量或等离子体状态的刻蚀条件。
此外，在CVD(Chemical Vaper Deposition化学气相沉积)装置的炉温度测量中，能够使用作为第四实施例的如图5所示的利用立体形状的基部121的光纤传感器测量装置12。一般来说，广泛地进行使数根热电偶与炉接触来实施测量的所谓的点测量。但是，通过使用本方法能够进行更精密的分布测量。
可以在基部设置测量用光纤110铺设用的导向件。例如，首先，如图8的(a)的左侧所示，在基部124的表面上配置多根管125。接着，如图8的(b)的左侧所示，通过使测量用光纤110通过管125，能够容易形成光纤传感器测量装置14。
或者是如图8的(a)的右侧所示，首先，在基部124的内部配置多根管126。接着，如图8的(b)的右侧所示，通过使测量用光纤110通过管126，可以容易形成光纤传感器测量装置14。由于不论在哪种情况下，管的粗细均与测量用光纤110的粗细大体相等，并且使管的间隔窄到测量用光纤110的直径的一半以下，所以能够视为测量用光纤110的直线部分彼此接触。
此外，如图9的(a)所示，通过在基部127的表面上形成多个槽 127a，并且如图9的(b)所示，使测量用光纤110的直线部分嵌入各槽 127a，可以形成光纤传感器测量装置15。槽127a的间隔以使嵌入至槽 127a的测量用光纤110的直线部分彼此接触的方式设定。
如上所述，按照本实施方式的光纤传感器测量装置，由于相邻的测量用光纤的直线部分彼此接触，所以能够提高测量面区域时的空间分辨率。本发明的光纤传感器测量单元可以是以下第一～第七光纤传感器测量单元。
上述第一光纤传感器测量单元的特征在于，包括基部和测量用光纤，所述测量用光纤以相邻的直线部分彼此接触的状态铺设于所述基部。
上述第二光纤传感器测量单元在上述第一光纤传感器测量单元的基础上，其特征在于，所述基部是板状，所述测量用光纤形成有所述直线部分和折返部分。
上述第三光纤传感器测量单元在上述第二光纤传感器测量单元的基础上，其特征在于，所述直线部分沿第一方向和与第一方向垂直的第二方向形成。
上述第四光纤传感器测量单元在上述第一光纤传感器测量单元的基础上，其特征在于，所述基部是具有外周面的立体形状，所述测量用光纤沿所述外周面卷绕。
上述第五光纤传感器测量单元在上述第一光纤传感器测量单元的基础上，其特征在于，在所述基部形成有多根管，所述测量用光纤通过所述管。
上述第六光纤传感器测量单元在上述第一光纤传感器测量单元的基础上，其特征在于，在所述基部形成有多个槽，所述测量用光纤嵌入所述槽。
上述第七光纤传感器测量单元在上述第一～第六中的任意一种光纤传感器测量单元的基础上，其特征在于，所述直线部分配置成沿同方向重合且各相邻的直线部分彼此接触。
出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。

Claims (7)

1.一种光纤传感器测量装置，其特征在于包括：
基部；以及
铺设于所述基部的测量用光纤，
相邻的所述测量用光纤的直线部分彼此接触。
2.根据权利要求1所述的光纤传感器测量装置，其特征在于，
所述基部是板状，
所述测量用光纤具有所述直线部分和折返部分。
3.根据权利要求2所述的光纤传感器测量装置，其特征在于，所述直线部分沿第一方向和与第一方向垂直的第二方向延伸。
4.根据权利要求1所述的光纤传感器测量装置，其特征在于，
所述基部是具有外周面的立体形状，
所述测量用光纤沿所述外周面卷绕。
5.根据权利要求1所述的光纤传感器测量装置，其特征在于，
所述基部具有多根管，
所述测量用光纤通过所述管。
6.根据权利要求1所述的光纤传感器测量装置，其特征在于，
所述基部具有多个槽，
所述测量用光纤嵌入所述槽。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的光纤传感器测量装置，其特征在于，所述测量用光纤以沿同方向延伸的所述直线部分重合的方式铺设于所述基部。
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