JP2000329626A - 温度張力測定ファイバグレーティングセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ひとつのファイバグレーティングセンサで温
度と張力を分離して、高精度で測定できるファイバグレ
ーティングセンサを提供する。 【解決手段】 １本の光ファイバの被覆層５を一部除去
して露出させた裸光ファイバ１のコアに、その長さ方向
にこのコアの屈折率が周期的に変化してなるグレーティ
ング部４Ａ，４Ｂを複数形成し、これら複数のグレーテ
ィング部４Ａ，４Ｂを形成した裸光ファイバ１の外周上
に合成樹脂層１１を一体に設け、張力が印加された際
に、この合成樹脂層１１の長さ方向の位置によって、グ
レーティング部４Ａ，４Ｂのグレーティングピッチの変
化量が相互に異なるようになっている温度張力測定ファ
イバグレーティングセンサを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建造物や船、飛行
機などの構造物の局所的な温度や張力の測定に利用され
るセンサに係り、ファイバグレーティングの反射光ピー
クあるいは透過損失ピークの温度依存性および張力依存
性を利用してひとつのファイバグレーティングで温度お
よび張力を測定可能とする温度張力測定ファイバグレー
ティングセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】ファイバグレーティングは光ファイバの
長さ方向に、コアの屈折率やコア径の周期的な変化など
の摂動を形成したグレーティング部を有するものであ
る。そして、この周期的な変化の周期（グレーティング
ピッチ）を比較的狭く設計することによって、光ファイ
バのコアに伝送される光のうち、特定波長帯の光が反射
される特性が得られる。その結果、反射光の波長スペク
トルにおいては、特定波長帯の反射光のピーク（以下、
反射光ピークという）が生じる。また、透過光の波長ス
ペクトルにおいては、前記反射光ピークに対応する波長
帯に透過損失のピーク（以下、透過損失ピークという）
が得られる。

【０００３】この種のファイバグレーティングは、温度
変化に応じてグレーティング部のコアの実効屈折率が変
化することから、反射光ピークあるいは透過損失ピーク
の中心波長（以下、特に断りがない場合は、まとめてピ
ークの中心波長というものとする。）が変化することを
利用して温度センサとして用いることができる。前記中
心波長は、通常、ピークの最大値の半値を与える波長範
囲の中心の波長をいう。また、ファイバグレーティング
に応力（張力）が印加され、光ファイバの長さが変化す
ることにより、そのグレーティングピッチが変化するこ
とから、前記中心波長が変化することを利用して、張力
センサとして用いることができる。

【０００４】そして、例えば各種の建築物や構造物にフ
ァイバグレーティングを用いたファイバグレーティング
センサを埋め込んで、その波長スペクトルのピークの中
心波長を検出することによって、グレーティング部が位
置する測定点の温度や歪みを光学的に遠隔測定する測定
系を構築することができる。

【０００５】他のセンシング技術では測定点が増加する
とその増加数に応じて測定器を増加させる必要があり、
コストが高くなるが、ファイバグレーティングセンサ
は、時間分割技術や波長分割技術を用いると、測定器な
どの高価なものを増加させなくても、比較的安価なファ
イバグレーティングの数を増やすことによって複数の測
定点の温度や張力を測定することができ、コストの観点
から非常に有利である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ファイバグレーティングセンサにおいては、上述のよう
なピークの中心波長の変化が温度変化によるものなのか
張力変化によるものなのかを分離して検出することが困
難であった。したがって、温度と張力の両方を高精度で
測定できるものが求められていた。

【０００７】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、温度と張力を分離して測定できるファイバグレーテ
ィングセンサを提供することを課題とする。さらに、ひ
とつのファイバグレーティングセンサで、温度と張力の
両方を高精度で測定できるものを提供することを課題と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明においては以下のよう解決手段を提案する。第
１の発明は、１本の光ファイバの被覆層を一部除去して
露出させた裸光ファイバのコアに、その長さ方向にこの
コアの屈折率が周期的に変化してなるグレーティング部
が複数形成されてなり、これら複数のグレーティング部
を形成した裸光ファイバの外周上に合成樹脂層が一体に
設けられ、前記光ファイバに張力が印加された際に、前
記合成樹脂層の長さ方向の位置によって、前記複数のグ
レーティング部のグレーティングピッチの変化量が相互
に異なるようになっていることを特徴とする温度張力測
定ファイバグレーティングセンサである。第２の発明
は、１本の光ファイバの被覆層を一部除去して露出させ
た裸光ファイバのコアに、その長さ方向にこのコアの屈
折率が周期的に変化してなるグレーティング部が複数形
成されてなり、これら複数のグレーティング部を形成し
た裸光ファイバの外周上の少なくともひとつのグレーテ
ィング部の上に、厚さ０．５ｍｍ以上の合成樹脂層が設
けられ、前記光ファイバに張力が印加された際に、前記
複数のグレーティング部のグレーティングピッチの変化
量が相互に異なるようになっていることを特徴とする温
度張力測定ファイバグレーティングセンサである。第３
の発明は、第１または第２の発明のファイバグレーティ
ングセンサにおいて、合成樹脂層の外面に負の線膨張係
数を有する材料からなる補強材が一体化されていること
を特徴とする温度張力測定ファイバグレーティングセン
サである。本発明において単に光ファイバという場合
は、裸光ファイバの上に被覆層が設けられた光ファイバ
素線もしくは光ファイバ心線などを包含するものとす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１はファイバグレーティングの
一例を示した説明図であって、図中符号１はシングルモ
ード型の裸光ファイバである。この裸光ファイバ１は、
高屈折率のコア１ａとその周囲に同心円状に設けられた
低屈折率のクラッド１ｂとから構成されている。そし
て、コア１ａ（光ファイバ）の長さ方向の一部には、局
所的にコア１ａの屈折率が長さ方向に周期的に変化して
いるグレーティング部４が設けられている。

【００１０】コア１ａはゲルマニウム添加石英ガラスか
らなり、クラッド１ｂは純石英ガラスまたはフッ素添加
石英ガラスから形成されている。グレーティング部４
は、例えば以下のようにして、ゲルマニウム添加石英ガ
ラスに特定波長帯の紫外光を照射すると、その屈折率が
上昇する、いわゆるフォトリフラクティブ効果を利用し
て製造することができる。

【００１１】まず、裸光ファイバ１の外周上に紫外線硬
化型樹脂などからなる被覆層が設けられた光ファイバ素
線を用意し、この被覆層の一部を除去して裸光ファイバ
１を露出させる。一方、石英ガラスなどの光を透過する
材料からなり、その片面に所定の周期で複数の格子が形
成された位相マスクを用意し、前記裸光ファイバ１の側
面に、その格子の形成面が対峙するように配置する。そ
して、この位相マスクを介して波長２４０ｎｍ付近の紫
外光を照射すると、位相マスクの格子によって干渉縞を
生じ、紫外光の強度パターンが形成される。その結果、
前記干渉縞が生じた部分のコア１ａの屈折率が変化し、
干渉部分の周期に対応した周期でコアの屈折率が周期的
に変化しているグレーティング部４が得られる。

【００１２】図２（ａ），図２（ｂ）は本発明の温度張
力測定ファイバグレーティングセンサ（以下、ＦＧセン
サと記す）の第１の実施形態例を示したもので、図２
（ａ）は図２（ｂ）に示したＡ−Ａにおける断面図、図
２（ｂ）は側断面図である。このＦＧセンサにおいて
は、裸光ファイバ１の上に紫外線硬化型樹脂などからな
る被覆層５が設けられた光ファイバ素線（光ファイバ）
の途中の被覆層５を除去して露出させた裸光ファイバ１
に、ふたつの反射型のグレーティング部４Ａ，４Ｂが設
けられたファイバグレーティングが用いられている。

【００１３】裸光ファイバ１の長さ方向において、グレ
ーティング部４Ａは露出した裸光ファイバ１の中央付近
に設けられ、グレーティング部４Ｂは一方の被覆層５の
終端近くに設けられている。また、グレーティング部４
Ａ，４Ｂにおいて得られるピークの中心波長が異なるよ
うに、グレーティング部４Ａ，４Ｂのグレーティングピ
ッチは異なっている。図３はこのＦＧセンサの反射光の
波長スペクトルを示したもので、ピークａがグレーティ
ング部４Ａの反射光ピーク、ピークｂがグレーティング
部４Ｂの反射光ピークである。

【００１４】そして、露出した裸光ファイバ１と、この
裸光ファイバ１の両側の被覆層５の終端を含む部分は、
断面半円の柱状の補強材７とともに円管状の合成樹脂製
チューブ（一括被覆層）９内におさめらている。補強材
７の側面の曲面部７ａは合成樹脂製チューブ９の内壁に
接触しており、ファイバグレーティングは、補強材７の
側面の平面部７ｂと合成樹脂製チューブ９の内壁とに囲
まれた空間の中心付近に配置されている。そして、裸光
ファイバ１の外面および被覆層５の外面と、平面部７ａ
および合成樹脂製チューブ９の内壁との間には合成樹脂
層１１が充填されて、補強構造１２が構成されている。
換言すると、合成樹脂層１１の外面に補強材７が一体化
されている。

【００１５】合成樹脂製チューブ９は合成樹脂層１１と
補強材７とを一体化するために設けられているもので、
ポリエチレンなどからなる熱収縮チューブを用いると、
ＦＧセンサの作製時の操作性が良好で、かつ合成樹脂製
チューブ９内に隙間が形成されにくく、好ましい。この
例において、補強材７はミラクロンＰＨ−３３（日本ガ
イシ製）を用いている。

【００１６】合成樹脂製チューブ９の外径は、スペース
効率の観点から好ましくは１〜１０ｍｍ、さらに好まし
くは１．５〜３ｍｍとされる。合成樹脂製チューブ９の
厚さは特に限定しないが、通常０．１〜０．６ｍｍとさ
れる。０．１ｍｍ未満の場合は合成樹脂製チューブ９を
設けた効果が得られず、０．６ｍｍをこえると合成樹脂
層１１のグレーティング部４Ａ，４Ｂに対する作用に影
響する場合がある。この例において、合成樹脂製チュー
ブ９の内径は４．３ｍｍ、外径は４．８ｍｍで、合成樹
脂製チューブ９の厚さは０．２５ｍｍである。

【００１７】また、合成樹脂製チューブ９（合成樹脂層
１１）の長さ（以下、単に長さという場合は裸光ファイ
バ１の長さ方向の長さとする。）は３〜５００ｍｍ、好
ましくは５〜５０ｍｍである。３ｍｍ未満の場合は グ
レーティング部４Ａ，４Ｂに印加される張力の大きさの
差が小さくなり、感度が低下する場合がある。５００ｍ
ｍをこえるとスペース効率が低下するため不都合であ
る。この例において合成樹脂製チューブ９の長さは４０
ｍｍである。

【００１８】この例において、裸光ファイバ１の外径は
約１２５μｍ、被覆層５を含む外径は約２５０μｍであ
る。また、合成樹脂製チューブ９内の被覆層５が除去さ
れた裸光ファイバ１の長さは３０ｍｍ、裸光ファイバ１
の両側の合成樹脂製チューブ９内の被覆層５，５の長さ
は、それぞれ５ｍｍである。

【００１９】グレーティング部４Ａ，４Ｂの長さ（グレ
ーティング長）は、好ましくはそれぞれ０．５〜１０ｍ
ｍとされるが、グレーティング部４Ａ，４Ｂの特性によ
って適宜調整される。この例においてはグレーティング
部４Ａのグレーティング長が２ｍｍ、グレーティング部
４Ｂのグレーティング長が２ｍｍである。グレーティン
グ部４Ａ，４Ｂのグレーティングピッチは反射型の特性
を得るために、１μｍ以下、好ましくは０．３４〜０．
５８μｍとされるが、上述のようにグレーティング部４
Ａとグレーティング部４Ｂのグレーティングピッチは相
互に異なっている。

【００２０】グレーティング部４Ａ，４Ｂ間の距離は４
〜４００ｍｍ、好ましくは８〜３０ｍｍとされる。８ｍ
ｍ未満の場合はグレーティング部４Ａ，４Ｂ間の張力の
印加量の差が小さくなり、不都合な場合がある。３０ｍ
ｍをこえると温度差が無視できなくなり、グレーティン
グ部４Ａ，４Ｂの温度が均一にならず、不都合な場合が
ある。また、グレーティング部４Ｂ側の合成樹脂製チュ
ーブ９の端部からグレーティング部４Ｂまでの距離は、
この例において１０ｍｍである。この距離はグレーティ
ング部４Ａ，４Ｂに印加される張力によるグレーティン
グピッチの変化量の差によって適宜調整される。

【００２１】合成樹脂層１１としてはポリエチレンなど
が用いられる。また、合成樹脂層１１は、ＦＧセンサを
埋め込む被測定物の材料のヤング率よりも大きいヤング
率を有する材料から構成すると、グレーティング部４
Ａ，４Ｂが張力以外の測定点における歪みの影響を受け
難く、好ましい。被測定物の材料が多岐に渡るため、合
成樹脂層１１のヤング率の範囲を限定することは困難で
あるが、通常は１ＭＰａ以上、実質的には１０〜１００
ＭＰａとされる。

【００２２】また、被測定物内にＦＧセンサを設置する
際に、光ファイバの被覆層５のみを被測定物内に埋め込
み、合成樹脂製チューブ９と合成樹脂層１１が被測定物
に接触しないように、被測定物内に空洞などを設けて設
置することができれば、同様にグレーティング部４Ａ，
４Ｂが張力以外の測定点における歪みの影響を受け難
く、好ましい。この場合は被測定物のヤング率を考慮し
て合成樹脂層１１のヤング率を決定する必要はなく、例
えば合成樹脂層１１のヤング率は０．１ＭＰａ以上、実
質的には１〜１０００ＭＰａとされる。この例におい
て、合成樹脂層１１はポリエチレンならなり、そのヤン
グ率は５５ＭＰａである。

【００２３】裸光ファイバ１の外周上の合成樹脂層１１
の厚さは、その材料やＦＧセンサの特性などによって適
宜調整されるが、少なくとも０．１ｍｍ以上、好ましく
は０．２〜１．０ｍｍとする。この例において、合成樹
脂層１１の厚さは最小値が０．４ｍｍ、最大値が０．６
ｍｍである。

【００２４】補強材７としてはセラミックスなどが用い
られる。また、補強材７の線膨張係数が負であると、合
成樹脂層１１と一体化したときの線膨張係数が裸光ファ
イバ１を構成する石英ガラスと近くなり、好ましい。す
なわち、合成樹脂の線膨張係数は、石英ガラスよりも大
きいため、温度変化によって、グレーティング部４Ａ，
４Ｂのピークの中心波長は、コア１ａの実効屈折率の変
化のみならず、合成樹脂層１１の膨張、収縮の影響を受
けて変化する。この影響は、予め測定しておくことによ
って補正可能である。しかし、この例においては、合成
樹脂層１１の線膨張係数と補強材７の線膨張係数とが打
ち消し合うことによって、これらの合成樹脂層１１と補
強材７とを一体化したときの線膨張係数が裸光ファイバ
１の材料の線膨張係数と実質的に等しくなっている。よ
って、合成樹脂層１１の温度変化に伴う膨張、収縮を補
正する必要がなく、さらに測定精度を向上させることが
できる。

【００２５】石英ガラスの線膨張係数は５×１０^-7〜６
×１０^-7程度であり、またポリエチレンなどの合成樹脂
の線膨張係数は例えば１×１０^-4〜４×１０^-4程度であ
るため、補強材７の材料の線膨張係数は−２０×１０^-5
〜−４×１０^-5であると好ましい。この例において、合
成樹脂層１１の線膨張係数は４×１０^-4であり、補強材
７はセラミックスであり、その線膨張係数は−５×１０
^-5である。補強材７は必須の構成ではないが、このよう
に合成樹脂層１１の線膨張係数を調整できる他、ＦＧセ
ンサの機械的な強度が向上するため、補強材７を設ける
と好ましい。

【００２６】このＦＧセンサは以下のようにして製造す
ることができる。まず、加熱前の合成樹脂製チューブ９
内に補強材７をおさめる。一方、ファイバグレーティン
グの裸光ファイバ１とその両側の被覆層５の終端を、合
成樹脂層１１を構成するチューブ内におさめ、さらにこ
のチューブを合成樹脂製チューブ９内におさめる。つい
で、合成樹脂製チューブ９の外部から加熱すると、合成
樹脂製チューブ９が収縮するとともに、合成樹脂層１１
を構成するチューブが溶融して合成樹脂製チューブ９内
の隙間に充填され、合成樹脂層１１となる。そして、こ
の合成樹脂が硬化するにともなって補強材７、合成樹脂
層１１、ファイバグレーティングおよび合成樹脂製チュ
ーブ９が一体化し、補強構造１２が得られる。

【００２７】このＦＧセンサにおいては、グレーティン
グ部４Ａ，４Ｂが形成された裸光ファイバ１の外周上に
合成樹脂層１１が一体に設けられており、合成樹脂層１
１内の裸光ファイバ１は、合成樹脂層１１に均一な保持
力で保持されている。よって、測定点における歪みによ
って補強構造１２から引き出された光ファイバ素線に張
力がかかると、この張力は合成樹脂層１１内で徐々に減
衰する。その結果、合成樹脂層１１の長さ方向における
中心付近において、裸光ファイバ１に印加される張力が
小さくなり、合成樹脂層１１の端部に向かって印加され
る張力が大きくなる張力の強度分布が形成される。

【００２８】そして、グレーティング部４Ａ，４Ｂは、
合成樹脂層１１の長さ方向における中心付近と端部付近
に設けられているため、グレーティング部４Ａ，４Ｂに
印加される張力の大きさが異なるものとなる。その結
果、グレーティング部４，４Ｂのグレーティングピッチ
の変化量が異なり、波長スペクトルにおけるピークの中
心波長の変化量が相互に異なるものとなる。

【００２９】一方、温度変化に対しては、グレーティン
グ部４Ａ，４Ｂは近接しており、同じ屈折率変化によっ
て同じ中心波長の変化量を示す。よって、グレーティン
グ部４Ａ，４Ｂにおける反射光の波長スペクトルあるい
は透過光の波長スペクトルをモニタしたとき、それぞれ
のピークの中心波長の変化量が異なる場合は張力が印加
されたことになり、前記変化量が同じである場合は温度
変化が生じたことになる。

【００３０】測定点において、温度変化と歪みが同時に
発生した場合はそれぞれのピークの中心波長の差から張
力を測定し、張力変化分を差し引いた後の中心波長の変
化から温度を測定することによって、温度と張力を同時
に測定することができる。この例において、グレーティ
ング部の数はふたつであるが、複数であって、温度に対
する中心波長の変化量がほぼ等しく、かつ張力に対する
中心波長の変化が相互に異なっていれば特に限定するも
のではない。

【００３１】このように、このＦＧセンサにおいては、
波長スペクトルのピークの中心波長の変化が温度による
ものなのか張力によるものなのかを判別することができ
る。よって、温度と張力を分離して測定でき、これらの
測定精度が向上する。また、ひとつのＦＧセンサで温度
と張力を測定できるため、コストおよびスペース効率の
点で有利である。また、このＦＧセンサを構成する補強
構造１２は、合成樹脂層１１，補強材７，合成樹脂製チ
ューブ９からなるコンパクトな構成であるため、設置場
所を選ばず、適用可能箇所が広範囲となる。また、簡単
な構成であり、低コストである。

【００３２】図４は本発明のＦＧセンサの第２の実施形
態例を示した側断面図である。このＦＧセンサにおいて
は、裸光ファイバ１の上に紫外線硬化型樹脂などからな
る被覆層５が設けられた光ファイバ素線の途中の被覆層
を２箇所除去して露出させた裸光ファイバ１，１に、そ
れぞれ反射型のグレーティング部４Ｃ，４Ｄが設けられ
たファイバグレーティングが用いられている。

【００３３】グレーティング部４Ｃを形成した裸光ファ
イバ１の外周上には、第１の実施形態例の補強構造１２
と同様の構成の補強構造１２Ｃが設けられている。この
グレーティング部４Ｃは合成樹脂製チューブ９（合成樹
脂層１１）の長さ方向の中心付近に位置している。

【００３４】この例において、合成樹脂製チューブ９の
内径と外径は第１の実施形態例と同様である。また、合
成樹脂製チューブ９（合成樹脂層１１）の長さについて
の好ましい範囲も第１の実施形態例と同様である。さら
に、合成樹脂製チューブ９内の被覆層５が除去された裸
光ファイバ１の長さ、裸光ファイバ１の両側の合成樹脂
製チューブ９内の被覆層５の長さは第１の実施形態例と
同様である。

【００３５】グレーティング部４Ｃ，４Ｄのグレーティ
ング長、グレーティングピッチおよび相互間の距離は、
それぞれ第１の実施形態例のグレーティング部４Ａ，４
Ｂと同様である。合成樹脂層１１の厚さ、ヤング率など
の条件は第１の実施形態例と同様である。

【００３６】一方、グレーティング部４Ｄを形成した裸
光ファイバ１の上には、被覆層５の材料と同様の紫外線
硬化型樹脂などによって形成された再被覆層５Ａが設け
られている。再被覆層５Ａの外径は、被覆層５の外径と
ほぼ等しく、この例においては約２５０μｍとされてい
る。この再被覆層５Ａは、例えば裸光ファイバ１にグレ
ーティング部４Ｄを形成した後、この裸光ファイバ１の
上に未硬化の紫外線硬化型樹脂を塗布し、そこに紫外光
を照射して硬化させて形成したものである。

【００３７】このファイバグレーティングにおいては、
グレーティング部４Ｃの上には補強構造１２Ｃを構成す
る比較的厚い合成樹脂層１１が設けられているため、測
定点における歪みに対してグレーティング部４Ｃにかか
る張力が小さく、グレーティング部４Ｄの上には光ファ
イバ素線の被覆層５と同程度の薄い再被覆層５Ａが設け
られているため、測定点における歪みに対してグレーテ
ィング部４Ｄにかかる張力が大きくなる。その結果、グ
レーティング部４Ｃ，４Ｄにおけるグレーティングピッ
チの変化量を異ならしめることができる。グレーティン
グ部４Ｃに印加される張力の大きさは、合成樹脂層１１
の材料のヤング率、合成樹脂層１１の厚さおよび長さな
どを変更することによって調節することができる。

【００３８】また、測定点における温度変化に対するグ
レーティング部４Ｃ，４Ｄの波長スペクトルのピークの
中心波長の変化量は、裸光ファイバ１の外周上に設けら
れているものが合成樹脂層１１と再被覆層５Ａであり、
それぞれ異なるため、等しくはない。しかしながら、合
成樹脂層１１による影響はそれ程大きいものではなく、
予め温度変化に対する合成樹脂層１１と再被覆層５Ａの
グレーティング部４Ｃ，４Ｄに対する影響を調べておく
ことによって補正可能な範囲である。よって、この構成
においても、温度と張力を分離して測定することがで
き、上述の第１の実施形態例と同様の効果が得られる。

【００３９】図５は本発明の第３の実施形態例を示した
もので、第２の実施形態例と異なる点は、ふたつのグレ
ーティング部４Ｅ，４Ｆの両方の上に、合成樹脂層１１
のヤング率が異なる以外は補強構造１２Ｃと同様の構成
の補強構造１２Ｅ，１２Ｆが設けられている点である。
グレーティング部４Ｅ，Ｆは、それぞれ合成樹脂製チュ
ーブ９，９（合成樹脂層１１，１１）の長さ方向の中心
付近に位置している。グレーティング部４Ｅ，４Ｆは、
第２の実施形態例のグレーティング部４Ｃ，４Ｄと同様
のものである。

【００４０】この例において、ふたつの補強構造１２
Ｅ，１２Ｆを構成する部材のサイズは第２の実施形態例
の補強構造１２Ｃと等しくなっている。ただし、ふたつ
の合成樹脂層１１，１１の材料は、例えばポリエチレン
などからなり、同じであるが、そのヤング率は異なって
いる。この例においては、補強構造１２Ｅを構成する合
成樹脂層１１のヤング率が１０ＭＰａ、補強構造１２Ｆ
を構成する合成樹脂層１１のヤング率が１００ＭＰａで
ある。これら合成樹脂層１１，１１のヤング率の差はＦ
Ｇセンサの特性によって適宜調整することができるが、
通常２０〜２００ＭＰａとされる。

【００４１】このファイバグレーティングにおいては、
グレーティング部４Ｅ，４Ｆの外周上に設けられた合成
樹脂層１１，１１のヤング率が異なっているため、測定
点の歪みに対してグレーティング部４Ｅ，４Ｆにかかる
張力がそれぞれ異なるものとなる。すなわち、ヤング率
が大きいもの程グレーティング部に印加される張力が小
さく、ヤング率が大きいもの程グレーティング部に印加
される張力が大きくなる。よって測定点の歪みに対し
て、グレーティング部４Ｅ，４Ｆにおけるグレーティン
グピッチの変化量が異なり、波長スペクトルの中心波長
の変化量が、相互に異なるものとなる。一方、温度変化
に対するグレーティング部４Ｅ，４Ｆの波長スペクトル
の中心波長の変化量はほぼ等しくなるため、第１の実施
形態例と同様に温度と張力を分離して測定することがで
きる。

【００４２】また、このＦＧセンサにおいては、補強構
造１２Ｅ，１２Ｆを構成する合成樹脂層１１を、ヤング
率が同じ材料から形成し、合成樹脂層１１，１１の長さ
を相互に異なるものとすることによっても同様の効果を
得ることができる。すなわち、上述のようにグレーティ
ング部が合成樹脂層１１の長さ方向の中心付近に位置す
る程、測定点の歪みに対してグレーティング部にかかる
張力の大きさが小さくなる。したがって、一方の長さを
長くして、その中心付近にグレーティング部を配置する
ことによって、他方の合成樹脂層１１内のグレーティン
グ部よりも測定点の歪みに対するグレーティングピッチ
の変化量を小さくし、ふたつのグレーティング部の波長
スペクトルのピークの中心波長の変化量に差異を設ける
ことができる。これら合成樹脂層１１，１１の長さの差
はＦＧセンサの特性によって適宜調整することができる
が、通常５〜３００ｍｍとされる。

【００４３】図６は、本発明のＦＧセンサを用いた測定
系の一例を示した模式図である。この測定系は、第一測
定点ないし第四測定点において、温度と張力を測定する
もので、１本の光ファイバ素線１３に、その長さ方向に
そって、図２に示した補強構造１２を備えたＦＧセンサ
が、４つ間隔をあけて形成されている。

【００４４】第一測定点の補強構造１２内にはグレーテ
ィング部４Ｇ，４Ｈが形成され、第二測定点の補強構造
１２内にはグレーティング部４Ｉ，４Ｊが形成され、第
三測定点の補強構造１２内にはグレーティング部４Ｋ，
４Ｌが形成され、第四測定点の補強構造１２内にはグレ
ーティング部４Ｍ，４Ｎが形成されている。これらグレ
ーティング部４Ｇ，…，４Ｎのそれぞれの反射光ピーク
の中心波長は、それぞれ所定波長ずつ異なるように設定
されている。また、この光ファイバ素線１３の第四測定
点側の端部は常法によって無反射終端とされている。一
方、第一測定点側の光ファイバ素線１３の端部は３ｄＢ
カプラを介して光源とスペクトルアナライザに接続され
ている。

【００４５】そして、光源から光ファイバ素線１３に比
較的広い波長帯の光を入射して、反射光の波長スペクト
ルをスペクトルアナライザで検出すると、図７に示した
ように、グレーティング部４Ｇ，…，４Ｎにそれぞれ対
応するピークｇ，…，ｎが得られる。そして、ピーク
ｇ，ｈの中心波長の変化を測定することによって、第一
測定点の温度と張力を測定することができる。同様にし
てピークｉ，…，ｎの中心波長の変化を測定することに
よって第二測定点ないし第四測定点の温度と張力を測定
することができる。

【００４６】したがって、ひとつの光源とスペクトルア
ナライザによって、複数の測定点における測定可能な測
定系を構成でき、低コストである。この測定系において
は反射光の波長スペクトルを検出したが、第四測定点側
の光ファイバ素線１３の端部にスペクトルアナライザを
接続して、グレーティング部４Ｇ，…，４Ｎの透過光の
波長スペクトルを検出し、透過損失ピークの中心波長の
変化を測定することによっても同様に温度と張力を測定
することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のＦＧセンサ
においては、波長スペクトルのピークの中心波長の変化
が温度によるものなのか張力によるものなのかを判別す
ることができる。よって、温度と張力を分離して測定で
き、これらの測定精度が向上する。また、ひとつのＦＧ
センサで温度と張力を測定できるため、コストおよびス
ペース効率の点で有利である。また、コンパクトな構成
であるため、設置場所を選ばず、適用可能箇所が広範囲
となる。また、簡単な構成であり、低コストである。さ
らに、合成樹脂層の外面に負の線膨張係数を有する材料
からなる補強材が一体化することによって、合成樹脂層
と補強材とを一体化したときの線膨張係数が裸光ファイ
バを構成する石英ガラスと近くなり、合成樹脂層の温度
変化に伴う膨張、収縮を補正する必要がなく、さらに測
定精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ファイバグレーティングの一例を示した説明
図であって、図中符号１は

【図２】 本発明の温度張力測定ファイバグレーティン
グセンサの第１の実施形態例を示したもので、図２
（ａ）は図２（ｂ）に示したＡ−Ａにおける断面図、図
２（ｂ）は側断面図である。

【図３】 ＦＧセンサの反射光の波長スペクトルを示し
たグラフである。

【図４】 本発明のＦＧセンサの第２の実施形態例を示
した側断面図である。

【図５】 本発明のＦＧセンサの第３の実施形態例を示
した側断面図である。

【図６】 本発明のＦＧセンサを用いた測定系の一例を
示した模式図である。

【図７】 図６に示した測定系において得られる反射光
の波長スペクトルの一例を示したグラフである。

【符号の説明】

１…裸光ファイバ、１ａ…コア、１ｂ…クラッド、４
Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ…グレーティング
部、５…被覆層、１１…合成樹脂層、１２，１２Ｃ，１
２Ｅ，１２Ｆ…補強構造、１３…光ファイバ素線（光フ
ァイバ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F056 VF01 VF02 VF09 VF11 VF16 VF20 2F103 BA37 BA47 CA03 CA06 EC08 ED00 FA15 2H050 AC82 AC84 AD00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １本の光ファイバの被覆層を一部除去し
   て露出させた裸光ファイバのコアに、その長さ方向にこ
   のコアの屈折率が周期的に変化してなるグレーティング
   部が複数形成されてなり、 これら複数のグレーティング部を形成した裸光ファイバ
   の外周上に合成樹脂層が一体に設けられ、前記光ファイ
   バに張力が印加された際に、前記合成樹脂層の長さ方向
   の位置によって、前記複数のグレーティング部のグレー
   ティングピッチの変化量が相互に異なるようになってい
   ることを特徴とする温度張力測定ファイバグレーティン
   グセンサ。
2. 【請求項２】 １本の光ファイバの被覆層を一部除去し
   て露出させた裸光ファイバのコアに、その長さ方向にこ
   のコアの屈折率が周期的に変化してなるグレーティング
   部が複数形成されてなり、 これら複数のグレーティング部を形成した裸光ファイバ
   の外周上の少なくともひとつのグレーティング部の上
   に、厚さ０．５ｍｍ以上の合成樹脂層が設けられ、前記
   光ファイバに張力が印加された際に、前記複数のグレー
   ティング部のグレーティングピッチの変化量が相互に異
   なるようになっていることを特徴とする温度張力測定フ
   ァイバグレーティングセンサ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のファイバグレ
   ーティングセンサにおいて、合成樹脂層の外面に負の線
   膨張係数を有する材料からなる補強材が一体化されてい
   ることを特徴とする温度張力測定ファイバグレーティン
   グセンサ。