JP2000346722A - Mechanical sensor - Google Patents

Mechanical sensor

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JP2000346722A
JP2000346722A JP11159611A JP15961199A JP2000346722A JP 2000346722 A JP2000346722 A JP 2000346722A JP 11159611 A JP11159611 A JP 11159611A JP 15961199 A JP15961199 A JP 15961199A JP 2000346722 A JP2000346722 A JP 2000346722A
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JP
Japan
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light
fbg
detected
amount
grating
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Application number
JP11159611A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Matsuda
美一 松田
Toshiki Sakamoto
俊貴 坂本
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a mechanical sensor having high response in which accuracy of measurement is enhanced through simple structure. SOLUTION: Reflection characteristics of respective FBG(fiber Bragg grating) parts 11a, 11b are set to overlap at least partially and a varied reflection spectrum is not specified based on an amount to be detected but the intensity of light outputted from a light source 13a and reflected on respective FBG parts 11a, 11b is measured directly by means of a light receiving unit 13d through an optical branch unit 13b and the amount to be detected is determined based on the intensity of light thus measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、所定のグレーティ
ング特性(反射特性)を有するファイバブラッググレー
ティング(以下、「FBG]という)を用いた力学セン
サに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dynamic sensor using a fiber Bragg grating (hereinafter referred to as "FBG") having predetermined grating characteristics (reflection characteristics).

【0002】[0002]

【関連する背景技術】従来、この種の力学センサには、
光ファイバの光伝搬方向の一部にグレーティングが形成
されており、光源から伝搬してきた光のうちブラッグ波
長と呼ばれるある特定の波長領域の光を反射させ、その
他の波長領域の光を透過させる機能を持ったFBGを用
いたものがあった。
[Related Background Art] Conventionally, dynamic sensors of this type include:
A grating is formed in a part of the light propagation direction of the optical fiber, and reflects light in a specific wavelength region called Bragg wavelength among light transmitted from the light source and transmits light in other wavelength regions. There was one using FBG having the following.

【0003】図13は、上記グレーティングが形成され
たFBG部を用いたセンサの従来例の構成を示す構成図
である。図において、力学センサは、センサ部11と信
号処理部13を光ファイバ12で接続した構成からなっ
ている。センサ部11は、外力の検出素子として直列に
接続され、かつ異なるブラッグ波長に設定され、入力す
る光に対して所定の反射特性を持った2つのFBG部1
1a,11bが設けられている。FBG部11aは、温
度補償用のもので、例えば機械的な外力を受けないよう
に、図示しないダイヤフラムの台座部に配設されてお
り、周囲の温度変化によって反射特性、例えばブラッグ
波長が変化する。FBG部11bは、圧力等の測定用の
もので、例えば圧力によってたわむ上記ダイヤフラムの
上面に配設されており、上記ダイヤフラムがたわむと、
伸び縮みがFBG部11bに発生し、FBG部11bの
反射特性が変化する。
FIG. 13 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional example of a sensor using an FBG portion on which the above-mentioned grating is formed. In the figure, the dynamic sensor has a configuration in which a sensor unit 11 and a signal processing unit 13 are connected by an optical fiber 12. The sensor unit 11 includes two FBG units 1 connected in series as external force detecting elements, set at different Bragg wavelengths, and having predetermined reflection characteristics with respect to input light.
1a and 11b are provided. The FBG portion 11a is for temperature compensation, and is disposed on a pedestal portion of a diaphragm (not shown) so as not to receive a mechanical external force, for example, and a reflection characteristic, for example, a Bragg wavelength changes according to a change in ambient temperature. . The FBG unit 11b is for measuring pressure or the like, and is disposed on the upper surface of the diaphragm that bends due to pressure, for example. When the diaphragm bends,
Expansion / contraction occurs in the FBG portion 11b, and the reflection characteristics of the FBG portion 11b change.

【0004】なお、FBG部11a,11bは、信号処
理部13から入力する光に対し、反射特性に基づいた異
なるブラッグ波長の光を光ファイバ12に反射してい
る。これは、上記2つのブラッグ波長間の幅を測定する
ことで、FBG11bの圧力等によるブラッグ波長の変
化を算出するためである。そのためにも、FBG部11
a,11bの反射特性が重ならないように、十分にブラ
ッグ波長間の幅をとる必要がある。
[0004] The FBG units 11 a and 11 b reflect light having different Bragg wavelengths based on the reflection characteristics on the optical fiber 12 with respect to the light input from the signal processing unit 13. This is because the change in the Bragg wavelength due to the pressure of the FBG 11b or the like is calculated by measuring the width between the two Bragg wavelengths. Therefore, the FBG unit 11
It is necessary to provide a sufficient width between the Bragg wavelengths so that the reflection characteristics of a and 11b do not overlap.

【0005】信号処理部13は、光ファイバ12を介し
て光源13aから所定のスペクトルを持った光を出力す
るとともに、光ファイバ12に接続された光分岐器13
bを介して入力するセンサ部11からの反射光のスペク
トル特性を分光器13cで分析している。さらに受光器
13dは、この分析された光の光強度を電気信号に変換
し、演算処理回路13eは、上記電気信号に基づいて、
例えばスペクトルの中心波長、ピーク波長或いは半値幅
等のスペクトルを特定する代表パラメータを求め、さら
に上記パラメータからセンサ部11のFBG部11bに
加わった圧力を演算していた。
[0005] The signal processing unit 13 outputs light having a predetermined spectrum from the light source 13a via the optical fiber 12, and outputs the light from the optical splitter 13 connected to the optical fiber 12.
The spectroscope 13c analyzes the spectral characteristics of the reflected light from the sensor unit 11 that is input via b. Further, the photodetector 13d converts the light intensity of the analyzed light into an electric signal, and the arithmetic processing circuit 13e performs, based on the electric signal,
For example, a representative parameter for specifying a spectrum such as a center wavelength, a peak wavelength, or a half width of the spectrum is obtained, and the pressure applied to the FBG section 11b of the sensor section 11 is calculated from the above parameters.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記力学セ
ンサでは、FBGからの反射光のスペクトルを測定し、
上記スペクトルが変化したことを検知するために演算処
理を行って、圧力を求めるので以下のような問題点があ
った。すなわち、分光器には、通常、回転格子を機械的
に精密に回転させるようなものが必要であり、装置構成
が複雑かつ高価になるという問題点があった。また、上
記分光器が機械的な機構のため、スペクトルの測定に時
間がかかるとともに、測定されたスペクトルの代表値を
求める演算処理が必要となるため、この演算処理にも時
間がかかり、物理的に働く外力の検知に対して応答性が
悪くなるという問題点があった。さらに、分光器の精度
が高くないので、ダイヤフラムを薄く加工して少しの圧
力で大きくたわむようにする必要があり、このために加
工精度及び加工費用が高くなるという問題点があった。
However, in the above dynamic sensor, the spectrum of the light reflected from the FBG is measured.
Since the arithmetic processing is performed to detect the change in the spectrum and the pressure is obtained, there are the following problems. That is, a spectroscope usually requires a device that mechanically and precisely rotates a rotating grating, and there is a problem that the device configuration is complicated and expensive. Further, since the spectroscope is a mechanical mechanism, it takes a long time to measure the spectrum, and also requires an arithmetic process for obtaining a representative value of the measured spectrum. There is a problem that responsiveness to the detection of an external force acting on the device deteriorates. Further, since the accuracy of the spectroscope is not high, it is necessary to process the diaphragm thinly so that the diaphragm is largely bent with a small pressure, which causes a problem that the processing accuracy and the processing cost are increased.

【0007】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、簡単な装置構成で応答性が速く、かつ測定精度が向
上できる力学センサを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a dynamic sensor which has a simple apparatus configuration, has a high responsiveness, and can improve measurement accuracy.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、反射特性が被検出量に基づいて変化す
るように設置された第1のFBG部と、反射特性が前記
被検出量によって変化しないように設置された第2のF
BG部からの戻り光の光強度を検知する検知手段を備え
た力学センサが提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a first FBG section provided so that a reflection characteristic changes based on an amount to be detected; The second F set so as not to be changed by
There is provided a dynamic sensor including a detecting unit for detecting the light intensity of the return light from the BG unit.

【0009】すなわち、被検出量に基づいて変化した反
射スペクトルを特定するのではなく、各FBG部から反
射された光の光強度を直接測定して検知し、上記光強度
に基づいて被検出量を求める。また、上記光強度の検知
に際し、上記被検出量がFBG部に加わってない状態に
おいて、各FBG部の反射特性の少なくとも一部が重な
り合っていることが好ましい。
That is, instead of specifying the reflected spectrum that has changed based on the detected amount, the light intensity of the light reflected from each FBG section is directly measured and detected, and the detected amount is determined based on the light intensity. Ask for. In the detection of the light intensity, it is preferable that at least a part of the reflection characteristics of the FBG portions overlap each other when the detected amount is not applied to the FBG portions.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明に係る力学センサの一実施
形態を図1乃至図12の図面に基づいて説明する。図1
は、本発明に係る力学センサの構成の一例を示すブロッ
ク図である。なお、以下の図において、図13と同様の
構成部分については、説明の都合上、同一符号を付記す
るものとする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a dynamic sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a dynamic sensor according to the present invention. In the following drawings, the same components as those in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals for convenience of explanation.

【0011】図1において、信号処理部13は、光ファ
イバ12を介してセンサ部11に所定のスペクトルを持
った光を出力する光源13aと、光ファイバ12に接続
された光分岐器13bと、光分岐器13bを介して入力
するセンサ部11からの反射光の光強度を電気信号に変
換する受光器13dとから構成されている。センサ部1
1では、例えば図1に示した力学センサを荷重センサと
して使用する場合には、図2の構成図に示すように、F
BG部11aを支持部材16に載置された台座15に固
定し、かつFBG部11bを、一端を台座15に固定さ
れた板バネ14の表面に固定する。これにより、FBG
11aは、板バネ14のたわみに影響されず、FBG部
11bは、板バネ14の自由端に加えられた荷重Wによ
って歪み、FBG部11bの反射スペクトルが変化する
ことになる。
In FIG. 1, a signal processing unit 13 includes a light source 13 a for outputting light having a predetermined spectrum to a sensor unit 11 via an optical fiber 12, an optical splitter 13 b connected to the optical fiber 12, And a photodetector 13d for converting the light intensity of the reflected light from the sensor unit 11 input via the optical splitter 13b into an electric signal. Sensor part 1
1, for example, when the dynamic sensor shown in FIG. 1 is used as a load sensor, as shown in the configuration diagram of FIG.
The BG portion 11a is fixed to the pedestal 15 placed on the support member 16, and the FBG portion 11b is fixed to one end of the leaf spring 14 fixed to the pedestal 15. With this, FBG
11a is not affected by the deflection of the leaf spring 14, the FBG portion 11b is distorted by the load W applied to the free end of the leaf spring 14, and the reflection spectrum of the FBG portion 11b changes.

【0012】本実施例において、FBG部11a,11
bは、同じ材質で製作され、被検出量である荷重がFB
G部11bに加わっていない状態では、両FBG部11
a,11bの反射特性を同一に設定する。これにより、
板バネ14に荷重が加わっていない場合、FBG部11
a,11bの反射スペクトルは、互いに重なり合うこと
となり、各FBG部11a,11bからの戻り光のスペ
クトルは、図3に示すように、見かけ上1つのFBG部
から反射されたもののようになる。
In this embodiment, the FBG units 11a, 11
b is made of the same material and the load to be detected is FB
In a state where it is not added to the G section 11b, both FBG sections 11
The reflection characteristics of a and 11b are set to be the same. This allows
When no load is applied to the leaf spring 14, the FBG portion 11
The reflection spectra of a and 11b overlap with each other, and the spectrum of the return light from each of the FBG units 11a and 11b is apparently reflected from one FBG unit as shown in FIG.

【0013】そして、板バネ14に荷重Wが加わると、
FBG部11bの反射スペクトルは、全体的に波長シフ
トすることとなる。この時、FBG部11aは、板バネ
14のたわみの影響を受けない箇所に固定されているの
で、FBG部11a,11bの反射スペクトルの重なり
がずれてくる。例えば、板バネ14に加わる荷重Wが小
さい場合には、図4に示すように、FBG部11aとF
BG部11bの反射スペクトルの一部が重なった状態と
なっているが、さらに、荷重Wが増すと、FBG部11
bの歪みが大きくなり、反射スペクトルのシフト量が増
えることとなり、ついには図5に示すように、両者の反
射スペクトルの重なりは完全に無くなる。
When a load W is applied to the leaf spring 14,
The reflection spectrum of the FBG unit 11b shifts in wavelength as a whole. At this time, since the FBG unit 11a is fixed to a position that is not affected by the deflection of the leaf spring 14, the overlapping of the reflection spectra of the FBG units 11a and 11b shifts. For example, when the load W applied to the leaf spring 14 is small, as shown in FIG.
Although the reflection spectrum of the BG portion 11b is partially overlapped, when the load W further increases, the FBG portion 11
The distortion of b increases, and the amount of shift of the reflection spectrum increases. Eventually, as shown in FIG. 5, the overlap between the two reflection spectra is completely eliminated.

【0014】ここで、センサ部11に伝送された光スペ
クトルをP(λ)とすると、波長λにおける微小な波長
幅dλに含まれる光強度は、P(λ)dλとなる。そし
て、2つのFBG部から構成されるセンサ部の反射率を
Re(λ)とすると、センサ部から反射される上記波長
幅dλに含まれる光強度は、Re(λ)P(λ)dλと
なる。従って、反射される光量は、反射される波長領域
で積算したものとなるので、次式のように表される。
Here, assuming that the light spectrum transmitted to the sensor unit 11 is P (λ), the light intensity included in the minute wavelength width dλ at the wavelength λ is P (λ) dλ. When the reflectance of the sensor unit including the two FBG units is Re (λ), the light intensity included in the wavelength width dλ reflected from the sensor unit is Re (λ) P (λ) dλ. Become. Accordingly, the amount of reflected light is integrated in the reflected wavelength region, and is expressed by the following equation.

【0015】Pr∽∫Re(λ)P(λ)dλ センサ部に伝送された光のスペクトルがほぼ一定、つま
りP(λ)≒(一定)とすると、センサ部から反射され
る光強度Prは、次式のように求められる。 Pr∽∫Re(λ)dλ すなわち、戻り光量は、反射スペクトラムの曲線と横軸
によって囲まれる面積に比例することになる。
Pr∽∫Re (λ) P (λ) dλ Assuming that the spectrum of the light transmitted to the sensor unit is almost constant, that is, P (λ) ≒ (constant), the light intensity Pr reflected from the sensor unit is Is obtained as follows. Pr∽∫Re (λ) dλ That is, the amount of return light is proportional to the area surrounded by the reflection spectrum curve and the horizontal axis.

【0016】そして、荷重Wが、W=0の状態から増し
ていくと、2つのFBG部による反射スペクトルによっ
て決められる面積は、それぞれの反射が重なり合った状
態から増していく。そして、2つのFBG部の反射スペ
クトルが完全に分離した状態になると、面積は一定とな
る。つまり、加えられた荷重の大きさ(ここでは波長シ
フト量で表す)に対して受光器13dで検知される戻り
光量(検知光量)を模式的にプロットすると、図6のよ
うになる。
When the load W increases from the state of W = 0, the area determined by the reflection spectra of the two FBG parts increases from the state where the respective reflections overlap. When the reflection spectra of the two FBG portions are completely separated, the area becomes constant. That is, when the amount of return light (detected light amount) detected by the light receiver 13d is schematically plotted against the magnitude of the applied load (in this case, represented by the wavelength shift amount), the result is as shown in FIG.

【0017】ところで、本実施例では、FBG部の周囲
温度が変化すると、FBG部のブラッグ波長が変化し、
反射スペクトルの形状は変わらないが、反射スペクトル
は全体的に波長シフトする。しかし、FBG部11a,
11bは、同じ材質で作製されているので、周囲温度が
変化しても、これらFBG部の反射スペクトラムは、温
度変化に対しては同じように変化する。
In this embodiment, when the ambient temperature of the FBG changes, the Bragg wavelength of the FBG changes.
Although the shape of the reflection spectrum does not change, the reflection spectrum is wavelength-shifted as a whole. However, the FBG unit 11a,
Since 11b is made of the same material, even if the ambient temperature changes, the reflection spectrum of these FBG portions changes in the same manner with respect to a temperature change.

【0018】すなわち、図3〜図5に示したFBG部の
反射スペクトルの形状は、全体的に波長シフトするが、
温度変化によっては反射スペクトルの形状は変化しない
ことになる。上記反射スペクトルが変化するのは、例え
ば荷重がWから他の荷重W+ΔWへ変化した時のみとな
る。このように、本実施例では、反射スペクトルの形状
が温度によって変化しないので、受光器13dによって
検知される信号の大きさも変化しないこととなり、これ
に伴って温度補償が不要となる。
That is, although the shape of the reflection spectrum of the FBG portion shown in FIGS.
The shape of the reflection spectrum does not change with the temperature change. The reflection spectrum changes only when the load changes from W to another load W + ΔW, for example. As described above, in this embodiment, since the shape of the reflection spectrum does not change with temperature, the magnitude of the signal detected by the photodetector 13d does not change, so that temperature compensation becomes unnecessary.

【0019】従って、本実施例では、FBG部に荷重が
加わっていない状態で各FBG部の反射特性を同一に設
定し、荷重に基づいて変化するFBG部からの反射光の
光強度を直接検知するので、上記光強度に基づいて加わ
った荷重を迅速に、かつ正確に測定することができる。
例えば、受光器13dにパソコン等の信号処理部を接続
すれば、図7の関係に基づき、入力する検知信号に対応
する荷重を求めることができる。
Therefore, in this embodiment, the reflection characteristics of each FBG section are set to be the same in a state where no load is applied to the FBG section, and the light intensity of the reflected light from the FBG section that changes based on the load is directly detected. Therefore, the load applied based on the light intensity can be measured quickly and accurately.
For example, if a signal processing unit such as a personal computer is connected to the photodetector 13d, a load corresponding to the input detection signal can be obtained based on the relationship in FIG.

【0020】また、本実施例では、反射光のスペクトル
を測定する必要がなくなるので、分光器や演算処理回路
が不要となるので、構成が簡単化され、製作コストが安
価になるとともに、分光器のような機械的な機構がなく
なるので、測定精度の信頼性が向上する。さらに、本実
施例では、分光器による測定に要する時間や演算処理回
路による演算処理に要する時間が不要となるので、応答
性が速くなり、荷重が時間とともに高速に変動する機械
的センサ、例えば荷重センサ、振動センサ、加速度セン
サ等に適用できる。
In this embodiment, since it is not necessary to measure the spectrum of the reflected light, a spectroscope and an arithmetic processing circuit are not required, so that the configuration is simplified, the manufacturing cost is reduced, and the spectroscope is manufactured. Since there is no mechanical mechanism such as described above, the reliability of measurement accuracy is improved. Further, in the present embodiment, the time required for the measurement by the spectroscope and the time required for the arithmetic processing by the arithmetic processing circuit are unnecessary, so that the responsiveness is increased and the mechanical sensor in which the load fluctuates quickly with time, for example, a load. It can be applied to sensors, vibration sensors, acceleration sensors, and the like.

【0021】またさらに、本実施例では、同じ材質のF
BGを使用して反射特性及び温度変化に対する波長シフ
ト(温度特性)が同じになり、ブラッグ波長間の幅を狭
くできるので、複数のセンサをシリーズにつなげる、い
わゆる多点監視システムを構築する場合でも、温度監視
用及び圧力測定用のFBGの波長シフトする幅を狭くで
き、上記システムの構築に有利となる。
Further, in this embodiment, the same material F
Since the reflection characteristic and the wavelength shift (temperature characteristic) with respect to temperature change become the same using the BG and the width between the Bragg wavelengths can be narrowed, even when a so-called multipoint monitoring system that connects a plurality of sensors to a series is constructed. The wavelength shift width of the FBG for temperature monitoring and pressure measurement can be narrowed, which is advantageous for the construction of the above system.

【0022】このように本実施例では、簡単な装置構成
で応答性が速く、かつ測定精度が向上できる力学センサ
を提供することができる。次に、以下の条件に基づいて
本発明に係る荷重センサを作製した場合について検証す
る。まず、板バネ14を長さ40mm、幅20mm、厚
さ1mmの材質が弾性率2.0×1011のステンレスで
構成し、FBG11a,11bをブラッグ波長λ0が
1.55μm、スペクトル幅が約0.2nmの特性を持
つものとする。
As described above, according to the present embodiment, a dynamic sensor can be provided that has a quick response with a simple device configuration and can improve the measurement accuracy. Next, the case where the load sensor according to the present invention is manufactured based on the following conditions will be verified. First, the leaf spring 14 is made of stainless steel having a length of 40 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 1 mm and having a modulus of elasticity of 2.0 × 10 11 , and the FBGs 11 a and 11 b have a Bragg wavelength λ 0 of 1.55 μm and a spectral width of about 0 μm. .2 nm.

【0023】この結果を図7の関係図に示す。図7で
は、加えられた荷重に対して受光器13dで検知される
検知光量に相当する検知信号の電圧レベルが示されてい
る。この検証からも明らかなように、受光器13dで検
知された光量は、荷重によって変化するので、センサ部
11から分岐器13bを介して入力する戻り光の光量を
測定することによって、荷重の大きさを検知することが
できる。
The result is shown in the relation diagram of FIG. FIG. 7 shows the voltage level of a detection signal corresponding to the amount of light detected by the light receiver 13d with respect to the applied load. As is clear from this verification, the light amount detected by the light receiver 13d changes depending on the load. Therefore, by measuring the light amount of the return light input from the sensor unit 11 through the branching unit 13b, the magnitude of the load is measured. Can be detected.

【0024】なお、この実験では、センサ部11の周囲
温度を約20℃〜40℃に変化させて同様の測定を行っ
たが、図7と同様の結果を得ることができた。また、こ
の結果は、図6の模式的な関係ともほぼ一致するもので
あった。次に、例えば図1に示した力学センサを振動セ
ンサとして使用する場合を図8のセンサ部11の構成の
一例を用いて説明する。図8において、図2に示した構
成と異なる点は、板バネ14の自由端に錘17を取り付
けたことである。さらに、FBG部11bを板バネ14
に固定する時に、図9に示すように、予めFBG部11
bの反射スペクトルがFBG部11aの反射スペクトル
より少しずれた状態で一部が重なり合うように設定した
ことである。そのために、本実施例では、FBG部11
bに伸び又は縮みを与えて、上記FBG部を所望の反射
スペクトルが得られるように板バネ14に固定した。な
お、本実施例では、振動が加わっていない状態で、戻り
光の光強度が1/2となるように設定する。すなわち、
両FBG部の反射スペクトルの重なりが完全に無くなっ
た時の戻り光の光強度の1/2に設定することで、FB
G部に加わる振動を上記1/2の光強度を中心にして均
等に図ることができる。
In this experiment, the same measurement was performed while changing the ambient temperature of the sensor section 11 to about 20 ° C. to 40 ° C., but the same result as in FIG. 7 could be obtained. In addition, this result almost agreed with the schematic relationship of FIG. Next, for example, a case where the dynamic sensor shown in FIG. 1 is used as a vibration sensor will be described using an example of the configuration of the sensor unit 11 in FIG. 8 differs from the configuration shown in FIG. 2 in that a weight 17 is attached to a free end of a leaf spring 14. Further, the FBG portion 11b is
When fixing to the FBG unit 11 as shown in FIG.
That is, the reflection spectrum of b is set so as to partially overlap with the reflection spectrum of the FBG unit 11a being slightly shifted. Therefore, in the present embodiment, the FBG unit 11
The FBG portion was fixed to the leaf spring 14 so as to obtain a desired reflection spectrum by extending or contracting b. In the present embodiment, the setting is made such that the light intensity of the return light is halved in a state where no vibration is applied. That is,
By setting to 1 / of the light intensity of the return light when the overlap of the reflection spectra of both FBG parts is completely eliminated, the FB
Vibration applied to the G portion can be evenly adjusted with the 光 light intensity as the center.

【0025】そして、例えば図示しない振動物体にこの
装置を取り付けると、錘17に振動による加速度が作用
し、板バネ14が上下にたわむように振動する。そし
て、この振動に伴って、板バネ14に取り付けたFBG
部11bの反射スペクトルが変化する。このような構成
に対して、波長シフト量に対する受光器での検知光量を
模式的に表わすと、図10の関係図のようになり、板バ
ネ14に振動が加わっていない状態では、光量Pbが受
光器13dで検知される。なお、この状態でのFBG部
11aと11bのブラッグ波長を例えばλa,λbとす
る。
For example, when this device is attached to a vibrating object (not shown), acceleration due to vibration acts on the weight 17, and the leaf spring 14 vibrates so as to bend up and down. Then, with this vibration, the FBG attached to the leaf spring 14
The reflection spectrum of the portion 11b changes. For such a configuration, the amount of light detected by the light receiver with respect to the amount of wavelength shift is schematically represented as shown in a relationship diagram of FIG. 10, and when the vibration is not applied to the leaf spring 14, the amount of light Pb is reduced. It is detected by the light receiver 13d. In this state, the Bragg wavelengths of the FBG units 11a and 11b are, for example, λa and λb.

【0026】そして、板バネ14に振動が加わると、F
BG部11bは、波長λbを中心に波長シフトするの
で、受光器13dでの検知光量もPbを中心に変化する
こととなる。従って、本実施例では、FBG部に振動が
加わっていない状態で各FBG部の反射特性を一部が重
なり合うように設定し、振動に基づいて変化するFBG
部からの反射光の光強度を直接検知するので、上記光強
度に基づいて加わった振動を迅速、かつ正確に測定する
ことができる。
When vibration is applied to the leaf spring 14, F
Since the BG unit 11b shifts the wavelength around the wavelength λb, the amount of light detected by the photodetector 13d also changes around Pb. Therefore, in the present embodiment, the reflection characteristics of each FBG unit are set so as to partially overlap each other in a state where no vibration is applied to the FBG unit, and the FBG that changes based on the vibration is set.
Since the light intensity of the reflected light from the unit is directly detected, the vibration applied based on the light intensity can be measured quickly and accurately.

【0027】また、本実施例でも、上述した実施例と同
様に、製作コストの低減、測定精度の信頼性の向上、応
答性の迅速化及び多点監視システムへの応用が図られ
る。次に、振動試験機によって振動を加えた時の本発明
に係る振動センサの測定の例を図11及び図12に示
す。図11は、振動周波数fを15Hz、振動印加時間
tを約1秒として、加速度を1G〜5Gの範囲で変えた
時の測定例である。
Also, in this embodiment, as in the above-described embodiments, reduction in manufacturing cost, improvement in reliability of measurement accuracy, quick response, and application to a multipoint monitoring system can be achieved. Next, FIGS. 11 and 12 show examples of measurement of the vibration sensor according to the present invention when vibration is applied by a vibration tester. FIG. 11 is a measurement example when the vibration frequency f is 15 Hz, the vibration application time t is about 1 second, and the acceleration is changed in the range of 1 G to 5 G.

【0028】この例では、加えた加速度に応じて、振動
の振幅が変わることが測定された。また、縦軸の検知信
号(電圧)は、振動の振幅に比例した量である。この実
験では、センサ部11の周囲温度を約20℃〜40℃に
変化させて同様の測定を行ったが、図11と同様の結果
を得ることができた。図12は、加速度を2G、振動印
加時間tを約1秒として、振動周波数fを変えた時の測
定例である。
In this example, it was measured that the amplitude of the vibration changes according to the applied acceleration. The detection signal (voltage) on the vertical axis is an amount proportional to the amplitude of the vibration. In this experiment, the same measurement was performed while changing the ambient temperature of the sensor unit 11 to about 20 ° C. to 40 ° C., but the same result as in FIG. 11 was obtained. FIG. 12 shows a measurement example when the acceleration is 2 G, the vibration application time t is about 1 second, and the vibration frequency f is changed.

【0029】この例では、振動周波数によって板バネ1
4の振動振幅が変わることが測定され、振動周波数12
Hz当たりで、板バネ14の振動振幅が大きいことが示
されている。これは、板バネ14の固有振動数と加振機
によって加えられた振動が共振しているためである。こ
の実験では、共振現象が明瞭に測定されている。この検
証からも明らかなように、受光器13dで検知された光
量は、振動によって変化するので、センサ部11から分
岐器13bを介して入力する戻り光の光量を測定するこ
とによって、振動の大きさを検知することができる。
In this example, the leaf spring 1 is controlled by the vibration frequency.
4 was measured to change, and the vibration frequency 12
It is shown that the vibration amplitude of the leaf spring 14 is large per Hz. This is because the natural frequency of the leaf spring 14 and the vibration applied by the vibrator resonate. In this experiment, the resonance phenomenon was clearly measured. As is clear from this verification, since the light amount detected by the light receiver 13d changes due to the vibration, the magnitude of the vibration is measured by measuring the light amount of the return light input from the sensor unit 11 through the branching unit 13b. Can be detected.

【0030】本発明は、これら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形
実施が可能である。例えば、図1に示したFBG部11
b側の光ファイバの端部に終端器を設けることも可能で
ある。この場合には、光ファイバの端部から反射する不
要な光を上記終端器でカットして、ノイズ成分の受光器
への混入を防止することができる。
The present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the FBG unit 11 shown in FIG.
It is also possible to provide a terminator at the end of the optical fiber on the b side. In this case, unnecessary light reflected from the end of the optical fiber can be cut by the terminator to prevent the noise component from being mixed into the light receiver.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、グレ
ーティングによる光のグレーティング特性が被検出量に
基づいて変化するように設置された第1のファイバブラ
ッググレーティング部と、グレーティングによる光のグ
レーティング特性が前記被検出量によって変化しないよ
うに設置された第2のファイバブラッググレーティング
部とを有する力学センサであって、前記各ファイバブラ
ッググレーティング部からの戻り光の光強度を検知する
検知手段を備えたので、簡単な装置構成で応答性が速
く、かつ測定精度が向上できる。
As described above, according to the present invention, the first fiber Bragg grating portion provided so that the grating characteristics of the light by the grating changes based on the detected amount, the grating characteristics of the light by the grating, And a second fiber Bragg grating section installed so as not to be changed by the detected amount, comprising a detecting means for detecting the light intensity of the return light from each of the fiber Bragg grating sections. Therefore, the response is fast and the measurement accuracy can be improved with a simple device configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る力学センサの構成の一例を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a dynamic sensor according to the present invention.

【図2】図1に示したセンサ部の構成の一例を示す構成
図である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a sensor unit illustrated in FIG. 1;

【図3】図2に示した板バネに荷重が加わっていない場
合のFBGの反射スペクトルを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a reflection spectrum of the FBG when a load is not applied to the leaf spring shown in FIG. 2;

【図4】同じく、板バネに小さい荷重が加わっている場
合のFBGの反射スペクトルを示す図である。
FIG. 4 is a view showing a reflection spectrum of an FBG when a small load is applied to a leaf spring.

【図5】同じく、板バネに加わる荷重がさらに増した場
合のFBGの反射スペクトルを示す図である。
FIG. 5 is a view showing a reflection spectrum of the FBG when the load applied to the leaf spring is further increased.

【図6】同じく、波長シフト量に対する受光器での検知
光量を模式的に表した関係図である。
FIG. 6 is a relationship diagram schematically showing the amount of light detected by the light receiver with respect to the amount of wavelength shift.

【図7】同じく、荷重に対する受光器での検知信号(検
知光量)を実験的に表した関係図である。
FIG. 7 is a relationship diagram experimentally showing a detection signal (detected light amount) at a light receiver with respect to a load.

【図8】図1に示したセンサ部の構成の他例を示す構成
図である。
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating another example of the configuration of the sensor unit illustrated in FIG. 1;

【図9】図8に示した板バネに荷重が加わっていない場
合のFBGの反射スペクトルを示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a reflection spectrum of the FBG when no load is applied to the leaf spring illustrated in FIG. 8;

【図10】同じく、波長シフト量に対する受光器での検
知光量を模式的に表した関係図である。
FIG. 10 is a relationship diagram schematically showing the amount of light detected by the light receiver with respect to the amount of wavelength shift.

【図11】同じく、振動試験機によって振動を加えた時
の本発明に係る振動センサの測定の一例を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing an example of measurement of the vibration sensor according to the present invention when vibration is applied by the vibration tester.

【図12】同じく、振動試験機によって振動を加えた時
の本発明に係る振動センサの測定の他の例を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing another example of the measurement of the vibration sensor according to the present invention when vibration is applied by the vibration tester.

【図13】FBG部を用いた力学センサの従来例の構成
を示す構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional example of a dynamic sensor using an FBG unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 センサ部 11a,11b FBG部 12 光ファイバ 13 信号処理部 13a 光源 13b 光分岐器 13c 分光器 13d 受光器 13e 演算処理回路 14 板バネ 15 台座 16 支持部材 17 錘 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Sensor part 11a, 11b FBG part 12 Optical fiber 13 Signal processing part 13a Light source 13b Optical splitter 13c Spectroscope 13d Light receiver 13e Arithmetic processing circuit 14 Leaf spring 15 Base 16 Support member 17 Weight

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F056 VF01 VF02 VF11 VF16 VF20 2F103 BA37 BA43 CA03 EC08 ED34 FA15 2G064 AB01 AB02 AB11 BB33 BB66 BC02 BC13 BC22 BC34 DD32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F056 VF01 VF02 VF11 VF16 VF20 2F103 BA37 BA43 CA03 EC08 ED34 FA15 2G064 AB01 AB02 AB11 BB33 BB66 BC02 BC13 BC22 BC34 DD32

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 グレーティングによる光のグレーティン
グ特性が被検出量に基づいて変化するように設置された
第1のファイバブラッググレーティング部と、グレーテ
ィングによる光のグレーティング特性が前記被検出量に
よって変化しないように設置された第2のファイバブラ
ッググレーティング部とを有する力学センサであって、 前記各ファイバブラッググレーティング部からの戻り光
の光強度を検知する検知手段を備えたことを特徴とする
力学センサ。
A first fiber Bragg grating portion provided so that a grating characteristic of light by the grating changes based on an amount to be detected; and a first fiber Bragg grating portion for preventing the grating characteristic of light from the grating from changing by the amount to be detected. A dynamic sensor comprising: a second fiber Bragg grating section installed; and a detecting means for detecting light intensity of return light from each of the fiber Bragg grating sections.
【請求項2】 前記被検出量が前記ファイバブラッググ
レーティング部に加わっていない状態において、前記各
ファイバブラッググレーティング部のグレーティング特
性の少なくとも一部が重なり合っていることを特徴とす
る請求項1に記載の力学センサ。
2. The apparatus according to claim 1, wherein at least a part of the grating characteristics of each of the fiber Bragg gratings overlaps in a state where the detected amount is not applied to the fiber Bragg gratings. Dynamics sensor.
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