JP2002071323A - Planar sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、周期の異なる複数
のグレーティング構造を備えている光ファイバを用いた
面状センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar sensor using an optical fiber having a plurality of grating structures having different periods.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より光ファイバをセンサとして用い
る例は多い。米国特許第５６４９０３５号公報には、柔
軟なシートの上に光ファイバを多数回ループを描いて渦
巻き状に配置し、光ファイバの両端に反射マーカーを取
り付け、レーザ光の信号を光ファイバに送り込んで、歪
みによる光ファイバの変化を信号の時間遅れとして計測
する技術が開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, there are many examples of using an optical fiber as a sensor. U.S. Pat. No. 5,649,035 discloses that an optical fiber is spirally arranged on a flexible sheet by forming a loop many times, reflection markers are attached to both ends of the optical fiber, and a signal of laser light is sent to the optical fiber. A technique for measuring a change in an optical fiber due to distortion as a time delay of a signal is disclosed.
【０００３】また、光ファイバとしてグレーティングに
よる反射光の波長が所定波長に設定される光ファイバを
用いた例もある。特開平１１−１７３８２０号公報に
は、グレーティングによる反射光の波長が所定波長に設
定される光ファイバを硬化時の収縮の少ない２液型常温
硬化型エポキシ樹脂で金属基板上に固着して歪みセンサ
とする技術が開示されている。Further, there is an example in which an optical fiber in which the wavelength of light reflected by a grating is set to a predetermined wavelength is used as an optical fiber. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-173820 discloses a strain sensor in which an optical fiber in which the wavelength of light reflected by a grating is set to a predetermined wavelength is fixed on a metal substrate with a two-part cold curing epoxy resin which hardly shrinks during curing. Is disclosed.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、米国特許第５
６４９０３５号公報に開示の技術では、光ファイバ全体
として、即ちシート全体としての歪みの大きさしか検出
できず、シート内のポイントポイントの歪みや歪みの方
向、温度変化は検出できない。However, US Pat.
According to the technique disclosed in Japanese Patent No. 649035, only the magnitude of the distortion of the entire optical fiber, that is, the entire sheet can be detected, and the distortion of the point points in the sheet, the direction of the distortion, and the temperature change cannot be detected.
【０００５】特開平１１−１７３８２０号公報に開示の
技術では、金属基板上に固着されているため、曲面には
使用できない等使用できる被計測物が限られる。In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-173820, the object to be measured which can not be used on a curved surface is limited because it is fixed on a metal substrate.
【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、様々な形状の面
に対応し、面内の複数のポイントの歪みや温度変化を検
出することができる面状センサを提供することである。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to detect a distortion or a temperature change at a plurality of points in a plane corresponding to various shapes. The object of the present invention is to provide a planar sensor capable of performing the following.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、複数の周期の異なるグレーティング構造を有した
光ファイバを、ベースシートに貼り付けて、あるいは、
被計測表面に直接取り付けている構成の面状センサとし
た。In order to achieve the above object, an optical fiber having a plurality of grating structures having different periods is attached to a base sheet, or
The surface sensor was configured to be directly attached to the surface to be measured.
【０００８】具体的には、請求項１に係る発明は、光フ
ァイバを用いた面状センサであって、上記光ファイバ
は、周期の異なる複数のグレーティング構造を備えてい
て、ベースシートに上記光ファイバを取り付けているこ
とを特徴とする面状センサである。More specifically, the invention according to claim 1 is a planar sensor using an optical fiber, wherein the optical fiber includes a plurality of grating structures having different periods, and the optical fiber is provided on a base sheet. This is a planar sensor to which a fiber is attached.
【０００９】ここで、グレーティング構造を備えている
光ファイバとは、光ファイバのコアの部分に長手方向に
周期的な屈折率変化（格子＝グレーティング構造）を有
する光ファイバのことである。このような光ファイバの
中でも、ファイバグレーティングを有する光ファイバで
あることが好ましく、グレーティング構造はブラッググ
レーティングであることが好ましい。Here, an optical fiber having a grating structure is an optical fiber having a periodic refractive index change (grating = grating structure) in the longitudinal direction in the core portion of the optical fiber. Among such optical fibers, an optical fiber having a fiber grating is preferable, and a grating structure is preferably a Bragg grating.
【００１０】このような構成であれば、各周期のグレー
ティング構造が配置されている位置での歪みや温度の変
化の情報が得られ、センサ面内の複数のポイントでのセ
ンシングを行うことができる。また、平面のみならず、
曲面にも適用できる。With such a configuration, it is possible to obtain information on distortion and temperature change at positions where the grating structures are arranged in each cycle, and it is possible to perform sensing at a plurality of points in the sensor plane. . In addition, not only a plane,
It can be applied to curved surfaces.
【００１１】次に、請求項２に係る発明は、光ファイバ
を用いた面状センサであって、上記光ファイバは、周期
の異なる複数のグレーティング構造を備えていて、被計
測表面に上記光ファイバを直接取り付けていることを特
徴とする面状センサである。A second aspect of the present invention is a planar sensor using an optical fiber, wherein the optical fiber includes a plurality of grating structures having different periods, and the optical fiber is provided on a surface to be measured. Is a surface sensor directly attached.
【００１２】このような構成であれば、複雑な形状をし
た面や立体にも適用できる。With such a configuration, the present invention can be applied to a surface or a solid having a complicated shape.
【００１３】次に、請求項３の係る発明は、請求項１又
は２のいずれかにおいて、上記グレーティング構造のう
ち少なくとも２つが互いに異なる方向に配置されている
ことを特徴とする面状センサである。Next, the invention according to claim 3 is the planar sensor according to claim 1 or 2, wherein at least two of the grating structures are arranged in directions different from each other. .
【００１４】このような構成であれば、センサ面内の歪
みや温度の変化に関する情報を直交する２方向の成分に
分けることができて、歪みや温度の変化が２次元情報と
して得られる。With such a configuration, information on distortion and temperature change in the sensor plane can be divided into two orthogonal components, and distortion and temperature change can be obtained as two-dimensional information.
【００１５】次に、請求項４に係る発明は、請求項１〜
３のいずれかにおいて、材料組成の異なる複数の上記光
ファイバを備えていることを特徴とする面状センサであ
る。Next, the invention according to claim 4 relates to claims 1 to
3. The planar sensor according to any one of 3), further comprising a plurality of the optical fibers having different material compositions.
【００１６】このような構成であれば、歪みと温度変化
との情報を分離して、両方同時に得ることができる。With such a configuration, information on strain and temperature change can be separated and obtained simultaneously.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】グレーティング構造を備えている
光ファイバを用いるセンサの原理について説明する。グ
レーティング構造には、特定波長の光を選択的に反射す
るブラッググレーティングや、特定波長の光に損失を与
える長周期グレーティングなどがあるが、ここではブラ
ッググレーティングを例にとって説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle of a sensor using an optical fiber having a grating structure will be described. Examples of the grating structure include a Bragg grating that selectively reflects light of a specific wavelength and a long-period grating that causes loss of light of a specific wavelength. Here, the Bragg grating will be described as an example.
【００１８】ブラッググレーティングを備える光ファイ
バ（以下、ＦＢＧという）は、光ファイバのコアの屈折
率を周期的に変化させていて（グレーティング構造、図
２）、その部分で特定波長（ブラッグ波長）の光を選択
的に反射する。ここでＦＢＧの部分に力がかかって歪み
を生じると、屈折率変化の周期も微妙に変わるためブラ
ッグ波長が長波長側か低波長側にシフトする。この波長
のシフト量を測定して歪みの大きさを算出するのが、Ｆ
ＢＧを用いたセンサである。An optical fiber provided with a Bragg grating (hereinafter referred to as FBG) changes the refractive index of the core of the optical fiber periodically (grating structure, FIG. 2), and has a specific wavelength (Bragg wavelength) at that portion. Selectively reflects light. Here, when a force is applied to the FBG portion to cause distortion, the period of the change in the refractive index slightly changes, so that the Bragg wavelength shifts to the longer wavelength side or the lower wavelength side. The magnitude of the distortion is calculated by measuring the shift amount of this wavelength,
This is a sensor using BG.
【００１９】ＦＢＧの部分に力の代わりに温度変化が加
わっても、屈折率変化の周期が変わるので、歪みの場合
と同様に温度変化を計測できる。Even if a temperature change is applied to the FBG portion instead of a force, the period of the change in the refractive index changes, so that the temperature change can be measured as in the case of the strain.
【００２０】以下、本発明の実施の形態を図面に基づい
て説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００２１】図１はグレーティング構造を備えている光
ファイバの作製方法を模式的に示した図である。グレー
ティング構造を備えている光ファイバは、コア１２およ
びクラッド１４を有する光ファイバ１０を用いて製造さ
れる。クラッド１４の表面をグレーティング書き込み光
（例えば、２４０〜２７０ｎｍの波長帯の紫外線）が透
過する材料（例えば、脂肪族ウレタン系アクリレート、
若しくは脂肪族エポキシ系アクリレート）から形成され
た被覆層（図示せず）で覆った光ファイバを用いること
が好ましい。被覆型光ファイバは非被覆型光ファイバよ
りも強度が高いので、製造プロセスで破損されることが
少ない。FIG. 1 is a diagram schematically showing a method of manufacturing an optical fiber having a grating structure. An optical fiber having a grating structure is manufactured using an optical fiber 10 having a core 12 and a clad 14. A material (for example, aliphatic urethane-based acrylate, which transmits grating writing light (for example, ultraviolet light in a wavelength band of 240 to 270 nm) on the surface of the clad 14,
Alternatively, it is preferable to use an optical fiber covered with a coating layer (not shown) formed of an aliphatic epoxy acrylate). Since the coated optical fiber has higher strength than the uncoated optical fiber, it is less likely to be damaged in the manufacturing process.
【００２２】光ファイバ１０のコア１２は、屈折率変化
を呈する材料から形成されている。コア１２としては、
通常仕様の光ファイバと同等濃度のＧｅに加え、Ｓｎ、
或いは、Ｓｎ及びＡｌ、若しくは、Ｓｎ、Ａｌ及びＢの
ドーパントを添加したものを用いることが屈折率変化を
定常的に高める上で好ましい。ここで、通常仕様の光フ
ァイバとは、上記の光ファイバ１０に対し接続される接
続対象の光ファイバのことであり、このような光ファイ
バはそのコアに対し比屈折率差が０．９％となる程度の
Ｇｅがドープされて製造されたものである。上記の光フ
ァイバ１０のコア１２には、上記の通常仕様の光ファイ
バのコアと同量（比屈折率差が０．９％となる程度の
量）のＧｅに加え、濃度１０，０００ｐｐｍ以上、好ま
しくは濃度１０，０００〜１５，０００ｐｐｍのＳｎ、
或いはこのような濃度のＳｎ及び１，０００ｐｐｍ以下
のＡｌ等を共ドープすればよい。上記のドープは種々の
公知の方法で行えば良く、例えば液浸により行う場合に
は、上記ＧｅやＳｎの化合物（Ｓｎの場合、例えば、Ｓ
ｎＣｌ2・２Ｈ2Ｏ）をメチルアルコールと混合し、その
溶液の中に浸漬することによって実行される。The core 12 of the optical fiber 10 is formed from a material exhibiting a change in refractive index. As the core 12,
In addition to the same concentration of Ge as the normal specification optical fiber, Sn,
Alternatively, it is preferable to use a material to which a dopant of Sn and Al or a dopant of Sn, Al and B is added in order to constantly increase the change in the refractive index. Here, the optical fiber of the normal specification is an optical fiber to be connected to the above-described optical fiber 10, and such an optical fiber has a relative refractive index difference of 0.9% with respect to its core. Ge is doped to such an extent that The core 12 of the optical fiber 10 has, in addition to the same amount of Ge (an amount that the relative refractive index difference becomes 0.9%) as the core of the optical fiber of the normal specification, a concentration of 10,000 ppm or more, Preferably Sn having a concentration of 10,000 to 15,000 ppm,
Alternatively, such a concentration of Sn and 1,000 ppm or less of Al or the like may be co-doped. The above-mentioned doping may be performed by various known methods. For example, when the doping is performed by immersion, the compound of Ge or Sn (for Sn, for example, S
nCl 2 .2H 2 O) is mixed with methyl alcohol and immersed in the solution.
【００２３】用意された光ファイバ１０の所定の領域
に、被覆層の外側から紫外レーザ光を例えば、マスク２
２を介して照射することによって、光ファイバ１０のコ
ア１２の所定の領域に、ファイバ軸方向に周期Λ１を有
するグレーティング２０を書き込む。図２に、ファイバ
長手方向（軸方向）に周期Λ１を有するグレーティング
２０を示す。An ultraviolet laser beam is applied to a predetermined region of the prepared optical fiber 10 from outside the coating layer, for example, using a mask 2.
2, a grating 20 having a period Λ1 in the fiber axis direction is written in a predetermined region of the core 12 of the optical fiber 10. FIG. 2 shows a grating 20 having a period Λ1 in the fiber longitudinal direction (axial direction).
【００２４】光ファイバ１０として、ＧｅとＳｎ（Ｓｎ
濃度は１５，０００ｐｐｍ）とを共ドープした石英ガラ
ス系ファイバ（直径１２５μｍ）を厚さ約３７．５μｍ
の被覆層（単層：両側で厚さ約７５μｍ）で被覆した被
覆型光ファイバ（被覆外径約２００μｍ）を用いる。被
覆層（図示せず）は、波長約２４０〜２７０ｎｍの紫外
線に対する透過率が約１０％以上の脂肪族系ウレタンア
クリレート（光重合開始剤：２，４，６−トリメチルベ
ンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド）を紫外線硬
化することによって形成する。さらに、得られた被覆型
光ファイバ１０の屈折率変化を大きくするために、被覆
型光ファイバ１０を約２０ＭＰａの高圧水素ガス中に約
２週間放置し、水素充填処理を施した。また、グレーテ
ィングの書き込みは、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光の４倍波で
ある２６６ｎｍのコヒーレント紫外レーザ光（１０ｍ
Ｗ）を掃引照射（約２０ｍｍ）することによって実行す
る。なお、グレーティングの書き込みは、公知の他の方
法でも実行でき、マスクを用いる方法に限定されない。
また、光ファイバ１０の作製方法も一例であって、本発
明はこの方法に限定されない。Ge and Sn (Sn) are used as the optical fiber 10.
A concentration of 15,000 ppm) and a silica glass fiber (125 μm in diameter) co-doped with a thickness of about 37.5 μm
A coated optical fiber (coated outer diameter of about 200 μm) coated with a coating layer (single layer: thickness of about 75 μm on both sides) is used. The coating layer (not shown) is made of an aliphatic urethane acrylate (photopolymerization initiator: 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide) having a transmittance of about 10% or more for ultraviolet rays having a wavelength of about 240 to 270 nm. It is formed by curing. Further, in order to increase the change in the refractive index of the obtained coated optical fiber 10, the coated optical fiber 10 was left in a high-pressure hydrogen gas of about 20 MPa for about 2 weeks, and was subjected to a hydrogen filling treatment. The writing of the grating is performed by using a 266 nm coherent ultraviolet laser beam (10 m) which is the fourth harmonic of the Nd-YAG laser beam.
W) by sweep irradiation (about 20 mm). Note that writing of the grating can be performed by another known method, and is not limited to a method using a mask.
Further, the method of manufacturing the optical fiber 10 is also an example, and the present invention is not limited to this method.
【００２５】−第一の実施の形態− 図３に本実施の形態に係る面状センサ１の平面図を示
す。また、図５はこの面状センサ１の断面図である。面
状センサ１は、ベースシート３０と複数のグレーティン
グ構造２０（図１では位置をわかりやすくするため太線
で表示しているが、実際には光ファイバ１０の他の部分
と同じ太さ、図７、図８でも同様）を備える光ファイバ
１０とカバーシート３４（図１では非表示）とからな
る。ベースシート３０には、接着剤３２が塗布されてい
て、光ファイバ１０を接着により取り付けている。被計
測物へはベースシート３０を接着する等によって取り付
ける。First Embodiment FIG. 3 is a plan view of a planar sensor 1 according to the present embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view of the planar sensor 1. The planar sensor 1 has a base sheet 30 and a plurality of grating structures 20 (in FIG. 1, they are indicated by bold lines for easy understanding of the position, but are actually the same thickness as other portions of the optical fiber 10, FIG. 7). , FIG. 8) and a cover sheet 34 (not shown in FIG. 1). An adhesive 32 is applied to the base sheet 30, and the optical fiber 10 is attached by bonding. The base sheet 30 is attached to the object to be measured by bonding or the like.
【００２６】ベースシート３０とカバーシート３４は、
柔軟であることが好ましく、光ファイバ１０を保護する
強度を有するプラスチックフィルムであることが好まし
い。なかでも、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィ
ルム、フッ素樹脂フィルム、ポリオレフィンフィルムな
どはさらに好ましい。ベースシート３０とカバーシート
３４が柔軟であれば、平面だけではなく曲面にも取り付
けることができて好ましい。接着剤３２は、ベースシー
ト３０とカバーシート３４および光ファイバ１０とに接
着性を示す接着剤であればどのようなものでもよい。The base sheet 30 and the cover sheet 34
It is preferably flexible, and is preferably a plastic film having a strength for protecting the optical fiber 10. Among them, a polyester film, a polyimide film, a fluororesin film, a polyolefin film and the like are more preferable. If the base sheet 30 and the cover sheet 34 are flexible, they can be mounted not only on a flat surface but also on a curved surface, which is preferable. The adhesive 32 may be any adhesive as long as it has an adhesive property to the base sheet 30, the cover sheet 34, and the optical fiber 10.
【００２７】光ファイバ１０は、図４に示すように周期
の異なる（Λ１、Λ２、Λ３、・・・）複数のグレーテ
ィング構造２０を備えていて、各グレーティング構造２
０はそれぞれ異なる波長の光を反射する。The optical fiber 10 is provided with a plurality of grating structures 20 having different periods (# 1, # 2, # 3,...) As shown in FIG.
0 reflects light of different wavelengths.
【００２８】光ファイバ１０は、ベースシート３０の上
に多数回ループを描いて渦巻き状に配置されている。そ
の渦巻きの形に沿ってほぼ均等にグレーティング構造２
０が分散して配置されている。各グレーティング構造２
０の反射する光の波長は全て異なっているので、歪み或
いは温度変化によってある反射波長がシフトしたとき
に、その波長に対応するグレーティング構造２０の位置
が特定できて、センサ面内のどの位置にどのくらいの歪
み或いは温度変化が生じたかがわかる。予め、各グレー
ティング構造２０の位置をマップにあらわしておけば、
歪み或いは温度変化のマップが容易に描け、面内分布が
わかる。The optical fiber 10 is spirally arranged on the base sheet 30 while drawing a loop many times. Grating structure 2 almost evenly along the shape of the spiral
0 are distributed. Each grating structure 2
Since the wavelengths of the reflected light are all different, the position of the grating structure 20 corresponding to that wavelength can be specified when a certain reflected wavelength shifts due to distortion or temperature change, and at which position in the sensor plane It can be understood how much distortion or temperature change has occurred. If the position of each grating structure 20 is represented in the map in advance,
A map of strain or temperature change can be easily drawn, and the in-plane distribution can be understood.
【００２９】また、本実施の形態では、互いに直交する
方向にそれぞれ多数のグレーティング構造が配置されて
いるので、センサ面内での歪みの方向がわかり２次元セ
ンサとして使うことができる。なお、互いに直交してい
なくても方向が異なってさえいれば、計算により歪みの
方向を算出できるので構わない。Further, in the present embodiment, since a large number of grating structures are arranged in directions orthogonal to each other, the direction of the strain in the sensor plane can be determined, and the two-dimensional sensor can be used. Note that the direction of the distortion can be calculated by the calculation as long as the directions are different even if they are not orthogonal to each other.
【００３０】本実施の形態ではベースシート３０に光フ
ァイバ１０を取り付けて、カバーシート３４で保護して
いるので、取り扱いが容易で光ファイバ１０が破損から
守られる。なお、ベースシート３０や接着剤３２、カバ
ーシート３４の熱膨張による影響に関しては、予め実測
或いは計算により算出しておいて実際の測定時に補償を
行う。また、この面状センサ１は歪みゲージよりも薄く
て使いやすい。この面状センサ１は、光ファイバ１０に
コネクタを取り付けることにより、計測光源・測定機器
との接続が容易になる。In the present embodiment, since the optical fiber 10 is attached to the base sheet 30 and protected by the cover sheet 34, handling is easy and the optical fiber 10 is protected from damage. The influence of the thermal expansion of the base sheet 30, the adhesive 32, and the cover sheet 34 is calculated in advance by actual measurement or calculation, and compensation is performed at the time of actual measurement. The surface sensor 1 is thinner and easier to use than a strain gauge. By attaching a connector to the optical fiber 10, the planar sensor 1 can be easily connected to a measurement light source / measurement device.
【００３１】本実施の形態の面状センサ１は、接着剤や
粘着テープ等により被計測物に取り付けられて、歪みや
温度変化を計測する。The planar sensor 1 according to the present embodiment is attached to an object to be measured by an adhesive, an adhesive tape, or the like, and measures distortion and temperature change.
【００３２】−第二の実施の形態− 図６に第二の実施の形態の斜視図を示す。本実施の形態
は、箱状の被計測物４０の表面に光ファイバ１０を直接
取り付けている。なお、グレーティング構造の部分は図
示していないが、周期の異なる多数のグレーティング構
造が３つの面に配置されている。光ファイバ１０の取り
付け方法は、特に限定されない。接着剤により接着して
も良いし、止具を用いて取り付けても良い。また、光フ
ァイバ１０を保護するために、カバーシートを貼り合わ
せることが好ましい。Second Embodiment FIG. 6 is a perspective view of a second embodiment. In the present embodiment, the optical fiber 10 is directly attached to the surface of a box-shaped measurement target 40. Although a portion of the grating structure is not shown, a number of grating structures having different periods are arranged on three surfaces. The method for attaching the optical fiber 10 is not particularly limited. It may be adhered with an adhesive or may be attached using a stopper. Further, in order to protect the optical fiber 10, it is preferable to attach a cover sheet.
【００３３】ここでは１本の光ファイバ１０で被計測物
の３面全てを覆っているが、一面ずつ別々に全部で３本
の光ファイバを用いても良い。Here, one optical fiber 10 covers all three surfaces of the object to be measured, but three optical fibers may be used separately for each surface.
【００３４】箱状の被計測物４０の直交する３面に複数
のグレーティング構造を備える光ファイバ１０を取り付
けることによって、３次元の歪みや温度変化を計測でき
３次元センサとして使用できる。By attaching the optical fiber 10 having a plurality of grating structures to three orthogonal surfaces of the box-shaped measurement object 40, it is possible to measure three-dimensional distortion and temperature change and use it as a three-dimensional sensor.
【００３５】−第三の実施の形態− 図７に第三の実施の形態に係る面状センサ１を示す。本
実施の形態は、材料組成の異なる第２の光ファイバ５０
を第一の実施の形態の面状センサに加えたものである。
第２の光ファイバ５０は、光ファイバ１０の横に並べ、
光ファイバ１０と平行に配置している。また、光ファイ
バ１０と同様に、第２の光ファイバ５０も周期の異なる
複数のグレーティング構造６０を備えている。Third Embodiment FIG. 7 shows a planar sensor 1 according to a third embodiment. In this embodiment, the second optical fibers 50 having different material compositions are used.
Is added to the planar sensor of the first embodiment.
The second optical fiber 50 is arranged beside the optical fiber 10,
It is arranged parallel to the optical fiber 10. Further, like the optical fiber 10, the second optical fiber 50 also includes a plurality of grating structures 60 having different periods.
【００３６】光ファイバ１０と第２の光ファイバ５０と
は、例えばＧｅ−ＳｎドープファイバとＧｅドープファ
イバのように材料組成を異なったものとしている。この
ように材料組成が異なっていると、線膨張係数及び熱光
学係数が異なる。そのために、光ファイバ１０と第２の
光ファイバ５０とで同じ反射波長になるように作製され
たグレーティング構造２０、６０であっても、温度変化
による波長シフト量が異なってくる。こうして２本の光
ファイバ１０、５０の反射波長シフト量を比較すること
により、温度変化と歪みとを分離して取り出すことがで
き、温度変化と歪みとを２次元データとして両方同時に
計測することができる。The optical fiber 10 and the second optical fiber 50 have different material compositions, for example, a Ge-Sn doped fiber and a Ge doped fiber. When the material compositions are different as described above, the linear expansion coefficient and the thermo-optic coefficient are different. Therefore, even if the grating structures 20 and 60 are manufactured to have the same reflection wavelength between the optical fiber 10 and the second optical fiber 50, the amount of wavelength shift due to a temperature change differs. By comparing the reflection wavelength shift amounts of the two optical fibers 10 and 50 in this manner, the temperature change and the strain can be separated and extracted, and both the temperature change and the strain can be measured simultaneously as two-dimensional data. it can.
【００３７】−第四の実施の形態− 図８に第四の実施の形態に係る面状センサ１を示す。こ
の面状センサ１は、２枚の面状センサを重ねて形成され
ている。上側の面状センサは、光ファイバ１０が主とし
て図中の上下方向に配置されていて、グレーティング構
造２０も上下方向を向いている。下側の面状センサは上
側の面状センサを９０度回転させたもので、光ファイバ
１１が主として図中の左右方向に配置されていて、グレ
ーティング構造（図示せず）も左右方向を向いている。Fourth Embodiment FIG. 8 shows a planar sensor 1 according to a fourth embodiment. This planar sensor 1 is formed by stacking two planar sensors. In the upper planar sensor, the optical fiber 10 is mainly arranged in the vertical direction in the figure, and the grating structure 20 also faces in the vertical direction. The lower planar sensor is obtained by rotating the upper planar sensor by 90 degrees, and the optical fiber 11 is mainly disposed in the left-right direction in the figure, and the grating structure (not shown) also faces in the left-right direction. I have.
【００３８】本実施の形態の面状センサ１は、２本の光
ファイバ１０、１１が直交する場所でグレーティング構
造も直交するように配置されているので、各測定ポイン
トで直接歪みの向きまで計測できる。In the planar sensor 1 according to the present embodiment, the two optical fibers 10 and 11 are arranged so that the grating structures are orthogonal to each other at a position where the optical fibers are orthogonal to each other. it can.
【００３９】なお、一枚のベースシートの上に上記光フ
ァイバ１０、１１の直交構造を設けるようにしてもよ
い。The orthogonal structure of the optical fibers 10 and 11 may be provided on one base sheet.
【００４０】[0040]
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に述べる効果を奏する。The present invention is embodied in the form described above, and has the following effects.
【００４１】周期の異なる複数のグレーティング構造を
備えている光ファイバを用いているので、センサ面内の
複数のポイントをセンシングできる。Since an optical fiber having a plurality of grating structures having different periods is used, a plurality of points on the sensor surface can be sensed.
【００４２】ベースシートに光ファイバを貼り付けてい
るので、平面だけではなく、曲面や立体にも取り付ける
ことができて歪みや温度の変化を計測することができ
る。Since the optical fiber is attached to the base sheet, it can be attached not only to a flat surface but also to a curved surface or a three-dimensional object, and it is possible to measure a distortion and a change in temperature.
【００４３】被計測表面に直接光ファイバを取り付けて
いるので、平面だけではなく、複雑な形状の面や立体に
も直接取り付けて、歪みや温度の変化を計測することが
できる。Since the optical fiber is directly attached to the surface to be measured, it can be attached not only to a flat surface but also to a surface or a three-dimensional object having a complicated shape to measure a change in strain or temperature.
【００４４】周期の異なる複数のグレーティング構造の
うち、少なくとも２つが互いに異なる方向に配置されて
いるので、簡単な構成で歪みや温度変化の情報を２次元
の情報として得ることができる。Since at least two of the plurality of grating structures having different periods are arranged in different directions, it is possible to obtain information on strain and temperature change as two-dimensional information with a simple configuration.
【００４５】材料組成の異なる複数の光ファイバを備え
ているので、簡単な構成で歪みと温度変化とを同時に計
測することができる。Since a plurality of optical fibers having different material compositions are provided, strain and temperature change can be measured simultaneously with a simple configuration.
【図１】光ファイバにグレーティング構造を書き込む図FIG. 1 is a diagram of writing a grating structure on an optical fiber.
【図２】グレーティング部分の屈折率変化図FIG. 2 is a graph showing a change in refractive index of a grating portion.
【図３】第一の実施の形態に係る面状センサの図FIG. 3 is a diagram of a planar sensor according to the first embodiment;
【図４】本発明に用いられる光ファイバの模式図FIG. 4 is a schematic view of an optical fiber used in the present invention.
【図５】第一の実施の形態に係る面状センサの断面図FIG. 5 is a cross-sectional view of the planar sensor according to the first embodiment.
【図６】第二の実施の形態に係る面状センサの図FIG. 6 is a diagram of a planar sensor according to a second embodiment;
【図７】第三の実施の形態に係る面状センサの図FIG. 7 is a diagram of a planar sensor according to a third embodiment;
【図８】第四の実施の形態に係る面状センサの図FIG. 8 is a diagram of a planar sensor according to a fourth embodiment;
１ 面状センサ １０ 光ファイバ １１ 第２の光ファイバ １２ コア １４ クラッド ２０ グレーティング構造 ２２ 位相マスク ３０ ベースシート ３２ 接着剤 ３４ カバーシート ４０ 箱状の被計測物 ５０ 第２の光ファイバ ６０ グレーティング構造 Reference Signs List 1 planar sensor 10 optical fiber 11 second optical fiber 12 core 14 clad 20 grating structure 22 phase mask 30 base sheet 32 adhesive 34 cover sheet 40 box-shaped measured object 50 second optical fiber 60 grating structure
Claims (4)
て、 上記光ファイバは、周期の異なる複数のグレーティング
構造を備えていて、 ベースシートに上記光ファイバを取り付けていることを
特徴とする面状センサ。1. A surface sensor using an optical fiber, wherein the optical fiber includes a plurality of grating structures having different periods, and the optical fiber is attached to a base sheet. Shape sensor.
て、 上記光ファイバは、周期の異なる複数のグレーティング
構造を備えていて、 被計測表面に上記光ファイバを直接取り付けていること
を特徴とする面状センサ。2. A planar sensor using an optical fiber, wherein the optical fiber has a plurality of grating structures having different periods, and the optical fiber is directly attached to a surface to be measured. Surface sensor.
異なる方向に配置されていることを特徴とする面状セン
サ。3. The planar sensor according to claim 1, wherein at least two of the grating structures are arranged in directions different from each other.
とを特徴とする面状センサ。4. The planar sensor according to claim 1, comprising a plurality of optical fibers having different material compositions.
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| JP2002071323A true JP2002071323A (en) | 2002-03-08 |
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