JP2003287435A - Ｆｂｇ式変換器における温度補償構造 - Google Patents
Ｆｂｇ式変換器における温度補償構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】中間にＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格子）
を形成した光ファイバをＦＢＧの両側の固定部において
被測定物に固定して、測定すべき物理量たる被測定物の
ひずみを計測するＦＢＧ式変換器において、ＦＢＧのブ
ラッグ波長が雰囲気温度によって変化しないように温度
補償する。 【解決手段】ＦＢＧ１の両側の固定部２ａのうちの少な
くとも一方をバイメタル部材３を介して被測定物Ｗに固
定し、雰囲気温度が上昇又は下降したとき、バイメタル
部材３のたわみによりＦＢＧ１に作用させる張力を減少
又は増加させる。雰囲気温度の上昇によるブラッグ波長
の増加分はＦＢＧ１の張力減少に伴うブラッグ波長の減
少で相殺され、また、雰囲気温度の低下によるブラッグ
波長の減少分はＦＢＧ１の張力増加に伴うブラッグ波長
の増加で相殺され、雰囲気温度でブラッグ波長が変化し
ないように温度補償される。
を形成した光ファイバをＦＢＧの両側の固定部において
被測定物に固定して、測定すべき物理量たる被測定物の
ひずみを計測するＦＢＧ式変換器において、ＦＢＧのブ
ラッグ波長が雰囲気温度によって変化しないように温度
補償する。 【解決手段】ＦＢＧ１の両側の固定部２ａのうちの少な
くとも一方をバイメタル部材３を介して被測定物Ｗに固
定し、雰囲気温度が上昇又は下降したとき、バイメタル
部材３のたわみによりＦＢＧ１に作用させる張力を減少
又は増加させる。雰囲気温度の上昇によるブラッグ波長
の増加分はＦＢＧ１の張力減少に伴うブラッグ波長の減
少で相殺され、また、雰囲気温度の低下によるブラッグ
波長の減少分はＦＢＧ１の張力増加に伴うブラッグ波長
の増加で相殺され、雰囲気温度でブラッグ波長が変化し
ないように温度補償される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中間にＦＢＧ（光
ファイバブラッグ回折格子）を形成した光ファイバを用
い、ＦＢＧに作用させる張力を測定すべき物理量に応じ
て変化させて、この物理量を計測するＦＢＧ式変換器に
おける温度補償構造に関する。
ファイバブラッグ回折格子）を形成した光ファイバを用
い、ＦＢＧに作用させる張力を測定すべき物理量に応じ
て変化させて、この物理量を計測するＦＢＧ式変換器に
おける温度補償構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＦＢＧは、光ファイバ中を光波が伝搬し
ているとき、ブラッグ波長と呼ばれる或る特定の波長の
光を反射する機能を持った光ファイバである。ＦＢＧの
ブラッグ波長は、ＦＢＧに作用させる張力（ＦＢＧのひ
ずみ）に応じて変化する性質がある。そのため、ＦＢＧ
は、例えばひずみ検知素子として利用できる。
ているとき、ブラッグ波長と呼ばれる或る特定の波長の
光を反射する機能を持った光ファイバである。ＦＢＧの
ブラッグ波長は、ＦＢＧに作用させる張力（ＦＢＧのひ
ずみ）に応じて変化する性質がある。そのため、ＦＢＧ
は、例えばひずみ検知素子として利用できる。
【０００３】然し、ＦＢＧのブラッグ波長は温度によっ
ても変化する性質があり、その変化率（零点移動量）は
ひずみ相当で約＋８×１０-6／℃（波長シフト量が９〜
１０pm／℃）になる。従って、ＦＢＧを用いて被測定物
のひずみ等の物理量を計測する場合、ＦＢＧの温度補償
が必要になる。そこで、従来は、一般的に、被測定物の
計測に併せて雰囲気温度を測定し、測定された雰囲気温
度に応じ後処理で補正する方法（温度補正方法）を採用
している。
ても変化する性質があり、その変化率（零点移動量）は
ひずみ相当で約＋８×１０-6／℃（波長シフト量が９〜
１０pm／℃）になる。従って、ＦＢＧを用いて被測定物
のひずみ等の物理量を計測する場合、ＦＢＧの温度補償
が必要になる。そこで、従来は、一般的に、被測定物の
計測に併せて雰囲気温度を測定し、測定された雰囲気温
度に応じ後処理で補正する方法（温度補正方法）を採用
している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記温度補正法では、
雰囲気温度の測定が別途必要になるため、コスト高にな
る不具合がある。また、温度補正のための後処理が必要
となるため手間がかかるという不具合もある。
雰囲気温度の測定が別途必要になるため、コスト高にな
る不具合がある。また、温度補正のための後処理が必要
となるため手間がかかるという不具合もある。
【０００５】本発明は、以上の点に鑑み、雰囲気温度の
測定を不要としたＦＢＧ式変換器における温度補償構造
を提供することをその課題としている。
測定を不要としたＦＢＧ式変換器における温度補償構造
を提供することをその課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、中間にＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折
格子）を形成した光ファイバを用い、ＦＢＧに作用させ
る張力を測定すべき物理量に応じて変化させて、この物
理量を計測するＦＢＧ式変換器において、前記ＦＢＧに
作用させる張力を雰囲気温度に応じて可変させるバイメ
タル部材を設け、このバイメタル部材により該雰囲気温
度に応じた前記ＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制する
ように温度補償を行うことを特徴とする。
に、本発明は、中間にＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折
格子）を形成した光ファイバを用い、ＦＢＧに作用させ
る張力を測定すべき物理量に応じて変化させて、この物
理量を計測するＦＢＧ式変換器において、前記ＦＢＧに
作用させる張力を雰囲気温度に応じて可変させるバイメ
タル部材を設け、このバイメタル部材により該雰囲気温
度に応じた前記ＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制する
ように温度補償を行うことを特徴とする。
【０００７】ＦＢＧのブラッグ波長は、温度変化と張力
変化との何れに対しても正の変化を生じ、雰囲気温度の
上昇によるブラッグ波長の増加分だけ張力低下でブラッ
グ波長を減少させることにより、雰囲気温度でブラッグ
波長が変化しないように温度補償することができる。本
発明は、この原理を利用したものであり、雰囲気温度に
応じたバイメタル部材のたわみ変化により、ＦＢＧに作
用させる張力が雰囲気温度によるブラッグ波長の変化を
抑制する（好ましくは相殺する）ように自動的に可変さ
れ、温度補償が為される。従って、雰囲気温度の測定が
不要になり、コストダウンを図ることができる。
変化との何れに対しても正の変化を生じ、雰囲気温度の
上昇によるブラッグ波長の増加分だけ張力低下でブラッ
グ波長を減少させることにより、雰囲気温度でブラッグ
波長が変化しないように温度補償することができる。本
発明は、この原理を利用したものであり、雰囲気温度に
応じたバイメタル部材のたわみ変化により、ＦＢＧに作
用させる張力が雰囲気温度によるブラッグ波長の変化を
抑制する（好ましくは相殺する）ように自動的に可変さ
れ、温度補償が為される。従って、雰囲気温度の測定が
不要になり、コストダウンを図ることができる。
【０００８】ここで、光ファイバをＦＢＧの両側の固定
部において被測定物に固定して、測定すべき物理量たる
被測定物のひずみを計測するＦＢＧ式変換器において
は、前記両側の固定部のうちの少なくとも一方をバイメ
タル部材を介して被測定物に固定しておく。そして、Ｆ
ＢＧに作用させる張力を雰囲気温度に応じバイメタル部
材により可変させることにより、該雰囲気温度に応じた
前記ＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制するように温度
補償を行うことができる。
部において被測定物に固定して、測定すべき物理量たる
被測定物のひずみを計測するＦＢＧ式変換器において
は、前記両側の固定部のうちの少なくとも一方をバイメ
タル部材を介して被測定物に固定しておく。そして、Ｆ
ＢＧに作用させる張力を雰囲気温度に応じバイメタル部
材により可変させることにより、該雰囲気温度に応じた
前記ＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制するように温度
補償を行うことができる。
【０００９】この場合、被測定物のひずみ計測箇所の両
側に固定される一対の筒状ケースを設け、これら両筒状
ケースに光ファイバを貫通させて、ＦＢＧの両側の固定
部を少なくとも一方にバイメタル部材を介在させた状態
で両筒状ケースの内面に固定すると共に、両筒状ケース
間の隙間を伸縮自在なカバー部材で密閉することが好ま
しい。これによれば、ＦＢＧおよびバイメタル部材が外
部環境に対し遮蔽され、耐環境性が向上する。
側に固定される一対の筒状ケースを設け、これら両筒状
ケースに光ファイバを貫通させて、ＦＢＧの両側の固定
部を少なくとも一方にバイメタル部材を介在させた状態
で両筒状ケースの内面に固定すると共に、両筒状ケース
間の隙間を伸縮自在なカバー部材で密閉することが好ま
しい。これによれば、ＦＢＧおよびバイメタル部材が外
部環境に対し遮蔽され、耐環境性が向上する。
【００１０】ところで、前記被測定物の線膨張係数が比
較的大きいような場合には、雰囲気温度の上昇に伴う被
測定物の熱膨張によってＦＢＧの両側の固定部の間隔が
広がってＦＢＧに作用させる張力が増加し、ひいてはＦ
ＢＧのブラッグ波長が増加する。つまり、ＦＢＧのブラ
ッグ波長は、雰囲気温度が上昇すると、該ブラッグ波長
自体の温度特性に起因する増加分に加えて、被測定物の
熱膨張に伴うＦＢＧの張力増加の分だけ余分に増加す
る。そこで、この被測定物の熱膨張の影響を補償するた
めに、前記バイメタル部材は、前記雰囲気温度に応じた
前記ＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制すると共に、前
記被測定物の熱膨張に伴う該ＦＢＧの張力変化を抑制す
る形状変化が雰囲気温度に応じて生じるように構成され
ていることが好ましい。このようなバイメタル部材の形
状変化は、より具体的には、例えば雰囲気温度が上昇し
たとき、バイメタル部材が、ブラッグ波長自体の温度特
性に起因する該ブラッグ波長の変化を抑制する場合より
も、被測定物の熱膨張に伴うＦＢＧの張力増加の分だけ
さらに余分に、該ＦＢＧの張力を減少させる方向にたわ
み変形するように、バイメタル部材の材質、形状、サイ
ズ等を設定しておくことで実現される。
較的大きいような場合には、雰囲気温度の上昇に伴う被
測定物の熱膨張によってＦＢＧの両側の固定部の間隔が
広がってＦＢＧに作用させる張力が増加し、ひいてはＦ
ＢＧのブラッグ波長が増加する。つまり、ＦＢＧのブラ
ッグ波長は、雰囲気温度が上昇すると、該ブラッグ波長
自体の温度特性に起因する増加分に加えて、被測定物の
熱膨張に伴うＦＢＧの張力増加の分だけ余分に増加す
る。そこで、この被測定物の熱膨張の影響を補償するた
めに、前記バイメタル部材は、前記雰囲気温度に応じた
前記ＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制すると共に、前
記被測定物の熱膨張に伴う該ＦＢＧの張力変化を抑制す
る形状変化が雰囲気温度に応じて生じるように構成され
ていることが好ましい。このようなバイメタル部材の形
状変化は、より具体的には、例えば雰囲気温度が上昇し
たとき、バイメタル部材が、ブラッグ波長自体の温度特
性に起因する該ブラッグ波長の変化を抑制する場合より
も、被測定物の熱膨張に伴うＦＢＧの張力増加の分だけ
さらに余分に、該ＦＢＧの張力を減少させる方向にたわ
み変形するように、バイメタル部材の材質、形状、サイ
ズ等を設定しておくことで実現される。
【００１１】これにより、雰囲気温度の変化に伴うＦＢ
Ｇ自体のブラッグ波長の変化に加えて、被測定物の熱膨
張に伴うＦＢＧの張力変化の影響も補償することができ
る。
Ｇ自体のブラッグ波長の変化に加えて、被測定物の熱膨
張に伴うＦＢＧの張力変化の影響も補償することができ
る。
【００１２】また、円弧形状の金属帯を備え、該金属帯
の両端間の切欠き部を通る前記円弧形状の直径方向をＸ
軸方向、Ｘ軸方向に直交する前記円弧形状の直径方向を
Ｙ軸方向として、前記金属帯のＹ軸方向両側部をＹ軸方
向の自由度を持つように支持部材で支持し、前記金属帯
の前記切欠き部とは反対側のＸ軸方向部分に設けた入力
部に測定すべき物理量の変化に応じた外力を作用させる
と共に、ＦＢＧが前記切欠き部に張り渡されるように、
光ファイバをＦＢＧの両側の固定部において前記金属帯
の両端に固定して成るＦＢＧ式変換器も考えられてい
る。このものでは、入力部に作用する外力により金属帯
がＹ軸方向を長径方向とする楕円状にひずみ、このひず
みにより切欠き部の幅が広がってＦＢＧに作用させる張
力が増し、入力部に作用する外力、即ち、測定すべき物
理量が計測される。このような変換器においては、前記
支持部材をバイメタル部材で構成することにより、ＦＢ
Ｇに作用させる張力を雰囲気温度に応じバイメタル部材
により前記金属帯を介して可変させることにより、雰囲
気温度に応じたＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制する
ように温度補償を行うことができる。
の両端間の切欠き部を通る前記円弧形状の直径方向をＸ
軸方向、Ｘ軸方向に直交する前記円弧形状の直径方向を
Ｙ軸方向として、前記金属帯のＹ軸方向両側部をＹ軸方
向の自由度を持つように支持部材で支持し、前記金属帯
の前記切欠き部とは反対側のＸ軸方向部分に設けた入力
部に測定すべき物理量の変化に応じた外力を作用させる
と共に、ＦＢＧが前記切欠き部に張り渡されるように、
光ファイバをＦＢＧの両側の固定部において前記金属帯
の両端に固定して成るＦＢＧ式変換器も考えられてい
る。このものでは、入力部に作用する外力により金属帯
がＹ軸方向を長径方向とする楕円状にひずみ、このひず
みにより切欠き部の幅が広がってＦＢＧに作用させる張
力が増し、入力部に作用する外力、即ち、測定すべき物
理量が計測される。このような変換器においては、前記
支持部材をバイメタル部材で構成することにより、ＦＢ
Ｇに作用させる張力を雰囲気温度に応じバイメタル部材
により前記金属帯を介して可変させることにより、雰囲
気温度に応じたＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制する
ように温度補償を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１
（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図１（ａ），
（ｂ）はそれぞれ、被測定物Ｗのひずみを計測するＦＢ
Ｇ式変換器の正面図、側面図を示している。この変換器
は、中間にＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格子）１を
形成した光ファイバ２を備えており、この光ファイバ２
をＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａにおいて被測定物
Ｗに固定して、ＦＢＧ１に作用させる張力が被測定物Ｗ
のひずみに応じて変化するようにしている。そして、光
ファイバ２を図外の波長測定器に接続し、ＦＢＧ１に作
用させる張力の変化に伴うブラッグ波長の変化に基づい
て被測定物Ｗのひずみを計測する。
（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図１（ａ），
（ｂ）はそれぞれ、被測定物Ｗのひずみを計測するＦＢ
Ｇ式変換器の正面図、側面図を示している。この変換器
は、中間にＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格子）１を
形成した光ファイバ２を備えており、この光ファイバ２
をＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａにおいて被測定物
Ｗに固定して、ＦＢＧ１に作用させる張力が被測定物Ｗ
のひずみに応じて変化するようにしている。そして、光
ファイバ２を図外の波長測定器に接続し、ＦＢＧ１に作
用させる張力の変化に伴うブラッグ波長の変化に基づい
て被測定物Ｗのひずみを計測する。
【００１４】ここで、ブラッグ波長はＦＢＧ１の張力だ
けでなく温度によっても変化する。そこで、本実施形態
では、ＦＢＧ１の温度補償のため、ＦＢＧ１の両側の固
定部２ａ，２ａをそれぞれ帯状のバイメタル部材３，３
を介して被測定物Ｗに固定している。両バイメタル部材
３，３は、被測定物Ｗのひずみ計測箇所の両側にそれぞ
れ基端部において固定金具４，４により固定されてお
り、両バイメタル部材３，３の自由端（図では上端）に
ＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａをＦＢＧ１に所定の
張力を付与した状態で接着剤等により固定している。
けでなく温度によっても変化する。そこで、本実施形態
では、ＦＢＧ１の温度補償のため、ＦＢＧ１の両側の固
定部２ａ，２ａをそれぞれ帯状のバイメタル部材３，３
を介して被測定物Ｗに固定している。両バイメタル部材
３，３は、被測定物Ｗのひずみ計測箇所の両側にそれぞ
れ基端部において固定金具４，４により固定されてお
り、両バイメタル部材３，３の自由端（図では上端）に
ＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａをＦＢＧ１に所定の
張力を付与した状態で接着剤等により固定している。
【００１５】両バイメタル部材３，３のたわみ方向は、
両者の自由端同士が雰囲気温度の上昇で接近し、雰囲気
温度の下降で離間する方向にたわむように設定され、ま
た、温度に対するブラッグ波長の変化率に応じたたわみ
力が発生するように各バイメタル部材３の形状（板厚、
長さ、幅）を設定している。そのため、雰囲気温度が上
昇又は下降すると、ＦＢＧ１の張力が温度変化に応じ所
要の変化率で減少又は増加する。従って、雰囲気温度の
上昇によるブラッグ波長の増加分はＦＢＧ１の張力減少
に伴うブラッグ波長の減少で相殺される。また、雰囲気
温度の低下によるブラッグ波長の減少分はＦＢＧ１の張
力増加に伴うブラッグ波長の増加で相殺される。これに
より、雰囲気温度の変化によってブラッグ波長が変化し
ないように温度補償することができる。
両者の自由端同士が雰囲気温度の上昇で接近し、雰囲気
温度の下降で離間する方向にたわむように設定され、ま
た、温度に対するブラッグ波長の変化率に応じたたわみ
力が発生するように各バイメタル部材３の形状（板厚、
長さ、幅）を設定している。そのため、雰囲気温度が上
昇又は下降すると、ＦＢＧ１の張力が温度変化に応じ所
要の変化率で減少又は増加する。従って、雰囲気温度の
上昇によるブラッグ波長の増加分はＦＢＧ１の張力減少
に伴うブラッグ波長の減少で相殺される。また、雰囲気
温度の低下によるブラッグ波長の減少分はＦＢＧ１の張
力増加に伴うブラッグ波長の増加で相殺される。これに
より、雰囲気温度の変化によってブラッグ波長が変化し
ないように温度補償することができる。
【００１６】また、被測定物Ｗの外力によるひずみを被
測定物Ｗの熱膨張による影響を除外して計測することが
要求される場合には、バイメタル部材３のたわみ変化が
被測定物Ｗの線膨張係数を加味した値になるようにバイ
メタル部材３のたわみ変形特性（雰囲気温度に応じたた
わみ変形特性）を設定する。より具体的には、雰囲気温
度が上昇したとき、ブラッグ波長自体の温度特性による
ブラッグ波長の増加分のみを補償する場合よりも、被測
定物Ｗの熱膨張に伴うＦＢＧ１の張力増加分を相殺し得
る量だけ余分に、両バイメタル部材３，３が、その自由
端同士が接近する方向にたわむように、両バイメタル部
材３，３のたわみ変形特性を設定しておく。これにより
ＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａ間の距離が被測定物
Ｗの熱膨張で変化することを防止することができる。
尚、バイメタル部材３のたわみ変形特性は、例えば、該
バイメタル部材３を構成する低膨張率側及び高膨張率側
の材質や、バイメタル部材３の形状、サイズ等によって
調整することが可能である。
測定物Ｗの熱膨張による影響を除外して計測することが
要求される場合には、バイメタル部材３のたわみ変化が
被測定物Ｗの線膨張係数を加味した値になるようにバイ
メタル部材３のたわみ変形特性（雰囲気温度に応じたた
わみ変形特性）を設定する。より具体的には、雰囲気温
度が上昇したとき、ブラッグ波長自体の温度特性による
ブラッグ波長の増加分のみを補償する場合よりも、被測
定物Ｗの熱膨張に伴うＦＢＧ１の張力増加分を相殺し得
る量だけ余分に、両バイメタル部材３，３が、その自由
端同士が接近する方向にたわむように、両バイメタル部
材３，３のたわみ変形特性を設定しておく。これにより
ＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａ間の距離が被測定物
Ｗの熱膨張で変化することを防止することができる。
尚、バイメタル部材３のたわみ変形特性は、例えば、該
バイメタル部材３を構成する低膨張率側及び高膨張率側
の材質や、バイメタル部材３の形状、サイズ等によって
調整することが可能である。
【００１７】尚、上記第１実施形態では、バイメタル部
材３を真直形状のものとしたが、図２に第２実施形態と
して示す如く、湾曲形状のバイメタル部材３を用いるこ
とも可能である。この場合、第２実施形態のバイメタル
部材３は、その自由端が被測定物Ｗの法線方向に変位し
つつ被測定物Ｗの長手方向に変位するようにたわみ変化
し、この長手方向の変位を利用して温度補償を行う。
材３を真直形状のものとしたが、図２に第２実施形態と
して示す如く、湾曲形状のバイメタル部材３を用いるこ
とも可能である。この場合、第２実施形態のバイメタル
部材３は、その自由端が被測定物Ｗの法線方向に変位し
つつ被測定物Ｗの長手方向に変位するようにたわみ変化
し、この長手方向の変位を利用して温度補償を行う。
【００１８】また、図３に第３実施形態として示す如
く、固定金具４を基端部に二股状等の光ファイバ挿通部
４ａを有するものに形成し、固定金具４に逆Ｕ字状のバ
イメタル部材３を取り付けて、被測定物Ｗの表面側にの
びるバイメタル部材３の自由端に前記固定部２ａを固定
しても良い。これによれば、ＦＢＧ１が被測定物Ｗの表
面に接近し、被測定物Ｗのひずみを精度良く計測できる
ようになる。
く、固定金具４を基端部に二股状等の光ファイバ挿通部
４ａを有するものに形成し、固定金具４に逆Ｕ字状のバ
イメタル部材３を取り付けて、被測定物Ｗの表面側にの
びるバイメタル部材３の自由端に前記固定部２ａを固定
しても良い。これによれば、ＦＢＧ１が被測定物Ｗの表
面に接近し、被測定物Ｗのひずみを精度良く計測できる
ようになる。
【００１９】また、上記実施形態では、ＦＢＧ１の両側
の固定部２ａ，２ａを共にバイメタル部材３，３を介し
て被測定物Ｗに固定したが、図４に第４実施形態として
示す如く、ＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａのうちの
一方のみをバイメタル部材３を介して被測定物Ｗに固定
しても良い。この場合、他方の固定部２ａは高さを揃え
るためのスペーサ金具５を介して被測定物Ｗに固定す
る。尚、この場合、バイメタル部材３は、前記第２ある
いは第３実施形態のもののように湾曲形状に形成されて
いてもよい。
の固定部２ａ，２ａを共にバイメタル部材３，３を介し
て被測定物Ｗに固定したが、図４に第４実施形態として
示す如く、ＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａのうちの
一方のみをバイメタル部材３を介して被測定物Ｗに固定
しても良い。この場合、他方の固定部２ａは高さを揃え
るためのスペーサ金具５を介して被測定物Ｗに固定す
る。尚、この場合、バイメタル部材３は、前記第２ある
いは第３実施形態のもののように湾曲形状に形成されて
いてもよい。
【００２０】次に、図５に示す第５実施形態について説
明する。このものでは、一対の筒状ケース６，６を用意
して、両筒状ケース６，６を同心に対向させた状態で、
それぞれの外端のフランジ部６ａ，６ａにおいて被測定
物Ｗのひずみ計測箇所の両側に固定している。そして、
両筒状ケース６，６の内面にそれぞれバイメタル部材
３，３をその基端部において固定金具４，４により固定
すると共に、光ファイバ２を両筒状ケース６，６に貫通
させ、ＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａを両バイメタ
ル部材３，３の自由端に接着剤等で固定している。
明する。このものでは、一対の筒状ケース６，６を用意
して、両筒状ケース６，６を同心に対向させた状態で、
それぞれの外端のフランジ部６ａ，６ａにおいて被測定
物Ｗのひずみ計測箇所の両側に固定している。そして、
両筒状ケース６，６の内面にそれぞれバイメタル部材
３，３をその基端部において固定金具４，４により固定
すると共に、光ファイバ２を両筒状ケース６，６に貫通
させ、ＦＢＧ１の両側の固定部２ａ，２ａを両バイメタ
ル部材３，３の自由端に接着剤等で固定している。
【００２１】これによれば、ＦＢＧ１の両側の固定部２
ａ，２ａがそれぞれバイメタル部材３と筒状ケース６と
を介して被測定物Ｗに固定されることになり、上記実施
形態と同様に被測定物Ｗのひずみを計測できると共に、
雰囲気温度でブラッグ波長が変化しないように温度補償
することができる。更に、このものでは、両筒状ケース
６，６間の隙間をベローズ等の伸縮自在なカバー部材７
で密閉しており、そのため、ＦＢＧ１およびバイメタル
部材３が外部環境に対し遮蔽され、耐環境性が向上す
る。尚、第４実施形態と同様にＦＢＧ１の両側の固定部
２ａ，２ａのうちの一方のみをバイメタル部材３を介し
て筒状ケース６に固定しても良い。
ａ，２ａがそれぞれバイメタル部材３と筒状ケース６と
を介して被測定物Ｗに固定されることになり、上記実施
形態と同様に被測定物Ｗのひずみを計測できると共に、
雰囲気温度でブラッグ波長が変化しないように温度補償
することができる。更に、このものでは、両筒状ケース
６，６間の隙間をベローズ等の伸縮自在なカバー部材７
で密閉しており、そのため、ＦＢＧ１およびバイメタル
部材３が外部環境に対し遮蔽され、耐環境性が向上す
る。尚、第４実施形態と同様にＦＢＧ１の両側の固定部
２ａ，２ａのうちの一方のみをバイメタル部材３を介し
て筒状ケース６に固定しても良い。
【００２２】最後に、第６実施形態を図６及び図７を参
照して説明する。この実施形態は、ボーリング孔内の地
下水中に沈めて地下水位を計測するＦＢＧ式変換器であ
り、上端が閉塞された筒状の変換器本体１１を備えてい
る。変換器本体１の下部には筒部材１４が内挿され、こ
の筒部材１４の上端に該筒部材１４の軸心側に張り出す
ように形成された仕切板部１４ａにより、変換器本体１
１の内部の空間が仕切板部１４ａの上側の主室１２と下
側の副室１３（筒部材１４の内部の空間）とに画成され
ている。そして、主室１２に後記詳述する起歪体を収納
すると共に、副室１３に受圧部材たるベローズ１５を仕
切板部１４ａの下面に密着させた状態で収納している。
また、変換器本体１１の下端に螺着されるキャップ１６
に形成した透孔１６ａを介して副室１３に導入される水
圧によりベローズ１５が押し上げられるようにしてい
る。尚、水圧を受ける受圧部材はベローズ１５に限られ
るものではなく、例えば、ダイアフラムであっても良
い。また、筒部材１４の外周面にＯリング１７を装着し
て、主室１２に水が侵入しないようにしている。
照して説明する。この実施形態は、ボーリング孔内の地
下水中に沈めて地下水位を計測するＦＢＧ式変換器であ
り、上端が閉塞された筒状の変換器本体１１を備えてい
る。変換器本体１の下部には筒部材１４が内挿され、こ
の筒部材１４の上端に該筒部材１４の軸心側に張り出す
ように形成された仕切板部１４ａにより、変換器本体１
１の内部の空間が仕切板部１４ａの上側の主室１２と下
側の副室１３（筒部材１４の内部の空間）とに画成され
ている。そして、主室１２に後記詳述する起歪体を収納
すると共に、副室１３に受圧部材たるベローズ１５を仕
切板部１４ａの下面に密着させた状態で収納している。
また、変換器本体１１の下端に螺着されるキャップ１６
に形成した透孔１６ａを介して副室１３に導入される水
圧によりベローズ１５が押し上げられるようにしてい
る。尚、水圧を受ける受圧部材はベローズ１５に限られ
るものではなく、例えば、ダイアフラムであっても良
い。また、筒部材１４の外周面にＯリング１７を装着し
て、主室１２に水が侵入しないようにしている。
【００２３】起歪体は、円弧形状の金属帯１８で構成さ
れている。ここで、金属帯１８の両端間の切欠き部１８
ａを通る円弧形状の直径方向をＸ軸方向、これに直交す
る円弧形状の直径方向をＹ軸方向とする。このとき、金
属帯１８は、Ｘ軸方向が上下方向になり、且つ、切欠き
部１８ａが上方を向く姿勢で主室１２に収納されてい
る。主室１２には、仕切板部１４ａの上面に立設したブ
ラケット１９が配置されており、このブラケット１９の
上端に、Ｙ軸方向に弾性的に開閉自在な二股形状の支持
部材２０をボルト２１を介して垂設している。そして、
この支持部材２０に金属帯１８のＹ軸方向両側部をそれ
ぞれボルト２２，２２により連結している。これによ
り、金属帯１８のＹ軸方向両側部は、変換器本体１１に
対しＹ軸方向の自由度を持って支持され、金属帯１８が
Ｙ軸方向を長径方向とする楕円形状にひずみ得るように
なる。
れている。ここで、金属帯１８の両端間の切欠き部１８
ａを通る円弧形状の直径方向をＸ軸方向、これに直交す
る円弧形状の直径方向をＹ軸方向とする。このとき、金
属帯１８は、Ｘ軸方向が上下方向になり、且つ、切欠き
部１８ａが上方を向く姿勢で主室１２に収納されてい
る。主室１２には、仕切板部１４ａの上面に立設したブ
ラケット１９が配置されており、このブラケット１９の
上端に、Ｙ軸方向に弾性的に開閉自在な二股形状の支持
部材２０をボルト２１を介して垂設している。そして、
この支持部材２０に金属帯１８のＹ軸方向両側部をそれ
ぞれボルト２２，２２により連結している。これによ
り、金属帯１８のＹ軸方向両側部は、変換器本体１１に
対しＹ軸方向の自由度を持って支持され、金属帯１８が
Ｙ軸方向を長径方向とする楕円形状にひずみ得るように
なる。
【００２４】金属帯１８の切欠き部１８ａとは反対側の
Ｘ軸方向部分、即ち、金属帯１８の下端部は該金属帯１
８に外力を作用させる入力部１８ｂとなっており、この
入力部１８ｂを、ベローズ１５の下端から立設したロッ
ド１５ａの上部のねじ部に締結している。この構成によ
って、水圧によりベローズ１５が押し上げられると、入
力部１８ｂにロッド１５ａを介して上方への外力が作用
し、金属帯１８はＹ軸方向を長径方向とする楕円形状に
ひずむ。
Ｘ軸方向部分、即ち、金属帯１８の下端部は該金属帯１
８に外力を作用させる入力部１８ｂとなっており、この
入力部１８ｂを、ベローズ１５の下端から立設したロッ
ド１５ａの上部のねじ部に締結している。この構成によ
って、水圧によりベローズ１５が押し上げられると、入
力部１８ｂにロッド１５ａを介して上方への外力が作用
し、金属帯１８はＹ軸方向を長径方向とする楕円形状に
ひずむ。
【００２５】そして、金属帯１８の上記ひずみを検知す
るため、図７に示す如く、中間にＦＢＧ１を形成した光
ファイバ２を、ＦＢＧ１がＹ軸方向に延在して切欠き部
１８ａに張り渡されるように、ＦＢＧ１の両側の固定部
２ａ，２ａにおいて金属帯１８の両端に接着剤２３で固
定している。金属帯１８がＹ軸方向を長径方向とする楕
円形状にひずむと、切欠き部１８ａの幅が広がってＦＢ
Ｇ１に作用させる張力が増し、ＦＢＧ１のブラッグ波長
が変化する。従って、ブラッグ波長を測定することで金
属帯１８のひずみを検知でき、金属帯１８の外力―ひず
み特性から入力部１８ｂに作用する外力、即ち、水圧
（地下水位）を計測できる。尚、金属帯１８の熱膨張に
起因するひずみによる変換器の零点の温度影響を小さく
するため、金属帯１８は線膨張係数の小さな材料、例え
ば、合金中で線膨張係数が最小（１×１０-6／℃未満）
のスーパーインバで形成することが望ましい。
るため、図７に示す如く、中間にＦＢＧ１を形成した光
ファイバ２を、ＦＢＧ１がＹ軸方向に延在して切欠き部
１８ａに張り渡されるように、ＦＢＧ１の両側の固定部
２ａ，２ａにおいて金属帯１８の両端に接着剤２３で固
定している。金属帯１８がＹ軸方向を長径方向とする楕
円形状にひずむと、切欠き部１８ａの幅が広がってＦＢ
Ｇ１に作用させる張力が増し、ＦＢＧ１のブラッグ波長
が変化する。従って、ブラッグ波長を測定することで金
属帯１８のひずみを検知でき、金属帯１８の外力―ひず
み特性から入力部１８ｂに作用する外力、即ち、水圧
（地下水位）を計測できる。尚、金属帯１８の熱膨張に
起因するひずみによる変換器の零点の温度影響を小さく
するため、金属帯１８は線膨張係数の小さな材料、例え
ば、合金中で線膨張係数が最小（１×１０-6／℃未満）
のスーパーインバで形成することが望ましい。
【００２６】変換器本体１１の上端には、上方にのびる
一対の保護チューブ２４が液密に取り付けられており、
光ファイバ２を保護チューブ２４に挿通して、ボーリン
グ孔の外部に配置する図外の波長測定器に接続する。
尚、主室１２は、大気圧変動を補償するため、保護チュ
ーブ２４を介して大気側に開放されている。また、保護
チューブ２４の先端には、大気中の湿度侵入を防止する
ため除湿剤室（図示せず）が設けられている。
一対の保護チューブ２４が液密に取り付けられており、
光ファイバ２を保護チューブ２４に挿通して、ボーリン
グ孔の外部に配置する図外の波長測定器に接続する。
尚、主室１２は、大気圧変動を補償するため、保護チュ
ーブ２４を介して大気側に開放されている。また、保護
チューブ２４の先端には、大気中の湿度侵入を防止する
ため除湿剤室（図示せず）が設けられている。
【００２７】ここで、前記支持部材２０は、その二股部
が雰囲気温度の上昇でＹ軸方向内側にたわみ、雰囲気温
度の下降でＹ軸方向外側にたわむようにしたバイメタル
部材（例えば低膨張率側が３６Ｎｉ―Ｆｅ合金、高膨張
率側が２２Ｎｉ―４Ｃｒ―Ｆｅ合金から成るバイメタル
部材）で構成されている。そのため、雰囲気温度が上昇
すると、支持部材２０を介して金属帯１８に作用するＹ
軸方向内側へのたわみ力により切欠き部１８ａの幅が狭
められて、ＦＢＧ１の張力が減少する。また、雰囲気温
度が下降すると、支持部材２０を介して金属帯１８に作
用するＹ軸方向外側へのたわみ力により切欠き部１８ａ
の幅が広げられて、ＦＢＧ１の張力が増加する。従っ
て、雰囲気温度の上昇によるブラッグ波長の増加分はＦ
ＢＧ１の張力減少に伴うブラッグ波長の減少で相殺され
る。また、雰囲気温度の低下によるブラッグ波長の減少
分はＦＢＧ１の張力増加に伴うブラッグ波長の増加で相
殺される。これにより、雰囲気温度でブラッグ波長が変
化しないように温度補償することができる。
が雰囲気温度の上昇でＹ軸方向内側にたわみ、雰囲気温
度の下降でＹ軸方向外側にたわむようにしたバイメタル
部材（例えば低膨張率側が３６Ｎｉ―Ｆｅ合金、高膨張
率側が２２Ｎｉ―４Ｃｒ―Ｆｅ合金から成るバイメタル
部材）で構成されている。そのため、雰囲気温度が上昇
すると、支持部材２０を介して金属帯１８に作用するＹ
軸方向内側へのたわみ力により切欠き部１８ａの幅が狭
められて、ＦＢＧ１の張力が減少する。また、雰囲気温
度が下降すると、支持部材２０を介して金属帯１８に作
用するＹ軸方向外側へのたわみ力により切欠き部１８ａ
の幅が広げられて、ＦＢＧ１の張力が増加する。従っ
て、雰囲気温度の上昇によるブラッグ波長の増加分はＦ
ＢＧ１の張力減少に伴うブラッグ波長の減少で相殺され
る。また、雰囲気温度の低下によるブラッグ波長の減少
分はＦＢＧ１の張力増加に伴うブラッグ波長の増加で相
殺される。これにより、雰囲気温度でブラッグ波長が変
化しないように温度補償することができる。
【００２８】尚、第６実施形態の変換器は、水圧（地下
水位）以外の圧力の計測にも使用でき、更に、金属帯１
８の入力部１８ｂに被測定物に接触する測定子を連結し
て、被測定物の変位を計測することもできる。
水位）以外の圧力の計測にも使用でき、更に、金属帯１
８の入力部１８ｂに被測定物に接触する測定子を連結し
て、被測定物の変位を計測することもできる。
【図１】（ａ）本発明の第１実施形態を示す正面図、
（ｂ）その側面図。
（ｂ）その側面図。
【図２】本発明の第２実施形態を示す正面図。
【図３】本発明の第３実施形態を示す正面図。
【図４】本発明の第４実施形態を示す正面図。
【図５】本発明の第５実施形態を示す切断正面図。
【図６】本発明の第６実施形態を示す切断正面図。
【図７】図６のＢ部の拡大図。
１…ＦＢＧ、２…光ファイバ、２ａ…固定部、３…バイ
メタル部材、６…筒状ケース、７…カバー部材、１８…
金属帯、１８ａ…切欠き部、１８ｂ…入力部、２０…支
持部材（バイメタル部材）。
メタル部材、６…筒状ケース、７…カバー部材、１８…
金属帯、１８ａ…切欠き部、１８ｂ…入力部、２０…支
持部材（バイメタル部材）。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０２Ｂ 6/10 Ｇ０１Ｂ 11/16 Ｇ
// Ｇ０１Ｂ 11/16 Ｇ０１Ｄ 3/04 Ｄ
(72)発明者 山賀 一徳
東京都品川区南大井六丁目８番２号 株式
会社東京測器研究所内
(72)発明者 菅井 栄一
東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 エ
ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株
式会社内
(72)発明者 藤田 清一
神奈川県横浜市西区中央一丁目27番13号
吉村ビル 株式会社東亜測器内
Ｆターム(参考） 2F065 AA65 FF69 LL02 LL42
2F075 AA03 EE03
2H038 AA02 BA25 CA52
2H050 AC82 AC84
Claims (5)
- 【請求項１】中間にＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格
子）を形成した光ファイバを用い、ＦＢＧに作用させる
張力を測定すべき物理量に応じて変化させて、この物理
量を計測するＦＢＧ式変換器において、 前記ＦＢＧに作用させる張力を雰囲気温度に応じて可変
させるバイメタル部材を設け、このバイメタル部材によ
り該雰囲気温度に応じた前記ＦＢＧのブラッグ波長の変
化を抑制するように温度補償を行うことを特徴とするＦ
ＢＧ式変換器における温度補償構造。 - 【請求項２】中間にＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格
子）を形成した光ファイバを前記ＦＢＧの両側の固定部
において被測定物に固定して、測定すべき物理量たる被
測定物のひずみを計測するＦＢＧ式変換器において、 前記両側の固定部のうちの少なくとも一方をバイメタル
部材を介して被測定物に固定し、前記ＦＢＧに作用させ
る張力を雰囲気温度に応じて前記バイメタル部材により
可変させることにより、該雰囲気温度に応じた前記ＦＢ
Ｇのブラッグ波長の変化を抑制するように温度補償を行
うことを特徴とするＦＢＧ式変換器における温度補償構
造。 - 【請求項３】前記被測定物のひずみ計測箇所の両側に固
定される一対の筒状ケースを備え、これら両筒状ケース
に前記光ファイバを貫通させて、前記ＦＢＧの両側の固
定部を、少なくとも一方に前記バイメタル部材を介在さ
せた状態で前記両筒状ケースの内面に固定すると共に、
前記両筒状ケース間の隙間を伸縮自在なカバー部材で密
閉することを特徴とする請求項２記載のＦＢＧ式変換器
における温度補償構造。 - 【請求項４】前記バイメタル部材は、前記雰囲気温度に
応じた前記ＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑制すると共
に、前記被測定物の熱膨張に伴う該ＦＢＧの張力変化を
抑制する形状変化が雰囲気温度に応じて生じるように構
成されていることを特徴とする請求項２又は３記載のＦ
ＢＧ式変換器における温度補償構造。 - 【請求項５】円弧形状の金属帯を備え、該金属帯の両端
間の切欠き部を通る前記円弧形状の直径方向をＸ軸方
向、Ｘ軸方向に直交する前記円弧形状の直径方向をＹ軸
方向として、前記金属帯のＹ軸方向両側部をＹ軸方向の
自由度を持つように支持部材で支持し、前記金属帯の前
記切欠き部とは反対側のＸ軸方向部分に設けた入力部に
測定すべき物理量の変化に応じた外力を作用させると共
に、中間にＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格子）を形
成した光ファイバを、前記ＦＢＧが前記切欠き部に張り
渡されるように、前記ＦＢＧの両側の固定部において前
記金属帯の両端に固定して成るＦＢＧ式変換器におい
て、 前記支持部材をバイメタル部材で構成し、前記ＦＢＧに
作用させる張力を雰囲気温度に応じ前記バイメタル部材
により前記金属帯を介して可変させることにより、該雰
囲気温度に応じた前記ＦＢＧのブラッグ波長の変化を抑
制するように温度補償を行うことを特徴とするＦＢＧ式
変換器における温度補償構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002088880A JP3598297B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | Ｆｂｇ式変換器における温度補償構造 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002088880A JP3598297B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | Ｆｂｇ式変換器における温度補償構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003287435A true JP2003287435A (ja) | 2003-10-10 |
| JP3598297B2 JP3598297B2 (ja) | 2004-12-08 |
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| JP2002088880A Expired - Fee Related JP3598297B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | Ｆｂｇ式変換器における温度補償構造 |
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|---|---|
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Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005147802A (ja) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Tokyo Sokki Kenkyusho Co Ltd | Ｆｂｇ式傾斜計 |
| JP2009192409A (ja) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Ihi Inspection & Instrumentation Co Ltd | ひずみ計測装置及びその計測方法 |
| JP2009539116A (ja) * | 2006-05-30 | 2009-11-12 | ザ・ティムケン・カンパニー | 変位、歪および力センサ |
| US7658113B2 (en) | 2007-02-16 | 2010-02-09 | Rolls-Royce Plc | Lift measurement |
| WO2010138813A2 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | High resolution large displacement/crack sensor |
| JP2014010148A (ja) * | 2012-06-28 | 2014-01-20 | National Applied Research Laboratories | 全光ファイバー式全橋橋梁安全監視整合システムの測量方法 |
| CN105157593A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-12-16 | 武汉理工光科股份有限公司 | 隧道形变监测传感器及装置 |
| KR101611792B1 (ko) * | 2015-04-13 | 2016-04-27 | 한국표준과학연구원 | 온도 보정이 가능한 fbg 변형률 센서 탐촉자 및 그 센싱방법 |
| DE102015115925B3 (de) * | 2015-09-21 | 2016-12-08 | fos4X GmbH | Lichtleiter-Einspannvorrichtung, faseroptischer Sensor und Herstellungsverfahren |
| US10926782B2 (en) | 2017-09-22 | 2021-02-23 | Thales Management & Services Deutschland Gmbh | Strain gauge assembly, particularly for an axle counter |
| CN114812635A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-29 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种模块化多参数水质监测光纤光栅传感器 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4330073B2 (ja) * | 2005-04-04 | 2009-09-09 | 株式会社デンソー | 車両用衝突検出装置 |
-
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- 2002-03-27 JP JP2002088880A patent/JP3598297B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2010138813A2 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | High resolution large displacement/crack sensor |
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| US9109883B2 (en) | 2009-05-29 | 2015-08-18 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | High resolution large displacement/crack sensor |
| JP2014010148A (ja) * | 2012-06-28 | 2014-01-20 | National Applied Research Laboratories | 全光ファイバー式全橋橋梁安全監視整合システムの測量方法 |
| KR101611792B1 (ko) * | 2015-04-13 | 2016-04-27 | 한국표준과학연구원 | 온도 보정이 가능한 fbg 변형률 센서 탐촉자 및 그 센싱방법 |
| CN105157593A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-12-16 | 武汉理工光科股份有限公司 | 隧道形变监测传感器及装置 |
| DE102015115925B3 (de) * | 2015-09-21 | 2016-12-08 | fos4X GmbH | Lichtleiter-Einspannvorrichtung, faseroptischer Sensor und Herstellungsverfahren |
| US10761261B2 (en) | 2015-09-21 | 2020-09-01 | fos4X GmbH | Light guide clamping device, fiber optic sensor and production method |
| US10926782B2 (en) | 2017-09-22 | 2021-02-23 | Thales Management & Services Deutschland Gmbh | Strain gauge assembly, particularly for an axle counter |
| US11345376B2 (en) | 2017-09-22 | 2022-05-31 | Thales Management & Services Deutschland Gmbh | Strain gauge assembly, particularly for an axle counter |
| CN114812635A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-29 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种模块化多参数水质监测光纤光栅传感器 |
| CN114812635B (zh) * | 2022-04-19 | 2023-10-20 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种模块化多参数水质监测光纤光栅传感器 |
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