JP2003513228A - 光繊維構造物変形感知システム - Google Patents

光繊維構造物変形感知システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、橋梁や建物や原子力発電所のような構造物の安全状態及び破損の有無を感知するための感知システムを提供する。 【解決手段】 本発明は、波長移動光繊維レーザーを光源として、光繊維ブラグ格子センサーを光繊維センサーとして用いる光繊維構造物変形感知システムにおいて、変形を受けない状態で設置される基準光繊維ブラグ格子センサーと；構造物に設置されて構造物の変形を検知する少なくとも一つ以上の光繊維ブラグ格子センサーからなり、前記基準光繊維ブラグ格子センサーとカプラーにより分岐されている光繊維ブラグ格子センサーアレイ；前記基準光繊維ブラグ格子センサーと前記光繊維ブラグ格子センサーアレイからなる光繊維ブラグセンサー群とカプラーにより分岐されており、一定波長の光信号を出力する変形率測定座標信号出力手段と；前記光繊維ブラグセンサー群と前記変形率測定座標信号出力手段の出力信号を検出する光検知器とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁や建物や原子力発電所などのような構造物の安全状態及び破損
可否を感知するための感知システムに関し、より詳しくは、波長移動光繊維レー
ザーを光源として、光繊維ブラグ格子センサーを光繊維センサーで使用して、構
造物の運用中にその変形状態をリアルタイムで正確に感知できる光繊維構造物変
形感知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、スマート構造物として既存の検査方法とは異なり構造物の運用中にその
安全状態及び破損可否をリアルタイムで感知できる安全診断技術が開発され、橋
梁や原子力発電所のように破損時に莫大な被害が発生する構造物の破損を未然防
止することで、構造物の維持及び保守に伴う費用節減に寄与している。
【０００３】 スマート構造物は、外部環境の変化を感知する感知系、感知の情報を処理する
頭脳系、及び感知の外部環境の変化に能動的に対応する作動系から構成される。
なお、 頭脳系は信号処理及び構造物特性データベースを内蔵しているマイクロ
・プロセッサからなり、作動系は圧電セラミック、ＥＲ/ＭＲ流体及び形状記憶
合金が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、感知系としては半導体センサー、金属薄膜センサー、圧電センサー、光
繊維センサーなどが用いられるが、光繊維センサーで感知系を構成する場合、電
磁波の影響を受けず、作動温度範囲が非常に広く、光繊維の直径が非常に微細で
柔軟であるため、ユーザーが望む大きさのセンサーを容易に構成でき、高解像度
と多量の情報を転送できる多くの長所を持っているので、その利用範囲が拡大し
つつある。
【０００５】 光繊維センサーは、光繊維の破断による光の伝達有無を利用する方法、光の偏
光を利用する方法、及びマッハ・ツェンダ(Mach Zender)、マイケルソン(Michel
son)、ファブリペロー(Fabry-Perot)光繊維センサーなどのように干渉を利用し
た方法からなるセンサーなどがある。このうち、構造物の変形測定によく用いら
れる光の干渉を利用した光繊維センサーは変形率に起因した経路差による干渉信
号から変形率を測定する。しかし、このような干渉型光繊維センサーは同時にい
ろいろな地点を測定する多重化の適用に非効率的であり、センサーからの出力信
号処理過程にも多くの問題点を内包していた。
【０００６】 したがって、最近は変形率や温度などの外乱を反射波長の変移を測定すること
で 簡単に測定できる光繊維ブラグ格子センサー(Fiber Brag Grating Sensor;Ｆ
ＢＧセンサー)が新しく開発されて使われている。
【０００７】 ＦＢＧセンサーは光繊維コアに屈折率の変化部分すなわちブラグ格子を所定間
隔で形成させたもので、格子の有効屈折率及び格子間の間隔によって決定される
波長成分は光繊維格子部位で反射され、残り成分は通過する。よって、ブラグ格
子に変形等の外乱が加えられれば、反射される光の波長が変化し、ブラグ反射波
長の変化量を測定することで変形率を測定できるようになる。また、ブラグ格子
の中心波長を異にして変形を受ける時にも互いに重畳しないように構成すれば、
一つの光繊維線に多数のＦＢＧセンサーを配列できるので、同時多点測定技術を
容易に具現でき、変形の引張、圧縮が区別される絶対量の測定が可能であり、出
力信号が光の波長にのみ関係するので、光強度の変化に関係なくシステム構成が
容易である。また、出力信号が変形に対して線形的でセンサーが光繊維のそのま
まの強度をほぼ維持するので、強度特性が優秀であるという長所がある。
【０００８】 こうした長所を持つＦＢＧセンサーから出力される信号を復調するために従来
には次のような方法があった。すなわち、ＦＢＧセンサー出力信号を復調するた
めに、復調器でマイケルソンやマッハ・ツェンダなどの干渉計を構成したり、ま
たは光繊維ファブリペローフィルターなどを復調器で用いた。しかし、マイケル
ソンやマッハ・ツェンダなどの干渉計からなる復調システムは、システムの絶対
基準がなくて常時性が欠如し、微細な経路差を得なければならないので、製作上
困難な点がある。最も短所として光繊維１ライン上にいろいろなセンサーを配列
する多重化の技法を使用すれば、非常に複雑な信号処理過程が必要になる。また
、光繊維ファブリペローフィルターなどを復調器で用いたシステムは、多重化は
可能であるが、解像度がフィルターのバンド幅により決定されるため、システム
の解像度が低下し、解像度を高めるにはバンド幅が小さな高価な光繊維ファブリ
ペローフィルターを必要とするので、費用が増加するという短所がある。これを
解決するために光源自体が波長に対する情報を時間領域との関連で出力するので
、特別な復調システムが必要ない波長移動光繊維レーザー(Wavelength Swept Fi
ber Laser:ＷＳＦＬ)を光源として用いたシステムが開発されて用いられている
。このシステムは光の出力光が高くて解像度が高いという長所を持つ。しかし、
このようなシステムは内在的に発生できる光繊維ファブリペローフィルターの非
線形性によりシステムの非線形性が現れることができ、構造物の変形測定時に誤
差が発生するという問題点があった。
【０００９】 よって、本発明の目的は、波長移動光繊維レーザーを光源で用いたＦＢＧセン
サーシステムの非線形性により構造物の変形測定時に発生できる諸般の問題点を
解決するためのもので、既存のシステムにファブリペローエタロンを付加して反
射した出力光信号にて波長領域で座標を設定して非線形性を補正することで、構
造物の異常状態をリアルタイムで誤差なしに感知できるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る光繊維構造物変形感知システムは、波
長移動光繊維レーザーを光源として、光繊維ブラグ格子センサーを光繊維センサ
ーとして用いる光繊維構造物変形感知システムにおいて、変形を受けない状態で
設置される基準光繊維ブラグ格子センサーと；構造物に設置されて構造物の変形
を検知する少なくとも一つ以上の光繊維ブラグ格子センサーからなり、前記基準
光繊維ブラグ格子センサーとカプラーにより分岐されている光繊維ブラグ格子セ
ンサーアレイ；前記基準光繊維ブラグ格子センサーと前記光繊維ブラグ格子セン
サーアレイからなる光繊維ブラグセンサー群とカプラーにより分岐されており、
一定波長の光信号を出力する変形率測定座標信号出力手段と；前記光繊維ブラグ
センサー群と前記変形率測定座標信号出力手段の出力信号を検出する光検知器と
を備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。 図１は本発明に係る構造物変形感知システムのブロック図であって、大きく見
て光源として使われる波長移動光繊維レーザー１０と、センサー側２０に区分さ
れる。
【００１２】 波長移動光繊維レーザー１０は、公知のように、出力波長を移動させるために
リング状共振器１１内にファブリペローフィルター１２を使用したもので、流れ
が一方向にだけ進行するように一方向リング状からなり、広帯域ソースを得るた
めに光を増幅する利得媒質としてエルビゥム添加光繊維(ＥＤＦ)１３が用いられ
、利得媒質を励起させるポンプ源としてポンプレーザー１４が使われる。
【００１３】 スキャニングフィルターとしてはファブリペローフィルター１２が用いられ、
所定の波長領域対を移動しながらレーザー出力を得るためにファブリペローフィ
ルターに三角波の形態で変調電圧信号が印加され、共振器内で反射等により光が
反対方向に流れないようにファブリペローフィルター１２の前後にアイソレータ
ー１５が取り付けられ、一つの偏光軸を除去するために偏光子１６が設置され、
偏光子の前後には偏光軸を調節するために偏光調節器１７が取り付けられる。
【００１４】 一方、センサー側２０は、実際に構造物に挿入または取り付けられて変形率を
測定するのに用いられるＦＢＧセンサーアレイ２１と、変形を受けない状態で設
置されて波長に対する情報を参照できる基準となる基準ＦＢＧセンサー２２と、
ガラス毛細管と光繊維を利用して微細に間隙を調節して一定波長の光信号を出力
するファブリペローエタロン２３とから構成される。
【００１５】 ファブリペローエタロン２３とは、図２に示すように、ガラス毛細管２４内に
光繊維２５が一定間隔をおいて配置されているもので、光繊維２５の断面が鏡と
して役割して両断面間の間隙で光が継続的な反射を起こす多重干渉により一定波
長の光を出力することになる。ファブリペローエタロン２３のこのような出力信
号は、後述するように、ＦＢＧセンサーの変移を測定するのに波長領域における
物指しとして用いられる。
【００１６】 構造物の変形を感知するＦＢＧセンサーアレイ２１と基準ＧＢＧセンサー２２
は カプラー２７を利用して分岐されており、前記ＦＢＧセンサー群とファブリ
ペローエタロン２３もカプラー２６で分岐されている。
【００１７】 ＦＢＧセンサーアレイ２１と基準ＦＢＧセンサー２２から反射されて戻る光は
同じ光検出器２９により取得され、ファブリペローエタロン２３から反射されて
戻る光は他の光検出器２９により取得される。このように互いに異なる光検出器
を使用する理由は、ＦＢＧセンサーから反射された光がファブリペローエタロン
から反射された光と重畳すれば、物指しとして利用されるエタロン信号がくずれ
る現象が発生するためである。
【００１８】 未説明符号１８及び２８はカプラーを示す。 このように構成される光繊維センサー構造物変形感知システムの作用を具体的
な具現例を通じて説明すれば、次の通りである。
【００１９】 前述したように、本発明に適用される波長移動光繊維レーザー１０は、狭い波
長領域にあらゆる光パワーが出力されるので、出力信号のパワーが非常に高く、
同時に高解像度を持つ長所を持つもので、ファブリペローフィルターに１３０Ｈ
zの三角波を変調信号として印加し、光を増幅する利得媒質として長さ３０ｍの
エルビゥム添加光繊維１３を使用し、このような利得媒質を励起させるポンプ源
として９８０ｎｍのポンプレーザー１４を使用し、図３に示すように、中心波長
が１５５０ｎｍ近くで帯域幅が１５２５〜１５７０ｎｍである光信号を出力する
ように形成した。
【００２０】 波長移動光繊維レーザー１０から出力される光信号は、５０:５０カプラー２
６を通じて分岐されて、ＦＢＧセンサーアレイ２１と基準ＦＢＧセンサー２２側
に光の半分が入射され、ファブリペローエタロン２３側に残りが入射される。
【００２１】 各々半分ずつ入射された光は反射されて光検出器２９により光信号が電圧に変
換されるが、図４は中心波長が１５３２ｎｍであるＦＢＧセンサーを基準ブラグ
格子としてセンサーアレイを構成した場合の出力信号を波長領域に示したグラフ
であって、点線は構造物の変形によって各センサーの中心波長が変移されること
を示し、センサーが変形を受けることによって波長領域で互いに重畳する現象が
発生しないように各センサーの中心波長を変形を考慮して適切に配置することが
分かる。
【００２２】 一方、ファブリペローエタロン２３は、光繊維間の間隔を調節して、谷間の波
長間隔が１５３０〜１５６０ｎｍ波長対で正確に１ｎｍで同様に均等分割された
光信号を出力することになり(図５参照)、ファブリペローエタロンのこのような
出力特性はＦＢＧセンサーの中心波長の変移を測定するのに波長領域における物
指しとして用いられる。すなわち、ファブリペローエタロンの出力信号は基準Ｆ
ＢＧセンサーの中心波長を基準として、ＦＢＧセンサーアレイの各センサーの中
心波長に対する座標として用いられ、この座標系に位置させた変形を受けない初
期センサーの位置を基準として、実際に変形を受けて変移された各センサーの中
心波長の位置変化を計算することで、波長移動光繊維レーザー内のファブリペロ
ーフィルター１２に印加される変調電圧の非線形性に影響を受けないで、実際の
変形率を正確に算出できることになる。
【００２３】
【発明の効果】 以上から説明したように、本発明に係る光繊維構造物変形感知システムによれ
ば、ファブリペローエタロンを物指しとして使用することで、波長移動光繊維レ
ーザーを光源として使用するＦＢＧセンサーシステムの非線形性により発生し得
る構造物変形測定の誤差を確実に防止でき、よって、多重化技術の具現が容易で
、高解像度を持つ構造物変形感知システムを効果的に具現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光繊維構造物変形感知システムのブロック図である。
【図２】 ファブリペローエタロンの概略構成図である。
【図３】 波長移動光繊維レーザーの出力信号を示すグラフである。
【図４】 基準ブラグ格子センサー及びブラグ格子センサーアレイの出力信号を示すグラ
フである。
【図５】 ファブリペローエタロンの出力信号を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 波長移動光繊維レーザー １１ リング状共振器 １２ ファブリペローフィルター １３ エルビゥム添加光繊維 １４ ポンプレーザー １５ アイソレーター １６ 偏光子 １７ 偏光調節器 １８、２６、２７、２８ カプラー ２０ センサー側 ２１ ＦＢＧセンサーアレイ ２２ 基準ＦＢＧセンサー ２３ ファブリペローエタロン ２４ ガラス毛細管 ２５ 光繊維 ２９ 光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キム チュン ゴン 大韓民国 305−701 タエジョン ユソン グ−グ ジェオンミン−ドング エクスポ アパートメント 307−1108 (72)発明者 リュー チ ユング 大韓民国 305−701 タエジョン ユソン グ−グ ジェオンミン−ドング セジョン グ アパートメント 111−1006 (72)発明者 パーク ジョング ワン 大韓民国 305−701 タエジョン ユソン グ−グ シンセオング−ドング 126−２、 302 Ｆターム(参考） 2F065 AA65 CC14 FF48 GG04 LL02 LL42 UU08

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波長移動光繊維レーザーを光源として、光繊維ブラグ格子セ
    ンサーを光繊維センサーとして用いる光繊維構造物変形感知システムにおいて、 変形を受けない状態で設置される基準光繊維ブラグ格子センサーと； 構造物に設置されて構造物の変形を検知する少なくとも一つ以上の光繊維ブラ
    グ格子センサーからなり、前記基準光繊維ブラグ格子センサーとカプラーにより
    分岐されている光繊維ブラグ格子センサーアレイと； 前記基準光繊維ブラグ格子センサーと前記光繊維ブラグ格子センサーアレイか
    らなる光繊維ブラグセンサー群とカプラーにより分岐されており、一定波長の光
    信号を出力する変形率測定座標信号出力手段と； 前記光繊維ブラグセンサー群と前記変形率測定座標信号出力手段の出力信号を
    検出する光検知器とを備えることを特徴とする光繊維構造物変形感知システム。
  2. 【請求項２】 前記変形率測定座標信号出力手段は、光の多重干渉により波
    長領域における谷間の間隔が一定の光信号を出力するファブリペローエタロンで
    あることを特徴とする請求項１に記載の光繊維構造物変形感知システム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010157685A (ja) * 2009-01-05 2010-07-15 Korea Inst Of Science & Technology 周波数可変信号発生装置及び方法
CN103697828A (zh) * 2013-12-11 2014-04-02 中国科学院国家天文台 一种支持解耦温度和应变的光纤光栅应变传感器
CN106767483A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 山东大学 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100380639B1 (ko) * 2000-09-16 2003-04-16 주식회사 아이세스 광섬유 격자 센서 내장형 복합재료 보강구조물
KR100475579B1 (ko) * 2000-11-07 2005-03-10 재단법인서울대학교산학협력재단 광섬유 격자 레이저 센서 및 이를 이용한 측정 장치
KR100379746B1 (ko) * 2000-12-16 2003-04-11 광주과학기술원 구조물 변형 측정 장치 및 구조물 변형 측정방법
US7076122B2 (en) * 2003-07-16 2006-07-11 Korean Advanced Institute Of Science And Technology Patch-type extrinsic Fabry-Perot interferometric fiber optic sensor and real-time structural vibration monitoring method using the same
KR100495416B1 (ko) * 2003-07-24 2005-06-16 이금석 광섬유격자센서용 고정구
KR100488221B1 (ko) 2003-09-08 2005-05-10 주식회사 파이버프로 광섬유 브래그 격자 센서 시스템
WO2005047813A1 (en) * 2003-10-27 2005-05-26 The General Hospital Corporation Method and apparatus for performing optical imaging using frequency-domain interferometry
US7140420B2 (en) * 2003-11-05 2006-11-28 General Electric Company Thermal management apparatus and uses thereof
US7077566B2 (en) * 2003-12-11 2006-07-18 General Electric Company Methods and apparatus for temperature measurement and control in electromagnetic coils
WO2005114099A1 (en) * 2004-05-20 2005-12-01 National University Of Singapore Plastic optical fiber sensor
ES2267366B1 (es) * 2004-12-29 2008-02-16 Sistemas Materiales Sensados,S.L. Sistema de sensado para la medicion de deformaciones en estructuras o maquinas.
KR100697055B1 (ko) 2005-06-18 2007-03-20 (주)미래아이에스이 장대광변형 센서를 사용하여 얻어진 평균변형률을 이용한구조물의 안전성 평가방법
US7697121B1 (en) * 2005-11-30 2010-04-13 Kotura, Inc. Sensing system having wavelength reflectors that receive modulated light signals
FR2901608B1 (fr) * 2006-05-24 2009-04-03 Airbus France Sas Systeme de mesure et de detection de parametres et d'anomalies
FR2925174B1 (fr) * 2007-12-18 2010-02-19 Thales Sa Miroir d'imagerie, procede de fabrication et application a un systeme d'imagerie laser
CN101983325B (zh) 2008-03-31 2013-04-24 维斯塔斯风力系统集团公司 用于风力涡轮机的光透射应变传感器
GB2461532A (en) * 2008-07-01 2010-01-06 Vestas Wind Sys As Sensor system and method for detecting deformation in a wind turbine component
GB2461566A (en) * 2008-07-03 2010-01-06 Vestas Wind Sys As Embedded fibre optic sensor for mounting on wind turbine components and method of producing the same.
GB2463696A (en) * 2008-09-22 2010-03-24 Vestas Wind Sys As Edge-wise bending insensitive strain sensor system
GB2466433B (en) 2008-12-16 2011-05-25 Vestas Wind Sys As Turbulence sensor and blade condition sensor system
GB2472437A (en) 2009-08-06 2011-02-09 Vestas Wind Sys As Wind turbine rotor blade control based on detecting turbulence
GB2477529A (en) 2010-02-04 2011-08-10 Vestas Wind Sys As A wind turbine optical wind sensor for determining wind speed and direction
KR101108968B1 (ko) * 2010-09-29 2012-01-31 금호이엔씨 주식회사 Ｆｂｇ 광섬유 센서를 이용한 건축부재용 응력측정장치 및 이를 이용한 응력측정방법
CN102052930B (zh) * 2010-11-24 2012-02-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 光纤光栅分布式应变传感器及其应变监测方法
US9103736B2 (en) 2010-12-03 2015-08-11 Baker Hughes Incorporated Modeling an interpretation of real time compaction modeling data from multi-section monitoring system
US9557239B2 (en) 2010-12-03 2017-01-31 Baker Hughes Incorporated Determination of strain components for different deformation modes using a filter
US9194973B2 (en) 2010-12-03 2015-11-24 Baker Hughes Incorporated Self adaptive two dimensional filter for distributed sensing data
US20120143522A1 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Baker Hughes Incorporated Integrated Solution for Interpretation and Visualization of RTCM and DTS Fiber Sensing Data
WO2012101583A1 (en) * 2011-01-28 2012-08-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Detection of foreign object in proximty of surgical end-effector
CN102313523B (zh) * 2011-08-18 2014-01-22 中国飞机强度研究所 一种光纤光栅应变传感器灵敏度标定方法
KR101388163B1 (ko) * 2012-08-13 2014-04-22 한국철도기술연구원 변형률 측정 장치
CN102927925A (zh) * 2012-10-25 2013-02-13 天津理工大学 基于自适应加权融合算法的倾斜光纤光栅应变测量方法
US8909040B1 (en) * 2013-02-05 2014-12-09 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus of multiplexing and acquiring data from multiple optical fibers using a single data channel of an optical frequency-domain reflectometry (OFDR) system
CN103512510B (zh) * 2013-10-23 2016-04-13 中国电子科技集团公司第三十四研究所 基于窄带扫描光源的光纤光栅传感系统及运行方法
CN103940362B (zh) * 2014-04-30 2017-04-19 中国科学院半导体研究所 一种高精度光纤光栅低频应变传感解调系统
CN103940361B (zh) * 2014-04-30 2016-06-15 中国科学院半导体研究所 一种光纤光栅低频应变传感解调系统
CN104020338B (zh) * 2014-06-23 2016-08-24 哈尔滨理工大学 基于等应变梁的光纤Bragg光栅静电电压测量系统及采用该系统实现的测量方法
CN104482862A (zh) * 2014-12-17 2015-04-01 国家电网公司 一种滑坡监测传感器及其制作方法
CN105352446B (zh) * 2015-11-30 2018-01-30 上海交通大学 亚纳应变级多点复用光纤光栅准静态应变传感系统
CN105928468A (zh) * 2016-06-24 2016-09-07 深圳市畅格光电有限公司 一种光纤光栅应变传感器及其制作方法
CN106091973B (zh) * 2016-07-05 2018-03-09 哈尔滨理工大学 基于环形腔衰荡光谱技术应变传感器及应变检测方法
GB2568305B (en) * 2017-11-13 2022-06-15 Univ Cranfield A fibre optic sensing device
CN109751967B (zh) * 2019-02-02 2023-11-21 宁波诺丁汉大学 基于光纤和gnss的高精度大量程三维形变监测装置
CN110542444A (zh) * 2019-09-30 2019-12-06 深圳市简测智能技术有限公司 一种光纤光栅解调系统
US20220042875A1 (en) * 2020-08-04 2022-02-10 Palo Alto Research Center Incorporated Methods and systems for damage evaluation of structural assets
CN113155165B (zh) * 2021-05-14 2022-07-05 武汉理工大学 大容量光纤光栅传感网络的干涉型解调系统及方法
CN114360346A (zh) * 2021-11-26 2022-04-15 北京无线电计量测试研究所 一种光纤应变传感器教学演示系统和方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63113346A (ja) * 1986-10-30 1988-05-18 Fujitsu Ltd ガスセンサ
JPH08240451A (ja) * 1994-11-17 1996-09-17 Alcatel Cable 分布型センサを利用して物理量の測定または検知もしくはその両方を行う方法
JPH0972720A (ja) * 1995-09-08 1997-03-18 Moritex Corp 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置
JPH10141922A (ja) * 1996-11-12 1998-05-29 Hitachi Cable Ltd 多点型歪み及び温度センサ
JPH11295153A (ja) * 1998-04-13 1999-10-29 Fuji Electric Co Ltd 波長検出装置
JP2000111319A (ja) * 1998-09-30 2000-04-18 Ntt Advanced Technology Corp 光ファイバセンサ
JP2000146693A (ja) * 1998-11-10 2000-05-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 光スペクトラム測定装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4996419A (en) * 1989-12-26 1991-02-26 United Technologies Corporation Distributed multiplexed optical fiber Bragg grating sensor arrangeement
US5218419A (en) * 1990-03-19 1993-06-08 Eli Lilly And Company Fiberoptic interferometric sensor
US5227857A (en) * 1991-04-24 1993-07-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy System for cancelling phase noise in an interferometric fiber optic sensor arrangement
US5299212A (en) * 1993-03-10 1994-03-29 At&T Bell Laboratories Article comprising a wavelength-stabilized semiconductor laser
US5410404A (en) * 1993-11-30 1995-04-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fiber grating-based detection system for wavelength encoded fiber sensors
JPH11173820A (ja) * 1997-12-10 1999-07-02 Furukawa Electric Co Ltd:The 歪センサ、その製造方法及びその歪センサを利用した計測システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63113346A (ja) * 1986-10-30 1988-05-18 Fujitsu Ltd ガスセンサ
JPH08240451A (ja) * 1994-11-17 1996-09-17 Alcatel Cable 分布型センサを利用して物理量の測定または検知もしくはその両方を行う方法
JPH0972720A (ja) * 1995-09-08 1997-03-18 Moritex Corp 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置
JPH10141922A (ja) * 1996-11-12 1998-05-29 Hitachi Cable Ltd 多点型歪み及び温度センサ
JPH11295153A (ja) * 1998-04-13 1999-10-29 Fuji Electric Co Ltd 波長検出装置
JP2000111319A (ja) * 1998-09-30 2000-04-18 Ntt Advanced Technology Corp 光ファイバセンサ
JP2000146693A (ja) * 1998-11-10 2000-05-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 光スペクトラム測定装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010157685A (ja) * 2009-01-05 2010-07-15 Korea Inst Of Science & Technology 周波数可変信号発生装置及び方法
JP2013201464A (ja) * 2009-01-05 2013-10-03 Korea Institute Of Science And Technology 周波数可変信号発生装置
CN103697828A (zh) * 2013-12-11 2014-04-02 中国科学院国家天文台 一种支持解耦温度和应变的光纤光栅应变传感器
CN106767483A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 山东大学 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器

Also Published As

Publication number Publication date
US6640647B1 (en) 2003-11-04
KR100329042B1 (ko) 2002-03-18
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JP3496011B2 (ja) 2004-02-09
KR20010016729A (ko) 2001-03-05

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