JP2005249861A - Optical fiber sensor and optical fiber sensor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサモジュールに関する。 The present invention relates to an optical fiber sensor and an optical fiber sensor module.
現在、通信の分野で広く用いられている光ファイバを、ひずみや温度等の物理量を検知するセンサとして利用する光ファイバセンサの技術開発が進められている。光ファイバセンサの中でも、FBG方式は高精度かつ高速に物理量を計測することが可能で、かつ1本の光ファイバに複数のセンサを配置することが可能なため、特に技術開発が進んでいる。
これらFBG方式の光ファイバセンサは、光ファイバの長さ方向の一部分に位置するコアに対して紫外線レーザを用いて周期的に屈折率が異なるFBGを作成してセンサ本体とし、この部位の伸縮及び屈折率変化をセンサの検知原理とするものである。
Currently, technological development of an optical fiber sensor that uses an optical fiber widely used in the field of communication as a sensor for detecting physical quantities such as strain and temperature is in progress. Among optical fiber sensors, the FBG method can measure a physical quantity with high accuracy and high speed, and a plurality of sensors can be arranged on one optical fiber.
These FBG type optical fiber sensors use an ultraviolet laser to create a FBG having a different refractive index for a core located in a part of the length direction of the optical fiber to form a sensor body. The change in refractive index is the detection principle of the sensor.
これらFBG方式の光ファイバセンサは、使用する際に光学用接着剤等を用いて計測対象物の計測部位に固定する必要がある。しかし、光ファイバ自身はそもそも通信用として製造されたものであるから、高温・高湿度環境への耐性に劣るだけでなく、光学用接着剤を用いた固定により光ファイバがひずみやすく、さらには、光学用接着剤が計測部位の物理変化等の外乱に対する緩衝材として機能してしまうため、計測部位の変化量を正確に計測することが困難となっていた。 When these FBG type optical fiber sensors are used, it is necessary to fix them to a measurement site of an object to be measured using an optical adhesive or the like. However, since the optical fiber itself was originally manufactured for communication, not only is it inferior in resistance to high temperature and high humidity environments, but the optical fiber is easily distorted by fixing with an optical adhesive, Since the optical adhesive functions as a buffer material against disturbances such as physical changes in the measurement site, it has been difficult to accurately measure the amount of change in the measurement site.
このような中、高温・高湿度環境で使用する場合や高い精度及び信頼性が求められる場合に適した構成として、特許文献1に示すように、光ファイバを構成する保護皮膜にメッキ法による金属皮膜を用いた、いわゆるメタライズドファイバが考案されている。
これらメタライズドファイバは、メッキ法による金属皮膜が硬質でありながらサブミクロンオーダーと極めて薄いことから、外部から加わる応力を緩和することなくそのままクラッド及びコアに伝達できるため、光ファイバセンサに適用することで高精度に物理量を検知できる構成とすることができるものである。また、メッキ法による金属皮膜で外周面を皮膜されているから計測部位への固定に光学用接着剤に代わって溶接やハンダを用いることができるため、光ファイバセンサの静的あるいは動的な計測精度を改善できる。 These metallized fibers can be transmitted to the clad and core as they are without relaxing the stress applied from the outside because the metal film by plating is extremely thin, even though it is hard, and can be applied to optical fiber sensors. A configuration capable of detecting a physical quantity with high accuracy can be obtained. In addition, since the outer peripheral surface is coated with a metal film by plating, welding or soldering can be used instead of optical adhesive for fixing to the measurement site, so static or dynamic measurement of optical fiber sensors Accuracy can be improved.
しかし、光ファイバセンサを構成する保護皮膜にメッキ法による金属皮膜を用いる構成は、先にも述べたようにメッキ法による金属皮膜が極めて薄いものであるため、固定部材に溶接やハンダを用いた場合においてその表面に鋭利な凹凸部(曲率半径の小さい表面構造)が存在する、もしくは光ファイバセンサの軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用する、といった現象が生じると、容易に光ファイバセンサに応力集中をもたらし、光ファイバセンサが破断しやすいといった課題を有する。 However, the structure using the metal film by the plating method as the protective film constituting the optical fiber sensor is because the metal film by the plating method is extremely thin as described above, so welding or soldering was used for the fixing member. In some cases, when a phenomenon such as a sharp irregularity (surface structure with a small radius of curvature) on the surface or a tension including a component perpendicular to the axial direction of the optical fiber sensor occurs, the optical fiber sensor easily Stress concentration, and the optical fiber sensor is likely to break.
また、金属皮膜をメッキ法に代わり、高い密着強度を得ることの可能な方法として一般に知られているスパッタ法で形成すると、光ファイバセンサが高温環境に曝されることとなるため、センサ本体に形成されたFBGが損失しやすい。 In addition, if the metal film is formed by a sputtering method that is generally known as a method capable of obtaining high adhesion strength instead of the plating method, the optical fiber sensor is exposed to a high temperature environment. The formed FBG is likely to be lost.
上記事情に鑑み、本発明は、高い破断耐久性を確保しながら、計測部位の変化量を正確に計測できる光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサモジュールを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an optical fiber sensor and an optical fiber sensor module that can accurately measure the amount of change in a measurement site while ensuring high fracture durability.
請求項1記載の光ファイバセンサは、コア、該コアを覆うクラッド、該クラッドを覆う保護皮膜よりなる光センサの、長さ方向の少なくとも一部分に計測対象物の物理量を検知するセンサ本体が形成される光ファイバセンサであって、前記センサ本体が、前記コアにファイバブラッググレーティング(以降、FBGと称す)を形成して構成されてなり、前記保護皮膜が、スパッタ法による金属皮膜により形成されるとともに、前記FBGを、前記保護皮膜で前記クラッドを皮膜する際の製膜温度による損失量をあらかじめ加味した強度または最大反射率に形成することを特徴としている。
The optical fiber sensor according to
請求項2記載の光ファイバセンサモジュールは、金属材料よりなり、前記光ファイバセンサのセンサ本体を間に挟み込むように対をなして配置される支持部材が、前記光ファイバセンサに固定部材を介して固定されることを特徴としている。
The optical fiber sensor module according to
請求項3記載の光ファイバセンサモジュールは、前記光ファイバセンサと前記支持部材とを固定する固定部材に、ハンダもしくは溶接金属を用いるとともに、該固定部材の前記光ファイバセンサの長さ方向に位置する端部に、緩衝材が備えられることを特徴としている。 The optical fiber sensor module according to claim 3, wherein solder or weld metal is used for a fixing member that fixes the optical fiber sensor and the support member, and the fixing member is positioned in a length direction of the optical fiber sensor. The end portion is provided with a buffer material.
請求項4記載の光ファイバセンサモジュールは、前記固定部材が、前記光ファイバセンサの長さ方向に延在するとともに、該固定部材の固定強度が、前記光ファイバセンサの長さ方向に位置する端部から中央部にむけて連続的に増加することを特徴としている。
The optical fiber sensor module according to
請求項1に記載の光ファイバセンサによれば、センサ本体に位置するコアに、保護皮膜でクラッドを皮膜する際の製膜温度による損失量をあらかじめ付加した強度または最大反射率の前記FBGを形成するから、保護皮膜に金属皮膜を適用し、これを製膜温度が高温となるスパッタ法を用いてクラッドに皮膜してもセンサ本体の物理量検知性能を低下させることがないため、高温・高湿度環境への耐性を有する光ファイバセンサを形成することが可能となる。
According to the optical fiber sensor of
また、保護皮膜にスパッタ法による金属皮膜を用いることにより、光ファイバセンサに対して何れかの要因により張力や曲げ等の外力が作用してもその形状がひずみにくいため、光ファイバセンサに外乱に強く高い精度及び信頼性を備えた物理量検知性能を付与することが可能となる。 In addition, by using a metal film formed by sputtering as the protective film, the optical fiber sensor is not subject to distortion even if an external force such as tension or bending acts on the optical fiber sensor due to any factor. It becomes possible to provide a physical quantity detection performance with strong and high accuracy and reliability.
さらに、保護皮膜にスパッタ法による金属皮膜を用いることで、表面に鋭利な凹凸部が存在する可能性のあるハンダや溶接金属等の硬質の固定部材を光ファイバセンサの計測部位への固定に用いても、光ファイバセンサが破断する現象を抑制することが可能となる。
このように、光ファイバセンサの計測部位への固定にハンダや溶接金属等の硬質の固定部材を用いることができるから、光学用接着剤のように固定部材が緩衝材として機能することはないため、計測部位の変化量を正確に計測することが可能となる。
In addition, by using a metal film by sputtering as the protective film, a hard fixing member such as solder or weld metal that may have sharp irregularities on the surface is used to fix the optical fiber sensor to the measurement site. However, the phenomenon that the optical fiber sensor breaks can be suppressed.
In this way, since a hard fixing member such as solder or weld metal can be used for fixing the optical fiber sensor to the measurement site, the fixing member does not function as a buffer material like an optical adhesive. Thus, it is possible to accurately measure the amount of change in the measurement site.
請求項2に記載の光ファイバセンサモジュールによれば、金属材料よりなる対をなす支持部材が光ファイバセンサに固定されるから、前記支持部材を介して計測部位に光ファイバセンサを固定できるため、光ファイバセンサの計測部位への取付構成が簡略化され光ファイバセンサの取り扱いを容易にすることが可能となる。
また、計測部位への取り付けに際し光ファイバセンサに直接触れることがないから、取り付け作業に伴う外力を光ファイバセンサに作用させることもないため、センサ本体を保護しながら精度良く計測部位に光ファイバセンサを配置することが可能となる。
According to the optical fiber sensor module according to
In addition, since the optical fiber sensor is not directly touched when attaching to the measurement site, the external force accompanying the installation work is not applied to the optical fiber sensor, so that the optical fiber sensor can be accurately applied to the measurement site while protecting the sensor body. Can be arranged.
このような光ファイバセンサモジュールに変換機構を付加することにより、本来歪みや温度等を主な被測定量とする光ファイバセンサを、加速度や変位などの多種の測定に用いることも考えられ、歪み計、温度計、加速度計、変位計などの計測モジュール化することも可能となる。 By adding a conversion mechanism to such an optical fiber sensor module, it is possible to use an optical fiber sensor that primarily measures strain, temperature, etc. for various measurements such as acceleration and displacement. Measurement modules such as a meter, a thermometer, an accelerometer, and a displacement meter can be formed.
請求項3に記載の光ファイバセンサモジュールによれば、光ファイバセンサと支持部材とを固定する固定部材にハンダもしくは溶接金属を用いるから、計測部位とセンサ本体との間に介在する支持部材及び固定部材の何れにも緩衝材となりうる柔軟な部材が存在しないため、計測部位の変化量を正確に検知することが可能となる。 According to the optical fiber sensor module of claim 3, since solder or weld metal is used for the fixing member for fixing the optical fiber sensor and the supporting member, the supporting member and the fixing member interposed between the measurement site and the sensor body are fixed. Since there is no flexible member that can be a buffer material in any of the members, it is possible to accurately detect the amount of change in the measurement site.
また、固定部材における前記光ファイバセンサの長手方向の端部に緩衝材を備えることから、光ファイバセンサに対して軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用しても、前記光ファイバセンサの長手方向に位置する固定部材の端部近傍に発生しやすい曲率半径の小さい変形を防止し応力集中を緩和させることができるため、破断等の現象を抑制することが可能となる。 In addition, since the buffer member is provided at the end of the fixing member in the longitudinal direction of the optical fiber sensor, the longitudinal direction of the optical fiber sensor can be applied even when a tension including a component perpendicular to the axial direction acts on the optical fiber sensor. Since deformation with a small curvature radius that is likely to occur in the vicinity of the end portion of the fixing member positioned in the direction can be prevented and stress concentration can be relaxed, phenomena such as fracture can be suppressed.
請求項4に記載の光ファイバセンサモジュールによれば、固定部材を前記光ファイバセンサの長手方向に帯状に延在させ、その固定強度を前記光ファイバセンサの長手方向の端部から中央部にむけて連続的に増加するから、光ファイバセンサに対して軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用しても、光ファイバセンサの変形を前記固定部材の長さ方向の広い範囲に分散させて応力集中を緩和できるため、破断等の現象を抑制することが可能となる。
According to the optical fiber sensor module of
本発明の光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサモジュールを図1から図4に示す。本発明は、長さ方向の一部にセンサ本体を備えた光ファイバの保護皮膜にスパッタ法による金属皮膜を用いるとともに、センサ本体に位置するコアに形成するFBGを、金属皮膜形成時の製膜温度による損失量をあらかじめ加味した強度または最大反射率に構成することで、光ファイバセンサに物理検知性能を保持しながら高温・高湿度環境への高耐性、及び耐破断性を付与するとともに、該光ファイバセンサに支持部材を固定して光ファイバセンサモジュールを形成することで、光ファイバセンサの計測部位への取付を簡略化して取り扱いを容易にするものである。 The optical fiber sensor and optical fiber sensor module of the present invention are shown in FIGS. The present invention uses a metal film by sputtering for a protective film of an optical fiber provided with a sensor body in a part in the length direction, and forms an FBG formed on a core located in the sensor body at the time of forming the metal film. By configuring the strength or maximum reflectivity in consideration of the loss amount due to temperature in advance, the optical fiber sensor is provided with high resistance to high temperature / high humidity environments and fracture resistance while maintaining physical detection performance. By fixing the support member to the optical fiber sensor to form an optical fiber sensor module, the mounting of the optical fiber sensor to the measurement site is simplified and the handling is facilitated.
図1(a)の縦断図に示すように、光ファイバセンサ1は、光ファイバ2の長さ方向の一部分にセンサ本体6が形成されている構成を有しており、光ファイバ2は、図1(b)の横断図に示すように、光を通すコア3と、該コア3より屈折率を低く構成され、コア3の外周面を覆うように配置されているクラッド4と、該クラッド4を覆うように配置されている保護皮膜5により構成されている。
As shown in the longitudinal sectional view of FIG. 1A, the
また、センサ本体6は、図1(a)に示すように、光ファイバ2を構成するコア3にFBG7と呼ばれる周期的な屈折率構造を紫外線レーザーを用いて形成することで、光ファイバ2に作用する引張りや圧縮応力または周囲温度の変化に依存する周期間隔と伝搬光の実効的な屈折率で決まる特定の波長の光を反射させるもので、この反射波長の変化量を読みとることにより、ひずみセンサや温度センサといった物理変化を検知するセンサとして機能するものである。
なお、本実施の形態における光ファイバセンサ1は、光ファイバ2の一部分にのみセンサ本体6が形成されているが、必ずしもこれにこだわるものではなく、光ファイバ2の長さ方向にセンサ本体6を複数形成する構成としても良い。
In addition, as shown in FIG. 1A, the
In the
ところで、前記光ファイバ2を構成する前記保護皮膜5には、金属皮膜が用いられており、図1(a)に示すように、内層から外層に向かってチタン層5a、ニッケル層5b及び金層5cの3層を有する構成となっている。これらは、金属皮膜方法の中でもメッキ方式と比較して高い密着強度を得ることの可能な方法として一般に知られているスパッタ法を用いて、前記クラッド4の外周面を皮膜している。
By the way, a metal film is used for the
しかし、スパッタ法を用いて金属皮膜よりなる保護皮膜5を形成する際には高温環境が必要であり、このような高温環境は、前記センサ本体6に位置する前記コア3に形成したFBG7の一部を消失させやすく、これに伴いセンサ本体6に本来備えられた物理検知性能が低下するといった現象が生じやすい。このため、前記コア3には、スパッタ法を用いて保護皮膜5を形成することにより想定されるFBG7の損失量をあらかじめ算定しておき、この損失量を加味した強度または最大反射率のFBG7を前記センサ本体6に位置するコア3に形成している。
However, when the
なお、前記センサ本体6に位置するコア3に形成したFBG7の損失量を抑制することを考慮すると、スパッタ法による製膜温度は110℃程度とすることが望ましく、また、保護皮膜5として用いる3層の金属皮膜は、グラッド4がシングルモード石英ガラスファイバにより構成され外径が125μmの場合で、チタン層5a、ニッケル層5b及び金層5cをそれぞれ、300nm、400nm及び600nm程度に形成することが望ましい。
In consideration of suppressing the loss amount of the
また、本実施の形態では保護皮膜5に、チタン層5a、ニッケル層5b及び金層5cよりなる3層の金属被膜を用いたが、必ずしもこれにこだわるものではなく、耐食性及び耐孔食性の高いステンレス合金を被膜する構成や、窒化物薄膜で被膜する構成等も考えられる。ここで示すステンレス合金は、自然にはできない塑性及び構造を持つ酸化被膜をスパッタリング法により人工的にステンレス鋼上に製作することで形成されるものであり、一方、窒化物薄膜は、RFスパッタ装置において金属ターゲットを窒素・アルゴン混合プラズマ中で反応させて窒化物被膜を堆積させる反応スパッタ法を用い、その製膜パラメータを変化させることによって様々な状態のAl-N、Sn-N薄膜に製作されるものである。
In the present embodiment, a three-layer metal film composed of a
このような構成の光ファイバセンサ1は、保護皮膜5にスパッタ法による金属皮膜を用いることで、従来より保護皮膜5として一般に用いられていたUV硬化樹脂等による被膜と比較して、光ファイバセンサ1に高温・高湿度環境下における高耐性を有するとともに、外力が作用した際にもひずみにくく、センサ本体6が有する物理検知性能を保持できる構成を有するものである。
The
また、保護皮膜5に金属被膜が用いられることで、光ファイバセンサ1を計測対象物9の計測部位に固定する際には、溶接金属やハンダ等の硬質の固定部材8を用いることができる。これにより、固定部材8に光学用接着剤等の柔軟な部材を用いていた従来と比較して、固定部材8が緩衝材となることがないから、計測部位の変化量が前記センサ本体6に忠実に伝達されるため、高い精度で正確に計測対象物9の計測部位における変化量を計測することができるものである。
Moreover, when a metal coating is used for the
ここで、溶接金属やハンダ等の硬質の固定部材8は、表面に鋭利な凹凸部が存在することで知られているものの、保護皮膜5を構成する金属被膜がスパッタ法により形成されることから、この鋭利な凹凸部により光ファイバセンサ1が破断する現象を抑制することができる。
Here, although the hard fixing member 8 such as a weld metal or solder is known to have a sharp concavo-convex portion on the surface, the metal film constituting the
これら保護皮膜5にスパッタ法による金属被膜を用いた光ファイバセンサ1の取り扱いをより容易なものとすべく構成した光ファイバセンサモジュール10を以下に示す。
図2に示すように、該光ファイバセンサモジュール10は、上述する光ファイバセンサ1と対をなす支持部材11a、11bにより構成されている。
図3(a)に示すように、該対をなす支持部材11a、11bは、金属材料により成形されており、前記光ファイバセンサ1に形成されたセンサ本体6の部材長より長い離間距離をもって平行に配置されている。前記光ファイバセンサ1は、センサ本体6を対をなす支持部材11a、11bの間に配置するようにしてセンサ本体6の両端部近傍を対をなす支持部材11a、11bに支持されており、両者は固定部材12を介して固定されている。
An optical
As shown in FIG. 2, the optical
As shown in FIG. 3A, the paired
該固定部材12には、ハンダが用いられており、光ファイバセンサ1の長さ方向に帯状に延在して、光ファイバセンサ1と対をなす支持部材11a、11bを、面で固定している。このとき、光ファイバセンサ1の長さ方向に帯状に延在する固定部材12は、長さ方向の両端部が対をなす支持部材11a、11b各々の両端部と同一位置となるように設けられている。
なお、本実施の形態では、固定部材12にハンダを用いたハンダ付けにより両者を固定したが、必ずしもこれにこだわるものではなく、固定部材12に溶接金属を用いて溶接により両者を固定しても良い。
Solder is used for the fixing
In the present embodiment, both are fixed to the fixing
このような構成の光ファイバセンサモジュール10を、前記計測対象物9の計測部位に設置する際には、図3(a)に示すように、前記センサ本体6が弛むことなく、また引張り力が作用することの無いように対をなす支持部材11a、11bを計測部位に配置し、溶接やハンダ付け等の固定手段を介して固定する。
このように、光ファイバセンサモジュール10は、光ファイバセンサ1の計測部位への取付を簡略化し、その取り扱いを容易にするものである。また、光ファイバセンサ1のセンサ本体6に直接触れることなく、光ファイバセンサ1を対をなす支持部材11a、11bを介して計測対象物9の計測部位に設置することができるため、センサ本体6に外乱を生じさせて本来より備わっている物理検知性能を低下させることがない。
When the optical
Thus, the optical
ところで、上述する構成の光ファイバセンサモジュール10は、前記光ファイバセンサ1に対して軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用すると、対をなす支持部材11a、11b各々との固定部、具体的には光ファイバセンサ1の長さ方向に帯状に延在する固定部材12の長さ方向の両端部近傍で曲率半径の小さい変形を生じることとなり、応力が集中して破断しやすい。
By the way, when the optical
したがって、本実施の形態では図3(a)に示すように、光ファイバセンサモジュール10と対をなす前記支持部材11a、11b各々との固定部近傍において発生する応力集中により、光ファイバセンサ1が破断する現象を抑制すべく、光ファイバセンサ1と対をなす支持部材11a、11bとの長さ方向の固定端部、つまり、光ファイバセンサ1の長さ方向に帯状に延在する固定部材12の長さ方向の端部に緩衝材13を設けている。該緩衝材13は、ハンダや溶接金属等の固定部材12と比較して弾性を有する接着剤等の柔らかい材料により構成されており、本実施の形態では、光コネクタ等の高精度部品の接着に広く用いられているエポキシ系接着剤を使用している。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the
なお、該緩衝材13の弾性率及び接着層厚は、あらかじめ光ファイバセンサ1に作用することが予想される軸線方向に垂直な成分を想定するとともに、これに伴う光ファイバセンサ1の変形量を算定しておき、これが対をなす前記支持部材11a、11b各々との固定部にまで及ばないよう調整する。
また、前記固定部材12は、必ずしもエポキシ系接着剤にこだわるものではなく、前記固定部材12と比較して粘弾性の高い材料であれば何れを用いても良いが、硬化前の粘性が高く、接着層厚を1mm以上に成形できるものであればなお良い。
The elastic modulus and the adhesive layer thickness of the
In addition, the fixing
さらに、光ファイバセンサ1の破断を抑制するための構成は必ずしも上述する構成にこだわるものではない。
例えば、前記光ファイバセンサ1と対をなす支持部材11a、11bとの固定部に固定部材12を光ファイバセンサ1の長さ方向に帯状に延在させ、その固定強度を長さ方向の両端部から中央部に向けて連続的に増加するよう構成し、光ファイバセンサ1に対して軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用した際に固定部材12の長手方向の端部に生じやすい応力集中を、固定部材12の長手方向の中央部に向かう広い範囲に分散させて緩和させても良い。
Furthermore, the configuration for suppressing the breakage of the
For example, the fixing
具体的には、図3(b)に示すように、対をなす前記支持部材11a、11b各々との固定部に位置する前記光ファイバセンサ1の保護皮膜5を、固定部材12とぬれ性のよい材料よりなる金属材料14でメタライズ加工し、光ファイバセンサ1の見かけ上の断面積が、対をなす支持部材11a、11b各々との固定端部から固定中央部にかけて連続的に小さくなるよう加工する。これにより、固定部材12は、光ファイバセンサ1の長さ方向の端部から中央部に向けて連続的に厚く形成されるため、固定強度も連続的に増加するものである。
Specifically, as shown in FIG. 3 (b), the
あるいは、図4(a)に示すように、保護皮膜5の外周面に表面処理を施し、固定部材12に対するぬれ性の高いメタライズ被膜15を形成した上で、光ファイバセンサ1の長さ方向の端部における固定部材12の厚さを薄く、中央部における厚さを厚くなるよう塗布量を調整する。
Alternatively, as shown in FIG. 4A, the outer peripheral surface of the
さらには、図4(b)に示すように、耐熱性の高い樹脂等の材料よりなるモールド16を用いる構成としても良い。該モールド16は筒状に成形されており、外形状を対をなす支持部材11a、11bの前記光ファイバセンサ1との固定面と嵌合する形状に、内形状を前記光ファイバセンサ1より断面が大きく、端部から内方中央部に向けて断面が拡大するテーパー面を有する空洞に形成されている。
これらは、空洞部に光ファイバセンサ1を貫通させてこれを埋設するように固定部材12を充填した該モールド16を、前記対をなす支持部材11a、11b各々の前記光ファイバセンサ1との固定面と嵌合することで、固定部材12を長さ方向の端部から中央部に向けて連続的に厚く形成し、固定強度を増加させるものである。
Furthermore, as shown in FIG. 4B, a configuration using a
The fixing of the
このような樹脂等の材料で成形した前記モールド16の適用は、帯状に延在する固定部材12の固定強度を長さ方向の両端部から中央部に向けて連続的に増加する構成に加えて、モールド16が緩衝材となるため、前記光ファイバセンサ1に対して軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用した際の応力集中をより効率的に緩和することができる。
なお、前記モールド16には、ポリイミド等弾性率の高い耐熱性樹脂であれば何れを用いてもよい。
The application of the
The
このように、前記光ファイバセンサ1と対をなす支持部材11a、11b各々との固定部に帯状に延在する固定部材12の固定強度を、長さ方向の両端部から中央部に向けて連続的に増加するよう構成することで、光ファイバセンサ1に対して軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用しても、その変形を固定部材12の長手方向の端部のみでなく中央部に向かう広い範囲に分散させて応力集中を緩和できるため、破断等の現象を抑制することが可能となる。
As described above, the fixing strength of the fixing
上述する構成によれば、光ファイバセンサ1は、センサ本体6に位置するコア3に、保護皮膜5でクラッド4を皮膜する際の製膜温度による損失量をあらかじめ付加した強度あるいは最大反射率の前記FBG7を形成するから、保護皮膜5に金属皮膜を適用し、これを製膜温度が高温となるスパッタ法を用いてクラッド4に皮膜してもセンサ本体6の物理量検知性能を低下させることがないため、高温・高湿度環境への耐性を有する光ファイバセンサ1を形成することが可能となる。
According to the above-described configuration, the
また、保護皮膜5にスパッタ法による金属皮膜を用いることにより、光ファイバセンサ1に対して何れかの要因により張力や曲げ等の外力が作用してもその形状がひずみにくいため、光ファイバセンサ1に外乱に強く高い精度及び信頼性を備えた物理量検知性能を付与することが可能となる。
Further, by using a metal film formed by sputtering for the
さらに、保護皮膜5にスパッタ法による金属皮膜を用いることで、表面に鋭利な凹凸部が存在する可能性のあるハンダや溶接金属等の硬質の固定部材12を光ファイバセンサ1の計測部位への固定に用いても、光ファイバセンサ1が破断する現象を抑制することが可能となる。
このように、光ファイバセンサ1の計測部位への固定にハンダや溶接金属等の硬質の固定部材12を用いることができるから、光学用接着剤のように固定部材12が緩衝材として機能することはないため、計測部位の変化量を正確に計測することが可能となる。
Further, by using a metal film formed by sputtering for the
As described above, since the hard fixing
前記光ファイバセンサ1に金属材料よりなる対をなす支持部材11a、11bを固定し光ファイバセンサモジュール10を構成することで、前記支持部材11a、11bを介して計測部位に光ファイバセンサ1を固定できるため、光ファイバセンサ1の計測部位への取付構成が簡略化され光ファイバセンサ1の取り扱いを容易にすることが可能となる。
加えて、計測部位への取り付けに際し、光ファイバセンサ1に直接触れることがないから、取り付け作業に伴う外力を光ファイバセンサ1に作用させることもないため、センサ本体6を保護しながら精度良く計測部位に光ファイバセンサ1を配置することが可能となる。
A pair of
In addition, since the
このような光ファイバセンサモジュール10に変換機構を付加することで、本来歪みや温度等を主な被測定量とする光ファイバセンサ1を、加速度や変位などの多種の測定に用いることも考えられ、歪み計、温度計、加速度計、変位計などの計測モジュール化することも可能となる。
By adding a conversion mechanism to such an optical
また、光ファイバセンサモジュール10を構成するにあたり、光ファイバセンサ1と支持部材11a、11bとを固定する固定部材12にハンダもしくは溶接金属を用いるから、計測部位とセンサ本体6との間に介在する支持部材11a、11b及び固定部材12の何れにも緩衝材13となりうる柔軟な部材が存在しないため、計測部位の変化量を正確に検知することが可能となる。
In configuring the optical
さらに、前記固定部材12における前記光ファイバセンサ1の長手方向の端部に緩衝材13を備えることから、光ファイバセンサ1に対して軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用しても、前記光ファイバセンサ1の長手方向に位置する固定部材12の端部近傍に発生しやすい曲率半径の小さい変形を防止し応力集中を緩和させることができるため、破断等の現象を抑制することが可能となる。
Further, since the
一方で、前記固定部材12の固定強度を前記光ファイバセンサ1の長手方向の端部から中央部にむけて連続的に増加することで、光ファイバセンサ1に対して軸線方向に垂直な成分を含む張力が作用しても、光ファイバセンサ1の変形を前記固定部材12の長さ方向の広い範囲に分散させて応力集中を緩和できるため、破断等の現象を抑制することが可能となる
On the other hand, by continuously increasing the fixing strength of the fixing
1 光ファイバセンサ
2 光ファイバ
3 コア
4 クラッド
5 保護皮膜
5a チタン層
5b ニッケル層
5c 金層
6 センサ本体
7 FBG(ファイバブラッググレーティング)
8 固定部材
9 計測対象物
10 光ファイバセンサモジュール
11a 支持部材
11b 支持部材
12 固定部材
13 緩衝材
14 金属部材
15 メタライズ皮膜
16 モールド
DESCRIPTION OF
8 Fixing
Claims (4)
前記センサ本体が、前記コアにファイバブラッググレーティング(以降、FBGと称す)を形成したFBG方式に構成されており、
前記保護皮膜が、スパッタ法による金属皮膜により形成されるとともに、
前記FBGを、前記保護皮膜で前記クラッドを皮膜する際の製膜温度による損失量をあらかじめ加味した強度または最大反射率に形成することを特徴とする光ファイバセンサ。 An optical fiber sensor in which a sensor body for detecting a physical quantity of an object to be measured is formed in at least a part of a length direction of an optical sensor comprising a core, a clad covering the core, and a protective film covering the clad,
The sensor body is configured in an FBG system in which a fiber Bragg grating (hereinafter referred to as FBG) is formed in the core,
The protective film is formed of a metal film formed by sputtering,
The optical fiber sensor, wherein the FBG is formed to have an intensity or maximum reflectance that takes into account a loss amount due to a film forming temperature when the clad is coated with the protective film.
金属材料よりなり、前記光ファイバセンサのセンサ本体を間に挟み込むように対をなして配置される支持部材が、前記光ファイバセンサに固定部材を介して固定されることを特徴とする光ファイバセンサモジュール。 An optical fiber sensor module using the optical fiber sensor according to claim 1,
An optical fiber sensor comprising: a support member that is made of a metal material and arranged in pairs so as to sandwich a sensor body of the optical fiber sensor, and is fixed to the optical fiber sensor via a fixing member. module.
前記光ファイバセンサと前記支持部材とを固定する固定部材に、ハンダもしくは溶接金属を用いるとともに、
該固定部材の前記光ファイバセンサの長さ方向に位置する端部に、緩衝材が備えられることを特徴とする光ファイバセンサモジュール。 The optical fiber sensor module according to claim 2,
While using a solder or weld metal for the fixing member that fixes the optical fiber sensor and the support member,
A buffer material is provided at an end portion of the fixing member positioned in the length direction of the optical fiber sensor.
前記固定部材が、前記光ファイバセンサの長さ方向に延在するとともに、
該固定部材の固定強度が、前記光ファイバセンサの長さ方向に位置する端部から中央部にむけて連続的に増加することを特徴とする光ファイバセンサモジュール。
The optical fiber sensor module according to claim 2 or 3,
The fixing member extends in the length direction of the optical fiber sensor,
The optical fiber sensor module, wherein the fixing strength of the fixing member continuously increases from an end portion located in the length direction of the optical fiber sensor toward a central portion.
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007113991A (en) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Shimizu Corp | Crack detector and installation method therefor |
JP2010079061A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Nagano Keiki Co Ltd | Mounting structure of optical fiber |
JP2011080924A (en) * | 2009-10-09 | 2011-04-21 | Dai Ichi High Frequency Co Ltd | Optical fiber sensor for high-temperature environment |
KR101106167B1 (en) * | 2009-07-13 | 2012-01-20 | (주)카이센 | Inclination measurement device using optical fiber sensor |
WO2013111872A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-08-01 | オリンパス株式会社 | Fiber sensor |
CN104279974A (en) * | 2014-09-28 | 2015-01-14 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | Split type optic fiber strain sensor assembly |
CN105203040A (en) * | 2014-06-30 | 2015-12-30 | 深圳东方锅炉控制有限公司 | Displacement sensor of monitoring power station air preheater rotor deformation |
CN105228500A (en) * | 2013-05-22 | 2016-01-06 | 奥林巴斯株式会社 | Curved shape sensor |
CN105334190A (en) * | 2015-10-22 | 2016-02-17 | 重庆理工大学 | Bragg grating biochemical sensor at interface of fiber core and cladding |
CN109085680A (en) * | 2018-08-14 | 2018-12-25 | 浙江大学 | A kind of packaging method based on the mechanical micro-nano fiber for drawing cone |
CN109506584A (en) * | 2019-01-08 | 2019-03-22 | 上海振华重工(集团)股份有限公司 | Metal structure strain monitoring unit, monitoring device and fiber grating pre-tension method |
CN115855300A (en) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 常州奇军苑传感技术有限公司 | Horizontal length extension mould quartz temperature sensor |
-
2004
- 2004-03-01 JP JP2004056434A patent/JP2005249861A/en not_active Withdrawn
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007113991A (en) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Shimizu Corp | Crack detector and installation method therefor |
JP2010079061A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Nagano Keiki Co Ltd | Mounting structure of optical fiber |
KR101106167B1 (en) * | 2009-07-13 | 2012-01-20 | (주)카이센 | Inclination measurement device using optical fiber sensor |
JP2011080924A (en) * | 2009-10-09 | 2011-04-21 | Dai Ichi High Frequency Co Ltd | Optical fiber sensor for high-temperature environment |
WO2013111872A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-08-01 | オリンパス株式会社 | Fiber sensor |
JP2013152154A (en) * | 2012-01-25 | 2013-08-08 | Olympus Corp | Fiber sensor |
CN104067093A (en) * | 2012-01-25 | 2014-09-24 | 奥林巴斯株式会社 | Fiber sensor |
US9239429B2 (en) | 2012-01-25 | 2016-01-19 | Olympus Corporation | Fiber sensor |
CN105228500A (en) * | 2013-05-22 | 2016-01-06 | 奥林巴斯株式会社 | Curved shape sensor |
CN105203040A (en) * | 2014-06-30 | 2015-12-30 | 深圳东方锅炉控制有限公司 | Displacement sensor of monitoring power station air preheater rotor deformation |
CN104279974A (en) * | 2014-09-28 | 2015-01-14 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | Split type optic fiber strain sensor assembly |
CN105334190A (en) * | 2015-10-22 | 2016-02-17 | 重庆理工大学 | Bragg grating biochemical sensor at interface of fiber core and cladding |
CN109085680A (en) * | 2018-08-14 | 2018-12-25 | 浙江大学 | A kind of packaging method based on the mechanical micro-nano fiber for drawing cone |
CN109506584A (en) * | 2019-01-08 | 2019-03-22 | 上海振华重工(集团)股份有限公司 | Metal structure strain monitoring unit, monitoring device and fiber grating pre-tension method |
CN115855300A (en) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 常州奇军苑传感技术有限公司 | Horizontal length extension mould quartz temperature sensor |
CN115855300B (en) * | 2023-02-27 | 2023-04-28 | 常州奇军苑传感技术有限公司 | Quartz temperature sensor of horizontal length expansion die |
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