JP2005538361A - 機能強化された光ファイバセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
図7Aはセンサプローブ10を組み込んでいる化学センサ40を示す。化学センサ40は、光源42、光検出器44並びに光源42及び光検出器44をセンサプローブ10に結合するための結合器46、例えば二又ファイバを備える。多重波長がセンサプローブ10を通して送られるべきであれば、光源42は波長分割マルチプレクサ(WDM)を備えることができる。この場合、検出器44は多重波長を解析できる機能を有するべきである。
図10Aはセンサプローブ10を組み込んでいる光ファイバ温度センサ70を示す。温度センサ70は、光源72、光検出器74並びに光源72及び光検出器74をセンサプローブ10に結合するための結合器76、例えば二股ファイバを備える。レンズ12は感温性材料78に埋め込まれる。材料78はレンズ材料とは異なる屈折率及び異なるdn/dTを有する。ここでnは屈折率、Tは温度である。例として、材料78は、一般に負のdn/dTを有する高分子材、または、正のdn/dTを有するゾル−ゲルのような、無機材料とすることができる。
図11Aは送受構成の電圧/電流センサ80を示す。電圧/電流センサ80は、一方が送光用のものであり他方が検出用のものである、一対のセンサプローブ10(一対の図4のセンサプローブ22を用いることもできる)を備える。便宜上、送光センサプローブまたは送光センサプローブの部品の参照符号には添字“a”を与える。同様に、検出センサプローブまたは受光センサプローブの部品の参照符号には添字“b”を与える。電圧/電流センサ80は、センサプローブ10aに結合される光源82及びセンサプローブ10bに結合される光検出器84を備える。センサプローブ10a、10bは、それぞれの光軸が実質的に位置合せされ、それぞれのレンズ12a、12bが間隔をあけて配置されるように配列される。
図12は、結合器102によりセンサプローブ10に結合される光源98及び光検出器100を備える、反射モードの動きセンサ96を示す。一般に、光検出器100は変換器である。センサプローブ10は、コード化され、センサプローブ10から出てくる光を変調する、移動している部品104の動きを検出する。光は再帰反射され、3dB方向性結合器のような結合器102を通過して、変換器100内に戻る。変換器100の出力、すなわち強度対周波数のグラフが本図に示されている。
図13は、結合器112でセンサプローブ10に結合される光源108及び検出器110を備える、反射モードの機械センサ106を示す。検知は、2つのミラー116、118からなるファブリ−ペロ共振器114における光路差変化のモニタリングに基づく。低反射膜116a、118aがガラスあるいはその他の(例えば高分子材の)基板116、118のそれぞれに施される。光路差120の変化が干渉縞パターン解析を用いてモニタされる。干渉縞は(時間的干渉縞形成または空間的干渉縞形成を用いる)スペクトルドメイン処理または位相ドメイン処理を用いて解析することができる。ファブリ−ペロ共振器114における反射光パワーの往復位相シフトを測定することにより、光路差120を計算することができる。
本発明の範囲内にある、いくつかの改変が上述したセンサになされ得る。本発明の基礎をなす原理は、高められた感度を得るためのレンズ付ファイバの使用である。なされ得る改変の一例は、レンズ付ファイバまたはセンサプローブが送受モードで配置される態様である。すなわち、センサプローブの光軸はかならずしも位置合わせされている必要はない。図14は、視野角が生じるように、センサプローブ124、126の光ファイバ124a、124bの光軸がレンズ124b、126bの曲率中心に対して意図的にずらされている別の構成を示す。このタイプの構成は、摩耗及び裂けがモニタされることが必要な機素のような、機素の表面特性の変化のモニタリングに特に適している。
12 平凸レンズ
14 光ファイバ
16 凸面
18 コア
20 クラッド
Claims (12)
- レンズで終端されている光ファイバを備えることを特徴とする光ファイバセンサプローブ。
- エバネッセント波探測のための、前記光ファイバと前記レンズの間に形成される細長領域をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサプローブ。
- 化学的刺激に反応して変化する光学特性を有する試薬をさらに備え、前記試薬が、前記細長領域の表面に施されているか、前記レンズの表面に施されているかまたは前記化学的刺激との相互作用のための半透膜を有するセル内に入れられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバセンサプローブ。
- 前記レンズまたは前記細長領域に近接する複屈折材料をさらに備え、前記複屈折材料が電気的刺激に応答して変化する偏光状態を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバセンサプローブ。
- 前記電気的刺激が電圧または電流の変化であることを特徴とする請求項4に記載の光ファイバセンサプローブ。
- 前記レンズまたは前記細長領域に近接する光共振器をさらに備え、前記光共振器が物理的刺激に応答して変化する光路差を有し、前記光共振器が間隔をあけて配置された一対の低反射ミラーを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバセンサプローブ。
- 前記物理的刺激が、圧力の変化、力の変化または加速度の変化であることを特徴とする請求項6に記載の光ファイバセンサプローブ。
- 前記レンズまたは前記細長領域に近接する感温性材料をさらに備え、前記感温性材料が前記レンズとは異なる屈折率及びdn/dT(nは屈折率、Tは温度)を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバセンサプローブ。
- レンズで終端されている光ファイバに、前記レンズ及び前記ファイバに光を送り込むように光結合されている光源、及び
レンズで終端されている前記光ファイバに、反射されて前記レンズ及び前記ファイバ内に入る光を検出するように光結合されている光検出器、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光ファイバセンサ。 - レンズで終端されている前記光ファイバが、第1のレンズ付ファイバ及び前記第1のレンズ付ファイバに光結合されている第2のレンズ付ファイバを備え、
前記第1のレンズ付光ファイバに光を送り込むように前記第1のレンズ付ファイバに光結合されている光源、及び
前記第2のレンズ付ファイバを通して送られる光を検出するように前記第2のレンズ付ファイバに光結合されている光検出器、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光ファイバセンサ。 - 前記第1のレンズ付ファイバが前記第2のレンズ付ファイバの光軸と実質的に位置合わせされている光軸を有することを特徴とする請求項10に記載の光ファイバセンサ。
- 前記第1のレンズ付ファイバが、視野角が生じるように前記第2のレンズ付ファイバの光軸からずらされている光軸を有することを特徴とする請求項10に記載の光ファイバセンサ。
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