JP2006194891A - Optical fiber sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the strain in a perpendicular direction of an axial direction. <P>SOLUTION: The optical fiber sensor 21 of this invention is e.g. the linear member 22 formed with a synthetic plastic material in which a spiral hollow space 23 is formed, and in the spiral hollow space 23 the optical fiber 3 is inserted so as to contact in the internal surface of the spiral hollow space overall length of the optical fiber. The optical fiber sensor 21 of this embodiment, if dynamic or static force P is acted, the optical fiber 3 receives the reactive force P1 at the A-A section, and the reactive force P2 at the E-E section. Therefore, the optical fiber 3 is subjected to bending deformation corresponding to the distance between the A-A section and the E-E section, and in its turn, the axial strain in the axial direction is generated. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光伝達における位相差を利用した光ファイバセンサーに関する。   The present invention relates to an optical fiber sensor using a phase difference in light transmission.

光ファイバは、光学ガラスで形成されたコアと呼ばれる芯材の外側にクラッドと呼ばれる被覆材が配置された二重構造であって、コアの方がクラッドにくらべて光の屈折率が高いため、一端から入射された光が屈折率の低いクラッドとの界面で全反射しながら、コア内を伝送していく性質を有しており、かかる性質を利用して、医療機器や照明のみならず、情報伝達のための通信ケーブルとして広く利用されている。   The optical fiber has a double structure in which a coating material called a clad is disposed outside a core material called a core made of optical glass, and the core has a higher refractive index of light than the clad, The light incident from one end has the property of being transmitted through the core while being totally reflected at the interface with the clad having a low refractive index. Using this property, not only medical equipment and lighting, Widely used as a communication cable for information transmission.

ここで、光ファイバの周囲に振動が生じたり軸ひずみが生じたりすると、光の伝搬位相に変化が生じることが知られており、かかる位相変化を例えば光ファイバリング干渉計を用いて検出すれば、上述した振動を検知する振動センサあるいはひずみセンサとして用いることができる。   Here, it is known that when vibration occurs around the optical fiber or axial distortion occurs, a change occurs in the propagation phase of the light. If such a phase change is detected using an optical fiber ring interferometer, for example. It can be used as a vibration sensor or a strain sensor for detecting the vibration described above.

特開平０８−３３９７１９号公報JP 08-339719 A 特開２０００−２２１３５６号公報JP 2000-221356 A

しかしながら、上述したように通信用光ファイバを用いて軸線方向のひずみを計測する技術も開発されてはいるが、かかる技術では、動的であれ静的であれ、光ファイバの軸線方向に直交する方向のひずみを検知することはできないという問題も生じていた。   However, as described above, a technique for measuring strain in the axial direction using an optical fiber for communication has been developed. However, in such a technique, whether dynamic or static, the technique is orthogonal to the axial direction of the optical fiber. There was also a problem that it was not possible to detect the strain in the direction.

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、軸線方向に直交する方向のひずみを検知することが可能な光ファイバセンサーを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an optical fiber sensor capable of detecting strain in a direction orthogonal to the axial direction.

上記目的を達成するため、本発明に係る光ファイバセンサーは請求項１に記載したように、線状部材の断面内に屈曲状中空空間を形成するとともに、該屈曲状中空空間の内周面に少なくとも所定の接触点にて接触するように光ファイバを前記屈曲状中空空間に挿入してなるものである。   In order to achieve the above object, an optical fiber sensor according to the present invention forms a bent hollow space in a cross section of a linear member and forms an inner peripheral surface of the bent hollow space. An optical fiber is inserted into the bent hollow space so as to contact at least at a predetermined contact point.

また、本発明に係る光ファイバセンサーは、前記屈曲状中空空間を螺旋状中空空間とし、該螺旋状中空空間の内周面に前記光ファイバを全長にわたり接触させるようにしたものである。   In the optical fiber sensor according to the present invention, the bent hollow space is a spiral hollow space, and the optical fiber is brought into contact with the inner peripheral surface of the spiral hollow space over the entire length.

請求項１の発明に係る光ファイバセンサーにおいては、その軸線方向に直交する方向成分を持つ動的又は静的な外力が作用した場合、かかる動的又は静的な力は、屈曲状中空空間の内周面との接触点を介して光ファイバに作用する。   In the optical fiber sensor according to the first aspect of the present invention, when a dynamic or static external force having a direction component orthogonal to the axial direction is applied, the dynamic or static force is applied to the bent hollow space. It acts on the optical fiber through a contact point with the inner peripheral surface.

すなわち、光ファイバには、上述した接触点にて上述した外力と釣り合う反力が作用し、大きな曲率を持った曲げ変形、すなわち軸ひずみが生じることとなる。   That is, a reaction force that balances the above-described external force acts on the optical fiber at the above-described contact point, and bending deformation having a large curvature, that is, axial strain occurs.

線状部材は、その軸線方向に直交する方向成分を持つ動的又は静的な力が作用した場合に、該力が屈曲状中空空間の内周面と光ファイバとの接触点にて反力を生じ、その反力が光ファイバに作用するように、適度な弾性を有してさえいれば、どのような材料で形成するかは任意であり、例えばプラスチック系材料で形成することが考えられる。   When a dynamic or static force having a directional component perpendicular to the axial direction is applied to the linear member, the force reacts at the contact point between the inner peripheral surface of the bent hollow space and the optical fiber. As long as it has an appropriate elasticity so that the reaction force acts on the optical fiber, it is optional to use any material, for example, a plastic material is considered. .

屈曲状中空空間は、局部的には曲がりくねった状態で全体としては線状部材の軸線方向に沿って設けられた中空空間という意味であり、例えば同一平面内でのみ曲がりくねる、いわば蛇行状中空空間とすることも可能であるが、該屈曲状中空空間を螺旋状中空空間とし、該螺旋状中空空間の内周面に前記光ファイバを全長にわたり接触させるようにしたならば、光ファイバセンサーを敷設する際に方向性を考える必要がなくなり、施工が容易になる。   The bent hollow space means a hollow space provided locally along the axial direction of the linear member in a meandering state. For example, the meandering hollow space winds only within the same plane. However, if the bent hollow space is a spiral hollow space and the optical fiber is brought into contact with the inner peripheral surface of the spiral hollow space over the entire length, an optical fiber sensor is laid. It is not necessary to consider the direction when doing so, and the construction becomes easy.

以下、本発明に係る光ファイバセンサーの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。   Embodiments of an optical fiber sensor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that components that are substantially the same as those of the prior art are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

（第１実施形態） (First embodiment)

図１は、本実施形態に係る光ファイバセンサーを一部を断面で表示した側面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る光ファイバセンサー１は、例えばプラスチック系材料で形成された可撓管２内に光ファイバ３を挿入するとともに、挿入された光ファイバ３を取り囲むように可撓管２内の中空残余空間に複数の粒状体４を充填してなる。   FIG. 1 is a side view showing a part of the optical fiber sensor according to the present embodiment in cross section. As can be seen from the figure, the optical fiber sensor 1 according to the present embodiment inserts the optical fiber 3 into a flexible tube 2 made of, for example, a plastic material and surrounds the inserted optical fiber 3. The hollow residual space in the flexible tube 2 is filled with a plurality of granular bodies 4.

光ファイバ３は、一般的に使用されている通信用の光ファイバでかまわない。   The optical fiber 3 may be a communication optical fiber that is generally used.

複数の粒状体４は、光ファイバセンサー３の外側から作用する低周波振動又はその極限である静的な力によって自ら破砕して高周波音を含む破砕音を発生させ、又は互いに擦れ合うことで高周波音を発生することができるのであれば、その材質や表面の平滑状態は問わないが、例えば、ある程度表面を粗く仕上げられたさまざまな外径を有する複数の金属球や硬質プラスチック球で構成することが考えられる。   The plurality of granular bodies 4 are crushed by low frequency vibration acting from the outside of the optical fiber sensor 3 or static force that is the limit of the granular body 4 to generate crushed sounds including high frequency sounds, or by rubbing each other to produce high frequency sound. However, it may be composed of a plurality of metal spheres or hard plastic spheres having various outer diameters whose surfaces are roughened to some extent, for example. Conceivable.

本実施形態に係る光ファイバセンサー１においては、該光ファイバセンサーの外側から数十Ｈｚ以下の周波数帯域の振動あるいはその極限として静的な力Ｐが図１のように作用した場合、その低周波振動又は静的な力Ｐが可撓管２を介して作用する。   In the optical fiber sensor 1 according to the present embodiment, when the vibration in the frequency band of several tens Hz or less from the outside of the optical fiber sensor or the static force P as the limit acts as shown in FIG. A vibration or static force P acts through the flexible tube 2.

このとき、複数の粒状体４は、自ら破砕して高周波音を含む破砕音を発生させるか、又は力Ｐと釣り合うように可撓管２内を個別に移動するとともにその際に粒状体４同士が複雑に擦れ合うことによってそれらの表面から高周波音が発生する。   At this time, the plurality of granular bodies 4 are crushed by themselves to generate crushing sounds including high-frequency sounds, or individually move in the flexible tube 2 so as to balance the force P, and at that time, the granular bodies 4 High-frequency sound is generated from these surfaces due to complicated rubbing.

そして、複数の粒状体４は、光ファイバ３を取り囲むように可撓管２内の中空残余空間に充填してあるため、上述した粒状体４からの高周波音は、光ファイバ３に伝達する。   Since the plurality of granular bodies 4 fill the hollow residual space in the flexible tube 2 so as to surround the optical fiber 3, the high-frequency sound from the granular bodies 4 is transmitted to the optical fiber 3.

低周波振動又は静的な力Ｐが作用したことを検知するには、例えば光ファイバリング干渉計を用いて光の干渉状態の変化を監視すればよい。   In order to detect that the low frequency vibration or the static force P is applied, for example, a change in the interference state of light may be monitored using an optical fiber ring interferometer.

図２は、かかる光ファイバリング干渉計を示した図であり、該光ファイバリング干渉計３１は、光源であるレーザーダイオード３２と、カプラー３３を介して該レーザーダイオードに接続された光ファイバ３４ａ，３４ｂと該光ファイバの先端をつなぐ光遅延素子３５と、カプラー３３に接続されレーザーダイオード３２から光ファイバ３４ａ，３４ｂを経由して戻ってきた光を受光する受光素子であるフォトダイオード３６とからなり、光ファイバ３４ｂを本実施形態に係る光ファイバセンサー１で構成してある。   FIG. 2 is a diagram showing such an optical fiber ring interferometer. The optical fiber ring interferometer 31 includes a laser diode 32 as a light source and optical fibers 34a, 34a connected to the laser diode via a coupler 33. 34b and an optical delay element 35 that connects the tip of the optical fiber, and a photodiode 36 that is connected to the coupler 33 and receives the light returned from the laser diode 32 via the optical fibers 34a and 34b. The optical fiber 34b is composed of the optical fiber sensor 1 according to this embodiment.

かかる光ファイバリング干渉計３１においては、レーザーダイオード３２から出射されたレーザー光をカプラ３３を介して分波して光ファイバ３４ａ及び光ファイバセンサー１内を２つの光路(a)及び(b)で別々に伝播させ、該光ファイバ及び光ファイバセンサーの先端に取り付けられた光遅延素子３５を経由して逆向きに戻ってきた２つのレーザー光をカプラ３３で合波した後、これをフォトダイオード３６で検出して光干渉状態を監視する。   In such an optical fiber ring interferometer 31, the laser light emitted from the laser diode 32 is demultiplexed via the coupler 33, and the optical fiber 34a and the optical fiber sensor 1 are divided into two optical paths (a) and (b). The two laser beams propagated separately and returned in opposite directions via the optical fiber and the optical delay element 35 attached to the tip of the optical fiber sensor are combined by the coupler 33 and then combined with the photodiode 36. To detect the optical interference state.

このとき、上述した力Ｐが光ファイバセンサー１に作用すれば、上述した粒状体４の作用によって光ファイバ３に高周波振動が作用する。そして、２つの光路長に違いが生じ、一定であった光干渉状態に変化が起こるので、これを監視することで力Ｐが作用したことを知ることができる。   At this time, if the above-described force P acts on the optical fiber sensor 1, high-frequency vibration acts on the optical fiber 3 by the action of the granular material 4 described above. Then, a difference occurs between the two optical path lengths, and a change occurs in the constant optical interference state. By monitoring this, it is possible to know that the force P has acted.

以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバセンサー１によれば、可撓管２内に光ファイバ３を挿入するとともに、挿入された光ファイバ３を取り囲むように可撓管２内の中空残余空間に複数の粒状体４を充填したので、外力である低周波振動又は静的な力Ｐは、粒状体４の作用によって高周波振動に変換されるとともに、かかる高周波振動が光ファイバ３に作用する。   As described above, according to the optical fiber sensor 1 according to the present embodiment, the optical fiber 3 is inserted into the flexible tube 2 and the hollow in the flexible tube 2 is surrounded so as to surround the inserted optical fiber 3. Since the residual space is filled with a plurality of granular bodies 4, the low frequency vibration or static force P, which is an external force, is converted into high frequency vibrations by the action of the granular bodies 4, and the high frequency vibrations act on the optical fiber 3. To do.

そのため、例えば光ファイバリング干渉計を用いれば、光ファイバセンサー１に外力として作用した低周波振動又は静的な力Ｐを高周波振動という形で検出することが可能となる。   Therefore, for example, if an optical fiber ring interferometer is used, it is possible to detect low frequency vibration or static force P acting as an external force on the optical fiber sensor 1 in the form of high frequency vibration.

本実施形態では特に言及しなかったが、本発明の光ファイバセンサーは、上述したように低周波振動又は静的な力を検出することができるものであるが、高周波振動については、従前通り、光ファイバで直接検出することができることは言うまでもない。要するに、本発明の光ファイバセンサーは、周波数帯域に関わらず、静的な力も含めて、外力が作用したことを検出することができる広帯域の振動センサであると言えよう。   Although not specifically mentioned in the present embodiment, the optical fiber sensor of the present invention can detect low-frequency vibration or static force as described above, but for high-frequency vibration, as before, Needless to say, it can be detected directly with an optical fiber. In short, it can be said that the optical fiber sensor of the present invention is a broadband vibration sensor that can detect that an external force including a static force is applied regardless of the frequency band.

また、本実施形態では、その用途について言及しなかったが、外力が作用したことを検出したい状況であれば、どのような部位にも使用することが可能である。   In the present embodiment, the application is not mentioned, but it can be used for any part as long as it is desired to detect that an external force is applied.

（第２実施形態） (Second Embodiment)

次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。   Next, a second embodiment will be described. Note that components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図３は、本実施形態に係る光ファイバセンサーを一部を断面で表示した側面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る光ファイバセンサー１１は、例えばプラスチック系材料で形成された可撓管２内に光ファイバ３を挿入するとともに、挿入された光ファイバ３を取り囲むように可撓管２内の中空残余空間に脆性材料１４を充填してなる。   FIG. 3 is a side view showing a part of the optical fiber sensor according to the present embodiment in cross section. As can be seen from the figure, the optical fiber sensor 11 according to the present embodiment inserts the optical fiber 3 into the flexible tube 2 made of, for example, a plastic material and surrounds the inserted optical fiber 3. The hollow residual space in the flexible tube 2 is filled with a brittle material 14.

脆性材料１４は、脆性破壊によって高周波の破砕音を発生するものであればどのような材料でもかまわないが、例えばモルタルやガラスで構成することが可能である。   The brittle material 14 may be any material as long as it generates a high-frequency crushing sound by brittle fracture, but can be composed of, for example, mortar or glass.

本実施形態に係る光ファイバセンサー１１においては、該光ファイバセンサーの外側から数十Ｈｚ以下の周波数帯域の振動あるいはその極限として静的な力Ｐが図３のように作用した場合、可撓管２内に充填された脆性材料１４には、その低周波振動又は静的な力Ｐが可撓管２を介して作用する。   In the optical fiber sensor 11 according to this embodiment, when a vibration in a frequency band of several tens of Hz or less from the outside of the optical fiber sensor or a static force P as its limit acts as shown in FIG. Low-frequency vibration or static force P acts on the brittle material 14 filled in 2 via the flexible tube 2.

このとき、脆性材料１４は、力Ｐによって脆性破壊を生じるが、その際、高周波音を含む破砕音が発生する。   At this time, the brittle material 14 causes brittle fracture due to the force P, but at that time, crushing sound including high-frequency sound is generated.

そして、脆性材料１４は、光ファイバ３を取り囲むように可撓管２内の中空残余空間に充填してあるため、脆性材料１４の脆性破壊によって生じた高周波振動は、光ファイバ３に伝達する。   Since the brittle material 14 fills the hollow residual space in the flexible tube 2 so as to surround the optical fiber 3, high-frequency vibration generated by brittle fracture of the brittle material 14 is transmitted to the optical fiber 3.

低周波振動又は静的な力Ｐが作用したことを検知するには、第１実施形態と同様、例えば光ファイバリング干渉計３１を用いて光の干渉状態の変化を監視すればよい。   In order to detect that the low-frequency vibration or the static force P is applied, the change of the light interference state may be monitored using the optical fiber ring interferometer 31, for example, as in the first embodiment.

このとき、上述した力Ｐが光ファイバセンサー１に作用すれば、上述した脆性材料１４の作用によって光ファイバ３に高周波振動が作用する。そして、２つの光路長に違いが生じ、一定であった光干渉状態に変化が起こるので、これを監視することで力Ｐが作用したことを知ることができる。   At this time, if the above-described force P acts on the optical fiber sensor 1, high-frequency vibration acts on the optical fiber 3 by the above-described brittle material 14. Then, a difference occurs between the two optical path lengths, and a change occurs in the constant optical interference state. By monitoring this, it is possible to know that the force P has acted.

以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバセンサー１１によれば、可撓管２内に光ファイバ３を挿入するとともに、挿入された光ファイバ３を取り囲むように可撓管２内の中空残余空間に脆性材料１４を充填してあるので、外力である低周波振動又は静的な力Ｐは、脆性材料１４の作用によって高周波振動に変換されるとともに、かかる高周波振動が光ファイバ３に作用する。   As described above, according to the optical fiber sensor 11 according to the present embodiment, the optical fiber 3 is inserted into the flexible tube 2 and the hollow inside the flexible tube 2 so as to surround the inserted optical fiber 3. Since the remaining space is filled with the brittle material 14, the low-frequency vibration or static force P, which is an external force, is converted into high-frequency vibration by the action of the brittle material 14, and the high-frequency vibration acts on the optical fiber 3. To do.

そのため、例えば光ファイバリング干渉計を用いれば、光ファイバセンサー１１に外力として作用した低周波振動又は静的な力Ｐを高周波振動という形で検出することが可能となる。   Therefore, for example, if an optical fiber ring interferometer is used, it is possible to detect low frequency vibration or static force P acting as an external force on the optical fiber sensor 11 in the form of high frequency vibration.

本実施形態では特に言及しなかったが、本発明の光ファイバセンサーは、上述したように低周波振動又は静的な力を検出することができるものであるが、高周波振動については、従前通り、光ファイバで直接検出することができることは言うまでもない。要するに、本発明の光ファイバセンサーは、周波数帯域に関わらず、静的な力も含めて、外力が作用したことを検出することができる広帯域の振動センサであると言えよう。   Although not specifically mentioned in the present embodiment, the optical fiber sensor of the present invention can detect low-frequency vibration or static force as described above, but for high-frequency vibration, as before, Needless to say, it can be detected directly with an optical fiber. In short, it can be said that the optical fiber sensor of the present invention is a broadband vibration sensor that can detect that an external force including a static force is applied regardless of the frequency band.

また、本実施形態では、その用途について言及しなかったが、外力が作用したことを検出したい状況であれば、あらゆる状況あるいは部位で使用することが可能である。   Further, in this embodiment, the application is not mentioned, but it can be used in any situation or region as long as it is a situation where it is desired to detect that an external force is applied.

（第３実施形態） (Third embodiment)

次に、第３実施形態について説明する。なお、第１、２実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。   Next, a third embodiment will be described. Note that components that are substantially the same as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図４は、本実施形態に係る光ファイバセンサーを示した側面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る光ファイバセンサー２１は、例えばプラスチック系材料で形成された線状部材２２の断面内に屈曲状中空空間としての螺旋状中空空間２３を形成するとともに、該螺旋状中空空間の内周面に全長にわたって接触するように光ファイバ３を螺旋状中空空間２３に挿入してある。   FIG. 4 is a side view showing the optical fiber sensor according to the present embodiment. As can be seen from the figure, the optical fiber sensor 21 according to the present embodiment forms a spiral hollow space 23 as a bent hollow space in the cross section of the linear member 22 formed of, for example, a plastic material, The optical fiber 3 is inserted into the spiral hollow space 23 so as to be in contact with the inner peripheral surface of the spiral hollow space over the entire length.

本実施形態に係る光ファイバセンサー２１においては、該光ファイバセンサーの外側から動的又は静的な力Ｐが図５のように図３のＣ−Ｃ断面位置に作用した場合、光ファイバ３には、図４のＡ−Ａ断面位置でＰ1が、Ｅ−Ｅ断面位置でＰ2がそれぞれ反力として作用する。 In the optical fiber sensor 21 according to the present embodiment, when a dynamic or static force P is applied from the outside of the optical fiber sensor to the CC cross-sectional position in FIG. , P 1 acts as a reaction force at the AA cross-sectional position in FIG. 4 and P 2 acts as a reaction force at the EE cross-sectional position.

そのため、光ファイバ３には、Ａ−Ａ断面位置とＥ−Ｅ断面位置の間隔に応じた曲げ変形、ひいては軸方向ひずみが発生する。   For this reason, the optical fiber 3 is subjected to bending deformation according to the distance between the AA cross-sectional position and the EE cross-sectional position, and hence axial strain.

動的又は又は静的な力Ｐが作用したことを検知するには、例えば光ファイバリング干渉計３１を用いて光の干渉状態の変化を監視すればよい。   In order to detect that a dynamic or static force P is applied, for example, a change in the interference state of light may be monitored using the optical fiber ring interferometer 31.

このとき、上述した力Ｐが光ファイバセンサー１に曲げ変形を生じさせると同時に軸ひずみを生じさせるため、２つの光路長に違いが生じ、一定であった光干渉状態に変化が起こるので、これを監視することで力Ｐが作用したことを知ることができる。   At this time, since the force P described above causes bending deformation in the optical fiber sensor 1 and at the same time causes axial distortion, a difference occurs between the two optical path lengths, and a change occurs in the constant optical interference state. It is possible to know that the force P has acted by monitoring.

以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバセンサー２１によれば、線状部材２２の断面内に螺旋状中空空間２３を形成するとともに、該螺旋状中空空間の内周面に全長にわたって接触するように光ファイバ３を螺旋状中空空間２３に挿入したので、外力である静的又は静的な力Ｐは、光ファイバセンサー１に曲げ変形を生じさせると同時に軸ひずみを生じさせる。   As described above, according to the optical fiber sensor 21 according to the present embodiment, the spiral hollow space 23 is formed in the cross section of the linear member 22, and the entire inner surface of the spiral hollow space is contacted. As described above, since the optical fiber 3 is inserted into the spiral hollow space 23, the static or static force P, which is an external force, causes the optical fiber sensor 1 to bend and deform at the same time.

そのため、例えば光ファイバリング干渉計を用いれば、光ファイバセンサー１１に外力として作用した動的又は静的な力Ｐを軸ひずみという形で検出することが可能となる。   Therefore, for example, if an optical fiber ring interferometer is used, it becomes possible to detect a dynamic or static force P acting as an external force on the optical fiber sensor 11 in the form of axial strain.

すなわち、本実施形態に係る光ファイバセンサー２１は、軸線方向に直交する力Ｐが作用したとき、光ファイバ３に曲げ変形を生じさせることで軸線方向ひずみを同時に生じさせ、かくして軸線方向に直交する力Ｐを検出することができるという顕著な作用効果を奏するものであり、光ファイバの軸線方向に沿ったひずみや応力変化しか計測できなかった従来の技術に比べて、産業上、あらゆる用途に適用されることが期待される画期的な光ファイバセンサーであると言えよう。   That is, the optical fiber sensor 21 according to the present embodiment causes the optical fiber 3 to bend and deform at the same time when the force P orthogonal to the axial direction is applied, thereby causing the axial distortion simultaneously, and thus orthogonal to the axial direction. It has the remarkable effect of being able to detect the force P, and is applicable to all industrial applications compared to the conventional technology that can measure only strain and stress changes along the axial direction of the optical fiber. It can be said that this is an epoch-making optical fiber sensor expected to be used.

また、本実施形態に係る光ファイバセンサー２１によれば、螺旋状中空空間２３を屈曲状中空空間としたので、光ファイバセンサー２１を敷設する際に方向性を考える必要がなくなり、施工が容易になる。   Further, according to the optical fiber sensor 21 according to the present embodiment, since the spiral hollow space 23 is a bent hollow space, there is no need to consider the directionality when laying the optical fiber sensor 21, and the construction is easy. Become.

本実施形態では、その用途について言及しなかったが、外力が作用したことを検出したい状況であれば、あらゆる状況あるいは部位で使用することが可能である。   In the present embodiment, the application is not mentioned, but the present invention can be used in any situation or region as long as it is desired to detect that an external force has been applied.

また、本実施形態では、線状部材２２の断面内に螺旋状中空空間２３を形成するとともに、該螺旋状中空空間の内周面に全長にわたって接触するように光ファイバ３を螺旋状中空空間２３に挿入することによって、光ファイバセンサー２１による外力検出方向を全方位としたが、これに代えて、屈曲状中空空間を蛇行状中空空間としてもよい。かかる場合には、光ファイバセンサーによる外力検知の方向が一方向に限定されるが、その点を除いては上述と同様の作用効果を奏する。   Moreover, in this embodiment, while forming the helical hollow space 23 in the cross section of the linear member 22, the optical fiber 3 is made to contact the inner peripheral surface of this helical hollow space over the full length, and the helical hollow space 23 is made. However, instead of this, the bent hollow space may be a serpentine hollow space. In such a case, the direction of external force detection by the optical fiber sensor is limited to one direction, but the same effects as described above are obtained except for this point.

また、本実施形態では、光ファイバセンサー１をファイバリング干渉計で用いた例で説明したが、本実施形態及びその変形例に係る光ファイバセンサーは、上述した作用を利用することができる限り、あらゆる機器に利用できるものであり、例えばＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectmeter）に利用することができる。かかるＯＴＤＲは、レイリー散乱、すなわち光ファイバに入射した光パルスの波長と同じ波長の光が入射端側で後方散乱光として観測される現象を利用したものであり、かかる構成においては、軸線方向に直交する力Ｐが光ファイバセンサー２１に作用したとき、該作用点において光ファイバ３に曲げ変形が生じて伝送損失が発生する。そのため、力Ｐが作用したことがわかるのみならず、入射光パルスからその受光波までの時間差から力Ｐが作用した位置を知ることも可能となる。   Further, in the present embodiment, the example in which the optical fiber sensor 1 is used in a fiber ring interferometer has been described, but the optical fiber sensor according to the present embodiment and the modified example thereof can be used as long as the above-described action can be used. It can be used for any device, and can be used for, for example, OTDR (Optical Time Domain Reflectmeter). Such OTDR uses Rayleigh scattering, that is, a phenomenon in which light having the same wavelength as that of a light pulse incident on an optical fiber is observed as backscattered light on the incident end side. When an orthogonal force P acts on the optical fiber sensor 21, bending deformation occurs in the optical fiber 3 at the point of action, and transmission loss occurs. Therefore, it is possible not only to know that the force P is applied, but also to know the position where the force P is applied from the time difference from the incident light pulse to the received light wave.

第１実施形態に係る光ファイバセンサーの側面図。The side view of the optical fiber sensor which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る光ファイバセンサーを利用したファイバリング干渉計を示した全体図。The whole figure showing the fiber ring interferometer using the optical fiber sensor concerning a 1st embodiment. 第２実施形態に係る光ファイバセンサーの側面図。The side view of the optical fiber sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る光ファイバセンサーの図であり、(a)は側面図、(b)は(a)のＡ−Ａ線及びＥ−Ｅ線に沿う横断面図、(c)はＢ−Ｂ線及びＤ−Ｄ線に沿う横断面図（Ｄ−Ｄ線に沿う断面図は対称）、(d)はＣ−Ｃ線に沿う横断面図。It is a figure of the optical fiber sensor which concerns on 3rd Embodiment, (a) is a side view, (b) is a cross-sectional view which follows the AA line and EE line of (a), (c) is B- Cross-sectional view along line B and DD (cross-sectional view along line DD is symmetrical), (d) is a cross-sectional view along line CC. 第３実施形態に係る光ファイバセンサーの作用を示した図。The figure which showed the effect | action of the optical fiber sensor which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１、１１、２１ 光ファイバセンサー
２ 可撓管
３ 光ファイバ
４ 粒状体
１４ 脆性材料
２２ 線状部材
２３ 螺旋状中空空間（屈曲状中空空間）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11, 21 Optical fiber sensor 2 Flexible tube 3 Optical fiber 4 Granule 14 Brittle material 22 Linear member 23 Spiral hollow space (bending hollow space)

Claims (2)

線状部材の断面内に屈曲状中空空間を形成するとともに、該屈曲状中空空間の内周面に少なくとも所定の接触点にて接触するように光ファイバを前記屈曲状中空空間に挿入してなることを特徴とする光ファイバセンサー。 A bent hollow space is formed in the cross section of the linear member, and an optical fiber is inserted into the bent hollow space so as to be in contact with the inner peripheral surface of the bent hollow space at least at a predetermined contact point. An optical fiber sensor characterized by that. 前記屈曲状中空空間を螺旋状中空空間とし、該螺旋状中空空間の内周面に前記光ファイバを全長にわたり接触させるようにした請求項１記載の光ファイバセンサー。 The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the bent hollow space is a spiral hollow space, and the optical fiber is brought into contact with the inner peripheral surface of the spiral hollow space over the entire length.
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