JP2009128009A - Optical fiber sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象物の変形に起因する歪み量を正確に検出することが可能な光ファイバセンサに関する。 The present invention relates to an optical fiber sensor that can accurately detect the amount of distortion caused by deformation of a measurement object.
構造物の変形に起因する歪みを検出することは、その構造物の安定性等を判断する上で非常に重要である。例えば、発電所、プラント等に配設された配管について、その歪みを検知することにより、配管減肉に伴う局部膨張箇所および膨張の度合いを特定することができ、重大事故の発生を未然に防止することができる。そして配管に限らず、その他様々な構造物についても歪みの検知により重要な情報を得ることができる。 It is very important to detect the distortion caused by the deformation of the structure when judging the stability of the structure. For example, by detecting the distortion of pipes installed in power plants, plants, etc., it is possible to identify the location of local expansion and the degree of expansion associated with pipe thinning and prevent serious accidents from occurring. can do. And important information can be obtained not only for piping but also for various other structures by detecting distortion.
従来、このような配管等の構造物の歪みを検知するセンサとして、例えば、光ファイバを利用したものが種々提案されている。これは、光ファイバの長手方向の歪み量の連続的な分布を高精度に観測できるものであり、非線形現象の一つであるブリルアンシフト散乱光の周波数シフト量が光ファイバの歪みに依存することを利用したものである。電気式センサが電源を必要とし、誘導電流等のノイズの影響を受け易く、その施工にもコストと手間を要するのに対し、このような光ファイバセンサは、これらの問題点を解決できるものとして注目されてきている。 Conventionally, various sensors using optical fibers have been proposed as sensors for detecting such distortion of structures such as piping. This is because the continuous distribution of strain in the longitudinal direction of the optical fiber can be observed with high accuracy, and the frequency shift amount of Brillouin shift scattered light, which is one of the nonlinear phenomena, depends on the strain of the optical fiber. Is used. An electrical sensor requires a power source, is easily affected by noise such as induced current, and its construction requires cost and labor, whereas such an optical fiber sensor can solve these problems. Has attracted attention.
光ファイバセンサは、測定対象の構造物に布設すれば、該測定対象物の歪みの発生に伴って自身にも歪みが生じるため、前述の原理にしたがって、容易に測定対象物の歪みを検出することが可能である。
しかしながら、光ファイバの歪みは、測定対象物の変形だけでなく、該光ファイバの温度変化によっても生じてしまう。例えば、測定対象物が熱膨張している場合、あるいは温度変化の大きい場所に測定対象物が設けられている場合には、該測定対象物の変形に起因する歪み量と、該測定対象物あるいは熱源から光ファイバに伝達される熱に起因する歪み量とを合わせたものが検出されてしまう。すなわち、熱に起因する歪み量がノイズとなってしまい、正確な歪み量の検出ができないのである。
If the optical fiber sensor is laid on the structure to be measured, it will also be distorted as the measurement object is distorted. Therefore, according to the principle described above, the distortion of the measurement object can be easily detected. It is possible.
However, the distortion of the optical fiber is caused not only by the deformation of the measurement object but also by the temperature change of the optical fiber. For example, when the measurement object is thermally expanded, or when the measurement object is provided in a place where the temperature change is large, the amount of strain caused by the deformation of the measurement object and the measurement object or A combination of the distortion amount due to the heat transmitted from the heat source to the optical fiber is detected. That is, the amount of distortion caused by heat becomes noise, and the amount of distortion cannot be accurately detected.
この問題点を解決するものとして、歪みを検出する光ファイバと、測定対象物の変形に伴う歪みの影響を受けない温度補償用の光ファイバとを併設した光ファイバセンサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a solution to this problem, there has been proposed an optical fiber sensor in which an optical fiber for detecting distortion and an optical fiber for temperature compensation that is not affected by the distortion caused by deformation of the measurement object are provided (for example, , See Patent Document 1).
歪み検知用の第一光ファイバと温度補償價用光ファイバを用いた分布型センサにおいて、各測定ポイントごとに歪み検知と温度補償を行うことは非常に重要である。すなわち、特許文献1等に記載されている光ファイバセンサは、検出した歪み量から、温度補償用の第二光ファイバで検出した温度変化による歪み量を差し引いて補正することで、より正確な測定対象物の歪み量を検出しようとするものである。
In a distributed sensor using a first optical fiber for strain detection and an optical fiber for temperature compensation, it is very important to perform strain detection and temperature compensation for each measurement point. In other words, the optical fiber sensor described in
しかしながら、このような光ファイバセンサにおいて、周囲の温度変化に伴い外装被覆樹脂が膨張・伸縮を繰り返し、それに伴って温度補償用の第二光ファイバの位置がずれていく可能性が高い。歪み検知用の第一光ファイバは基材上に固定され、その基材も測定対象物に固定されている以上は、温度変化に対して付設位置がずれることはないが、温度補償用の第二光ファイバの布設位置がずれた場合、各測定ポイントごとに正確な温度補償ができず、繰り返し温度サイクルが印加されるたびに温度補償誤差が大きくなる可能性が高い。 However, in such an optical fiber sensor, it is highly possible that the exterior covering resin repeatedly expands and contracts as the ambient temperature changes, and the position of the temperature compensating second optical fiber shifts accordingly. As long as the first optical fiber for strain detection is fixed on the base material and the base material is also fixed to the object to be measured, the attached position will not be shifted with respect to the temperature change. If the laying position of the two optical fibers is shifted, accurate temperature compensation cannot be performed at each measurement point, and there is a high possibility that the temperature compensation error increases each time a repeated temperature cycle is applied.
また、これらの光ファイバセンサは、温補償用の光ファイバが極めて高温(例えば数百℃程度)の環境下で使用されることを考慮されたものではなく、使用環境が制限され、その検出精度にも限界があるという問題点があった。 In addition, these optical fiber sensors do not consider that the temperature compensating optical fiber is used in an extremely high temperature environment (for example, about several hundred degrees Celsius). However, there was a problem that there was a limit.
また、前記特許文献1に記載の光ファイバセンサでは、温度補償用の第二光ファイバが金属管で被覆されているが、ファイバの口出しを行う際、金属パイプのみを切断し、中のファイバを取り出す際に誤ってファイバごと切断する可能性がある。口出し余長部全てを切断してしまった場合、目的とする布設長を欠尺させてしまい、センサを再布設するという余計なコストがかかってしまう。また、パイプのみを切断出来たとしてもパイプを抜き取る際にファイバを引っ掛けて断線させる可能性が高い。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、温度補償の誤差をなくし、測定対象物の変形、減肉等に起因する歪みのみを分布的に安定して検知することが可能であるとともに、光ファイバを外的応力による外傷から保護し、歪み計測に支障を与えることがなく、さらに、光ファイバを断線させることなく容易に口出しすることが可能な光ファイバセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such a conventional situation, eliminates temperature compensation errors, and stably detects only distortion caused by deformation, thinning, etc. of a measurement object in a distributed manner. An optical fiber sensor capable of protecting the optical fiber from external stresses, preventing the strain measurement from being disturbed, and allowing the fiber to be easily opened without disconnecting the optical fiber. The purpose is to provide.
本発明の請求項1に記載の光ファイバセンサは、同一の基材上に歪み検知用の第一光ファイバと、温度補償用の第二光ファイバとが併設された光ファイバセンサであって、前記第一光ファイバは、前記基材上に固定されて配設され、前記第二光ファイバが、前記第一光ファイバの直近において、前記基材上に形成された空隙部の内部に配設されていることを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の光ファイバセンサは、請求項1において、前記第二光ファイバを挟むように、前記第一光ファイバが複数、前記基材上に配設され、前記第一光ファイバの軸心方向から見て、各々の第一光ファイバの頂部を跨ぐように蓋体が配設されており、前記空隙部は、前記基材、前記第一光ファイバ及び前記蓋体によって形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の光ファイバセンサは、請求項1において、前記空隙部は、前記基材の一部が、前記第二光ファイバに沿って該第二光ファイバの外周を覆うように巻き付くことによって形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の光ファイバセンサは、請求項3において、前記基材の一面と、巻き付いた該基材の一部の端部とは接しているか、又はそれらの間の隙間が、前記第二光ファイバの径よりも小さいことを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の光ファイバセンサは、請求項1において、前記第二光ファイバは、空隙部を有するパイプ状のフォーミング材によりフォーミングされていることを特徴とする。
本発明の請求項6に記載の光ファイバセンサは、請求項5において、前記フオーミング材の合わせ目が、前記基材と接していることを特徴とする。
The optical fiber sensor according to
An optical fiber sensor according to a second aspect of the present invention is the optical fiber sensor according to the first aspect, wherein a plurality of the first optical fibers are disposed on the substrate so as to sandwich the second optical fiber, and the first light A lid is disposed so as to straddle the top of each first optical fiber when viewed from the axial direction of the fiber, and the gap is formed by the base material, the first optical fiber, and the lid. It is characterized by being.
An optical fiber sensor according to a third aspect of the present invention is the optical fiber sensor according to the first aspect, wherein the gap is configured such that a part of the base material covers an outer periphery of the second optical fiber along the second optical fiber. It is formed by winding around.
An optical fiber sensor according to a fourth aspect of the present invention is the optical fiber sensor according to the third aspect, wherein one surface of the base material is in contact with a part of the end of the wound base material, or there is a gap between them. The diameter of the second optical fiber is smaller than that of the second optical fiber.
The optical fiber sensor according to claim 5 of the present invention is characterized in that, in
The optical fiber sensor according to a sixth aspect of the present invention is the optical fiber sensor according to the fifth aspect, wherein a joint of the foaming material is in contact with the base material.
本発明の光ファイバセンサは、同一の基材上に歪み検知用の第一光ファイバと温度補償用の第二光ファイバとが併設され、前記温度補償用の第二光ファイバが、前記歪み検知用の第一光ファイバの直近において、前記基材上に形成された空隙部の内部に配設されていることを特徴とする。 In the optical fiber sensor of the present invention, a first optical fiber for strain detection and a second optical fiber for temperature compensation are provided on the same base material, and the second optical fiber for temperature compensation is the strain detection. In the immediate vicinity of the first optical fiber for use, it is arranged inside a gap formed on the substrate.
このような構成をとることで、温度補償用の第二光ファイバは、基材上に配設されながらも、基材には固定されてはいないので、温度補償用の第二光ファイバは、測定対象物の歪みには影響されない。すなわち、測定対象物の歪みは検出せずに、該温度補償用の第二光ファイバ自身の温度変化に伴う伸縮による歪みのみを検出できる。これにより温度補償の誤差がなくなるので、その結果、歪み検知用の第一光ファイバの検出値を温度補償用の第二光ファイバの検出値で補正することで、純粋に測定対象物の変形、減肉等に起因する歪みのみを分布的に安定して検知することが可能となる。また、本発明の光ファイバセンサは、光ファイバを空隙部の内部に配することで、光ファイバを外的応力による外傷から保護することができ、歪み計測に支障を与えることがない。また、本発明の光ファイバセンサは、汎用工具で容易に切り裂くことが可能であるため、光ファイバを断線させることなく容易に口出しすることが可能である。 By adopting such a configuration, the second optical fiber for temperature compensation is disposed on the base material, but is not fixed to the base material. Therefore, the second optical fiber for temperature compensation is It is not affected by the distortion of the measurement object. That is, it is possible to detect only distortion due to expansion and contraction accompanying the temperature change of the temperature compensating second optical fiber itself without detecting distortion of the measurement object. This eliminates the error in temperature compensation, and as a result, by correcting the detection value of the first optical fiber for strain detection with the detection value of the second optical fiber for temperature compensation, pure deformation of the measurement object, Only distortion caused by thinning or the like can be stably detected in a distributed manner. Moreover, the optical fiber sensor of this invention can protect an optical fiber from the damage | wound by external stress by arrange | positioning an optical fiber inside a space | gap part, and does not interfere with distortion measurement. In addition, since the optical fiber sensor of the present invention can be easily cut with a general-purpose tool, the optical fiber sensor can be easily opened without breaking the optical fiber.
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
以下、本発明について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に何ら限定されるものではない。また、以下において「歪み」とは、特に断りのない限り、「光ファイバの長手方向の歪み」を指すものとする。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below at all. In the following, “strain” means “strain in the longitudinal direction of the optical fiber” unless otherwise specified.
<第一実施形態>
図1は、本発明の光ファイバセンサの一例を示すものであり、(a)は光ファイバの長手方向に垂直な面で切断した時の斜視図であり、(b)は断面図である。
本発明の光ファイバセンサ1は、同一の基材2上に歪み検知用の第一光ファイバ3と、温度補償用の第二光ファイバ4とが併設された光ファイバセンサであって、第一光ファイバ3は、基材2上に固定されて配設され、第二光ファイバ4が、第一光ファイバ3の直近において、基材2上に形成された空隙部5の内部に配設されていることを特徴とする。
<First embodiment>
1A and 1B show an example of an optical fiber sensor of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view when cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, and FIG. 1B is a cross-sectional view.
An
このような構成をとることで、第二光ファイバ4は、基材2上に配設されながらも、基材2には固定されてはいないので、第二光ファイバ4は、測定対象物の歪みには影響されない。すなわち、測定対象物の歪みは検出せずに、第二光ファイバ4自身の温度変化に伴う伸縮による歪みのみを検出できる。これにより温度補償の誤差がなくなるので、その結果、第一光ファイバ3の検出値を第二光ファイバ4の検出値で補正することで、純粋に測定対象物の変形、減肉等に起因する歪みのみを分布的に安定して検知することが可能となる。
By adopting such a configuration, the second
特に、本実施形態の光ファイバセンサ1A(1)では、第二光ファイバ4を挟むように、第一光ファイバ3が複数、基材2上に配設され、第一光ファイバ3の軸心方向から見て、各々の第一光ファイバ3の頂部を跨ぐように蓋体6が配設されており、空隙部5Aは、基材2、第一光ファイバ3及び蓋体6によって形成されている。
In particular, in the
本実施形態では、基材2上に配した複数の第一光ファイバの間に第二光ファイバ4を配設し、フィルム等の薄い蓋体6で各々の第一光ファイバ3の頂部を跨ぐように蓋をして、さらにその上から固定剤8を塗布した構造とした。複数の第一ファイバの上に蓋をすることで、基材2、第一光ファイバ3及び蓋体6にセンサ長手方向にわたって空隙部5Aが形成される。そして第二ファイバを空隙部5Aの中に配設している。
In this embodiment, the 2nd
このように、第二光ファイバ4はセンサ長手方向にわたって存在する空隙部5Aの中に配され、且つ、蓋体6で保護されることで第二光ファイバ4が外適応力により外傷が与えられないように保護することができ、歪み計測に支障をきたすことがなくなる。
As described above, the second
また、光ファイバセンサ1Aでは、基材2をファイバが配された方向とは逆に曲げることで基材2と第一光ファイバ3を分離可能であり、それと同時に空隙部5Aの内部に配された第二光ファイバ4も口出しされることになる。また、蓋体6は鋏、カミソリ、ニッパ等の汎用工具で切り込みを入れることで容易に引き裂くことが出来、ファイバを容易に口出し可能である。第二光ファイバ4には配管膨張による伸び歪分以上の余長を持たせているため、伸び歪が印加されることはない。
Further, in the
本発明において、基材2としては可撓性を有するものを用いることが好ましく、このような好ましいものとして、例えば、ステンレス等の各種金属、可撓性および耐熱性を有する各種樹脂等を挙げることができる。
また、基材2は、シート状の形状であることが好ましい。
In the present invention, it is preferable to use a flexible material as the
Moreover, it is preferable that the
第一光ファイバ3は、基材2上に固定剤7により固定されて配設されている。したがって、第一光ファイパ3は、測定対象物の歪みに伴って一体となって歪みを生じるようになっている。
固定剤7としては、熱硬化性樹脂等の樹脂フォームを用いることが好ましい。このような樹脂フォームとしては従来公知のものを用いれば良く、特に限定されない。
The first
As the fixing
蓋体6は、耐熱性フィルムを用いることが好ましい。
耐熱性フィルムは、目的とする布設環境下での最高到達温度以上の耐熱温度を有していれば、特に限定されるものではなく、例えばポリエーテルスルホンやポリアリレート(長期耐熱温度150℃)、ポリエ−テルイミド(長期耐熱温度170℃)、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトンや全芳香族ポリエステル(長期耐熱温度230〜240℃)等の材料からなるフィルムが用いられる。
The lid 6 is preferably a heat resistant film.
The heat-resistant film is not particularly limited as long as it has a heat-resistant temperature equal to or higher than the highest temperature achieved in the intended laying environment. For example, polyethersulfone or polyarylate (long-term heat-resistant temperature 150 ° C.), A film made of a material such as polyetherimide (long-term heat resistant temperature 170 ° C.), polyamideimide, polyetheretherketone or wholly aromatic polyester (long-term heat resistant temperature 230 to 240 ° C.) is used.
また、耐熱性フィルムは手で引き裂くことは困難だが、鋏やカミソリ、ニッパ等の汎用工具で容易に切り裂くことが可能であるため、このような耐熱性フィルムを用いた本発明の光ファイバセンサ1Aは、温度補償用の第二光ファイバ4を断線させることなく容易に口出しすることが可能である。
In addition, it is difficult to tear a heat-resistant film by hand, but it can be easily cut by a general-purpose tool such as a scissors, a razor, and a nipper. Therefore, the
また、耐熱性フィルムは、第一光ファイバ3及び第二光ファイバ4の保護材としても機能するため、センサ布設後にセンサ表面に触れた場合でもファイバに外傷を与えることはなく、ロス増をはじめとする歪み計測に影響を与える要因を排除することができる。また、センサ布設後に別個にセンサ保護部材を設ける必要がなくなり、材料コストや布設時間を削減することができる。
In addition, since the heat resistant film also functions as a protective material for the first
そして、第二光ファイバ4は、上述したように、基材2上に形成された空隙部5(本実施形態において、空隙部5は、基材2、第一光ファイバ3及び前記蓋体6によって形成されている。)に配されている。第二光ファイバ4は、基材2表面には固着されていない。すなわち、第二光ファイバ4は、空隙部5の内側で、その長手方向に沿って、温度変化に応じて伸縮可能(以下、ルースと略記することがある)となっている。
And as above-mentioned, the 2nd
したがって、第二光ファイバ4は、基材2上に配設されながらも、基材2にはその長手方向に沿って固定されてはいないことになる。すなわち、第二光ファイバ4は、測定対象物の歪みには影響されることが無く、測定対象物の歪みは検出せずに、第二光ファイバ4自身の温度変化に伴う伸縮による歪みのみを検出できるようになっている。
Therefore, the second
このように、第二光ファイバ4を空隙部5Aの内部に配することで、第二光ファイバ4には周囲の応力による歪みが全く加わらない状態とすることが出来る。その結果、第二光ファイバ4は、温度変化による歪み、すなわちブリルアン周波数シフトと光ファイバ自体の線膨張に起因する歪みのみを検出することができる。この歪み量は温度変化に対して線形に変化するものであるため、計測した歪み量から温度を正確に求めることが可能となる。
Thus, by arranging the second
そして光ファイバセンサ1Aでは、第一光ファイバ3、蓋体6を覆うように固定剤8が塗布されている。
固定剤8としては、熱硬化性樹脂等の樹脂フォームを用いることが好ましい。このような樹脂フォームとしては従来公知のものを用いれば良く、特に限定されない。
In the
As the fixing
本発明の光ファイバセンサ1A(1)は、基材2を布設面として測定対象物に布設して用いる。測定対象物が変形して歪みを生じると、光ファイバセンサ1も一体的に歪みを生じるので、この時の歪みを検出する。歪みの検出は、例えば、光ファイバにブリルアン散乱光の観測用の光パルス試験器(いわゆるBOTDR)を接続し、光パルス試験器を用いて光ファイバの光試験を行ってブリルアン散乱光を観測することで行う。具体的には、光ファイバに試験光を入射すると、該光ファイバの長手方向に歪みが生じている場合には、後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を生じ、放ブリルアン散乱光の波長は入射した試験光の波長からずれているため、この周波数シフト量から放光ファイバの歪み量を検出することができる。また、試験光入射後に、ブリルアン散乱光が前記光パルス試験器で受光、観測されるまでの時間(戻り時間)を検知することにより、光ファイバに歪みが生じている位置の概略を把握することができる。
The
しかし、光ファイバに温度変化が生じると、該光ファイバで実際に検出される歪み量は、測定対象物の歪み量と、光ファイバの温度変化に伴って生じる光ファイバ自身の歪み量とを合わせたものとなってしまう。
本発明の光ファイバセンサ1では、第一光ファイバ3で検出した歪み量から、第二光ファイバ4で検出した歪み量を差し引くことにより、高精度に測定対象物の歪み量を測定することができる。すなわち、前述の通り、第二光ファイバ4は、空隙部5の内側ではルースになっている。これにより測定対象物の歪みに伴って自身が歪みを生じることが無く、第二光ファイバ4自身の温度変化に伴う伸縮による歪み量のみを検出する。したがって、測定対象物の歪みに伴う歪み量と自身の温度変化に伴う自身の伸縮による歪み量との総和を検出する第一光ファイバ3の歪み量検出値から、第二光ファイバ4の歪み量検出値を差し引けば、測定対象物の歪み量を正確に測定できる訳である。
However, when a change in temperature occurs in the optical fiber, the amount of strain actually detected by the optical fiber is the sum of the amount of distortion of the measurement object and the amount of distortion of the optical fiber itself caused by the change in temperature of the optical fiber. It becomes a thing.
In the
このような温度の影響の補正は、具体的には、以下のようにして行う。すなわち、第二光ファイバ4の光試験データから、ブリルアン散乱光の入射光に対する周波数の温度変化によるシフト量を求め、該シフト量を、第一光ファイバ3の光試験によって検出されたブリルアン散乱光の周波数のシフト量から差し引くことで、第一光ファイバ3の測定対象物の歪みに起因するブリルアン散乱光の周波数のシフト量を求めることができる。
Specifically, the correction of the influence of temperature is performed as follows. That is, from the optical test data of the second
あるいは、第二光ファイバ4への入射光のラマン散乱光の後方散乱光を光パルス試験器で受光検出したデータから、ブリルアン散乱光の検出データを補正する手法を採用しても良い。第二光ファイバ4への光の入射により検出されるラマン散乱光の後方散乱光は、該第二光ファイバ4の温度によって強度が変化するので、検出されるラマン散乱光の後方散乱光の強度は、該第二光ファイバ4の部分的な温度の違いに対応して異なる。そして、検出波形(ストークス光と反ストークス光のOTDR[Optical Time Domain Reflectometer] 波形)の散乱強度から両者の強度比をとり、所定の理論式から温度を求めれば良い。
Or you may employ | adopt the method of correct | amending the detection data of a Brillouin scattered light from the data which received and detected the backscattered light of the Raman scattered light of the incident light to the 2nd
このようにして、光ファイバの歪み量および歪み位置を検出することで、測定対象物の歪み量および歪み位置を特定することができる。
また、本発明の光ファイバセンサ1は、構造が簡便なので低コストで容易に製造することができ、測定対象物に布設するだけで良く、歪み量の測定も簡便に行うことができる。
Thus, by detecting the strain amount and strain position of the optical fiber, the strain amount and strain position of the measurement object can be specified.
Moreover, since the
また、本発明の光ファイバセンサ1は構造が簡便であるので、第一光ファイバ3および/または第二光プァイバ4を、同一の基材2上に複数配設して光ファイバセンサ1としても良い。このように歪みの検出点を複数設けることで、測定対象物の歪み検出の精度をより向上させることができる。
Moreover, since the
以下、本実施形態の光ファイバセンサ1Aの製造方法について説明する。
図2は、光ファイバセンサ1Aの製造工程の一例を示す工程図である。なお、図2においては、図1で説明したものと同一のものを指す場合には、図1で用いた符号をそのまま用いており、これらについての詳細な説明は省略する。
Hereinafter, a method for manufacturing the
FIG. 2 is a process diagram showing an example of a manufacturing process of the
ロール状に巻かれた、複数(ここでは2つ)の第一光ファイバ3を、同時に固定剤塗布器30内に導入する。固定剤塗布器30内で熱硬化性樹脂(すなわち固定剤7)の単量体を含有する溶液をこれらに同時に塗布して、第一光ファイバ3の表面を一括して前記溶液で覆う。
A plurality of (here, two) first
続いて、前記溶液を塗布された第一光ファイバ3を、基材2上に添えた状態で加熱炉31へ同時に導入する。該加熱炉31の内部は、前記単量体が硬化するために必要な温度以上の温度に設定されており、該加熱炉31の出口からは、第一光ファイバ3が基材2上に固定されたものが引き出される。
Subsequently, the first
続いて、ロール状に巻かれた第二光ファイバ4を、第一光ファイバ3の間に配する[図2(b)参照]。
そして、各々の第一光ファイバ3の頂部を跨ぐように蓋体6を配設するとともに[図2(c)参照]、固定剤塗布器32内で、蓋体及び第一光ファイバ3上に熱硬化性樹脂(固定剤8)の単量体を含有する溶液を塗布して、基材2、蓋体6及び第一光ファイバ3を前記溶液で覆う[図4(a)参照]。
Then, the 2nd
Then, the lid body 6 is disposed so as to straddle the top of each first optical fiber 3 [see FIG. 2 (c)], and within the fixing
続いて、前記溶液で覆われた、基材2、第一光ファイバ3、第二光ファイバ4及び蓋体6を加熱炉33へ同時に導入する。該加熱炉33の内部は、前記単量体が硬化するために必要な温度以上の温度に設定されており、該加熱炉33の出口からは、基材2上に、第一光ファイバ3及び第二光ファイバ4が併設されたものが引き出される。これは、その後の引取までの間に固定剤8である熱硬化性樹脂の硬化が完了して本実施形態の光ファイバセンサ1Aとなり、最後にロール状に巻き取られる[図2(c)参照]。
Subsequently, the
<第二実施形態>
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
図3は、本発明の光ファイバセンサの第二実施形態を示すものであり、(a)は光ファイバの長手方向に垂直な面で切断した時の斜視図であり、(b)は断面図である。
なお、上述した第一実施形態と同様の部分については同じ符号を付けるとともに、その詳細な説明については省略する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
3A and 3B show a second embodiment of the optical fiber sensor of the present invention, in which FIG. 3A is a perspective view when cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, and FIG. 3B is a cross-sectional view. It is.
In addition, while attaching | subjecting the same code | symbol about the part similar to 1st embodiment mentioned above, it abbreviate | omits about the detailed description.
本実施形態の光ファイバセンサ1B(1)は、同一の基材2上に歪み検知用の第一光ファイバ3と、温度補償用の第二光ファイバ4とが併設された光ファイバセンサ1であって、第一光ファイバ3は、基材2上に固定されて配設され、第二光ファイバ4が、第一光ファイバ3の直近において、基材2上に形成された空隙部5Bの内部に配設されている。
The
特に、本実施形態の光ファイバセンサ1は、空隙部5Bは、基材2の一部2aが、第二光ファイバ4に沿って第二光ファイバ4の外周を覆うように巻き付くことによって形成されている。
すなわち、本実施形態の光ファイバセンサ1は、基材2の一部2aを折り曲げることで空隙部5Bを形成し、その空隙部5Bの中に第二光ファイバ4を配した構造である。
In particular, in the
That is, the
このように、第二光ファイバ4ファイバはセンサ長手方向にわたって存在する空隙部5Bの中に配され、且つ、基材2の一部で保護されることで第二光ファイバ4が外適応力により外傷が与えられないように保護することができ、歪み計測に支障をきたすことがなくなる。
As described above, the second
折り曲げた基材2の一部の端部2bは、基材2の一面と接触していても構わないし、隙間が開いていても構わない。ただし、隙間の大きさは第二光ファイバ4の径よりも小さいものとする。これにより、第二光ファイバ4が空隙部5Bより飛び出すことは無く、長手方向に亘って確実に保護することができる。基材2の一部の端部2bは、固定剤10により基材2の一面に固定されていてもよい。
A part of the
また、折り曲げた基材2の一部の端部2bは、基材2に対して隙間があるか接触しているだけなので、ここを基点に容易に開放することが可能である。これにより光ファイバを容易に口出し可能である。第二光ファイバ4には配管膨張による伸び歪分以上の余長を持たせているため、伸び歪が印加されることはない。
Further, since the
このような構成の光ファイバセンサ1B(1)では、第二光ファイバ4は、基材2上に配設されながらも、基材2には固定されてはいないので、第二光ファイバ4は、測定対象物の歪みには影響されない。すなわち、測定対象物の歪みは検出せずに、第二光ファイバ4自身の温度変化に伴う伸縮による歪みのみを検出できる。これにより温度補償の誤差がなくなるので、その結果、第一光ファイバ3の検出値を第二光ファイバ4の検出値で補正することで、純粋に測定対象物の変形、減肉等に起因する歪みのみを分布的に安定して検知することが可能となる。
In the
以下、本実施形態の光ファイバセンサ1B(1)の製造方法について説明する。
図4は、光ファイバセンサ1B(1)の製造工程の一例を示す工程図である。なお、図4においては、図3で説明したものと同一のものを指す場合には、図3で用いた符号をそのまま用いており、これらについての詳細な説明は省略する。
Hereinafter, a manufacturing method of the
FIG. 4 is a process diagram showing an example of a manufacturing process of the
ロール状に巻かれた基材2および温度補償用の第二光ファイバ4を、基材2上に温度補償用の第二光ファイバ4が添えられた状態で同時に固定剤塗布器40内に導入する。そして固定剤塗布器40内で熱硬化性樹脂(すなわち固定剤10)の単量体を含有する溶液を基材2上の一部に塗布する[図4(b)参照]。
The
続いて、前記溶液を塗布された基材2、第二光ファイバ4を基材加工器41へ同時に導入する。そして基材加工器41内で、基材2の一部2aを、第二光ファイバ4に沿って第二光ファイバ4の外周を覆うように巻き付け、折り曲げ加工する。このとき、基材2の一部2aと第二光ファイバ4との間には空隙部5Bを有するようにする。
Subsequently, the
続いて、一部が折り曲げ加工された基材2及び温度補償用の第二光ファイバ4を加熱炉42へ同時に導入する。加熱炉42の内部は、前記単量体が硬化するために必要な温度以上の温度に設定されており、加熱炉42の出口からは、折り曲げ加工された基材2の一部の端部2bが、固定剤10により基材2の一面上に固定されたものが引き出される[図4(c)参照]。
Subsequently, the
続いて、ロール状に巻かれた歪み検知用の第一光ファイバ3を、基材2上に歪み検知用の第一光ファイバ3が添えられた状態で同時に固定剤塗布器43内に導入する。
そして、固定剤塗布器43内で、歪み検知用の第一光ファイバ3に熱硬化性樹脂(すなわち固定剤9)の単量体を含有する溶液を塗布して、歪み検知用の第一光ファイバ3を前記溶液で覆う[図4(a)参照]。
Subsequently, the first
Then, in the fixing
続いて、基材2、前記溶液で覆われた歪み検知用の第一光ファイバ3及び温度補償用の第二光ファイバ4を加熱炉44へ同時に導入する。加熱炉44の内部は、前記単量体が硬化するために必要な温度以上の温度に設定されており、加熱炉44の出口からは、基材2上に、歪み検知用の第一光ファイバ3及び温度補償用の第二光ファイバ4が併設されたものが引き出される。これは、その後の引取までの間に固定剤7である熱硬化性樹脂の硬化が完了して本実施形態の光ファイバセンサ1Bとなり、最後にロール状に巻き取られる[図4(c)参照]。
Subsequently, the
<第三実施形態>
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
図5は、本発明の光ファイバセンサの第三実施形態を示すものであり、光ファイバの長手方向に垂直な面で切断した時の斜視図である。
なお、上述した第一実施形態と同様の部分については同じ符号を付けるとともに、その詳細な説明については省略する。
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 shows a third embodiment of the optical fiber sensor of the present invention, and is a perspective view when cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber.
In addition, while attaching | subjecting the same code | symbol about the part similar to 1st embodiment mentioned above, it abbreviate | omits about the detailed description.
本実施形態の光ファイバセンサ1C(1)は、同一の基材2上に歪み検知用の第一光ファイバ3と、温度補償用の第二光ファイバ4とが併設された光ファイバセンサであって、歪み検知用の第一光ファイバ3は、基材2上に固定されて配設され、温度補償用の第二光ファイバ4が、歪み検知用の第一光ファイバ3の直近において、基材2上に形成された空隙部5Cの内部に配設されている。
The
特に、本実施形態の光ファイバセンサ1Cは、第二光ファイバ4は空隙部5Cを有するパイプ状のフォーミング材20によりフォーミングされている。
すなわち、本実施形態の光ファイバセンサ1は、空隙部5Cを有するパイプ状のフォーミング材20の中に第二光ファイバ4を配した構造である。
In particular, in the
That is, the
このように、第二光ファイバ4ファイバはセンサ長手方向にわたって存在する空隙部5Cの中に配されることで第二光ファイバ4が外適応力により外傷が与えられないように保護することができ、歪み計測に支障をきたすことがなくなる。
As described above, the second
フォーミング材20は、目的とする布設環境下での最高到達温度以上の耐熱温度を有していれば、特に限定されるものではなく、例えば各種金属の他、ポリエーテルスルホンやポリアリレート(長期耐熱温度150℃)、ポリエ−テルイミド(長期耐熱温度170℃)、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトンや全芳香族ポリエステル(長期耐熱温度230〜240℃)等が用いられる。
The forming
フォーミング材20は中空のパイプ形状を有し、フォーミング材20は固定剤21により基材2に対して長手方向に渡って固定されている。光ファイバセンサ1Cは、測定対象物である配管に螺旋状に布設するため、熱膨張による伸び歪みは、主に光ファイバの径方向に加わることになる。第二光ファイバ4には配管膨張による伸び歪み分以上の余長を持たせているため、第二光ファイバ4には伸び歪みが印加されることはない。
The forming
このように、第二光ファイバ4を空隙部5Cの内部に配することで、第二光ファイバ4には周囲の応力による歪みが全く加わらない状態とすることが出来る。その結果、第二光ファイバ4は、温度変化による歪み、すなわちブリルアン周波数シフトと光ファイバ自体の線膨張に起因する歪みのみを検出することができる。この歪み量は温度変化に対して線形に変化するものであるため、計測した歪み量から温度を正確に求めることが可能となる。
Thus, by arranging the second
また、フォーミング材20の合わせ目20aは、基材2面に長手方向に渡って接している。これにより基材2をファイバが配された方向とは逆に曲げることで基材2と第一光ファイバ3を分離した際、第二光ファイバ4を保護したフォーミング材20の合わせ目20aも外部に露出することになる。したがって、この外部に露出した合わせ目20aを開放することで容易に光ファイバを口出し可能となる。また、フオーミング材20の合わせ日が基材2に接するようにすることで、合わせ目から固定剤21が内部に侵入することがなく、第二光ファイバ4を長手方向に亘って確実に保護することができる。
Further, the joint 20a of the forming
以下、本実施形態の光ファイバセンサ1Cの製造方法について説明する。
図6は、光ファイバセンサ1Cの製造工程の一例を示す工程図である。なお、図6においては、図5で説明したものと同一のものを指す場合には、図5で用いた符号をそのまま用いており、これらについての詳細な説明は省略する。
Hereinafter, a manufacturing method of the
FIG. 6 is a process diagram showing an example of a manufacturing process of the
ロール状に巻かれた第二光ファイバ4およびフォーミング材20を、同時にフォーミング加工器50内に導入する。このとき、第二光ファイバ4の外周41上にフォーミング材20が縦添えされる。この際、フォーミング材20と第二光ファイバ4との間には空隙部5Cを有するようにする[図6(b)〜(d)参照]。
The second
続いて、ロール状に巻かれた基材2、第一光ファイバ3及びフォーミングされた第二光ファイバ4を、基材2上に第一光ファイバ3及び第二光ファイバ4が添えられた状態で同時に固定剤塗布器51内に導入する。そして固定剤塗布器51内で熱硬化性樹脂(すなわち固定剤7,21)の単量体を含有する溶液を塗布して、第一光ファイバ3及びフォーミング材20を前記溶液で覆う。
Subsequently, the
続いて、前記溶液が塗布された第一光ファイバ3及びフォーミングされた第二光ファイバ4を、基材2上に添えられた状態で同時に加熱炉52へ導入する。該加熱炉52の内部は、前記単量体が硬化するために必要な温度以上の温度に設定されており、該加熱炉52の出口からは、基材2上に溶液が塗布された第一光ファイバ3及びフォーミングされた温度補償用の第二光ファイバ4が併設されたものが引き出される。これは、その後の引取までの間に固定剤7,21である熱硬化性樹脂の硬化が完了して本実施形態の光ファイバセンサ1Cとなり、最後にロール状に巻き取られる[図6(e)参照]。
Subsequently, the first
本発明の光ファイバセンサは、発電所、プラント等に配設された配管をはじめとする、極めて高温の環境下における各種構造物の歪みの測定に用いられる光ファイバセンサ及びその製造方法に適用可能である。 The optical fiber sensor of the present invention can be applied to an optical fiber sensor used for measuring strains of various structures under extremely high temperature environment such as piping arranged in a power plant, a plant, etc. and a manufacturing method thereof. It is.
1A,1B,1C 光ファイバセンサ、2 基材、3 歪み検知用の第一光ファイバ、4 温度補償用の第二光ファイバ、5A,5B,5C 空隙部、6 蓋体、7,8,10,21 固定剤、20 フォーミング材。 1A, 1B, 1C optical fiber sensor, 2 substrate, 3 first optical fiber for strain detection, 4 second optical fiber for temperature compensation, 5A, 5B, 5C gap, 6 lid, 7, 8, 10 , 21 Fixing agent, 20 forming material.
Claims (6)
前記第一光ファイバは、前記基材上に固定されて配設され、
前記第二光ファイバが、前記第一光ファイバの直近において、前記基材上に形成された空隙部の内部に配設されていることを特徴とする光ファイバセンサ。 An optical fiber sensor in which a first optical fiber for strain detection and a second optical fiber for temperature compensation are provided on the same base material,
The first optical fiber is fixedly disposed on the substrate;
The optical fiber sensor, wherein the second optical fiber is disposed in the space formed on the substrate in the immediate vicinity of the first optical fiber.
前記第一光ファイバの軸心方向から見て、各々の第一光ファイバの頂部を跨ぐように蓋体が配設されており、
前記空隙部は、前記基材、前記第一光ファイバ及び前記蓋体によって形成されてい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。 A plurality of the first optical fibers are disposed on the substrate so as to sandwich the second optical fiber,
A lid is disposed so as to straddle the top of each first optical fiber as seen from the axial direction of the first optical fiber,
The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the gap is formed by the base material, the first optical fiber, and the lid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007299601A JP2009128009A (en) | 2007-11-19 | 2007-11-19 | Optical fiber sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007299601A JP2009128009A (en) | 2007-11-19 | 2007-11-19 | Optical fiber sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009128009A true JP2009128009A (en) | 2009-06-11 |
Family
ID=40819115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007299601A Pending JP2009128009A (en) | 2007-11-19 | 2007-11-19 | Optical fiber sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2009128009A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016168564A1 (en) * | 2015-04-17 | 2016-10-20 | Bp Corporation North America Inc. | Systems and methods for determining the strain experienced by wellhead tubulars |
-
2007
- 2007-11-19 JP JP2007299601A patent/JP2009128009A/en active Pending
Cited By (1)
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WO2016168564A1 (en) * | 2015-04-17 | 2016-10-20 | Bp Corporation North America Inc. | Systems and methods for determining the strain experienced by wellhead tubulars |
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