JP2011007767A - Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber - Google Patents

Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber Download PDF

Info

Publication number
JP2011007767A
JP2011007767A JP2009191569A JP2009191569A JP2011007767A JP 2011007767 A JP2011007767 A JP 2011007767A JP 2009191569 A JP2009191569 A JP 2009191569A JP 2009191569 A JP2009191569 A JP 2009191569A JP 2011007767 A JP2011007767 A JP 2011007767A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
light
sensor device
sensor
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009191569A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4597251B1 (en
Inventor
Noriyuki Hamada
則幸 浜田
Hidenori Mimura
榮紀 三村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FIBERLABS Inc
Original Assignee
FIBERLABS Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FIBERLABS Inc filed Critical FIBERLABS Inc
Priority to JP2009191569A priority Critical patent/JP4597251B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4597251B1 publication Critical patent/JP4597251B1/en
Publication of JP2011007767A publication Critical patent/JP2011007767A/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly durable, inexpensive optical fiber sensor device with an extremely small sensor head, which can measure temperature, humidity, types of liquid-steam, density, and so on with an identical sensor head or with a plurality of sensor heads at the same time.SOLUTION: Light is allowed into a sensor section 1 including a pair of opposed tapered fibers 11, a non-tapered section 12, and a reflector 13 to receive reflected light. The reflected light becomes a cyclical spectrum as a result of intermode interference and coupling, and a phase and an amplitude of the spectrum change due to the temperature and an refractive index of an ambient substance. Since a reflected light quantity also changes along with a change of the spectrum, a change of the light quantity is detected to measure a desired physical quantity.

Description

本発明は、光ファイバを使って温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等を計測する光ファイバを用いたセンサ装置及びセンシング方法に関する。   The present invention relates to a sensor device and a sensing method using an optical fiber that measures temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration and the like using an optical fiber.

光ファイバセンサは、防爆性、耐電磁ノイズ特性に優れ、遠隔、多点モニタリングが容易なことから各種のセンサが開発されている。   Various types of optical fiber sensors have been developed because they are excellent in explosion-proof properties and electromagnetic noise resistance, and are easy to remotely and multi-point monitor.

特許文献1には、FBGを用いた温度センサが開示されている。   Patent Document 1 discloses a temperature sensor using FBG.

特許文献2には、湿度により変色する物質をファイバ先端に塗布した湿度センサが開示されている。   Patent Document 2 discloses a humidity sensor in which a substance that changes color depending on humidity is applied to the tip of a fiber.

特許文献3には、クラッドの一部を感湿層とした湿度センサが開示されている。   Patent Document 3 discloses a humidity sensor in which a part of the cladding is a moisture sensitive layer.

特許文献4には、膨潤材料を用いた液体センサが開示されている。   Patent Document 4 discloses a liquid sensor using a swelling material.

特許文献5には、キトサン複合膜の膨潤収縮を利用して水中の有機溶媒濃度を測定するセンサが開示されている。   Patent Document 5 discloses a sensor that measures the concentration of an organic solvent in water using the swelling and shrinkage of a chitosan composite membrane.

特許文献6には、金属皮膜を設けたヘテロコアファイバの表面プラズモンを利用して液体濃度を測定するセンサが開示されている。   Patent Document 6 discloses a sensor that measures the liquid concentration using surface plasmons of a hetero-core fiber provided with a metal film.

特開平08−101078号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-101078 特開平06−11448号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-11448 特開平05−60689号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-60689 特開2001−50855JP 2001-50855 A 特開平5−19123JP-A-5-19123 特開2005−010025JP2005-010025

しかしながら、特許文献1に開示されているFBGを利用した温度センサは高価であり、特許文献2〜5に開示されているセンサは、特殊な感湿材や膨潤剤を用いるため構造が複雑で、大きさ、耐久性にも問題があり、特許文献6に開示されているセンサも、高価でセンサヘッドが大きいという問題がある。また、これらのセンサ装置では、温度、湿度、液体・蒸気の濃度等の同一センサヘッドでの測定、或いは、複数のセンサヘッドを用いた同時測定などは困難である。   However, the temperature sensor using FBG disclosed in Patent Document 1 is expensive, and the sensors disclosed in Patent Documents 2 to 5 have a complicated structure because they use a special moisture-sensitive material and swelling agent. There are also problems in size and durability, and the sensor disclosed in Patent Document 6 also has a problem that it is expensive and the sensor head is large. Also, with these sensor devices, it is difficult to measure the temperature, humidity, liquid / vapor concentration, etc. with the same sensor head, or to simultaneously measure using a plurality of sensor heads.

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等の同一センサヘッドでの測定、複数のセンサヘッドでの同時測定が可能であり、センサヘッドが極めて小さく、耐久性が高く、且つ、安価な光ファイバセンサ装置及び光ファイバを用いたセンシング方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and as its purpose, temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, etc. can be measured with the same sensor head, and simultaneous measurement with a plurality of sensor heads is possible. An object of the present invention is to provide an optical fiber sensor device and a sensing method using an optical fiber, which have a very small sensor head, high durability, and low cost.

そのため、本発明の光ファイバセンサ装置は、対向するテーパファイバ対、当該テーパファイバ対の片側に連結した非テーパ部、当該非テーパ部の端面で測定光を反射する反射器を具備したセンサ部と、当該センサ部に供給すべき測定光を発生する発光手段、当該センサ部で強度変化を受けた反射光を受光する受光手段、測定光を当該センサ部に導き、当該センサ部からの反射光を当該受光手段に導く導光手段、当該受光手段の出力を温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等の検出すべき物理量に変換する演算処理回路を具備した計測部と、当該センサ部と当該計測部の間の光伝送を行う伝送用光ファイバとを備えることを特徴とする。   Therefore, an optical fiber sensor device according to the present invention includes a pair of opposed tapered fibers, a non-tapered portion connected to one side of the tapered fiber pair, and a sensor unit including a reflector that reflects measurement light at an end surface of the non-tapered portion. , A light emitting means for generating measurement light to be supplied to the sensor unit, a light receiving means for receiving reflected light subjected to an intensity change at the sensor unit, guiding the measurement light to the sensor unit, and reflecting the reflected light from the sensor unit A light guide means that leads to the light receiving means, a measuring section that includes an arithmetic processing circuit that converts the output of the light receiving means into physical quantities to be detected such as temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, the sensor section, and the And a transmission optical fiber that performs optical transmission between the measurement units.

また、本発明の光ファイバを用いたセンシング方法は、対向するテーパファイバ対、当該テーパファイバ対の片側に連結した非テーパ部、当該非テーパ部の端面で測定光を反射する反射器を具備したセンサ部に対して、伝送用光ファイバを用いて測定光を導入し、当該テーパファイバ対において、当該測定光の一部をコアからクラッド側へ漏洩させ、少なくとも当該非テーパ部において、当該漏洩光をクラッドモードで伝播させて当該反射器によって反射させ、当該センサ部の反射光の変化を、当該伝送用光ファイバを介して検出することにより、当該非テーパ部の周囲環境の屈折率変化、又は、温度に依存する当該非テーパ部自体の屈折率変化を検知することを特徴とする。   In addition, the sensing method using the optical fiber of the present invention includes an opposing tapered fiber pair, a non-tapered portion connected to one side of the tapered fiber pair, and a reflector that reflects measurement light at the end face of the non-tapered portion. Measuring light is introduced into the sensor unit using a transmission optical fiber, and in the tapered fiber pair, a part of the measuring light is leaked from the core to the cladding side, and at least in the non-tapered part, the leaked light is leaked. Is reflected in the clad mode and reflected by the reflector, and the change in the reflected light of the sensor unit is detected through the transmission optical fiber, thereby changing the refractive index of the surrounding environment of the non-tapered part, or Further, it is characterized in that a change in refractive index of the non-tapered portion itself depending on temperature is detected.

本発明により、温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等の同一センサヘッドでの測定、複数のセンサヘッドでの同時測定が可能で、極めて小型で、耐久性が高く、且つ、安価な光ファイバセンサ装置及びセンシング方法を実現できる。   The present invention enables measurement with the same sensor head such as temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, etc., and simultaneous measurement with multiple sensor heads, and is extremely compact, highly durable, and inexpensive. A fiber sensor device and a sensing method can be realized.

本発明の実施例1である光ファイバセンサ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical fiber sensor apparatus which is Example 1 of this invention. センサ部の拡大切断面図である。It is an expanded cutaway view of a sensor part. センサ部を透過した光、及び、反射した光のスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectrum of the light which permeate | transmitted the sensor part and the reflected light. 非テーパ部の長さと周期スペクトルの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the length of a non-taper part, and a period spectrum. ファイバ外径とMFDの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a fiber outer diameter and MFD. センサ部で得られる周期スペクトルの温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the periodic spectrum obtained by a sensor part. 温度測定の場合に、センサ部を周囲雰囲気から保護する構造を示す図である。It is a figure which shows the structure which protects a sensor part from ambient atmosphere in the case of temperature measurement. 中空容器で保護したセンサ部の温度と反射光量の関係を測定した例である。It is the example which measured the relationship between the temperature of the sensor part protected with the hollow container, and the amount of reflected light. 各種液体にセンサ部を浸漬したときに得られる反射スペクトルの測定例である。It is an example of the measurement of the reflection spectrum obtained when a sensor part is immersed in various liquids. 各種液体にセンサ部を浸漬したときの反射光量の変化を測定した例である。It is the example which measured the change of the reflected light amount when a sensor part was immersed in various liquids. アセトンが蒸発していくプロセスに伴う反射スペクトルの変化を測定した例である。It is an example in which the change in the reflection spectrum accompanying the process of evaporation of acetone is measured. アセトンが蒸発していくプロセスと光量変化の関係を測定した例である。It is an example in which the relationship between the process in which acetone evaporates and the change in the amount of light is measured. 湿度変化に伴う反射光量の変化を測定した例である。It is the example which measured the change of the reflected light amount accompanying a humidity change. プロパノール濃度と光量変化の関係を測定した例である。It is the example which measured the relationship between a propanol density | concentration and a light quantity change. 1300nm帯ASE光源で測定した反射光スペクトルの温度変化の例である。It is an example of the temperature change of the reflected light spectrum measured with the 1300 nm band ASE light source. 1300nm帯ASE光源のスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectrum of a 1300 nm band ASE light source. 1300nm帯ASE光源と1313nmLDで測定した反射光強度の温度変化の例である。It is an example of the temperature change of the reflected light intensity measured by 1300nm band ASE light source and 1313nmLD. 本発明の実施例2である光ファイバセンサ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical fiber sensor apparatus which is Example 2 of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1である光ファイバセンサ装置の構成概略図を示し、図2は、センサ部1の拡大切断面図を示してある。図1における矢印は光が進行する様子を示している。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical fiber sensor device that is Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of the sensor unit 1. The arrow in FIG. 1 shows how light travels.

実施例1は、センサ部1、計測部2、伝送用光ファイバ3から構成される。   The first embodiment includes a sensor unit 1, a measurement unit 2, and a transmission optical fiber 3.

センサ部1は、テーパファイバ対11と、その片側に連結した非テーパ部12と、非テーパ部12の端面で測定光を反射する反射器13を具備する。テーパファイバ対11は、ウエスト部14に向かってファイバ外径が次第に細くなっており、また、外径に比例してコア径も細くなっている。非テーパ部12は被覆を施さずにクラッド102のガラス表面がむき出しになっているか、或いは、被覆を施す場合は、クラッド12を伝搬する光の浸み出しを完全に妨がない程度、つまり被膜の外側の被測定物の屈折率変化の影響を受ける程度の厚さとする。例えば、クラッド102のガラス表面をむき出しにする場合は、被測定物となる周囲雰囲気や液体にクラッド102を接触させることができる。この結果、クラッド102の外周側領域が、これに接触する物質に特有な屈折率となる。周囲雰囲気や液体の屈折率がクラッドより低い場合は、当然、クラッド102の外周側領域がクラッド12よりも低屈折率状態となる。この場合、非テーパ部12は、コア101からクラッド102側に漏洩する測定光の少なくとも一部を、外部に放出させずにクラッドモードとして伝播できる構造となる。なお、周囲雰囲気や液体の屈折率が、クラッド102より高い場合であっても、非テーパ部12の長さが短い場合には、少なくとも漏洩光の一部は外部に放出されずにクラッドモードとして伝搬できる。   The sensor unit 1 includes a tapered fiber pair 11, a non-tapered part 12 connected to one side thereof, and a reflector 13 that reflects measurement light at the end face of the non-tapered part 12. The tapered fiber pair 11 has a fiber outer diameter that gradually decreases toward the waist portion 14, and a core diameter that decreases in proportion to the outer diameter. The non-tapered portion 12 is not coated and the glass surface of the clad 102 is exposed, or when the coating is applied, the non-tapered portion 12 does not completely impede the penetration of light propagating through the clad 12, that is, the coating The thickness is such that it is affected by the change in the refractive index of the object to be measured outside of. For example, when the glass surface of the clad 102 is exposed, the clad 102 can be brought into contact with an ambient atmosphere or a liquid serving as an object to be measured. As a result, the outer peripheral side region of the clad 102 has a refractive index peculiar to the substance in contact therewith. When the refractive index of the ambient atmosphere or the liquid is lower than that of the cladding, the outer peripheral side region of the cladding 102 is naturally in a lower refractive index state than that of the cladding 12. In this case, the non-tapered portion 12 has a structure capable of propagating at least part of the measurement light leaking from the core 101 to the clad 102 side as a clad mode without being emitted to the outside. Even when the refractive index of the ambient atmosphere or liquid is higher than that of the clad 102, if the length of the non-tapered portion 12 is short, at least a part of the leaked light is not emitted to the outside and becomes a clad mode. Can propagate.

なお、また例えば、クラッド102のガラス表面を、クラッド102よりも高屈折率材料で被覆する場合は、その膜厚を薄くする(具体的には測定光の波長以下とする)ことが好ましい。高屈折率の被覆層を薄くすることにより、漏洩光が高屈折率被覆層に閉じこめられず、クラッドモードとして伝搬できるからである。また、被覆層を薄くすると、周囲雰囲気や液体との境界付近への光の浸み出しが強くなるため、センサの感度が上がる利点も有する。即ち、クラッド102に対して高屈折材料となる被膜層を形成することで、クラッド102から光を積極的に浸み出させて、被膜層外周の被測定物との境界で全反射させることで屈折率変化の影響を強く受けるようにし、更に、この被膜層の膜厚を薄くすることで、その全反射光をクラッド102側に積極的に戻して、その影響を高感度に検出できるようにする。この結果、実質的に、クラッド102の外周側領域を、クラッド102よりも低屈折率状態とすることができる。これは、被膜の外周に接する周囲雰囲気や液体との境界において、漏洩光が全反射してクラッド102側に戻るので、外部に放出させずにクラッドモードとして伝播できるからである。これは特に蒸気特性を検出する際に好適である。   For example, when the glass surface of the clad 102 is coated with a material having a higher refractive index than that of the clad 102, it is preferable to reduce the film thickness (specifically, the wavelength of the measurement light or less). This is because, by thinning the high refractive index coating layer, leakage light is not confined in the high refractive index coating layer and can propagate as a clad mode. In addition, when the coating layer is thinned, light permeation to the vicinity of the boundary with the ambient atmosphere or the liquid becomes strong, which has an advantage of increasing the sensitivity of the sensor. That is, by forming a coating layer that is a highly refractive material on the clad 102, light is leached out of the clad 102 and totally reflected at the boundary with the object to be measured on the outer periphery of the coating layer. By being strongly influenced by the change in the refractive index, and further reducing the film thickness of the coating layer, the total reflected light can be positively returned to the clad 102 side so that the influence can be detected with high sensitivity. To do. As a result, the outer peripheral side region of the clad 102 can be substantially in a lower refractive index state than the clad 102. This is because the leaked light is totally reflected and returns to the cladding 102 side at the boundary between the ambient atmosphere and the liquid in contact with the outer periphery of the coating, and can propagate as a cladding mode without being emitted to the outside. This is particularly suitable when detecting vapor characteristics.

テーパファイバ対11の最も細い部分であるウエスト部14の外径は、70μm以下、好ましくは30〜50μm程度に設定される。また、テーパファイバ対11は、非テーパ部12の重量(自重)で曲がらない剛性を備えている。このように、30μm以上に設定することで剛性を確保する理由として、このセンサ部1は、外部からの付勢力を誤って検出しないように、原則、非テーパ部12側が自由端となるような片持ち状態で保持するからである。つまり、両持ち状態にすると、その保持部材側が温度変化で伸縮したり、何らかの要因で変形したりすると、センサ部1に応力が作用し、変形によって反射光量が変化してまうからである。なお、ウエスト部14の外形を70μm以下、好ましくは50μm以下とする理由は後述する。   The outer diameter of the waist part 14 which is the narrowest part of the taper fiber pair 11 is set to 70 μm or less, preferably about 30 to 50 μm. Further, the tapered fiber pair 11 has a rigidity that does not bend due to the weight (self-weight) of the non-tapered portion 12. As described above, as a reason for securing the rigidity by setting it to 30 μm or more, in principle, the sensor unit 1 is configured such that the non-tapered portion 12 side becomes a free end so as not to erroneously detect an external biasing force. This is because it is held in a cantilever state. That is, when the both-end holding state is established, if the holding member side expands or contracts due to a temperature change or is deformed due to some factor, stress acts on the sensor unit 1 and the amount of reflected light changes due to the deformation. The reason why the outer shape of the waist portion 14 is 70 μm or less, preferably 50 μm or less will be described later.

非テーパ部12の長さは、1〜5mm程度である。反射器13は、例えば、誘電体多層膜、金属膜などで構成する。   The length of the non-taper part 12 is about 1 to 5 mm. The reflector 13 is composed of, for example, a dielectric multilayer film or a metal film.

計測部2は、測定光を発生する光源21と、測定光を伝送用光ファイバ3に導き、センサ部1で強度変化を受けた反射光を受光器24に導く光分岐カプラ22と、センサ部1からの反射光量を測定する受光器24と、受光器24の出力を温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等の検出すべき物理量に変換する演算処理回路25を具備する。なお、図1には示されていないが、光源21の光強度が変動する場合には、光源21の光強度をモニターして、センサ部1から戻る反射光強度を補正する構成も可能である。   The measuring unit 2 includes a light source 21 that generates measurement light, an optical branching coupler 22 that guides the measurement light to the transmission optical fiber 3, and guides reflected light that has undergone an intensity change at the sensor unit 1 to the light receiver 24, and a sensor unit A light receiver 24 that measures the amount of reflected light from 1 and an arithmetic processing circuit 25 that converts the output of the light receiver 24 into physical quantities to be detected such as temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, and the like. Although not shown in FIG. 1, when the light intensity of the light source 21 fluctuates, it is possible to monitor the light intensity of the light source 21 and correct the reflected light intensity returning from the sensor unit 1. .

伝送用光ファイバ3は、センサ部1と計測部2の間の光伝送を行うシングルモード光ファイバで、センサ部1に用いる光ファイバと同種の場合も、異種の場合もある。   The transmission optical fiber 3 is a single mode optical fiber that performs optical transmission between the sensor unit 1 and the measurement unit 2, and may be the same type or different type of optical fiber used in the sensor unit 1.

以下、本実施例のセンサ部1について詳細に説明する。   Hereinafter, the sensor unit 1 of the present embodiment will be described in detail.

図3は、本実施例1のセンサ部1に広帯域光源を入射し、反射光スペクトルを測定した例と、同様なテーパファイバ対11を透過した光のスペクトル測定例を示している。反射光のスペクトルは、正弦関数に近い、明瞭な周期的変化を示す。一方、透過光スペクトルでは、波長に対して若干の光量変化が見られるものの、明確な周期スペクトルを観察できない。即ち、本実施例1のセンサ部11は、反射光を周期的スペクトルに変換する機能を持つ。   FIG. 3 shows an example in which a broadband light source is incident on the sensor unit 1 of the first embodiment and a reflected light spectrum is measured, and a spectrum measurement example of light transmitted through the same tapered fiber pair 11 is shown. The spectrum of the reflected light shows a clear periodic change close to a sine function. On the other hand, in the transmitted light spectrum, although a slight change in the amount of light is observed with respect to the wavelength, a clear periodic spectrum cannot be observed. That is, the sensor unit 11 of the first embodiment has a function of converting the reflected light into a periodic spectrum.

反射スペクトルの周期的な安定性は、非テーパ部12の長さに強く依存する。図4は非テーパ部12の長さを変えてスペクトルを測定した例を示す。非テーパ部12が短いほど周期が長くなり、且つ、15mm以下では規則的変化をする。一方、非テーパ部12が長くなると周期が短くなるのに加え、20mm以上では不規則な変化をする。従って、センサとして用いるには、規則的な変化をする20mm未満の長さが適している。特に、15mm以下が好ましく、更に好ましくは周期の長い5mm以下とする。   The periodic stability of the reflection spectrum strongly depends on the length of the non-tapered portion 12. FIG. 4 shows an example in which the spectrum is measured by changing the length of the non-tapered portion 12. The shorter the non-tapered portion 12 is, the longer the cycle is, and regular changes occur at 15 mm or less. On the other hand, when the non-tapered portion 12 becomes longer, the cycle becomes shorter, and when the non-tapered portion 12 becomes longer than 20 mm, it changes irregularly. Therefore, a length of less than 20 mm that changes regularly is suitable for use as a sensor. Particularly, it is preferably 15 mm or less, more preferably 5 mm or less with a long cycle.

このような周期的スペクトルが出現する理由として、テーパファイバ対11において、測定光の一部がコア101からクラッド102側へ漏洩し、更に非テーパ部12において、この漏洩光がクラッドモードとして伝搬して反射器13で反射し、この反射光がモード間干渉を起こす結果、周期スペクトルが反射光の一部として検出されると推測される。具体的には、クラッドモード同士の間、或いはクラッドモードとコアモード間の干渉、結合が考えられる。   The reason why such a periodic spectrum appears is that, in the tapered fiber pair 11, part of the measurement light leaks from the core 101 to the cladding 102 side, and this leaked light propagates as a cladding mode in the non-tapered portion 12. As a result, the periodic spectrum is detected as a part of the reflected light. Specifically, interference and coupling between the clad modes or between the clad mode and the core mode can be considered.

反射スペクトルの振幅の大きさは、ウエスト部14の径に依存し、ウエスト部14の径が小さいほど大きくなる。なお、既に述べたように、ウエスト部14の径が30μm以下になると、剛性が小さくなることから、ウエスト部14での曲げによるロスが発生し易くなったり、センサヘッドとしての実装が複雑になったりする。従って、ウエスト部14の径は約30μm以上が適している。   The magnitude of the amplitude of the reflection spectrum depends on the diameter of the waist portion 14 and increases as the diameter of the waist portion 14 decreases. As described above, when the diameter of the waist portion 14 is 30 μm or less, the rigidity is reduced, so that loss due to bending at the waist portion 14 is likely to occur, and mounting as a sensor head becomes complicated. Or Accordingly, the diameter of the waist portion 14 is suitably about 30 μm or more.

図5に示すように、ウエスト部14を70μm以下にすると、MFD(モードフィールド径)が広がり始めると共に、反射スペクトルの振幅も広がり出すので好ましい。これは、コア101からクラッド102への漏洩光が発生し、非テーパ部12においてクラッドモードによる光伝搬が開始していると考えられる。なお、このMFD(モードフィールド径)は、伝搬モードの電界分布の広がり(光の通り道)の直径を意味している。   As shown in FIG. 5, it is preferable that the waist portion 14 is 70 μm or less because the MFD (mode field diameter) starts to widen and the amplitude of the reflection spectrum starts to spread. This is considered that leakage light from the core 101 to the clad 102 is generated, and light propagation in the clad mode is started in the non-tapered portion 12. The MFD (mode field diameter) means the diameter of the spread of the electric field distribution in the propagation mode (light path).

更に、ウエスト部14を50μm以下にすると、MFDがクラッド径以上に急激に広がるようになり、コアモード、クラッドモード間の干渉、結合が更に起こり易い状態になっていると考えられる。従って、ウエスト部14を50μm以下にするのが、周期スペクトルを得るのにより適した状態となる。   Furthermore, when the waist part 14 is 50 μm or less, the MFD spreads more rapidly than the cladding diameter, and it is considered that interference and coupling between the core mode and the cladding mode are more likely to occur. Accordingly, it is more suitable to obtain the periodic spectrum by setting the waist portion 14 to 50 μm or less.

なお、非テーパ部12の長さが長いほど周期が短くなるのは、より高次のクラッドモードとの干渉、結合が起こるためと考えられる。また、不規則な周期となるのは複数のクラッドモードとの干渉、結合によるものと考えられる。   Note that the longer the length of the non-tapered portion 12, the shorter the cycle is considered because interference and coupling with higher-order cladding modes occur. The irregular period is considered to be due to interference and coupling with a plurality of cladding modes.

以下、本実施例1のセンサ部1から戻る反射光の周期スペクトルが温度、液体への浸漬、蒸気への暴露等により変化し、それに伴う反射光強度の変化を測定することにより温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等を検知できることを説明する。   Hereinafter, the periodic spectrum of the reflected light returning from the sensor unit 1 of the first embodiment changes due to temperature, immersion in liquid, exposure to vapor, etc., and by measuring the change in the reflected light intensity associated therewith, the temperature, humidity, Explain that the type and concentration of liquid / vapor can be detected.

先ず、周期スペクトルの温度変化を説明する。周期スペクトルの温度変化を測定した例を図6に示す。使用したセンサ部1は、コア径が各々8.5μm、6μmと異なるシングルモード光ファイバの融着接続で作成し、ウエスト部14の外径は38μm、非テーパ部の長さは3.8mmである。温度上昇と共にスペクトルが長波長側にシフトすることが分かる。また、特定の波長に着目すると反射光量が単調に変化することが分かる。例えば、波長1500nmに着目すると、温度上昇に伴い反射光量は単調に増加する。一方、波長1550nmでは、温度上昇に伴い反射光量は単調に減少する。何れの波長をセンサ部1に入射したとしても、温度に対して単調な反射光量の変化が得られるので、反射光量を測定することにより温度を検知できる。   First, the temperature change of the periodic spectrum will be described. The example which measured the temperature change of the periodic spectrum is shown in FIG. The sensor part 1 used was prepared by fusion splicing of single mode optical fibers having core diameters different from 8.5 μm and 6 μm, respectively, the outer diameter of the waist part 14 was 38 μm, and the length of the non-tapered part was 3.8 mm. is there. It can be seen that the spectrum shifts to the longer wavelength side as the temperature rises. It can also be seen that the amount of reflected light changes monotonously when focusing on a specific wavelength. For example, when focusing on the wavelength of 1500 nm, the amount of reflected light monotonously increases as the temperature rises. On the other hand, at a wavelength of 1550 nm, the amount of reflected light monotonously decreases with increasing temperature. Regardless of which wavelength is incident on the sensor unit 1, a monotonous change in the amount of reflected light can be obtained with respect to the temperature. Therefore, the temperature can be detected by measuring the amount of reflected light.

周期スペクトルの位相が温度上昇と共に長波長側にシフトする理由は、ファイバ屈折率の温度変化により、ファイバ内での光路長が変化するためと考えられる。このように、温度変化に基づくファイバ屈折率変化を、光の干渉・結合によって検出する為には、温度変化によって光ファイバに外力が作用しない状態、即ちセンサ部1における非テーパ部12側が自由端(軸方向に自由に伸縮できる状態)にしておくことが重要となる。   The reason why the phase of the periodic spectrum shifts to the longer wavelength side as the temperature rises is considered to be because the optical path length in the fiber changes due to the temperature change of the fiber refractive index. As described above, in order to detect the change in the refractive index of the fiber based on the change in temperature by the interference / coupling of light, a state where no external force acts on the optical fiber due to the change in temperature, that is, the non-tapered part 12 side in the sensor part 1 is the free end. It is important to keep it in a state where it can be freely expanded and contracted in the axial direction.

しかしながら、後述するように、本実施例のセンサ部1におけるウエスト部14、非テーパ部12において、クラッド102のガラス表面がむき出しになっていると、光がファイバ外部に浸み出そうとしているため、このクラッド102の外表面に接触する周囲物質の屈折率変化の影響も同時に受ける。即ち、クラッド102に接触する周囲物質の屈折率が、温度変化によって変動すると、クラッドモードが変化してスペクトルに影響が出る。例えば、温度センサ部1への液体の付着、湿度(水蒸気量)変化などにより反射光量が変化してしまう。この問題を解決し、周囲物質に左右されることなく温度変化を測定するには、センサ部1のウエスト部14から非テーパ部12にかけて、液体、気体を遮断でき、且つ、光をファイバ内に閉じこめることができる材質で覆うのが有効である。例えば図7(a)は、温度センサ部1の外周に、液体、気体を遮断できる材質のコーティング層15を施した構造の切断面図を示す。この場合のコーティング層の厚さは、クラッド102を伝搬する光がコーティング層の外部に浸み出さないだけの厚みであることが必要である。コーティング材質としては、金、白金、ニッケル、ステンレスなどの金属、或いは、クラッドガラスより屈折率の低いMgF2、CaF2などの無機材料を利用できる。MgF2、CaF2などの絶縁材料をコーティングした場合は、温度センサ部1が電磁界の影響を受けないので、高周波環境下や強い電磁界の中での温度を測定できる利点がある。図7(b)は、温度センサ部1を液体、気体を遮断できる材質の中空容器16に封入した構造の切断面図を示す。この場合は、中空容器16内に封入された気体の屈折率が、クラッドの屈折率より大幅に低いため、光をァイバ内に簡単に閉じこめられる。従って、中空容器16の材質は、屈折率とは関係が無いので、液体、気体を遮断できればどんな材質でもよい。例えば、金属、ガラス、セラミックスなどを利用できる。   However, as will be described later, when the glass surface of the clad 102 is exposed at the waist portion 14 and the non-tapered portion 12 in the sensor portion 1 of this embodiment, light tends to ooze out of the fiber. The influence of the change in the refractive index of the surrounding material in contact with the outer surface of the clad 102 is also affected. That is, when the refractive index of the surrounding material in contact with the clad 102 fluctuates due to a temperature change, the clad mode changes and the spectrum is affected. For example, the amount of reflected light changes due to adhesion of liquid to the temperature sensor unit 1, change in humidity (water vapor amount), or the like. In order to solve this problem and measure the temperature change without being influenced by the surrounding material, it is possible to block liquid and gas from the waist portion 14 to the non-tapered portion 12 of the sensor unit 1 and to transmit light into the fiber. It is effective to cover with a material that can be confined. For example, FIG. 7A shows a cutaway view of a structure in which a coating layer 15 made of a material capable of blocking liquid and gas is provided on the outer periphery of the temperature sensor unit 1. The thickness of the coating layer in this case needs to be a thickness that does not allow light propagating through the clad 102 to ooze out of the coating layer. As the coating material, metals such as gold, platinum, nickel, and stainless steel, or inorganic materials such as MgF2 and CaF2 having a lower refractive index than clad glass can be used. When an insulating material such as MgF2 or CaF2 is coated, the temperature sensor unit 1 is not affected by the electromagnetic field, so that there is an advantage that the temperature can be measured in a high frequency environment or in a strong electromagnetic field. FIG. 7B shows a cut-away view of a structure in which the temperature sensor unit 1 is enclosed in a hollow container 16 made of a material capable of blocking liquid and gas. In this case, since the refractive index of the gas sealed in the hollow container 16 is significantly lower than the refractive index of the cladding, the light can be easily confined in the fiber. Therefore, since the material of the hollow container 16 is not related to the refractive index, any material can be used as long as it can block liquid and gas. For example, metal, glass, ceramics, etc. can be used.

図8は、センサ部1を中空容器16に封入して温度と反射光量の関係を測定した例を示す。中空容器16にはガラス細管を使用し、耐熱性接着剤を使ってセンサ部1を封入した。室温から220℃の範囲で単調な変化が得られており、また、温度上昇と温度下降も同等でヒステリシスがみられず、周囲雰囲気の影響を受けない正確な温度測定ができるのは明らかである。   FIG. 8 shows an example in which the sensor unit 1 is sealed in the hollow container 16 and the relationship between the temperature and the amount of reflected light is measured. A glass thin tube was used for the hollow container 16, and the sensor unit 1 was sealed using a heat-resistant adhesive. It is clear that a monotonous change is obtained in the range from room temperature to 220 ° C, and that the temperature rise and fall are equivalent, no hysteresis is seen, and accurate temperature measurement is not affected by the ambient atmosphere. .

次に、液体への浸漬による変化を説明する。図9は、水、アセトン、エタノール、プロパノールの液体にセンサ部1を浸漬したとき得られる反射スペクトルの測定例である。図9では、空気中で測定したスペクトルを他より太い実線で描いてある。液体に浸漬して測定したスペクトルは、空気中で測定したスペクトルから大きく変化していることが分かる。また、変化には液体の屈折率と相関関係がみられる。例えば、スペクトルの山から短波長側に着目すると、屈折率の高い順にスペクトルがより短波長側にシフトしている。   Next, changes due to immersion in a liquid will be described. FIG. 9 is a measurement example of a reflection spectrum obtained when the sensor unit 1 is immersed in a liquid of water, acetone, ethanol, and propanol. In FIG. 9, the spectrum measured in air is drawn with a thicker solid line. It can be seen that the spectrum measured by immersing in a liquid greatly changes from the spectrum measured in air. The change is correlated with the refractive index of the liquid. For example, when attention is focused on the short wavelength side from the peak of the spectrum, the spectrum is shifted to the short wavelength side in descending order of the refractive index.

浸漬した液体の屈折率と相関してスペクトルが変化する理由は、以下のように考えられる。テーパファイバ対11の径がウエスト部14に向かって細くなっているため、コア101を伝搬してきた光の一部がクラッド102に漏洩する。この漏洩光(クラッドモード)がウエスト部14から非テーパ部12を伝搬する際、クラッド102の被覆がないため、光の一部がこれらの液体中に浸みだす。その結果、モード間の干渉、結合が液体の屈折率の影響を受けるため変化すると考えられる。つまり、クラッド102と液体の間の屈折率の違いが、スペクトルの変化に影響を与える。   The reason why the spectrum changes in correlation with the refractive index of the immersed liquid is considered as follows. Since the diameter of the tapered fiber pair 11 is narrowed toward the waist portion 14, a part of the light propagating through the core 101 leaks into the clad 102. When this leaked light (clad mode) propagates from the waist part 14 to the non-tapered part 12, there is no coating of the clad 102, so that a part of the light soaks into these liquids. As a result, it is considered that the interference and coupling between modes are changed due to the influence of the refractive index of the liquid. That is, the difference in refractive index between the clad 102 and the liquid affects the change in spectrum.

図10は、図9で測定中心波長と記されている1538nmを中心波長とするブロードバンド光源を用いて、水、アセトン、エタノール、プロパノールの順番にセンサ部1を浸漬したとき得られる、反射光量変化を測定した時間変化の例を示す。図9のスペクトルから予想される通り、空気中で測定された光量に比べ、水への浸漬では光量が減少、アセトン、エタノール、プロパノールへの浸漬では、液体の屈折率に応じて光量が増加した。この結果から明らかなように、本実施例1のセンサ装置は、屈折率の異なる液体を判別する液体判別センサ、或いは、漏水、液漏れセンサ、或いは、液体の変質、混合などのプロセスモニター等に利用できる。   FIG. 10 shows a change in the amount of reflected light obtained when the sensor unit 1 is immersed in the order of water, acetone, ethanol, and propanol using a broadband light source having a center wavelength of 1538 nm, which is indicated as the measurement center wavelength in FIG. The example of the time change which measured was shown. As expected from the spectrum of FIG. 9, the amount of light decreased when immersed in water compared to the amount of light measured in air, and the amount of light increased according to the refractive index of the liquid when immersed in acetone, ethanol, and propanol. . As is apparent from this result, the sensor device of the first embodiment is used as a liquid discrimination sensor for discriminating liquids having different refractive indexes, a water leak, a liquid leak sensor, or a process monitor such as liquid alteration or mixing. Available.

次に、蒸気への暴露による変化を説明する。図11は、ビーカーに入れたアセトンが蒸発していくプロセスに伴う、反射スペクトルの変化を測定した例を示す。使用したセンサ部1は、前記液体への浸漬で使用したものと同一である。ビーカー内にアセトン液体が存在する最もアセトン蒸気濃度が高い状態からアセトン蒸気がビーカー内から無くなる状態までスペクトルが連続的に変化するのが分かる。この変化は、クラッドモードが非テーパ部12を伝搬する際、クラッド102の被覆がないため、クラッド102の接触する蒸気の屈折率の影響を受けたためと考えられる。   Next, changes due to exposure to steam will be described. FIG. 11 shows an example in which the change in the reflection spectrum is measured as the acetone in the beaker evaporates. The sensor unit 1 used is the same as that used in the immersion in the liquid. It can be seen that the spectrum continuously changes from a state where the acetone vapor concentration is highest where the acetone liquid is present in the beaker to a state where the acetone vapor disappears from the beaker. This change is considered to be due to the influence of the refractive index of the vapor in contact with the clad 102 since the clad 102 is not covered when the clad mode propagates through the non-tapered portion 12.

図12は、図11中に測定中心波長と記されている、1538nmを中心波長とするブロードバンド光源を光源21に用いて、ビーカー内のアセトンが蒸発するプロセスと光量変化の関係を測定した時間変化の例を示す。アセトンの液体がビーカー内に存在している3分超までは光量は一定であるが、ビーカー内のアセトンの液体がなくなり、蒸気だけとなるとアセトン蒸気濃度の低下に応じて光量が増大し、アセトン蒸気が無くなると再び光量が一定となる。この結果から明らかなように、本実施例1の光ファイバセンサ装置は、液体だけでなく蒸気も感知するので、有機溶剤、石油類などの蒸留プロセスや気相反応プロセスなどをモニターするセンサとして利用できる。   FIG. 12 shows a time change in which the relationship between the process of evaporating acetone in a beaker and the change in the amount of light is measured using a broadband light source having a center wavelength of 1538 nm, which is indicated as the measurement center wavelength in FIG. An example of The amount of light is constant up to more than 3 minutes when the acetone liquid is present in the beaker, but when there is no acetone liquid in the beaker and only vapor is present, the amount of light increases as the acetone vapor concentration decreases. When the steam runs out, the light intensity becomes constant again. As is clear from this result, the optical fiber sensor device of the first embodiment senses not only liquid but also vapor, so it can be used as a sensor for monitoring distillation processes and gas phase reaction processes of organic solvents and petroleums. it can.

蒸気への暴露による変化の他の例として湿度による変化を説明する。使用したセンサ部1は、前記液体への浸漬及びアセトン蒸気の測定で使用したものと同一である。図13は、湿度変化に伴う反射光量の変化を測定した例である。温度は70℃で一定とした。湿度変化に対して単調な光量変化が得られており、本実施例1の光ファイバセンサ装置を湿度センサとして利用できるのは明らかである。   As another example of the change due to the exposure to vapor, the change due to humidity will be described. The sensor unit 1 used is the same as that used for immersion in the liquid and measurement of acetone vapor. FIG. 13 shows an example in which a change in the amount of reflected light due to a change in humidity is measured. The temperature was constant at 70 ° C. A monotonous light amount change is obtained with respect to the humidity change, and it is clear that the optical fiber sensor device of the first embodiment can be used as a humidity sensor.

次に、液体濃度による変化を説明する。図14は、プロパノールを水で希釈したときのプロパノール濃度と光量変化の関係を測定した例を示す。使用したセンサ部1は、前記液体への浸漬、アセトン蒸気の測定、湿度測定で使用したものと同一である。プロパノール濃度に対応した光量変化が得られており、本実施例1の光ファイバセンサ装置を液体濃度センサとして利用できるのは明らかである。   Next, changes due to liquid concentration will be described. FIG. 14 shows an example in which the relationship between the propanol concentration and the change in the amount of light when propanol is diluted with water is measured. The sensor unit 1 used is the same as that used for immersion in the liquid, measurement of acetone vapor, and humidity measurement. The change in the amount of light corresponding to the propanol concentration is obtained, and it is clear that the optical fiber sensor device of the first embodiment can be used as a liquid concentration sensor.

本実施例1の光ファイバセンサ装置では、光源21として、ブロードバンド光源、或いはレーザを利用することができる。以下、ブロードバンド光源を用いた場合と、レーザを用いた場合の違いについて温度測定を例として説明する。   In the optical fiber sensor device of the first embodiment, a broadband light source or a laser can be used as the light source 21. Hereinafter, the difference between the case where a broadband light source is used and the case where a laser is used will be described using temperature measurement as an example.

図15は、ブロードバンド光源の1種である1300nm帯ASE光源の光をセンサ部1に入射させ、反射光スペクトルの温度変化を測定した例である。入射光のスペクトルは、図16に示すように、単峰性で、ピーク波長は1303nmである。反射スペクトルは、入射スペクトルに正弦関数を乗じた形状と予想されるが、実際に、予想通りの形状のスペクトル変化が得られている。   FIG. 15 shows an example in which the light of a 1300 nm band ASE light source, which is one type of broadband light source, is incident on the sensor unit 1 and the temperature change of the reflected light spectrum is measured. As shown in FIG. 16, the spectrum of the incident light is unimodal and has a peak wavelength of 1303 nm. Although the reflection spectrum is expected to have a shape obtained by multiplying the incident spectrum by a sine function, the spectrum change having the expected shape is actually obtained.

図15では、スペクトルの面積が光量に相当する。図15から、スペクトル形状の変化と共に、スペクトル全体の光量が温度により変化していることが分かる。反射光量は、50℃から250℃まで単調に減少し、250℃と300℃の間で最小となり、更に高温では、逆に増加する様子が分かる。従って、この光源を用いた場合、反射光量を計測することにより、約250℃までの温度計測が可能であることが分かる。   In FIG. 15, the area of the spectrum corresponds to the amount of light. From FIG. 15, it can be seen that the amount of light in the entire spectrum changes with temperature as the spectrum shape changes. It can be seen that the amount of reflected light decreases monotonously from 50 ° C. to 250 ° C., becomes minimum between 250 ° C. and 300 ° C., and increases at higher temperatures. Therefore, when this light source is used, it is understood that the temperature can be measured up to about 250 ° C. by measuring the amount of reflected light.

光源21をブロードバンド光源とする利点は、ノイズの少ない精度のよい測定が可能な点である。温度計測の例では基準温度に対して標準偏差0.4℃の精度で測定できた。精度のよい測定ができる主な理由は、ブロードバンド光源から発する光は位相が不揃いなインコヒーレント光であるので、干渉に起因するノイズが極めて小さいためと考えられる。本発明の光ファイバセンサ装置では、反射光を検出するので干渉に起因するノイズが発生しやすく、その防止対策として光源21をブロードバンド光源とするのは非常に有効である。   An advantage of using the light source 21 as a broadband light source is that accurate measurement with less noise is possible. In the example of temperature measurement, it was possible to measure with an accuracy of a standard deviation of 0.4 ° C. with respect to the reference temperature. The main reason that the measurement can be performed with high accuracy is considered that the light emitted from the broadband light source is incoherent light having non-uniform phases, and therefore noise due to interference is extremely small. In the optical fiber sensor device of the present invention, since reflected light is detected, noise due to interference is likely to occur, and it is very effective to use the light source 21 as a broadband light source as a preventive measure.

図15で、波長1313nmの光に着目すると、50℃から300℃まで光強度が単調に減少している。従って、波長が1313nmのレーザ光を使用すれば、少なくとも300℃までの温度計測が可能と考えられる。   In FIG. 15, when attention is focused on light having a wavelength of 1313 nm, the light intensity decreases monotonously from 50 ° C. to 300 ° C. Therefore, if a laser beam having a wavelength of 1313 nm is used, temperature measurement up to at least 300 ° C. is considered possible.

図17は、1300nm帯ASE光源と波長1313nmの半導体レーザ(LD)を用いて、センサ部1からの反射光強度の温度変化を連続的に測定した例を示している。予想通り、1300nm帯ASE光源の場合には約250℃まで、1313nm半導体レーザの場合には約350℃まで、温度上昇に伴う単調な光強度変化が得られた。単調変化範囲内において、これら曲線は多項式で近似できるので、近似式を用いて受光器24の出力を演算処理回路25で温度に変換すれば、各々250℃、350℃まで測定できる温度センサ装置とすることができるのは明らかである。
1300nm帯ASE光源を使用した場合、光強度変化は約5.5dBで、1313nmLDを使用したときに得られる12dBの変化に比べれば変化量は小さいが、干渉に起因するノイズの少ない極めて高精度の測定ができるという利点がある。一方、1313nmLDを使用した場合、12dBもの大きな光強度変化が得られるのに加え、350℃の高温まで測定ができるという利点がある。ただし、コヒーレント光であるため干渉に起因するノイズの影響があり、温度測定精度は基準温度に対する標準偏差が±3℃とブロードバンド光源の場合に比較して劣る。また、これらの結果から、1310nm付近の光を、バンドパスフィルタによりASE光源から切り出して光源とすれば、大きな光強度変化が得られ、高温まで測定が可能で、且つ、干渉に起因するノイズの少ない高精度の測定ができると考えられる。
FIG. 17 shows an example in which a temperature change in reflected light intensity from the sensor unit 1 is continuously measured using a 1300 nm band ASE light source and a semiconductor laser (LD) having a wavelength of 1313 nm. As expected, a monotonous change in light intensity with increasing temperature was obtained up to about 250 ° C. for the 1300 nm band ASE light source and up to about 350 ° C. for the 1313 nm semiconductor laser. Since these curves can be approximated by a polynomial within the monotonous change range, a temperature sensor device capable of measuring up to 250 ° C. and 350 ° C., respectively, by converting the output of the light receiver 24 into a temperature by the arithmetic processing circuit 25 using an approximate expression. Obviously you can do that.
When the 1300 nm band ASE light source is used, the light intensity change is about 5.5 dB, and the change amount is small compared to the change of 12 dB obtained when the 1313 nm LD is used. There is an advantage that it can be measured. On the other hand, when the 1313 nm LD is used, there is an advantage that the measurement can be performed up to a high temperature of 350 ° C. in addition to the light intensity change as large as 12 dB. However, since it is coherent light, it is affected by noise due to interference, and the temperature measurement accuracy is inferior to that of a broadband light source with a standard deviation of ± 3 ° C. with respect to the reference temperature. Also, from these results, if light near 1310 nm is extracted from the ASE light source by a bandpass filter and used as the light source, a large change in light intensity can be obtained, measurement up to a high temperature is possible, and noise caused by interference can be obtained. It is thought that it is possible to measure with little high accuracy.

実施例1の構成で、温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等を測定できることを説明したが、実施例1の構成では、温度以外の物理量を測定する際、温度変動よる光量変化が重畳するため正しい測定ができない。実施例2は、温度変化があっても温度以外の物理量を正しく測定できる構成を示す。   In the configuration of the first embodiment, it has been described that the temperature, the humidity, the type of liquid / vapor, the concentration, and the like can be measured. However, in the configuration of the first embodiment, when measuring a physical quantity other than the temperature, a light amount change due to temperature fluctuation is superimposed. Correct measurement is not possible. Example 2 shows a configuration in which a physical quantity other than temperature can be correctly measured even when there is a temperature change.

図18は、本願発明の実施例2の光ファイバセンサ装置の構成概略図を示す。   FIG. 18 is a schematic configuration diagram of the optical fiber sensor device according to the second embodiment of the present invention.

本実施例2は、温度測定のためのセンサ部1−1と、温度以外の物理量を測定するためのセンサ部1−2と、計測部2と、センサ部1−1、1−2と計測部2の間の伝送を行う伝送用ファイバ3−1、3−2から構成される。温度測定用のセンサ部1−1は、周囲物質の影響を受けないように金属、セラミックス等のコーティング層15で覆われるか、中空容器16に封入されている。一方、センサ部1−2における非テーパ部のクラッドガラスは被膜されていない状態で、周囲物質と接触できるようになっている。計測部2は、光源21、光分岐カプラ22−1〜22−3と、受光器24−1、24−2と、演算処理回路25から構成される。   Example 2 is a sensor unit 1-1 for measuring temperature, a sensor unit 1-2 for measuring a physical quantity other than temperature, a measuring unit 2, sensor units 1-1, 1-2, and measurement. It comprises transmission fibers 3-1 and 3-2 that perform transmission between the units 2. The sensor unit 1-1 for temperature measurement is covered with a coating layer 15 made of metal, ceramics or the like so as not to be affected by surrounding substances, or is enclosed in a hollow container 16. On the other hand, the clad glass of the non-tapered part in the sensor part 1-2 can come into contact with surrounding substances in a state where it is not coated. The measurement unit 2 includes a light source 21, optical branching couplers 22-1 to 22-3, light receivers 24-1 and 24-2, and an arithmetic processing circuit 25.

以下、本実施例2の動作を、図18を用いて説明する。光源21から発した測定光は、光分岐カプラ22−1により分岐され、光分岐カプラ22−2、22−3に入射される。光分岐カプラ22−2、22−3を出射した光は、伝送用光ファイバ3−1、3−2を経て、温度測定用のセンサ部1−1、温度以外の物理量を測定するためのセンサ部1−2に入射した後、反射器13で反射される。センサ部1−1、センサ部1−2からの反射光は、周期的スペクトルに変調され、かつ、温度、測定対象物理量の変化に応じた光強度となっている。反射光は、再度、伝送用光ファイバ3−1、3−2を経て、光カプラ22−2、22−3に入射し、受光器24−1、24−2で光量測定され、演算処理回路25へ光量データが送られる。演算処理回路25には、センサ部1−1の温度と反射光量の関係式及びセンサ部1−2の温度及び測定対象となる物理量変化と反射光量の関係式を予め入力しておく。そして、センサ部1−1で測定された温度により、センサ部1−2で発生した温度変化による光量変化の重畳分を補正する。このようにすれば、測定対象となる物理量変化を温度の影響を受けずにセンサ部1−2で正確に測定できる。   Hereinafter, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIG. The measurement light emitted from the light source 21 is branched by the optical branching coupler 22-1, and is incident on the optical branching couplers 22-2 and 22-3. Light emitted from the optical branching couplers 22-2 and 22-3 passes through transmission optical fibers 3-1 and 3-2, and a sensor unit 1-1 for temperature measurement, a sensor for measuring a physical quantity other than temperature. After entering the section 1-2, it is reflected by the reflector 13. The reflected light from the sensor unit 1-1 and the sensor unit 1-2 is modulated into a periodic spectrum, and has a light intensity corresponding to changes in temperature and measurement target physical quantity. The reflected light again passes through the transmission optical fibers 3-1 and 3-2 and enters the optical couplers 22-2 and 22-3. The amount of light is measured by the light receivers 24-1 and 24-2, and the arithmetic processing circuit The light quantity data is sent to 25. A relational expression between the temperature of the sensor unit 1-1 and the amount of reflected light and a relational expression between the temperature of the sensor unit 1-2 and a physical quantity change to be measured and the amount of reflected light are input to the arithmetic processing circuit 25 in advance. Then, the superimposition of the light amount change due to the temperature change generated in the sensor unit 1-2 is corrected based on the temperature measured by the sensor unit 1-1. In this way, the physical quantity change to be measured can be accurately measured by the sensor unit 1-2 without being affected by the temperature.

本実施例2の構成は、センサ部1−2の温度補正機能だけでなく、新たなセンサ機能を生じる効果がある。以下、センサ部1−2を湿度センサとした場合について説明する。   The configuration of the second embodiment has an effect of generating not only the temperature correction function of the sensor unit 1-2 but also a new sensor function. Hereinafter, a case where the sensor unit 1-2 is a humidity sensor will be described.

図18において、センサ部1−1の温度と反射光量の関係式及びセンサ部1−2の温度、湿度と反射光量変化の関係式を予め演算処理25に入力しておき、センサ部1−2の温度補正を行えば、当然、正確な湿度センサとなる。更に、センサ部1−2に水分が付着すると、既に図10で示したように、センサ部1−2は急激な光量変化を起こす。この変化を起こす温度をセンサ部1−1で測定すれば結露を検知できる。更に、付着した水分が凍結して氷となれば、センサ部1−2は、より低温で再度急激な光量変化を起こすので凍結を検知できる。即ち、本実施例2の構成とすることにより、湿度だけでなく、結露、凍結も検知できる従来にないセンサとなる。   In FIG. 18, the relational expression between the temperature of the sensor unit 1-1 and the amount of reflected light and the relational expression of the temperature, humidity and change in the amount of reflected light of the sensor unit 1-2 are input in advance to the arithmetic processing unit 25, If this temperature correction is performed, naturally, an accurate humidity sensor is obtained. Further, when moisture adheres to the sensor unit 1-2, as already shown in FIG. Condensation can be detected by measuring the temperature at which this change occurs with the sensor unit 1-1. Further, if the adhering water freezes to become ice, the sensor unit 1-2 can detect the freezing because it causes a sudden light quantity change again at a lower temperature. In other words, by adopting the configuration of the second embodiment, it becomes an unprecedented sensor capable of detecting not only humidity but also dew condensation and freezing.

図18では、2個のセンサ部1−1、1−2を備えた構成を示したが、更に多くのセンサヘッドを備えた構成も当然可能である。この場合は、温度、湿度、液体・蒸気濃度などの同時モニター、或いは、複数箇所の同時モニターが可能な光ファイバセンサ装置となる。   Although FIG. 18 shows a configuration including two sensor units 1-1 and 1-2, a configuration including more sensor heads is naturally possible. In this case, the optical fiber sensor device is capable of simultaneous monitoring of temperature, humidity, liquid / vapor concentration, etc., or simultaneous monitoring at a plurality of locations.

以上説明したように、本実施例の光ファイバセンサ装置では、センサ部1から戻る反射光が周期的スペクトルに変調され、この周期的スペクトルが温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等よって変化する。そして、このスペクトル変化に伴い反射光の強度が変化するので、受光器24の出力を演算処理回路25により温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等の検出すべき物理量に変換すれば検出対象を測定することができる。   As described above, in the optical fiber sensor device of the present embodiment, the reflected light returning from the sensor unit 1 is modulated into a periodic spectrum, and this periodic spectrum changes depending on temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, and the like. To do. Since the intensity of the reflected light changes with this spectrum change, the output of the light receiver 24 is converted into a physical quantity to be detected such as temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, etc. by the arithmetic processing circuit 25. Can be measured.

同一のセンサ部1で温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等を検知できるため、演算処理回路25にこれら物理量に変換するデータを入力しておけば、1台の装置で温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等を測定できる。   Since the same sensor unit 1 can detect temperature, humidity, liquid / vapor type, concentration, etc., if data to be converted into these physical quantities is input to the arithmetic processing circuit 25, the temperature, humidity, The type and concentration of liquid and vapor can be measured.

テーパファイバ対11を市販の光ファイバ、融着接続器を用いて製造でき、計測も市販の光検出器を用いた光量測定であるため、安価な光ファイバセンサ装置となる。   Since the taper fiber pair 11 can be manufactured using a commercially available optical fiber and a fusion splicer, and the measurement is also a light amount measurement using a commercially available photodetector, an inexpensive optical fiber sensor device is obtained.

センサ部1が光ファイバと反射器13のみの簡易な構造であり、反射光測定のため入出力が1本の光ファイバでよく、極めて小型の光ファイバセンサヘッドとすることができる。温度センサ部1が小さいので、応答が早く、狭い部分の測定ができる。   The sensor unit 1 has a simple structure including only an optical fiber and a reflector 13, and only one optical fiber may be input / output for measuring reflected light, and an extremely small optical fiber sensor head can be obtained. Since the temperature sensor unit 1 is small, the response is quick and a narrow portion can be measured.

センサ部1を光ファイバと反射器13のみで構成できるため、反射器13の材質を、誘電体多層膜の場合には最外層が石英となるように、金属膜の場合には金、白金のような耐食性に優れた金属とすれば、ファイバ材質である石英と共に化学的、熱的安定性が非常に高い材質のみで構成でき、耐久性に優れたセンサヘッドとなる。   Since the sensor unit 1 can be composed of only an optical fiber and a reflector 13, the reflector 13 is made of a material such as quartz in the case of a dielectric multilayer film, and gold or platinum in the case of a metal film. If such a metal having excellent corrosion resistance is used, it can be composed only of a material having very high chemical and thermal stability together with quartz, which is a fiber material, and a sensor head having excellent durability can be obtained.

テーパファイバ対11を異種ファイバの融着接続で作製することも可能で、この場合、同じファイバの接続より振幅の大きなスペクトルを得られる場合がある。   It is also possible to produce the tapered fiber pair 11 by fusion splicing of different kinds of fibers. In this case, a spectrum having a larger amplitude than the connection of the same fiber may be obtained.

反射器13を誘電体多層膜とすれば、センサ部1を全て非導電性材質で構成できるため、高周波環境下でも使用できるセンサとなる。   If the reflector 13 is a dielectric multilayer film, the sensor unit 1 can be entirely made of a non-conductive material, so that the sensor can be used even in a high frequency environment.

センサ部1−1で温度、センサ部1−2で他の物理量を測定する構成により、センサ部1−2の温度補正を行えば、温度の影響を受けることのない正確な測定を行うことができる。   If the temperature of the sensor unit 1-2 is measured by the configuration in which the sensor unit 1-1 measures temperature and the sensor unit 1-2 measures other physical quantities, accurate measurement without being affected by temperature can be performed. it can.

センサ部1−1で温度、センサ部1−2で湿度を測定する構成にすることにより、湿度だけでなく、結露、凍結も検知できる従来にないセンサとなる。   By configuring the sensor unit 1-1 to measure temperature and the sensor unit 1-2 to measure humidity, it becomes an unprecedented sensor that can detect not only humidity but also dew condensation and freezing.

複数のセンサヘッドを備えた構成にすることにより、温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等の同時モニター、或いは、複数箇所の同時モニターが可能な光ファイバセンサ装置となる。   By adopting a configuration including a plurality of sensor heads, an optical fiber sensor device capable of simultaneous monitoring of temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, etc., or simultaneous monitoring at a plurality of locations is provided.

特定の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更を加えることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修正も本発明の技術的範囲に含まれる。   Although the invention has been described with reference to specific embodiments, various modifications may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention as defined in the claims. Such changes and modifications are also within the technical scope of the present invention.

本発明は、温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等を測定する様々なセンシング用途に用いることが出来る。   The present invention can be used in various sensing applications for measuring temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, and the like.

1,1−1,1−2:センサ部
2:計測部
3,3−1,3−2:伝送用光ファイバ
11:テーパファイバ対
12:非テーパ部
13:反射器
14:ウエスト部
15:コーティング層
16:中空容器
21:光源
22,22−1〜22−3:光分岐カプラ
24,24−1,24−2:受光器
25:演算処理回路
101:コア
102:クラッド
1, 1-1, 1-2: Sensor unit 2: Measuring unit 3, 3-1, 3-2: Transmission optical fiber 11: Tapered fiber pair 12: Non-tapered unit
13: Reflector 14: Waist part 15: Coating layer 16: Hollow container 21: Light sources 22, 22-1 to 22-3: Optical branching couplers 24, 24-1, 24-2: Light receiver 25: Arithmetic processing circuit 101 : Core 102: Clad

Claims (28)

対向するテーパファイバ対(11)、当該テーパファイバ対(11)の片側に連結した非テーパ部(12)、当該非テーパ部(12)の端面で測定光を反射する反射器(13)を具備したセンサ部(1)と、
当該センサ部(1)に供給すべき測定光を発生する発光手段(21)、当該センサ部(1)で強度変化を受けた反射光を受光する受光手段(24)、測定光を当該センサ部(1)に導き、当該センサ部(1)からの反射光を当該受光手段(24)に導く導光手段(22)、当該受光手段(24)の出力を検出すべき物理量に変換する演算処理回路(25)を具備した計測部(2)と、
当該センサ部(1)と当該計測部(2)の間の光伝送を行う伝送用光ファイバ(3)と、
を備えたことを特徴とする光ファイバセンサ装置。
An opposing tapered fiber pair (11), a non-tapered portion (12) connected to one side of the tapered fiber pair (11), and a reflector (13) that reflects measurement light at the end face of the non-tapered portion (12) The sensor unit (1),
Light emitting means (21) for generating measurement light to be supplied to the sensor section (1), light receiving means (24) for receiving reflected light whose intensity has been changed by the sensor section (1), and measuring light for the sensor section (1), light guide means (22) for guiding the reflected light from the sensor section (1) to the light receiving means (24), and arithmetic processing for converting the output of the light receiving means (24) into a physical quantity to be detected A measuring section (2) comprising a circuit (25);
A transmission optical fiber (3) that performs optical transmission between the sensor unit (1) and the measurement unit (2);
An optical fiber sensor device comprising:
少なくとも当該非テーパ部(12)は、当該発光手段(21)の測定光をクラッドモードで伝播することを特徴とする請求項1記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to claim 1, wherein at least the non-tapered portion (12) propagates the measurement light of the light emitting means (21) in a clad mode. 少なくとも当該非テーパ部(12)におけるクラッドの外周領域は、当該クラッドの屈折率よりも低屈折率状態となっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to claim 1 or 2, wherein at least an outer peripheral region of the clad in the non-tapered portion (12) is in a lower refractive index state than a refractive index of the clad. 少なくとも当該非テーパ部(12)におけるクラッドの外周面は、周囲雰囲気に接するように露出していることを特徴とする請求項3に記載の光ファイバセンサ装置。   4. The optical fiber sensor device according to claim 3, wherein at least an outer peripheral surface of the clad in the non-tapered portion (12) is exposed so as to be in contact with an ambient atmosphere. 少なくとも当該非テーパ部(12)におけるクラッドの外周面は、当該クラッドの屈折率よりも高屈折率となる材料によって被覆されていることを特徴とする請求項3に記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to claim 3, wherein at least the outer peripheral surface of the clad in the non-tapered portion (12) is covered with a material having a refractive index higher than that of the clad. 当該テーパファイバ対(11)は、測定中の常時にて、当該発光手段(21)の測定光をコアからクラッドへ漏洩させることを特徴とする請求項1乃5のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber according to any one of claims 1 to 5, wherein the tapered fiber pair (11) leaks measurement light of the light emitting means (21) from the core to the cladding at all times during measurement. Sensor device. 当該テーパファイバ対(11)の最も細い部分であるウエスト部(14)の外径が70μm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 6, wherein an outer diameter of the waist portion (14) which is the thinnest portion of the tapered fiber pair (11) is 70 µm or less. 当該テーパファイバ対(11)の最も細い部分であるウエスト部(14)の外径が50μm以下であることを特徴とする請求項7に記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to claim 7, wherein an outer diameter of the waist (14) which is the thinnest portion of the tapered fiber pair (11) is 50 µm or less. 当該テーパファイバ対(11)の最も細い部分であるウエスト部(14)の外径が30μm以上であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 8, wherein an outer diameter of a waist part (14) which is the thinnest part of the tapered fiber pair (11) is 30 µm or more. 当該非テーパファイバ部(12)の長さが20mm未満であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the length of the non-tapered fiber portion (12) is less than 20 mm. 当該センサ部(1)は、当該非テーパファイバ部(12)側が自由端となるように保持されることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   11. The optical fiber sensor device according to claim 1, wherein the sensor unit (1) is held such that the non-tapered fiber unit (12) side is a free end. 当該反射器(13)が誘電体多層膜であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   12. The optical fiber sensor device according to claim 1, wherein the reflector (13) is a dielectric multilayer film. 当該テーパファイバ対(11)が異種ファイバからなることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 12, wherein the tapered fiber pair (11) is made of different kinds of fibers. 当該センサ部(1)が金属で被覆されていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   14. The optical fiber sensor device according to claim 1, wherein the sensor section (1) is covered with a metal. 当該センサ部(1)が中空容器に封入されていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 14, wherein the sensor section (1) is enclosed in a hollow container. 当該発光手段(21)がブロードバンド光源であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 15, wherein the light emitting means (21) is a broadband light source. 当該発光手段(21)がブロードバンド光源から一部の波長帯を切り出した光であることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。 The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 16, wherein the light emitting means (21) is light obtained by cutting out a part of a wavelength band from a broadband light source. 当該発光手段(21)が半導体レーザであることを特徴とする請求項1乃至17のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   18. The optical fiber sensor device according to claim 1, wherein the light emitting means (21) is a semiconductor laser. 当該センサ部(1)を液体に浸漬させたときの、反射光量と液体の種類の関係を当該演算処理回路(25)に入力しておき、浸漬させた液体の種類を判別するようにしたことを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The relationship between the amount of reflected light and the type of liquid when the sensor unit (1) is immersed in the liquid is input to the arithmetic processing circuit (25), and the type of the immersed liquid is determined. The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 18. 当該センサ部(1)を液体に浸漬させたときの、反射光量の急峻な変化を演算処理回路(25)で検出して、漏水、液漏れを検知するようにしたことを特徴とする請求項1乃至19のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   A steep change in the amount of reflected light when the sensor section (1) is immersed in a liquid is detected by an arithmetic processing circuit (25) to detect water leakage or liquid leakage. The optical fiber sensor device according to any one of 1 to 19. 当該センサ部(1)を蒸気に暴露したときの、蒸気濃度と反射光量変化の関係を当該演算処理回路(25)に入力しておき、蒸気濃度を測定するようにしたことを特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   The relationship between the vapor concentration and the change in the amount of reflected light when the sensor unit (1) is exposed to vapor is input to the arithmetic processing circuit (25), and the vapor concentration is measured. Item 21. The optical fiber sensor device according to any one of Items 1 to 20. 当該センサ部(1)の湿度と反射光量変化の関係を当該演算処理回路(25)に入力しておき、湿度を測定するようにしたことを特徴とする請求項1乃至21のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。 The humidity of the said sensor part (1) and the relationship of a reflected light amount change are input into the said arithmetic processing circuit (25), and humidity was measured, The any one of Claim 1 thru | or 21 characterized by the above-mentioned. Optical fiber sensor device. 当該センサ部(1)の液体濃度と反射光量変化の関係を当該演算処理回路(25)に入力しておき、液体濃度を測定するようにしたことを特徴とする請求項1乃至22のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   23. The liquid concentration is measured by inputting the relationship between the liquid concentration of the sensor section (1) and the change in the amount of reflected light into the arithmetic processing circuit (25). An optical fiber sensor device according to claim 1. 当該センサ部(1)の温度、湿度、浸漬させた液体の種類、浸漬させた液体の濃度、蒸気濃度等と反射光量変化の関係のうち、複数の関係を当該演算処理回路(25)に入力しておき、複数の物理量を1本の当該センサ部(1)で測定するようにしたことを特徴とする請求項1乃至23のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   Among the relationships between the temperature, humidity, type of immersed liquid, immersed liquid concentration, vapor concentration, etc., and reflected light amount change of the sensor unit (1), a plurality of relationships are input to the arithmetic processing circuit (25). The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 23, wherein a plurality of physical quantities are measured by a single sensor unit (1). 温度を測定する少なくとも1個のセンサ部(1−1)と、温度以外の物理量を測定する複数のセンサ部(1−2)と、当該複数のセンサ部(1−2)の温度特性データを予め入力しておいた当該演算処理回路(25)とを備え、当該複数のセンサ部(1−2)から戻る反射光量の温度変化相当分を補正するようにしたことを特徴とする請求項1乃至24のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   At least one sensor unit (1-1) for measuring temperature, a plurality of sensor units (1-2) for measuring physical quantities other than temperature, and temperature characteristic data of the plurality of sensor units (1-2) The arithmetic processing circuit (25) inputted in advance is provided, and the amount corresponding to the temperature change of the reflected light amount returned from the plurality of sensor units (1-2) is corrected. The optical fiber sensor apparatus in any one of thru | or 24. 当該センサ部(1−1)の温度と反射光量の関係、当該センサ部(1−2)の湿度と反射光量の関係、水滴付着及び付着水の凍結に伴う反射光量の急激な変化のデータを当該演算処理回路(25)に入力しておき、温度、湿度、露点、凍結を測定するようにしたことを特徴とする請求項1乃至25のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   Data on the relationship between the temperature of the sensor unit (1-1) and the amount of reflected light, the relationship between the humidity of the sensor unit (1-2) and the amount of reflected light, the drastic change in the amount of reflected light accompanying water droplet adhesion and freezing of attached water The optical fiber sensor device according to any one of claims 1 to 25, wherein the optical fiber sensor device is inputted to the arithmetic processing circuit (25) to measure temperature, humidity, dew point, and freezing. 複数のセンサ部(1)を備えることにより、温度、湿度、液体・蒸気の種類、濃度等の同時モニター、或いは、複数箇所の同時モニターをするようにしたことを特徴とする請求項1乃至26のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。   27. A plurality of sensor units (1) are provided to simultaneously monitor temperature, humidity, type of liquid / vapor, concentration, etc., or simultaneously monitor a plurality of locations. An optical fiber sensor device according to any one of the above. 対向するテーパファイバ対(11)、当該テーパファイバ対(11)の片側に連結した非テーパ部(12)、当該非テーパ部(12)の端面で測定光を反射する反射器(13)を具備したセンサ部(1)に対して、伝送用光ファイバ(3)を用いて測定光を導入し、
当該テーパファイバ対(11)において、当該測定光の一部をコアからクラッド側へ漏洩させ、
少なくとも当該非テーパ部(12)において、当該漏洩光をクラッドモードで伝播させて当該反射器(13)によって反射させ、
当該センサ部(1)反射光の変化を、当該伝送用光ファイバ(3)を介して検出することにより、当該非テーパ部(12)の周囲環境の屈折率変化、又は、温度に依存する当該非テーパ部(12)自体の屈折率変化を検知することを特徴とする光ファイバを用いたセンシング方法。
An opposing tapered fiber pair (11), a non-tapered portion (12) connected to one side of the tapered fiber pair (11), and a reflector (13) that reflects measurement light at the end face of the non-tapered portion (12) The measurement light is introduced into the sensor unit (1) using the transmission optical fiber (3),
In the tapered fiber pair (11), a part of the measurement light is leaked from the core to the cladding side,
At least in the non-tapered portion (12), the leakage light propagates in the clad mode and is reflected by the reflector (13).
By detecting the change in the reflected light of the sensor unit (1) through the transmission optical fiber (3), the refractive index change in the surrounding environment of the non-tapered portion (12) or the temperature dependent A sensing method using an optical fiber, characterized by detecting a change in refractive index of the non-tapered portion (12) itself.
JP2009191569A 2009-05-22 2009-08-21 Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber Expired - Fee Related JP4597251B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009191569A JP4597251B1 (en) 2009-05-22 2009-08-21 Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009124739 2009-05-22
JP2009124739 2009-05-22
JP2009191569A JP4597251B1 (en) 2009-05-22 2009-08-21 Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP4597251B1 JP4597251B1 (en) 2010-12-15
JP2011007767A true JP2011007767A (en) 2011-01-13

Family

ID=43425730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009191569A Expired - Fee Related JP4597251B1 (en) 2009-05-22 2009-08-21 Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4597251B1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102385216A (en) * 2011-10-18 2012-03-21 燕山大学 Fiber Bragg grating (FBG) demodulation method based on modular interference of polarization maintaining fiber (PMF)
KR101293695B1 (en) 2013-06-14 2013-08-06 한국해양과학기술원 Multi-fiber optical sensor for simultaneous measurement of do and ph
JP2014219258A (en) * 2013-05-08 2014-11-20 オプテックス株式会社 Light measuring method and apparatus
JP2014532182A (en) * 2011-10-06 2014-12-04 オーエフエス ファイテル,エルエルシー Broadband fiber sensor array
KR20190065782A (en) * 2017-12-04 2019-06-12 중앙대학교 산학협력단 Fiber-optic sensor system
WO2023127039A1 (en) * 2021-12-27 2023-07-06 一成 中尾 Intelligent stirring system

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017168703A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 株式会社島津製作所 Optical measurement probe and optical measurement device provided with same
CN108398403A (en) * 2018-03-26 2018-08-14 福建硅光通讯科技有限公司 A kind of cone of wavelength modulation type four light fibre humidity transducer
CN109239011A (en) * 2018-07-20 2019-01-18 华南师范大学 A kind of optical fiber dewpoint humidity detection device, system and its control method
CN111766723B (en) * 2019-04-02 2023-04-18 立景光电股份有限公司 Display device, humidity detection method of display panel and gamma curve correction method
CN111504949A (en) * 2020-05-11 2020-08-07 西南大学 Fluid identification device based on interference method
CN114370894B (en) * 2020-10-16 2022-09-09 西安电子科技大学 Optical fiber temperature and humidity sensor and preparation method thereof
CN113866131B (en) * 2021-09-26 2024-02-09 岭南师范学院 Quasi-distributed humidity on-line monitoring system
CN114235755A (en) * 2021-12-18 2022-03-25 桂林电子科技大学 Point type measurement SPR sensor based on U-shaped conical plastic optical fiber

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6256843A (en) * 1985-09-06 1987-03-12 Fujikura Ltd Distribution measurement type optical fiber humidity sensor
US4981338A (en) * 1990-01-03 1991-01-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Optical fiber refractometer
JPH08219983A (en) * 1994-12-16 1996-08-30 Furukawa Electric Co Ltd:The Optical fiber and fiber-optic sensor
JP2002048898A (en) * 2000-08-02 2002-02-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Cask monitoring device
JP2006047018A (en) * 2004-08-02 2006-02-16 Tama Tlo Kk Level gauge using optical fiber sensor, level, manometer, and thermometer
JP2007024527A (en) * 2005-07-12 2007-02-01 Fiberlabs Inc Optical fiber sensor and sensor system
JP2009063390A (en) * 2007-09-06 2009-03-26 Fiberlabs Inc Optical fiber humidity sensor and humidity detection system using it

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6256843A (en) * 1985-09-06 1987-03-12 Fujikura Ltd Distribution measurement type optical fiber humidity sensor
US4981338A (en) * 1990-01-03 1991-01-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Optical fiber refractometer
JPH08219983A (en) * 1994-12-16 1996-08-30 Furukawa Electric Co Ltd:The Optical fiber and fiber-optic sensor
JP2002048898A (en) * 2000-08-02 2002-02-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Cask monitoring device
JP2006047018A (en) * 2004-08-02 2006-02-16 Tama Tlo Kk Level gauge using optical fiber sensor, level, manometer, and thermometer
JP2007024527A (en) * 2005-07-12 2007-02-01 Fiberlabs Inc Optical fiber sensor and sensor system
JP2009063390A (en) * 2007-09-06 2009-03-26 Fiberlabs Inc Optical fiber humidity sensor and humidity detection system using it

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014532182A (en) * 2011-10-06 2014-12-04 オーエフエス ファイテル,エルエルシー Broadband fiber sensor array
CN102385216A (en) * 2011-10-18 2012-03-21 燕山大学 Fiber Bragg grating (FBG) demodulation method based on modular interference of polarization maintaining fiber (PMF)
JP2014219258A (en) * 2013-05-08 2014-11-20 オプテックス株式会社 Light measuring method and apparatus
KR101293695B1 (en) 2013-06-14 2013-08-06 한국해양과학기술원 Multi-fiber optical sensor for simultaneous measurement of do and ph
KR20190065782A (en) * 2017-12-04 2019-06-12 중앙대학교 산학협력단 Fiber-optic sensor system
KR102025272B1 (en) * 2017-12-04 2019-09-25 중앙대학교 산학협력단 Fiber-optic sensor system
WO2023127039A1 (en) * 2021-12-27 2023-07-06 一成 中尾 Intelligent stirring system

Also Published As

Publication number Publication date
JP4597251B1 (en) 2010-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4597251B1 (en) Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber
Pevec et al. Miniature fiber-optic Fabry-Perot refractive index sensor for gas sensing with a resolution of 5x10− 9 RIU
Hernández-Romano et al. Optical fiber temperature sensor based on a microcavity with polymer overlay
Deng et al. Refractive index measurement using photonic crystal fiber-based Fabry-Perot interferometer
Pevec et al. Miniature all-fiber Fabry–Perot sensor for simultaneous measurement of pressure and temperature
Zhao et al. High-resolution and temperature-insensitive fiber optic refractive index sensor based on Fresnel reflection modulated by Fabry–Perot interference
JP6297064B2 (en) Non-contact pressure measurement optical sensor
Fuentes et al. Increasing the sensitivity of an optic level sensor with a wavelength and phase sensitive single-mode multimode single-mode fiber structure
JP2009025199A (en) Optical fiber type surface plasmon humidity sensor, surface plasmon humidity sensor, optical fiber type humidity sensor, and humidity measuring apparatus
May-Arrioja et al. Fiber optic pressure sensor using a conformal polymer on multimode interference device
Guermat et al. Fibre-optic temperature and pressure sensor based on a deformable concave micro-mirror
Preložnik et al. All-fiber, thermo-optic liquid level sensor
JP2010223817A (en) Ethanol sensor and ethanol measurement system using the same
Villatoro et al. In-line optical fiber sensors based on cladded multimode tapered fibers
Galarza et al. Spatial-frequency multiplexing of high-sensitivity liquid level sensors based on multimode interference micro-fibers
Grobnic et al. Bragg grating evanescent field sensor made in biconical tapered fiber with femtosecond IR radiation
Arrizabalaga et al. Microrefractometer based on off-center polymer caps bonded onto optical fiber tips
Neves et al. Humidity-insensitive optical fibers for distributed sensing applications
de Oliveira et al. Refractive index sensors based on cascaded multimode interference hetero-core optical fibers
Martínez-Manuel et al. Nonlinearity Reduction in a Fiber Fabry-Perot Interferometer Interrogated by a Wavelength Scanning Optical Source
CN108279079B (en) Point type temperature sensing device based on radial large dislocation structure coating polydimethylsiloxane of coreless optical fiber
Cranch et al. Characterization of laser-driven shock waves in solids using a fiber optic pressure probe
Pfalzgraf et al. Multiplexing temperature-compensated open-cavity Fabry–Perot sensors at a fiber tip
Kim et al. Temperature-Insensitive Refractometer Based on a Wave-Shaped Fiber Modal Interferometer Using No-Core Fiber
Li et al. Cryogen adaptive and integrated differential pressure sensor for level sensing based on an optical Fabry–Perot interferometer

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100921

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131001

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees