JP2011017652A - 分布型光ファイバ圧力センサシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】システムSは、光ファイバ10、光ファイバ10の圧力センサ部11に被嵌される楕円管20、光ファイバ10の一端101側から検査光を入射する光源装置30、光サーキュレータ40、及び前記検査光の反射光を計測するヘテロダイン受信機50を含む。光ファイバ10の外周面と楕円管20の内周面とは、短軸方向において接触(若しくは近接)している。一方、楕円管20の長軸方向の内径は、光ファイバ10の外径よりも充分大きい長さを有している。短軸方向において楕円管20が外部から圧力を受けた場合、その圧力は光ファイバ10に実質的に伝達され、該光ファイバ10に側圧が加えられる。
【選択図】図1
Description
λBragg=2×n×Λ
そして、回折格子部分に温度変化(ΔT)及び/又は歪み(Δε)が与えられたときの、ブラッグ反射波長λBraggのシフト(Δλ)は、次式で表すことができる。
Δλ/λBragg=6.45×10−6℃×ΔT+0.78×Δε
光ファイバの回折格子部分が形成されていない部分においても、前記ゆらぎ部分の存在によって、上述のFBGと同じ原理で、側圧が加えられたとき反射波長のシフトが生じる。ここでは、このシフトをレイリー周波数シフトと呼ぶものとする。
λ2−λ1=(n0 2λ0/2)×(P12−P11)×|ε1−ε2|
但し、n0は光ファイバ10のコアの側圧が加わらない状態のイニシャル屈折率、P12及びP11は光弾性定数、ε1及びε2は光軸と直交する方向における最大及び最小の主歪み(側圧)である。上式は、波長ピークλ0と波長ピークλ1、λ2との間の開きが大きいほど、光ファイバに加わる側圧が大きいことを示している。
B=nx−ny=P(σx−σy)
図8(B)は、光ファイバを一対の平板で挟み、これら平板から光ファイバのコア方向に外力fを与えた状態を示す模試図である。この場合の複屈折率Bは、光ファイバのヤング率をE、光ファイバの半径をrとすると、
B=4C・(f/π・E)・(1/r)
と表すことができる。一方、図8(C)は、光ファイバを平板とV溝板とで挟み、平板側から光ファイバのコア方向に外力fを与えた状態を示す模試図である。この場合の複屈折率Bは、V溝の内角をθとすると、
B=2C・(1−Cosθ・Sinθ)(f/π・E)・(1/r)
と表すことができる。従って、本実施形態のように楕円管20を用いることで、光ファイバに加わる側圧により生じるモード複屈折を大きくすることができる。
10 光ファイバ
11 圧力センサ部
20 楕円管(受圧管)
21 短軸
22 長軸
30 光源装置
40 光サーキュレータ
50 ヘテロダイン受信機(計測手段)
Claims (3)
- その長手方向の一部が分布型の圧力センサ部として使用される光ファイバと、
前記光ファイバの圧力センサ部に被嵌される受圧管と、
前記光ファイバの一端側から検査光を入射する光源と、
前記光ファイバ内におけるレイリー散乱現象に基づき発生する前記検査光の反射光を、前記光ファイバの一端側において検出する計測手段と、を備え、
前記受圧管は、
前記光ファイバの断面視の第1方向において、当該受圧管が外部から受けた圧力を前記光ファイバに実質的に伝達して該光ファイバに側圧を与える一方で、
前記光ファイバの断面視の前記第1方向と直交する第2方向において、当該受圧管が外部から受けた圧力を前記光ファイバに実質的に伝達しない構造を有し、
前記計測手段は、前記光ファイバに与えられる側圧に起因する前記反射光のスペクトラムの変動に基づき、圧力の発生を検出する、
ことを特徴とする分布型光ファイバ圧力センサシステム。 - 前記受圧管が、断面形状において短軸と長軸とを備える楕円管からなり、
該楕円管は、前記第1方向に前記短軸が、前記第2方向に前記長軸がそれぞれ位置するように、前記光ファイバの圧力センサ部に被嵌されていることを特徴とする請求項1に記載の分布型光ファイバ圧力センサシステム。 - 前記計測手段は、特定の波長に1つのピーク波長を有する前記反射光が、2つのピーク波長を有する反射光に変化するか否かに基づき、前記圧力の発生を検知することを特徴とする請求項1又は2に記載の分布型光ファイバ圧力センサシステム。
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