JP2014025928A - ファイバブラッググレーティングを有するマルチコア光導波路によって温度、ひずみ、および／またはねじれを検出するためのセンサファイバ - Google Patents

ファイバブラッググレーティングを有するマルチコア光導波路によって温度、ひずみ、および／またはねじれを検出するためのセンサファイバ Download PDF

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Abstract

【課題】温度、長さ、曲げ、および特にねじれの変化を含むより多くのパラメータの同時測定を可能にする、単純な構成のセンサファイバを提供する。
【解決手段】複数のコアおよびＦＢＧ構造を備えるセンサファイバ１によって達成され、少なくとも２つのＦＢＧファイバコア２と、周囲の被覆材３とを備えており、識別および方向付けのための１つ以上の手段が、各々のＦＢＧファイバコアに明確にアドレスできるようにファイバ内に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１に記載のファイバブラッググレーティングを有するマルチコア光導波路の形態の、温度、ひずみ、および／またはねじれを検出するためのセンサファイバに関する。
そのようなセンサファイバは、材料およびプロセスの制御に使用されている。ファイバコアにファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を刻むことによって、温度および／または長さの変化に対する感度が実現される。この種のいくつかのファイバを組み合わせることによって、材料の曲げおよび引張を検出することが可能である。環境の影響を少なくするために、これらの単独のＦＢＧをファイバ上に完成させて、より多くのＦＢＧを含む。
そのようなマルチコアファイバについて、最新の技術水準から公知のいくつかの実施の形態が存在する。米国特許第５，５６３，９６７号は、２つのＦＢＧコアを有するセンサファイバの製造方法を開示している。そのようなセンサファイバは、温度および長さの変化の同時検出を可能にする。
最新の技術水準から公知のセンサファイバは、さらなる処理がなければ、長さ、曲げ、温度、およびねじれの変化を検出することができないという欠点を抱えている。多くの測定データを蓄積するためには、多数のＦＢＧが必要であり、蓄積した生データの解析がますます複雑になる。
したがって、本発明の目的は、温度、長さ、曲げ、および特にねじれの変化を含むより多くのパラメータの同時測定を可能にする、単純な構成のセンサファイバを提供することにある。
この目的は、請求項１に記載の複数のコアおよびＦＢＧ構造を備えるセンサファイバによって達成される。このファイバは、少なくとも２つのＦＢＧファイバコアと、周囲の被覆材とを備えており、識別および方向付けのための１つ以上の手段が、各々のＦＢＧファイバコアに明確にアドレスできるようにファイバ内に配置されていることを特徴とする。
本発明の考え方は、識別可能な個別のＦＢＧコアを１つのセンサファイバ内に作ることにある。したがって、各々の個別のＦＢＧコアからの測定信号を個別に検出し、ファイバコアへと割り当てることができる。この識別および方向付け(orientation)のための手段により、長さ、曲げ、およびひずみの変化に加え、温度およびファイバに作用するねじれを検出することができる。ねじれは、識別および方向付けのための手段ゆえに測定可能である。これらは、個別のＦＢＧコアにアドレスし、その結果、測定機構が測定信号の各部をファイバコアの位置として識別することができる。
第１の実施の形態においては、方向付けおよび識別のための手段が、前記被覆材の内部における個々のＦＢＧコアの非円筒対称性の配置である一方で、ＦＢＧコアが、明確な標識(labeling)を可能にする数量にて使用される。
個別のＦＢＧコアが、それらの非対称な配置によってＦＢＧコアの明確な識別がもたらされるように、ファイバの断面に割り当てられる。
別の実施の形態においては、識別および方向付けのための手段が、被覆材の内部のマーカ領域によって作られる。この場合、センサファイバは、個々のＦＢＧコアを識別するために、測定機構によって読み出すことができる少なくとも１つの基準点または信号を有する。
これらのマーカ領域は、さまざまな方法で製作可能である。
一実施の形態においては、マーカ領域は、被覆材に埋め込まれた毛管である。これは、光学的に容易に検出可能な方法の穴構造を特徴とする。この穴構造が、ＦＢＧコアを識別可能にするファイバ断面内の基準点をもたらす。
別の実施の形態においては、この毛管が、アナライト(analyt)またはマーカで満たされる。したがって、さらなる測定信号を取得することができ、及び／又は、基準点の検出を向上させることができる。
さらなる実施の形態においては、マーカ領域が、機械的な張力を生み出すロッドによって作られる。これらの張力が、近傍の導波路の光学的特性に検出可能な変化をもたらし、これが標識を可能にする。
この実施の形態による識別は、少なくとも１つのＦＢＧコアが光学的に異なる挙動を示し、基準として使用可能であることで達成される。この基準から、他のＦＢＧコアにアドレスすることができる。
別の実施の形態においては、マーカ領域が、被覆材の内部のロッドであって、被覆材の材料で製作され、したがって光を案内することができないロッドによって作られる。
個々のＦＢＧコアの識別は、対称的な配置について較正された測定システムによって達成される。この配置が、被覆材の材料で製作されたロッドによって乱される。この不連続が、ＦＢＧコアの標識(labeling)を可能にする基準点として使用される。
別の実施の形態においては、マーカ領域が、ＦＢＧコアの非対称な研削によって作られる。このＦＢＧコアの光学的特性が改変され、これにより、基準点が生成される。この基準点から、センサファイバにおいて他のＦＢＧコアにアドレスすることができる。
さらに、各々のＦＢＧコアを、隣接するＦＢＧコア間の光クロストークを減らすために、低い屈折率の層で囲むことができる。これは、測定信号の最適化された品質をもたらす。
本発明によるセンサファイバが、以下の実施の形態によって説明される。図１〜６が、よりよい理解のために使用される。類似の部分については、同一の参照番号が使用されている。
本発明によるセンサファイバの第１の実施の形態の断面である。 被覆材の内部にマーカ領域を有している、本発明によるセンサファイバの実施の形態の断面である。 毛管（マーカおよび／またはアナライトを有しても、有さなくてもよい）によってマーカ領域が作られている、本発明によるセンサファイバの実施の形態の断面である。 機械的な張力を生じさせるためのロッドを備えている、本発明によるセンサファイバの実施の形態の断面である。 対称乱し穴を備える、本発明によるセンサファイバの実施の形態の断面である。 改変されたＦＢＧコアを備える、本発明によるセンサファイバの実施の形態の断面である。 ファイバの外側部分に不連続を有する、本発明によるセンサファイバの実施の形態の断面である。
複数のＦＢＧコアを備えるすべての実施の形態は、ドープされたガラス棒および／またはドープされていないガラス棒の併合によって製造される。これらは、シングルモードまたはマルチモードの予備成形物(preforms)を含む。さらに、ドープされたガラス棒／ドープされていないガラス棒が、プレースホルダ(place holder)として、あるいは機械的な張力を生じさせるために、含まれてよい。これらの単独のコアが、ファイバの溶融および引き出しの後も個々のコアの識別が可能であるように、管内に配置される。いくつかの典型的な実施の形態を、以下で説明する。
マーカ領域の断面のサイズは、重要ではない。それらが確実な検出のためのサイズであれば、適切である。したがって、マーカ領域が穴または異質部として検出可能であれば、適切である。
図１は、第１の実施の形態の断面を示している。この例は、３つの個別のＦＢＧコア２で構成されるセンサファイバ１を含んでいる。これら３つのコアが、被覆材３によって囲まれる一方で、センサファイバは、円形の断面を有している。例えば楕円形など、センサファイバの他の断面も可能である。
図１に示した実施の形態は、３つのＦＢＧコアを非対称な配置にて有している。センサファイバの識別および方向付けならびに個別のコアの割り当てが、この非対称な配置によって達成される。１２時の位置にあるコアを第１のコアと呼ぶことができ、３時の位置にあるコアを第２のコアと呼ぶことができ、６時の位置にあるコアを第３のコアと呼ぶことができる一方で、非対称が９時の位置にあると定義される。この非対称は、容易に検出可能である。外部の基準系におけるセンサファイバの方向付け、特にねじれ角度は、指定されない。非対称が検出されると、個々のＦＢＧコアにアドレスすることができる。したがって、基準系に対する位置を、単純な変換によって補正することができる。割り当てを、測定システムにおいて実行することができる。光のスループットの正しい方向に注意することが重要である。
図１に示した非対称な配置を、きわめて容易に決定することができる。ＦＢＧコアが配置され、被覆材によって囲まれる。この配置が、引き抜きプロセスの際にも保たれ、したがってセンサファイバの非対称がもたらされる。
図２が、４つのＦＢＧコアを円筒対称性にて含んでいる実施の形態を示している。この例では、マーカ領域４が、被覆材３の内部に配置され、２つのＦＢＧコア２によって囲まれている。マーカ領域は、被覆材とは異なる光学的特性を有している被覆材の内部の領域である。図４に示した実施の形態は、三角形の断面を有するマーカ領域である。マーカ領域は、ＦＢＧコアと比べて小さいが、確実な検出のためには充分に大きい。
マーカ領域も、光導波路として製作することができるが、センサコアとなることは意図されていない。マーカ領域の目的は、ファイバ全体のための基準点としての方向付け信号をもたらすことにある。
被覆材３に１つ以上のマーカ領域を実現するための可能性が、図３に示されている。２つの毛管が被覆材に埋め込まれており、一方の毛管が、アナライトおよび／またはマーカ６で満たされている。このマーカは、蛍光物質であってよく、その蛍光が、測定システムによって検出される。毛管は、断面において、満たされており、あるいは空である穴として示されている。このような構成を有するセンサファイバは、最初のコアおよび時計方向に続くコアを標識および検出できるやり方で、個々のＦＢＧコア２の識別を可能にする。さらに、両方の毛管が識別可能であるため、光のスループットの方向を検出できる一方で、個々のコアを常に識別することができる。センサファイバおよびその個々のコアの方向付けは、測定システムが毛管５の信号を検出して個々のＦＢＧコアにアドレスできるやり方で実行される。
マークおよびアドレスのための他の選択肢が、図４に示されている。被覆材３の内部にロッド７が配置され、このロッド７が、ＦＢＧコア２のうちの１つに近接し、このコアに機械的な張力を生じさせる。これが、ＦＢＧコアの光学的特性の変化をもたらす。したがって、このコアを検出し、基準点として使用することができる。この点から、他のコアを標識(labeling)することができる。
図５が、個々のＦＢＧコアにアドレスするためのさらなる選択肢を示している。被覆材３の内部における８つのＦＢＧコア２の円筒対称性の配置が実行される。この８つの部分からなる対称性が、ＦＢＧコアのうちの１つをロッド８で置き換えることによって乱される。このロッドは、被覆材の屈折率を有しており、同じ材料から製造可能である。当然ながら、ロッドが、被覆材とは別の材料または屈折率を有してもよい。いずれにせよ、対称性が乱され、ロッドが基準の地点として機能する。
図６が、被覆材３の内部に４つのＦＢＧコア２を備えているセンサファイバ１の別の実施の形態を示している。この実施の形態においては、コアのうちの１つに、このコアを基準の地点にするように修正９が加えられている。さらに、すべてのＦＢＧコアが、低い屈折率の層１０で囲まれている。
修正９は、ＦＢＧコアを非対称に削ることによって達成することができる。
図７が、被覆材３の内部に４つのＦＢＧコア２を備えているセンサファイバ１の実施の形態を示している。マーカ領域は、センサファイバの外側部分における異質部１１である。異質部は、溝として製作されている。溝は、コア予備成形物のうちの１つに初期の溝を研削することによってセンサファイバに形成することができる。引き抜きプロセスにより、初期の溝は丸みを帯びるが、依然として溝は、確実に検出可能である。
予備成形物およびファイバの製造の際に、個々のコアは、周囲の管とともに溶かされる。いくつかの場合には、ＦＢＧおよび修正を、引き抜きプロセスの際に刻むことができる。
センサファイバを、典型的な実施の形態に基づいて説明した。さらなる実施の形態が、当業者にとって自明である。
１ センサファイバ
２ ＦＢＧコア
３ 被覆材
４ マーカ領域
５ 毛管
６ マーカ／アナライト
７ 張力発生用ロッド
８ 穴発生用ロッド
９ ファイバコアの修正
１０ 低い屈折率の層
１１ 外側部分の異質

Claims (10)

  1. 少なくとも２つのＦＢＧコア（２）と周囲の被覆材（３）とを備えるＦＢＧ構造を有するマルチコア光導波路によって温度、曲げ、および／または、ねじれを検出するセンサファイバ（１）であって、当該センサファイバの内部に位置し、あるいは、当該センサファイバに位置する識別または方向付けのための１つ以上の手段を、マーカ領域の確実な検出のための測定システムによって検出可能であることを特徴とするセンサファイバ。
  2. 前記識別および方向付けのための手段は、前記被覆材の内部における前記ＦＢＧコア（２）の非円筒対称性である一方で、ＦＢＧコアの数が、特有の配置を保証するように選択されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサファイバ。
  3. 前記区別および方向付けのための手段は、前記被覆材（３）における前記センサファイバ（１）の内部の検出可能な特有のマーカ領域として製作されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のセンサファイバ。
  4. 前記マーカ領域は、毛管であることを特徴とする、請求項３に記載のセンサファイバ。
  5. 前記毛管は、アナライトまたはマーカ（６）で満たされていることを特徴とする、請求項４に記載のセンサファイバ。
  6. 前記マーカ領域は、穴を生成する前記ＦＢＧコア（２）の配置の非対称によって達成され、前記穴は、被覆材の材料で構成され、光を案内することができないロッド（８）で作られていることを特徴とする、請求項３に記載のセンサファイバ。
  7. 前記マーカ領域は、機械的な張力を生じさせるロッド（７）である一方で、生じさせられた張力は、近傍のＦＢＧコアの光学的特性の検出可能な変化をもたらしていることを特徴とする、請求項３に記載のセンサファイバ。
  8. 前記識別および方向付けのための手段は、前記ＦＢＧコア（２）の非対称に研削された材料（９）で構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサファイバ。
  9. 各々のＦＢＧコア（２）は、ＦＢＧコア（２）の間の光クロストークを軽減する低い屈折率の層（１０）によって囲まれていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサファイバ。
  10. 前記マーカ領域（４）は、前記センサファイバの外側部分に位置する異質部（１１）であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のセンサファイバ。
JP2013153938A 2012-07-26 2013-07-24 ファイバブラッググレーティングを有するマルチコア光導波路によって温度、ひずみ、および／またはねじれを検出するためのセンサファイバ Active JP5654646B2 (ja)

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