JP2015194369A

JP2015194369A - 光ファイバセンサ

Info

Publication number: JP2015194369A
Application number: JP2014071855A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　宏和; Hirokazu Suzuki; 宏和鈴木
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP6259342B2

Abstract

【課題】測定対象物に取付けられた場合、測定対象物からの変位情報が光ファイバセンサに正確に伝達される光ファイバセンサを提供する。
【解決手段】光ファイバセンサ２は、コア２ａと、コア２ａの周囲を覆うように設けられたクラッド２ｂと、クラッド２ｂの周囲を覆うように設けられた保護層２ｃとを備えるとともに、ファイバブラッググレーティングを有した光ファイバセンサ２であって、外周面に、外周面を覆うように設けられる周囲材料との間の滑り抑制するための節１を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物に取付けられて、測定対象物の温度、歪み、振動等を計測する光ファイバセンサに関する。

ファイバブラッググレーティング（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ：以下ＦＢＧと略す）を利用して、温度、歪み、振動等を計測する光ファイバセンサが知られている。即ち、光ファイバセンサは、コアと、コアの周囲を覆うように設けられたクラッドと、クラッドの周囲を覆うように設けられた樹脂コーティング等による保護層とを備えた光ファイバに、入力する光の進行方向に沿ってグレーティング（回折格子）が書き込まれて作製され、光ファイバに書き込まれたグレーティングのピッチが歪みや温度によって変化すると、その変化に応じてグレーティングから光のピーク波長（ブラッグ波長）が変化すること、あるいはグレーティングを透過する光のスペクトルが変化（ディップ光の中心波長が変化）することを利用したセンサである。
当該光ファイバセンサを測定対象物に取付ける場合、光ファイバセンサを例えば接着剤又は溶接を用いて測定対象物に取付けるようにしていた。
例えば、測定対象物に図外の型枠を設置して型枠の成型空間内に光ファイバセンサを配置し、光ファイバセンサの周囲を覆うように成型空間内に接着剤等の合成樹脂を充填して固化させることで、図７（ａ）：図７（ｂ）に示すように、光ファイバセンサ２０の周囲を覆うように合成樹脂製の取付部２１を形成し、当該取付部２１を測定対象物に接着等で取付けることにより、光ファイバセンサ２０を測定対象物に取付けるようにしていた。
また、図８に示すように、測定対象物３０が金属の場合は、光ファイバセンサ２０を溶接３１によって測定対象物３０に接着するようにしていた（例えば特許文献１；２等参照）。

特開２００１−２９６１１０号公報特開２０１２−２１１８６８号公報

しかしながら、光ファイバセンサの周囲を覆う合成樹脂と光ファイバセンサの保護層の周面との接着性や、光ファイバセンサの周囲を覆う溶接母剤と光ファイバセンサの保護層の周面との接着性が十分に確保されず、光ファイバセンサの周囲を覆う接着剤や溶接母剤と光ファイバセンサの保護層の周面とに滑りが発生し、測定対象物からの変位情報が光ファイバセンサに正確に伝達されないという問題があった。
本発明は、測定対象物に取付けられた場合、測定対象物からの変位情報が光ファイバセンサに正確に伝達される光ファイバセンサを提供するものである。

本発明に係る光ファイバセンサは、コアと、コアの周囲を覆うように設けられたクラッドと、クラッドの周囲を覆うように設けられた保護層とを備えるとともに、ファイバブラッググレーティングを有した光ファイバセンサであって、外周面に、当該外周面を覆うように設けられる周囲材料との間の滑り抑制するための節を備えたので、測定対象物に取付けられた場合、周囲材料と光ファイバセンサの外周面との間の滑りが抑制され、測定対象物からの変位情報が光ファイバセンサに正確に伝達される。
また、節は、保護層の一部が除去された部分にクラッドと一体化するように設けられたので、節とクラッドとの滑りを抑制でき、測定対象部の変位情報が光ファイバセンサに正確に伝達されるようになる。
また、クラッドがガラスにより形成され、節が、クラッドのガラスと一体化したガラスにより形成されたので、節とクラッドとの滑りが発生しなくなり、測定対象部の変位情報が光ファイバセンサに正確に伝達されるようになる。
また、節が、測定対象部に取付けられる光ファイバセンサの検知部分の両端に設けられたので、測定対象物に取付けられた場合、測定対象部と光ファイバセンサとが同じ変位で伸縮するようになるので、光ファイバセンサによる正確な測定が可能となる。

（ａ）は光ファイバセンサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図（尚、（ｂ）：（ｃ）では、断面ハッチングを省略して図示した）。光ファイバセンサの製作手順を示す図。光ファイバセンサの製作方法の一例を示す図。光ファイバセンサに取付部を形成するための型枠を示す斜視図。取付部付きの光ファイバセンサの形成する方法の一例を示す図。取付部付きの光ファイバセンサを示す斜視図。従来例を示す図。従来例を示す図。

図１に示すように、実施形態による光ファイバセンサ２は、コア２ａと、コア２ａの周囲を覆うように設けられたクラッド２ｂと、クラッド２ｂの周囲を覆うように設けられた樹脂コーティング等による保護層２ｃとを備え、保護層２ｃの一部が除去された部分に充填された充填材による節１を外周面に備えた構成である。

即ち、光ファイバセンサ２は、保護層２ｃの外周面よりも外方に盛り上がるように形成された節１、即ち、当該光ファイバセンサ２の外周面を覆うように設けられることになる合成樹脂や溶接母剤等の周囲材料と当該光ファイバセンサ２の外周面との間の滑り（光ファイバセンサの周方向及び軸方向の滑り）を抑制するための節１を備えた構成である。

光ファイバセンサ２は、上述したＦＢＧを備え、ＦＢＧを利用して、温度、歪み、振動等を計測するセンサである。
コア２ａ及びクラッド２ｂは、光に対して透過率の異なるガラスまたはプラスチックで形成され、コア２ａの屈折率とクラッド２ｂの屈折率とが異なることにより、全反射や屈折により光を中心部のコア２ａに伝播させる構造になっている。

光ファイバセンサ２は、図２に示すように、節１を備えた光ファイバセンサ２の元になる光ファイバセンサ２Ａ（図２（ａ）参照）の保護層２ｃの一部を剥離させた剥離部３を備えた光ファイバセンサ２Ｂを製作（図２（ｂ）参照）した後、この光ファイバセンサ２Ｂの剥離部３の周囲を取り囲むように節１が形成された構成（図２（ｃ）参照）である。

剥離部３は、例えば、レーザや高周波加熱源などを用いて光ファイバセンサ２Ａ（図２（ａ）参照）の保護層２ｃの一部を剥離することにより形成される。
コア２ａ及びクラッド２ｂがガラスにより形成されている場合、節１は、クラッド２ｂのガラスと一体化するように例えば低融点ガラスペーストを用いて形成すれば、節１がクラッド２ｂに強固に一体化されて形成されるので、節１とクラッド２ｂとの滑りが発生しなくなる。
節１は、測定対象部に取付けられる光ファイバセンサ２による測定間隔に対応する所定間隔を隔てた２点にそれぞれ設けられている。即ち、節１は、測定対象部に取付けられる光ファイバセンサ２の検知部分の両端に設けられている。

従って、光ファイバセンサ２は、測定対象部に取付けられる光ファイバセンサ２の検知部分の両端にそれぞれ節１を備え、光ファイバセンサ２の検知部分が測定対象部に取付けられた場合、光ファイバセンサ２の外周面を覆うように設けられることになる合成樹脂や溶接母剤等の周囲材料と当該光ファイバセンサ２の外周面との間の滑りが抑制されるとともに、節１とクラッド２ｂとの滑りも発生しない。よって、測定対象部の変位情報が光ファイバセンサ２に正確に伝達され、測定対象部と光ファイバセンサ２とが同じ変位で伸縮するようになるので、光ファイバセンサ２による正確な測定が可能となる。
尚、光ファイバセンサ２は、光ファイバセンサ２Ｂの剥離部３の周囲を覆う節１を備えているので、クラッド２ｂの表面に傷やマイクロクラックが発生することを防止できる。

上述した節１を備えた光ファイバセンサ２の形成方法の一例を説明する。
まず、例えば図３（ａ）に示すように、金属面４上に、光ファイバセンサ２の保護層２ｃの直径に対応した断面半円形の溝５、及び、この溝５の延長方向に沿った測定間隔に対応する所定間隔を隔てた溝５の２地点にそれぞれ節１を形成するための凹部(ディンプル)６を形成した節形成装置を用意する。
そして、上述したように、節１を備えた光ファイバセンサ２の元になる光ファイバセンサ２Ａの測定間隔に対応する所定間隔を隔てた２点において、保護層２ｃを剥離させた剥離部３を備えた光ファイバセンサ２Ｂを製作する。
そして、この光ファイバセンサ２Ｂの剥離部３が凹部６に配置されるように光ファイバセンサ２Ｂを溝５に設置する（３（ｂ）参照）。
そして、凹部６に例えば低融点ガラスを充填して固化させることで、光ファイバセンサ２Ｂの剥離部３の回りに低融点ガラスによる節１が形成された光ファイバセンサ２が完成する（図３（ｃ）参照）。
尚、低融点ガラスは、融解ののち自己の張力により球状態となり、節１を形成する。節１を形成したガラス球は、クラッド２ｂの周囲と融体してクラッド２ｂと一体化するが、クラッド２ｂとコア２ａ間の物理的位置関係は保持されるので、コア２ａ内の全反射が補償される。

節１を有した光ファイバセンサ２は、接着剤などで測定対象部に直接設置（接着）してもよい。
また、測定対象部が金属である場合は、節１を有した光ファイバセンサ２を溶接余盛で測定対象部に設置（結合）してもよい。
節１を有した光ファイバセンサ２を、合成樹脂や溶接母剤等の周囲材料で測定対象部に設置した場合、節１が周囲材料と光ファイバセンサ２の外周面との間の滑り（光ファイバセンサの周方向及び軸方向の滑り）を抑制するため、測定対象部の変位情報が光ファイバセンサ２に正確に伝達され、測定対象部と光ファイバセンサ２とが同じ変位で伸縮するようになるので、光ファイバセンサ２による正確な測定が可能となる。

また、測定対象物への光ファイバセンサ２の取付作業を容易にするための取付部を光ファイバセンサ２の周囲に形成する場合には、図４乃至図６に示すように、光ファイバセンサ２の周囲に取付部１１を形成するための成型装置１０を用いて取付部１１付き光ファイバセンサ２を形成すればよい。例えば、図４に示すような上下の成型型１０Ａ；１０Ｂを用いて成型型１０Ａ；１０Ｂを組み合せて形成される成型空間内に節１を有した光ファイバセンサ２を設置し、図外の注入口を介して、図５（ａ）に示すように、成型空間内に合成樹脂等の周囲材料１１Ａを充填し、周囲材料１１Ａが固化した後に、成型型１０Ａ；１０Ｂを脱型することにより、図５（ｂ）；図６に示すような、節１を有した光ファイバセンサ２の周囲に取付部１１が形成された取付部１１付き光ファイバセンサ２を形成できる。

また、図３（ａ）に示したような、板面に、光ファイバセンサ２の保護層２ｃの直径に対応した断面半円形の溝５、及び、この溝５の延長方向に沿った測定間隔に対応する所定間隔を隔てた溝５の２地点にそれぞれ節１を形成するための凹部(ディンプル)６が形成された金属プレートを用意し、この金属プレート上に、図３（ｂ）；（ｃ）に示したように、節１を有した光ファイバセンサ２を形成し、この金属プレート上に形成された節１を有した光ファイバセンサ２と当該金属プレートとを溶接で接続することで、取付部としての金属プレート付き光ファイバセンサ２を形成できる。

上述した取付部１１付き光ファイバセンサ２、取付部としての金属プレート付き光ファイバセンサ２によれば、取付部を備えたことにより、光ファイバセンサ２のハンドリング（取り扱い性）が向上し、測定対象物への光ファイバセンサ２の取付作業が容易になるとともに、光ファイバセンサ２の取付部１１を形成する合成樹脂や金属プレートへの溶接母剤等の周囲材料と光ファイバセンサ２の外周面との間の滑りが節１により抑制されるので、測定対象部の変位情報が光ファイバセンサ２に正確に伝達され、測定対象部と光ファイバセンサ２とが同じ変位で伸縮するようになるので、光ファイバセンサ２による正確な測定が可能となる。

尚、節を形成する材料としては、上述したようなクラッドのガラスと一体化する低融点ガラスを用いることが好ましいが、クラッドと一体化しやすい材料であれば節を形成する材料は特に限定されない。

１節、２光ファイバセンサ、２ａコア、２ｂクラッド、２ｃ保護。

Claims

コアと、コアの周囲を覆うように設けられたクラッドと、クラッドの周囲を覆うように設けられた保護層とを備えるとともに、ファイバブラッググレーティングを有した光ファイバセンサであって、
外周面に、当該外周面を覆うように設けられる周囲材料との間の滑り抑制するための節を備えたことを特徴とする光ファイバセンサ。
節は、保護層の一部が除去された部分にクラッドと一体化するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。
クラッドがガラスにより形成され、節が、クラッドのガラスと一体化したガラスにより形成されたことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバセンサ。
節が、測定対象部に取付けられる光ファイバセンサの検知部分の両端に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。