JP2018059802A

JP2018059802A - FBG sensor

Info

Publication number: JP2018059802A
Application number: JP2016197249A
Authority: JP
Inventors: 伸太郎福本; Shintaro Fukumoto; 富男中島; Tomio Nakajima
Original assignee: IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Current assignee: IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2018-04-12

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an FBG sensor capable of measuring temperature change without including strain change.SOLUTION: An FBG sensor includes: an optical fiber 2 forming an FBG part 1; and a needle tube 3 in which the FBG part 1 is arranged by inserting the optical fiber 2. The needle tube 3 has an inner diameter of a size close to an outer diameter of the optical fiber 2. The FBG part 1 is supported only in one side direction so as to be noncontact with the needle tube 3 in radial and axial directions.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光ファイバに形成されたFBG部を用いて計測するFBGセンサに関するものである。 The present invention relates to an FBG sensor that measures using an FBG portion formed in an optical fiber.

近年、光ファイバセンサの１つであるFBG（Fiber Bragg Grating）センサが土木建築分野から航空宇宙分野まで幅広く利用されている。FBGセンサは、光ファイバのコア内に形成されたブラッグ格子によりFBG部を構成し、特定の波長の光信号であるブラッグ波長を反射するようにしたものである。そしてブラッグ波長の利用によりひずみ変化や温度変化を計測するようにしている。 In recent years, an FBG (Fiber Bragg Grating) sensor, which is one of optical fiber sensors, has been widely used from the civil engineering and construction fields to the aerospace field. In the FBG sensor, an FBG portion is constituted by a Bragg grating formed in the core of an optical fiber so as to reflect a Bragg wavelength which is an optical signal having a specific wavelength. Then, changes in strain and temperature are measured using the Bragg wavelength.

またFBGセンサは、電気抵抗式のひずみゲージと比較し、電気的影響を受けない、防爆性を有する、ひずみ感度が高い、１本の光ファイバで複数点の計測ができる、という優れた特長を持っている。 In addition, the FBG sensor has the superior features that it is not affected by electrical resistance, has explosion-proof properties, and has high strain sensitivity, making it possible to measure multiple points with a single optical fiber compared to an electrical resistance strain gauge. have.

なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。 In addition, as prior art document information relevant to this invention, the following patent document 1 etc. already exist, for example.

特開２０１４−２０６４２２号公報JP 2014-206422 A

しかしながら、FBGセンサは、被測定物の温度変化を計測する際に、温度変化のみならず、熱膨張に伴うひずみ変化も測定してしまうため、温度変化のみを計測することが困難であった。またFBGセンサを用いる市販の光式温度センサ（os4210 MICRON OPTICS社）は、ハウジング材を含め、小型のものでも径が１．０７ｍｍと大きいため、光ファイバの小さな外径（例えば０．１５ｍｍ）を生かして小型化することが求められていた。更にFBGセンサで温度変化を計測する際には、温度変化を伸び縮みの変化に変換する感温部材を用い、感温部材にFBGセンサを固定して計測するため、感温部材により測定する箇所が制限されるという問題があった。更にまたFBGセンサを被測定物に配置する際には、FBGセンサに張力をかけた状態で接着する必要があるため、手間がかかるという問題があった。 However, since the FBG sensor measures not only the temperature change but also the strain change accompanying thermal expansion when measuring the temperature change of the object to be measured, it is difficult to measure only the temperature change. In addition, a commercially available optical temperature sensor (os4210 MICRON OPTICS) using an FBG sensor has a small outer diameter (for example, 0.15 mm) of the optical fiber because the diameter is as large as 1.07 mm even with a small one including the housing material. There was a demand for miniaturization. Furthermore, when measuring the temperature change with the FBG sensor, a temperature sensitive member that converts the temperature change into a change in expansion and contraction is used, and the FBG sensor is fixed to the temperature sensitive member for measurement. There was a problem that was limited. Furthermore, when placing the FBG sensor on the object to be measured, it is necessary to bond the FBG sensor in a tensioned state.

本発明は、斯かる実情に鑑み、ひずみ変化を含むことなく、温度変化を計測するFBGセンサを提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention intends to provide an FBG sensor that measures a temperature change without including a strain change.

本発明のFBGセンサは、FBG部を形成した光ファイバと、該光ファイバの挿入により前記FBG部を内部に配置する針管とを備え、
前記針管は、光ファイバの外径に近い内径を備え、
前記FBG部は、前記針管に対して径方向及び軸方向で非接触になるよう片側方向のみで支持されたものである。 The FBG sensor of the present invention includes an optical fiber in which an FBG portion is formed, and a needle tube in which the FBG portion is disposed by insertion of the optical fiber,
The needle tube has an inner diameter close to the outer diameter of the optical fiber,
The FBG portion is supported only in one side direction so as to be in non-contact with the needle tube in the radial direction and the axial direction.

本発明のFBGセンサにおいて、前記針管は、被測定物に固定される外周面を備え、前記FBG部は、針管との間に摩擦の影響が無い状態で測定するように構成されたことを特徴とするものである。 In the FBG sensor of the present invention, the needle tube has an outer peripheral surface fixed to an object to be measured, and the FBG portion is configured to measure in a state where there is no influence of friction with the needle tube. It is what.

本発明のFBGセンサにおいて前記針管は、（前記針管の外径）／（前記光ファイバの外径）の比を２．２０以上７．１５以下にすると共に、（前記針管の内径）／（前記光ファイバの外径）の比を１．０６以上５．００以下にすることが好ましい。 In the FBG sensor of the present invention, the needle tube has a ratio of (the outer diameter of the needle tube) / (the outer diameter of the optical fiber) to 2.20 or more and 7.15 or less, and (the inner diameter of the needle tube) / (the The ratio of the outer diameter of the optical fiber is preferably 1.06 or more and 5.00 or less.

本発明のFBGセンサにおいて、前記針管は、外径を０．３３ｍｍ以上１．０７ｍｍ未満にすると共に、内径を０．１６ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下にすることが好ましい。 In the FBG sensor of the present invention, it is preferable that the needle tube has an outer diameter of 0.33 mm or more and less than 1.07 mm and an inner diameter of 0.16 mm or more and 0.75 mm or less.

本発明のFBGセンサにおいて、前記FBG部は、耐熱被覆されたものであることが好ましい。 In the FBG sensor of the present invention, the FBG portion is preferably heat-resistant coated.

本発明のFBGセンサによれば、FBG部を針管の内部に配置することにより、ひずみ変化を含むことなく、温度変化を計測することができるという優れた効果を奏し得る。 According to the FBG sensor of the present invention, by arranging the FBG portion inside the needle tube, it is possible to achieve an excellent effect that a temperature change can be measured without including a strain change.

本発明の実施の形態例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the example of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態例であって針管の外径、内径、FBG部の外径を示す概念図である。It is an example of an embodiment of the present invention, and is a conceptual diagram showing the outer diameter and inner diameter of a needle tube and the outer diameter of an FBG portion. 本発明の実施の形態例であって試験装置を示す概念図である。It is an example of an embodiment of the invention and is a conceptual diagram showing a test device. 本発明の実施の形態例を試験条件１で試験したものであって熱電対の温度ステップを示すグラフである。It is the graph which tested the embodiment of this invention on the test conditions 1, and shows the temperature step of a thermocouple. 本発明の実施の形態例を試験条件１で試験したものであって時間に対するブラッグ波長変化を示すグラフである。It is the graph which tested the example of embodiment of this invention on the test conditions 1, and shows the Bragg wavelength change with respect to time. 本発明の実施の形態例を試験条件１で試験したものであって温度変化とFBGセンサのブラッグ波長の変化を示すグラフである。It is the graph which tested the embodiment of this invention on the test conditions 1, and shows a temperature change and the change of the Bragg wavelength of a FBG sensor. 本発明の実施の形態例を試験条件２で試験したものであって温度変化とFBGセンサのブラッグ波長の変化を示すグラフである。It is the graph which tested the embodiment of this invention on the test conditions 2, and shows a temperature change and the change of the Bragg wavelength of a FBG sensor. 本発明の実施の形態例を試験条件３で試験したものであって温度変化とFBGセンサのブラッグ波長の変化を示すグラフである。It is the graph which tested the example of embodiment of this invention on the test conditions 3, and shows the temperature change and the change of the Bragg wavelength of an FBG sensor.

以下、本発明のFBGセンサを実施する形態例を図１、図２を参照して説明する。 Hereinafter, an exemplary embodiment for implementing the FBG sensor of the present invention will be described with reference to FIGS.

実施の形態例のFBGセンサは、FBG部１を形成したシングルモードの光ファイバ２と、光ファイバ２の挿入によりFBG部１を内部に配置する針管３とを備えている。 The FBG sensor according to the embodiment includes a single mode optical fiber 2 in which the FBG portion 1 is formed, and a needle tube 3 in which the FBG portion 1 is disposed by insertion of the optical fiber 2.

FBG部１は、光ファイバ２のコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で形成されたブラッグ格子（回折格子）により構成され、光ファイバ２の先端側に位置している。またFBG部１は、温度変化により反射波長を変化させるようになっている。 The FBG portion 1 is configured by a Bragg grating (diffraction grating) formed at a constant interval along the optical axis direction in the core portion of the optical fiber 2, and is positioned on the distal end side of the optical fiber 2. Further, the FBG unit 1 changes the reflection wavelength according to the temperature change.

光ファイバ２は、FBG部１を含め、ポリイミド被覆、アクリル樹脂被覆、メタルコート(ニッケル、金)等の耐熱性素材４で被覆されている。また光ファイバ２は、図２に示すごとく、耐熱性樹脂で被覆されたFBG部１を含めて外径Ｄ_ｆが０．１３ｍｍ以上０．１６ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍとなっている。 The optical fiber 2, including the FBG portion 1, is covered with a heat resistant material 4 such as polyimide coating, acrylic resin coating, metal coating (nickel, gold) and the like. The optical fiber 2, as shown in FIG. 2, an outer diameter _{D f} is 0.13mm or 0.16mm or less, including the FBG portion 1 coated with heat-resistant resin, preferably has a 0.15 mm.

針管３は、導電性が高く耐久性のある金属であり、ステンレスや銅等で構成されている。また針管３は、スポット溶接可能な外周面３ａを備え、被測定物（検査対象）に固定できるようになっている。更に針管３は、全長の長さを２５０ｍｍ以上４００ｍｍ以下としている。また針管３は、外径Ｄ_Ｏが、FBGセンサを用いた市販の光式温度センサ（os4210 MICRON OPTICS社）より小さい径となっていると共に、内径Ｄ_Ｉが、光ファイバ２を挿入し得る径であり、且つ光ファイバ２の外径Ｄ_ｆに近い径となっている。 The needle tube 3 is a highly conductive and durable metal, and is made of stainless steel, copper, or the like. The needle tube 3 includes an outer peripheral surface 3a that can be spot welded and can be fixed to an object to be measured (inspection object). Furthermore, the needle tube 3 has a total length of 250 mm or more and 400 mm or less. The needle tube 3 has an outer diameter D _O is a commercially available optical temperature sensor (os4210 MICRON OPTICS Inc.) with and has a smaller diameter using a FBG sensor, the inner diameter D _I, can insert the optical fiber 2 radial , and the are and a diameter close to the outer diameter D _f of the optical fiber 2.

また針管３の外径Ｄ_Ｏ及び内径Ｄ_Ｉについて具体的に説明すると、針管３は、（針管３の外径Ｄ_Ｏ）／（光ファイバ２の外径Ｄ_ｆ）の比を２．２０以上７．１５以下にすると共に、（針管３の内径Ｄ_Ｉ）／（光ファイバ２の外径Ｄ_ｆ）の比を１．０６以上５．００以下にしている。更に具体的には、針管３の外径Ｄ_Ｏを０．３３ｍｍ以上１．０７ｍｍ未満にすると共に、針管３の内径Ｄ_Ｉを０．１６ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下にしている。更に好ましくは針管３の外径Ｄ_Ｏを０．３５ｍｍ以上１．０６ｍｍ以下、針管３の内径Ｄ_Ｉを０．１７ｍｍ以上０．７０ｍｍ以下にしている。 The outer diameter D _O and the inner diameter D _I of the needle tube 3 will be specifically described. The needle tube 3 has a ratio of (outer diameter D _O of the needle tube 3) / (outer diameter D _f of the optical fiber 2) of 2.20 or more. The ratio of (the inner diameter D _I of the needle tube 3) / (the outer diameter D _f of the optical fiber 2) is set to 1.06 or more and 5.00 or less. More specifically, the outer diameter D _O of the needle tube 3 is set to 0.33 mm or more and less than 1.07 mm, and the inner diameter D _I of the needle tube 3 is set to 0.16 mm or more and 0.75 mm or less. More preferably, the outer diameter D _O of the needle tube 3 is 0.35 mm or more and 1.06 mm or less, and the inner diameter D _I of the needle tube 3 is 0.17 mm or more and 0.70 mm or less.

光ファイバ２と針管３は、光ファイバ２のFBG部１が針管３の内部に位置するように光ファイバ２の先端側が所定の位置まで針管３に挿入されており、FBG部１が針管３に対して径方向及び軸方向で非接触になるよう光ファイバ２の片側方向のみで支持されている。また光ファイバ２と針管３は、針管３の挿入口と光ファイバ２の支持箇所が接着材５により固定されている。これによりFBG部１は、針管３との間に摩擦の影響が無い状態で測定し得るようになっている。ここで光ファイバ２を針管３に挿入した部分の長さは、針管３と光ファイバ２の接続部分からFBG部１へ伝熱の影響が無い長さとなっており、実施例では３００ｍｍの長さにしている。また光ファイバ２を針管３に挿入した部分の長さは、FBG部１へ伝熱の影響が無いならば特に制限されるものではない。 The optical fiber 2 and the needle tube 3 are inserted into the needle tube 3 so that the FBG portion 1 of the optical fiber 2 is located inside the needle tube 3 up to a predetermined position. On the other hand, the optical fiber 2 is supported only in one direction so as to be non-contact in the radial direction and the axial direction. The optical fiber 2 and the needle tube 3 have an insertion port of the needle tube 3 and a supporting portion of the optical fiber 2 fixed by an adhesive material 5. Thereby, the FBG part 1 can measure in the state without the influence of friction between the needle tubes 3. Here, the length of the portion where the optical fiber 2 is inserted into the needle tube 3 is such that there is no influence of heat transfer from the connecting portion between the needle tube 3 and the optical fiber 2 to the FBG portion 1, and in the embodiment, the length is 300 mm. I have to. The length of the portion where the optical fiber 2 is inserted into the needle tube 3 is not particularly limited as long as there is no influence of heat transfer on the FBG portion 1.

FBGセンサを用いる測定装置は、図３（試験装置を参照）に示すごとくFBG部１（図１参照）に光ファイバ２を介して光を入力する広帯域の光源６と、FBG部１で発生した反射光を分離する光サーキュレータ７と、光サーキュレータ７からの光を処理する光スペクトラムアナライザ８と、光スペクトラムアナライザ８からの信号を処理して記録するＰＣ等の処理記録部９とを備えている。また測定装置は必要に応じて光ファイバアンプ、光スイッチ等の他の計測機器を備えても良い。 The measurement apparatus using the FBG sensor is generated in the FBG section 1 and the broadband light source 6 that inputs light through the optical fiber 2 to the FBG section 1 (see FIG. 1) as shown in FIG. An optical circulator 7 that separates reflected light, an optical spectrum analyzer 8 that processes light from the optical circulator 7, and a processing recording unit 9 such as a PC that processes and records signals from the optical spectrum analyzer 8 are provided. . The measuring device may include other measuring devices such as an optical fiber amplifier and an optical switch as necessary.

以下、本発明のFBGセンサについて試験した試験内容について説明する。 Hereinafter, the test contents tested for the FBG sensor of the present invention will be described.

［試験条件１］
試験では、図１に示すごとく、FBG部１を形成したシングルモードの光ファイバ２を、ステンレスの針管３に挿入したものを使用した。光ファイバ２はポリイミドで被覆されると共に外径Ｄ_ｆをポリイミド被覆も含め０．１５ｍｍにし、針管３は、外径Ｄ_Ｏを０．５５ｍｍにし、内径Ｄ_Ｉを０．３０ｍｍにした。またFBG部１を形成した光ファイバ２は、針管３の内部に３００ｍｍほど挿入している。
また試験装置は、図３に示すごとく、広帯域の光源６、光サーキュレータ７、光スペクトラムアナライザ８、ＰＣ等の処理記録部９を用いる。そして温度を比較できるように、熱電対１０のラインを備えた温度計測器１１を用い、温度計測器１１から温度信号をＰＣ等の処理記録部９に送り、比較対照できるようになっている。
更にFBG部１と熱電対１０を並列に並べるようにステンレスプレートの試験片（被測定物）１２にスポット溶接し、電気炉１３の内部に配置している。 [Test condition 1]
In the test, as shown in FIG. 1, a single mode optical fiber 2 in which the FBG portion 1 was formed was inserted into a stainless needle tube 3. The outer diameter _{D f} with the optical fiber 2 is coated with a polyimide and a polyimide coating, including 0.15 mm, the needle tube 3, the outer diameter _{D O} to 0.55 mm, and an inner diameter _{D I} in 0.30 mm. The optical fiber 2 on which the FBG portion 1 is formed is inserted into the needle tube 3 by about 300 mm.
As shown in FIG. 3, the test apparatus uses a broadband light source 6, an optical circulator 7, an optical spectrum analyzer 8, a processing recording unit 9 such as a PC. In order to compare the temperatures, a temperature measuring instrument 11 having a thermocouple 10 line is used, and a temperature signal is sent from the temperature measuring instrument 11 to a processing recording unit 9 such as a PC for comparison and comparison.
Further, the FBG portion 1 and the thermocouple 10 are spot welded to a test piece (measurement object) 12 of a stainless plate so as to be arranged in parallel, and are arranged inside the electric furnace 13.

［試験結果１］
電気炉１３の温度を徐々に上げ、熱電対１０の温度、FBGセンサのブラッグ波長変化を測定した。
図４には熱電対の温度ステップを示す。なお試験開始温度は２０．３℃であった。図５には、熱電対と同じ時間経過における、時間に対するFBGセンサのブラッグ波長変化を示す。このことから、FBGセンサは温度上昇とともにブラッグ波長も変化する一方、温度を保持したときには波長の変化がないことが明らかである。
図６には、温度変化とブラッグ波長変化の関係を示す。FBGセンサは、室温から４００℃まで温度を上げた時の波長変化（Heating）と、室温に戻したときの波長変化（Natural Cooling）に可逆性が見られた。またFBGセンサは、温度感度が加熱時１３．０×１０^−３ｎｍ／℃となり、自然冷却時１２．８×１０^−３ｎｍ／℃となった。これは、FBGセンサの温度感度が一般的なFBGセンサの温度感度（約１０×１０^−３ｎｍ／℃）と近い感度を得ていることを示している。 [Test result 1]
The temperature of the electric furnace 13 was gradually raised, and the temperature of the thermocouple 10 and the Bragg wavelength change of the FBG sensor were measured.
FIG. 4 shows the temperature steps of the thermocouple. The test start temperature was 20.3 ° C. FIG. 5 shows the Bragg wavelength change of the FBG sensor with respect to time in the same time as the thermocouple. From this, it is clear that the Bragg wavelength of the FBG sensor changes as the temperature rises, while the wavelength does not change when the temperature is maintained.
FIG. 6 shows the relationship between temperature change and Bragg wavelength change. The FBG sensor showed reversibility in the wavelength change (Heating) when the temperature was raised from room temperature to 400 ° C. and the wavelength change (Natural Cooling) when the temperature was returned to room temperature. Further, the temperature sensitivity of the FBG sensor was 13.0 × 10 ⁻³ nm / ° C. when heated, and 12.8 × 10 ⁻³ nm / ° C. during natural cooling. This indicates that the temperature sensitivity of the FBG sensor is close to that of a general FBG sensor (about 10 × 10 ⁻³ nm / ° C.).

［試験条件２］
試験では、針管３の外径Ｄ_Ｏ、内径Ｄ_Ｉを変更したものを使用した。針管３は、外径Ｄ_Ｏを０．３５ｍｍにし、内径Ｄ_Ｉを０．１７ｍｍにした。光ファイバ２は、試験条件１と同じとなるよう、ポリイミドで被覆されると共に外径Ｄ_ｆをポリイミド被覆も含め０．１５ｍｍにしたものを使用した。またFBG部１を形成した光ファイバ２は、針管３の内部に３００ｍｍほど挿入している。
また試験装置は、図３に示すごとく試験条件１に示すものと同じものを使用し、FBG部１と熱電対１０は、配置等の条件を試験条件１と同じにした。 [Test condition 2]
In the test, the needle tube 3 having a changed outer diameter D _O and inner diameter D _I was used. The needle tube 3 had an outer diameter D _O of 0.35 mm and an inner diameter D _I of 0.17 mm. Optical fiber 2, so as to be the same as the test conditions 1, the outer diameter D _f while being coated with polyimide was used after polyimide coating including 0.15 mm. The optical fiber 2 on which the FBG portion 1 is formed is inserted into the needle tube 3 by about 300 mm.
Further, as shown in FIG. 3, the test apparatus used was the same as that shown in the test condition 1, and the FBG unit 1 and the thermocouple 10 were arranged in the same conditions as the test condition 1.

［試験結果２］
試験結果１と同じように熱電対１０の温度、FBGセンサのブラッグ波長変化を測定し、図７に示す温度変化とブラッグ波長変化の関係を得た。
その結果、FBGセンサは、室温から４００℃まで温度を上げた時の波長変化（Heating）と、室温に戻したときの波長変化（Natural Cooling）に可逆性が見られた。またFBGセンサは、温度感度が加熱時１１．９×１０^−３ｎｍ／℃となり、自然冷却時１１．９×１０^−３ｎｍ／℃となった。これは、FBGセンサの温度感度が一般的なFBGセンサの温度感度（約１０×１０^−３ｎｍ／℃）と極めて近い感度を得ていることを示している。 [Test result 2]
Similar to Test result 1, the temperature of the thermocouple 10 and the Bragg wavelength change of the FBG sensor were measured, and the relationship between the temperature change and the Bragg wavelength change shown in FIG. 7 was obtained.
As a result, the FBG sensor showed reversibility in the wavelength change (Heating) when the temperature was raised from room temperature to 400 ° C. and the wavelength change (Natural Cooling) when the temperature was returned to room temperature. The FBG sensor is temperature sensitive 11.9 × ¹⁰ -3 nm / ℃ next during heating, became 11.9 × ¹⁰ -3 nm / ℃ during natural cooling. This indicates that the temperature sensitivity of the FBG sensor is very close to that of a general FBG sensor (about 10 × 10 ⁻³ nm / ° C.).

［試験条件３］
試験では、針管３の外径Ｄ_Ｏ、内径Ｄ_Ｉを更に変更したものを使用した。針管３は、外径Ｄ_Ｏを１．０６ｍｍにし、内径Ｄ_Ｉを０．７０ｍｍにした。光ファイバ２は、試験条件１、２と同じとなるよう、ポリイミドで被覆されると共に外径Ｄ_ｆをポリイミド被覆も含め０．１５ｍｍにしたものを使用した。またFBG部１を形成した光ファイバ２は、針管３の内部に３００ｍｍほど挿入している。
また試験装置は、図３に示すごとく試験条件１に示すものと同じものを使用し、FBG部１と熱電対１０は、配置等の条件を試験条件１と同じにした。 [Test condition 3]
In the test, the outer diameter D _O of the needle tube _3, was used after further changing the internal diameter D _I. Needle tube 3, the outer diameter _{D O} to 1.06 mm, and an inner diameter _{D I} in 0.70 mm. Optical fiber 2, so as to be the same as the test conditions 1 and 2, the outer diameter D _f while being coated with polyimide was used after polyimide coating including 0.15 mm. The optical fiber 2 on which the FBG portion 1 is formed is inserted into the needle tube 3 by about 300 mm.
Further, as shown in FIG. 3, the test apparatus used was the same as that shown in the test condition 1, and the FBG unit 1 and the thermocouple 10 were arranged in the same conditions as the test condition 1.

［試験結果３］
試験結果１と同じように熱電対１０の温度、FBGセンサのブラッグ波長変化を測定し、図８に示す温度変化とブラッグ波長変化の関係を得た。
その結果、FBGセンサは、室温から４００℃まで温度を上げた時の波長変化（Heating）と、室温に戻したときの波長変化（Natural Cooling）に可逆性が見られた。またFBGセンサは、温度感度が加熱時１３．７×１０^−３ｎｍ／℃となり、自然冷却時１２．２×１０^−３ｎｍ／℃となった。これは、FBGセンサの温度感度が一般的なFBGセンサの温度感度（約１０×１０^−３ｎｍ／℃）と近い感度を得ていることを示している。 [Test result 3]
Similar to Test Result 1, the temperature of the thermocouple 10 and the Bragg wavelength change of the FBG sensor were measured, and the relationship between the temperature change and the Bragg wavelength change shown in FIG. 8 was obtained.
As a result, the FBG sensor showed reversibility in the wavelength change (Heating) when the temperature was raised from room temperature to 400 ° C. and the wavelength change (Natural Cooling) when the temperature was returned to room temperature. The temperature sensitivity of the FBG sensor was 13.7 × 10 ⁻³ nm / ° C. when heated, and 12.2 × 10 ⁻³ nm / ° C. during natural cooling. This indicates that the temperature sensitivity of the FBG sensor is close to that of a general FBG sensor (about 10 × 10 ⁻³ nm / ° C.).

このことから、針管３は様々な内径や外径であっても、温度変化とブラッグ波長変化の関係では直線性を有しており、FBG部１は、ひずみ変化を含むことなく、温度変化のみを計測することが明らかである。また針管３はFBG部１にひずみ変化の影響を与えないよう、熱膨張に伴う被測定物のひずみ変化に対応しているといえる。更にポリイミド被覆の光ファイバ２に形成されたFBG部１は、一般的に測定可能な温度範囲の上限が３５０℃前後であるにもかかわらず、針管３を備えることにより、測定可能な温度範囲の上限を４００℃以上に引き上げている。 Therefore, even if the needle tube 3 has various inner diameters and outer diameters, the relationship between the temperature change and the Bragg wavelength change has linearity, and the FBG unit 1 includes only the temperature change without including the strain change. It is clear to measure. Further, it can be said that the needle tube 3 corresponds to the strain change of the object to be measured accompanying the thermal expansion so that the FBG portion 1 is not affected by the strain change. Further, the FBG portion 1 formed on the polyimide-coated optical fiber 2 is provided with a needle tube 3 in spite of the upper limit of the temperature range that can be generally measured is about 350 ° C. The upper limit is raised to 400 ° C or higher.

而して、このような実施の形態例によれば、ひずみ変化を含むことなく、温度変化を計測することができる。またFBGセンサは、全体の寸法が針管３の外径となるため、一般的なFBGセンサを用いる市販の光式温度センサに比べ、寸法を小さくすることができる。更にFBGセンサは、従来必要であった感温部材を不要にするので、測定する箇所の自由度を高めることができる。更にまたFBGセンサのFBG部１は、針管３に対して径方向及び軸方向で非接触になるよう片側方向のみで支持されているので、FBG部１に張力をかけた状態で接着する必要がなく、被測定物に固定する手間を抑制することができる。 Thus, according to such an embodiment, a temperature change can be measured without including a strain change. Further, since the overall size of the FBG sensor is the outer diameter of the needle tube 3, the size can be reduced as compared with a commercially available optical temperature sensor using a general FBG sensor. Furthermore, since the FBG sensor eliminates the need for the temperature-sensitive member that has been necessary in the past, the degree of freedom of the location to be measured can be increased. Furthermore, since the FBG portion 1 of the FBG sensor is supported only in one side direction so as to be non-contact with the needle tube 3 in the radial direction and the axial direction, it is necessary to bond the FBG portion 1 in a tensioned state. In addition, it is possible to suppress the trouble of fixing to the object to be measured.

実施の形態例において、針管３は、被測定物に固定される外周面３ａを備え、FBG部１は、針管３との間に摩擦の影響が無い状態で測定するように構成されると、FBG部１を被測定物に直接固定することなく、配置することができると共に、ひずみ変化を含むことなく、温度変化を好適に計測することができる。またFBG部１に張力をかけた状態で接着する必要がないので、被測定物に固定する手間を抑制することができる。 In the embodiment, the needle tube 3 includes an outer peripheral surface 3a fixed to the object to be measured, and when the FBG unit 1 is configured to perform measurement without being affected by friction between the needle tube 3 and the needle tube 3, The FBG unit 1 can be arranged without being directly fixed to the object to be measured, and a temperature change can be suitably measured without including a strain change. Further, since it is not necessary to bond the FBG portion 1 in a state where tension is applied, it is possible to suppress the trouble of fixing the FBG portion 1 to the object to be measured.

実施の形態例において、針管３は、（針管３の外径Ｄ_Ｏ）／（光ファイバ２の外径Ｄ_ｆ）の比を２．２０以上７．１５以下にすると共に、（針管３の内径Ｄ_Ｉ）／（光ファイバ２の外径Ｄ_ｆ）の比を１．０６以上５．００以下にすると、FBGセンサの寸法を小さくすると共に、ひずみ変化を含むことなく、温度変化を好適に計測することができる。ここで（針管３の外径Ｄ_Ｏ）／（光ファイバ２の外径Ｄ_ｆ）の比、（針管３の内径Ｄ_Ｉ）／（光ファイバ２の外径Ｄ_ｆ）の比が範囲外になる場合には、温度変化とブラッグ波長変化の関係で直線性を失い、FBG部１が、ひずみ変化を含むことなく、温度変化のみを計測できなくなるおそれがある。 In the embodiment, the needle tube 3 has a ratio of (the outer diameter D _O of the needle tube 3) / (the outer diameter D _f of the optical fiber 2) of 2.20 or more and 7.15 or less, and (the inner diameter of the needle tube 3). When the ratio of D _I ) / (outer diameter D _f of the optical fiber 2) is set to 1.06 or more and 5.00 or less, the FBG sensor is reduced in size, and the temperature change is preferably measured without including the strain change. can do. Wherein the ratio of (the outer diameter _D O of the needle tube 3) / (outer diameter _{D f} of the optical fiber 2), the ratio is out of range (inner diameter _D I of the needle tube 3) / (outer diameter _{D f} of the optical fiber 2) In this case, the linearity is lost due to the relationship between the temperature change and the Bragg wavelength change, and the FBG unit 1 may not be able to measure only the temperature change without including the strain change.

実施の形態例において、針管３は、外径Ｄ_Ｏを０．３３ｍｍ以上１．０７ｍｍ未満にすると共に、内径Ｄ_Ｉを０．１６ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下にすると、FBGセンサの寸法を一層小さくすると共に、ひずみ変化を含むことなく、温度変化を好適に計測することができる。また針管３は、外径Ｄ_Ｏを０．３５ｍｍ以上１．０６ｍｍ以下にすると共に、内径Ｄ_Ｉを０．１７ｍｍ以上０．７０ｍｍ以下にすると、FBGセンサの寸法を更に小さくすると共に、ひずみ変化を含むことなく、温度変化を極めて好適に計測することができる。ここで、針管３の外径Ｄ_Ｏ、内径Ｄ_Ｉが範囲外になる場合には、温度変化とブラッグ波長変化の関係で直線性を失い、FBG部１が、ひずみ変化を含むことなく、温度変化のみを計測できなくなるおそれがある。 In embodiments of the embodiment, the needle tube 3, while the outer diameter _{D O} to less than than 0.33 mm 1.07 mm, when the inner diameter _{D I} below than 0.16 mm 0.75 mm, to further reduce the size of the FBG sensor At the same time, the temperature change can be suitably measured without including the strain change. The needle tube 3 is adapted to the outer diameter _{D O} to 0.35mm or 1.06mm or less, when the inner diameter _{D I} below 0.70mm or 0.17 mm, with further reducing the size of the FBG sensor, strain variation A temperature change can be measured very suitably without including. Here, when the outer diameter D _O of the needle tube _3, the inner diameter D _I is out of range, it loses linearity in relation to the temperature change and the Bragg wavelength change, FBG section 1, without including the strain change, temperature There is a risk that it will not be possible to measure only changes.

実施の形態例において、FBG部１は、耐熱被覆されたものであると、温度変化の計測において温度範囲を広げることができ、温度変化を好適に計測することができる。 In the embodiment, if the FBG portion 1 is heat-resistant coated, the temperature range can be expanded in the temperature change measurement, and the temperature change can be suitably measured.

尚、本発明のFBGセンサは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the FBG sensor of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

１ FBG部
２光ファイバ
３針管
３ａ外周面
Ｄ_ｆ光ファイバの外径
Ｄ_Ｉ針管の内径
Ｄ_Ｏ針管の外径 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 FBG part 2 Optical fiber 3 Needle tube 3a Outer peripheral surface D _f Optical fiber outer diameter D _I Needle tube inner diameter D _O Needle tube outer diameter

Claims

An optical fiber having an FBG portion formed therein, and a needle tube in which the FBG portion is disposed by insertion of the optical fiber,
The needle tube has an inner diameter close to the outer diameter of the optical fiber,
The FBG sensor is supported only in one direction so that the FBG portion is not in contact with the needle tube in the radial direction and the axial direction.

The said needle tube is provided with the outer peripheral surface fixed to a to-be-measured object, The said FBG part is comprised so that it may measure in the state which does not have the influence of friction between needle tubes. FBG sensor.

The needle tube has a ratio of (outer diameter of the needle tube) / (outer diameter of the optical fiber) of 2.20 or more and 7.15 or less, and (inner diameter of the needle tube) / (outer diameter of the optical fiber). The FBG sensor according to claim 1 or 2, wherein the ratio of the ratio is 1.06 or more and 5.00 or less.

The FBG according to any one of claims 1 to 3, wherein the needle tube has an outer diameter of 0.33 mm or more and less than 1.07 mm and an inner diameter of 0.16 mm or more and 0.75 mm or less. Sensor.

The FBG sensor according to claim 1, wherein the FBG portion is heat-resistant coated.