JP2983018B1 - Optical fiber sensor - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 検出感度が高く、温度補償され、取り扱い易
く、外部環境から保護された信頼性の高い歪み検出用の
光ファイバセンサを提供する。
【解決手段】 検出素子部をファイバグレーティング型
光ファイバで構成し、光ファイバと等しい線膨張係数を
もつ基板上に固着された歪み検出用センサと、変位の収
束されない温度補償用センサとを、光ファイバにより直
列または並列に接続することにより、検出感度が高く、
温度補償された光ファイバセンサを構成でき、これを特
殊な収容容器に実装することにより、取り扱い易く、外
部環境から保護された構造を持つ光ファイバセンサを提
供できる。The present invention provides an optical fiber sensor for detecting strain, which has high detection sensitivity, is temperature compensated, is easy to handle, and is protected from an external environment. SOLUTION: A detecting element portion is constituted by a fiber grating type optical fiber, and a strain detecting sensor fixed on a substrate having a linear expansion coefficient equal to that of the optical fiber and a temperature compensating sensor in which displacement is not converged are formed by an optical device. By connecting in series or parallel with fiber, detection sensitivity is high,
A temperature-compensated optical fiber sensor can be configured, and by mounting this in a special container, an optical fiber sensor that is easy to handle and has a structure protected from the external environment can be provided.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを歪み・変
位検出に用いる光ファイバセンサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber sensor using an optical fiber for detecting strain and displacement.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の歪み検出は歪みゲージを用いる方
法が最も一般的であり、産業界のあらゆる分野で歪みゲ
ージが使用されている。付加加重を測定するロードセル
中にも歪みゲージが用いられている。また、公知の方法
として、静電容量変化を歪み・変位検出に用いる方法も
ある。これらの歪み・変位を電気的に検出する方法は、
野外で使用する場合、誘導電磁ノイズに対して弱く、雷
の発生する場所では使用できない欠点があった。また、
電気的検出方法は、山岳地帯等の僻地で使用する場合、
信号線の長さに制限があるため増幅器を設置するか、無
線信号に変換して遠方の観測所まで伝送する必要があっ
た。例えば、土砂崩れを歪みゲージを用いて電気的に検
出する方式の場合、前述の無線を中継に用いる方式で
は、落雷を伴う集中豪雨の最中は電波状態が悪く、肝心
なときに土砂崩れの検出ができない問題点があった。2. Description of the Related Art Conventional strain detection is most commonly performed using a strain gauge, and strain gauges are used in all fields of industry. Strain gauges are also used in load cells that measure the added load. Further, as a known method, there is a method in which a change in capacitance is used for distortion / displacement detection. The method of electrically detecting these strains and displacements is as follows:
When used outdoors, there is a drawback that it is weak against induced electromagnetic noise and cannot be used in places where lightning is generated. Also,
The electrical detection method, when used in remote areas such as mountainous areas,
Since the length of the signal line was limited, it was necessary to install an amplifier or convert it to a wireless signal and transmit it to a remote observation station. For example, in the case of a method of detecting landslides electrically using a strain gauge, the above-mentioned method of relaying radio waves causes poor radio wave conditions during a torrential rain with lightning strikes, and detection of landslides when important There was a problem that could not be done.
【０００３】一方、前記欠点を克服する方法として、光
ファイバをセンサ及び信号の伝送路として利用する方法
が数多く提案されてきた。例えば、変位計の原理とし
て、古くは、軸ずれを用いた光ファイバ応用変位計、マ
イクロベンド損失による変位計、光ファイバ干渉計によ
る歪み計等（例えば、センサ技術：第５巻、第４号、８
２頁−８３頁、１９８５年に記載されている）が公知で
ある。また、新しい原理としては、ブリリアン散乱を用
いるＢＯＴＤＲ（ブリリアン散乱光パルス試験機、Ｂｒ
ｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａ
ｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒの略称）法がある。
本方法は、通常のシングルモード形の通信用光ファイバ
を岩石の崩落等の危険個所に敷設し、該光ファイバに外
力が加わった際の反射光の生じる場所、反射光強度から
遠隔的に歪み量を検出するものである。これらの方法
は、光ファイバの長さの変化や曲げ変形に基づく、光信
号の強度変化、位相変化、光の反射を検出し、かつ光フ
ァイバ自身を伝送路として利用するものである。周知の
ように、光ファイバは信号伝送路として、低損失、広帯
域、細径・軽量、無誘導等の数多くの特徴を有してい
る。従って、電気的に検出する方式の欠点である誘導電
磁ノイズ、中継距離の問題は全て克服される。[0003] On the other hand, as a method for overcoming the above-mentioned drawbacks, a number of methods using an optical fiber as a sensor and a signal transmission path have been proposed. For example, as a principle of a displacement meter, an optical fiber applied displacement meter using an axis deviation, a displacement meter based on a microbend loss, a strain gauge based on an optical fiber interferometer, etc. (for example, sensor technology: Vol. 5, No. 4) , 8
Pages 2-83, 1985) are known. As a new principle, BOTDR (Brillian scattered light pulse tester using Brilliant scattering, Br
illouin Optical Time Doma
in Reflectometer).
In this method, a normal single-mode communication optical fiber is laid at a dangerous place such as a rock collapse, and a location where reflected light is generated when an external force is applied to the optical fiber, and a remote distortion from the reflected light intensity. This is to detect the amount. These methods detect a change in the intensity of an optical signal, a change in a phase, and a reflection of light based on a change in the length or bending deformation of the optical fiber, and use the optical fiber itself as a transmission line. As is well known, an optical fiber has many features as a signal transmission path, such as low loss, wide band, small diameter and light weight, and no induction. Therefore, the problems of the induction electromagnetic noise and the relay distance, which are the drawbacks of the electrical detection method, are all overcome.
【０００４】このように、光ファイバセンサは数多くの
特徴を有し、数多くのアイデアが出されてきたにも係わ
らず、歪み・変位検出器として実用されたものはほとん
どなかった。この主たる原因の一つは、検出する歪みの
レベル（例えば、数１００マイクロストレイン）が、周
辺の温度変化（例えば、−２０〜７０℃）に基づく、フ
ァイバ自身の歪みのレベルと同程度であり、温度変化の
影響を除外する方法に問題があったためである。As described above, the optical fiber sensor has many features, and despite many ideas, few have been practically used as strain / displacement detectors. One of the main causes is that the level of strain to be detected (for example, several hundred microstrains) is similar to the level of strain of the fiber itself based on a change in ambient temperature (for example, −20 to 70 ° C.). This is because there is a problem in a method of excluding the influence of the temperature change.
【０００５】また、他の原因として、光ファイバの取扱
い性、検出感度が上げられる。光ファイバ素線の石英自
体の引張り強度は約３００ｋｇ／ｍｍ2と大きく、鋼の
約２倍、銅、アルミニウムの１０倍以上であるが、光フ
ァイバ表面に傷が生じると簡単に破断する。光通信用と
して広く使用されているシングルモード型の光ファイバ
は外径１２５μｍであり、表面保護のため、例えば、シ
リコン、ナイロン等の被覆材が、例えば外径０．９ｍｍ
コートされている。さらに、機械的性質向上のため、通
常、ケブラー繊維で補強され、塩化ビニルをジャケット
として例えば、外径２ｍｍの光ファイバコードとして一
般的に用いられている。このような光ファイバコードが
歪み検出用のセンサとして用いられる場合はまれであ
る。[0005] As another cause, handleability and detection sensitivity of the optical fiber are increased. The tensile strength of the quartz itself of the optical fiber is as high as about 300 kg / mm 2 , about twice that of steel and more than 10 times that of copper and aluminum. However, if the surface of the optical fiber is scratched, it is easily broken. The single mode optical fiber widely used for optical communication has an outer diameter of 125 μm, and for surface protection, for example, a coating material such as silicon or nylon has an outer diameter of 0.9 mm.
Coated. Furthermore, in order to improve the mechanical properties, it is usually reinforced with Kevlar fiber, and is generally used as an optical fiber cord having an outer diameter of 2 mm using vinyl chloride as a jacket. Such an optical fiber cord is rarely used as a sensor for detecting distortion.
【０００６】検出感度と取扱い性は２律背反の関係にあ
る。感度を向上させるためには、ケブラー等の外皮材料
を除去し、例えば、紫外線硬化樹脂が被服された外径２
５０μｍの光ファイバ素線の状態で取り扱わなければな
らない。該光ファイバ素線は歪みの被検出箇所に直接、
接着剤を用いて固着されることになる。このような作業
は現場作業となるため、作業環境が管理されていなく、
取扱い時に光ファイバ素線を損傷する恐れがあり、高度
な熟練を必要としていた。前述のＢＯＴＤＲ法において
もこのファイバ取り扱いと感度の問題があった。[0006] The detection sensitivity and the handleability are in conflict with each other. In order to improve the sensitivity, the outer material such as Kevlar is removed and, for example, the outer diameter 2 covered with an ultraviolet curable resin is removed.
It must be handled in the state of a 50 μm optical fiber. The optical fiber is directly applied to the location where the strain is detected.
It will be fixed using an adhesive. Because such work is field work, the work environment is not controlled,
The optical fiber may be damaged during handling, requiring a high degree of skill. The above-mentioned BOTDR method also has the problems of fiber handling and sensitivity.
【０００７】さらに、前記作業後には、むき出し状態の
光ファイバ素線を外部環境から保護するために、保護作
業が必要であった。特に、野外で使用する場合は、風雨
から光ファイバセンサを完全に保護する必要があり、保
護作業の適・不適が光ファイバセンサの寿命、信頼性に
重大な影響を及ぼす欠点があった。Further, after the above operation, a protection operation is required to protect the bare optical fiber from the external environment. In particular, when the optical fiber sensor is used outdoors, it is necessary to completely protect the optical fiber sensor from wind and rain, and there is a drawback that the suitability or inappropriateness of the protection work has a significant effect on the life and reliability of the optical fiber sensor.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
歪みを検出する光ファイバセンサの実用上の問題点とし
て、検出感度の問題、温度補償の問題、光ファイ
バ素線の取扱い上の問題、光ファイバ素線の外部環境
からの保護の問題が挙げられる。本発明はこれら４つの
問題点を解決せんとするものである。As described above,
Practical problems of optical fiber sensors that detect strain include detection sensitivity problems, temperature compensation problems, problems in handling optical fiber wires, and problems in protecting optical fiber wires from the external environment. . The present invention seeks to solve these four problems.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決するためになされたものであって、まず検出感度
向上のため、最近開発されたファイバグレーティング法
（以下ＦＢＧ法と省略する）を歪み検出に適用すること
とした。ＦＢＧ法は、通信用シングルモード形光ファイ
バのコア部（直径約９μｍ）の屈折率を、ファイバ軸方
向に、周期的に変化させた、ファイバグレーティングと
称するものを検出素子に用いるものである。該検出素子
に入ってきた光のうち、屈折率の周期に対応した特定の
波長（ブラッグ波長）のみが該ファイバグレ−ティング
において選択的に反射されることになる。この現象を利
用したものがＦＢＧ法であって、検出素子（長さは例え
ば、１０ｍｍ）に歪みが加えられると、ファイバーグレ
ーティングの周期が変化するため、反射光の波長にシフ
トが生じる。従って、波長のシフト量から加えられた歪
み量が測定できる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. First, in order to improve detection sensitivity, a recently developed fiber grating method (hereinafter abbreviated as FBG method). ) Was applied to distortion detection. The FBG method uses a so-called fiber grating in which a refractive index of a core portion (about 9 μm in diameter) of a single-mode optical fiber for communication is periodically changed in a fiber axis direction, as a detection element. Of the light that has entered the detection element, only a specific wavelength (Bragg wavelength) corresponding to the period of the refractive index is selectively reflected in the fiber grating. The FBG method utilizes this phenomenon, and when a distortion is applied to a detection element (length is, for example, 10 mm), the period of the fiber grating changes, and the wavelength of reflected light shifts. Therefore, the applied strain can be measured from the wavelength shift.
【００１０】しかしながら、ファイバーグレーティング
はそもそも波長多重伝送用の波長フィルタとして開発さ
れたものであるから、通常の使用方法では、ファイバグ
レーティング部分に歪みがかからないようにして使用さ
れるものである。そのため、ファイバグレーティングを
歪み検出素子として使用するためには、前記４つの問題
点が存在する。However, since the fiber grating was originally developed as a wavelength filter for wavelength division multiplexing transmission, the fiber grating is normally used in such a manner that no distortion is applied to the fiber grating portion. Therefore, in order to use a fiber grating as a strain detecting element, the above four problems exist.
【００１１】ＦＢＧ法の検出感度は、１マイクロストレ
イン程度と極微量の歪み量を検出できる。そのため、前
記検出素子が±２０℃の温度変化を受けると、歪み量換
算で数百マイクロストレインに相当するから、温度補償
方法が信頼性確保上重要である。本発明では、周期以外
は同一のファイバーグレーティング構造を有する２検出
素子を至近位置に並べて配置する方法を取った。すなわ
ち、一方の検出素子を歪み検出用センサとして使用し、
他方の検出素子には歪みが加わらない構造として、周囲
温度変化のみを検出する温度補償用センサとして使用
し、これら２センサを光ファイバで直列あるいは並列に
接続した。測定システムの詳細は後述する。The detection sensitivity of the FBG method is as small as about 1 microstrain. Therefore, when the detection element receives a temperature change of ± 20 ° C., it corresponds to several hundred microstrains in terms of the amount of strain, and the temperature compensation method is important for ensuring reliability. In the present invention, a method is adopted in which two detection elements having the same fiber grating structure except for the period are arranged at a close position. That is, one of the detection elements is used as a distortion detection sensor,
The other detection element was used as a temperature compensating sensor for detecting only a change in ambient temperature, and was connected in series or in parallel with an optical fiber. Details of the measurement system will be described later.
【００１２】さらに、本発明では、検出感度以外の３つ
の問題点、すなわち、温度補償、光ファイバ素線すなわ
ち上記検出素子の取扱い、及び外部環境からの検出素子
の保護、を特殊な実装方法によって、外部環境から隔絶
された歪み検出用の光ファイバセンサ部品として発明を
完成させた。Further, in the present invention, three problems other than the detection sensitivity, namely, temperature compensation, handling of the optical fiber, that is, the detection element, and protection of the detection element from the external environment are performed by a special mounting method. The present invention has been completed as an optical fiber sensor component for detecting strain isolated from the external environment.
【００１３】請求項１記載の発明は、検出素子部がファ
イバグレーティング型の光ファイバで構成され、光ファ
イバと等しい線膨張係数を有する基板に固着されている
ことを特徴とする光ファイバセンサである。上記の歪み
検出用センサに対応する。ここで「等しい」とは、実用
的に等しければ良い、すなわち、ある程度の幅があり、
目的とする測定値を目的とする有効数字で誤りなく得ら
れる範囲で等しければ良いという意味である。According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical fiber sensor wherein the detecting element portion is formed of a fiber grating type optical fiber and is fixed to a substrate having a linear expansion coefficient equal to that of the optical fiber. . This corresponds to the above-described distortion detection sensor. Here, “equal” means that it is practically equal, that is, there is a certain width,
This means that it is only necessary that the target measured value be equal to a target significant figure within a range that can be obtained without error.
【００１４】請求項２記載の発明は、検出素子部がファ
イバグレーティング型の光ファイバで構成され、その両
側で、変位が拘束されないように基板に固着されている
ことを特徴とする光ファイバセンサである。上記の温度
補償用センサに対応する。According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical fiber sensor, wherein the detecting element portion is formed of a fiber grating type optical fiber, and both sides thereof are fixed to a substrate so that displacement is not restricted. is there. This corresponds to the temperature compensation sensor described above.
【００１５】請求項３記載の発明は、第一の検出素子部
がファイバグレーティング型の第一の光ファイバで構成
され、該第一の光ファイバと等しい線膨張係数を有する
第一の基板に固着されている歪み検出用センサと、第二
の検出素子部がファイバグレーティング型の第二の光フ
ァイバで構成され、その両側で、変位が拘束されないよ
うに第二の基板に固着されている温度補償用センサとを
有し、該第一の検出素子部と該第二の検出素子部のファ
イバグレーティングの長さが等しく、該第一の光ファイ
バと該第二の光ファイバの線膨張係数が等しいことを特
徴とする光ファイバセンサである。上記の歪み検出用セ
ンサと温度補償用センサを並べて配置したものである。
「等しい」の意味は請求項１の場合と同様である。According to a third aspect of the present invention, the first detecting element portion is formed of a fiber grating type first optical fiber, and is fixed to a first substrate having a linear expansion coefficient equal to that of the first optical fiber. The strain compensation sensor and the second detection element are composed of a second optical fiber of a fiber grating type, and on both sides thereof, the temperature compensation is fixed to the second substrate so as not to restrict the displacement. For the first detection element and the second detection element have the same fiber grating length, and the first optical fiber and the second optical fiber have the same linear expansion coefficient. An optical fiber sensor characterized in that: The distortion detecting sensor and the temperature compensating sensor are arranged side by side.
The meaning of “equal” is the same as in claim 1.
【００１６】請求項４記載の発明は、第一の検出素子部
と第二の検出素子部、すなわち、歪み検出用センサと温
度補償用センサとが光ファイバで直列或いは並列に接続
されていることを特徴とする光ファイバセンサである。According to a fourth aspect of the present invention, the first detecting element and the second detecting element, that is, the strain detecting sensor and the temperature compensating sensor are connected in series or in parallel by an optical fiber. An optical fiber sensor characterized by the following.
【００１７】請求項記載５記載の発明は、基板が液晶ポ
リマー材料からなることを特徴とする光ファイバセンサ
である。液晶ポリマー材料と石英光ファイバとは線膨張
係数がほぼ等しい。請求項６記載の発明は、検出素子部
が基板を底とする収容容器内に収められていることを特
徴とする光ファイバセンサである。温度補償、検出素子
の取扱い、及び外部環境からの検出素子の保護に対処し
たものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical fiber sensor wherein the substrate is made of a liquid crystal polymer material. The liquid crystal polymer material and the quartz optical fiber have substantially the same linear expansion coefficient. According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the optical fiber sensor, wherein the detection element portion is housed in a housing container having a substrate as a bottom. It addresses temperature compensation, handling of the sensing element, and protection of the sensing element from the external environment.
【００１８】[0018]
【実施の形態】以下に図面を参照して本発明を具体的に
記述するが、以下に示すものは本発明の一実施例にすぎ
ず、本発明の技術的範囲を何等制限するものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings, but the following is only an embodiment of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention. .
【００１９】[0019]
【実施例１】まず、本発明の温度補償方法の内、熱歪み
の補償方法を説明する。図２は本発明による歪み検出用
光ファイバセンサの実施例の構造を示す。検出素子部１
は、石英ファイバと線膨張係数が等しい液晶ポリマー基
板２（線膨張係数が５×１０ -6）の上に密着して静置さ
れ、検出素子部１の両側は接着剤３によって基板２上に
固着されている。図１０は比較対照の光ファイバセンサ
の構造であって、図２の歪み検出用光ファイバセンサと
同じ構造の検出素子部１０１が、線膨張係数５×１０-5
のポリカーボネイト基板４上に静置され、検出素子部１
０１の両側は接着剤１０３によって基板１０２上に固着
されている。接着に際しては、いずれの試料も環境温度
２０℃の下で行った。Embodiment 1 First, of the temperature compensation method of the present invention,
Will be described. FIG. 2 is for distortion detection according to the present invention.
1 shows the structure of an embodiment of an optical fiber sensor. Detection element unit 1
Is a liquid crystal polymer base with the same linear expansion coefficient as quartz fiber.
Plate 2 (linear expansion coefficient is 5 × 10 -6) Closely rest on top
Then, both sides of the detection element portion 1 are placed on the substrate 2 by the adhesive 3.
It is fixed. Fig. 10 shows an optical fiber sensor for comparison.
The optical fiber sensor for distortion detection of FIG.
The detection element unit 101 having the same structure has a linear expansion coefficient of 5 × 10-Five
Of the detection element 1
01 are fixed on the substrate 102 with the adhesive 103
Have been. When bonding, all samples must be at ambient temperature.
Performed at 20 ° C.
【００２０】本発明の光ファイバセンサはＦＢＧ法を使
用しているのが特徴である。検出素子部に入射した光
は、検出素子部１で予め定められた固有波長λ1の光の
みが反射される。その際に、検出素子部１に歪みが加え
られていると、その歪み量εに比例して波長がΔだけシ
フトし、反射光の波長はλ１＋Δとなる。従って、歪み
量εの検出はΔを測定することと等価である。The optical fiber sensor of the present invention is characterized by using the FBG method. As for the light that has entered the detection element section, only the light having a predetermined intrinsic wavelength λ1 is reflected by the detection element section 1. At this time, if distortion is applied to the detection element unit 1, the wavelength shifts by Δ in proportion to the distortion amount ε, and the wavelength of the reflected light becomes λ1 + Δ. Therefore, detecting the distortion amount ε is equivalent to measuring Δ.
【００２１】次に、本発明の効果を検証する実験方法、
実験結果を説明する。本実施例と比較対象の光ファイバ
センサをそれぞれ同じ恒温槽に入れ、これらを光ファイ
バで恒温槽の外部に設置した歪み測定器（光の波長シフ
ト量Δから歪み量εを測定する）に接続した。図３は温
度サイクル試験結果であって、図３（ａ）は恒温槽の温
度変化を、図３（ｂ）はそれぞれの光ファイバセンサの
波長シフト量の変化を示す。横軸はいずれも時間軸であ
る。温度は２０℃から６０℃の範囲内で、正弦波状に変
化させた。光ファイバセンサの波長シフト量を比較する
と、いずれも時間と共に正弦波状に変化しているが、本
実施例の波長シフト量の方が、比較対照よりも約１／４
小さいことが明らかである。この理由は次の通りであ
る。すなわち、本実施例の場合、検出素子部１と液晶ポ
リマ基板２とは線膨張係数が等しいため、検出素子部１
には熱歪みは生じないが、外部温度変化に伴う熱膨張の
ため、波長シフトが生じることになる。これに対して、
比較対照ではポリカーボネイト基板１０２の線膨張係数
が検出素子部１０１よりも大きいため、検出素子部１０
１に基板１０２の熱歪みが加わることになり、この熱歪
みに起因する波長シフト分だけ比較対照の波長シフトが
増加するわけである。Next, an experimental method for verifying the effect of the present invention,
The experimental results will be described. The optical fiber sensors of this embodiment and the comparative object are put in the same constant temperature bath, respectively, and these are connected to a strain measuring device (measuring the amount of strain ε from the wavelength shift amount Δ of light) installed outside the constant temperature bath with an optical fiber. did. 3A and 3B show the results of the temperature cycle test. FIG. 3A shows the temperature change of the thermostatic chamber, and FIG. 3B shows the change of the wavelength shift amount of each optical fiber sensor. The horizontal axis is a time axis. The temperature was varied sinusoidally within the range of 20 ° C to 60 ° C. When the wavelength shift amounts of the optical fiber sensors are compared, they all change in a sinusoidal shape with time, but the wavelength shift amount of the present embodiment is about 約 of that of the comparative example.
It is clear that it is small. The reason is as follows. That is, in the case of the present embodiment, the detection element unit 1 and the liquid crystal polymer substrate 2 have the same linear expansion coefficient.
Does not cause thermal distortion, but causes a wavelength shift due to thermal expansion due to an external temperature change. On the contrary,
In the comparative example, since the linear expansion coefficient of the polycarbonate substrate 102 is larger than that of the detection element 101, the detection element 10
1, the thermal strain of the substrate 102 is added, and the wavelength shift of the control increases by the wavelength shift caused by the thermal strain.
【００２２】以上のことから明らかなように、検出素子
部と同じ線膨張係数を有する基板であれば、液晶ポリマ
ーに限らず、例えば、石英基板等でも同じ効果が発揮さ
れる。一般に、検出素子部は外径１２５μｍの石英ファ
イバの周囲に外径２５０μｍの紫外線硬化樹脂が被覆さ
れて用いられているが、取り扱いはきわめて注意深く行
わなければ容易に破断する。ＦＢＧ法を歪み検出に適用
する場合、従来は、被測定物に直接検出素子部を接着す
る方法がとられていた。橋梁等の大型構造物の場合、断
線しやすい検出素子部を野外で取扱わなくてはならず、
接着の信頼性、機械的防護及び風雨からの防護等、種々
の問題点があった。本発明によれば、検出素子部は基板
上に搭載されているため、取扱いが容易であり、後述の
ように光ファイバセンサは機械的、環境的に防護されて
いる。As is clear from the above, as long as the substrate has the same linear expansion coefficient as that of the detecting element portion, the same effect is exerted not only on the liquid crystal polymer but also on a quartz substrate, for example. Generally, the detection element portion is used by coating an ultraviolet curable resin having an outer diameter of 250 μm around a quartz fiber having an outer diameter of 125 μm, but it is easily broken unless handled very carefully. In the case where the FBG method is applied to strain detection, a method of directly bonding a detection element portion to an object to be measured has been conventionally used. In the case of large structures such as bridges, it is necessary to handle detection elements that are easily disconnected in the field.
There were various problems such as reliability of bonding, mechanical protection and protection from weather. According to the present invention, since the detection element section is mounted on the substrate, handling is easy, and the optical fiber sensor is mechanically and environmentally protected as described later.
【００２３】[0023]
【実施例２】ＦＢＧ法における検出素子部は、歪みのみ
ならず、温度変化に対しても非常に敏感である。そのた
めに、歪みゲージと同様な温度補償を実施しなければ、
目的の歪み量のみの測定が不可能である。本発明は実用
上で最も問題となる温度補償方法に関して検討し、発明
が完成された。Embodiment 2 The detection element portion in the FBG method is very sensitive not only to distortion but also to temperature changes. Therefore, unless temperature compensation similar to that of a strain gauge is performed,
It is impossible to measure only the desired distortion amount. The present invention has been studied with respect to a temperature compensation method which is most problematic in practical use, and the present invention has been completed.
【００２４】次に、本発明の温度補償方法の内、温度補
償光ファイバセンサの構造を説明する。図４は本発明に
よる温度補償用光ファイバセンサの実施例の構造を示
す。この構造は図１０に示した比較対照の光ファイバセ
ンサと殆ど同一であり、相違点は検出素子部１がポリカ
ーボネイト基板４に拘束されないように、遊離あるいは
余長をもって、基板４上に検出素子部１の両側の２点で
固着されていることのみである。このような構造になっ
ているから、前述の温度サイクル試験を行った場合、検
出素子部１には熱歪みはかからず、図２の実施例の歪み
検出用光ファイバセンサと全く同様の波長シフト変化を
示す。すなわち、波長シフト量は検出素子部の熱膨張の
みに依存する。従って、本発明の温度補償用光ファイバ
センサの基板は、ポリカーボネイト基板に限らず、石英
基板はもちろんのこと、アルミニウム、ステンレス等の
金属材料でも全く同様の効果が発揮される。Next, the structure of the temperature compensating optical fiber sensor in the temperature compensating method of the present invention will be described. FIG. 4 shows the structure of an embodiment of an optical fiber sensor for temperature compensation according to the present invention. This structure is almost the same as the optical fiber sensor of the comparative example shown in FIG. 10, and the difference is that the detecting element portion 1 is separated or has an extra length on the substrate 4 so as not to be restrained by the polycarbonate substrate 4. It is only fixed at two points on both sides of 1. Due to such a structure, when the above-described temperature cycle test is performed, no thermal strain is applied to the detecting element unit 1, and the wavelength is exactly the same as the strain detecting optical fiber sensor of the embodiment of FIG. Show shift changes. That is, the wavelength shift amount depends only on the thermal expansion of the detection element unit. Accordingly, the substrate of the optical fiber sensor for temperature compensation according to the present invention is not limited to a polycarbonate substrate, and the same effect is exerted not only with a quartz substrate but also with a metal material such as aluminum or stainless steel.
【００２５】[0025]
【実施例３】次に、歪み検出用センサと温度補償用セン
サを並べて配置した実施例を説明する。歪み検出用セン
サ及び温度補償用センサの構造はそれぞれ、実施例１及
び実施例２で述べた歪み検出用光ファイバセンサと温度
補償用光ファイバセンサの通りである。次に、これらの
２種類のセンサを用いて温度補償を行う方法を説明す
る。図５は本発明の光ファイバセンサを用いて鋼索の歪
み量を測定するシステム構成例である。１０は歪み検出
用センサ、１１は温度補償用センサ、２０は鋼索、２１
はそれぞれのセンサ１０，１１の両端を鋼索２０に固定
する締結器具、３０は歪み測定器である。歪み検出用セ
ンサ１０及び温度補償用センサ１１は一本の光ファイバ
１２により至近位置に直列接続されている。Embodiment 3 Next, an embodiment in which a distortion detecting sensor and a temperature compensating sensor are arranged side by side will be described. The structures of the strain detection sensor and the temperature compensation sensor are the same as those of the strain detection optical fiber sensor and the temperature compensation optical fiber sensor described in the first and second embodiments, respectively. Next, a method of performing temperature compensation using these two types of sensors will be described. FIG. 5 is an example of a system configuration for measuring a strain amount of a steel cable using the optical fiber sensor of the present invention. 10 is a sensor for detecting strain, 11 is a sensor for temperature compensation, 20 is a steel cable, 21
Is a fastening device for fixing both ends of the sensors 10 and 11 to the steel cable 20, and 30 is a strain measuring device. The strain detecting sensor 10 and the temperature compensating sensor 11 are connected in series at a close position by one optical fiber 12.
【００２６】歪み検出用センサ１０と温度補償用センサ
１１の検出素子部の固有波長はそれぞれλ１，λ２と相
違しており、識別は可能である。また、検出素子部のフ
ァイバグレーティングの長さは等しいため、温度変化に
基づく波長シフト量は両センサ１０，１１で等しい。The characteristic wavelengths of the detecting elements of the strain detecting sensor 10 and the temperature compensating sensor 11 are different from λ1 and λ2, respectively, and can be identified. In addition, since the lengths of the fiber gratings of the detection elements are equal, the amount of wavelength shift based on the temperature change is equal between the two sensors 10 and 11.
【００２７】鋼索２０に外力Fを加えた場合の、鋼索２
０の歪みに基づく検出素子部の波長シフト量をΔF、温
度変化量をΔT、歪み検出用センサ１０と鋼索２０の合
成線膨張係数をαとすると、歪み検出用センサ１０の波
長シフト量ΔMはWhen the external force F is applied to the steel cable 20, the steel cable 2
Assuming that the wavelength shift amount of the detection element unit based on the strain of 0 is ΔF, the temperature change amount is ΔT, and the composite linear expansion coefficient of the strain detection sensor 10 and the steel cord 20 is α, the wavelength shift amount ΔM of the strain detection sensor 10 is
【数１】ΔM＝ΔF＋αΔT となり、温度補償用センサ１１の波長シフト量ΔCはΔM = ΔF + αΔT, and the wavelength shift amount ΔC of the temperature compensation sensor 11 is
【数２】ΔC＝βΔT β：常数 となる。数式２からわかるように束縛を受けていない温
度補償用センサ１１は正確な温度計として働き、その波
長シフト量からΔTが求まる。従って、歪み測定器３０
により、ΔM、ΔCを求めると、ΔFは## EQU2 ## ΔC = βΔT β: Constant. As can be seen from Equation 2, the uncompensated temperature compensation sensor 11 functions as an accurate thermometer, and ΔT is determined from the wavelength shift amount. Therefore, the distortion measuring device 30
By calculating ΔM and ΔC, ΔF becomes
【数３】ΔF＝ΔM−αΔT となり、温度の影響を受けない測定が可能である。## EQU3 ## ΔF = ΔM−αΔT, and measurement independent of temperature is possible.
【００２８】もし、歪み検出用センサ１０の基板が締結
器具２１により鋼索２０に強く固定され、歪み検出用セ
ンサ１０の伸縮量が鋼索２０の伸縮量と全く等しいな
ら、αは鋼索２０の線膨張係数に比例する。また、βは
温度補償用センサ１１の光ファイバの線膨張係数に比例
する。If the substrate of the strain detecting sensor 10 is firmly fixed to the steel cable 20 by the fastening tool 21 and the amount of expansion and contraction of the strain detecting sensor 10 is exactly equal to the amount of expansion and contraction of the steel cable 20, α is the linear expansion of the steel cable 20. It is proportional to the coefficient. Β is proportional to the linear expansion coefficient of the optical fiber of the temperature compensation sensor 11.
【００２９】以上は歪み検出用センサ１０と温度補償用
センサ１１を直列接続する場合を説明したが、これらセ
ンサ１０，１１の構造は本実施例と同一で、歪み検出用
センサ１０と温度補償用センサ１１を並列接続する場合
でも全く同様に、温度補償効果が得られることはもちろ
んである。並列接続の場合は、歪み検出用センサ１０と
温度補償用センサ１１に用いる検出素子部に同一の固有
波長のものを使用することも出来る。すなわち、それぞ
れのセンサ１０，１１と歪み測定器３０との接続を切り
替えて測定することが出来るからである。直列接続の場
合は、固有波長を違えなければ歪み測定用センサ１０の
出力と温度補償用センサ１１の出力を識別できない。一
般に、波長シフト量を測定する測定器は、測定可能な波
長は例えば、８種類と限界がある。そのため、多点測定
を必要とする場合は、直列接続に比べ並列接続の方が、
２倍の測定点を図ることができ、有利である。The case where the strain detecting sensor 10 and the temperature compensating sensor 11 are connected in series has been described above. However, the structure of these sensors 10 and 11 is the same as that of the present embodiment, and the strain detecting sensor 10 and the temperature compensating sensor 11 are connected. Even when the sensors 11 are connected in parallel, it is needless to say that the temperature compensation effect can be obtained in the same manner. In the case of parallel connection, it is also possible to use those having the same specific wavelength as the detection element units used for the strain detection sensor 10 and the temperature compensation sensor 11. That is, the measurement can be performed by switching the connection between the respective sensors 10 and 11 and the strain measuring device 30. In the case of series connection, the output of the strain measurement sensor 10 and the output of the temperature compensation sensor 11 cannot be distinguished unless the intrinsic wavelength is different. In general, a measuring instrument that measures the wavelength shift amount has a limit of eight types of measurable wavelengths, for example. Therefore, when multipoint measurement is required, parallel connection is better than series connection.
Advantageously, the number of measurement points can be doubled.
【００３０】同時、多点測定は、一本の光ファイバを一
筆書きの要領で歪み量測定個所に配線し、該歪み量測定
個所において、固有波長がそれぞれλ１，λ２，λ３，
λ４，・・・と、異なる複数の前記検出素子部を該光フ
ァイバに直列接続することによって可能である。すなわ
ち、測定個所の特定は固有波長λによって、歪み量はそ
れぞれの検出素子部の波長シフトΔによって、決定され
る。Simultaneously, in the multi-point measurement, one optical fiber is wired in a single-stroke manner at the measurement point of the amount of distortion, and at the measurement point of the amount of distortion, the characteristic wavelengths are λ1, λ2, λ3, respectively.
.lambda.4,... and a plurality of different detection element sections are connected in series to the optical fiber. That is, the measurement location is determined by the specific wavelength λ, and the distortion amount is determined by the wavelength shift Δ of each detection element.
【００３１】以上説明したように、本発明の光ファイバ
センサは、従来の電気的な歪みゲージと同等の感度で野
外の構造物の歪みをリアルタイムで測定でき、歪みゲー
ジで問題であった、誘導電磁ノイズに強く、かつ長距離
まで信号を伝送できる特徴を有している。As described above, the optical fiber sensor of the present invention can measure the strain of an outdoor structure in real time with the same sensitivity as that of a conventional electric strain gauge. It is resistant to electromagnetic noise and can transmit signals over long distances.
【００３２】[0032]
【実施例４】図１は本発明の実施例を説明する光ファイ
バセンサの一例であって、収容容器を含むものである。
図１（ａ）は光ファイバセンサ内部の構造を示す図、図
１（ｂ）は収容容器に収納された光ファイバセンサの外
観図である。歪み検出用センサ１０と温度補償用センサ
１１とは、図１（ａ）で示されるように、線膨張係数５
×１０-6の液晶ポリマ基板２上に並列して固着されてい
る。図１（ｂ）で、５は該液晶ポリマからなる収容容器
であり、液晶ポリマ基板２が収容容器５の底になってい
る。６はＳＣ形光コネクタプラグである。歪み検出用セ
ンサ１０の液晶基板２への固着は、図２で説明したよう
に、検出素子部１の両側を１カ所ずつ接着剤３で固着す
る方法でも良いが、圧縮歪みがかかる状況で使用する際
は、検出素子部１の全長を接着する方が検出素子部１の
挫屈が生じないためなお好ましい。Embodiment 4 FIG. 1 shows an example of an optical fiber sensor for explaining an embodiment of the present invention, which includes a container.
FIG. 1A is a diagram showing the structure inside the optical fiber sensor, and FIG. 1B is an external view of the optical fiber sensor housed in a housing container. As shown in FIG. 1A, the distortion detecting sensor 10 and the temperature compensating sensor 11
It is fixed in parallel on the liquid crystal polymer substrate 2 of × 10 -6 . In FIG. 1B, reference numeral 5 denotes a container made of the liquid crystal polymer, and the liquid crystal polymer substrate 2 is at the bottom of the container 5. 6 is an SC type optical connector plug. As described with reference to FIG. 2, the strain detection sensor 10 may be fixed to the liquid crystal substrate 2 by using an adhesive 3 on both sides of the detection element 1 one by one, but it is used in a situation where compressive strain is applied. In this case, it is more preferable to bond the entire length of the detection element 1 because the buckling of the detection element 1 does not occur.
【００３３】図６は本実施例による光ファイバセンサを
用いた測定システムの構成図である。７はＦＣ形光コネ
クタプラグ、８はＳＣ形光コネクタアダプタ、９はシン
グルモード形光ファイバ、３１はラップトップパソコ
ン、３０は歪み測定器で、米国、Ｍｉｃｒｏｎ Ｏｐｔ
ｉｃｓ社製ＦＢＧ−ＩＳ形のファイバグレーティング形
歪み測定システムである。収容容器５に収容されたセン
サ１０，１１は締結器具２１によって、外径１８ｍｍの
鋼索２０に接合されているから、鋼索２０と収容容器５
は一体となって変形する。歪み検出用センサ１０と温度
補償用センサ１１はコネクタプラグ６とアダプタ８によ
って光ファイバ９に接続され、さらに光ファイバコネク
タプラグ７によって測定システム３０に接続されてい
る。パソコン３１は測定結果の表示及び測定条件の設定
及び制御に用いた。FIG. 6 is a configuration diagram of a measuring system using the optical fiber sensor according to the present embodiment. 7 is an FC-type optical connector plug, 8 is an SC-type optical connector adapter, 9 is a single-mode optical fiber, 31 is a laptop computer, 30 is a strain measuring instrument, Micron Opt, USA
This is a fiber grating type strain measurement system of the FBG-IS type manufactured by ICS Corporation. Since the sensors 10 and 11 housed in the housing 5 are joined to the steel cable 20 having an outer diameter of 18 mm by the fastening device 21, the steel cable 20 and the housing 5 are connected.
Are deformed together. The strain detecting sensor 10 and the temperature compensating sensor 11 are connected to the optical fiber 9 by a connector plug 6 and an adapter 8, and further connected to a measuring system 30 by an optical fiber connector plug 7. The personal computer 31 was used for displaying measurement results and setting and controlling measurement conditions.
【００３４】図７は本実施例の温度サイクル試験結果を
示したものであって、長さ３０ｃｍに切断した鋼索に本
実施例の光ファイバセンサを取付、恒温槽中で温度補償
効果を確認した図である。図７（ａ）は温度変化、図７
（ｂ）は光ファイバセンサの波長シフト量の変化であっ
て、は本実施例の温度補償をした数式３に基づく波長
シフト量の変化、は温度補償機能を作用させない場合
の数式１に基づく波長シフト量の変化を示している。横
軸はいずれも時間軸である。なお、本試験では鋼索２０
に外部歪みが加わっていないから、波長シフト量はそも
そも０であるべきである。この図から明らかなように、
本発明の場合、外部温度変化によらず波長シフト量は一
定値０となり、発明の効果が検証された。FIG. 7 shows the results of a temperature cycle test of this embodiment. The optical fiber sensor of this embodiment was attached to a steel cord cut to a length of 30 cm, and the effect of temperature compensation was confirmed in a constant temperature bath. FIG. FIG. 7A shows a temperature change, and FIG.
(B) shows the change in the wavelength shift amount of the optical fiber sensor, the change in the wavelength shift amount based on the temperature-compensated expression 3 of the present embodiment, and the wavelength based on the expression 1 when the temperature compensation function is not operated. This shows a change in the shift amount. The horizontal axis is a time axis. In this test, steel cable 20 was used.
Since the external distortion is not added to the wavelength, the wavelength shift amount should be zero in the first place. As is clear from this figure,
In the case of the present invention, the amount of wavelength shift was a constant value of 0 irrespective of an external temperature change, and the effect of the present invention was verified.
【００３５】[0035]
【実施例５】図８は本発明の他の実施例を説明する光フ
ァイバセンサの一例であって、収容容器を含むものであ
る。図８（ａ）は光ファイバセンサ内部の構造を示す
図、図８（ｂ）は収容容器に収納された光ファイバセン
サの外観図である。歪み検出用センサ１０と温度補償用
センサ１１とは、本実施例においては、図８（ａ）で示
されるように、線膨張係数５×１０-6の液晶ポリマ基板
２上に直列に固着されている。図８（ｂ）で、５は液晶
ポリマからなる収容容器であり、液晶ポリマ基板２が収
容容器５の底になっている。歪み検出用光ファイバセン
サ１０の液晶基板２への固着は、図２で説明したよう
に、検出素子部１の両側を１カ所ずつ接着剤３で固着す
る方法でも良いが、圧縮歪みがかかる状況で使用する際
は、検出素子部１の全長を接着する方が検出素子部１の
挫屈が生じないためなお好ましい。３２はフェルールで
あり光ファイバセンサの端部をこれに接着し、球面加工
処理をしたものである。３３はＦＣ形光コネクタアダプ
タで、これにより外部との光ファイバ接続が可能にな
る。本実施例は収容容器５から光ファイバコードが直接
出ていないため、光ファイバセンサの取り扱いが容易で
あるという特徴がある。Embodiment 5 FIG. 8 shows an example of an optical fiber sensor for explaining another embodiment of the present invention, which includes a container. FIG. 8A is a diagram showing the structure inside the optical fiber sensor, and FIG. 8B is an external view of the optical fiber sensor housed in a housing container. In this embodiment, the distortion detecting sensor 10 and the temperature compensating sensor 11 are fixed in series on the liquid crystal polymer substrate 2 having a linear expansion coefficient of 5 × 10 −6 , as shown in FIG. ing. In FIG. 8B, reference numeral 5 denotes a container made of a liquid crystal polymer, and the liquid crystal polymer substrate 2 is at the bottom of the container 5. As described with reference to FIG. 2, the optical fiber sensor 10 for strain detection may be fixed to the liquid crystal substrate 2 by a method in which both sides of the detection element portion 1 are fixed with an adhesive 3 at each location. When using the sensor element 1, it is more preferable to bond the entire length of the detection element section 1 because buckling of the detection element section 1 does not occur. Numeral 32 denotes a ferrule to which the end of the optical fiber sensor is adhered, and which has been subjected to spherical processing. Reference numeral 33 denotes an FC-type optical connector adapter, which enables optical fiber connection with the outside. This embodiment is characterized in that the optical fiber sensor is easy to handle because the optical fiber cord does not directly come out of the container 5.
【００３６】[0036]
【実施例６】図９は本発明のさらに他の実施例を説明す
る光ファイバセンサの一例であって、収容容器を含むも
のである。図９（ａ）は光ファイバセンサ内部の構造を
示す図、図９（ｂ）は収容容器に収納された光ファイバ
センサの外観図である。歪み検出用センサ１０と温度補
償用センサ１１とは、本実施例においては、図９（ａ）
で示されるように、線膨張係数５×１０-6の液晶ポリマ
基板２上に並列して固着されている。図９（ｂ）で、５
は該液晶ポリマからなる収容容器であり、液晶ポリマ基
板２が収容容器５の底になっている。歪み検出用センサ
１０の液晶基板２への固着は、図２で説明したように、
検出素子部１の両側を１カ所ずつ接着剤３で固着する方
法でも良いが、圧縮歪みがかかる状況で使用する際は、
検出素子部１の全長を接着する方が検出素子部１の挫屈
が生じないためなお好ましい。３２はフェルールであり
光ファイバセンサ端部をこれに接着し、球面加工処理を
したものである。３３はＦＣ形光コネクタアダプタでこ
れにより、外部との光ファイバ接続が可能になる。本実
施例は収容容器５から光ファイバコードが直接出ていな
いため、光ファイバセンサの取り扱いが容易である特徴
がある。[Embodiment 6] Fig. 9 shows an example of an optical fiber sensor for explaining still another embodiment of the present invention, which includes a container. FIG. 9A is a diagram showing the structure inside the optical fiber sensor, and FIG. 9B is an external view of the optical fiber sensor housed in a housing container. In the present embodiment, the distortion detecting sensor 10 and the temperature compensating sensor 11 are the same as those shown in FIG.
As shown by the symbols, they are fixed in parallel on the liquid crystal polymer substrate 2 having a linear expansion coefficient of 5 × 10 −6 . In FIG. 9B, 5
Is a container made of the liquid crystal polymer, and the liquid crystal polymer substrate 2 is at the bottom of the container 5. The fixation of the strain detection sensor 10 to the liquid crystal substrate 2 is performed as described with reference to FIG.
A method in which both sides of the detection element unit 1 are fixed one by one with an adhesive 3 may be used, but when used in a situation where compressive strain is applied,
It is more preferable to bond the entire length of the detection element 1 because buckling of the detection element 1 does not occur. Numeral 32 denotes a ferrule to which an end of the optical fiber sensor is adhered, and which is subjected to spherical processing. Reference numeral 33 denotes an FC type optical connector adapter, which enables an optical fiber connection with the outside. This embodiment has a feature that the optical fiber sensor is easy to handle because the optical fiber cord does not directly come out of the container 5.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の光ファ
イバセンサは、歪みを検出する光ファイバセンサの実用
上の問題点として、検出感度の問題、温度補償の問
題、光ファイバ素線の取扱い上の問題、光ファイバ
素線の外部環境からの保護の問題があったが、ＦＢＧ法
を歪み検出に使うことによって、マイクロストレインオ
ーダーの高感度な測定ができ、さらに、石英ファイバと
線膨張係数が等しい基板を適用することによって、温度
補償、取り扱い上の問題点及び外部環境からの保護に対
して効果が発揮される。As described above, the optical fiber sensor according to the present invention has problems in practical use of the optical fiber sensor for detecting distortion, such as detection sensitivity, temperature compensation, and optical fiber. Although there were problems in handling and protection of the optical fiber from the external environment, high-sensitivity measurement on the order of microstrain can be performed by using the FBG method for strain detection. The use of substrates having the same coefficient is effective for temperature compensation, handling problems, and protection from the external environment.
【００３８】本明細書では、歪み測定用センサと温度補
償用センサを同一の容器に収容した実施例を説明した
が、個別の収容容器に収容して用いることももちろん可
能である。また、収容容器は石英ファイバと線膨張係数
が等しければ液晶ポリマに限られるものではない。その
他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能
である。In this specification, the embodiment in which the strain measuring sensor and the temperature compensating sensor are housed in the same container has been described. However, it is needless to say that the strain measuring sensor and the temperature compensating sensor can be housed in separate housing containers. Further, the container is not limited to the liquid crystal polymer as long as the linear expansion coefficient is equal to that of the quartz fiber. In addition, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
【００３９】本発明の光ファイバセンサは、落石や土砂
崩れなどの検出システムの他、道路のガードレールの接
触事故の検出システムなど、広範囲の防護柵に適用すれ
ば最も効果が発揮される。また、橋梁、石油備蓄タン
ク、ガスタンク、鉄塔等の大型構造物にかかる応力の検
出を本発明の光ファイバセンサを用いて行うことも可能
である。このように、屋外において、従来、歪みゲージ
やロードセルを用いて行われていた、歪みのセンシング
の分野は、光ファイバの伝送路としての無誘導性、軽量
性、低損失の特性が最も発揮される分野である。もちろ
ん、屋内の各種施設の機械的強度測定や微少部分の歪み
測定にも、ＦＢＧ法の高感度、小型、軽量の特徴が発揮
される。このように、本発明の光ファイバセンサの適用
範囲は非常に広範囲である。The optical fiber sensor of the present invention is most effective when applied to a wide range of protective fences, such as a system for detecting a contact accident of a road guardrail, in addition to a system for detecting falling rocks and landslides. Further, it is also possible to detect the stress applied to a large structure such as a bridge, an oil storage tank, a gas tank, a steel tower or the like using the optical fiber sensor of the present invention. Thus, in the field of strain sensing, which has traditionally been performed outdoors using strain gauges and load cells, non-inductive, lightweight, and low-loss characteristics as optical fiber transmission lines are best exhibited. Field. Of course, the features of high sensitivity, small size, and light weight of the FBG method are exhibited also in the measurement of mechanical strength of various indoor facilities and the measurement of distortion in minute parts. As described above, the applicable range of the optical fiber sensor of the present invention is very wide.
【図１】本発明による光ファイバセンサの実施例４の構
造を示す図である。図１（ａ）は光ファイバセンサ内部
の構造を示す図、図１（ｂ）は収容容器に収納された光
ファイバセンサの外観図である。FIG. 1 is a diagram showing the structure of an optical fiber sensor according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 1A is a diagram showing the structure inside the optical fiber sensor, and FIG. 1B is an external view of the optical fiber sensor housed in a housing container.
【図２】本発明による歪み検出用光ファイバセンサの実
施例１の構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a structure of a strain detecting optical fiber sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例１及び比較対照の光ファイバセ
ンサの温度サイクル試験結果を示した図である。図３
（ａ）は恒温槽の温度変化を、図３（ｂ）はそれぞれの
光ファイバセンサの波長シフト量の変化を示す。FIG. 3 is a diagram showing the results of a temperature cycle test of the optical fiber sensor of Example 1 of the present invention and a comparative optical fiber sensor. FIG.
3A shows a change in the temperature of the thermostat, and FIG. 3B shows a change in the wavelength shift amount of each optical fiber sensor.
【図４】本発明による温度補償用光ファイバセンサの実
施例２の構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a structure of a temperature compensation optical fiber sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明による光ファイバセンサの実施例３を用
いた歪み測定システムの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a strain measurement system using an optical fiber sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明による光ファイバセンサの実施例４を用
いた歪み測定システムの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a strain measurement system using an optical fiber sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】本発明による光ファイバセンサの実施例４の温
度サイクル試験結果を示した図である。図７（ａ）は温
度変化を、図７（ｂ）は光ファイバセンサの波長シフト
量の変化を示す。FIG. 7 is a diagram showing a result of a temperature cycle test of an optical fiber sensor according to Example 4 of the present invention. FIG. 7A shows a change in temperature, and FIG. 7B shows a change in the wavelength shift amount of the optical fiber sensor.
【図８】本発明による光ファイバセンサの実施例５の構
造を示す図である。図８（ａ）は光ファイバセンサ内部
の構造を示す図、図８（ｂ）は収容容器に収納された光
ファイバセンサの外観図である。FIG. 8 is a diagram showing a structure of an optical fiber sensor according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a diagram showing the structure inside the optical fiber sensor, and FIG. 8B is an external view of the optical fiber sensor housed in a housing container.
【図９】本発明による光ファイバセンサ実施例６の構造
を示す図である。図９（ａ）は光ファイバセンサ内部の
構造を示す図、図９（ｂ）は収容容器に収納された光フ
ァイバセンサの外観図である。FIG. 9 is a view showing the structure of an optical fiber sensor according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 9A is a diagram showing the structure inside the optical fiber sensor, and FIG. 9B is an external view of the optical fiber sensor housed in a housing container.
【図１０】比較対照の歪み測定用光ファイバの構造を示
す図である。FIG. 10 is a diagram showing the structure of a comparative strain measuring optical fiber.
１ 検出素子部 ２ 液晶ポリマ基板 ３ 接着剤 ４ ポリカーボネイト基板 ５ 収容容器 ６ ＳＣ形光コネクタプラグ ７ ＦＣ形光コネクタプラグ ８ ＳＣ形光コネクタアダプタ ９ シングルモード形光ファイバ １０ 歪み検出用センサ １１ 温度補償用センサ １２ 光ファイバ ２０ 鋼索 ２１ 締結器具 ３０ 歪み測定器 ３１ パソコン ３２ フェルール ３３ FC形光コネクタアダプタ １０１ 検出素子部 １０２ ポリカーボネイト基板 １０３ 接着剤 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Detection element part 2 Liquid crystal polymer board 3 Adhesive 4 Polycarbonate board 5 Housing 6 SC optical connector plug 7 FC optical connector plug 8 SC optical connector adapter 9 Single mode optical fiber 10 Strain detection sensor 11 Temperature compensation Sensor 12 Optical fiber 20 Steel cord 21 Fastening device 30 Strain measuring device 31 Personal computer 32 Ferrule 33 FC type optical connector adapter 101 Detecting element 102 Polycarbonate substrate 103 Adhesive
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 白石 光男 (56)参考文献 特開 平10−141923（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−223513（ＪＰ，Ａ) 特表 平５−503170（ＪＰ，Ａ) 米国特許5367588（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01D 21/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page Examiner Mitsuo Shiraishi (56) References JP-A-10-141923 (JP, A) JP-A-11-223513 (JP, A) JP-T5-503170 (JP, A) United States Patent 5367588 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01D 21/00
Claims (6)
光ファイバで構成され、光ファイバと等しい線膨張係数
を有する基板に固着されていることを特徴とする光ファ
イバセンサ。1. An optical fiber sensor, wherein a detection element section is formed of a fiber grating type optical fiber, and is fixed to a substrate having a linear expansion coefficient equal to that of the optical fiber.
光ファイバで構成され、その両側で、変位が拘束されな
いように基板に固着されていることを特徴とする光ファ
イバセンサ。2. The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the detecting element portion is formed of a fiber grating type optical fiber, and both sides thereof are fixed to a substrate so that displacement is not restricted.
グ型の第一の光ファイバで構成され、該第一の光ファイ
バと等しい線膨張係数を有する第一の基板に固着されて
いる歪み検出用センサと、第二の検出素子部がファイバ
グレーティング型の第二の光ファイバで構成され、その
両側で、変位が拘束されないように第二の基板に固着さ
れている温度補償用センサとを有し、該第一の検出素子
部と該第二の検出素子部のファイバグレーティングの長
さが等しく、該第一の光ファイバと該第二の光ファイバ
の線膨張係数が等しいことを特徴とする光ファイバセン
サ。3. A strain detecting device comprising a first detecting element portion comprising a first optical fiber of a fiber grating type, the first detecting element being fixed to a first substrate having a linear expansion coefficient equal to that of the first optical fiber. A sensor and a temperature compensation sensor in which the second detection element portion is formed of a fiber grating type second optical fiber, and on both sides thereof, is fixed to the second substrate so that displacement is not restricted. Wherein the first and second detection elements have the same fiber grating length, and the first and second optical fibers have the same linear expansion coefficient. Fiber sensor.
光ファイバで直列或いは並列に接続されていることを特
徴とする請求項３記載の光ファイバセンサ。4. The optical fiber sensor according to claim 3, wherein the first detecting element and the second detecting element are connected in series or in parallel by an optical fiber.
ポリマー材料からなることを特徴とする請求項１乃至４
記載の光ファイバセンサ。5. The method according to claim 1, wherein the substrate, the first substrate or the second substrate is made of a liquid crystal polymer material.
An optical fiber sensor as described in the above.
一の基板或いは第二の検出素子部が第二の基板を底とす
る収容容器内に収められていることを特徴とする請求項
１乃至５記載の光ファイバセンサ。6. A method according to claim 1, wherein the detecting element is housed in a housing having a substrate, the first detecting element is housed in a first substrate, or the second detecting element is housed in a container having the second substrate as a bottom. The optical fiber sensor according to claim 1.
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