JP3209049B2 - 光ファイバー歪みセンサーの製造方法 - Google Patents
光ファイバー歪みセンサーの製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバ−を利用
して構造物の変形量を測定するための光ファイバ−歪み
センサ−に関するものである。
して構造物の変形量を測定するための光ファイバ−歪み
センサ−に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ−歪みセンサ−に関する従来
技術として、例えば特開昭60−219503号公報に
は、パイプ状、棒状またはひも状の物体の外周面または
外周に形成された溝内に、光ファイバ−をスパイラル状
に巻き回したものが開示されている(以下、先行技術と
いう)。
技術として、例えば特開昭60−219503号公報に
は、パイプ状、棒状またはひも状の物体の外周面または
外周に形成された溝内に、光ファイバ−をスパイラル状
に巻き回したものが開示されている(以下、先行技術と
いう)。
【0003】図7は、先行技術に記載された光ファイバ
−歪みセンサ−を示す概略斜視図である。この光ファイ
バ−歪みセンサ−9は、パイプ8の外周面に光ファイバ
−2が所定ピッチPでスパイラル状に巻き回わされ、光
ファイバ−2の両端にコネクタ−5を備えたものであ
る。また、図8は、図7に示した光ファイバ−歪みセン
サ−9をシステム化した例を説明する図である。光ファ
イバ−歪みセンサ−が取り付けられた構造物等が変形す
ると、これに伴い光ファイバ−2が変形し、この変形前
後における光伝送損失量の変化を検知し、この光伝送損
失量の変化量を用いて構造物等の変形量を求めようとす
るものである。
−歪みセンサ−を示す概略斜視図である。この光ファイ
バ−歪みセンサ−9は、パイプ8の外周面に光ファイバ
−2が所定ピッチPでスパイラル状に巻き回わされ、光
ファイバ−2の両端にコネクタ−5を備えたものであ
る。また、図8は、図7に示した光ファイバ−歪みセン
サ−9をシステム化した例を説明する図である。光ファ
イバ−歪みセンサ−が取り付けられた構造物等が変形す
ると、これに伴い光ファイバ−2が変形し、この変形前
後における光伝送損失量の変化を検知し、この光伝送損
失量の変化量を用いて構造物等の変形量を求めようとす
るものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記先行技術に記載さ
れた光ファイバ−歪みセンサ−は、パイプ状、棒状また
はひも状の物体の外周面に、光ファイバ−をスパイラル
状に巻き回すものであり、当該測定前における光ファイ
バ−の曲率(以下、「初期曲率」という)はパイプ等の
外径と光ファイバ−のピッチに応じて決まる。しかしな
がら、このような製作方法および構造の光ファイバ−歪
みセンサ−においては、パイプ8の外周面に巻いただけ
では、等ピッチに設定したくても位置が決まらず、バラ
ツキをもった初期曲率となることが推測される。従っ
て、スパイラルのピッチを精度よく形成することが困難
である。
れた光ファイバ−歪みセンサ−は、パイプ状、棒状また
はひも状の物体の外周面に、光ファイバ−をスパイラル
状に巻き回すものであり、当該測定前における光ファイ
バ−の曲率(以下、「初期曲率」という)はパイプ等の
外径と光ファイバ−のピッチに応じて決まる。しかしな
がら、このような製作方法および構造の光ファイバ−歪
みセンサ−においては、パイプ8の外周面に巻いただけ
では、等ピッチに設定したくても位置が決まらず、バラ
ツキをもった初期曲率となることが推測される。従っ
て、スパイラルのピッチを精度よく形成することが困難
である。
【0005】これに対して、パイプ等の外周面に溝を形
成し、この溝内に光ファイバ−をスパイラル状に巻き回
して製作する場合には、初期曲率を精度よく設定するこ
とはできるであろうが、変形後の光ファイバ−の曲率
は、溝の拘束を受け、光伝送損失量から構造物の変形量
や歪みを求めることが困難であった。更に、変形時に溝
の中を光ファイバ−が摺動するわけではないので、光フ
ァイバ−自体に応力が発生し、光ファイバ−が破断した
り、屈曲したりする可能性もあった。
成し、この溝内に光ファイバ−をスパイラル状に巻き回
して製作する場合には、初期曲率を精度よく設定するこ
とはできるであろうが、変形後の光ファイバ−の曲率
は、溝の拘束を受け、光伝送損失量から構造物の変形量
や歪みを求めることが困難であった。更に、変形時に溝
の中を光ファイバ−が摺動するわけではないので、光フ
ァイバ−自体に応力が発生し、光ファイバ−が破断した
り、屈曲したりする可能性もあった。
【0006】また、光伝送損失量から歪みを正確に求め
るためには、光ファイバ−歪みセンサ−の構造物への取
り付け方法が重要であるが、これについて先行技術には
特に開示はされていない。
るためには、光ファイバ−歪みセンサ−の構造物への取
り付け方法が重要であるが、これについて先行技術には
特に開示はされていない。
【0007】従って、この発明の目的は、上記のような
問題を解決することによって、光伝送損失量から構造物
の変形量および歪みを精度よく求めることができ、しか
も、所望の歪み測定範囲およびセンサー感度を有し、更
に、構造物への取り付けを容易に行なうことができる光
ファイバー歪みセンサーの製造方法を提供することにあ
る。
問題を解決することによって、光伝送損失量から構造物
の変形量および歪みを精度よく求めることができ、しか
も、所望の歪み測定範囲およびセンサー感度を有し、更
に、構造物への取り付けを容易に行なうことができる光
ファイバー歪みセンサーの製造方法を提供することにあ
る。
【0008】この発明の光ファイバー歪みセンサーの製
造方法(以下、「第1発明」という)は、金属管と前記
金属管の内周面に密着してスパイラル状に形成された光
ファイバーとからなることを特徴とする光ファイバー歪
みセンサーの製造方法であって、はじめに、前記光ファ
イバー歪みセンサーの所望の歪み測定範囲ε range およ
びセンサー感度sを定め、前記金属管の長さLと、前記
金属管の内径Dと、前記光ファイバーの長さL f およ
び、前記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバーの
初期曲率半径R 0 との関係を近似した式と、前記光ファ
イバーの初期曲率半径R 0 と、前記金属管の内径Dおよ
び前記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバー歪み
センサーのセンサー感度sとの関係を近似した式と、前
記金属管の長さLと、前記金属管の内径Dと、前記光フ
ァイバーの長さL f および前記光ファイバーの直径d
と、前記光ファイバー歪みセンサーの歪み測定範囲ε
range との関係式に基づき、はじめに定めた前記光ファ
イバー歪みセンサーの所望の歪み測定範囲ε range およ
びセンサー感度sが得られるための、前記金属管の長さ
L、前記金属管の内径D、前記光ファイバーの長さL f
および前記光ファイバーの直径dを決定することに特徴
を有するものである。なお、この明細書において、光フ
ァイバーとは、特に断らない限り、光ファイバー素線の
表面を1種または2種以上の被覆材によって被覆された
ものをいうものとする。
造方法(以下、「第1発明」という)は、金属管と前記
金属管の内周面に密着してスパイラル状に形成された光
ファイバーとからなることを特徴とする光ファイバー歪
みセンサーの製造方法であって、はじめに、前記光ファ
イバー歪みセンサーの所望の歪み測定範囲ε range およ
びセンサー感度sを定め、前記金属管の長さLと、前記
金属管の内径Dと、前記光ファイバーの長さL f およ
び、前記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバーの
初期曲率半径R 0 との関係を近似した式と、前記光ファ
イバーの初期曲率半径R 0 と、前記金属管の内径Dおよ
び前記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバー歪み
センサーのセンサー感度sとの関係を近似した式と、前
記金属管の長さLと、前記金属管の内径Dと、前記光フ
ァイバーの長さL f および前記光ファイバーの直径d
と、前記光ファイバー歪みセンサーの歪み測定範囲ε
range との関係式に基づき、はじめに定めた前記光ファ
イバー歪みセンサーの所望の歪み測定範囲ε range およ
びセンサー感度sが得られるための、前記金属管の長さ
L、前記金属管の内径D、前記光ファイバーの長さL f
および前記光ファイバーの直径dを決定することに特徴
を有するものである。なお、この明細書において、光フ
ァイバーとは、特に断らない限り、光ファイバー素線の
表面を1種または2種以上の被覆材によって被覆された
ものをいうものとする。
【0009】この発明の光ファイバー歪みセンサーの製
造方法(以下、「第2発明」という)は、金属管と前記
金属管の内周面に密着してスパイラル状に形成された光
ファイバーとからなることを特徴とする光ファイバー歪
みセンサーの製造方法であって、はじめに、前記光ファ
イバー歪みセンサーの所望の歪み測定範囲ε range およ
びセンサー感度sを定め、前記金属管の長さLと、前記
金属管の内径Dと、前記光ファイバーの長さL f およ
び、前記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバーの
初期曲率半径R 0 との関係を近似した式と、前記光ファ
イバーの初期曲率半径R 0 と、前記金属管の内径Dおよ
び前記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバー歪み
センサーのセンサー感度sとの関係を近似した式と、前
記金属管の長さLと、前記金属管の内径Dと、前記光フ
ァイバーの長さL f および前記光ファイバーの直径d
と、前記光ファイバー歪みセンサーの歪み測定範囲ε
range との関係式に基づき、はじめに定めた前記光ファ
イバー歪みセンサーの所望の歪み測定範囲ε range およ
びセンサー感度sが得られるための、前記金属管の長さ
L、前記金属管の内径Dおよび前記光ファイバーの初期
曲率半径R 0 を決定することに特徴を有するものであ
る。
造方法(以下、「第2発明」という)は、金属管と前記
金属管の内周面に密着してスパイラル状に形成された光
ファイバーとからなることを特徴とする光ファイバー歪
みセンサーの製造方法であって、はじめに、前記光ファ
イバー歪みセンサーの所望の歪み測定範囲ε range およ
びセンサー感度sを定め、前記金属管の長さLと、前記
金属管の内径Dと、前記光ファイバーの長さL f およ
び、前記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバーの
初期曲率半径R 0 との関係を近似した式と、前記光ファ
イバーの初期曲率半径R 0 と、前記金属管の内径Dおよ
び前記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバー歪み
センサーのセンサー感度sとの関係を近似した式と、前
記金属管の長さLと、前記金属管の内径Dと、前記光フ
ァイバーの長さL f および前記光ファイバーの直径d
と、前記光ファイバー歪みセンサーの歪み測定範囲ε
range との関係式に基づき、はじめに定めた前記光ファ
イバー歪みセンサーの所望の歪み測定範囲ε range およ
びセンサー感度sが得られるための、前記金属管の長さ
L、前記金属管の内径Dおよび前記光ファイバーの初期
曲率半径R 0 を決定することに特徴を有するものであ
る。
【0010】この発明の光ファイバー歪みセンサーの製
造方法(以下、「第3発明」という)は、所定長さの光
ファイバーを、所定長さの金属管の一端から他端に向け
て前記金属管の内周面に密着させてスパイラル状に形成
させつつ挿入し、前記金属管の前記他端において前記光
ファイバーの挿入の先端を受け止め、前記光ファイバー
の挿入の後端を前記金属管の前記一端で押し止め、前記
金属管内部にスパイラル状に形成された前記光ファイバ
ーを内接させることに特徴を有するものである。
造方法(以下、「第3発明」という)は、所定長さの光
ファイバーを、所定長さの金属管の一端から他端に向け
て前記金属管の内周面に密着させてスパイラル状に形成
させつつ挿入し、前記金属管の前記他端において前記光
ファイバーの挿入の先端を受け止め、前記光ファイバー
の挿入の後端を前記金属管の前記一端で押し止め、前記
金属管内部にスパイラル状に形成された前記光ファイバ
ーを内接させることに特徴を有するものである。
【0011】
【0012】
【0013】
【作用】請求項1記載の発明の特徴は、金属管の内周面
に密着して光ファイバ−がスパイラル状に形成され、こ
の光ファイバ−は所定の内径の金属管の内部に挿入され
ている。このように、センサ−部分の金属管の内部に光
ファイバ−をスパイラル状に形成するためには、この金
属管の長さよりも、長い光ファイバ−をこの金属管の内
部に挿入すればよい。このように挿入された光ファイバ
−は、金属管の内壁に沿ってスパイラル状をなし、自ず
からそのピッチおよび曲率を一定とする安定状態をと
る。従って、光ファイバ−を所定の形態に形成すること
ができる。
に密着して光ファイバ−がスパイラル状に形成され、こ
の光ファイバ−は所定の内径の金属管の内部に挿入され
ている。このように、センサ−部分の金属管の内部に光
ファイバ−をスパイラル状に形成するためには、この金
属管の長さよりも、長い光ファイバ−をこの金属管の内
部に挿入すればよい。このように挿入された光ファイバ
−は、金属管の内壁に沿ってスパイラル状をなし、自ず
からそのピッチおよび曲率を一定とする安定状態をと
る。従って、光ファイバ−を所定の形態に形成すること
ができる。
【0014】請求項1記載の光ファイバ−歪みセンサ−
の金属管は、測定対象物の変形に伴い変形し、この金属
管の変形に追従して光ファイバ−の曲率半径が変化す
る。従って、この光ファイバ−歪みセンサ−の金属管
を、測定対象物に適正な方法で固定すれば、測定対象物
の変形に伴う歪みは正確に金属管に歪みを生じさせ、こ
れに伴い光ファイバ−の曲率半径が正確に変化する。従
って、光ファイバ−の光伝送損失量の変化も正確とな
る。光伝送損失量の変化を測定することによって、金属
管の歪みが測定され、従って、測定対象物の歪みおよび
変形量が測定される。
の金属管は、測定対象物の変形に伴い変形し、この金属
管の変形に追従して光ファイバ−の曲率半径が変化す
る。従って、この光ファイバ−歪みセンサ−の金属管
を、測定対象物に適正な方法で固定すれば、測定対象物
の変形に伴う歪みは正確に金属管に歪みを生じさせ、こ
れに伴い光ファイバ−の曲率半径が正確に変化する。従
って、光ファイバ−の光伝送損失量の変化も正確とな
る。光伝送損失量の変化を測定することによって、金属
管の歪みが測定され、従って、測定対象物の歪みおよび
変形量が測定される。
【0015】
【0016】請求項3記載の発明の特徴は、所定長さの
光ファイバーを、所定長さの金属管の一端から他端に向
けて金属管の内周面に密着させてスパイラル状に形成さ
せつつ挿入し、金属管の他端において光ファイバーの挿
入の先端を受け止め、光ファイバーの挿入の後端を金属
管の一端で押し止める。このようにしてスパイラル状に
形成される光ファイバーの初期曲率半径を目標の設計値
に調節する。従って、この製造方法は、金属管の内部に
光ファイバーが挿入されたとき、光ファイバーが金属管
内で安定状態を保持することを利用して行なうものであ
る。従って、光ファイバーの曲率半径およびピッチが一
定となる。
光ファイバーを、所定長さの金属管の一端から他端に向
けて金属管の内周面に密着させてスパイラル状に形成さ
せつつ挿入し、金属管の他端において光ファイバーの挿
入の先端を受け止め、光ファイバーの挿入の後端を金属
管の一端で押し止める。このようにしてスパイラル状に
形成される光ファイバーの初期曲率半径を目標の設計値
に調節する。従って、この製造方法は、金属管の内部に
光ファイバーが挿入されたとき、光ファイバーが金属管
内で安定状態を保持することを利用して行なうものであ
る。従って、光ファイバーの曲率半径およびピッチが一
定となる。
【0017】センサ−性能 光ファイバ−歪みセンサ−が具備する性能を、下記2つ
によって表わすことができる。即ち、測定することがで
きる歪みの範囲(以下、「歪み測定可範囲
(εrange )」という)およびセンサ−の感度(以下、
「センサー感度(s)という)である。
によって表わすことができる。即ち、測定することがで
きる歪みの範囲(以下、「歪み測定可範囲
(εrange )」という)およびセンサ−の感度(以下、
「センサー感度(s)という)である。
【0018】請求項1記載の製造方法は、上述したよう
に、所定の内径および長さの金属管内に所定長さの光フ
ァイバーがスパイラル状に内接した状態のものを製造す
る方法であるから、金属管の長さ(L)、光ファイバー
の長さ(Lf)、金属管の内径(D)および光ファイバ
ーの直径(d)を決定すれば、上記LとLfとdとD
と、更に金属管の歪み(ε)と、光ファイバーの曲率半
径(R)との間の関係式において、歪みε=0とおくこ
とによって光ファイバーの初期曲率半径(R0)を算定
することができる。
に、所定の内径および長さの金属管内に所定長さの光フ
ァイバーがスパイラル状に内接した状態のものを製造す
る方法であるから、金属管の長さ(L)、光ファイバー
の長さ(Lf)、金属管の内径(D)および光ファイバ
ーの直径(d)を決定すれば、上記LとLfとdとD
と、更に金属管の歪み(ε)と、光ファイバーの曲率半
径(R)との間の関係式において、歪みε=0とおくこ
とによって光ファイバーの初期曲率半径(R0)を算定
することができる。
【0019】例えば、前述の関係式として、下記(1)
式: 但し、 R:曲率半径 L:金属管の長さ Lf :光ファイバ−の長さ D:金属管の内径 d:光ファイバ−の外径 ε:金属管の歪み(引張の場合は正、圧縮の場合は負) があり、ε=0とおいて得られる下記(1’)式: 但し、 R0 :初期曲率半径 に、L、Lf 、dおよびDを代入することによって、光
ファイバ−の初期曲率半径R0 が求められる。
式: 但し、 R:曲率半径 L:金属管の長さ Lf :光ファイバ−の長さ D:金属管の内径 d:光ファイバ−の外径 ε:金属管の歪み(引張の場合は正、圧縮の場合は負) があり、ε=0とおいて得られる下記(1’)式: 但し、 R0 :初期曲率半径 に、L、Lf 、dおよびDを代入することによって、光
ファイバ−の初期曲率半径R0 が求められる。
【0020】また、光ファイバ−歪みセンサ−のL、L
f 、dおよびDが決まると、光ファイバ−の巻き回数
(N)およびピッチ(p)が、下記(2)および(3)
式: N ={(Lf 2 −L 2)1/2 }/π(D−d) ------------(2) p =L/N --------------------------------------------(3) に基づき算出される。このようにして、光ファイバ−歪
みセンサ−の「寸法・形状諸元」:L、Lf、d、D、
R0 、Nおよびpが決まる。
f 、dおよびDが決まると、光ファイバ−の巻き回数
(N)およびピッチ(p)が、下記(2)および(3)
式: N ={(Lf 2 −L 2)1/2 }/π(D−d) ------------(2) p =L/N --------------------------------------------(3) に基づき算出される。このようにして、光ファイバ−歪
みセンサ−の「寸法・形状諸元」:L、Lf、d、D、
R0 、Nおよびpが決まる。
【0021】次に、光ファイバ−の光伝送損失量(α)
と光ファイバ−の曲率半径(R)との間の関係は、原理
的にもまた実験的にも知られている。例えば、下記
(4)式: α ≒80R-1.9 --------------------------------------- (4) 但し、 R:曲率半径(mm) α:光伝送損失量(dB) がある。
と光ファイバ−の曲率半径(R)との間の関係は、原理
的にもまた実験的にも知られている。例えば、下記
(4)式: α ≒80R-1.9 --------------------------------------- (4) 但し、 R:曲率半径(mm) α:光伝送損失量(dB) がある。
【0022】センサ−感度(s) 今、光ファイバ−センサーのセンサ−感度(s)を、下
記(5)式: s ≡|Δ(Δα)/Δε|ε=0 --------------------------(5) で表わすとすれば、(4)、(1)および(1’)式か
ら、 が誘導される。従って、(6)式の初期曲率半径R
0 に、(1’)式に基づいて算出される初期曲率半径R
0 を代入することで、L、Lf 、Dおよびdよりセンサ
−感度(s)が求まる。
記(5)式: s ≡|Δ(Δα)/Δε|ε=0 --------------------------(5) で表わすとすれば、(4)、(1)および(1’)式か
ら、 が誘導される。従って、(6)式の初期曲率半径R
0 に、(1’)式に基づいて算出される初期曲率半径R
0 を代入することで、L、Lf 、Dおよびdよりセンサ
−感度(s)が求まる。
【0023】歪み測定範囲(εrange ) 歪み測定可能最大値(εmax )は、引張変形の場合は、
光ファイバ−の長さと同じ長さまで金属管が伸ばされた
時であり、下記(8)式: εmax ,t=(Lf −L)/L ----------------------------- (8) で表わされる。また、圧縮変形の場合は、スパイラル状
の光ファイバ−が互いに接触する状態まで金属管が圧縮
された時であり、下記(8’)式: で表わされる。従って、金属管の長さ(L)、光ファイ
バ−の長さ(Lf )、金属管の内径(D)および光ファ
イバ−の直径(d)より、(8)および(8’)式に基
づいて歪み測定範囲(εrange )が下記(9)式: のように決まる。
光ファイバ−の長さと同じ長さまで金属管が伸ばされた
時であり、下記(8)式: εmax ,t=(Lf −L)/L ----------------------------- (8) で表わされる。また、圧縮変形の場合は、スパイラル状
の光ファイバ−が互いに接触する状態まで金属管が圧縮
された時であり、下記(8’)式: で表わされる。従って、金属管の長さ(L)、光ファイ
バ−の長さ(Lf )、金属管の内径(D)および光ファ
イバ−の直径(d)より、(8)および(8’)式に基
づいて歪み測定範囲(εrange )が下記(9)式: のように決まる。
【0024】請求項2記載の製造方法も、請求項1記載
の製造方法と同様、所定の内径および長さの金属管内に
所定長さの光ファイバーがスパイラル状に内接した状態
のものを製造する方法であるから、金属管の長さ
(L)、光ファイバーの長さ(Lf)、および光ファイ
バーの初期曲率半径(R0)を定めると、上記LとLfと
R0と金属管の内径(D)と光ファイバーの直径(d)
との間の関係式から、Dおよびdの値が算定される。
の製造方法と同様、所定の内径および長さの金属管内に
所定長さの光ファイバーがスパイラル状に内接した状態
のものを製造する方法であるから、金属管の長さ
(L)、光ファイバーの長さ(Lf)、および光ファイ
バーの初期曲率半径(R0)を定めると、上記LとLfと
R0と金属管の内径(D)と光ファイバーの直径(d)
との間の関係式から、Dおよびdの値が算定される。
【0025】例えば、前記(1’)式: 但し、R0 :初期曲率半径 において、L、Lf およびR0 を代入することによっ
て、金属管の内径(D)と光ファイバ−の直径(d)と
の差(D−d)を算定することができる。従って、Dお
よびdは一定の制約条件の下で決まる。
て、金属管の内径(D)と光ファイバ−の直径(d)と
の差(D−d)を算定することができる。従って、Dお
よびdは一定の制約条件の下で決まる。
【0026】次いで、上記L、Lf 、D、およびdを前
記(2)および(3)式に代入することによって、セン
サ−部分の光ファイバ−の巻き回数(N)およびピッチ
(p)が決まる。このようにして光ファイバ−歪みセン
サ−の寸法・形状諸元が決まると、上述したように
(6)および(9)式からセンサ−の性能が決定され
る。
記(2)および(3)式に代入することによって、セン
サ−部分の光ファイバ−の巻き回数(N)およびピッチ
(p)が決まる。このようにして光ファイバ−歪みセン
サ−の寸法・形状諸元が決まると、上述したように
(6)および(9)式からセンサ−の性能が決定され
る。
【0027】一般に、光ファイバー歪みセンサーを製造
する場合、その寸法・形状諸元の設定値に基づき光ファ
イバー歪みセンサーを製造する。しかしながら、実際に
は、センサー性能が所望の値になるように寸法・形状諸
元を定め、次いで光ファイバー歪みセンサーの製造にと
りかかる。請求項1および請求項2記載の発明において
も、上述したセンサー性能が決まる工程を逆にたどるこ
とによって、はじめに所望のセンサー性能を決め、これ
に基づいて寸法・形状諸元を決定し製造段階に入る。
する場合、その寸法・形状諸元の設定値に基づき光ファ
イバー歪みセンサーを製造する。しかしながら、実際に
は、センサー性能が所望の値になるように寸法・形状諸
元を定め、次いで光ファイバー歪みセンサーの製造にと
りかかる。請求項1および請求項2記載の発明において
も、上述したセンサー性能が決まる工程を逆にたどるこ
とによって、はじめに所望のセンサー性能を決め、これ
に基づいて寸法・形状諸元を決定し製造段階に入る。
【0028】この発明の光ファイバ−歪みセンサ−およ
びその製造方法は上述したとおりであるから、測定対象
物と測定目的等に適した光ファイバ−歪みセンサ−を製
造することができ、しかも、この発明の光ファイバ−歪
みセンサ−を用いた構造物の歪み測定方法により、測定
対象物の歪みおよび変形量を精度よく、正確に測定する
ことができる。なお、(6)式から明らかなように、セ
ンサ−感度を高く設定する場合は、初期曲率半径を小さ
くし、逆にセンサ−感度を低くする場合には、初期曲率
半径を大きくすればよい。
びその製造方法は上述したとおりであるから、測定対象
物と測定目的等に適した光ファイバ−歪みセンサ−を製
造することができ、しかも、この発明の光ファイバ−歪
みセンサ−を用いた構造物の歪み測定方法により、測定
対象物の歪みおよび変形量を精度よく、正確に測定する
ことができる。なお、(6)式から明らかなように、セ
ンサ−感度を高く設定する場合は、初期曲率半径を小さ
くし、逆にセンサ−感度を低くする場合には、初期曲率
半径を大きくすればよい。
【0029】
【実施例】次に、この発明の光ファイバ−歪みセンサ−
を実施例により、図面を参照して更に説明する。
を実施例により、図面を参照して更に説明する。
【0030】図1は、この発明の光ファイバ−歪みセン
サ−の一実施態様を示す概略縦断面図、図2は、図1の
AA線断面図である。
サ−の一実施態様を示す概略縦断面図、図2は、図1の
AA線断面図である。
【0031】図1および図2において、1’は、光ファ
イバ−歪みセンサ−であって、金属管1の内部にスパイ
ラル状の光ファイバ−2が内接して挿入されている。金
属管1は、例えばステンレス製であり、管内径は1〜2
mm、管厚は0.1〜0.2mmである。光ファイバ−
2は、単一モ−ドであっても、多モ−ドであってもよ
く、光ファイバ−2は、光ファイバ−素線の全表面を所
謂一次被覆材(図示せず)で被覆されている。但し、被
覆材の材質を限定するものではない。所望のセンサ−性
能を決めた後、光ファイバ−歪みセンサ−1’の寸法・
形状諸元を上述した方法で決める。なお、同図に示した
光ファイバ−歪みセンサ−1’の光ファイバ−2に関し
ては、初期曲率半径を所定の値に設定することに最大の
特徴がある。
イバ−歪みセンサ−であって、金属管1の内部にスパイ
ラル状の光ファイバ−2が内接して挿入されている。金
属管1は、例えばステンレス製であり、管内径は1〜2
mm、管厚は0.1〜0.2mmである。光ファイバ−
2は、単一モ−ドであっても、多モ−ドであってもよ
く、光ファイバ−2は、光ファイバ−素線の全表面を所
謂一次被覆材(図示せず)で被覆されている。但し、被
覆材の材質を限定するものではない。所望のセンサ−性
能を決めた後、光ファイバ−歪みセンサ−1’の寸法・
形状諸元を上述した方法で決める。なお、同図に示した
光ファイバ−歪みセンサ−1’の光ファイバ−2に関し
ては、初期曲率半径を所定の値に設定することに最大の
特徴がある。
【0032】図3は、この発明の光ファイバ−歪みセン
サ−1’が長さ方向に引張力Tをうけて引張変形した場
合の、初期状態に対する変形状態を示す概略縦断面図で
あり、図4は、この発明の光ファイバ−歪みセンサ−
1’が長さ方向に圧縮力Cを受けて圧縮変形した場合
の、初期状態に対する変形状態を示す概略縦断面図であ
る。
サ−1’が長さ方向に引張力Tをうけて引張変形した場
合の、初期状態に対する変形状態を示す概略縦断面図で
あり、図4は、この発明の光ファイバ−歪みセンサ−
1’が長さ方向に圧縮力Cを受けて圧縮変形した場合
の、初期状態に対する変形状態を示す概略縦断面図であ
る。
【0033】光ファイバ−2の曲率半径は、引張変形に
よって初期曲率半径R0 から引張変形後の曲率半径Rt
に変化し、また、圧縮変形によって初期曲率半径R0 か
ら圧縮変形後の曲率半径Rc に変化する。この場合、初
期の曲率半径R0 は、例えば、下記(1’)式: で表され、また、Rt またはRc と金属管1の歪みε
(引張の場合は正、圧縮の場合は負)との関係は、例え
ば、下記(1tc)式: 但し、D:金属管1の内径 d:光ファイバ−2の外径 L:金属管1の長さ Lf :光ファイバ−2の長さ で表わされる。
よって初期曲率半径R0 から引張変形後の曲率半径Rt
に変化し、また、圧縮変形によって初期曲率半径R0 か
ら圧縮変形後の曲率半径Rc に変化する。この場合、初
期の曲率半径R0 は、例えば、下記(1’)式: で表され、また、Rt またはRc と金属管1の歪みε
(引張の場合は正、圧縮の場合は負)との関係は、例え
ば、下記(1tc)式: 但し、D:金属管1の内径 d:光ファイバ−2の外径 L:金属管1の長さ Lf :光ファイバ−2の長さ で表わされる。
【0034】一方、光ファイバ−の曲率半径と光伝送損
失量との間には、例えば、下記(4)式: α ≒80R-1.9 --------------------------------------- (4) 但し、 R:曲率半径(mm) α:光伝送損失量(dB) の関係がある。光ファイバ−歪みセンサ−を測定対象物
に溶接して取り付け、測定対象物が変形した場合の光伝
送損失量の変化を測定し、(1tc)および(4)式に基
づき、金属管1の歪みを算出することによって、測定対
象物の歪みおよび変形量を算定する。
失量との間には、例えば、下記(4)式: α ≒80R-1.9 --------------------------------------- (4) 但し、 R:曲率半径(mm) α:光伝送損失量(dB) の関係がある。光ファイバ−歪みセンサ−を測定対象物
に溶接して取り付け、測定対象物が変形した場合の光伝
送損失量の変化を測定し、(1tc)および(4)式に基
づき、金属管1の歪みを算出することによって、測定対
象物の歪みおよび変形量を算定する。
【0035】図5は、この発明の光ファイバ−歪みセン
サ−の一実施例の使用方法を説明する図である。同図に
おいて、光ファイバ−歪みセンサ−1’はステンレス製
固定フランジ3にスポット溶接され、そして、上記固定
フランジ3は測定対象構造物であるパイプライン4にス
ポット溶接されている。光ファイバ−歪みセンサ−1’
の一端から導出された光ファイバ−2’の端部には、コ
ネクタ−5を介して光源6に接続され、そして、光ファ
イバ−歪みセンサ−1’の他端から導出された光ファイ
バ−2’の端部には、別のコネクタ−5を介してパワ−
メ−タ−7に接続されている。
サ−の一実施例の使用方法を説明する図である。同図に
おいて、光ファイバ−歪みセンサ−1’はステンレス製
固定フランジ3にスポット溶接され、そして、上記固定
フランジ3は測定対象構造物であるパイプライン4にス
ポット溶接されている。光ファイバ−歪みセンサ−1’
の一端から導出された光ファイバ−2’の端部には、コ
ネクタ−5を介して光源6に接続され、そして、光ファ
イバ−歪みセンサ−1’の他端から導出された光ファイ
バ−2’の端部には、別のコネクタ−5を介してパワ−
メ−タ−7に接続されている。
【0036】このように構成された装置において、パイ
プライン4に発生した歪みに応じて金属管1に歪みが発
生し、これにより生じる光ファイバ−2の曲率半径の変
化により、光源6から発せられた光の光伝送損失量がパ
ワ−メ−タ−7によって測定される。そこで、光ファイ
バ−の曲率半径と光伝送損失量との間の関係式:(4)
式より光ファイバ−の曲率半径を算定し、次いで、上記
(1tc)式に基づき、金属管1の歪みを算定し、パイプ
ラインの歪みを求める。
プライン4に発生した歪みに応じて金属管1に歪みが発
生し、これにより生じる光ファイバ−2の曲率半径の変
化により、光源6から発せられた光の光伝送損失量がパ
ワ−メ−タ−7によって測定される。そこで、光ファイ
バ−の曲率半径と光伝送損失量との間の関係式:(4)
式より光ファイバ−の曲率半径を算定し、次いで、上記
(1tc)式に基づき、金属管1の歪みを算定し、パイプ
ラインの歪みを求める。
【0037】光伝送損失量の測定方法としては、パワ−
メ−タ−7による透過光を用いる方法の他、OTDR装
置(光パルス試験器)による後方散乱光を用いる方法で
もよい。また、センサ−部分以外の光ファイバ−2に
は、金属管に内接して挿入された光ファイバ−をそのま
ま用いてもよいし、また、他の材料で被覆された光ファ
イバ−を用いてもよい。
メ−タ−7による透過光を用いる方法の他、OTDR装
置(光パルス試験器)による後方散乱光を用いる方法で
もよい。また、センサ−部分以外の光ファイバ−2に
は、金属管に内接して挿入された光ファイバ−をそのま
ま用いてもよいし、また、他の材料で被覆された光ファ
イバ−を用いてもよい。
【0038】図6は、図5に示したこの発明による光フ
ァイバ−歪みセンサ−の使用方法によって、パイプライ
ンの歪みを測定した結果の一例を示すグラフである。パ
イプラインの変形は圧縮変形である。ここで使用した光
ファイバ−歪みセンサ−1’は、金属管1の内径
(D):0.7mm、光ファイバ−2の外径(d):
0.25mm、金属管1の長さ(L):200mm、光
ファイバ−2の長さ(Lf ):200.6mmのもので
ある。
ァイバ−歪みセンサ−の使用方法によって、パイプライ
ンの歪みを測定した結果の一例を示すグラフである。パ
イプラインの変形は圧縮変形である。ここで使用した光
ファイバ−歪みセンサ−1’は、金属管1の内径
(D):0.7mm、光ファイバ−2の外径(d):
0.25mm、金属管1の長さ(L):200mm、光
ファイバ−2の長さ(Lf ):200.6mmのもので
ある。
【0039】図6において、縦軸は光伝送損失量を、横
軸はパイプラインの歪みを示す。同図より、この実施例
における歪みの測定量は0〜0.8%であったことを示
している。また、センサ−感度(s)は、0.52db
/%である。
軸はパイプラインの歪みを示す。同図より、この実施例
における歪みの測定量は0〜0.8%であったことを示
している。また、センサ−感度(s)は、0.52db
/%である。
【0040】このように、歪みの測定範囲およびセンサ
−感度を自由に設定することができる光ファイバ−歪み
センサ−によって、光伝送損失量から構造物の歪みおよ
び変形量を求めることができ、また、測定対象物が鋼構
造物の場合には、この光ファイバ−歪みセンサ−を溶接
により容易に且つ確実に取り付けることができる。この
発明の光ファイバ−歪みセンサ−を用いる測定系は、図
5に示した構成に限られるものではない。また、この発
明の金属管被覆光ファイバ−の測定対象物への取付方法
については、溶接による方法に限られず、金属管および
測定対象物の材質に応じて接着等を適宜採用することが
できる。
−感度を自由に設定することができる光ファイバ−歪み
センサ−によって、光伝送損失量から構造物の歪みおよ
び変形量を求めることができ、また、測定対象物が鋼構
造物の場合には、この光ファイバ−歪みセンサ−を溶接
により容易に且つ確実に取り付けることができる。この
発明の光ファイバ−歪みセンサ−を用いる測定系は、図
5に示した構成に限られるものではない。また、この発
明の金属管被覆光ファイバ−の測定対象物への取付方法
については、溶接による方法に限られず、金属管および
測定対象物の材質に応じて接着等を適宜採用することが
できる。
【0041】
【発明の効果】上述したように、この発明によれば、構
造物の測定対象物の歪み量および変形量を測定する場
合、特に、: (1)光ファイバ−歪みセンサ−の製造時に、金属管の
長さと内径および金属管内部の光ファイバ−の外径と長
さを自在に調整することで、歪み量測定範囲およびセン
サ−感度を自由に設定することができる。 (2)金属管内の光ファイバ−は、金属管の変形に対応
して、自在に曲率半径が変化するので、金属管が固定さ
れた構造物の変形は、光ファイバ−の曲率変化による光
伝送量の変化となって示され、定量的な評価を精度よく
行なうことができる。 (3)構造物への光ファイバ−歪みセンサ−の取付けに
ついては、構造物が鋼製であれば、溶接を用いることが
できるため、確実、且つ、容易に行なうことができる。 という効果が得られる光ファイバ−歪みセンサ−を提供
することができ、工業上極めて有用な効果がもたらされ
る。
造物の測定対象物の歪み量および変形量を測定する場
合、特に、: (1)光ファイバ−歪みセンサ−の製造時に、金属管の
長さと内径および金属管内部の光ファイバ−の外径と長
さを自在に調整することで、歪み量測定範囲およびセン
サ−感度を自由に設定することができる。 (2)金属管内の光ファイバ−は、金属管の変形に対応
して、自在に曲率半径が変化するので、金属管が固定さ
れた構造物の変形は、光ファイバ−の曲率変化による光
伝送量の変化となって示され、定量的な評価を精度よく
行なうことができる。 (3)構造物への光ファイバ−歪みセンサ−の取付けに
ついては、構造物が鋼製であれば、溶接を用いることが
できるため、確実、且つ、容易に行なうことができる。 という効果が得られる光ファイバ−歪みセンサ−を提供
することができ、工業上極めて有用な効果がもたらされ
る。
【図1】この発明の光ファイバ−歪みセンサ−の一実施
態様を示す概略縦断面図である。
態様を示す概略縦断面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】この発明の光ファイバ−歪みセンサ−が長さ方
向に引張変形した場合の、センサ−の初期状態に対する
変形後状態を示す概略縦断面図である。
向に引張変形した場合の、センサ−の初期状態に対する
変形後状態を示す概略縦断面図である。
【図4】この発明の光ファイバ−歪みセンサ−が長さ方
向に圧縮変形した場合の、センサ−の初期状態に対する
変形後状態を示す概略縦断面図である。
向に圧縮変形した場合の、センサ−の初期状態に対する
変形後状態を示す概略縦断面図である。
【図5】この発明の光ファイバ−歪みセンサ−の一実施
例の使用方法を説明する図である。
例の使用方法を説明する図である。
【図6】図5に示した方法によって、パイプラインの歪
み量を測定した結果の一例を示すグラフである。
み量を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図7】従来の光ファイバ−歪みセンサ−の一例を示す
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図8】図7に示した光ファイバ−歪みセンサ−をシス
テム化した一例の説明図である。
テム化した一例の説明図である。
【符号の説明】 L センサ−長 T 引張力 C 圧縮力 P 初期のスパイラルピッチ Pt 引張変形後のスパイラルピッチ Pc 圧縮変形後のスパイラルピッチ 1 金属管 1’ 光ファイバ−歪みセンサ− 2 光ファイバ− 2’ 光ファイバ−(光ファイバ−歪みセンサ−から導
出された) 3 固定フランジ 4 パイプライン 5 コネクタ− 6 光源 7 パワ−メ−タ− 8 パイプ 9 従来の光ファイバ−歪みセンサ− 10 集光レンズ
出された) 3 固定フランジ 4 パイプライン 5 コネクタ− 6 光源 7 パワ−メ−タ− 8 パイプ 9 従来の光ファイバ−歪みセンサ− 10 集光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−190237(JP,A) 特開 昭60−219503(JP,A) 特開 昭60−13207(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/16
Claims (3)
- 【請求項1】金属管と前記金属管の内周面に密着してス
パイラル状に形成された光ファイバーとからなることを
特徴とする光ファイバー歪みセンサーの製造方法であっ
て、はじめに、前記光ファイバー歪みセンサーの所望の
歪み測定範囲ε range およびセンサー感度sを定め、前
記金属管の長さLと、前記金属管の内径Dと、前記光フ
ァイバーの長さL f および、前記光ファイバーの直径d
と、前記光ファイバーの初期曲率半径R 0 との関係を近
似した式と、前記光ファイバーの初期曲率半径R 0 と、
前記金属管の内径Dおよび前記光ファイバーの直径d
と、前記光ファイバー歪みセンサーのセンサー感度sと
の関係を近似した式と、前記金属管の長さLと、前記金
属管の内径Dと、前記光ファイバーの長さL f および前
記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバー歪みセン
サーの歪み測定範囲ε range との関係式に基づき、はじ
めに定めた前記光ファイバー歪みセンサーの所望の歪み
測定範囲ε range およびセンサー感度sが得られるため
の、前記金属管の長さL、前記金属管の内径D、前記光
ファイバーの長さL f および前記光ファイバーの直径d
を決定することを特徴とする、光ファイバー歪みセンサ
ーの製造方法。 - 【請求項2】金属管と前記金属管の内周面に密着してス
パイラル状に形成された光ファイバーとからなることを
特徴とする光ファイバー歪みセンサーの製造方法であっ
て、はじめに、前記光ファイバー歪みセンサーの所望の
歪み測定範囲ε range およびセンサー感度sを定め、前
記金属管の長さLと、前記金属管の内径Dと、前記光フ
ァイバーの長さL f および、前記光ファイバーの直径d
と、前記光ファイバーの初期曲率半径R 0 との関係を近
似した式と、前記光ファイバーの初期曲率半径R 0 と、
前記金属管の内径Dおよび前記光ファイバーの直径d
と、前記光ファイバー歪みセンサーのセンサー感度sと
の関係を近似した式と、前記金属管の長さLと、前記金
属管の内径Dと、前記光ファイバーの長さL f および前
記光ファイバーの直径dと、前記光ファイバー歪みセン
サーの歪み測定範囲ε range との関係式に基づき、はじ
めに定めた前記光ファイバー歪みセンサーの所望の歪み
測定範囲ε range およびセンサー感度sが得られるため
の、前記金属管の長さL、前 記金属管の内径Dおよび前
記光ファイバーの初期曲率半径R 0 を決定することを特
徴とする、光ファイバー歪みセンサーの製造方法。 - 【請求項3】所定長さの光ファイバーを、所定長さの金
属管の一端から他端に向けて前記金属管の内周面に密着
させてスパイラル状に形成させつつ挿入し、前記金属管
の前記他端において前記光ファイバーの挿入の先端を受
け止め、前記光ファイバーの挿入の後端を前記金属管の
前記一端で押し止め、前記金属管内部にスパイラル状に
形成された前記光ファイバーを内接させることを特徴と
する、請求項2記載の光ファイバー歪みセンサーの製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18468795A JP3209049B2 (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 光ファイバー歪みセンサーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18468795A JP3209049B2 (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 光ファイバー歪みセンサーの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0914927A JPH0914927A (ja) | 1997-01-17 |
JP3209049B2 true JP3209049B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=16157622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18468795A Expired - Fee Related JP3209049B2 (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 光ファイバー歪みセンサーの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3209049B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220364846A1 (en) * | 2019-09-03 | 2022-11-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Fiber optic cable sensing device, fiber optic cable sensing method, and program |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100487363C (zh) | 2002-11-27 | 2009-05-13 | 岸田欣增 | 光纤测量组件 |
JP4706475B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2011-06-22 | 日立電線株式会社 | 光学式センサを用いた測定方法 |
JP4299839B2 (ja) * | 2006-01-27 | 2009-07-22 | 株式会社大林組 | 光ファイバセンサー |
JP5184876B2 (ja) * | 2007-12-21 | 2013-04-17 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバセンサ及び光ファイバセンサを用いた歪み及び温度測定方法 |
CN101943568B (zh) * | 2009-06-10 | 2012-06-27 | 香港纺织及成衣研发中心 | 用于检测大的反复形变的纤维应变传感器以及测量系统 |
BR112015023997A2 (pt) * | 2013-03-21 | 2017-07-18 | Osmos Sa | método para o monitoramento de um elemento de rotação por meio de um dispositivo de monitoramento utilizando fibra óptica e turbina eólica equipada com o referido dispositivo |
CN103512687A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-01-15 | 国网电力科学研究院 | 一种光纤式钢筋计 |
CN105954236B (zh) * | 2016-03-10 | 2018-08-31 | 哈尔滨工程大学 | 一种纤维集成多螺旋芯光纤spr传感阵列芯片 |
CN106610273B (zh) * | 2016-12-08 | 2019-03-15 | 天津大学 | 基于螺旋光纤光栅传感器阵列的形状检测装置和方法 |
CN107449368B (zh) * | 2017-08-17 | 2019-05-21 | 中国水利水电科学研究院 | 一种埋地管道变形模式检测方法 |
CN107504915B (zh) * | 2017-08-17 | 2019-06-25 | 中国水利水电科学研究院 | 埋地管道变形程度检测方法及埋地管道变形程度评价方法 |
CN110057309B (zh) * | 2019-05-21 | 2024-02-09 | 衢州学院 | 一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法 |
-
1995
- 1995-06-28 JP JP18468795A patent/JP3209049B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220364846A1 (en) * | 2019-09-03 | 2022-11-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Fiber optic cable sensing device, fiber optic cable sensing method, and program |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0914927A (ja) | 1997-01-17 |
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