JP3408076B2 - Optical fiber displacement sensor - Google Patents

Optical fiber displacement sensor

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JP3408076B2
JP3408076B2 JP23913896A JP23913896A JP3408076B2 JP 3408076 B2 JP3408076 B2 JP 3408076B2 JP 23913896 A JP23913896 A JP 23913896A JP 23913896 A JP23913896 A JP 23913896A JP 3408076 B2 JP3408076 B2 JP 3408076B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定対象物の変
位を光ファイバの定量的な損失に変換することによって
計測する光ファイバ変位センサに関するものであり、更
に詳しくは計測雰囲気温度による出力値の変動および経
時変化の変動を少なくした光ファイバ変位センサに関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber displacement sensor for measuring displacement of an object to be measured by converting it into a quantitative loss of an optical fiber. The present invention relates to an optical fiber displacement sensor in which the fluctuation of the fluctuations in time and the fluctuations over time are reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバに曲げを与え伝送損失変化を
発生させ、伝送損失の変化を後方散乱光の強度を測定す
るOTDR(Optical time domain reflectometer )装
置で計測し、損失の大きさと発生位置から、変位等の物
理量変化の大きさとそれが起こっている位置を求める方
法は良く知られた技術である。例えば、図9に示すよう
に、光ファイバFを波形の凹凸のある治具31A、31
Bで挟み込み、この間隔を変化させたときの光ファイバ
Aの損失変化から変位量を検知するという報告が次の文
献でなされている。(J.W.Berthold,"Industrial appl
ications of fiber optic sensors", SPIE Vol.566 Fi
ber Optic andLaser sensors III,1985)
2. Description of the Related Art Bending of an optical fiber causes a change in transmission loss, and the change in transmission loss is measured by an OTDR (Optical time domain reflectometer) device for measuring the intensity of backscattered light. The method of obtaining the magnitude of a physical quantity change such as displacement and the position where it occurs is a well-known technique. For example, as shown in FIG. 9, the optical fiber F is connected to jigs 31A, 31
The following document reports that the amount of displacement is detected from the loss change of the optical fiber A when sandwiched by B and the distance is changed. (JWBerthold, "Industrial appl
ications of fiber optic sensors ", SPIE Vol.566 Fi
ber Optic and Laser sensors III, 1985)

【0003】図10は、図9の方法で光ファイバFの損
失値を計測した結果を示すもので、治具31A、31B
の間隔に応じて損失値の変化がみられ、変位を検知でき
ることが分かる。したがって、一定の変位が生じた場合
に、例えば警報を発するような監視機構にはこのような
方法で対応が可能である。一方、光ファイバに損失を与
える方法としては、特開昭61−258131号公報や
特開平6−148017号公報に開示されているよう
に、光ファイバをあらかじめループ状に輪取りしたもの
に楕円変形を与える方法も公知となっている。また上記
と類似の技術で、特開平6−339193号公報に示さ
れるループ状光ファイバを使用した光音響センサも提案
されているが、これらは曲げ損失変化ではなく、位相変
化を検知する方法が主流である。
FIG. 10 shows the result of measuring the loss value of the optical fiber F by the method of FIG. 9, and shows the jigs 31A and 31B.
It can be seen that the change of the loss value is seen according to the interval of, and the displacement can be detected. Therefore, when a constant displacement occurs, for example, a monitoring mechanism that issues an alarm can be dealt with by such a method. On the other hand, as a method for giving a loss to an optical fiber, as disclosed in JP-A-61-258131 and JP-A-6-148017, the optical fiber is elliptically deformed into a loop in advance. The method of giving is also known. A photoacoustic sensor using a loop-shaped optical fiber, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-339193, is also proposed by a technique similar to the above, but a method of detecting a phase change instead of a bending loss change is proposed. Mainstream.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に変位を定量的に
計測する場合、一定の変位量に対して、例えば光ファイ
バ変位センサにあっては、発生損失の経時変化が無く、
また何回測定しても再現性の良い結果が得られなければ
意味がない。図11は、前述の図9に示す凹凸の治具で
挟んだ状態で一定時間放置したときの損失値の変化量を
測定したものである。図11に示すように、時間の経過
とともに損失値が変化(減少)する傾向がみられる。こ
れは、光ファイバに曲げが与えられる部分が治具に接触
していることによって、この部分の被覆と光ファイバ間
の微少な滑りや、面圧の影響により光ファイバの曲げ半
径が微妙に変化するためであると考えられる。同様の影
響により、同じ変位を与えた条件下でもその発生損失の
再現性に乏しいことが確認されている。
Generally, in the case of quantitatively measuring displacement, for example, in an optical fiber displacement sensor, there is no change over time in the generated loss for a fixed displacement amount.
In addition, it is meaningless unless the results with good reproducibility are obtained no matter how many times the measurement is performed. FIG. 11 is a graph in which the amount of change in the loss value is measured when left for a certain period of time while being sandwiched between the uneven jigs shown in FIG. As shown in FIG. 11, the loss value tends to change (decrease) over time. This is because the part where the optical fiber is bent is in contact with the jig, and the bending radius of the optical fiber changes subtly due to the slight sliding between the coating of this part and the optical fiber and the influence of the surface pressure. It is thought to be for doing. It has been confirmed that due to the same effect, the reproducibility of the generated loss is poor even under the same displacement condition.

【0005】一方、光ファイバをループ状に成形したも
のに楕円変形を与える方法には、主に次のような3つの
問題点がある。1つは、光ファイバの発生損失の非線形
性の問題である。これは、例えば1992年の電子情報
通信学会春季大会B−893で報告されているように、
曲げにより放射モードとなった光の一部が伝搬光として
再結合することによって生じる損失値の変動である。曲
げ半径に対し、周期的な増減を示すこの影響を避けるた
めには、変曲点を含まない微少損失変化範囲をセンシン
グの検知領域とする必要がある。
On the other hand, the method of giving elliptical deformation to a loop-shaped optical fiber mainly has the following three problems. One is the problem of nonlinearity of the generated loss of the optical fiber. This is reported, for example, in the 1992 IEICE Spring Conference B-893,
This is the fluctuation of the loss value caused by the recombination of a part of the light in the radiation mode due to bending as propagating light. In order to avoid this effect which shows a periodic increase and decrease with respect to the bending radius, it is necessary to set the minute loss change range not including the inflection point as the detection area of sensing.

【0006】2つめは、損失発生値の再現性の問題であ
る。例えば、特開平6−148017号公報に示されて
いるように、光ファイバを所定の直径の円筒体に巻き付
ける場合には、その円筒体の弾性率の時間的な変化によ
り、一定変位に対する光ファイバの曲げ径の分布が変化
してしまう。これは、円筒体に巻き付けることなく光フ
ァイバのみをループ状に輪取りした場合にも、被覆材の
特性変化により発生しうるものである。もう一つの問題
は、温度変化による損失値の変動である。これについて
は、検知部の損失発生値が大きければ、相対的に温度変
化による測定誤差も小さくなるが、微少な損失変化を精
度良く測定するには大きな問題となる。
The second problem is the reproducibility of the loss occurrence value. For example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-148017, when an optical fiber is wound around a cylindrical body having a predetermined diameter, the optical fiber with respect to a constant displacement due to a temporal change in elastic modulus of the cylindrical body. The distribution of the bending diameter will change. This can occur due to the change in the characteristics of the coating material even when the optical fiber is looped around without being wound around the cylindrical body. Another problem is fluctuation of the loss value due to temperature change. Regarding this, if the loss occurrence value of the detection unit is large, the measurement error due to the temperature change becomes relatively small, but it becomes a big problem to accurately measure the minute loss change.

【0007】本発明は、上記の課題を解決し、温度変化
の想定される環境下でも変位に対して定量的な損失値の
再現性がよく得られる光ファイバ変位センサを提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and provide an optical fiber displacement sensor capable of obtaining quantitative loss value reproducibility with respect to displacement even in an environment where temperature changes are expected. To do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために以下のような手段を有している。
The present invention has the following means in order to solve the above problems.

【0009】本発明の請求項1の光ファイバ変位センサ
は、光ファイバをループ状に輪取りして2つの支持物の
間に配置し、支持物の間隔の変位に応じて前記ループ状
の光ファイバに曲げを発生させ、その損失変化量から支
持物の間隔の変位量を検知する光ファイバ変位センサに
おいて、前記光ファイバは、紫外線硬化樹脂被覆された
分散シフト型シングルモード光ファイバであることを特
徴とする。
In the optical fiber displacement sensor according to claim 1 of the present invention, the optical fibers are looped in a loop shape and arranged between two supports, and the loop-shaped optical sensor is arranged according to the displacement of the distance between the supports. In an optical fiber displacement sensor that generates a bend in a fiber and detects a displacement amount of a support from the loss change amount thereof, the optical fiber is a dispersion shift single mode optical fiber coated with an ultraviolet curable resin. Characterize.

【0010】本発明の請求項2の光ファイバ変位センサ
は、更に前記ループ状の光ファイバの内径が25mm以
下であって、前記光ファイバは曲げによる損失変化の範
囲が3dB以内で、−5°Cから70°Cの雰囲気内で
温度変化の損失値の変動が±0.05dB以内となって
いることを特徴とする。
In the optical fiber displacement sensor according to claim 2 of the present invention, further, the inner diameter of the loop-shaped optical fiber is 25 mm or less, and the range of loss change due to bending of the optical fiber is within 3 dB, and -5 °. It is characterized in that the variation of the loss value due to temperature change is within ± 0.05 dB in the atmosphere from C to 70 ° C.

【0011】本発明の請求項1の光ファイバ変位センサ
によれば、2つの支持物の間にループ状に配置された光
ファイバは、2つの支持物の変位により楕円形に変形す
る。この変形に際して光ファイバの特定の部分の曲げ半
径が小さくなり、伝送損失が変化する。この曲げ半径が
小さくなる部分は2つの支持物の支持点に対し、例えば
90゜ずれた位置で発生する。すなわち、図9に示す従
来のように支持点の部分の曲げ半径が小さくなるのとは
異なり、支持点の微妙な滑りや面圧による損失変化への
影響はほとんど発生せず、2つの支持物の支持点の変位
に対し安定した損失変化を得ることが可能である。
According to the optical fiber displacement sensor of the first aspect of the present invention, the optical fiber arranged in a loop between the two supports is deformed into an elliptical shape by the displacement of the two supports. At the time of this deformation, the bending radius of a specific portion of the optical fiber becomes small, and the transmission loss changes. The portion where the bending radius becomes small occurs at a position deviated, for example, by 90 ° from the support points of the two supports. That is, unlike the conventional method shown in FIG. 9 in which the bending radius of the supporting point portion is reduced, there is almost no effect on the loss change due to subtle sliding or surface pressure of the supporting point, and the two supporting members It is possible to obtain a stable loss change with respect to the displacement of the supporting point of.

【0012】本発明の光ファイバ変位センサにあって
は、2つの支持物の間にループ状に配置された光ファイ
バは、分散シフト型シングルモードファイバとなってい
る。曲げ損失の発生感度は、伝搬光の通路であるモード
フィールド径、コアとクラッドの屈折率分布によりほぼ
決定される。例えば、マルチモードファイバを適用した
場合は、発生損失の感度、すなわち、同じ変位量に対す
る発生損失の大きさは大きくなるが、複数のモードが伝
送されているので、高次モードほど損失が激しく、複数
のセンサを直列に接続した場合に、各センサの出力値が
一定でなくなってしまう。
In the optical fiber displacement sensor of the present invention, the optical fiber arranged in a loop between the two supports is a dispersion shift type single mode fiber. Bending loss generation sensitivity is substantially determined by the mode field diameter, which is the path of propagating light, and the refractive index distribution of the core and the cladding. For example, when a multimode fiber is applied, the sensitivity of the generated loss, that is, the magnitude of the generated loss for the same amount of displacement increases, but since multiple modes are transmitted, the higher the mode, the more severe the loss. When a plurality of sensors are connected in series, the output value of each sensor will not be constant.

【0013】これに対して、分散シフト型シングルモー
ド光ファイバの場合は前述のマルチモードファイバのよ
うな高次モードの減衰は発生せず、所定の曲げ半径を選
択すれば、任意の損失変化を発生させることは容易に可
能となる。一般に分散シフト型シングルモード光ファイ
バは曲げに対する発生損失が小さいことが知られてお
り、曲げ損失を検知するためのセンシング媒体として
は、通常用いられることはない。また、光ファイバ変位
センサの光ファイバは、曲げられた光ファイバに温度変
化が与えられた場合、被覆材と光ファイバの石英部分と
の熱変形特性の違いにより、光ファイバ自身に微小な曲
げ径の変化が生じる。この微小な曲げ径の変化は、同じ
発生損失を与えられたループ状の光ファイバであって
も、その経路の長い、すなわち曲げ径の大きなループの
方がより大きな温度変化による影響を受け損失値の変化
も大きくなる。
On the other hand, in the case of the dispersion-shifted single-mode optical fiber, the attenuation of higher-order modes as in the above-mentioned multi-mode fiber does not occur, and if a predetermined bending radius is selected, an arbitrary loss change can be achieved. It can be easily generated. It is generally known that a dispersion-shifted single-mode optical fiber has a small loss caused by bending, and is not usually used as a sensing medium for detecting bending loss. Also, the optical fiber of the optical fiber displacement sensor has a small bending diameter due to the difference in thermal deformation characteristics between the coating material and the quartz part of the optical fiber when the temperature change is applied to the bent optical fiber. Changes occur. This small change in bending diameter is affected by a larger temperature change in a loop with a long path, that is, a loop with a large bending diameter, even if a loop-shaped optical fiber is given the same loss. The change in will also increase.

【0014】本発明の光ファイバ変位センサの光ファイ
バは、分散シフト型シングルモード光ファイバであるの
で温度変化による影響が少なくなっている。さらに、同
様の理由から、被覆材についてもその断面積が小さい方
が望ましく、本実施の形態のように熱変形抵抗の小さな
紫外線硬化樹脂が最適である。図12は、被覆材として
紫外線硬化樹脂およびシリコン樹脂を被覆したシングル
モード光ファイバと分散シフト型シングルモード光ファ
イバのループ状損失付与部に温度変化を与えた際の出力
値の変化を示したものである。初期発生損失はループの
大きさを調整することで設定した。シングルモード光フ
ァイバの曲げ径は約30mm、分散シフト型シングルモ
ード光ファイバの曲げ径は約20mmである。図12に
示すように明らかに、紫外線硬化樹脂で被覆した分散シ
フト型シングルモード光ファイバは所定の温度範囲で発
生損失値の変動が少なく温度特性が優れていることが分
かる。また、放射モードの再結合による損失値の非線形
現象を極力小さくするためにも、モードフィールド径の
小さな分散シフト型シングルモード光ファイバが最適で
ある。
Since the optical fiber of the optical fiber displacement sensor of the present invention is a dispersion shift type single mode optical fiber, the influence of temperature change is small. Further, for the same reason, it is desirable that the coating material has a small cross-sectional area, and the ultraviolet curable resin having a small thermal deformation resistance as in the present embodiment is optimal. FIG. 12 shows a change in output value when a temperature change is applied to a loop-shaped loss-applying portion of a single-mode optical fiber and a dispersion shift single-mode optical fiber coated with an ultraviolet curable resin and a silicone resin as a coating material. Is. The initial loss was set by adjusting the size of the loop. The bending diameter of the single mode optical fiber is about 30 mm, and the bending diameter of the dispersion shift type single mode optical fiber is about 20 mm. As shown in FIG. 12, it is apparent that the dispersion shift type single mode optical fiber coated with the ultraviolet curable resin has a small variation in the generated loss value in a predetermined temperature range and an excellent temperature characteristic. A dispersion-shifted single-mode optical fiber with a small mode field diameter is also optimal in order to minimize the nonlinear phenomenon of the loss value due to the recombination of radiation modes.

【0015】本発明の請求項2の光ファイバ変位センサ
によれば、光ファイバは−5°Cから70°Cの雰囲気
内で温度変化の損失値の変動が±0.05dB以内の分
散シフト型シングルモード光ファイバとなっているの
で、ループ状の光ファイバの内径を25mm以下とする
小型の光ファイバ変位センサとなる。また、本発明の請
求項2の光ファイバ変位センサは、曲げによる損失変化
の範囲が3dB以内となっているので、例えばダイナミ
ックレンジが10dBの測定器においては、初期値が仮
に0dBとすれば3個の光ファイバ変位センサを同時に
監視することができるので効率のよい光ファイバ変位セ
ンサとなる。
According to the optical fiber displacement sensor of claim 2 of the present invention, the optical fiber is a dispersion shift type in which the variation of the loss value due to temperature change is within ± 0.05 dB in the atmosphere of −5 ° C. to 70 ° C. Since it is a single mode optical fiber, it becomes a small optical fiber displacement sensor in which the inner diameter of the loop optical fiber is 25 mm or less. Further, in the optical fiber displacement sensor according to claim 2 of the present invention, since the range of loss change due to bending is within 3 dB, for example, in a measuring instrument having a dynamic range of 10 dB, if the initial value is 0 dB, then 3 Since the optical fiber displacement sensors can be monitored at the same time, the optical fiber displacement sensor becomes efficient.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に本発明の光ファイバ変位セ
ンサの実施の形態を図1ないし図8を参照してより詳細
に説明する。図1は本発明の光ファイバ変位センサの基
本的な構成を示す説明図で、図1において、1は光ファ
イバ変位センサ、2は光ファイバ変位センサ1に用いら
れる分散シフト型シングルモード光ファイバである。分
散シフト型シングルモード光ファイバ2はループ状に輪
取りされて円環状に成形され、2つの支持物3A、3B
の間に配置されている。分散シフト型シングルモード光
ファイバ2はループ状に曲げたことにより生じる初期発
生損失が曲げ径15mmに対して0.05dB/m以下
であり、紫外線硬化樹脂被覆されたモードフィールド径
が7.8μmφのものである。円環状に成形された分散
シフト型シングルモード光ファイバ2には巻付け用の芯
材は存在せず、分散シフト型シングルモード光ファイバ
2単独で円環が形成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the optical fiber displacement sensor of the present invention will be described below in more detail with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory view showing a basic configuration of an optical fiber displacement sensor of the present invention. In FIG. 1, 1 is an optical fiber displacement sensor and 2 is a dispersion shift type single mode optical fiber used in the optical fiber displacement sensor 1. is there. The dispersion shift type single mode optical fiber 2 is looped into a loop and molded into an annular shape.
It is located between. The dispersion-shifted single-mode optical fiber 2 has an initial loss caused by bending into a loop of 0.05 dB / m or less for a bending diameter of 15 mm, and has a mode field diameter of 7.8 μmφ coated with an ultraviolet curable resin. It is a thing. The dispersion-shifting single-mode optical fiber 2 formed into an annular shape has no winding core material, and the dispersion-shifting single-mode optical fiber 2 alone forms an annulus.

【0017】円環状に成形された分散シフト型シングル
モード光ファイバ2は、2つの支持物3A、3Bの変位
により楕円形に変形する。この変形に際して分散シフト
型シングルモード光ファイバ2の特定の部分の曲げ半径
が小さくなり、伝送損失が変化する。この曲げ半径が小
さくなる部分は本実施の形態では、2つの支持物3A、
3Bの支持点に対し、90゜ずれた位置で発生する。円
環ターンの内径(d)は25mm以下とし、ターン数は測
定対象の測定点数、要求精度により適宜調整する。図
2、図3に円環の径及びターン数を変化させたときの発
生損失の測定値を示す。図2、図3より明らかなよう
に、円環の径を変化させることにより損失が発生する変
位量の領域が変化し、また、ターン数に応じてその損失
の大きさが変化する。本光ファイバ変位センサの測定対
象となる変位の特性、すなわち、測定範囲とその大きさ
にもっとも適した径とターン数を決めることにより、精
度の良い計測が可能となる。
The dispersion-shifted single-mode optical fiber 2 formed in an annular shape is deformed into an elliptical shape by the displacement of the two supports 3A and 3B. At the time of this deformation, the bending radius of a specific portion of the dispersion shift type single mode optical fiber 2 becomes small, and the transmission loss changes. In the present embodiment, the part where the bending radius is small is the two supports 3A,
It occurs at a position deviated from the supporting point of 3B by 90 °. The inner diameter (d) of the circular ring turn is 25 mm or less, and the number of turns is appropriately adjusted according to the number of measurement points to be measured and the required accuracy. 2 and 3 show the measured values of the generated loss when the diameter of the ring and the number of turns are changed. As is clear from FIGS. 2 and 3, by changing the diameter of the ring, the region of the displacement amount in which the loss occurs changes, and the size of the loss changes in accordance with the number of turns. By determining the characteristics of the displacement to be measured by the optical fiber displacement sensor, that is, the diameter and the number of turns that are most suitable for the measurement range and its size, accurate measurement becomes possible.

【0018】つまり、測定対象の数が少ない場合はター
ン数を増し、発生損失値を大きくすることで損失測定器
の測定誤差の影響を小さくする。測定対象が多点となる
場合にはターン数を減らして測定器の許容する最大損失
の範囲内(ダイナミックレンジ)に複数の測定値を納め
ることができるようにする。ただし、基本的には複数の
位置での同時計測を対象とすることが望ましいので、1
ヶ所当たりの損失発生値の上限を3dBとするのが理想
的である。1ヶ所当たりの損失発生値の上限を3dBと
すると、例えばダイナミックレンジが10dBの測定器
においては、初期値が仮に0dBとすれば3個の光ファ
イバ変位センサを同時に監視することができるので効率
のよい光ファイバ変位センサとなる。
That is, when the number of objects to be measured is small, the number of turns is increased and the generated loss value is increased to reduce the influence of the measurement error of the loss measuring instrument. When there are multiple points to be measured, reduce the number of turns so that multiple measured values can be stored within the maximum loss range (dynamic range) allowed by the measuring instrument. However, it is basically desirable to target simultaneous measurement at multiple positions.
Ideally, the upper limit of the loss generation value per location is set to 3 dB. If the upper limit of the loss occurrence value per location is 3 dB, for example, in a measuring instrument having a dynamic range of 10 dB, if the initial value is 0 dB, three optical fiber displacement sensors can be monitored simultaneously, so that the efficiency is improved. It is a good optical fiber displacement sensor.

【0019】図4は、光ファイバ変位センサの一定の変
位量に対する損失変化の時間に対する変化を測定したも
のである。図4の光ファイバ変位センサの光ファイバは
ループ状曲げによる初期発生損失が曲げ径15mmに対
し0.05dB/m以下であり、モードフィールド径が
7.8μmφの紫外線硬化樹脂被覆された分散シフト型
シングルモード光ファイバ2を使用し、円環ターンの内
径(d)を24mmとし、ターン数は16としたもので
ある。図4に示すように、時間による変化は現れず、ま
た、繰り返し測定を行っても再現性の高い測定結果が得
られた。図5は、雰囲気温度を−5°C〜70°Cの範
囲で変化させた条件下での損失値のバラツキを測定した
ものである。図5の光ファイバ変位センサは図4で用い
られたものと同様の分散シフト型シングルモード光ファ
イバ2で構成されたもので、円環ターンの内径(d)は
24mm、ターン数は16とした光ファイバ変位センサで
ある。発生損失のバラツキは約±0.03dBであり、
良好な温度特性を示している。
FIG. 4 is a graph showing changes in loss with time of a fixed displacement of the optical fiber displacement sensor. The optical fiber of the optical fiber displacement sensor of FIG. 4 has an initial loss due to loop bending of 0.05 dB / m or less for a bending diameter of 15 mm, and has a mode field diameter of 7.8 μmφ and is coated with an ultraviolet curable resin dispersion shift type. The single mode optical fiber 2 is used, the inner diameter (d) of the annular turn is 24 mm, and the number of turns is 16. As shown in FIG. 4, changes with time did not appear, and highly reproducible measurement results were obtained even after repeated measurements. FIG. 5 shows the variation of the loss value under the condition that the atmospheric temperature is changed in the range of −5 ° C. to 70 ° C. The optical fiber displacement sensor of FIG. 5 is composed of a dispersion shift type single mode optical fiber 2 similar to that used in FIG. 4, and the inner diameter (d) of the annular turn is 24 mm and the number of turns is 16. It is an optical fiber displacement sensor. The variation of the generated loss is about ± 0.03dB,
It shows good temperature characteristics.

【0020】本発明の光ファイバ変位センサは圧力セン
サとしても使用することができる。図6は本発明の光フ
ァイバ変位センサをダイアフラムを用いた圧力センサと
して使用した具体例を示すものである。図6において、
10は光ファイバ変位センサである。光ファイバ変位セ
ンサ10は2枚の壁体11A、11B内に設けられた空
隙17内に配置されている。壁体11Aの内側にはダイ
アフラム12を介して光ファイバ変位センサ10の一方
の支持体13Aが、壁体11Bの内側にはスペーサー1
4を介して光ファイバ変位センサ10の他方の支持体1
3Bが設けられている。15はガス導入口、16は壁体
11A、11Bを固定するボルトである。この圧力セン
サはガス導入口15から導入されたガスによりダイアフ
ラム12が空隙17内で上下に移動する。ダイアフラム
12が上下に移動することによって光ファイバ変位セン
サ10を楕円形に変形する。この変形に伴って光ファイ
バ変位センサ10の曲げ半径が小さくなり伝送損失が変
化する。この伝送損失の変化量をガス圧の変化量に換算
することによりガス圧を測定するものである。
The optical fiber displacement sensor of the present invention can also be used as a pressure sensor. FIG. 6 shows a specific example in which the optical fiber displacement sensor of the present invention is used as a pressure sensor using a diaphragm. In FIG.
Reference numeral 10 is an optical fiber displacement sensor. The optical fiber displacement sensor 10 is arranged in a space 17 provided in the two wall bodies 11A and 11B. One support 13A of the optical fiber displacement sensor 10 is provided inside the wall 11A via the diaphragm 12, and the spacer 1 is provided inside the wall 11B.
The other support 1 of the optical fiber displacement sensor 10 via
3B is provided. Reference numeral 15 is a gas inlet, and 16 is a bolt for fixing the walls 11A and 11B. In this pressure sensor, the diaphragm 12 moves up and down in the space 17 by the gas introduced from the gas inlet 15. As the diaphragm 12 moves up and down, the optical fiber displacement sensor 10 is deformed into an elliptical shape. Along with this deformation, the bending radius of the optical fiber displacement sensor 10 becomes smaller and the transmission loss changes. The gas pressure is measured by converting the amount of change in transmission loss into the amount of change in gas pressure.

【0021】図7は本発明の光ファイバ変位センサをベ
ローズを用いた圧力センサとして使用した具体例を示す
ものである。図7において、20は光ファイバ変位セン
サである。光ファイバ変位センサ10は2個の光ファイ
バ変位センサ固定部材21A、21Bにより支持されて
いる。22は光ファイバ変位センサ20を光ファイバ変
位センサ固定部材21A、21Bに固定するクリップで
ある。光ファイバ変位センサ固定部材21Aはベース2
3に立設されたブラケット24に上下に移動可能に取付
られている。25は光ファイバ変位センサ固定部材21
Aを上下に移動させる間隔調整ねじである。光ファイバ
変位センサ固定部材21Bはベローズ収納体26内のベ
ローズ27の軸28に取付られ、軸28に連動して上下
に移動可能となっている。29は圧力媒体(液体または
気体)導入口である。
FIG. 7 shows a specific example in which the optical fiber displacement sensor of the present invention is used as a pressure sensor using a bellows. In FIG. 7, 20 is an optical fiber displacement sensor. The optical fiber displacement sensor 10 is supported by two optical fiber displacement sensor fixing members 21A and 21B. Reference numeral 22 is a clip for fixing the optical fiber displacement sensor 20 to the optical fiber displacement sensor fixing members 21A and 21B. The optical fiber displacement sensor fixing member 21A is the base 2
It is attached to a bracket 24 which is erected on the upper part 3 so as to be vertically movable. 25 is an optical fiber displacement sensor fixing member 21
A space adjusting screw for moving A up and down. The optical fiber displacement sensor fixing member 21B is attached to the shaft 28 of the bellows 27 in the bellows housing 26, and can move up and down in conjunction with the shaft 28. Reference numeral 29 is a pressure medium (liquid or gas) inlet.

【0022】この圧力センサは圧力媒体(液体または気
体)導入口29から導入された、例えば液体によりベロ
ーズ27が変形して軸28が上下に移動する。軸28が
上下に移動することによって光ファイバ変位センサ固定
部材21Bが上下に連動して移動し光ファイバ変位セン
サ20を楕円形に変形する。この変形に伴って光ファイ
バ変位センサ20の曲げ半径が小さくなり伝送損失が変
化する。この伝送損失の変化量を圧力媒体(液体または
気体)の圧力変化量に換算することにより圧力を測定す
るものである。前記の圧力センサの性能を確認するた
め、測定圧力範囲が2Kg/cm2 ・Gから5Kg/c
2 ・Gのセンサを試作し、20000サイクルの繰り
返し動作試験を行った結果を図8に示す。1000サイ
クル毎に実施した出力損失値のバラツキは±0.015
dB以下であり、繰り返し動作に対する良好な再現性が
確認された。
In this pressure sensor, the bellows 27 is deformed by, for example, a liquid introduced from the pressure medium (liquid or gas) inlet 29, and the shaft 28 moves up and down. When the shaft 28 moves up and down, the optical fiber displacement sensor fixing member 21B moves up and down, and the optical fiber displacement sensor 20 is deformed into an elliptical shape. Along with this deformation, the bending radius of the optical fiber displacement sensor 20 becomes smaller and the transmission loss changes. The pressure is measured by converting the change amount of the transmission loss into the pressure change amount of the pressure medium (liquid or gas). In order to confirm the performance of the pressure sensor, the measurement pressure range is from 2 Kg / cm 2 · G to 5 Kg / c.
FIG. 8 shows the result of the trial production of the m 2 · G sensor and the repeated operation test of 20000 cycles. The variation of the output loss value performed every 1000 cycles is ± 0.015
It was below dB, and good reproducibility against repeated operation was confirmed.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項1の
光ファイバ変位センサによれば、2つの支持物の間にル
ープ状に配置された光ファイバは、分散シフト型シング
ルモードファイバとなっている。分散シフト型シングル
モード光ファイバはマルチモードファイバのような高次
モードの減衰は発生せず、所定の曲げ半径を選択すれ
ば、任意の損失変化を発生させることが容易であり温度
変化による影響が少なくなっている。また、紫外線硬化
樹脂で被覆した分散シフト型シングルモード光ファイバ
は所定の温度範囲で発生損失値の変動が少なく温度特性
が優れている。さらに、分散シフト型シングルモード光
ファイバはモードフィールド径が小さいので放射モード
の再結合による損失値の非線形現象が小さい。以上の結
果、本発明の光ファイバ変位センサは、温度変化の想定
される環境下でも変位に対して定量的な損失値が再現生
よく得られる。
As described above, according to the optical fiber displacement sensor of claim 1 of the present invention, the optical fiber arranged in a loop between the two supports is a dispersion shift type single mode fiber. Has become. Dispersion-shifted single-mode optical fibers do not suffer from higher-order mode attenuation like multimode fibers, and it is easy to generate arbitrary loss changes by selecting a predetermined bend radius, and the effects of temperature changes It's getting less. Further, the dispersion-shifted single-mode optical fiber coated with the ultraviolet curable resin has a small variation in the generated loss value within a predetermined temperature range and has excellent temperature characteristics. Furthermore, since the dispersion-shifted single-mode optical fiber has a small mode field diameter, the nonlinear phenomenon of the loss value due to the recombination of radiation modes is small. As a result of the above, the optical fiber displacement sensor of the present invention can reproducibly obtain a quantitative loss value with respect to displacement even in an environment where temperature changes are expected.

【0024】本発明の請求項2の光ファイバ変位センサ
によれば、光ファイバは−5°Cから70°Cの雰囲気
内で温度変化の損失値の変動が±0.05dB以内の分
散シフト型シングルモード光ファイバとなっているの
で、ループ状の光ファイバの内径を25mm以下とする
小型の光ファイバ変位センサとなる。また、本発明の請
求項2の光ファイバ変位センサは、曲げによる損失変化
の範囲が3dB以内となっているので、例えばダイナミ
ックレンジが10dBの測定器においては、初期値が仮
に0dBとすれば3個の光ファイバ変位センサを同時に
監視することができるので効率のよい光ファイバ変位セ
ンサとなる。
According to the optical fiber displacement sensor of the second aspect of the present invention, the optical fiber is a dispersion shift type in which the variation of the loss value due to the temperature change is within ± 0.05 dB in the atmosphere of −5 ° C. to 70 ° C. Since it is a single mode optical fiber, it becomes a small optical fiber displacement sensor in which the inner diameter of the loop optical fiber is 25 mm or less. Further, in the optical fiber displacement sensor according to claim 2 of the present invention, since the range of loss change due to bending is within 3 dB, for example, in a measuring instrument having a dynamic range of 10 dB, if the initial value is 0 dB, then 3 Since the optical fiber displacement sensors can be monitored at the same time, the optical fiber displacement sensor becomes efficient.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光ファイバ変位センサの基本的な一実
施の形態を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a basic embodiment of an optical fiber displacement sensor of the present invention.

【図2】本発明の光ファイバ変位センサの曲げ変形によ
る発生損失値のターン内径による違いを示す説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory view showing a difference in a loss value caused by bending deformation of an optical fiber displacement sensor of the present invention depending on a turn inner diameter.

【図3】本発明の光ファイバ変位センサの曲げ変形によ
る発生損失値のターン数による違いを示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a difference in a loss value generated due to bending deformation of the optical fiber displacement sensor of the present invention depending on the number of turns.

【図4】本発明の光ファイバ変位センサの曲げ変形によ
る発生損失値の経時変化を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a change over time in a generated loss value due to bending deformation of the optical fiber displacement sensor of the present invention.

【図5】本発明の光ファイバ変位センサの温度依存性を
示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the temperature dependence of the optical fiber displacement sensor of the present invention.

【図6】本発明の光ファイバ変位センサを圧力センサと
して使用した一例を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example in which the optical fiber displacement sensor of the present invention is used as a pressure sensor.

【図7】本発明の光ファイバ変位センサを圧力センサと
して使用した他の例を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view showing another example in which the optical fiber displacement sensor of the present invention is used as a pressure sensor.

【図8】図7に示す光ファイバ変位センサを圧力センサ
として使用して繰り返し動作試験の結果を示す説明図で
ある。
8 is an explanatory diagram showing a result of a repeated operation test using the optical fiber displacement sensor shown in FIG. 7 as a pressure sensor.

【図9】従来の光ファイバ変位センサの一例を示す説明
図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a conventional optical fiber displacement sensor.

【図10】従来の光ファイバ変位センサの曲げ損失測定
結果を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a bending loss measurement result of a conventional optical fiber displacement sensor.

【図11】従来の光ファイバ変位センサの曲げ変形によ
る発生損失値の経時変化を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a change over time in a generated loss value due to bending deformation of a conventional optical fiber displacement sensor.

【図12】各種の光ファイバ変位センサの温度依存性を
示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing temperature dependence of various optical fiber displacement sensors.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバ変位センサ 2 分散シフト型シングルモード光ファイバ 3A、3B 支持物 1 Optical fiber displacement sensor 2 Dispersion shift type single mode optical fiber 3A, 3B Support

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀子 幸大 愛知県名古屋市東区東新町1番地 中部 電力株式会社内 (72)発明者 福 唯志 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古河電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−118285(JP,A) 特開 昭57−14705(JP,A) 特開 昭61−258131(JP,A) 特開 平6−148017(JP,A) 特開 平6−339193(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G02B 6/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Kodai Kameko 1 Higashishinmachi, Higashi-ku, Nagoya, Aichi Chubu Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Yuushi Fuku 2-6-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric (56) References JP-A-6-118285 (JP, A) JP-A-57-14705 (JP, A) JP-A-61-258131 (JP, A) JP-A-6-148017 (JP, A) JP-A-6-339193 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G02B 6/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光ファイバをループ状に輪取りして2つ
の支持物の間に配置し、支持物の間隔の変位に応じて前
記ループ状の光ファイバに曲げを発生させ、その損失変
化量から支持物の間隔の変位量を検知する光ファイバ変
位センサにおいて、前記光ファイバは、紫外線硬化樹脂
被覆された分散シフト型シングルモード光ファイバであ
ることを特徴とする光ファイバ変位センサ。
1. An optical fiber is looped in a loop and is arranged between two supports, and the loop-shaped optical fiber is bent in accordance with a displacement of a distance between the supports, and a loss variation amount thereof is generated. In the optical fiber displacement sensor for detecting the displacement amount of the distance between the support and the support, the optical fiber is a dispersion shift single mode optical fiber coated with an ultraviolet curable resin.
【請求項2】 前記ループ状の光ファイバの内径が25
mm以下であって、前記光ファイバは曲げによる損失変
化の範囲が3dB以内で、−5°Cから70°Cの雰囲
気内で温度変化の損失値の変動が±0.05dB以内と
なっていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイ
バ変位センサ。
2. The inner diameter of the loop-shaped optical fiber is 25.
The optical fiber has a loss variation range of 3 dB or less due to bending, and a temperature variation loss value variation of ± 0.05 dB in an atmosphere of −5 ° C. to 70 ° C. The optical fiber displacement sensor according to claim 1, wherein:
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