JP3819119B2

JP3819119B2 - Optical fiber temperature strain sensor and temperature strain measuring device

Info

Publication number: JP3819119B2
Application number: JP21681597A
Authority: JP
Inventors: 正明須藤; 良三山内; 朗和田; 邦治姫野; 慎三須崎; 道弘中居
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2017-08-11
Also published as: JPH1164119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバセンサに関し、温度と歪みとを同時に計測することができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
温度と歪みを同時に計測することができる光ファイバセンサとして、シングルモードファイバのコアにグレーティング周期１５０〜４００μｍの長周期グレーティングを形成したものをセンシング部とするセンサがは発表されている（Ｖ．Ｂｈａｔｉａｅｔａｌ．，ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＯＦＳ−１１，ｐａｐｅｒＦｒ２−５，ｐ７０２，１９９６）。
【０００３】
このセンサでは、長周期グレーティングの周期とコア伝搬モードおよびクラッド伝搬モードの実効屈折率とで定まるある波長の光が、コア伝搬モードからクラッド伝搬モードに結合、変換され、その波長での損失が生じるとともに、クラッド伝搬モードが多数存在することから、その波長以外の多数の波長でも損失が生じることになる。
そして、これらの損失ピーク波長は、温度依存性、歪み依存性を有しているので、これらの損失ピーク波長の温度、歪による変化量を計測することで、温度および歪を測定することができるものである。
【０００４】
しかしながら、このセンサでは、損失ピーク波長の温度依存性が小さく、温度変化に敏感でなく、感度が低い欠点がある。また、損失ピーク波長の帯域が広いため、その中心波長の測定精度が不十分で、温度歪みの測定精度もよくない欠点もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、測定精度、感度が良好であり、温度および歪みを同時に計測できる光ファイバ温度歪みセンサを得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題は、ＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバのコアに反射型グレーティングを１以上形成したものをセンシング部とし、このセンシング部において直交する２の偏波モードの各反射光または透過光の中心波長の温度および歪みによる変化量を計測してセンシング部に作用する温度および歪みを測定することで解決される。
上記センシング部となる偏波面保存光ファイバのモード複屈折率を３×１０^−４以上とすることが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光ファイバ温度歪みセンサのセンシング部を模式的に示すもので、図中符号１はＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバである。
このＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバ１は、中心のコア２と、このコア２からやや離れてコア２を中心に挟んで相対向する位置に対称的に設けられた１対の応力付与部３、３とこれらコア２および応力付与部３、３を包囲するクラッド４とからなるもので、そのモード複屈折率が３×１０^-4以上のものが好ましい。モード複屈折率がこの値未満であると、後述する２つの反射光の中心波長の差が０．３ｎｍ以下となり、その差を光検出器において検知することが困難となる。
【０００８】
このＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバ１は、コア２のほぼ中央の長さが１０〜２０ｍｍ程度の部分には反射型グレーティング５が形成されている。このグレーティング５は、例えばコア２にエキシマレーザ光などを照射し、ホトリフラクティブ効果によって光ファイバの長手方向に屈折率の一定周期の変動を形成したものであって、屈折率変動の周期、すなわちグレーティング周期Λが０．１〜１．０μｍ程度のものである。このコア２にグレーティング５が形成されたＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバ１がセンシング部６となる。
【０００９】
そして、図２に示すように、センシング部６の一端には測定光を導波するための導波ファイバ７の一端が接続され、この導波ファイバ７の他端は光サーキュレータ８に接続されている。光サーキュレータ８は、導波ファイバ７によって、光源９および光検出器１０にそれぞれ接続されて、この例の温度歪み測定装置となっている。
光源９には、無偏光の光を発光するものが使用される。光源には狭い発光波長のＬＤは不適当であって、望ましくはある程度波長範囲（後述する温度又は歪み変化による波長変化をカバーできる波長範囲）の光（以下広帯域の光という）を安定したパワーで発光する光源、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）、ハロゲンランプ、ＡＳＥ（Amplified spontaneous emission）光源などが用いられる。
光検出器１０には、波長分解能が０．０１ｎｍ程度の光スペクトルアナライザーなどが用いられる。
導波ファイバ７には、一般のシングルモードファイバーなどが用いられる。
【００１０】
次に、このような構成のセンサの測定原理について説明する。
ＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバ１では、コア２に導波される光のモードは、１対の応力付与部３、３の中心点を結ぶ平面に沿って導波される偏波モードＬＰ₀₁ ^Xモード（以下、ｓモードとする。）と、上記平面に直交する平面に沿って導波される偏波モードＬＰ₀₁ ^yモード（以下、ｆモードとする。）とがある。これら２つの偏波モード間にはその伝搬定数の差（Δβ＝βｓ−βｆ）が形成され、各偏波モードはこれに対応して、それぞれ別の実効屈折率Ｎｆ、Ｎｓを持つことになる。
【００１１】
一般に、反射型グレーティングに入射された光は、λ＝２ＮΛの条件を満たすときに反射される。ここでλは反射光の中心波長、Ｎは実効屈折率
、Λはグレーティング周期である。
このため、ＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバ１に形成された反射型グレーティング５で反射される光（偏光）の中心波長は、２つの実効屈折率ＮｆとＮｓとに対応して２つ存在することになり、これをλｆ、λｓとする。
図３は、センシング部６から反射されたｆモード及びｓモードの反射光のスペクトルの一例を示すもので、２つの尖鋭な反射ピークが明確に分かれて表れており、短波長側のピークがλｆ、長波長側のピークがλｓとなる。
【００１２】
一般に、ガラスの屈折率は温度依存性を持つ。また、伝搬定数はファイバの導波構造とコアおよびクラッドの屈折率によって決まるので、実効屈折率Ｎｆ、Ｎｓはそれぞれ異なる温度依存性を持ち、したがって反射光の中心波長λｆ、λｓもそれぞれ異なる温度依存性を持つ。
また、センシング部６の長手方向に歪みが加えられると、これが伸縮してグレーティング周期Λが変化する。また、光弾性効果により実効屈折率Ｎｆ、Ｎｓも変化する。このため、反射光の中心波長λｆ、λｓは、それぞれ異なる歪み依存性を持つ。
【００１３】
この現象を利用して、センシング部６のグレーティング５から反射されるｆモードおよびｓモードの光の中心波長λｆ、λｓの変化を計測することにより、グレーティング５の持つ温度依存性、歪み依存性を分離して、センシング部６に作用する温度、歪みを同時に測定することが可能になる。
【００１４】
ｓモード及びｆモードの各反射光の中心波長λｓ、λｆの温度に対する変化率、歪みに対する変化率は、それぞれ∂λｓ／∂Ｔ、∂λｓ／∂ε、∂λｆ／∂Ｔ、∂λｆ／∂εで表されるので、温度変化ΔＴ、歪み変化Δεに対するｓモードおよびｆモードの反射波長の変化Δλｓ、Δλｆは、下記（１）式で表わされる。
【００１５】
【数１】

【００１６】
そして、温度変化ΔＴ、歪み変化Δεは、式（１）をΔＴ、Δεについて解いて、下記（２）式で与えられる。
【００１７】
【数２】

【００１８】
上記（２）式において、∂λｓ／∂Ｔ、∂λｓ／∂ε、∂λｆ／∂Ｔ、∂λｆ／∂εについては、予めセンシング部６に既知の温度変化および歪み変化を別々に与えて、その時に得られるλｓ、λｆを測定し、これから求めておくことができる。
図４は、λｓ、λｆの温度依存性の一例を示すもので、Ａがλｓの、Ｂがλｆの温度依存性を示す。
図５は、λｓ、λｆの歪み依存性の具体例としての張力依存性の一例を示すもので、Ｃがλｓの、Ｂがλｆの張力依存性を示す。ここでの張力Ｆは、ファイバ１の長手方向に作用する引っ張り力である。
【００１９】
図４、図５ではＡ〜Ｄは、ほぼ直線で表されているので、その傾きから、上記の∂λｓ／∂Ｔ、∂λｓ／∂Ｆ、∂λｆ／∂Ｔ、∂λｆ／∂Ｆが求められ張力Ｆからガラスのヤング率を使って歪みεに変換すると、∂λｓ／∂ε、∂λｆ／∂εが具体的な数値として求められる。
よって、（２）式より、ΔλｓとΔλｆが実測で求まれば、ΔＴ、Δεが求められることになる。
したがって、ある基準の温度Ｔｏおよび歪みεｏでの反射中心波長λｓｏ、λｆｏが既知であれば、ΔλｓとΔλｆから上述のようにしてΔＴ、Δεを加えることにより、センシング部６に作用する温度、歪みを同時に求めることができる。
（２）式による演算は、パーソナルコンピュータなどを使用して簡単に実施できる。
図４，図５に示すＡ〜Ｄが直線で表される場合は、∂λｓ／∂Ｔ、∂λｓ／∂Ｆ、∂λｆ／∂Ｔ、∂λｆ／∂Ｆはそれぞれ基準温度Ｔ0または基準歪みｔ0における張力あるいは温度に対する偏微分値を求めればよい。
【００２０】
以下、図４および図５に示した例を利用して、具体的に数値を挙げて説明する。
図４および図５の直線Ａ〜Ｄの傾きから、
∂λｓ／∂Ｔ＝０．００９５ｎｍ／℃
∂λｆ／∂Ｔ＝０．０１０１ｎｍ／℃
∂λｓ／∂Ｆ＝０．０１４７０ｎｍ／ｇ
∂λｆ／∂Ｆ＝０．０１４６１ｎｍ／ｇ
となる。
ファイバガラスのヤング率７２．９ＧＰａを使って張力Ｆを歪みεに変換すると、
∂λｓ／∂ε＝０．００１３４２ｎｍ／με
∂λｆ／∂ε＝０．００１３３４ｎｍ／με
となる。
これらの値を代入して計算すると、Ｄ＝−８．８１２×１０^-7（ｎｍ²／με・℃）となる。
【００２１】
いま、基準温度２０℃、基準歪み０μεとしたとき、λｆ＝１５３５．０７ｎｍ、λｓ＝１５３５．５５１ｎｍを基準値と設定する。
センシング部６をある温度条件下におき、かつ歪みを与えたときに計測されたλｆが１５３７．５１８ｎｍ、λｓは１５３７．０６１ｎｍとすると、Δλｆ＝１．９６７ｎｍ、Δλｓ＝１．９９０ｎｍとなる。（２）式にこの値と上述の各数値を代入して解くと、
ΔＴ＝５２．８８℃、 Δε＝１０９１με
と言う解が求まり、センシング部６に作用した温度は７２．８８℃、歪みは１０９１μεであることがわかる。
この計測値は、別の歪みセンサと熱電対とにより測定した値とよく一致しており、その差が温度では０．２℃、歪みでは１０μεであった。
このように、この光ファイバ温度歪みセンサは、温度と歪みを同時に精度よく、高感度で測定することができる。
【００２２】
図６は、この発明の光ファイバ温度歪みセンサの他の例を示すもので、この例のセンサは透過光を測定する型のものである。すなわち、光源９からの測定光は導波ファイバ７からセンシング部６の一端に入射され、センシング部６の他端からの透過光は光検出器１０に導波ファイバ７で送られるものである。
図７に反射型光ファイバグレーティングの透過スペクトルの一例を示すが、この例のセンサでは、光検出器１０で計測される透過光のスペクトルのピークの形状が反転して谷状となる点が若干異るものの、各ピークの波長値は同一であり、測定原理も先例のものと同一である。
【００２３】
また、本発明の光ファイバ温度歪みセンサでは、１本のＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバ１にグレーティング５をその長手方向に沿って複数間隔をあけて形成したものをセンシング部６とすることも可能である。ただし、この場合には各グレーティング５のグレーティング周期Λを互いに異らせ、１のグレーティング５によって生じる２つの反射光の中心波長λｆ、λｓが互いに重ならず、かつ１組のλｆとλｓとの差以上の間隔を空けるようにすることが必要となる。
このような複数のグレーティング５．５……をファイバ１の長手方向に沿って設けたものでは、多数の異なる位置での温度および歪を同時に計測できる。
【００２４】
また、上述の例では、偏波面保存光ファイバとしてＰＡＮＤＡ型のものを使用したが、これに限られことはなく、ボウタイ型、楕円クラッド型などの種々のタイプの偏波面保存光ファイバが使用できることは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ温度歪みセンサにあっては、センシング部に作用する温度、歪みを高精度、高感度で同時測定することができる。また、センシング部が１０ｍｍ程度の小型であるので、例えば電気ケーブルなどの狭い空間などに装填しておくことができ、かつ局所的な温度、歪みを測定できる。さらに、必要な機器が少なく、装置を安価とすることもできるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサのセンシング部の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明のセンサの構成の一例を示す構成図である。
【図３】本発明における反射型グレーティングから反射される反射光のスペクトルの例を示すスペクトラムである。
【図４】本発明におけるλｆ、λｓの温度依存性の例を示すグラフである。
【図５】本発明におけるλｆ、λｓの張力依存性の例を示すグラフである。
【図６】本発明のセンサの構成の他の例を示す構成図である。
【図７】反射型グレーティングから反射される反射光のスペクトルの例を示すスペクトラムである。
【符号の説明】
１…ＰＡＮＤＡ型偏波面保存光ファイバ、２…コア、５…反射型グレーティング、６…センシング部、９…光源、１０…光検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber sensor, and is capable of simultaneously measuring temperature and strain.
[0002]
[Prior art]
As an optical fiber sensor capable of simultaneously measuring temperature and strain, a sensor having a sensing unit in which a long-period grating with a grating period of 150 to 400 μm is formed on a single-mode fiber core has been announced (V. Bhatia). et al., Conference Processing of OFS-11, paper Fr2-5, p702, 1996).
[0003]
In this sensor, light of a certain wavelength determined by the period of the long-period grating and the effective refractive index of the core propagation mode and the cladding propagation mode is coupled and converted from the core propagation mode to the cladding propagation mode, resulting in a loss at that wavelength. At the same time, since there are many clad propagation modes, loss occurs at many wavelengths other than the wavelength.
Since these loss peak wavelengths have temperature dependency and strain dependency, the temperature and strain can be measured by measuring the temperature and the amount of change due to strain of these loss peak wavelengths. Is.
[0004]
However, this sensor has a drawback that the temperature dependence of the loss peak wavelength is small, is not sensitive to temperature changes, and has low sensitivity. In addition, since the loss peak wavelength band is wide, the measurement accuracy of the center wavelength is insufficient, and the measurement accuracy of temperature distortion is not good.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to obtain an optical fiber temperature strain sensor that has good measurement accuracy and sensitivity and can simultaneously measure temperature and strain.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Such a problem is that a sensing part is formed by forming one or more reflective gratings in the core of a PANDA polarization-maintaining optical fiber, and the center wavelength of each reflected or transmitted light in two polarization modes orthogonal to each other in this sensing part. The problem is solved by measuring the amount of change due to temperature and strain and measuring the temperature and strain acting on the sensing unit.
It is desirable that the mode birefringence of the polarization-maintaining optical fiber serving as the sensing unit is 3 × 10 ⁻⁴ or more.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
FIG. 1 schematically shows a sensing portion of an optical fiber temperature strain sensor according to the present invention. Reference numeral 1 in the drawing denotes a PANDA type polarization-maintaining optical fiber.
This PANDA-type polarization-maintaining optical fiber 1 is composed of a central core 2 and a pair of stress applying portions 3 provided symmetrically at positions facing each other with the core 2 at a distance from the core 2. 3 and the clad 4 surrounding the core 2 and the

stress applying portions

3 and 3 and having a mode birefringence of 3 × 10 ⁻⁴ or more is preferable. If the mode birefringence is less than this value, the difference between the center wavelengths of two reflected lights to be described later becomes 0.3 nm or less, and it is difficult to detect the difference with the photodetector.
[0008]
In this PANDA type polarization-maintaining optical fiber 1, a reflection type grating 5 is formed in a portion where the length of the center of the core 2 is about 10 to 20 mm. The grating 5 is formed by, for example, irradiating the core 2 with excimer laser light or the like, and forming a constant cycle of the refractive index in the longitudinal direction of the optical fiber by the photorefractive effect. The period Λ is about 0.1 to 1.0 μm. The PANDA polarization-maintaining optical fiber 1 in which the grating 2 is formed on the core 2 serves as the sensing unit 6.
[0009]
As shown in FIG. 2, one end of a sensing fiber 6 is connected to one end of a waveguide fiber 7 for guiding measurement light, and the other end of the waveguide fiber 7 is connected to an optical circulator 8. Yes. The optical circulator 8 is connected to the light source 9 and the photodetector 10 by the waveguide fiber 7 to form a temperature strain measuring device of this example.
As the light source 9, one that emits non-polarized light is used. An LD with a narrow emission wavelength is not suitable for a light source, and desirably has a stable power for light (hereinafter referred to as broadband light) in a certain wavelength range (a wavelength range that can cover wavelength changes due to temperature or strain changes described later). A light source that emits light, for example, an LED (light emitting diode), a halogen lamp, an ASE (Amplified spontaneous emission) light source, or the like is used.
For the photodetector 10, an optical spectrum analyzer or the like having a wavelength resolution of about 0.01 nm is used.
As the waveguide fiber 7, a general single mode fiber or the like is used.
[0010]
Next, the measurement principle of the sensor having such a configuration will be described.
In the PANDA-type polarization-maintaining optical fiber 1, the mode of light guided to the core 2 is a polarization mode LP ₀₁ ^X guided along a plane connecting the center points of the pair of

stress applying portions

3 and 3. Mode (hereinafter referred to as s mode) and polarization mode LP ₀₁ ^y mode (hereinafter referred to as f mode) guided along a plane orthogonal to the plane. A difference in propagation constant (Δβ = βs−βf) is formed between these two polarization modes, and each polarization mode has a different effective refractive index Nf and Ns correspondingly. .
[0011]
In general, light incident on the reflective grating is reflected when the condition of λ = 2NΛ is satisfied. Here, λ is the center wavelength of the reflected light, N is the effective refractive index, and Λ is the grating period.
For this reason, there are two center wavelengths of light (polarized light) reflected by the reflective grating 5 formed in the PANDA type polarization-maintaining optical fiber 1 corresponding to the two effective refractive indexes Nf and Ns. This is defined as λf and λs.
FIG. 3 shows an example of the spectrum of the reflected light of the f mode and s mode reflected from the sensing unit 6, and two sharp reflection peaks are clearly separated and the peak on the short wavelength side is λf. The peak on the long wavelength side is λs.
[0012]
In general, the refractive index of glass has temperature dependence. Further, since the propagation constant is determined by the waveguide structure of the fiber and the refractive indexes of the core and the clad, the effective refractive indexes Nf and Ns have different temperature dependencies, and therefore the center wavelengths λf and λs of the reflected light also have different temperature dependencies. Have sex.
Further, when a strain is applied in the longitudinal direction of the sensing unit 6, it is expanded and contracted to change the grating period Λ. Further, the effective refractive indexes Nf and Ns also change due to the photoelastic effect. For this reason, the center wavelengths λf and λs of the reflected light have different strain dependencies.
[0013]
Utilizing this phenomenon, the temperature dependence and strain dependence of the grating 5 are measured by measuring changes in the center wavelengths λf and λs of the f-mode and s-mode light reflected from the grating 5 of the sensing unit 6. It becomes possible to measure the temperature and strain acting on the sensing unit 6 separately.
[0014]
The rate of change of the center wavelengths λs and λf of the reflected light in the s mode and f mode with respect to temperature and the rate of change with respect to strain are ∂λs / ∂T, ∂λs / ∂ε, ∂λf / ∂T, and ∂λf / ∂, respectively. Since it is represented by ε, the changes Δλs and Δλf of the reflection wavelength of the s mode and the f mode with respect to the temperature change ΔT and the strain change Δε are expressed by the following equation (1).
[0015]
[Expression 1]

[0016]
The temperature change ΔT and strain change Δε are given by the following equation (2) by solving the equation (1) for ΔT and Δε.
[0017]
[Expression 2]

[0018]
In the above equation (2), for ∂λs / ∂T, ∂λs / ∂ε, ∂λf / ∂T, and ∂λf / ∂ε, a known temperature change and strain change are separately given to the sensing unit 6 in advance. Λs and λf obtained at that time can be measured and obtained from this.
FIG. 4 shows an example of the temperature dependence of λs and λf, where A is λs and B is λf.
FIG. 5 shows an example of the tension dependence as a specific example of the strain dependence of λs and λf, and shows the tension dependence of C being λs and B being λf. The tension F here is a tensile force acting in the longitudinal direction of the fiber 1.
[0019]
In FIGS. 4 and 5, A to D are substantially represented by straight lines. Therefore, from the inclination, the above-described ∂λs / ∂T, ∂λs / ∂F, ∂λf / ∂T, and ∂λf / ∂F are When the tension F is converted into strain ε using the Young's modulus of glass, ∂λs / ∂ε and ∂λf / ∂ε are obtained as specific numerical values.
Therefore, if Δλs and Δλf are obtained by actual measurement from Equation (2), ΔT and Δε are obtained.
Therefore, if the reflection center wavelengths λso and λfo at a certain reference temperature To and strain εo are known, the temperature and strain acting on the sensing unit 6 can be obtained by adding ΔT and Δε as described above from Δλs and Δλf. Can be obtained simultaneously.
The calculation by equation (2) can be easily performed using a personal computer or the like.
4 and 5 are represented by straight lines, ∂λs / ∂T, ∂λs / ∂F, ∂λf / ∂T, and ∂λf / ∂F are the reference temperature T0 and the reference strain, respectively. What is necessary is just to obtain the partial differential value with respect to the tension or temperature at t0.
[0020]
Hereinafter, a specific numerical value will be described using the example shown in FIG. 4 and FIG.
From the slopes of the straight lines A to D in FIG. 4 and FIG.
∂λs / ∂T = 0.0095nm / ° C
∂λf / ∂T = 0.101 nm / ° C.
∂λs / ∂F = 0.01470 nm / g
∂λf / ∂F = 0.01461 nm / g
It becomes.
When the tension F is converted to strain ε using the Young's modulus of fiber glass of 72.9 GPa,
∂λs / ∂ε = 0.001342 nm / με
∂λf / ∂ε = 0.001334nm / με
It becomes.
When these values are substituted and calculated, D = −8.812 × 10 ⁻⁷ (nm ² / με · ° C.).
[0021]
Now, assuming that the reference temperature is 20 ° C. and the reference strain is 0 με, λf = 1535.07 nm and λs = 1535.551 nm are set as reference values.
Assuming that λf is 153.718 nm and λs is 1537.061 nm when the sensing unit 6 is placed under a certain temperature condition and is distorted, Δλf = 1.967 nm and Δλs = 1.990 nm. Substituting this value and each of the above numerical values into equation (2),
ΔT = 52.88 ° C., Δε = 1091 με
It can be seen that the temperature acting on the sensing unit 6 is 72.88 ° C. and the strain is 1091 με.
This measured value was in good agreement with the value measured by another strain sensor and a thermocouple, and the difference was 0.2 ° C. for temperature and 10 με for strain.
Thus, this optical fiber temperature strain sensor can measure temperature and strain simultaneously with high accuracy and high sensitivity.
[0022]
FIG. 6 shows another example of the optical fiber temperature strain sensor of the present invention. The sensor of this example is of a type for measuring transmitted light. That is, measurement light from the light source 9 is incident on one end of the sensing unit 6 from the waveguide fiber 7, and transmitted light from the other end of the sensing unit 6 is sent to the photodetector 10 through the waveguide fiber 7.
FIG. 7 shows an example of the transmission spectrum of the reflection type optical fiber grating. In the sensor of this example, the shape of the peak of the spectrum of the transmitted light measured by the photodetector 10 is inverted to form a valley shape. Although different, the wavelength value of each peak is the same, and the measurement principle is the same as the previous one.
[0023]
Further, in the optical fiber temperature strain sensor of the present invention, the sensing unit 6 may be formed by forming the grating 5 on the single PANDA type polarization-maintaining optical fiber 1 at a plurality of intervals along the longitudinal direction thereof. It is. However, in this case, the grating periods Λ of the gratings 5 are different from each other, the center wavelengths λf and λs of the two reflected lights generated by one grating 5 do not overlap each other, and a set of λf and λs It is necessary to make an interval larger than the difference.
In the case where such a plurality of gratings 5.5... Are provided along the longitudinal direction of the fiber 1, temperature and strain at a number of different positions can be measured simultaneously.
[0024]
In the above example, the PANDA type is used as the polarization-maintaining optical fiber, but the present invention is not limited to this, and various types of polarization-maintaining optical fibers such as a bow tie type and an elliptical clad type can be used. Needless to say.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, in the optical fiber temperature strain sensor of the present invention, the temperature and strain acting on the sensing unit can be simultaneously measured with high accuracy and high sensitivity. In addition, since the sensing unit is as small as about 10 mm, it can be loaded in a narrow space such as an electric cable, and local temperature and strain can be measured. Further, there are effects such that less equipment is required and the apparatus can be made inexpensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a sensing unit of a sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a configuration of a sensor of the present invention.
FIG. 3 is a spectrum showing an example of a spectrum of reflected light reflected from a reflective grating in the present invention.
FIG. 4 is a graph showing an example of temperature dependence of λf and λs in the present invention.
FIG. 5 is a graph showing an example of tension dependence of λf and λs in the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the configuration of the sensor of the present invention.
FIG. 7 is a spectrum showing an example of a spectrum of reflected light reflected from a reflective grating.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... PANDA type polarization-maintaining optical fiber, 2 ... Core, 5 ... Reflective grating, 6 ... Sensing part, 9 ... Light source, 10 ... Photodetector

Claims

It has a sensing part formed by forming a reflection type grating in the core of a PANDA type polarization-maintaining optical fiber, and in this sensing part, the temperature and distortion of the center wavelength of each reflected light or transmitted light in two orthogonal polarization modes An optical fiber temperature strain sensor that measures the amount of change caused by the sensor and measures the temperature and strain acting on the sensing unit simultaneously.

2. The optical fiber temperature strain sensor according to claim 1, wherein a plurality of reflection type gratings formed in the sensing portion are formed in a longitudinal direction of the polarization maintaining optical fiber.

The optical fiber temperature strain sensor according to claim 1, a light source that transmits measurement light to the optical fiber temperature strain sensor, reflected light or transmitted light from the optical fiber temperature strain sensor, and the reflected light or transmitted light. It has a photodetector for detecting the amount of change in the center wavelength of light, and the sensing unit measures the amount of change due to temperature and distortion of the center wavelength of each reflected or transmitted light in two orthogonal polarization modes. A temperature strain measuring device that simultaneously measures the temperature and strain acting on the sensing unit.