JP4002367B2

JP4002367B2 - Optical fiber strain sensor calibration system by optical fiber tensile test

Info

Publication number: JP4002367B2
Application number: JP16683999A
Authority: JP
Inventors: 明佳島田; 央成瀬; 三樹男西畑; 昇荒瀬; 辰雄國峯; 慎一吉岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2019-06-14
Also published as: JP2000356568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの伸縮によるひずみを光学的に測定する「光ファイバひずみセンサ」の較正に用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光ファイバをひずみセンサとして用いる技術の研究・開発が進められている。その中で、例えばブリルアン後方散乱光を利用したひずみ計測技術（特願平４−３６７５１）は、光ファイバの片端から光パルス信号を入力したときに、光ファイバの各位置で生じる散乱光の特性の変化、すなわち光学的特性の変化量（周波数変化等）から光ファイバに生じた機械的特性の変化量（温度やひずみ量等）を求め、散乱光が戻ってくるのに要する時間からその発生位置を測定するものである。
【０００３】
ひずみセンサとして用いられる光ファイバは、光を伝送するガラス媒体と、それを保護するための被覆から構成されており、実際には通信用の光ファイバを流用する場合と、センサ用の光ファイバを利用する場合がある。
【０００４】
通信用光ファイバは、被覆構造から、紫外線硬化型樹脂で被覆された光ファイバ素線、ナイロン系樹脂で被覆された光ファイバ心線、光ファイバ心線をさらに繊維と被覆で保護した光ファイバコードの３種類に大別される。これら通信用光ファイバの機械的特性を測る方法として、通信媒体としての光ファイバを対象とする「光ファイバ機械特性試験法（ＪＩＳＣ６８２１）」が規定されている。ここでは、光ファイバ素線および光ファイバ心線について、光ファイバ全長に張力を加え、傷による弱い部分をあらかじめ切断することにより除去し、強度を保証するためのスクリーニング試験は定められているものの、引張試験に関する規定は定められていない。光ファイバコードは、スクリーニング試験を経た光ファイバ心線をさらに繊維と被覆で保護して製造したものについて、長さが 500ｍｍ以上の試験片の両端を適切な樹脂で固定し、これに一定の張力を５分間与え、試験後の導通状態を確認する。これらの試験は本来、光ファイバが一定の強度をもつか否かを調べる試験であり、そのひずみやヤング率などの機械的特性を調べるものではない。
【０００５】
そこで、センサ用に流用する光ファイバ素線や光ファイバ心線、あるいはセンサ用の光ファイバの機械的特性を求める方法としては、標点区間が通常数ｃｍ〜数10ｃｍ程度の試験片を用いて行う試験が提案されている。この試験は、温度制御された環境で、光ファイバの被覆あるいは光ファイバガラスの両端を引張試験用治具に樹脂等で固定し、この引張試験用治具を引っ張ることによって行う（参考文献：Taylor,"In situ mechanical measurements of optical fiber coatings", Conf. on Optical Fiber Communication, Technical Direst MG-5, San Diego, CA, 1995) 。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ひずみセンサとして使用する光ファイバは、ガラスに含まれる成分や製造過程の違いにより、光ファイバごとに光学的特性にばらつきがある。そのため、光ファイバをセンサとして用いるひずみ計測技術では、精度を向上させるために光ファイバごとの較正が必要になる。較正は、光ファイバのひずみ（伸び）について、外部から例えば物差しで測る機械的特性測定値と、ファイバに入力した光パルスの後方散乱光から測る光学的特性測定値を一致させることにより行う。
【０００７】
ここで、光パルスを用いたひずみ計測技術の距離分解能は光パルス幅に依存し、現在の技術レベルでは約１ｍが限界である。よって、較正を行うには、標点区間が１ｍ以上の光ファイバについて光学的特性と機械的特性を同時に測定する必要がある。したがって、上述した標点区間が数ｃｍ〜数10ｃｍ程度の試験片を用いて行う試験法では、光ファイバの較正を正確に行うことができなかった。
【０００８】
また、光ファイバの光学的特性と機械的特性は温度の影響を受けるために、温度の制御を行う必要がある。しかし、引張試験機本体を恒温槽などに入れると、計測器自体が温度の影響を受けてしまい、測定結果に影響を与えてしまう。
【０００９】
また、光ファイバは 500ｋｇｆ／ｍｍ²程度の引張強度をもつが、荷重が負荷されると通常２〜３％、最大で７％程度の伸びが生ずる。そのため、測定用に光ファイバに取り付ける引張試験用治具の重量は、ひずみセンサ較正作業に無視できない影響を与えるおそれがある。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するものであり、標点区間が１ｍ以上の光ファイバの温度制御を行いながら、光ファイバの光学的特性と機械的特性を同時に測定し、光ファイバの較正を行うことができる光ファイバ引張試験による光ファイバひずみセンサ較正装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバの伸びに応じて上下位置が変動する支点部材と、支点部材を支点として一端に取り付けた小型負荷重錘により光ファイバの下端部を持ち上げるてこ部材とにより構成され、光ファイバの変位測定のための部材によって光ファイバにかかる初期荷重を除去する初期荷重除去装置と、初期荷重が除去された光ファイバに対して、負荷重錘により荷重を負荷する荷重負荷装置と、光ファイバの標点区間の上部および下部の変位を非接触で測定し、両者の差から標点区間の長さの変化を測定する変位測定装置と、光ファイバの標点区間の温度を一定に保持する温度制御手段とを備える。
【００１２】
本発明装置では、対象となる光ファイバに負荷重錘を直接負荷し、光ファイバの標点区間の変位を測定する構成であるが、光ファイバに負荷重錘を取り付けたり変位を測定するための部材が取り付けられ、それによる初期荷重がかかる。そこで、てこ部材を用いて初期荷重による負荷と逆向きの負荷を光ファイバに与えることにより、初期荷重を除去する。本発明装置では、さらにてこ部材の支点となる支点部材について、光ファイバの伸びに応じて上下位置が変動するように設定する。これにより、光ファイバが負荷重錘の負荷により伸びた場合でも、てこ部材の支点が変化して初期荷重を０にすることができる。
【００１３】
また、本発明装置では、光ファイバの標点区間の上部および下部の変位を非接触で測定することにより、両者の差から標点区間の長さの変化を正確に測定することができる。
【００１４】
また、本発明装置の温度制御では、測定対象の光ファイバおよびその周囲の空間を恒温槽で囲むことにより行う。この恒温槽は、二重筒構造の外側と内側の筒間を縦方向に区分した複数の恒温セルからなっており、温度制御装置と各恒温セルとの間で所定温度の空気を循環させる。このように複数の恒温セルからなり、かつ循環する空気が光ファイバに直接当たらない構成とすることにより、長尺の光ファイバについても効率よく安定した温度制御が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明装置の基本構成を示す。図において、測定対象の光ファイバｆの上端はフレーム１に固定され、その下端に荷重負荷装置３によって負荷重錘が負荷される。また、光ファイバｆにかかる初期荷重は、初期荷重除去装置４により除去される。光ファイバｆは荷重が負荷されると伸びるが、このとき光ファイバｆの上部と下部の一定区間を標点区間とし、この標点区間の変化を上下に設けた変位測定装置２により測定し、光ファイバｆのひずみ（伸び）を求める。光ファイバｆの標点区間は恒温槽６により覆われ、温度制御装置５で任意に設定された一定温度の空気を恒温槽６に循環させることにより、光ファイバｆの標点区間付近の温度制御を行う。光ファイバｆの一端には、光学的特性測定装置７が接続される。
【００１６】
図２は、本発明装置のフレーム１、変位測定装置２、荷重負荷装置３、初期荷重除去装置４の実施例構成を示す。図において、フレーム１は、フレーム本体１１と、光ファイバｆをフレーム本体１１に吊り下げ固定するための上部固定チャック１２により構成される。
【００１７】
変位測定装置２は、上部固定チャック１２によりフレーム本体１１に固定された光ファイバｆの標点区間の両端にあらかじめ取り付けた上部変位検出用チャック２１および下部変位検出用チャック２２と、それぞれの変位を検出する上部変位検出器２３および下部変位検出器２４により構成される。
【００１８】
荷重負荷装置３は、負荷重錘支持棒３１と、それを光ファイバｆの下端に取り付けるための取り付けチャック３２と、複数の円盤状の負荷重錘３３と、負荷重錘調節器３４と、光ファイバｆの負荷荷重を測定するロードセル３５により構成される。負荷重錘調節器３４は、負荷重錘３３を把持するハンドル部と、フレーム本体１１に沿って上下する昇降部により構成され、負荷重錘支持棒３１のテーパ部に円盤状の負荷重錘３３を１枚ずつ積み重ね、光ファイバｆに与える荷重負荷を調整する構成である。
【００１９】
初期荷重除去装置４は、光ファイバｆに取り付けられた上部変位検出用チャック２１、下部変位検出用チャック２２、負荷重錘支持棒３１および取り付けチャック３２により、光ファイバｆにかかる初期荷重を除去するものであり、てこ部材を構成する小型負荷レバー４１および小型負荷重錘４２と、支点部材を構成する負荷重錘支持棒変位検出器４３および小型負荷重錘制御装置４４からなる。光ファイバｆの伸びに対応する負荷重錘支持棒３１の変位を負荷重錘支持棒変位検出器４３により検出し、それに応じて小型負荷レバー４１の支点となる小型負荷重錘制御装置４４を移動させ、小型負荷レバー４１に取り付けた小型負荷重錘４２により、負荷重錘支持棒３１に対して初期荷重に相当する逆向きの荷重を与える構成である。
【００２０】
図３は、本発明装置の恒温槽６の実施例構成を示す。図において、恒温槽６は、二重筒構造の外側と内側の筒間を縦方向に複数に区分した恒温セル６１ａ〜６１ｄにより構成され、各恒温セルと温度制御装置５との間で所定温度の空気を循環させる構造になっている。上部変位検出用チャック２１と下部変位検出用チャック２２とにより設定される光ファイバｆの標点区間は、各恒温セルの内側の筒の中に配置され、各恒温セルを循環する空気が直接光ファイバｆに当たらないようになっている。すなわち、恒温セルの内側の筒が風除け筒の役割を果している。
【００２１】
各恒温セル６１ａ〜６１ｄ内の温度は各恒温セル内に取り付けた温度モニタ６２ａ〜６２ｄにより測定され、温度制御装置５で送出空気の温度を制御することにより、光ファイバｆとその周囲の温度が間接的に制御される。このように、恒温槽６を複数のセルに分けることにより、長尺な光ファイバに対しても効率的な温度制御を行うことができる。なお、恒温セル内に配置された光ファイバｆの変位は、各恒温セルに設けたガラス窓を介して上部変位検出器２３および下部変位検出器２４により測定される。
【００２２】
以下、図１〜図３および図４に示すフローチャートを参照し、本発明装置により光ファイバｆの引張試験を行う際の動作について説明する。まず、光ファイバｆをフレーム１内に設置する（Ｓ１）。これは、光ファイバｆの標点区間の両端に上部変位検出用チャック２１と下部変位検出用チャック２２を取り付け、光ファイバｆの上端を上部固定チャック１２を用いてフレーム本体１１に吊り下げ固定し、その下端に取り付けチャック３２を介して負荷重錘支持棒３１を取り付ける。
【００２３】
次に、光ファイバｆに負荷される初期荷重を初期荷重除去装置４により除去する（Ｓ２）。これは、小型負荷重錘制御装置４４を支点とする小型負荷レバー４１の一端を負荷重錘支持棒３１に固定し、他端に小型負荷重錘４２を取り付ける。このとき、小型負荷重錘４２の重さは、光ファイバｆの負荷荷重を測定するために上部固定チャック１２に取り付けたロードセル３５の示す値が０となるように調整する。本引張試験では、初期荷重を常に０とする必要があるが、光ファイバｆに負荷される荷重により光ファイバｆが伸び縮みする。そこで、負荷重錘支持棒３１の変位を負荷重錘支持棒変位検出器４３により測定し、その変位分だけ支点となる小型負荷重錘制御装置４４を上下移動させることにより、初期荷重を常に０に保つ。
【００２４】
次に、光ファイバｆおよびその周辺の空間の温度制御を行う（Ｓ３）。観音開き構造の恒温セル６１ａ〜６１ｄを開き、その内側の筒の中に上部変位検出用チャック２１と下部変位検出用チャック２２を取り付けた光ファイバｆを設置し、恒温セルを閉じる。そして、温度制御装置５から各恒温セル内に所定温度の空気を循環させることにより、光ファイバｆとその周囲の温度を間接的に制御する。
【００２５】
温度制御装置５により制御された一例として、室温が20℃のときに、各恒温セル内の設定温度を70℃と−20℃としたときの温度分布の測定結果を表１に示す。
【００２６】
温度制御装置５により制御された一例として、室温が20℃のときに、各恒温セル内の設定温度を70℃と−20℃としたときの温度分布の測定結果を表１に示す。
【表１】

ここに示すように、光ファイバｆの標点区間に設置された温度センサ６２ａ〜６２ｄにより測定した温度のずれは２度以内であり、恒温槽を複数の恒温セルに分割したことにより温度ムラが最小限に抑えられていることがわかる。
【００２７】
次に、光ファイバｆに対して負荷重錘３３により荷重負荷を与え（Ｓ４）、光ファイバｆの標点区間に生じた変位（光ファイバｆの伸び）を測定する（Ｓ５）。まず、上部変位検出器２３および下部変位検出器２４により、上部変位検出用チャック２１および下部変位検出用チャック２２の変位をそれぞれ測定し、その差分から光ファイバｆの標点区間の変位を測定する。そして、この変位を標点区間の長さで割ると、光ファイバｆに生じたひずみが求まる。本装置を用いた実験では、標点区間の長さは３ｍ±１ｍｍであり、変位測定装置２の計測精度は±５μｍである。このときのひずみの測定誤差は、約± 1.7×10^-6である。一方、ブリルアン散乱光を利用した光学的特性測定装置７により観測されるひずみの計測精度は約±５×10^-6であり、本装置はブリルアン散乱光を利用した光ファイバひずみセンサの較正装置として十分な性能をもつ。
【００２８】
ここで、各恒温セルの温度を20℃に設定したときの光ファイバｆの応力ひずみ分布を図５に示す。図において、■は本装置による測定値、●はブリルアン散乱光を利用した光学的特性測定装置７による測定値を示す。本装置では、光ファイバｆおよびその周囲の温度を制御しながら、光ファイバｆに生じた変位量を機械的特性および光学的特性の２つを用いて同時に測定することにより、光学的特性測定装置７の較正を行うことができることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ引張試験による光ファイバひずみセンサ較正装置では、次のような効果が得られる。
【００３０】
(1) 光ファイバにかかる初期荷重を除去した後に光ファイバに荷重を直接負荷することにより、その機械的特性と光学的特性を同時かつ正確に測定することができる。
【００３１】
(2) 複数に分割された構造をもつ恒温槽を用いることにより、光ファイバの標点区間が長くなっても効率よく安定した温度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の基本構成を示す図。
【図２】本発明装置のフレーム１、変位測定装置２、荷重負荷装置３、初期荷重除去装置４の実施例構成を示す図。
【図３】本発明装置の恒温槽６の実施例構成を示す図。
【図４】本発明装置の動作手順を示すフローチャート。
【図５】本発明装置による光ファイバに生じたひずみの測定結果を示す図。
【符号の説明】
ｆ光ファイバ
１フレーム
２変位測定装置
３荷重負荷装置
４初期荷重除去装置
５温度制御装置
６恒温槽
７光学的特性測定装置
１１フレーム本体
１２上部固定チャック
２１上部変位検出用チャック
２２下部変位検出用チャック
２３上部変位検出器
２４下部変位検出器
３１負荷重錘支持棒
３２取り付けチャック
３３負荷重錘
３４負荷重錘調節器
３５ロードセル
４１小型負荷レバー
４２小型負荷重錘
４３負荷重錘支持棒変位検出器
４４小型負荷重錘制御装置
６１ａ〜６１ｄ恒温セル
６２ａ〜６２ｄ温度モニタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus used for calibration of an “optical fiber strain sensor” that optically measures strain due to expansion and contraction of an optical fiber.
[0002]
[Prior art]
Currently, research and development of technology using an optical fiber as a strain sensor is underway. Among them, for example, strain measurement technology (Japanese Patent Application No. 4-36751) using Brillouin backscattered light has characteristics of scattered light generated at each position of the optical fiber when an optical pulse signal is input from one end of the optical fiber. Is calculated from the time required for the scattered light to return, and the amount of change in optical properties (frequency change, etc.) is used to determine the amount of change in mechanical properties (temperature, strain, etc.) The position is measured.
[0003]
An optical fiber used as a strain sensor is composed of a glass medium for transmitting light and a coating for protecting the glass medium. Actually, an optical fiber for communication is used and an optical fiber for a sensor is used. May be used.
[0004]
Optical fibers for communication are coated optical fiber cords coated with UV curable resin, optical fiber cores coated with nylon resin, and optical fiber cords that further protect the optical fiber cores with fibers and coatings. It is roughly divided into three types. As a method for measuring the mechanical characteristics of these communication optical fibers, an “optical fiber mechanical property test method (JIS C6821)” for optical fibers as communication media is defined. Here, for the optical fiber and the optical fiber core, tension is applied to the entire length of the optical fiber, and the weak part due to the scratch is removed by cutting in advance, and a screening test for guaranteeing the strength is defined, There are no provisions for tensile testing. An optical fiber cord is manufactured by protecting an optical fiber core wire that has undergone a screening test with a fiber and a coating, and both ends of a test piece having a length of 500 mm or more are fixed with an appropriate resin, and a certain tension is applied thereto. For 5 minutes and check the continuity after the test. These tests are originally tests for checking whether or not an optical fiber has a certain strength, and do not check mechanical characteristics such as strain and Young's modulus.
[0005]
Therefore, as a method for obtaining the mechanical characteristics of an optical fiber strand or optical fiber core diverted for a sensor or an optical fiber for a sensor, a test piece whose test section is usually about several centimeters to several tens of centimeters is used. Tests to perform are proposed. This test is performed in a temperature-controlled environment by fixing both ends of the optical fiber coating or the optical fiber glass to a tensile test jig with resin or the like, and pulling the tensile test jig (Reference: Taylor) , "In situ mechanical measurements of optical fiber coatings", Conf. On Optical Fiber Communication, Technical Direst MG-5, San Diego, CA, 1995).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Optical fibers used as strain sensors vary in optical characteristics from one optical fiber to another due to differences in glass components and manufacturing processes. Therefore, the strain measurement technique using an optical fiber as a sensor requires calibration for each optical fiber in order to improve accuracy. The calibration is performed by making the mechanical property measurement value measured from the outside, for example, with a ruler, and the optical property measurement value measured from the backscattered light of the light pulse input to the fiber, with respect to the strain (elongation) of the optical fiber.
[0007]
Here, the distance resolution of the strain measurement technique using an optical pulse depends on the optical pulse width, and about 1 m is the limit at the current technical level. Therefore, in order to perform calibration, it is necessary to simultaneously measure optical characteristics and mechanical characteristics of an optical fiber having a gauge section of 1 m or more. Therefore, the optical fiber cannot be accurately calibrated by the test method using the test piece having the reference point section of about several centimeters to several tens of centimeters.
[0008]
In addition, since the optical characteristics and mechanical characteristics of the optical fiber are affected by temperature, it is necessary to control the temperature. However, if the tensile tester main body is placed in a thermostatic bath or the like, the measuring instrument itself is affected by the temperature, and the measurement result is affected.
[0009]
In addition, the optical fiber has a tensile strength of about 500 kgf / mm ^2, but when a load is applied, it usually grows by 2 to 3% and a maximum of about 7%. Therefore, the weight of the tensile test jig attached to the optical fiber for measurement may have a non-negligible effect on the strain sensor calibration work.
[0010]
The present invention solves such problems, and simultaneously measures the optical characteristics and mechanical characteristics of an optical fiber while controlling the temperature of the optical fiber having a gauge section of 1 m or more, thereby calibrating the optical fiber. It is an object of the present invention to provide an optical fiber strain sensor calibration apparatus based on an optical fiber tensile test capable of performing the above.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is composed of a fulcrum member whose vertical position varies according to the elongation of the optical fiber, and a lever member that lifts the lower end of the optical fiber by a small load weight attached to one end with the fulcrum member as a fulcrum. An initial load removing device for removing an initial load applied to an optical fiber by a member for measuring a displacement of the optical fiber, a load loading device for applying a load by a load weight to the optical fiber from which the initial load has been removed, and an optical fiber the upper and lower displacement gauge section is measured in a non-contact, holds the displacement measuring device from the difference therebetween to measure the change in length of the gauge section, the temperature of the target point section of the optical fiber constant Temperature control means.
[0012]
In the device of the present invention, it loaded directly load weight to an optical fiber of interest, but is configured to measure the displacement of the gage section of an optical fiber, for measuring the displacement or mounting the load weight on the optical fiber A member is attached and thereby an initial load is applied. Therefore, the initial load is removed by applying a load opposite to the load due to the initial load to the optical fiber using the lever member. In the device according to the present invention, the fulcrum member serving as the fulcrum of the lever member is set so that the vertical position varies according to the elongation of the optical fiber. Thereby, even when the optical fiber is extended by the load of the load weight, the fulcrum of the lever member is changed and the initial load can be made zero.
[0013]
Further, in the apparatus of the present invention, by measuring the top and bottom of the displacement of the gage section of the optical fiber in a non-contact, it is possible to accurately measure the change in length of the reference points interval from the difference therebetween.
[0014]
The temperature control of the device of the present invention is performed by surrounding the optical fiber to be measured and the surrounding space with a thermostatic bath. This thermostat is composed of a plurality of thermostat cells in which the outer and inner cylinders of the double cylinder structure are partitioned in the vertical direction, and air of a predetermined temperature is circulated between the temperature control device and each thermostat cell. In this way, by comprising a plurality of constant temperature cells and circulating air does not directly hit the optical fiber, it is possible to efficiently and stably control the temperature of a long optical fiber.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows the basic configuration of the apparatus of the present invention. In the figure, the upper end of the optical fiber f to be measured is fixed to the frame 1, and a load weight is loaded on the lower end by the load loading device 3. The initial load applied to the optical fiber f is removed by the initial load removing device 4. Although the optical fiber f extends a load is applied, this time the upper and lower fixed section of an optical fiber f with a gauge section, measured by the displacement measuring device 2 provided the change in gauge section up and down, The strain (elongation) of the optical fiber f is obtained. The gauge section of the optical fiber f is covered with the thermostatic chamber 6, and the temperature control in the vicinity of the gauge section of the optical fiber f is performed by circulating air at a constant temperature arbitrarily set by the temperature control device 5 to the thermostatic chamber 6. I do. An optical characteristic measuring device 7 is connected to one end of the optical fiber f.
[0016]
FIG. 2 shows an embodiment of the frame 1, the displacement measuring device 2, the load applying device 3, and the initial load removing device 4 of the present invention device. In the figure, the frame 1 includes a frame body 11 and an upper fixing chuck 12 for hanging and fixing the optical fiber f to the frame body 11.
[0017]
The displacement measuring device 2 includes an upper displacement detecting chuck 21 and a lower displacement detecting chuck 22 which are attached in advance to both ends of the gauge section of the optical fiber f fixed to the frame body 11 by the upper fixed chuck 12, and the respective displacements. It comprises an upper displacement detector 23 and a lower displacement detector 24 for detection.
[0018]
The load load device 3 includes a load weight support rod 31, an attachment chuck 32 for attaching the load weight support rod 31 to the lower end of the optical fiber f, a plurality of disk-shaped load weights 33, a load weight adjuster 34, an optical It is comprised by the load cell 35 which measures the load load of the fiber f. The load weight adjuster 34 includes a handle portion that holds the load weight 33 and an elevating portion that moves up and down along the frame main body 11. A disk-shaped load weight 33 is formed on the taper portion of the load weight support rod 31. Are stacked one by one, and the load applied to the optical fiber f is adjusted.
[0019]
The initial load removing device 4 removes the initial load applied to the optical fiber f by the upper displacement detection chuck 21, the lower displacement detection chuck 22, the load weight support rod 31 and the attachment chuck 32 attached to the optical fiber f. It comprises a small load lever 41 and a small load weight 42 constituting a lever member, a load weight support rod displacement detector 43 and a small load weight control device 44 constituting a fulcrum member. The displacement of the load weight support rod 31 corresponding to the elongation of the optical fiber f is detected by the load weight support rod displacement detector 43, and the small load weight control device 44 serving as a fulcrum of the small load lever 41 is moved accordingly. In this configuration, a load opposite to the initial load is applied to the load weight support rod 31 by the small load weight 42 attached to the small load lever 41.
[0020]
FIG. 3 shows an embodiment of the thermostatic chamber 6 of the apparatus of the present invention. In the figure, the thermostatic chamber 6 is composed of constant temperature cells 61 a to 61 d in which the space between the outer and inner cylinders of the double cylinder structure is divided into a plurality of lengths, and a predetermined temperature is set between each constant temperature cell and the temperature controller 5. It is structured to circulate the air. Gauge section of an optical fiber f is set by the upper displacement detection chuck 21 and the lower displacement detection chuck 22 is disposed in the inner cylinder of the thermostatic cell, air is directly the light circulating each thermostatic cell It does not hit the fiber f. That is, the cylinder inside the thermostat cell plays the role of a windbreak cylinder.
[0021]
The temperature in each of the constant temperature cells 61a to 61d is measured by the temperature monitors 62a to 62d attached in each of the constant temperature cells, and the temperature of the optical fiber f and its surroundings are controlled by controlling the temperature of the delivery air with the temperature control device 5. Indirectly controlled. Thus, by dividing the thermostatic chamber 6 into a plurality of cells, efficient temperature control can be performed even for a long optical fiber. In addition, the displacement of the optical fiber f arrange | positioned in a thermostat cell is measured by the upper displacement detector 23 and the lower displacement detector 24 through the glass window provided in each thermostat cell.
[0022]
Hereinafter, with reference to the flowcharts shown in FIG. 1 to FIG. 3 and FIG. First, the optical fiber f is installed in the frame 1 (S1). The upper displacement detection chuck 21 and the lower displacement detection chuck 22 are attached to both ends of the gauge section of the optical fiber f, and the upper end of the optical fiber f is suspended and fixed to the frame body 11 using the upper fixed chuck 12. The load weight support rod 31 is attached to the lower end of the load weight via the attachment chuck 32.
[0023]
Next, the initial load applied to the optical fiber f is removed by the initial load removing device 4 (S2). In this case, one end of a small load lever 41 having a small load weight control device 44 as a fulcrum is fixed to the load weight support rod 31, and a small load weight 42 is attached to the other end. At this time, the weight of the small load weight 42 is adjusted so that the value indicated by the load cell 35 attached to the upper fixed chuck 12 becomes 0 in order to measure the load load of the optical fiber f. In this tensile test, the initial load must always be 0, but the optical fiber f expands and contracts due to the load applied to the optical fiber f. Therefore, the displacement of the load weight support rod 31 is measured by the load weight support rod displacement detector 43, and the small load weight control device 44, which is a fulcrum, is moved up and down by that amount, so that the initial load is always zero. Keep on.
[0024]
Next, temperature control of the optical fiber f and the surrounding space is performed (S3). The constant temperature cells 61a to 61d having the double door structure are opened, and the optical fiber f having the upper displacement detection chuck 21 and the lower displacement detection chuck 22 attached thereto is installed in the inner cylinder, and the constant temperature cell is closed. Then, the air at a predetermined temperature is circulated from the temperature control device 5 into each constant temperature cell, thereby indirectly controlling the temperature of the optical fiber f and its surroundings.
[0025]
As an example controlled by the temperature controller 5, Table 1 shows the measurement results of the temperature distribution when the set temperature in each constant temperature cell is 70 ° C and -20 ° C when the room temperature is 20 ° C.
[0026]
As an example controlled by the temperature controller 5, Table 1 shows the measurement results of the temperature distribution when the set temperature in each constant temperature cell is 70 ° C and -20 ° C when the room temperature is 20 ° C.
[Table 1]

As shown here, the temperature deviation measured by installed temperature sensor 62a~62d the gauge section of the optical fiber f is within 2 degrees, the temperature unevenness by dividing the constant temperature bath in a plurality of thermostatic cells It can be seen that it is minimized.
[0027]
Next, a load is applied to the optical fiber f by the load weight 33 (S4), and the displacement (elongation of the optical fiber f) generated in the gauge section of the optical fiber f is measured (S5). First, the displacement of the upper displacement detection chuck 21 and the lower displacement detection chuck 22 is measured by the upper displacement detector 23 and the lower displacement detector 24, respectively, and the displacement of the gauge section of the optical fiber f is measured from the difference. . When dividing this displacement by the length of the gauge section, the strain is obtained occurs in the optical fiber f. In experiments with the device, the length of the gauge section is 3m ± 1 mm, the measurement accuracy of the displacement measurement apparatus 2 is ± 5 [mu] m. The strain measurement error at this time is about ± 1.7 × 10 ⁻⁶ . On the other hand, the measurement accuracy of strain observed by the optical characteristic measuring device 7 using Brillouin scattered light is about ± 5 × 10 ⁻⁶ , and this device is a calibration device for an optical fiber strain sensor using Brillouin scattered light. It has sufficient performance.
[0028]
Here, the stress-strain distribution of the optical fiber f when the temperature of each constant temperature cell is set to 20 ° C. is shown in FIG. In the figure, ■ indicates a measured value by this apparatus, and ● indicates a measured value by an optical characteristic measuring apparatus 7 using Brillouin scattered light. In this apparatus, while controlling the temperature of the optical fiber f and its surroundings, the amount of displacement generated in the optical fiber f is measured simultaneously using two of the mechanical characteristics and the optical characteristics, so that an optical characteristic measuring apparatus is obtained. It can be seen that 7 calibrations can be performed.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the optical fiber strain sensor calibration apparatus according to the optical fiber tensile test of the present invention has the following effects.
[0030]
(1) By directly applying a load to the optical fiber after removing the initial load applied to the optical fiber, the mechanical characteristics and optical characteristics can be measured simultaneously and accurately.
[0031]
(2) By using a constant-temperature bath having a divided structure in a plurality, even a gauge section of the optical fiber is long can be performed efficiently stable temperature control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example configuration of a frame 1, a displacement measuring device 2, a load applying device 3, and an initial load removing device 4 of the device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example configuration of a thermostatic chamber 6 of the apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation procedure of the apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of strain generated in an optical fiber by the apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
f Optical fiber 1 Frame 2 Displacement measuring device 3 Load applying device 4 Initial load removing device 5 Temperature control device 6 Thermostatic chamber 7 Optical property measuring device 11 Frame body 12 Upper fixed chuck 21 Upper displacement detecting chuck 22 Lower displacement detecting chuck 23 Upper displacement detector 24 Lower displacement detector 31 Load weight support rod 32 Mounting chuck 33 Load weight 34 Load weight adjuster 35 Load cell 41 Small load lever 42 Small load weight 43 Load weight support rod displacement detector 44 Small load weight controller 61a-61d Constant temperature cell 62a-62d Temperature monitor

Claims

In an optical fiber strain sensor calibration apparatus based on an optical fiber tensile test that calibrates strain of an optical fiber obtained by optical characteristic measurement based on a change in length when a load is applied to the optical fiber,
The optical fiber includes: a fulcrum member whose vertical position fluctuates according to the elongation of the optical fiber; and a lever member that lifts the lower end of the optical fiber by a small load weight attached to one end with the fulcrum member as a fulcrum. An initial load removing device for removing an initial load applied to the optical fiber by a member for measuring the displacement of
For the optical fiber from which the initial load has been removed, a load loading device that loads a load with a load weight;
The upper and lower displacement gauge section of the optical fiber is measured without contact, a displacement measuring device for measuring the change in length of the reference points interval from the difference therebetween,
Optical fiber strain sensor calibration apparatus according to the optical fiber tensile test, characterized in that a temperature control means for maintaining the temperature constant of the gage section of the optical fiber.

In the optical fiber strain sensor calibration apparatus by the optical fiber tensile test according to claim 1,
The temperature control means is composed of a plurality of thermostat cells in which the outer and inner cylinders of the double cylinder structure are vertically divided, and a temperature controller that circulates air at a predetermined temperature in each of the thermostat cells, An optical fiber strain sensor based on an optical fiber tensile test, characterized in that the optical fiber is arranged in a tube inside the thermostat cell, and the air circulating in each thermostat cell does not directly hit the optical fiber. Calibration device.