JP4365979B2 - 光ファイバ式ひずみセンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ式ひずみセンサ、及びそのひずみセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ式のひずみセンサとしては、例えば米国特許５２０２９３９に見られるような、所謂ファブリ・ペロー（Fabry-Perot）型のものが一般に知られている。図１０にこのひずみセンサの基本構造を示す。
【０００３】
図示のように、このひずみセンサＡは、二本の光ファイバ１００，１０１を有し、これらの光ファイバ１００，１０１のそれぞれの先端面に、光の一部を反射する（残部を透過する）薄膜状の部分反射面（semi-reflective mirror）１０２，１０３が形成されている。また、光ファイバ１００，１０１の先端部は、それぞれ細い管体１０４の各端部から該管体１０４内に挿入され、それらの先端面の部分反射面１０２，１０３が適当な間隔ｄを存して平行に相対向するように配置されている。これにより、両部分反射面１０２，１０３の間の空間（空洞）１０５が、その両端に部分反射面１０２，１０３を有する共振器（詳しくは外部共振器）として形成されている。そして、各光ファイバ１００，１０１は、それぞれ、固定部１０６，１０７において管体１０４の内周部に固定されている。
【０００４】
このような構造のひずみセンサＡを用いて測定対象物のひずみを測定する場合には、前記管体１０４が測定対象物に生じるひずみと同じひずみを生じるように該測定対象物に貼着される。このとき、測定対象物にひずみが生じると、管体１０４の長さ、ひいては、前記固定部１０６，１０７の間隔が変化する。そして、この固定部１０６，１０７の間隔の変化量と同じ量だけ前記部分反射面１０２，１０３の間隔ｄが変化する。従って、部分反射面１０２，１０３の間隔の変化量を計測することによって、測定対象物に生じたひずみを測定することができる。
【０００５】
より具体的には、固定部１０６，１０７の当初の間隔をＸ（この間隔ＸがこのひずみセンサＡのゲージ長となる）とし、測定対象物のひずみに伴う固定部１０６，１０７の間隔の変化量（＝部分反射面１０２，１０３の間隔ｄの変化量）をΔＸとすると、測定対象物のひずみは、ΔＸ／Ｘで与えられる。
【０００６】
この場合、部分反射面１０２，１０３の間隔の変化量ΔＸは、次のように計測される。
【０００７】
すなわち、測定対象物のひずみを測定する際に、光ファイバ１００，１０１のいずれか一方、例えば光ファイバ１００に前記共振器１０５に向かう光を導入する。このとき、その光の一部は、部分反射面１０２で反射されて光ファイバ１００内を戻っていく。また、部分反射面１０２で反射されずに透過した光は、共振器１０５内を部分反射面１０３に向かって進行した後、その一部が該部分反射面１０３で反射されて、部分反射面１０２に向かって進行する。そして、さらにその一部が部分反射面１０２を透過して光ファイバ１００内を戻っていくと共に、前述のように部分反射面１０２で反射された光との干渉を生じる。
【０００８】
このとき、部分反射面１０３で反射されて光ファイバ１００内を戻る光は、部分反射面１０２で反射されて光ファイバ１００内を戻る光に対して、両部分反射面１０２，１０３の間隔ｄの二倍の光路差を与えられる。このため、両者の光の干渉によって、上記光路差（＝２・ｄ）に応じた干渉光信号が得られる。従って、その干渉光信号に基づいて、上記光路差、ひいては両部分反射面１０２，１０３の間隔ｄを測定することができる。
【０００９】
この場合、上記の干渉光信号に基づく両部分反射面１０２，１０３の間隔ｄの計測手法には、所謂、白色光干渉方式や位相検出方式（ヘテロダイン法）等がある。白色光干渉方式の一例としては、例えば、前記米国特許第５２０２９３９号に見られる手法が挙げられ、位相検出方式の一例としては、例えば特開平１０−１７０２３３号公報に見られる手法が挙げられる。
【００１０】
このようにひずみ測定の際に、前記干渉光信号に基づいて両部分反射面１０２，１０３の間隔ｄを計測することによって、該間隔ｄの当初の間隔からの変化量、すなわち、前記ΔＬを把握することができる。従って、前述のように測定対象物のひずみを測定することができる。
【００１１】
しかしながら、前述のような従来構造のファブリ・ペロー型のひずみセンサでは、次のような不都合を生じるものとなっていた。
【００１２】
すなわち、前記図１０のような構造のひずみセンサＡでは、部分反射面１０２を有する光ファイバ１００と、部分反射面１０３を有する光ファイバ１０１とは、これらの光ファイバ１００，１０１の先端部を挿入した管体１０４に固定部１０６，１０７で固定され、これらの固定部１０６，１０７の当初の間隔Ｘがゲージ長となる。この場合、各固定部１０６，１０７においては、各光ファイバ１００，１０１は、通常、レーザやアーク放電によって管体１０４の内周部に溶接されて固定され、あるいは、接着剤によって管体１０４の内周部に接着されて固定される。
【００１３】
ところが、この場合、その溶接部分や接着部分は一般に、管体１０４の長手方向にある程度の幅を有するものとなると共に、その幅や位置を高精度に管理することは極めて困難である。つまり、各光ファイバ１００，１０１の管体１０４に対する固定位置を高精度に管理することは極めて困難である。また、融着部分や接着部分の幅があることから、各光ファイバ１００，１０１を管体１０４に固定した後にその固定位置を正確に特定することも難しい。さらに、比較的長期間に渡るひずみ測定の際等のように、管体１０４に繰り返しひずみが作用すると、各光ファイバ１００，１０１の管体１０４に対する固定位置がずれることがある。
【００１４】
このため、従来構造のひずみセンサＡでは、測定するひずみ量に係わる基準長としてのゲージ長Ｘを高精度に規定し、また該ゲージ長Ｘを高精度に把握しておくことが困難である。この結果、前記固定部１０６，１０７の間隔の変化量ΔＸとしての両部分反射面１０２，１０３の間隔の変化量を精度よく測定しても、この変化量ΔＸの前記ゲージ長Ｘに対する比として得られるひずみ測定値自体の十分な精度を確保することができない。
【００１５】
また、従来構造のひずみセンサＡでは、測定対象物のひずみを直接的に受ける管体１０４は光ファイバ１００，１０１に外挿されるため、比較的厚いものとならざるを得ない。このため、管体１０４のひずみに対する高い感度を確保することが難しく、精度のよいひずみ測定を行う上で不利である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、精度のよいひずみ測定を可能とする光ファイバ式ひずみセンサを提供することを目的とする。
【００１７】
さらに、そのような光ファイバ式ひずみセンサを効率よく容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ式ひずみセンサはかかる目的を達成するために、光の一部を反射可能な一対の部分反射面を両端に相対向させて形成してなる共振器と、前記両部分反射面の一方側から他方側に向かう光を前記共振器にその外部から導入する光ファイバとを備え、前記両部分反射面の間隔がひずみ測定対象物のひずみに応じて変化するよう前記共振器を該測定対象物に取付けた状態で前記光ファイバを介して前記共振器に光を導入したとき、各部分反射面で反射した光の干渉により両部分反射面の間隔に応じた干渉光信号を生成する光ファイバ式ひずみセンサにおいて、少なくとも先端面の中心部に軸心と略直交する直交面があらかじめ形成された第１の光ファイバと、先端面の中心部にあらかじめ凹面が形成され、且つ該凹面の底部が軸心と略直交する第２の光ファイバとを備える。さらに、前記第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とが略同心に接合されて固着されている。そして、前記第１の光ファイバの先端面の中心部と前記第２の光ファイバの凹面の底部とを前記両部分反射面として前記共振器が構成され、前記測定対象物のひずみを測定するとき、前記第１の光ファイバと第２の光ファイバとの接合部分が前記測定対象物に貼着されると共に、前記共振器の両部分反射面の当初の間隔が測定するひずみの基準長としてのゲージ長として使用されることを特徴とするものである。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記第１の光ファイバと第２の光ファイバとは、それらの先端面の周縁部が略同心に接合されて固着されている。従って、両光ファイバは、一体的に連接されている。そして、両光ファイバの接合部分の内部では、第１の光ファイバの先端面と第２の光ファイバの凹面とによって密閉された空間が形成される。このとき、第１の光ファイバの先端面の中心部の前記直交面と第２の光ファイバの凹面の底部とは第１の光ファイバの軸心と略直交し、換言すれば、互いに平行となる。従って、第１の光ファイバの先端面の中心部の直交面と第２の光ファイバの凹面の底部とは前記部分反射面として機能することができる。これにより、上記の空間部分に前記共振器が形成されることとなる。
【００２０】
このような本発明の構成のひずみセンサでは、第１及び第２の光ファイバは、それらの先端部同士が直接的に接合・固着されて、一体化されており、しかも、その接合部分の内部に密閉された前記共振器が形成されている。このため、前記共振器の両部分反射面の間隔がひずみ測定対象物のひずみに応じて変化するように該共振器を測定対象物に取付けるためには、第１及び第２の光ファイバの接合部分を直接的にひずみ測定対象物に取付ければよい。そして、このとき、共振器の両部分反射面の当初の間隔がゲージ長に相当するものとなる。さらにそのゲージ長は、例えば第１又は第２の光ファイバを介して前記共振器に光を導入して、前記干渉光信号を生成すれば、その干渉光信号に基づいて計測することができる。あるいは、前記凹面の深さ等に基づいて求めることもできる。従って、本発明のひずみセンサによれば、測定するひずみの基準長となるゲージ長を精度よく特定することが可能となる。
【００２１】
また、本発明のひずみセンサでは、ひずみ測定に際して第１及び第２の光ファイバの接合部分を前記のように直接的に測定対象物に取付ければよいので、測定対象物のひずみに対する受感部分となる上記接合部分は、光ファイバの径程度の薄いものとなる。このため、測定対象物のひずみに対して良好な感度で前記共振器の両部分反射面の間隔が変化する。
【００２２】
このように本発明のひずみセンサによれば、ゲージ長を精度よく特定することができ、また、測定対象物のひずみに対する十分な感度を確保することができるため、精度のよいひずみ測定を行うことが可能となる。
【００２３】
次に、本発明の光ファイバ式ひずみセンサの製造方法は、光の一部を反射可能な一対の部分反射面を両端に相対向させて形成してなる共振器と、前記両部分反射面の一方側から他方側に向かう光を前記共振器にその外部から導入する光ファイバとを備え、前記両部分反射面の間隔がひずみ測定対象物のひずみに応じて変化するよう前記共振器を該測定対象物に取付けた状態で前記光ファイバを介して前記共振器に光を導入したとき、各部分反射面で反射した光の干渉により両部分反射面の間隔に応じた干渉光信号を生成する光ファイバ式ひずみセンサであって、少なくとも先端面の中心部に軸心と略直交する直交面があらかじめ形成された第１の光ファイバと、先端面の中心部にあらかじめ凹面が形成され、且つ該凹面の底部が軸心と略直交する第２の光ファイバとを備えると共に、前記第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とが略同心に接合されて固着されており、前記第１の光ファイバの先端面の中心部と前記第２の光ファイバの凹面の底部とを前記両部分反射面として前記共振器を構成した光ファイバ式ひずみセンサの製造方法である。そして、この製造方法は、軸心と略直交する先端面があらかじめ形成された二本の素材光ファイバのうちの一方の素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施すことにより該素材光ファイバの中心部に前記凹面を形成して前記第２の光ファイバを得る工程と、前記二本の素材光ファイバのうちの他方の素材光ファイバを前記第１の光ファイバとし、該第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とを略同心に融着する工程とからなり、前記凹面を形成する前記素材光ファイバは、石英系マルチモード光ファイバであることを特徴とするものである。
【００２４】
かかる本発明では、前記共振器の一方の部分反射面を構成する前記凹面を有する第２の光ファイバは、前記二本の素材光ファイバのうちの一方の素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施して該先端面に凹面を形成することにより得られる。すなわち、素材光ファイバの先端部をエッチング液中に浸漬させると、該素材光ファイバの先端面が該素材光ファイバのコア部分を中心としてエッチングされ、前記凹面が形成される。このとき、該凹面は、例えばその縦断面が軸心に対して対称的な湾曲面形状となり、該凹面の底部は、素材光ファイバの軸心と略直交するものとなる。また、前記素材光ファイバが、石英系マルチモード光ファイバであるので、前記エッチング加工によって、適切な深さの前記凹面を比較的短時間で得ることができる。この場合、前記エッチング液としては、例えば弗化水素水溶液、あるいは、これに弗化アンモニウム水溶液を混合した溶液が挙げられる。
【００２５】
そして、本発明では、上記のようにエッチング加工により凹面を形成してなる第２の光ファイバの先端面の周縁部と、前記二本の素材光ファイバのうちの他方の素材光ファイバの先端面の周縁部とを略同心に融着する（加熱・溶融させてくっつける）。これにより、両光ファイバの先端面の周縁部が確実に接合・固着され、その接合部分（融着部分）の内部に密閉的に前記共振器が形成される。また、このとき、第２の光ファイバの先端面の周縁部（前記凹面の周囲部分）と、第１の光ファイバの先端面（その周縁部を含む）とは、それぞれの光ファイバの軸心と略直交しているため、それらの周縁部を精度よく同心に融着することが可能となる。さらにその融着によって、第１の光ファイバの先端面の中心部及び第２の光ファイバの凹面の底部は、互いに略平行な部分反射面となる。
【００２６】
このような本発明の製造方法によれば、特に前記エッチング加工によって、前記第２の光ファイバの先端面に凹面を形成するので、前記共振器の一方の部分反射面を形成するものとして適切な凹面を有する第２の光ファイバを再現性よく、しかも効率よく製造することができる。そして、この第２の光ファイバの先端面の周縁部と前記第１の光ファイバの先端面の周縁部とを融着するだけで、前述のように精度のよいひずみ測定が可能なひずみセンサを得ることができる。このため、製品毎のばらつきの少ない良好なひずみセンサを量産的に効率よく製造することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の光ファイバ式ひずみセンサの一実施形態を図１を参照して説明する。
【００３０】
図１を参照して、本実施形態の光ファイバ式ひずみセンサ１は、その構成要素として、第１光ファイバ２及び第２光ファイバ３を具備する。第１光ファイバ２は、本実施形態では、例えば石英系のシングルモード光ファイバであり、参照符号２ａ，２ｂを付した部分がそれぞれこの光ファイバ２のコア、クラッドである。また、第２光ファイバ３は、例えば石英系のマルチモード光ファイバ（より詳しくは、石英系のグレイデッド・インデックス・光ファイバ）であり、参照符号３ａ，３ｂを付した部分がそれぞれこの光ファイバ３のコア、クラッドである。
【００３１】
第１光ファイバ２の先端面は、その全面にわたって該光ファイバ２の軸心とほぼ直交する面に形成されている。また、第２光ファイバ３の先端面には、その中心部であるコア３ａ部分に、縦断面、略放物線形状の凹面４が形成されており、この凹面４の底部４ａは、該光ファイバ３の軸心とほぼ直交する。
【００３２】
そして、これらの光ファイバ２，３の先端面は、同心に突き合わされ、それらの周縁部を全周にわたって加熱・溶融して融着することによって、接合・固着されている。これにより、第１及び第２光ファイバ２，３は、実質的に一本の光ファイバから構成されているように一体的に連接されている。
【００３３】
このように構成されたひずみセンサ１では、両光ファイバ２，３の接合箇所の内部で第１光ファイバ２の先端面と第２光ファイバ３の凹面４との間で形成された密閉された空間５（空洞）が、ファブリ・ペロー型のひずみセンサとしてのひずみセンサ１の共振器（詳しくは外部共振器）となり、この共振器５の一対の部分反射面は、第１光ファイバ２の先端面の中心部６（該先端面のコア２ａ部分）と、第２光ファイバ３の凹面４の底部４ａとにより構成される。
【００３４】
すなわち、両光ファイバ２，３のうち、例えば第１光ファイバ２に共振器５に向かう光を導入すると、その光の一部は、光ファイバ２の先端面の中心部である部分反射面６で反射され、該光ファイバ２内を戻る。また、第１光ファイバ２の先端面で反射されずに、共振器５内に透過した光の一部が第２光ファイバ３側の部分反射面４ａ（凹面４の底部）で反射されて、部分反射面６側に戻り、さらにその一部が部分反射面６を透過して第１光ファイバ２内に進入し、該第１光ファイバ２内を戻る。そして、このように部分反射面４ａで反射されて、第１光ファイバ２内を戻る光と、前述のように部分反射面６で反射されて第１光ファイバ２内を戻る光とが干渉し、それらの光の光路差（＝両部分反射面６，４ａの間隔Ｄの二倍の長さ２Ｄ）に応じた干渉光信号が得られる。
【００３５】
また、両光ファイバ２，３の接合部分（共振器５の箇所）を測定対象物に貼着すると、測定対象物のひずみに応じて共振器５の両部分反射面６，４ａの間隔Ｄが変化する。
【００３６】
尚、本実施形態では、上記部分反射面６，４ａは、第１光ファイバ２の先端面や、第２光ファイバ３の凹面４に特別な反射皮膜層をコーティングすることなく、各光ファイバ２，３のコア２ａ，３ｂそのものにより形成されている。このため、それらの部分反射面６，４ａで生じる光の反射は所謂、フレネル反射であり、その反射率は、約４％程度である。従って、本実施形態のひずみセンサ１で構成される干渉系はフィゾー干渉系である。
【００３７】
次に、かかるひずみセンサ１の製造方法を図２を参照して説明する。本実施形態では、ひずみセンサ１は、図２のフローチャートに示すように製造される。
【００３８】
すなわち、第１光ファイバ２の素材となる素材光ファイバ（本実施形態では石英系のシングルモード光ファイバ。以下、ここでは第１素材光ファイバという）と第２光ファイバ３の素材となる素材光ファイバ（本実施形態では石英系のグレイデッド・インデックス・光ファイバ。以下、ここでは第２素材光ファイバという）とを用意し、各素材光ファイバの先端面が軸心と直交する面となるように、各素材光ファイバの先端部を切断する（ＳＴＥＰ１）。この切断によって、第１素材光ファイバは、そのまま、第１光ファイバ２として得られる。尚、上記のような切断は、公知の工具を用いて行うことができる。
【００３９】
次いで、第２光ファイバ３の素材となる第２素材光ファイバの先端部をエッチング液に浸漬させて、該第２素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施す（ＳＴＥＰ２）。
【００４０】
この場合、本実施形態では、例えば弗化水素水溶液、あるいは、これに弗化アンモニウム水溶液を混合したものをエッチング液として用いる。該エッチング液は、より具体的には、４７％弗化水素水溶液と水と４０％弗化アンモニウムとを１：１：０〜１（容積比）の比率で混合したものであることが好ましい。そして、本実施形態では、エッチング温度を室温として、上記エッチング液中に前記第２素材光ファイバの先端部を数十分、浸漬させることによって、第２素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施す。
【００４１】
このようなエッチング加工によって、第２素材光ファイバの先端面は、そのコア部分を中心にしてエッチングされ、前記凹面４が形成される。これにより、前記第２光ファイバ３が得られる。このとき、該凹面４の深さは例えば４０μｍ程度である。
【００４２】
上記のようにしてエッチング加工によって、第２光ファイバ３を得た後、前記ＳＴＥＰ１で得た第１光ファイバ２の先端面の周縁部と第２光ファイバ３の先端面の周縁部とを同心に融着する（ＳＴＥＰ３）。
【００４３】
この場合、この融着は、両光ファイバ２，３の先端面を同心に突き合わせ、この状態で、レーザやアーク放電によって両光ファイバ３の先端面の周縁部を加熱して溶融させ、その後、冷却することによってなされる。
【００４４】
このような融着によって、両光ファイバ２，３の先端面の周縁部が一体的に接合・固着され、これにより、図１のひずみセンサ１が得られる。
【００４５】
次に、ひずみセンサ１を用いたひずみ測定手法の具体的な一例を図３〜図８を参照して説明する。
【００４６】
ひずみセンサ１を用いたひずみ測定、すなわち、前記干渉光信号に基づくひずみ測定は、公知の白色光干渉方式や位相検出方式を用いて行うことも可能であるが、本実施形態では、以下に説明するような手法によって、ひずみ測定を行う。この手法は、本願出願人が特願２０００−９２０８８号にて提案している手法に基づくものである。
【００４７】
図３に、ひずみセンサ１を用いたひずみ測定システムの全体のシステム構成を示す。尚、同図３では、ひずみセンサ１を模式化して記載している。
【００４８】
本実施形態におけるひずみ測定システムでは、所定の波長分布を有する光源光を放出する光源１０に、投光側光ファイバ１１及び３dBカプラ１２を介して、ひずみセンサ１の第１光ファイバ２が接続されている。また、カプラ１２には、受光側光ファイバ１３を介して分光器１４が接続されている。
【００４９】
尚、投光側光ファイバ１１及び受光側光ファイバ１３は、第１光ファイバ２と同じシングルモード光ファイバである。また、光源１０は、例えば発光ダイオードにより構成され、それが放出する光源光（投光側光ファイバ１１に導入する光）の波長分布は、例えば図４に実線ａで示すような略正規型の分布であり、その中心波長は例えば８３０nmである。
【００５０】
この構成により、光源１０から投光側光ファイバ１１に光源光を導入すると、その光は、カプラ１２及び第１光ファイバ２を介してひずみセンサ１の共振器５に導かれる。そして、このとき、共振器５の部分反射面６，４ａで前述のようにそれぞれ反射された二つの光の干渉光信号が、第１光ファイバ２内をカプラ１２側に戻り、該カプラ１２から受光側光ファイバ１３を介して分光器１４に導かれて受光される。
【００５１】
分光器１４は、受光する干渉光信号を図示しないグレーティングにより分光して、該干渉光信号の強度の波長分布データを生成するもので、各波長の強度に応じたレベルの信号を出力するＣＣＤ１５を備えている。そして、このＣＣＤ１５は、その各素子の出力、すなわち、受光した干渉光信号の各波長の強度を表す出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１６を介してパソコン等からなるデータ処理装置１７に接続されている。
【００５２】
データ処理装置１７は、その主要な機能的構成として、分光器１４のＣＣＤ１５から得られる波長分布データに所定の変換処理を施す分布データ変換手段１８と、この分布データ変換手段１８により得られるデータから、所定の波長差当たりの干渉光信号の強度差の複数のデータを求める強度差データ生成手段１９と、その強度差データを用いて干渉光信号の所定の位相成分を求める位相算出手段２０と、その位相成分を用いてひずみを算出する等の処理を行うひずみ算出手段２１とを具備している。尚、これらの各手段１８〜２１の処理の具体的な内容については、本実施形態のひずみ測定システムの作動の説明と併せて後述する。
【００５３】
ここで、本実施形態のひずみ測定システムの作動を具体的に説明する前に、本システムによるひずみ測定の基本的原理について説明しておく。
【００５４】
前述したようにひずみセンサ１の共振器５に光を導入すると、共振器５の両部分反射面６，４ａの間隔Ｄ（以下、反射面間隔Ｄという）の二倍の光路差（＝２Ｄ）を有する二つの光が生成され、それらの光を干渉させてなる干渉光信号が生成される。このとき、共振器５に導入する光源光が理想的な白色光である場合を想定する。ここで、「白色光」は、図４に仮想線ｂで示すように、ある波長範囲（比較的広い波長範囲）においてその範囲内の各波長の光の強度（波長分布）が均一であるような光を意味するものとする（以下、同様）。
【００５５】
このとき、上記光源光（白色光）の各波長成分の強度をＩ（これは白色光では各波長において同一である）、上記干渉光信号を組成する二つの光の干渉度をＶ、その二つの光の光路差をＬ（＝２Ｄ）とおくと、その二つの光の干渉光信号の任意の波長値λ（光源光の上記波長範囲内の波長値）における強度Ｉ(λ)は、一般的に次式（１）により表される。
【００５６】
【数１】
【００５７】
さらに、所定の単位波長差Δλづつ値が異なる複数の波長値λ0、λ1（＝λ0＋Δλ）、λ2（＝λ1＋Δλ）、…、λn（＝λn-1＋Δλ）、……を定めると共に、その複数の波長値λn（ｎ＝０，１，２，……）のうちの一つ、例えばλ1（但し、λ1＞＞Δλ）を特定して、それをλaとおく（λa＝λ1とおく）。以下、この所定波長値λaを基準波長値λaという。このとき、次式（２），（３）により定義するθ，αを導入すると、
【００５８】
【数２】
【００５９】
【数３】
【００６０】
各波長値λn（ｎ＝０，１，２，……）における干渉光信号の強度Ｉ(λn)は次式（４）により与えられる。
【００６１】
【数４】
【００６２】
ここで、式（２）により定義されるθは、干渉光信号を組成する二つの光の光路差Ｌに比例する位相であるので、該光路差Ｌに応じた位相成分としての意味をもつ。また、式（３）により定義されるαは、光路差Ｌに比例するものであると同時に、前記単位波長差Δλに比例する位相であるので、波長差に応じた位相成分としての意味をもつ。以下、θを光路差位相成分と称し、αを波長差位相成分と称する。
【００６３】
次に、式（４）により与えられる強度Ｉ(λn)（ｎ＝０，１，２，…）の数列において、前記単位波長差Δλのある整数倍、例えば2倍の波長差（＝２・Δλ）を有するものの組（Ｉ(λ0)，Ｉ(λ2)）、（Ｉ(λ1)，Ｉ(λ3））、…、（Ｉ(λn+2)，Ｉ(λn)）、……を考え、それらの各組における二つの強度Ｉ(λn+2)，Ｉ(λn)（ｎ＝０，１，２，…）の差（＝Ｉ(λn+2)−Ｉ(λn)）をΔＩnとおく。このとき、この強度差ΔＩn（＝Ｉ(λn+2)−Ｉ(λn)、ｎ＝０，１，２…）は、式（４）に基づいて、次式（５）により与えられる。
【００６４】
【数５】
【００６５】
さらに、式（５）の右辺のsin（θ＋ｎ・α）（ｎ＝０，１，２，…）を複素数により表現すると、次式（６）が得られる。尚、式（６）中のexp（）は、自然対数の底ｅの指数関数である。
【００６６】
【数６】
【００６７】
ここで、次式（７）により定義する複素数Ｚ1，Ｚ2，Ａ1，Ａ2を導入すると、
【００６８】
【数７】
【００６９】
前記式（６）により与えられる強度差ΔＩnの数列は、次式（８）の漸化式によって、自己回帰モデルの形式で表現される。
【００７０】
【数８】
【００７１】
このように強度差ΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）の数列を自己回帰モデルの形式で表現したとき、強度差ΔＩnの複数の計測データが得られれば、その計測データから最小二乗法や、Yule-Walker法、Burg法等によって、自己回帰モデルの自己回帰係数としての前記複素数Ｚ1，Ｚ2，Ａ1，Ａ2の値を求める（同定する）ことができる。
【００７２】
さらに、このように自己回帰係数Ｚ1，Ｚ2，Ａ1，Ａ2の値を求めたとき、前記式（７）の定義式によって、それらの値（複素数値）から、次式（９），（１０）によって、それぞれ前記光路差位相成分θ及び波長差位相成分αを求めることができる。
【００７３】
【数９】
【００７４】
【数１０】
【００７５】
尚、式（９）に基づく光路差位相成分θの算出は、実際上は、複素数Ａ1／Ａ2の位相（＝２θ）を例えば−π〜＋πの範囲で求め、その位相２θの半分の値を求めることによって行われる。従って、求められる光路差位相成分θの範囲は、−π／２＜θ＜π／２である。このことは波長差位相成分αについても同様である。
【００７６】
このように光路差位相成分θ及び波長差位相成分αが求まれば、基本的には、前記式（２），（３）の定義式に基づいて、光路差Ｌの半分の値である共振器５の反射面間隔Ｄは、光路差位相成分θを用いた次式（１１）、あるいは、波長差位相成分αを用いた次式（１２）によって求めることができることとなる。尚、以下の説明では、光路差位相成分θあるいは波長差位相成分αを用いて求まる共振器５の反射面間隔Ｄにそれぞれ参照符号Ｄp，Ｄaを付することがある。
【００７７】
【数１１】
【００７８】
【数１２】
【００７９】
ここで、光路差位相成分θ及び波長差位相成分αは、位相であるので、光路差Ｌ、ひいては共振器５の反射面間隔Ｄの変化に対して、周期性を有する。すなわち、光路差位相成分θは、その範囲（−π／２〜π／２）と前記式（１１）とから明らかなように、図５（ｂ）に示す如く、共振器５の反射面間隔Ｄが、前記基準波長値λaの１／４（＝λa／４）だけ変化する毎に、同一の値を採る。また、波長差位相成分αは、その範囲（−π／２〜π／２）と前記式（１２）とから明らかなように、図５（ａ）に示す如く、共振器５の反射面間隔Ｄが、λa2／（４・Δλ）だけ変化する毎に、同一の値を採る。
【００８０】
このため、光路差位相成分θにより求められる反射面間隔Ｄ（＝Ｄp）、及び波長差位相成分αの値により求められる反射面間隔Ｄ（＝Ｄa）は、より正確には、それぞれ次式（１３），（１４）により与えらる。前記式（１１），（１２）は、それぞれ式（１３），（１４）の「ｍ」の値が「０」であるときに成立するものである。
【００８１】
【数１３】
【００８２】
【数１４】
【００８３】
従って、光路差位相成分θあるいは波長差位相成分αの値から、反射面間隔Ｄを把握するためには、式（１３）あるいは式（１４）の「ｍ」の値を特定する必要がある。
【００８４】
この場合、光路差位相成分θの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa／４よりも小さい分解能で反射面間隔Ｄの大きさを大略的に推測できる場合（反射面間隔Ｄが光路差位相成分θのどの周期内に属するかを推測できる場合）には、前記式（１３）の「ｍ」の値を特定することができるため、式（１３）に従って、光路差位相成分θの値から反射面間隔Ｄを求めることができる。同様に、波長差位相成分αの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa2／（４・Δλ）よりも小さい分解能で反射面間隔Ｄの大きさを大略的に推測できる場合には、前記式（１４）の「ｍ」の値を特定することができるため、式（１４）に従って、波長差位相成分αの値から反射面間隔Ｄを求めることができる。
【００８５】
尚、反射面間隔Ｄの変化が例えば光路差位相成分θの１周期内でのみ生じるような場合には、その反射面間隔Ｄの変化量は、前記式（１３）のθに係る係数（λa／４）に、光路差位相成分θの変化量を乗算することにより求められるので、式（１３）の「ｍ」の値を認識する必要はない。このことは、波長差位相成分αに関しても同様である。
【００８６】
また、例えば光源光が可視光であるとしたとき、その波長は、数百nmであるから、光路差位相成分θの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa／４も、概ね数百nm程度であり、比較的小さい。また、前記単位波長差Δλを数nmとしたとき、波長差位相成分αの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa2／（４・Δλ）は、概ね数十〜数百μmであり、光路差位相成分θの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa／４よりも十分に大きい。従って、光路差位相成分θを用いることによって比較的微小な反射面間隔Ｄあるいは該反射面間隔Ｄの微小な変化量を把握することが可能となる。また、波長差位相成分αを用いることによって、比較的大きな反射面間隔Ｄあるいは、該反射面間隔Ｄの比較的大きな変化量を把握することが可能となる。さらに、波長差位相成分αに基づき把握される反射面間隔Ｄの分解能が、光路差位相成分θの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa／４よりも小さく、波長差位相成分αに基づき把握される反射面間隔Ｄが光路差位相成分θのどの周期内に属するかを把握することができる（このことは式（１３）の「ｍ」の値を特定できることを意味する）場合には、波長差位相成分αに基づいて反射面間隔Ｄを巨視的に把握しつつ、光路差位相成分θの複数周期にわたって、該光路差位相成分θの値に基づいて、高精度に反射面間隔Ｄやその変化量を把握することも可能である。
【００８７】
このように、光路差位相成分θや波長差位相成分αが求まれば、それらを選択的あるいは併用的に用いることによって、反射面間隔Ｄやその変化量を幅広い範囲で把握することが可能となる。
【００８８】
上述の説明を考慮しつつ、次に、本実施形態におけるひずみ測定システムの作動を説明する。本実施形態のひずみ測定システムによるひずみ測定は、次のように行われる。
【００８９】
まず、ひずみセンサ１の共振器５の部分（前記第１及び第２光ファイバ２，３の接合部分）を図示しない測定対象物に貼着しておく。この場合、第１及び第２光ファイバ２，３の接合部分は測定対象物と同じひずみを生じるように接着剤等により直接的に測定対象物に貼着される。
【００９０】
そして、このようにひずみセンサ１を測定対象物に貼着した直後のひずみ測定の開始前に、光源１０から投光側光ファイバ１１、カプラ１２及び第１光ファイバ２を介してひずみセンサ１の共振器５に光源光を導入し、前述のように干渉光信号を生成する。このとき、生成される干渉光信号は、ひずみセンサ１の測定対象物への貼着直後の状態での共振器５の反射面間隔Ｄ（この間隔Ｄはひずみセンサ１のゲージ長に相当するもので、以後に測定するひずみの基準長となるものである。以下、これに参照符号Ｄ0を付する）の二倍の光路差（２Ｄ0）に応じた干渉光信号である。そして、その干渉光信号を第１光ファイバ２からカプラ１２及び受光側光ファイバ１３を介して分光器１４に導き、該分光器１４で受光する。
【００９１】
このとき、分光器１４のＣＣＤ１５から、例えば図４に実線ｃで示すような干渉光信号の波長分布データが得られる。そして、この波長分布データ（干渉光信号の各波長の強度データ）がＡ／Ｄ変換器１６によってＡ／Ｄ変換され、データ処理装置１７に取り込まれる。尚、干渉光信号の波長分布データを得るに際には、上述のような干渉光信号の生成及びその分光器１４による受光を複数回行い、その各回の波長分布データの平均値を求めるようにしてもよい。
【００９２】
データ処理装置１７は、この取り込んだ波長分布データに対して、分布データ変換手段１８により光源１０の光源光の波長分布に基づく変換処理を施す。この変換処理は、光源光（共振器１０に導入される光源光）が仮に白色光であったとして、前述のように干渉光信号を生成した場合に分光器１４を介して得られると推定される干渉光信号の波長分布データ（以下、変換分布データという）を、実際の波長分布データから推定的に求める処理である。このような変換処理を行う理由は、前述した光路差位相成分θや波長差位相成分αに基づくひずみ測定の原理では、光源光を白色光として、干渉光信号を生成する場合を前提としているからである。
【００９３】
この場合、上記変換処理は例えば次のように行われる。すなわち、データ処理装置１７は、実際の光源光の波長分布（図４の実線ａ）のデータ（実際の光源光の各波長値における強度のデータ）をあらかじめ記憶保持している。そして、データ処理装置１７の分布データ変換手段１８は、実際に得られた干渉光信号の各波長の強度データ（図４の実線ｃ）に対して、その波長値における実際の光源光の強度の逆数、あるいはこの逆数にあらかじめ定めた所定値（例えば実際の光源光のピーク強度）を乗算したものを乗算することにより、実際に得られた干渉光信号の波長分布データを変換する。
【００９４】
このような変換を行うことによって、例えば図６に示すような正弦波形状の変換分布データ、すなわち、光源光が白色光である場合の干渉光信号の波長分布データが推定的に得られる。
【００９５】
尚、実際の光源光の各波長の強度がほぼ均一で、その波長分布が白色光の波長分布とほぼ同一である場合には、実際の干渉光信号の波長分布データに上記のような変換処理を施しても、得られる変換分布データは、元の波長分布データとほぼ同一となる。従って、このような場合には、実際の干渉光信号の波長分布データをそのまま変換分布データとして得るようにすればよい。
【００９６】
このようにして分布データ変換手段１８の処理により変換分布データを得た後、データ処理装置１７は、強度差データ生成手段１９によって、前記式（５）の強度差ΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）のデータを次のようにして得る。
【００９７】
すなわち、図７を参照して、強度差データ生成手段１９は、まず、上記変換分布データから、あらかじめ定めた波長値λ0を起点として、所定の単位波長差Δλ（本実施形態では例えば２nm）づつ、値が相違する複数の波長値λ0，λ1，…，λn，…における干渉光信号の強度Ｉ(λ0)，Ｉ(λ1)，…，Ｉ(λn)，…のデータ（これは、式（４）の強度Ｉ(λn)の計測データに相当する）を抽出する。そして、これらの強度データＩ(λ0)，Ｉ(λ1)，…，Ｉ(λn)，…において、前記単位波長差Δλの所定整数倍、例えば2倍の波長差を有するもの同士（Ｉ(λ0)，Ｉ(λ2)），（Ｉ(λ1)，Ｉ(λ3）），…，（Ｉ(λn+2)，Ｉ(λn)），…をそれぞれ組とし、その各組データの二つの強度データＩ(λn+2)，Ｉ(λn)（ｎ＝０，１，２，…）の差ΔＩ0(＝Ｉ(λ2)−Ｉ(λ0)），ΔＩ1（＝Ｉ(λ3)−Ｉ(λ1)），……，ΔＩn（＝Ｉ(λn+2)−Ｉ(λn)）…を強度差データ（これは前記式（５）の強度差ΔＩnの計測データに相当する）として求める。このようにして求められる強度差データΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）は、各強度差データΔＩnに対応する波長値をλnとしたとき、例えば図８に示すように波長値に対して正弦波状に変化するものとなる。
【００９８】
尚、外乱等の影響を低減するために、上記のように求められる強度差データΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）に対して、移動平均処理等によるローパス特性のフィルタリング処理を施したものを改めて強度差データΔＩnとして得るようにしてもよい。
【００９９】
次いで、データ処理装置１７は、位相算出手段２０によって、前記光路差位相成分θ及び波長差位相成分αの値を次のようにして求める。
【０１００】
すなわち、位相算出手段２０は、まず、上述のようにして強度差データ生成手段１９により求められた強度差データΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）から、例えば最小二乗法の処理によって、前記式（８）の自己回帰モデルの自己回帰係数としての複素数Ｚ1，Ｚ2，Ａ1，Ａ2の値を求める。この場合、より具体的には式（８）の３段目の式で、（Ｚ１＋Ｚ2）及びＺ1・Ｚ2を未知数として、最小二乗法の処理を行うことで、強度差データΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）から（Ｚ１＋Ｚ2）及びＺ1・Ｚ2の値が求められ、それらの値から、複素数Ｚ1，Ｚ2の値が求められる。そして、この複素数Ｚ1，Ｚ2の値及び強度差データΔＩ1の値を式（８）の２段目の式に代入してなる式と、強度差データΔＩ0の値を式（８）の１段目の式ととを連立方程式とし、その連立方程式を解くことによって、複素数Ａ1，Ａ2の値が求められる。
【０１０１】
次いで、位相算出手段２０は、式（９）に従って、複素数Ａ1，Ａ2の値から、前記光路差位相成分θの値を求めると共に、式（１０）に従って、複素数Ｚ1，Ｚ2の値から、前記波長差位相成分αの値を求める。このようにして求められた光路差位相成分θ及び波長差位相成分αは、それぞれ、前記基準波長値λaをλa＝λ1（本実施形態では例えばλa＝８４０nm）に定めたとき、共振器５の現在の反射面間隔Ｄ（＝ゲージ長Ｄ0）と前記式（１３），（１４）の関係を有するものとなる。
【０１０２】
このようにして光路差位相成分θ及び波長差位相成分αを求めた後、次に、データ処理装置１７は、ひずみ算出手段２１によって、前記波長差位相成分αの値から、式（１４）に基づいて、共振器５の現在の反射面間隔Ｄを求め、それをひずみセンサ１のゲージ長Ｄ0として図示しないメモリに記憶保持する。
【０１０３】
この場合、本実施形態では、式（１４）の演算に必要な前記基準波長値λa及び単位波長差Δλは、それぞれ例えば８４０nm、２nmであり、波長差位相成分αの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa2／（４・Δλ）は、８８．２μmである。また、本実施形態では、ひずみセンサ１の前記凹面４の深さは、おおよそ４０μm程度である。従って、前記式（１４）でｍ＝０とした式によってゲージ長Ｄ0を波長位相成分αから求めることができる（図５（ｂ）を参照）。
【０１０４】
尚、ゲージ長Ｄ0が８８．２μm以下で、波長差位相成分αが負の値となるときには、前記式（１４）でｍ＝１とした式によって、波長差位相成分αから、ゲージ長Ｄ0を求めればよい。
【０１０５】
さらに、データ処理装置１７のひずみ算出手段２１は、前記のように位相算出手段２０が波長差位相成分αと共に求めた光路差位相成分θの値を初期光路差位相成分θ0（図５（ｂ）を参照）として図示しないメモリに記憶保持する。
【０１０６】
次に、測定対象物のひずみ測定を行う際には、前述のようにゲージ長Ｄ0及び初期光路差位相成分θ0を求めた場合と全く同様にして、干渉光信号を生成し、その干渉光信号の分光データから、前記データ処理装置１７の分光データ変換手段１８、強度差データ生成手段１９、及び位相算出手段１９の処理を順次行うことによって、光路差位相成分θ及び波長差位相成分αの値を求める。
【０１０７】
データ処理装置１７は、さらに、今回のひずみ測定時に上記のように求めた光路差位相成分θの値の前記初期光路差位相成分θ0からの変化量（θ−θ0）をひずみ算出手段２１によって求める。そして、この変化量（θ−θ0）から前記式（１３）に基づいて共振器５の反射面間隔Ｄの当初の値（＝ゲージ長Ｄ0）からの変化量ΔＤを求める。この場合、共振器５の反射面間隔Ｄの現在値が例えば図５（ｂ）に示す「Ｄx」であるとし、また、今回求められた光路差位相成分θの値が「θx」であるとしたとき、共振器５の反射面間隔Ｄの変化量ΔＤ（＝Ｄx−D0）は、ΔＤ＝（λa／４π）・（θx−θ0）という式によって求めることができる。
【０１０８】
そして、ひずみ算出手段２１は、このようにして求めた反射面間隔Ｄの変化量ΔＤの前記ゲージ長Ｄ0に対する比ΔＤ／Ｄ0をひずみ測定値として算出する。これにより、ひずみセンサ１を用いたひずみ測定がなされる。
【０１０９】
図１０に、測定対象物をアルミニウム材として、該アルミニウム材の温度を変化させながら前述のようにひずみ測定（アルミニウム材の温度ひずみの測定）を行った場合の実測データのグラフを示す。同図１０に示すように、ひずみ測定値は、温度変化に対してリニアに変化している。そして、グラフの傾き（温度変化に対するひずみ測定値の変化の割合）は２０．４ppm／℃で、アルミニウム材の物理定数である線膨張係数２１ppm／℃とほぼ同一の値が得られた。このことから、精度の良いひずみ測定値が得られることが判る。
【０１１０】
尚、本実施形態では、上述のような手法によって、ひずみ測定を行う場合を例にとって説明したが、ひずみセンサ１を用いて生成される干渉光信号から、従来の白色光干渉方式や、位相検出方式を用いて共振器５の反射面間隔Ｄやその変化量を検出して、ひずみ測定を行うことも可能である。
【０１１１】
以上説明したように、図１の構造のひずみセンサ１を用いてひずみ測定を行ったとき、前記共振器５の当初の反射面間隔Ｄ0がゲージ長となり、このゲージ長は、ひずみセンサ１毎に、干渉光信号に基づいて計測して精度よく特定することができる。このため、該ゲージ長D0に対する反射面間隔Ｄの変化量の比としてのひずみ測定値を精度よく得ることができる。
【０１１２】
また、ひずみセンサ１のセンシング部分となる共振器５は、前記第１及び第２光ファイバ２，３の接合部分（融着部分）の内部に密閉的に形成されるため、該ひずみセンサ１を測定対象物に取付けるに際して、該接合部分を実質的に直接的に測定対象物に取付けることができる。このため、ひずみセンサ１の共振器５の部分は、光ファイバ２，３の外径程度の薄肉なものとなり、測定対象物のひずみに対する反射面間隔Ｄの変化の良好な感度を得ることができ、ひいては、ひずみ測定値の良好な精度を確保することができる。また、ひずみセンサ１を測定対象物の曲面状の箇所にも支障なく取付けることができる。
【０１１３】
また、前記第１及び第２光ファイバ２，３の接合・固着は、融着によってなされているため、両光ファイバ２，３が確実に一体化し、測定対象物のひずみに対するひずみセンサ１の構造的な安定性を確保することができる。
【０１１４】
また、ひずみセンサ１の製造においては、図２のフローチャートに基づいて説明したように、少ない工程数で、容易にひずみセンサ１を製造することができる。特に、第２光ファイバ３の凹面４の形成に際しては、エッチング加工を用いることによって、該凹面４を再現性よく、短時間で容易に形成することができる。また、この場合、ひずみセンサ１のゲージ長である共振器５の当初の反射面間隔Ｄ0を前述のように干渉光信号に基づいて計測することができるため、前記凹面４の深さや等をさほど厳密に管理する必要がない。従って、ひずみセンサ１の大量生産を容易に行うことができる。
【０１１５】
尚、前記実施形態では、第１光ファイバ２として、シングルモードの光ファイバを用いたが、マルチモード光ファイバを用いてもよい。また、前記実施形態では、第２光ファイバ３として、グレーデッド・インデックス・光ファイバを用いたが、例えばステップ・インデックス・光ファイバを用いてよく、さらには、シングルモード光ファイバを用いることも可能である。但し、エッチング加工により十分な深さを有する凹面を形成する上では、第２光ファイバ３は、マルチモード光ファイバを用いることが好適である。
【０１１６】
また、前記実施形態では、第１及び第２光ファイバ２，３として好適なものとして石英系のものを用いたが、これ以外の材質の光ファイバを用いてひずみセンサを得ることも可能である。
【０１１７】
また、前記実施形態では、ひずみセンサ１の製造のし易さ等の観点から、第２光ファイバ３の凹面４をエッチング加工により形成したが、本発明のひずみセンサでは、第２光ファイバの凹面は、他の加工手法によって形成されたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ式ひずみセンサの一実施形態の構造を示す断面図。
【図２】図１のひずみセンサの製造方法を説明するためのフローチャート。
【図３】図１のひずみセンサを用いたひずみ測定システムの一例のシステム構成図。
【図４】図３のシステムで干渉光信号の生成に用いる光源光とその光源光を用いて生成される干渉光信号との波長分布を示す線図。
【図５】図３のシステムによるひずみ測定手法を説明するための線図。
【図６】図３のシステムによるひずみ測定手法を説明するための線図。
【図７】図３のシステムによるひずみ測定手法を説明するための線図。
【図８】図３のシステムによるひずみ測定手法を説明するための線図。
【図９】図３のシステムによるひずみ（温度ひずみ）の実測データを示すグラフ。
【図１０】従来の光ファイバ式ひずみセンサの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…光ファイバ式ひずみセンサ、２…第１光ファイバ、３…第２光ファイバ、４…凹面、５…共振器、４ａ，６…部分反射面。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ式ひずみセンサ、及びそのひずみセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ式のひずみセンサとしては、例えば米国特許５２０２９３９に見られるような、所謂ファブリ・ペロー（Fabry-Perot）型のものが一般に知られている。図１０にこのひずみセンサの基本構造を示す。
【０００３】
図示のように、このひずみセンサＡは、二本の光ファイバ１００，１０１を有し、これらの光ファイバ１００，１０１のそれぞれの先端面に、光の一部を反射する（残部を透過する）薄膜状の部分反射面（semi-reflective mirror）１０２，１０３が形成されている。また、光ファイバ１００，１０１の先端部は、それぞれ細い管体１０４の各端部から該管体１０４内に挿入され、それらの先端面の部分反射面１０２，１０３が適当な間隔ｄを存して平行に相対向するように配置されている。これにより、両部分反射面１０２，１０３の間の空間（空洞）１０５が、その両端に部分反射面１０２，１０３を有する共振器（詳しくは外部共振器）として形成されている。そして、各光ファイバ１００，１０１は、それぞれ、固定部１０６，１０７において管体１０４の内周部に固定されている。
【０００４】
このような構造のひずみセンサＡを用いて測定対象物のひずみを測定する場合には、前記管体１０４が測定対象物に生じるひずみと同じひずみを生じるように該測定対象物に貼着される。このとき、測定対象物にひずみが生じると、管体１０４の長さ、ひいては、前記固定部１０６，１０７の間隔が変化する。そして、この固定部１０６，１０７の間隔の変化量と同じ量だけ前記部分反射面１０２，１０３の間隔ｄが変化する。従って、部分反射面１０２，１０３の間隔の変化量を計測することによって、測定対象物に生じたひずみを測定することができる。
【０００５】
より具体的には、固定部１０６，１０７の当初の間隔をＸ（この間隔ＸがこのひずみセンサＡのゲージ長となる）とし、測定対象物のひずみに伴う固定部１０６，１０７の間隔の変化量（＝部分反射面１０２，１０３の間隔ｄの変化量）をΔＸとすると、測定対象物のひずみは、ΔＸ／Ｘで与えられる。
【０００６】
この場合、部分反射面１０２，１０３の間隔の変化量ΔＸは、次のように計測される。
【０００７】
すなわち、測定対象物のひずみを測定する際に、光ファイバ１００，１０１のいずれか一方、例えば光ファイバ１００に前記共振器１０５に向かう光を導入する。このとき、その光の一部は、部分反射面１０２で反射されて光ファイバ１００内を戻っていく。また、部分反射面１０２で反射されずに透過した光は、共振器１０５内を部分反射面１０３に向かって進行した後、その一部が該部分反射面１０３で反射されて、部分反射面１０２に向かって進行する。そして、さらにその一部が部分反射面１０２を透過して光ファイバ１００内を戻っていくと共に、前述のように部分反射面１０２で反射された光との干渉を生じる。
【０００８】
このとき、部分反射面１０３で反射されて光ファイバ１００内を戻る光は、部分反射面１０２で反射されて光ファイバ１００内を戻る光に対して、両部分反射面１０２，１０３の間隔ｄの二倍の光路差を与えられる。このため、両者の光の干渉によって、上記光路差（＝２・ｄ）に応じた干渉光信号が得られる。従って、その干渉光信号に基づいて、上記光路差、ひいては両部分反射面１０２，１０３の間隔ｄを測定することができる。
【０００９】
この場合、上記の干渉光信号に基づく両部分反射面１０２，１０３の間隔ｄの計測手法には、所謂、白色光干渉方式や位相検出方式（ヘテロダイン法）等がある。白色光干渉方式の一例としては、例えば、前記米国特許第５２０２９３９号に見られる手法が挙げられ、位相検出方式の一例としては、例えば特開平１０−１７０２３３号公報に見られる手法が挙げられる。
【００１０】
このようにひずみ測定の際に、前記干渉光信号に基づいて両部分反射面１０２，１０３の間隔ｄを計測することによって、該間隔ｄの当初の間隔からの変化量、すなわち、前記ΔＬを把握することができる。従って、前述のように測定対象物のひずみを測定することができる。
【００１１】
しかしながら、前述のような従来構造のファブリ・ペロー型のひずみセンサでは、次のような不都合を生じるものとなっていた。
【００１２】
すなわち、前記図１０のような構造のひずみセンサＡでは、部分反射面１０２を有する光ファイバ１００と、部分反射面１０３を有する光ファイバ１０１とは、これらの光ファイバ１００，１０１の先端部を挿入した管体１０４に固定部１０６，１０７で固定され、これらの固定部１０６，１０７の当初の間隔Ｘがゲージ長となる。この場合、各固定部１０６，１０７においては、各光ファイバ１００，１０１は、通常、レーザやアーク放電によって管体１０４の内周部に溶接されて固定され、あるいは、接着剤によって管体１０４の内周部に接着されて固定される。
【００１３】
ところが、この場合、その溶接部分や接着部分は一般に、管体１０４の長手方向にある程度の幅を有するものとなると共に、その幅や位置を高精度に管理することは極めて困難である。つまり、各光ファイバ１００，１０１の管体１０４に対する固定位置を高精度に管理することは極めて困難である。また、融着部分や接着部分の幅があることから、各光ファイバ１００，１０１を管体１０４に固定した後にその固定位置を正確に特定することも難しい。さらに、比較的長期間に渡るひずみ測定の際等のように、管体１０４に繰り返しひずみが作用すると、各光ファイバ１００，１０１の管体１０４に対する固定位置がずれることがある。
【００１４】
このため、従来構造のひずみセンサＡでは、測定するひずみ量に係わる基準長としてのゲージ長Ｘを高精度に規定し、また該ゲージ長Ｘを高精度に把握しておくことが困難である。この結果、前記固定部１０６，１０７の間隔の変化量ΔＸとしての両部分反射面１０２，１０３の間隔の変化量を精度よく測定しても、この変化量ΔＸの前記ゲージ長Ｘに対する比として得られるひずみ測定値自体の十分な精度を確保することができない。
【００１５】
また、従来構造のひずみセンサＡでは、測定対象物のひずみを直接的に受ける管体１０４は光ファイバ１００，１０１に外挿されるため、比較的厚いものとならざるを得ない。このため、管体１０４のひずみに対する高い感度を確保することが難しく、精度のよいひずみ測定を行う上で不利である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、精度のよいひずみ測定を可能とする光ファイバ式ひずみセンサを提供することを目的とする。
【００１７】
さらに、そのような光ファイバ式ひずみセンサを効率よく容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ式ひずみセンサはかかる目的を達成するために、光の一部を反射可能な一対の部分反射面を両端に相対向させて形成してなる共振器と、前記両部分反射面の一方側から他方側に向かう光を前記共振器にその外部から導入する光ファイバとを備え、前記両部分反射面の間隔がひずみ測定対象物のひずみに応じて変化するよう前記共振器を該測定対象物に取付けた状態で前記光ファイバを介して前記共振器に光を導入したとき、各部分反射面で反射した光の干渉により両部分反射面の間隔に応じた干渉光信号を生成する光ファイバ式ひずみセンサにおいて、少なくとも先端面の中心部に軸心と略直交する直交面があらかじめ形成された第１の光ファイバと、先端面の中心部にあらかじめ凹面が形成され、且つ該凹面の底部が軸心と略直交する第２の光ファイバとを備える。さらに、前記第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とが略同心に接合されて固着されている。そして、前記第１の光ファイバの先端面の中心部と前記第２の光ファイバの凹面の底部とを前記両部分反射面として前記共振器が構成され、前記測定対象物のひずみを測定するとき、前記第１の光ファイバと第２の光ファイバとの接合部分が前記測定対象物に貼着されると共に、前記共振器の両部分反射面の当初の間隔が測定するひずみの基準長としてのゲージ長として使用されることを特徴とするものである。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記第１の光ファイバと第２の光ファイバとは、それらの先端面の周縁部が略同心に接合されて固着されている。従って、両光ファイバは、一体的に連接されている。そして、両光ファイバの接合部分の内部では、第１の光ファイバの先端面と第２の光ファイバの凹面とによって密閉された空間が形成される。このとき、第１の光ファイバの先端面の中心部の前記直交面と第２の光ファイバの凹面の底部とは第１の光ファイバの軸心と略直交し、換言すれば、互いに平行となる。従って、第１の光ファイバの先端面の中心部の直交面と第２の光ファイバの凹面の底部とは前記部分反射面として機能することができる。これにより、上記の空間部分に前記共振器が形成されることとなる。
【００２０】
このような本発明の構成のひずみセンサでは、第１及び第２の光ファイバは、それらの先端部同士が直接的に接合・固着されて、一体化されており、しかも、その接合部分の内部に密閉された前記共振器が形成されている。このため、前記共振器の両部分反射面の間隔がひずみ測定対象物のひずみに応じて変化するように該共振器を測定対象物に取付けるためには、第１及び第２の光ファイバの接合部分を直接的にひずみ測定対象物に取付ければよい。そして、このとき、共振器の両部分反射面の当初の間隔がゲージ長に相当するものとなる。さらにそのゲージ長は、例えば第１又は第２の光ファイバを介して前記共振器に光を導入して、前記干渉光信号を生成すれば、その干渉光信号に基づいて計測することができる。あるいは、前記凹面の深さ等に基づいて求めることもできる。従って、本発明のひずみセンサによれば、測定するひずみの基準長となるゲージ長を精度よく特定することが可能となる。
【００２１】
また、本発明のひずみセンサでは、ひずみ測定に際して第１及び第２の光ファイバの接合部分を前記のように直接的に測定対象物に取付ければよいので、測定対象物のひずみに対する受感部分となる上記接合部分は、光ファイバの径程度の薄いものとなる。このため、測定対象物のひずみに対して良好な感度で前記共振器の両部分反射面の間隔が変化する。
【００２２】
このように本発明のひずみセンサによれば、ゲージ長を精度よく特定することができ、また、測定対象物のひずみに対する十分な感度を確保することができるため、精度のよいひずみ測定を行うことが可能となる。
【００２３】
次に、本発明の光ファイバ式ひずみセンサの製造方法は、光の一部を反射可能な一対の部分反射面を両端に相対向させて形成してなる共振器と、前記両部分反射面の一方側から他方側に向かう光を前記共振器にその外部から導入する光ファイバとを備え、前記両部分反射面の間隔がひずみ測定対象物のひずみに応じて変化するよう前記共振器を該測定対象物に取付けた状態で前記光ファイバを介して前記共振器に光を導入したとき、各部分反射面で反射した光の干渉により両部分反射面の間隔に応じた干渉光信号を生成する光ファイバ式ひずみセンサであって、少なくとも先端面の中心部に軸心と略直交する直交面があらかじめ形成された第１の光ファイバと、先端面の中心部にあらかじめ凹面が形成され、且つ該凹面の底部が軸心と略直交する第２の光ファイバとを備えると共に、前記第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とが略同心に接合されて固着されており、前記第１の光ファイバの先端面の中心部と前記第２の光ファイバの凹面の底部とを前記両部分反射面として前記共振器を構成した光ファイバ式ひずみセンサの製造方法である。そして、この製造方法は、軸心と略直交する先端面があらかじめ形成された二本の素材光ファイバのうちの一方の素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施すことにより該素材光ファイバの中心部に前記凹面を形成して前記第２の光ファイバを得る工程と、前記二本の素材光ファイバのうちの他方の素材光ファイバを前記第１の光ファイバとし、該第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とを略同心に融着する工程とからなり、前記凹面を形成する前記素材光ファイバは、石英系マルチモード光ファイバであることを特徴とするものである。
【００２４】
かかる本発明では、前記共振器の一方の部分反射面を構成する前記凹面を有する第２の光ファイバは、前記二本の素材光ファイバのうちの一方の素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施して該先端面に凹面を形成することにより得られる。すなわち、素材光ファイバの先端部をエッチング液中に浸漬させると、該素材光ファイバの先端面が該素材光ファイバのコア部分を中心としてエッチングされ、前記凹面が形成される。このとき、該凹面は、例えばその縦断面が軸心に対して対称的な湾曲面形状となり、該凹面の底部は、素材光ファイバの軸心と略直交するものとなる。また、前記素材光ファイバが、石英系マルチモード光ファイバであるので、前記エッチング加工によって、適切な深さの前記凹面を比較的短時間で得ることができる。この場合、前記エッチング液としては、例えば弗化水素水溶液、あるいは、これに弗化アンモニウム水溶液を混合した溶液が挙げられる。
【００２５】
そして、本発明では、上記のようにエッチング加工により凹面を形成してなる第２の光ファイバの先端面の周縁部と、前記二本の素材光ファイバのうちの他方の素材光ファイバの先端面の周縁部とを略同心に融着する（加熱・溶融させてくっつける）。これにより、両光ファイバの先端面の周縁部が確実に接合・固着され、その接合部分（融着部分）の内部に密閉的に前記共振器が形成される。また、このとき、第２の光ファイバの先端面の周縁部（前記凹面の周囲部分）と、第１の光ファイバの先端面（その周縁部を含む）とは、それぞれの光ファイバの軸心と略直交しているため、それらの周縁部を精度よく同心に融着することが可能となる。さらにその融着によって、第１の光ファイバの先端面の中心部及び第２の光ファイバの凹面の底部は、互いに略平行な部分反射面となる。
【００２６】
このような本発明の製造方法によれば、特に前記エッチング加工によって、前記第２の光ファイバの先端面に凹面を形成するので、前記共振器の一方の部分反射面を形成するものとして適切な凹面を有する第２の光ファイバを再現性よく、しかも効率よく製造することができる。そして、この第２の光ファイバの先端面の周縁部と前記第１の光ファイバの先端面の周縁部とを融着するだけで、前述のように精度のよいひずみ測定が可能なひずみセンサを得ることができる。このため、製品毎のばらつきの少ない良好なひずみセンサを量産的に効率よく製造することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の光ファイバ式ひずみセンサの一実施形態を図１を参照して説明する。
【００３０】
図１を参照して、本実施形態の光ファイバ式ひずみセンサ１は、その構成要素として、第１光ファイバ２及び第２光ファイバ３を具備する。第１光ファイバ２は、本実施形態では、例えば石英系のシングルモード光ファイバであり、参照符号２ａ，２ｂを付した部分がそれぞれこの光ファイバ２のコア、クラッドである。また、第２光ファイバ３は、例えば石英系のマルチモード光ファイバ（より詳しくは、石英系のグレイデッド・インデックス・光ファイバ）であり、参照符号３ａ，３ｂを付した部分がそれぞれこの光ファイバ３のコア、クラッドである。
【００３１】
第１光ファイバ２の先端面は、その全面にわたって該光ファイバ２の軸心とほぼ直交する面に形成されている。また、第２光ファイバ３の先端面には、その中心部であるコア３ａ部分に、縦断面、略放物線形状の凹面４が形成されており、この凹面４の底部４ａは、該光ファイバ３の軸心とほぼ直交する。
【００３２】
そして、これらの光ファイバ２，３の先端面は、同心に突き合わされ、それらの周縁部を全周にわたって加熱・溶融して融着することによって、接合・固着されている。これにより、第１及び第２光ファイバ２，３は、実質的に一本の光ファイバから構成されているように一体的に連接されている。
【００３３】
このように構成されたひずみセンサ１では、両光ファイバ２，３の接合箇所の内部で第１光ファイバ２の先端面と第２光ファイバ３の凹面４との間で形成された密閉された空間５（空洞）が、ファブリ・ペロー型のひずみセンサとしてのひずみセンサ１の共振器（詳しくは外部共振器）となり、この共振器５の一対の部分反射面は、第１光ファイバ２の先端面の中心部６（該先端面のコア２ａ部分）と、第２光ファイバ３の凹面４の底部４ａとにより構成される。
【００３４】
すなわち、両光ファイバ２，３のうち、例えば第１光ファイバ２に共振器５に向かう光を導入すると、その光の一部は、光ファイバ２の先端面の中心部である部分反射面６で反射され、該光ファイバ２内を戻る。また、第１光ファイバ２の先端面で反射されずに、共振器５内に透過した光の一部が第２光ファイバ３側の部分反射面４ａ（凹面４の底部）で反射されて、部分反射面６側に戻り、さらにその一部が部分反射面６を透過して第１光ファイバ２内に進入し、該第１光ファイバ２内を戻る。そして、このように部分反射面４ａで反射されて、第１光ファイバ２内を戻る光と、前述のように部分反射面６で反射されて第１光ファイバ２内を戻る光とが干渉し、それらの光の光路差（＝両部分反射面６，４ａの間隔Ｄの二倍の長さ２Ｄ）に応じた干渉光信号が得られる。
【００３５】
また、両光ファイバ２，３の接合部分（共振器５の箇所）を測定対象物に貼着すると、測定対象物のひずみに応じて共振器５の両部分反射面６，４ａの間隔Ｄが変化する。
【００３６】
尚、本実施形態では、上記部分反射面６，４ａは、第１光ファイバ２の先端面や、第２光ファイバ３の凹面４に特別な反射皮膜層をコーティングすることなく、各光ファイバ２，３のコア２ａ，３ｂそのものにより形成されている。このため、それらの部分反射面６，４ａで生じる光の反射は所謂、フレネル反射であり、その反射率は、約４％程度である。従って、本実施形態のひずみセンサ１で構成される干渉系はフィゾー干渉系である。
【００３７】
次に、かかるひずみセンサ１の製造方法を図２を参照して説明する。本実施形態では、ひずみセンサ１は、図２のフローチャートに示すように製造される。
【００３８】
すなわち、第１光ファイバ２の素材となる素材光ファイバ（本実施形態では石英系のシングルモード光ファイバ。以下、ここでは第１素材光ファイバという）と第２光ファイバ３の素材となる素材光ファイバ（本実施形態では石英系のグレイデッド・インデックス・光ファイバ。以下、ここでは第２素材光ファイバという）とを用意し、各素材光ファイバの先端面が軸心と直交する面となるように、各素材光ファイバの先端部を切断する（ＳＴＥＰ１）。この切断によって、第１素材光ファイバは、そのまま、第１光ファイバ２として得られる。尚、上記のような切断は、公知の工具を用いて行うことができる。
【００３９】
次いで、第２光ファイバ３の素材となる第２素材光ファイバの先端部をエッチング液に浸漬させて、該第２素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施す（ＳＴＥＰ２）。
【００４０】
この場合、本実施形態では、例えば弗化水素水溶液、あるいは、これに弗化アンモニウム水溶液を混合したものをエッチング液として用いる。該エッチング液は、より具体的には、４７％弗化水素水溶液と水と４０％弗化アンモニウムとを１：１：０〜１（容積比）の比率で混合したものであることが好ましい。そして、本実施形態では、エッチング温度を室温として、上記エッチング液中に前記第２素材光ファイバの先端部を数十分、浸漬させることによって、第２素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施す。
【００４１】
このようなエッチング加工によって、第２素材光ファイバの先端面は、そのコア部分を中心にしてエッチングされ、前記凹面４が形成される。これにより、前記第２光ファイバ３が得られる。このとき、該凹面４の深さは例えば４０μｍ程度である。
【００４２】
上記のようにしてエッチング加工によって、第２光ファイバ３を得た後、前記ＳＴＥＰ１で得た第１光ファイバ２の先端面の周縁部と第２光ファイバ３の先端面の周縁部とを同心に融着する（ＳＴＥＰ３）。
【００４３】
この場合、この融着は、両光ファイバ２，３の先端面を同心に突き合わせ、この状態で、レーザやアーク放電によって両光ファイバ３の先端面の周縁部を加熱して溶融させ、その後、冷却することによってなされる。
【００４４】
このような融着によって、両光ファイバ２，３の先端面の周縁部が一体的に接合・固着され、これにより、図１のひずみセンサ１が得られる。
【００４５】
次に、ひずみセンサ１を用いたひずみ測定手法の具体的な一例を図３〜図８を参照して説明する。
【００４６】
ひずみセンサ１を用いたひずみ測定、すなわち、前記干渉光信号に基づくひずみ測定は、公知の白色光干渉方式や位相検出方式を用いて行うことも可能であるが、本実施形態では、以下に説明するような手法によって、ひずみ測定を行う。この手法は、本願出願人が特願２０００−９２０８８号にて提案している手法に基づくものである。
【００４７】
図３に、ひずみセンサ１を用いたひずみ測定システムの全体のシステム構成を示す。尚、同図３では、ひずみセンサ１を模式化して記載している。
【００４８】
本実施形態におけるひずみ測定システムでは、所定の波長分布を有する光源光を放出する光源１０に、投光側光ファイバ１１及び３dBカプラ１２を介して、ひずみセンサ１の第１光ファイバ２が接続されている。また、カプラ１２には、受光側光ファイバ１３を介して分光器１４が接続されている。
【００４９】
尚、投光側光ファイバ１１及び受光側光ファイバ１３は、第１光ファイバ２と同じシングルモード光ファイバである。また、光源１０は、例えば発光ダイオードにより構成され、それが放出する光源光（投光側光ファイバ１１に導入する光）の波長分布は、例えば図４に実線ａで示すような略正規型の分布であり、その中心波長は例えば８３０nmである。
【００５０】
この構成により、光源１０から投光側光ファイバ１１に光源光を導入すると、その光は、カプラ１２及び第１光ファイバ２を介してひずみセンサ１の共振器５に導かれる。そして、このとき、共振器５の部分反射面６，４ａで前述のようにそれぞれ反射された二つの光の干渉光信号が、第１光ファイバ２内をカプラ１２側に戻り、該カプラ１２から受光側光ファイバ１３を介して分光器１４に導かれて受光される。
【００５１】
分光器１４は、受光する干渉光信号を図示しないグレーティングにより分光して、該干渉光信号の強度の波長分布データを生成するもので、各波長の強度に応じたレベルの信号を出力するＣＣＤ１５を備えている。そして、このＣＣＤ１５は、その各素子の出力、すなわち、受光した干渉光信号の各波長の強度を表す出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１６を介してパソコン等からなるデータ処理装置１７に接続されている。
【００５２】
データ処理装置１７は、その主要な機能的構成として、分光器１４のＣＣＤ１５から得られる波長分布データに所定の変換処理を施す分布データ変換手段１８と、この分布データ変換手段１８により得られるデータから、所定の波長差当たりの干渉光信号の強度差の複数のデータを求める強度差データ生成手段１９と、その強度差データを用いて干渉光信号の所定の位相成分を求める位相算出手段２０と、その位相成分を用いてひずみを算出する等の処理を行うひずみ算出手段２１とを具備している。尚、これらの各手段１８〜２１の処理の具体的な内容については、本実施形態のひずみ測定システムの作動の説明と併せて後述する。
【００５３】
ここで、本実施形態のひずみ測定システムの作動を具体的に説明する前に、本システムによるひずみ測定の基本的原理について説明しておく。
【００５４】
前述したようにひずみセンサ１の共振器５に光を導入すると、共振器５の両部分反射面６，４ａの間隔Ｄ（以下、反射面間隔Ｄという）の二倍の光路差（＝２Ｄ）を有する二つの光が生成され、それらの光を干渉させてなる干渉光信号が生成される。このとき、共振器５に導入する光源光が理想的な白色光である場合を想定する。ここで、「白色光」は、図４に仮想線ｂで示すように、ある波長範囲（比較的広い波長範囲）においてその範囲内の各波長の光の強度（波長分布）が均一であるような光を意味するものとする（以下、同様）。
【００５５】
このとき、上記光源光（白色光）の各波長成分の強度をＩ（これは白色光では各波長において同一である）、上記干渉光信号を組成する二つの光の干渉度をＶ、その二つの光の光路差をＬ（＝２Ｄ）とおくと、その二つの光の干渉光信号の任意の波長値λ（光源光の上記波長範囲内の波長値）における強度Ｉ(λ)は、一般的に次式（１）により表される。
【００５６】
【数１】
さらに、所定の単位波長差Δλづつ値が異なる複数の波長値λ0、λ1（＝λ0＋Δλ）、λ2（＝λ1＋Δλ）、…、λn（＝λn-1＋Δλ）、……を定めると共に、その複数の波長値λn（ｎ＝０，１，２，……）のうちの一つ、例えばλ1（但し、λ1＞＞Δλ）を特定して、それをλaとおく（λa＝λ1とおく）。以下、この所定波長値λaを基準波長値λaという。このとき、次式（２），（３）により定義するθ，αを導入すると、
【００５８】
【数２】
【数３】
各波長値λn（ｎ＝０，１，２，……）における干渉光信号の強度Ｉ(λn)は次式（４）により与えられる。
【００６１】
【数４】
ここで、式（２）により定義されるθは、干渉光信号を組成する二つの光の光路差Ｌに比例する位相であるので、該光路差Ｌに応じた位相成分としての意味をもつ。また、式（３）により定義されるαは、光路差Ｌに比例するものであると同時に、前記単位波長差Δλに比例する位相であるので、波長差に応じた位相成分としての意味をもつ。以下、θを光路差位相成分と称し、αを波長差位相成分と称する。
【００６３】
次に、式（４）により与えられる強度Ｉ(λn)（ｎ＝０，１，２，…）の数列において、前記単位波長差Δλのある整数倍、例えば2倍の波長差（＝２・Δλ）を有するものの組（Ｉ(λ0)，Ｉ(λ2)）、（Ｉ(λ1)，Ｉ(λ3））、…、（Ｉ(λn+2)，Ｉ(λn)）、……を考え、それらの各組における二つの強度Ｉ(λn+2)，Ｉ(λn)（ｎ＝０，１，２，…）の差（＝Ｉ(λn+2)−Ｉ(λn)）をΔＩnとおく。このとき、この強度差ΔＩn（＝Ｉ(λn+2)−Ｉ(λn)、ｎ＝０，１，２…）は、式（４）に基づいて、次式（５）により与えられる。
【００６４】
【数５】
さらに、式（５）の右辺のsin（θ＋ｎ・α）（ｎ＝０，１，２，…）を複素数により表現すると、次式（６）が得られる。尚、式（６）中のexp（）は、自然対数の底ｅの指数関数である。
【００６６】
【数６】
ここで、次式（７）により定義する複素数Ｚ1，Ｚ2，Ａ1，Ａ2を導入すると、
【００６８】
【数７】
前記式（６）により与えられる強度差ΔＩnの数列は、次式（８）の漸化式によって、自己回帰モデルの形式で表現される。
【００７０】
【数８】
このように強度差ΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）の数列を自己回帰モデルの形式で表現したとき、強度差ΔＩnの複数の計測データが得られれば、その計測データから最小二乗法や、Yule-Walker法、Burg法等によって、自己回帰モデルの自己回帰係数としての前記複素数Ｚ1，Ｚ2，Ａ1，Ａ2の値を求める（同定する）ことができる。
【００７２】
さらに、このように自己回帰係数Ｚ1，Ｚ2，Ａ1，Ａ2の値を求めたとき、前記式（７）の定義式によって、それらの値（複素数値）から、次式（９），（１０）によって、それぞれ前記光路差位相成分θ及び波長差位相成分αを求めることができる。
【００７３】
【数９】
【数１０】
尚、式（９）に基づく光路差位相成分θの算出は、実際上は、複素数Ａ1／Ａ2の位相（＝２θ）を例えば−π〜＋πの範囲で求め、その位相２θの半分の値を求めることによって行われる。従って、求められる光路差位相成分θの範囲は、−π／２＜θ＜π／２である。このことは波長差位相成分αについても同様である。
【００７６】
このように光路差位相成分θ及び波長差位相成分αが求まれば、基本的には、前記式（２），（３）の定義式に基づいて、光路差Ｌの半分の値である共振器５の反射面間隔Ｄは、光路差位相成分θを用いた次式（１１）、あるいは、波長差位相成分αを用いた次式（１２）によって求めることができることとなる。尚、以下の説明では、光路差位相成分θあるいは波長差位相成分αを用いて求まる共振器５の反射面間隔Ｄにそれぞれ参照符号Ｄp，Ｄaを付することがある。
【００７７】
【数１１】
【数１２】
ここで、光路差位相成分θ及び波長差位相成分αは、位相であるので、光路差Ｌ、ひいては共振器５の反射面間隔Ｄの変化に対して、周期性を有する。すなわち、光路差位相成分θは、その範囲（−π／２〜π／２）と前記式（１１）とから明らかなように、図５（ｂ）に示す如く、共振器５の反射面間隔Ｄが、前記基準波長値λaの１／４（＝λa／４）だけ変化する毎に、同一の値を採る。また、波長差位相成分αは、その範囲（−π／２〜π／２）と前記式（１２）とから明らかなように、図５（ａ）に示す如く、共振器５の反射面間隔Ｄが、λa2／（４・Δλ）だけ変化する毎に、同一の値を採る。
【００８０】
このため、光路差位相成分θにより求められる反射面間隔Ｄ（＝Ｄp）、及び波長差位相成分αの値により求められる反射面間隔Ｄ（＝Ｄa）は、より正確には、それぞれ次式（１３），（１４）により与えらる。前記式（１１），（１２）は、それぞれ式（１３），（１４）の「ｍ」の値が「０」であるときに成立するものである。
【００８１】
【数１３】
【数１４】
従って、光路差位相成分θあるいは波長差位相成分αの値から、反射面間隔Ｄを把握するためには、式（１３）あるいは式（１４）の「ｍ」の値を特定する必要がある。
【００８４】
この場合、光路差位相成分θの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa／４よりも小さい分解能で反射面間隔Ｄの大きさを大略的に推測できる場合（反射面間隔Ｄが光路差位相成分θのどの周期内に属するかを推測できる場合）には、前記式（１３）の「ｍ」の値を特定することができるため、式（１３）に従って、光路差位相成分θの値から反射面間隔Ｄを求めることができる。同様に、波長差位相成分αの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa2／（４・Δλ）よりも小さい分解能で反射面間隔Ｄの大きさを大略的に推測できる場合には、前記式（１４）の「ｍ」の値を特定することができるため、式（１４）に従って、波長差位相成分αの値から反射面間隔Ｄを求めることができる。
【００８５】
尚、反射面間隔Ｄの変化が例えば光路差位相成分θの１周期内でのみ生じるような場合には、その反射面間隔Ｄの変化量は、前記式（１３）のθに係る係数（λa／４）に、光路差位相成分θの変化量を乗算することにより求められるので、式（１３）の「ｍ」の値を認識する必要はない。このことは、波長差位相成分αに関しても同様である。
【００８６】
また、例えば光源光が可視光であるとしたとき、その波長は、数百nmであるから、光路差位相成分θの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa／４も、概ね数百nm程度であり、比較的小さい。また、前記単位波長差Δλを数nmとしたとき、波長差位相成分αの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa2／（４・Δλ）は、概ね数十〜数百μmであり、光路差位相成分θの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa／４よりも十分に大きい。従って、光路差位相成分θを用いることによって比較的微小な反射面間隔Ｄあるいは該反射面間隔Ｄの微小な変化量を把握することが可能となる。また、波長差位相成分αを用いることによって、比較的大きな反射面間隔Ｄあるいは、該反射面間隔Ｄの比較的大きな変化量を把握することが可能となる。さらに、波長差位相成分αに基づき把握される反射面間隔Ｄの分解能が、光路差位相成分θの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa／４よりも小さく、波長差位相成分αに基づき把握される反射面間隔Ｄが光路差位相成分θのどの周期内に属するかを把握することができる（このことは式（１３）の「ｍ」の値を特定できることを意味する）場合には、波長差位相成分αに基づいて反射面間隔Ｄを巨視的に把握しつつ、光路差位相成分θの複数周期にわたって、該光路差位相成分θの値に基づいて、高精度に反射面間隔Ｄやその変化量を把握することも可能である。
【００８７】
このように、光路差位相成分θや波長差位相成分αが求まれば、それらを選択的あるいは併用的に用いることによって、反射面間隔Ｄやその変化量を幅広い範囲で把握することが可能となる。
【００８８】
上述の説明を考慮しつつ、次に、本実施形態におけるひずみ測定システムの作動を説明する。本実施形態のひずみ測定システムによるひずみ測定は、次のように行われる。
【００８９】
まず、ひずみセンサ１の共振器５の部分（前記第１及び第２光ファイバ２，３の接合部分）を図示しない測定対象物に貼着しておく。この場合、第１及び第２光ファイバ２，３の接合部分は測定対象物と同じひずみを生じるように接着剤等により直接的に測定対象物に貼着される。
【００９０】
そして、このようにひずみセンサ１を測定対象物に貼着した直後のひずみ測定の開始前に、光源１０から投光側光ファイバ１１、カプラ１２及び第１光ファイバ２を介してひずみセンサ１の共振器５に光源光を導入し、前述のように干渉光信号を生成する。このとき、生成される干渉光信号は、ひずみセンサ１の測定対象物への貼着直後の状態での共振器５の反射面間隔Ｄ（この間隔Ｄはひずみセンサ１のゲージ長に相当するもので、以後に測定するひずみの基準長となるものである。以下、これに参照符号Ｄ0を付する）の二倍の光路差（２Ｄ0）に応じた干渉光信号である。そして、その干渉光信号を第１光ファイバ２からカプラ１２及び受光側光ファイバ１３を介して分光器１４に導き、該分光器１４で受光する。
【００９１】
このとき、分光器１４のＣＣＤ１５から、例えば図４に実線ｃで示すような干渉光信号の波長分布データが得られる。そして、この波長分布データ（干渉光信号の各波長の強度データ）がＡ／Ｄ変換器１６によってＡ／Ｄ変換され、データ処理装置１７に取り込まれる。尚、干渉光信号の波長分布データを得るに際には、上述のような干渉光信号の生成及びその分光器１４による受光を複数回行い、その各回の波長分布データの平均値を求めるようにしてもよい。
【００９２】
データ処理装置１７は、この取り込んだ波長分布データに対して、分布データ変換手段１８により光源１０の光源光の波長分布に基づく変換処理を施す。この変換処理は、光源光（共振器１０に導入される光源光）が仮に白色光であったとして、前述のように干渉光信号を生成した場合に分光器１４を介して得られると推定される干渉光信号の波長分布データ（以下、変換分布データという）を、実際の波長分布データから推定的に求める処理である。このような変換処理を行う理由は、前述した光路差位相成分θや波長差位相成分αに基づくひずみ測定の原理では、光源光を白色光として、干渉光信号を生成する場合を前提としているからである。
【００９３】
この場合、上記変換処理は例えば次のように行われる。すなわち、データ処理装置１７は、実際の光源光の波長分布（図４の実線ａ）のデータ（実際の光源光の各波長値における強度のデータ）をあらかじめ記憶保持している。そして、データ処理装置１７の分布データ変換手段１８は、実際に得られた干渉光信号の各波長の強度データ（図４の実線ｃ）に対して、その波長値における実際の光源光の強度の逆数、あるいはこの逆数にあらかじめ定めた所定値（例えば実際の光源光のピーク強度）を乗算したものを乗算することにより、実際に得られた干渉光信号の波長分布データを変換する。
【００９４】
このような変換を行うことによって、例えば図６に示すような正弦波形状の変換分布データ、すなわち、光源光が白色光である場合の干渉光信号の波長分布データが推定的に得られる。
【００９５】
尚、実際の光源光の各波長の強度がほぼ均一で、その波長分布が白色光の波長分布とほぼ同一である場合には、実際の干渉光信号の波長分布データに上記のような変換処理を施しても、得られる変換分布データは、元の波長分布データとほぼ同一となる。従って、このような場合には、実際の干渉光信号の波長分布データをそのまま変換分布データとして得るようにすればよい。
【００９６】
このようにして分布データ変換手段１８の処理により変換分布データを得た後、データ処理装置１７は、強度差データ生成手段１９によって、前記式（５）の強度差ΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）のデータを次のようにして得る。
【００９７】
すなわち、図７を参照して、強度差データ生成手段１９は、まず、上記変換分布データから、あらかじめ定めた波長値λ0を起点として、所定の単位波長差Δλ（本実施形態では例えば２nm）づつ、値が相違する複数の波長値λ0，λ1，…，λn，…における干渉光信号の強度Ｉ(λ0)，Ｉ(λ1)，…，Ｉ(λn)，…のデータ（これは、式（４）の強度Ｉ(λn)の計測データに相当する）を抽出する。そして、これらの強度データＩ(λ0)，Ｉ(λ1)，…，Ｉ(λn)，…において、前記単位波長差Δλの所定整数倍、例えば2倍の波長差を有するもの同士（Ｉ(λ0)，Ｉ(λ2)），（Ｉ(λ1)，Ｉ(λ3）），…，（Ｉ(λn+2)，Ｉ(λn)），…をそれぞれ組とし、その各組データの二つの強度データＩ(λn+2)，Ｉ(λn)（ｎ＝０，１，２，…）の差ΔＩ0(＝Ｉ(λ2)−Ｉ(λ0)），ΔＩ1（＝Ｉ(λ3)−Ｉ(λ1)），……，ΔＩn（＝Ｉ(λn+2)−Ｉ(λn)）…を強度差データ（これは前記式（５）の強度差ΔＩnの計測データに相当する）として求める。このようにして求められる強度差データΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）は、各強度差データΔＩnに対応する波長値をλnとしたとき、例えば図８に示すように波長値に対して正弦波状に変化するものとなる。
【００９８】
尚、外乱等の影響を低減するために、上記のように求められる強度差データΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）に対して、移動平均処理等によるローパス特性のフィルタリング処理を施したものを改めて強度差データΔＩnとして得るようにしてもよい。
【００９９】
次いで、データ処理装置１７は、位相算出手段２０によって、前記光路差位相成分θ及び波長差位相成分αの値を次のようにして求める。
【０１００】
すなわち、位相算出手段２０は、まず、上述のようにして強度差データ生成手段１９により求められた強度差データΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）から、例えば最小二乗法の処理によって、前記式（８）の自己回帰モデルの自己回帰係数としての複素数Ｚ1，Ｚ2，Ａ1，Ａ2の値を求める。この場合、より具体的には式（８）の３段目の式で、（Ｚ１＋Ｚ2）及びＺ1・Ｚ2を未知数として、最小二乗法の処理を行うことで、強度差データΔＩn（ｎ＝０，１，２，…）から（Ｚ１＋Ｚ2）及びＺ1・Ｚ2の値が求められ、それらの値から、複素数Ｚ1，Ｚ2の値が求められる。そして、この複素数Ｚ1，Ｚ2の値及び強度差データΔＩ1の値を式（８）の２段目の式に代入してなる式と、強度差データΔＩ0の値を式（８）の１段目の式ととを連立方程式とし、その連立方程式を解くことによって、複素数Ａ1，Ａ2の値が求められる。
【０１０１】
次いで、位相算出手段２０は、式（９）に従って、複素数Ａ1，Ａ2の値から、前記光路差位相成分θの値を求めると共に、式（１０）に従って、複素数Ｚ1，Ｚ2の値から、前記波長差位相成分αの値を求める。このようにして求められた光路差位相成分θ及び波長差位相成分αは、それぞれ、前記基準波長値λaをλa＝λ1（本実施形態では例えばλa＝８４０nm）に定めたとき、共振器５の現在の反射面間隔Ｄ（＝ゲージ長Ｄ0）と前記式（１３），（１４）の関係を有するものとなる。
【０１０２】
このようにして光路差位相成分θ及び波長差位相成分αを求めた後、次に、データ処理装置１７は、ひずみ算出手段２１によって、前記波長差位相成分αの値から、式（１４）に基づいて、共振器５の現在の反射面間隔Ｄを求め、それをひずみセンサ１のゲージ長Ｄ0として図示しないメモリに記憶保持する。
【０１０３】
この場合、本実施形態では、式（１４）の演算に必要な前記基準波長値λa及び単位波長差Δλは、それぞれ例えば８４０nm、２nmであり、波長差位相成分αの１周期当たりの反射面間隔Ｄの変化量λa2／（４・Δλ）は、８８．２μmである。また、本実施形態では、ひずみセンサ１の前記凹面４の深さは、おおよそ４０μm程度である。従って、前記式（１４）でｍ＝０とした式によってゲージ長Ｄ0を波長位相成分αから求めることができる（図５（ｂ）を参照）。
【０１０４】
尚、ゲージ長Ｄ0が８８．２μm以下で、波長差位相成分αが負の値となるときには、前記式（１４）でｍ＝１とした式によって、波長差位相成分αから、ゲージ長Ｄ0を求めればよい。
【０１０５】
さらに、データ処理装置１７のひずみ算出手段２１は、前記のように位相算出手段２０が波長差位相成分αと共に求めた光路差位相成分θの値を初期光路差位相成分θ0（図５（ｂ）を参照）として図示しないメモリに記憶保持する。
【０１０６】
次に、測定対象物のひずみ測定を行う際には、前述のようにゲージ長Ｄ0及び初期光路差位相成分θ0を求めた場合と全く同様にして、干渉光信号を生成し、その干渉光信号の分光データから、前記データ処理装置１７の分光データ変換手段１８、強度差データ生成手段１９、及び位相算出手段１９の処理を順次行うことによって、光路差位相成分θ及び波長差位相成分αの値を求める。
【０１０７】
データ処理装置１７は、さらに、今回のひずみ測定時に上記のように求めた光路差位相成分θの値の前記初期光路差位相成分θ0からの変化量（θ−θ0）をひずみ算出手段２１によって求める。そして、この変化量（θ−θ0）から前記式（１３）に基づいて共振器５の反射面間隔Ｄの当初の値（＝ゲージ長Ｄ0）からの変化量ΔＤを求める。この場合、共振器５の反射面間隔Ｄの現在値が例えば図５（ｂ）に示す「Ｄx」であるとし、また、今回求められた光路差位相成分θの値が「θx」であるとしたとき、共振器５の反射面間隔Ｄの変化量ΔＤ（＝Ｄx−D0）は、ΔＤ＝（λa／４π）・（θx−θ0）という式によって求めることができる。
【０１０８】
そして、ひずみ算出手段２１は、このようにして求めた反射面間隔Ｄの変化量ΔＤの前記ゲージ長Ｄ0に対する比ΔＤ／Ｄ0をひずみ測定値として算出する。これにより、ひずみセンサ１を用いたひずみ測定がなされる。
【０１０９】
図１０に、測定対象物をアルミニウム材として、該アルミニウム材の温度を変化させながら前述のようにひずみ測定（アルミニウム材の温度ひずみの測定）を行った場合の実測データのグラフを示す。同図１０に示すように、ひずみ測定値は、温度変化に対してリニアに変化している。そして、グラフの傾き（温度変化に対するひずみ測定値の変化の割合）は２０．４ppm／℃で、アルミニウム材の物理定数である線膨張係数２１ppm／℃とほぼ同一の値が得られた。このことから、精度の良いひずみ測定値が得られることが判る。
【０１１０】
尚、本実施形態では、上述のような手法によって、ひずみ測定を行う場合を例にとって説明したが、ひずみセンサ１を用いて生成される干渉光信号から、従来の白色光干渉方式や、位相検出方式を用いて共振器５の反射面間隔Ｄやその変化量を検出して、ひずみ測定を行うことも可能である。
【０１１１】
以上説明したように、図１の構造のひずみセンサ１を用いてひずみ測定を行ったとき、前記共振器５の当初の反射面間隔Ｄ0がゲージ長となり、このゲージ長は、ひずみセンサ１毎に、干渉光信号に基づいて計測して精度よく特定することができる。このため、該ゲージ長D0に対する反射面間隔Ｄの変化量の比としてのひずみ測定値を精度よく得ることができる。
【０１１２】
また、ひずみセンサ１のセンシング部分となる共振器５は、前記第１及び第２光ファイバ２，３の接合部分（融着部分）の内部に密閉的に形成されるため、該ひずみセンサ１を測定対象物に取付けるに際して、該接合部分を実質的に直接的に測定対象物に取付けることができる。このため、ひずみセンサ１の共振器５の部分は、光ファイバ２，３の外径程度の薄肉なものとなり、測定対象物のひずみに対する反射面間隔Ｄの変化の良好な感度を得ることができ、ひいては、ひずみ測定値の良好な精度を確保することができる。また、ひずみセンサ１を測定対象物の曲面状の箇所にも支障なく取付けることができる。
【０１１３】
また、前記第１及び第２光ファイバ２，３の接合・固着は、融着によってなされているため、両光ファイバ２，３が確実に一体化し、測定対象物のひずみに対するひずみセンサ１の構造的な安定性を確保することができる。
【０１１４】
また、ひずみセンサ１の製造においては、図２のフローチャートに基づいて説明したように、少ない工程数で、容易にひずみセンサ１を製造することができる。特に、第２光ファイバ３の凹面４の形成に際しては、エッチング加工を用いることによって、該凹面４を再現性よく、短時間で容易に形成することができる。また、この場合、ひずみセンサ１のゲージ長である共振器５の当初の反射面間隔Ｄ0を前述のように干渉光信号に基づいて計測することができるため、前記凹面４の深さや等をさほど厳密に管理する必要がない。従って、ひずみセンサ１の大量生産を容易に行うことができる。
【０１１５】
尚、前記実施形態では、第１光ファイバ２として、シングルモードの光ファイバを用いたが、マルチモード光ファイバを用いてもよい。また、前記実施形態では、第２光ファイバ３として、グレーデッド・インデックス・光ファイバを用いたが、例えばステップ・インデックス・光ファイバを用いてよく、さらには、シングルモード光ファイバを用いることも可能である。但し、エッチング加工により十分な深さを有する凹面を形成する上では、第２光ファイバ３は、マルチモード光ファイバを用いることが好適である。
【０１１６】
また、前記実施形態では、第１及び第２光ファイバ２，３として好適なものとして石英系のものを用いたが、これ以外の材質の光ファイバを用いてひずみセンサを得ることも可能である。
【０１１７】
また、前記実施形態では、ひずみセンサ１の製造のし易さ等の観点から、第２光ファイバ３の凹面４をエッチング加工により形成したが、本発明のひずみセンサでは、第２光ファイバの凹面は、他の加工手法によって形成されたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ式ひずみセンサの一実施形態の構造を示す断面図。
【図２】図１のひずみセンサの製造方法を説明するためのフローチャート。
【図３】図１のひずみセンサを用いたひずみ測定システムの一例のシステム構成図。
【図４】図３のシステムで干渉光信号の生成に用いる光源光とその光源光を用いて生成される干渉光信号との波長分布を示す線図。
【図５】図３のシステムによるひずみ測定手法を説明するための線図。
【図６】図３のシステムによるひずみ測定手法を説明するための線図。
【図７】図３のシステムによるひずみ測定手法を説明するための線図。
【図８】図３のシステムによるひずみ測定手法を説明するための線図。
【図９】図３のシステムによるひずみ（温度ひずみ）の実測データを示すグラフ。
【図１０】従来の光ファイバ式ひずみセンサの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…光ファイバ式ひずみセンサ、２…第１光ファイバ、３…第２光ファイバ、４…凹面、５…共振器、４ａ，６…部分反射面。
Claims (2)
- 光の一部を反射可能な一対の部分反射面を両端に相対向させて形成してなる共振器と、前記両部分反射面の一方側から他方側に向かう光を前記共振器にその外部から導入する光ファイバとを備え、前記両部分反射面の間隔がひずみ測定対象物のひずみに応じて変化するよう前記共振器を該測定対象物に取付けた状態で前記光ファイバを介して前記共振器に光を導入したとき、各部分反射面で反射した光の干渉により両部分反射面の間隔に応じた干渉光信号を生成する光ファイバ式ひずみセンサにおいて、
少なくとも先端面の中心部に軸心と略直交する直交面があらかじめ形成された第１の光ファイバと、先端面の中心部にあらかじめ凹面が形成され、且つ該凹面の底部が軸心と略直交する第２の光ファイバとを備えると共に、前記第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とが略同心に接合されて固着されており、
前記第１の光ファイバの先端面の中心部と前記第２の光ファイバの凹面の底部とを前記両部分反射面として前記共振器が構成され、前記測定対象物のひずみを測定するとき、前記第１の光ファイバと第２の光ファイバとの接合部分が前記測定対象物に貼着されると共に、前記共振器の両部分反射面の当初の間隔が測定するひずみの基準長としてのゲージ長として使用されることを特徴とする光ファイバ式ひずみセンサ。 - 光の一部を反射可能な一対の部分反射面を両端に相対向させて形成してなる共振器と、前記両部分反射面の一方側から他方側に向かう光を前記共振器にその外部から導入する光ファイバとを備え、前記両部分反射面の間隔がひずみ測定対象物のひずみに応じて変化するよう前記共振器を該測定対象物に取付けた状態で前記光ファイバを介して前記共振器に光を導入したとき、各部分反射面で反射した光の干渉により両部分反射面の間隔に応じた干渉光信号を生成する光ファイバ式ひずみセンサであって、少なくとも先端面の中心部に軸心と略直交する直交面があらかじめ形成された第１の光ファイバと、先端面の中心部にあらかじめ凹面が形成され、且つ該凹面の底部が軸心と略直交する第２の光ファイバとを備えると共に、前記第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とが略同心に接合されて固着されており、前記第１の光ファイバの先端面の中心部と前記第２の光ファイバの凹面の底部とを前記両部分反射面として前記共振器を構成した光ファイバ式ひずみセンサの製造方法であって、
軸心と略直交する先端面があらかじめ形成された二本の素材光ファイバのうちの一方の素材光ファイバの先端面にエッチング加工を施すことにより該素材光ファイバの中心部に前記凹面を形成して前記第２の光ファイバを得る工程と、前記二本の素材光ファイバのうちの他方の素材光ファイバを前記第１の光ファイバとし、該第１の光ファイバの先端面の周縁部と前記第２の光ファイバの先端面の周縁部とを略同心に融着する工程とからなり、前記凹面を形成する前記素材光ファイバは、石英系マルチモード光ファイバであることを特徴とする光ファイバ式ひずみセンサの製造方法。
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