JP4403674B2 - Optical fiber sensor - Google Patents

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JP4403674B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度変化、圧力、歪み等の物理量を計測する光ファイバセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
図6はファイバブラッググレーティングの説明図であり、図7は図6に示したファイバブラッググレーティングを用いた光ファイバセンサの従来例を示す概念図であり、図8は図6に示したファイバブラッググレーティングを用いた光ファイバセンサの他の従来例を示す概念図である。
【0003】
図6に示すようにファイバブラッググレーティング(以下「FBG」という。)1は、光ファイバ2のコア3の屈折率を一定の周期Pで変化させたものであり、光ファイバ2に入射した入射光がこの屈折率の変化した部分(グレーティング部)4で反射して反射光として出射するようになっている。その反射光の波長は、周期Pとコア3の屈折率とで決定するため、FBG1は、歪みによる周期Pの変化や温度変化による屈折率の変化で反射光の波長が変化する。そのため、FBG1は歪みと温度に対しては敏感であり、圧力、歪み、温度の測定をする様々なセンサの研究がなされている。尚、5はコア3を覆い、コア3より屈折率の低いクラッドである。
【0004】
このようなFBG1を用いて温度を計測する方法としては、FBG1の温度による屈折率変化と光ファイバの熱膨張による周期変化を利用したものや図7に示すように光ファイバより熱膨張係数の大きいステンレス、アルミニウム、高分子材料等の高熱膨張材にFBGを固定し、FBG単体の温度の屈折率変化と熱膨張による反射光の波長変化と高熱膨張材の熱膨張による歪みを利用したものがある。
【0005】
図7に示す光ファイバセンサ6は、高熱膨張材からなるベース7と、ベース7上の両側に設けられた一対の固定部材8、9と、固定部材8、9にグレーティング部4の両側の光ファイバが固定されたFBG1とで構成されたものである。
【0006】
この光ファイバセンサ6の光ファイバ2は図示しない測定器本体(例えばOTDR:Optical Time Domain Reflectometer、光パルス試験器)に接続され、ベース7の熱膨張(矢印10)に伴うグレーティング部4の屈折率変化と膨張収縮(矢印11)とを検出し、温度を測定するようになっている。
【0007】
ここで、この種のFBGの利用目的としては、単に温度センサだけでなく、圧力、歪み等の物理量を測定するセンサとしても用いられる。また、圧力歪み検出用FBGの温度補償用FBGとして用いられる。すなわち、圧力、歪み、温度による反射波長変化から温度変化分を取り除き補償するためにも用いられる。
【0008】
図8に示す光ファイバセンサ12は、FBG1を金属材13で覆った圧力歪み受感部14で補償対象物(測定対象物)15の圧力や歪みを計測するためのものである。FBG1は温度変化による影響を受けるので、FBG1の温度変化分の誤差を補償するため、FBG1に温度補償用FBG16が光ファイバ17で直列接続されている。
【0009】
温度補償用FBG16、特にグレーティング部18は圧力歪み受感部14の周辺に配置したり補償対象物15に固定されたりして使用される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、FBG単体での温度変化による波長変化量(以下「温度係数」という。)は、約10pm/℃(ピコメータ/℃)である。高熱膨張材に固定した場合、材料によって異なるが温度係数は、ステンレスで約30pm/℃となる。
【0011】
単にFBG周辺の温度計測を行う場合、温度係数が大きいと温度精度が良くなるが、その分波長変化量が大きくなり、使用波長帯域の決まった反射波長測定装置を用いて反射波長を測定することが困難となる。
【0012】
また、FBGが歪み測定を行うFBGの温度補償用として用いられる場合、温度係数は補償対象の歪み検出用FBGと同程度でよい。補償対象の歪み検出用FBGは圧力、歪み等その測定目的により様々な物質に固定されて使用されるため、温度係数も各センサにより異なり歪み測定用FBGと同じ温度係数になる熱膨張材を選定することが非常に困難である。
【0013】
このように、従来の光ファイバセンサでは、多種類の材料の中から適当な温度係数の材質を選択しなければならず、かつ、温度係数の調整が不可能であるという問題があった。
【0014】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、温度係数の調整が可能な光ファイバセンサを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光ファイバセンサは、温度変化により屈折率が変化すると共に膨張収縮するグレーティング部が光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングと、ファイバグラッググレーティングを金属材で覆い補償対象物内に配置され該補償対象物の圧力や歪みを計測する圧力歪み受感部と、ファイバブラッググレーティングの温度変化分を補償するためファイバブラッググレーティングに温度補償用ファイバブラッググレーティングを直列接続した光ファイバセンサにおいて、温度補償用ファイバブラッググレーティングのグレーティング部を低熱膨張材で覆うと共に低熱膨張材の両側の光ファイバを所定長さの高熱膨張材で覆ったものである。
【0019】
上記構成に加え本発明の光ファイバセンサは、高熱膨張材としてステンレスやアルミニウムを用い、低熱膨張材としてインバーやパイレックス(登録商標)を用いるのが好ましい。
【0020】
上記構成に加え本発明の光ファイバセンサは、低熱膨張材及び高熱膨張材からなる連結体の温度係数が補償対象物の温度係数に等しくなるように高熱膨張材の長さ調節されていてもよい。
【0021】
本発明によれば、圧力や歪みを計測する光ファイバセンサの温度補償用ファイバブラッググレーティングのグレーティング部を低熱膨張材で覆い、両側を高熱膨張材で覆うと共に高熱膨張材の長さを変えることにより、温度補償用ファイバブラッググレーティングを覆う膨張材の温度係数が補償対象物の温度係数に等しくなるように調整できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0023】
図1は本発明の光ファイバセンサの一実施の形態を示す概念図である。尚、従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
【0024】
熱膨張係数の低い低熱膨張材からなる第1基板20の上に、熱膨張係数の高い高熱膨張材からなる第2基板21が第1基板20と平行になるように第1基板20の一方の側(図では左側)に配置され、第2基板21の一端(図では右端)が基板用固定部材22を介して第1基板20上に固定されている。第2基板21の他端(図では左端)に設けられた固定部材23と第1基板20の他方の側(図では右側)に設けられた固定部材24とでFBG1のグレーティング部4の両側の光ファイバ2が固定されている。各固定部材22、23、24はFBG1に沿って同一線上になるように配置されている。
【0025】
これらFBG1、第1基板20、第2基板21及び各固定部材22〜24で光ファイバセンサ25が構成されている。
【0026】
本光ファイバセンサ25は、例えば図示しない測定器本体(OTDR)に接続される。測定器本体からの光パルスは光ファイバ2内を伝搬し、グレーティング部4で温度変化による屈折率に対応した反射パルス光が反射してOTDRに戻るようになっている。
【0027】
FBG1へはFBG単体の温度変化による屈折率変化と熱膨張収縮(矢印26)による波長変化に加え、第2基板21の長さ分だけ第2基板21の熱膨張(矢印27)による歪みが加わる。この第2基板21の長さを変化させることにより、ベース全体の温度係数を様々な値に変化させることができる。
【0028】
第2基板21には、光ファイバ2より温度係数の高いステンレス、アルミニウム、高分子材料等が用いられ、低熱膨張材からなる第1基板20には、温度係数が光ファイバ2と等しいか、あるいは低いインバー材や石英等が用いられる。
【0029】
尚、第1基板20は図では略L字断面形状を有しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、平坦な板状であってもよく、その場合には固定部材24の高さを高くする必要がある。また、第1基板20の上側に第2基板21が配置された場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、同一平面上で第1基板20と第2基板21とを接続したものをベースとして用いてもよい。
【0030】
次に図2を参照して具体的な数値を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0031】
図2は本発明の光ファイバセンサの一実施例を示す概念図である。
【0032】
同図に示す光ファイバセンサ25は、図1に示した光ファイバセンサ25と同様の構成であるので、構成についての説明は省略する。
【0033】
第2基板21としてステンレスが用いられ、第1基板20としてインバーが用いられている。ここで、ファイバ固定長L1を45mmとし、ステンレス長L2を5mm、7mmとして温度を0℃から40℃へと変化させた。
【0034】
図3は図2に示した光ファイバセンサのステンレス長を変化させたときの波長変化を示す図であり、横軸は温度軸であり、縦軸は波長変化軸である。
【0035】
参考のため、FBG単体の場合とFBGを高熱膨張材としてのステンレス(長さ45mm、インバー使用せず)に固定した場合とについても図示する。
【0036】
温度係数は、FBG単体(特性曲線La)で9.5pm/℃、高熱膨張材(ステンレス)のみ(特性曲線Ld)で27pm/℃、ステンレス長5mm(特性曲線Lb)で約10pm/℃、ステンレス長7mm(特性曲線Lc)で約12pm/℃となった。
【0037】
このように、高熱膨張材と低熱膨張材とを組み合わせてベースを構成することにより温度係数を調整することができる。
【0038】
図4は本発明の光ファイバセンサの他の実施の形態を示す概念図である。
【0039】
図1に示した光ファイバセンサとの相違点は、ベースが低熱膨張材からなる下側基板30と、下側基板30に基板用固定部材31、32で固定された高熱膨張材からなる一対の上側基板28、29からなる点である。
【0040】
同図に示す光ファイバセンサ35は、低熱膨張材からなる下側基板30と、下側基板30の上に設けられた一対の基板用固定部材31、32と、一端が基板用固定部材31、32にそれぞれ固定され下側基板30上に平行かつに外側に向かって配置された高熱膨張材からなる一対の上側基板28、29と、上側基板28、29の外側に設けられた固定部材33、34と、グレーティング部4の両側の光ファイバ2が固定部材33、34に固定されたFBG1とで構成されたものである。各固定部材31〜34は同一線上に配置されている。
【0041】
このような光ファイバセンサ35においても図1に示した光ファイバセンサ25と同様の効果が得られる。尚、図では下側基板30と上側基板28、29とが段違いの平行状態になるように配置されているが、これに限定されるものではなく、同一平面上になるように構成してもよい。
【0042】
図5は本発明の光ファイバセンサの他の実施の形態を示す概念図である。
【0043】
図8に示した光ファイバセンサ12との相違点は、温度補償用FBG16のグレーティング部18を低熱膨張材36で覆うと共に低熱膨張材36の両側の光ファイバを高熱膨張材37、38で覆った点である。
【0044】
この光ファイバセンサ39は、FBG1が金属材で覆われ補償対象物15の圧力や歪みを受ける圧力歪み受感部14と、FBG1に光ファイバ17を介して接続され補償対象物15の温度補償をするための温度補償用FBG16と、温度補償用FBG16のグレーティング部18を覆う低熱膨張材36と、低熱膨張材36の両側の光ファイバを覆う所定長さの高熱膨張材37、38とで構成されたものである(図では高熱膨張材37、38の長手方向の長さが異なっているが、本発明はこれに限定されるものではない。)。
【0045】
圧力歪み受感部14が圧力を受けるとFBG1のグレーティング部4が収縮し屈折率が変化する。温度補償用FBG16に接続された図示しない測定器本体(OTDR)からの光パルスが温度補償用FBG16、光ファイバ17及びFBG1内を伝搬し、圧力歪み受感部14内のグレーティング部4で反射し、光ファイバ17、温度補償用FBG16のグレーティング部18を通過してOTDRに戻る。このとき圧力歪み受感部14の周囲の補償対象物15の温度変化により、圧力歪み受感部14のグレーティング部4が膨張収縮すると共に温度補償用FBG16のグレーティング部18も同様に膨張収縮する。しかし、温度補償用FBG16のグレーティング部18は低熱膨張材36と高熱膨張材37、38とで覆われているので、高熱膨張材37、38の長さを変えることにより、低熱膨張材36及び高熱膨張材37、38からなる連結体の温度係数を調整することができる。
【0046】
ここで、本光ファイバセンサの使用方法や応用システム等について説明する。
【0047】
目的の温度精度でFBG温度センサを製作する場合、FBGの反射波長測定装置の精度に合わせた温度係数が必要になる。FBGの反射波長計測装置精度が±20pmの場合で±1℃のFBG温度センサが必要な場合、必要なFBG温度センサの温度係数は20pm/℃以上となる。本発明を用いれば高熱膨張材の長さを調節することにより目的の温度係数を有するFBG温度センサを製作することができる。
【0048】
以上において、FBG温度センサの温度係数を変化させることにより自由な温度精度の光ファイバセンサを製作することができる。また、他のセンサの温度補償用FBGとして用いる場合にも補償対象のセンサの温度係数に合わせて最適な温度補償を行うことができる。
【0049】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【0050】
温度係数の調整が可能な光ファイバセンサの提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ファイバセンサの一実施の形態を示す概念図である。
【図2】本発明の光ファイバセンサの一実施例を示す概念図である。
【図3】図2に示した光ファイバセンサのステンレス長を変化させたときの波長変化を示す図である。
【図4】本発明の光ファイバセンサの他の実施の形態を示す概念図である。
【図5】本発明の光ファイバセンサの他の実施の形態を示す概念図である。
【図6】ファイバブラッググレーティングの説明図である。
【図7】図6に示したファイバブラッググレーティングを用いた光ファイバセンサの従来例を示す概念図である。
【図8】図6に示したファイバブラッググレーティングを用いた光ファイバセンサの他の従来例を示す概念図である。
【符号の説明】
1 ファイバブラッググレーティング(FBG)
2 光ファイバ
4 グレーティング部
20 第1基板
21 第2基板
22 基板用固定部材
23、24 固定部材
25 光ファイバセンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber sensor that measures physical quantities such as temperature change, pressure, and strain.
[0002]
[Prior art]
6 is an explanatory diagram of a fiber Bragg grating, FIG. 7 is a conceptual diagram showing a conventional example of an optical fiber sensor using the fiber Bragg grating shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a fiber Bragg grating shown in FIG. It is a conceptual diagram which shows the other prior art example of the optical fiber sensor using this.
[0003]
As shown in FIG. 6, a fiber Bragg grating (hereinafter referred to as “FBG”) 1 is obtained by changing the refractive index of the core 3 of the optical fiber 2 with a constant period P, and incident light incident on the optical fiber 2. However, it is reflected by the portion (grating portion) 4 where the refractive index has changed and is emitted as reflected light. Since the wavelength of the reflected light is determined by the period P and the refractive index of the core 3, the FBG 1 changes the wavelength of the reflected light due to a change in the period P due to distortion or a change in refractive index due to a temperature change. Therefore, FBG1 is sensitive to strain and temperature, and various sensors that measure pressure, strain, and temperature have been studied. Reference numeral 5 denotes a clad that covers the core 3 and has a lower refractive index than the core 3.
[0004]
As a method of measuring the temperature using such FBG 1, a method using a change in refractive index due to the temperature of FBG 1 and a periodic change due to thermal expansion of the optical fiber or a coefficient of thermal expansion larger than that of the optical fiber as shown in FIG. Some FBGs are fixed to a high thermal expansion material such as stainless steel, aluminum, polymer material, etc., and the refractive index change of the temperature of the FBG alone, the wavelength change of reflected light due to thermal expansion, and the distortion due to the thermal expansion of the high thermal expansion material are available. .
[0005]
An optical fiber sensor 6 shown in FIG. 7 includes a base 7 made of a high thermal expansion material, a pair of fixing members 8 and 9 provided on both sides of the base 7, and light on both sides of the grating portion 4 on the fixing members 8 and 9. It is comprised with FBG1 to which the fiber was fixed.
[0006]
The optical fiber 2 of the optical fiber sensor 6 is connected to a not-shown measuring instrument body (for example, OTDR: Optical Time Domain Reflectometer, optical pulse tester), and the refractive index of the grating section 4 due to the thermal expansion of the base 7 (arrow 10). Changes and expansion / contraction (arrow 11) are detected, and the temperature is measured.
[0007]
Here, the purpose of using this type of FBG is not only a temperature sensor but also a sensor for measuring physical quantities such as pressure and strain. Further, it is used as a temperature compensating FBG of the pressure strain detecting FBG. That is, it is also used to compensate for the temperature change from the change in reflection wavelength due to pressure, strain and temperature.
[0008]
The optical fiber sensor 12 shown in FIG. 8 is for measuring the pressure and strain of the compensation object (measurement object) 15 by the pressure strain sensing unit 14 in which the FBG 1 is covered with the metal material 13. Since the FBG 1 is affected by a temperature change, a temperature compensating FBG 16 is connected in series to the FBG 1 by an optical fiber 17 in order to compensate for an error corresponding to the temperature change of the FBG 1.
[0009]
The temperature compensating FBG 16, particularly the grating portion 18, is used around the pressure strain sensing portion 14 or fixed to the compensation object 15.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, generally, the amount of wavelength change (hereinafter referred to as “temperature coefficient”) due to temperature change in the FBG alone is about 10 pm / ° C. (picometer / ° C.). When fixed to a high thermal expansion material, the temperature coefficient is about 30 pm / ° C. for stainless steel, although it varies depending on the material.
[0011]
When simply measuring the temperature around the FBG, if the temperature coefficient is large, the temperature accuracy is improved, but the amount of change in wavelength is correspondingly increased, and the reflected wavelength is measured using a reflected wavelength measuring device in which the used wavelength band is determined. It becomes difficult.
[0012]
Further, when the FBG is used for temperature compensation of an FBG that performs distortion measurement, the temperature coefficient may be approximately the same as the distortion detection FBG to be compensated. The strain detection FBG to be compensated is used by fixing it to various substances depending on its measurement purpose, such as pressure and strain. Therefore, the thermal coefficient varies depending on each sensor, and a thermal expansion material that has the same temperature coefficient as the strain measurement FBG is selected. It is very difficult to do.
[0013]
As described above, the conventional optical fiber sensor has a problem that a material having an appropriate temperature coefficient must be selected from a variety of materials, and the temperature coefficient cannot be adjusted.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical fiber sensor capable of solving the above-described problems and adjusting the temperature coefficient.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the optical fiber sensor of the present invention compensates for a fiber Bragg grating in which a refractive index changes with temperature change and a grating portion that expands and contracts is formed on an optical fiber, and the fiber gragg grating is covered with a metal material. A pressure strain sensing unit that is arranged in the object and measures the pressure and strain of the compensation object, and a light in which a fiber Bragg grating for temperature compensation is connected in series to a fiber Bragg grating to compensate for the temperature change of the fiber Bragg grating. In the fiber sensor, the grating portion of the temperature-compensating fiber Bragg grating is covered with a low thermal expansion material, and the optical fibers on both sides of the low thermal expansion material are covered with a high thermal expansion material having a predetermined length.
[0019]
Optical fiber sensor of the present invention in addition to the above configuration, with stainless steel or aluminum as a high thermal expansion material, to use invar or Pyrex as a low thermal expansion material (registered trademark) is preferable.
[0020]
Optical fiber sensor of the present invention in addition to the above arrangement, be adjusted the length of the high thermal expansion material such that the temperature coefficient of the connecting member made of a low thermal expansion material and the high thermal expansion material is equal to the temperature coefficient of the compensation subject Good.
[0021]
According to the present invention, covering the grating portion of the temperature compensating fiber Bragg grating optical fiber sensor for measuring the pressure or distortion of low thermal expansion material, varying the length of the high thermal expansion material is covered with a high thermal expansion material on both sides Thus, the temperature coefficient of the expansion material covering the temperature compensating fiber Bragg grating can be adjusted to be equal to the temperature coefficient of the compensation object.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0023]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an optical fiber sensor of the present invention. In addition, the same code | symbol was used for the member similar to a prior art example.
[0024]
One of the first substrates 20 is placed on the first substrate 20 made of a low thermal expansion material having a low thermal expansion coefficient so that the second substrate 21 made of a high thermal expansion material having a high thermal expansion coefficient is parallel to the first substrate 20. One end (right end in the figure) of the second substrate 21 is fixed on the first substrate 20 via the substrate fixing member 22. The fixing member 23 provided at the other end (left end in the figure) of the second substrate 21 and the fixing member 24 provided on the other side (right side in the figure) of the first substrate 20 are arranged on both sides of the grating portion 4 of the FBG 1. The optical fiber 2 is fixed. The fixing members 22, 23, and 24 are arranged along the same line along the FBG1.
[0025]
The FBG 1, the first substrate 20, the second substrate 21, and the fixing members 22 to 24 constitute an optical fiber sensor 25.
[0026]
The present optical fiber sensor 25 is connected to, for example, a measuring instrument body (OTDR) (not shown). The light pulse from the measuring instrument main body propagates through the optical fiber 2, and the reflected pulse light corresponding to the refractive index due to temperature change is reflected by the grating section 4 to return to the OTDR.
[0027]
In addition to the refractive index change due to the temperature change of the FBG alone and the wavelength change due to thermal expansion / contraction (arrow 26), the FBG 1 is subjected to distortion due to the thermal expansion (arrow 27) of the second substrate 21 by the length of the second substrate 21. . By changing the length of the second substrate 21, the temperature coefficient of the entire base can be changed to various values.
[0028]
The second substrate 21 is made of stainless steel, aluminum, a polymer material having a higher temperature coefficient than the optical fiber 2, and the first substrate 20 made of a low thermal expansion material has a temperature coefficient equal to that of the optical fiber 2, or Low invar material or quartz is used.
[0029]
In addition, although the 1st board | substrate 20 has a substantially L-shaped cross-sectional shape in the figure, this invention is not limited to this, Flat plate shape may be sufficient, and the fixing member 24 is sufficient in that case. It is necessary to increase the height. Moreover, although the case where the second substrate 21 is arranged on the upper side of the first substrate 20 has been described, the present invention is not limited to this, and the first substrate 20 and the second substrate 21 are arranged on the same plane. A connected one may be used as a base.
[0030]
Next, specific numerical values will be described with reference to FIG. 2, but the present invention is not limited to this.
[0031]
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.
[0032]
The optical fiber sensor 25 shown in the figure has the same configuration as the optical fiber sensor 25 shown in FIG.
[0033]
Stainless steel is used as the second substrate 21, and Invar is used as the first substrate 20. Here, the fiber fixing length L1 was 45 mm, the stainless steel length L2 was 5 mm, and 7 mm, and the temperature was changed from 0 ° C. to 40 ° C.
[0034]
FIG. 3 is a diagram showing a change in wavelength when the stainless steel length of the optical fiber sensor shown in FIG. 2 is changed. The horizontal axis is a temperature axis, and the vertical axis is a wavelength change axis.
[0035]
For reference, the case of a single FBG and the case where the FBG is fixed to stainless steel (length: 45 mm, not using invar) as a high thermal expansion material are also illustrated.
[0036]
The temperature coefficient is 9.5 pm / ° C. for FBG alone (characteristic curve La), 27 pm / ° C. for only high thermal expansion material (stainless steel) (characteristic curve Ld), about 10 pm / ° C. for stainless steel length 5 mm (characteristic curve Lb), stainless steel The length was about 12 pm / ° C. at a length of 7 mm (characteristic curve Lc).
[0037]
Thus, the temperature coefficient can be adjusted by configuring the base by combining the high thermal expansion material and the low thermal expansion material.
[0038]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing another embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.
[0039]
1 is different from the optical fiber sensor shown in FIG. 1 in that a base substrate 30 is made of a low thermal expansion material, and a pair of high thermal expansion materials fixed to the lower substrate 30 by substrate fixing members 31 and 32. This is a point composed of the upper substrates 28 and 29.
[0040]
The optical fiber sensor 35 shown in the figure includes a lower substrate 30 made of a low thermal expansion material, a pair of substrate fixing members 31, 32 provided on the lower substrate 30, and one end of the substrate fixing member 31, A pair of upper substrates 28 and 29 made of a high thermal expansion material, which are respectively fixed to 32 and arranged on the lower substrate 30 in parallel and outward, and fixing members 33 provided outside the upper substrates 28 and 29, 34 and the FBG 1 in which the optical fibers 2 on both sides of the grating portion 4 are fixed to the fixing members 33, 34. Each fixing member 31-34 is arrange | positioned on the same line.
[0041]
In such an optical fiber sensor 35, the same effect as that of the optical fiber sensor 25 shown in FIG. 1 can be obtained. In the figure, the lower substrate 30 and the upper substrates 28 and 29 are arranged so as to be in a different parallel state. However, the present invention is not limited to this and may be configured to be on the same plane. Good.
[0042]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing another embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.
[0043]
The difference from the optical fiber sensor 12 shown in FIG. 8 is that the grating portion 18 of the temperature compensating FBG 16 is covered with a low thermal expansion material 36 and the optical fibers on both sides of the low thermal expansion material 36 are covered with high thermal expansion materials 37 and 38. Is a point.
[0044]
This optical fiber sensor 39 is connected to the FBG 1 via the optical fiber 17 and is subjected to temperature compensation of the compensation object 15, which is connected to the FBG 1 via the optical fiber 17. Temperature compensation FBG 16, a low thermal expansion material 36 that covers the grating portion 18 of the temperature compensation FBG 16, and high thermal expansion materials 37 and 38 of a predetermined length that cover optical fibers on both sides of the low thermal expansion material 36. (In the figure, the lengths in the longitudinal direction of the high thermal expansion materials 37 and 38 are different, but the present invention is not limited to this).
[0045]
When the pressure strain sensing part 14 receives pressure, the grating part 4 of the FBG 1 contracts and the refractive index changes. A light pulse from a measuring instrument body (OTDR) (not shown) connected to the temperature compensating FBG 16 propagates through the temperature compensating FBG 16, the optical fiber 17 and the FBG 1, and is reflected by the grating section 4 in the pressure strain sensing section 14. The optical fiber 17 passes through the grating portion 18 of the temperature compensating FBG 16 and returns to the OTDR. At this time, due to the temperature change of the compensation object 15 around the pressure strain sensitive part 14, the grating part 4 of the pressure strain sensitive part 14 expands and contracts, and the grating part 18 of the temperature compensating FBG 16 similarly expands and contracts. However, since the grating portion 18 of the temperature compensating FBG 16 is covered with the low thermal expansion material 36 and the high thermal expansion materials 37 and 38, the lengths of the high thermal expansion materials 37 and 38 are changed to change the low thermal expansion material 36 and the high thermal expansion material 36 and 38. It is possible to adjust the temperature coefficient of the coupling body composed of the expansion materials 37 and 38.
[0046]
Here, the usage method and application system of the present optical fiber sensor will be described.
[0047]
When an FBG temperature sensor is manufactured with a desired temperature accuracy, a temperature coefficient that matches the accuracy of the FBG reflection wavelength measurement device is required. When the FBG reflected wavelength measuring device accuracy is ± 20 pm and an FBG temperature sensor of ± 1 ° C. is required, the temperature coefficient of the required FBG temperature sensor is 20 pm / ° C. or more. By using the present invention, an FBG temperature sensor having a target temperature coefficient can be manufactured by adjusting the length of the high thermal expansion material.
[0048]
In the above, an optical fiber sensor with free temperature accuracy can be manufactured by changing the temperature coefficient of the FBG temperature sensor. Also, when used as a temperature compensation FBG of another sensor, optimum temperature compensation can be performed in accordance with the temperature coefficient of the sensor to be compensated.
[0049]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
[0050]
An optical fiber sensor capable of adjusting the temperature coefficient can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an optical fiber sensor of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a change in wavelength when the stainless steel length of the optical fiber sensor shown in FIG. 2 is changed.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing another embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing another embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a fiber Bragg grating.
7 is a conceptual diagram showing a conventional example of an optical fiber sensor using the fiber Bragg grating shown in FIG.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing another conventional example of an optical fiber sensor using the fiber Bragg grating shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Fiber Bragg Grating (FBG)
2 Optical fiber 4 Grating part 20 1st board | substrate 21 2nd board | substrate 22 Fixing members 23 and 24 for substrates Fixing member 25 Optical fiber sensor

Claims (3)

温度変化により屈折率が変化すると共に膨張収縮するグレーティング部が光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングと、該ファイバグラッググレーティングを金属材で覆い補償対象物内に配置され該補償対象物の圧力や歪みを計測する圧力歪み受感部と、上記ファイバブラッググレーティングの温度変化分を補償するため上記ファイバブラッググレーティングに温度補償用ファイバブラッググレーティングを直列接続した光ファイバセンサにおいて、上記温度補償用ファイバブラッググレーティングのグレーティング部を低熱膨張材で覆うと共に該低熱膨張材の両側の光ファイバを所定の長さの高熱膨張材で覆ったことを特徴とする光ファイバセンサ。  A fiber Bragg grating in which an optical fiber has a grating portion that changes in refractive index and expands and contracts due to a change in temperature, and the fiber gragg grating is covered with a metal material and disposed in the compensation object. In the optical strain sensor in which the temperature compensation fiber Bragg grating is connected in series to the fiber Bragg grating in order to compensate for the temperature change of the fiber Bragg grating, An optical fiber sensor, wherein the grating portion is covered with a low thermal expansion material, and optical fibers on both sides of the low thermal expansion material are covered with a high thermal expansion material having a predetermined length. 上記高熱膨張材としてステンレスやアルミニウムを用い、上記低熱膨張材としてインバーやパイレックス(登録商標)を用いた請求項に記載の光ファイバセンサ。Optical fiber sensor according to claim 1 in which the use of a stainless steel or aluminum as a high thermal expansion material was used invar or Pyrex as the low thermal expansion material. 上記低熱膨張材及び上記高熱膨張材からなる連結体の温度係数が上記補償対象物の温度係数に等しくなるように上記高熱膨張材の長さ調節されている請求項1または2に記載の光ファイバセンサ。Light according to claim 1 or 2 the low thermal expansion material and a length of equal way the high thermal expansion material to a temperature coefficient of the temperature coefficient of the connecting member made of the high thermal expansion material the compensation object is adjusted Fiber sensor.
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