JP5060319B2 - 板状光ファイバセンサおよび板状光ファイバセンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は板状光ファイバセンサおよび板状光ファイバセンサの製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は光ファイバのループ部を通過した光の強度の変化によってループ部の振動を検出する板状光ファイバセンサおよび板状光ファイバセンサの製造方法に関するものである。

高温度環境下での使用にも耐え得るＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサとして、セラミック板に光ファイバのループ部を固着した板状光ファイバセンサがある。この板状光ファイバセンサを図７に示す。この板状光ファイバセンサは、セラミック板１０１に金ペースト１０５によって固着されたループ部１０２ａと、ループ部１０２ａの両側から引き出された２本のリード部１０２ｂより構成され、これらループ部１０２ａとリード部１０２ｂは１本の光ファイバ１０２によって形成されている。この光ファイバ１０２には可撓性を付与するための金メッキが施されている。２本のリード部１０２ｂはセラミック板１０１からはみ出て長く引き出され、セラミック板１０１に取り付けられた保護用の金属チューブ１０３内に挿入されている。保護用の金属チューブ１０３はその先端部分を針金１０４によってセラミック板１０１に縛り付けられている。各リード部１０２ｂの先端は金属チューブ１０３を通り抜けて図示しないフェルールに嵌め込まれている。２本のリード部１０２ｂの付け根部分はセラミック板１０１に対して固着されずにフリーの状態となっている。即ち、光ファイバ１０２は、図７中斜線で示す範囲で金ペースト１０５によってセラミック板１０１に固着されている。
電中研報告「光ファイバ型センサを用いたＡＥ法に基づく状態監視技術の開発」、報告書番号：Ｑ０４０１４、２００５年０４月１８日

しかしながら、上述の板状光ファイバセンサでは、運搬時等に保護用の金属チューブ１０３に外力が作用すると、図７中二点鎖線で示すように、金属チューブ１０３が針金１０４による締め付け部分を中心に揺動しやすい。金属チューブ１０３がこのように揺動すると、金属チューブ１０３の端面が光ファイバ１０２のリード部１０２ｂの付け根部分を引っ張って断線させることがある。

本発明は、リード部の断線を防止することができる板状光ファイバセンサを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光ファイバのループ部を基板に固着させて、当該ループ部の両側の光ファイバをリード部として引き出した板状光ファイバセンサにおいて、リード部の基板への固着位置に金属補強被膜を設けて当該金属補強被膜を基板に固着すると共に、リード部の基板への固着位置よりも先の部分を保護チューブに挿入し、保護チューブは金属補強被膜に一部重なっているものである。

したがって、光ファイバのリード部は金属補強被膜と保護チューブによって保護される。リード部が基板に固着されている部分は金属補強被膜によって補強されているので、外力が作用しても断線しにくい。また、リード部の基板からはみ出て引き出された部分は保護チューブによって保護されているので、外力が作用しても断線しにくい。保護チューブは金属補強被膜に一部重なるように設けられているので、保護チューブを基板に対して傾けるように外力が作用しても、リード部は断線しにくい。金属補強被膜は被膜であり、チューブやスリーブに比べて非常に薄い。そのため、基板の表面に光ファイバを固着させても、金属補強被膜の端の部分で光ファイバが大きく浮き上がるのを防止できる。

また、請求項２記載の発明は、光ファイバのループ部を基板に固着させて、当該ループ部の両側の光ファイバをリード部として引き出した板状光ファイバセンサの製造方法において、光ファイバのリード部の基板への固着位置となる位置に金属補強被膜を形成した後、光ファイバのループ部となる位置にループを形成し、ループ部および金属補強被膜が形成されている部分を、金属補強被膜が形成されている部分の保護チューブ内に挿入される部分とその近傍部分を除いて基板に固着し、保護チューブが金属補強被膜に一部重なるまでリード部を保護チューブに挿入し、保護チューブの端を基板または金属補強被膜に固着させるものである。即ち、光ファイバに予め金属補強被膜を形成してから振動を検知するループ部が形成され、ループ部および金属補強被膜の部分が基板に固着される。

請求項１記載の板状光ファイバセンサによれば、リード部を断線しにくくすることができる。このため、板状光ファイバセンサの取り扱いや運搬等が容易になる。また、リード部の基板から長く引き出されている部分が保護チューブに挿入されているので、この点からも板状光ファイバセンサの取り扱いが容易になる。

請求項２記載の板状光ファイバセンサの製造方法によれば、光ファイバにループを形成する前に金属補強被膜を形成するので、金属補強被膜の形成が容易である。また、金属補強被膜を先に形成してもループの形成やループの基板への固着には悪影響を与えない。これらのため、板状光ファイバセンサを容易に製造することができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４に本発明の板状光ファイバセンサの第１の実施形態を示す。板状光ファイバセンサは、光ファイバ１のループ部１ａを基板２に固着させて、当該ループ部１ａの両側の光ファイバ１をリード部１ｂとして引き出したものであり、リード部１ｂの基板２への固着位置１ｃに金属補強被膜３を設けて当該金属補強被膜３を基板２に固着すると共に、リード部１ｂの基板２への固着位置１ｃよりも先の部分を保護チューブ４に挿入している。ここで、光ファイバ１のループが形成されている部分をループ部１ａといい、ループから分かれて例えば直線的に延びる部分をリード部１ｂと称す。

基板２は例えばアルミナ等のセラミック板である。セラミック板とすることで高温度環境下での使用に耐えることができる。ただし、セラミック板に限るものではなく、使用環境に耐え得るものであれば他の材料の板でも良い。

光ファイバ１には全長にわたって金属コートが施されている。光ファイバ１に金属コートを施すことで可撓性を持たせている。金属コートは、例えば金コートである。ただし、金コートに限るものではなく、例えば銅コート、ニッケルコート等でも良い。

ループ部１ａは、光ファイバ１をループさせることで形成される。ループのターン数は、例えばセンサ感度等に応じて適宜決定され、複数ターンのループでも良く、１ターンのループでも良く、あるいは例えば２．５ターンのように１ターンに満たない端数のターン数を有するものでも良い。本実施形態では、２本のリード部１ｂを基板２の同一辺の左右に離れた位置から引き出しており、例えば２．５ターンのターン数となっている。

金属補強被膜３は、光ファイバ１を部分的に補強するために形成された被膜である。本実施形態では、例えば金コートが施された光ファイバ１を使用しているので、金コートとの相性が良い例えばニッケル被膜を形成している。ただし、ニッケル被膜に限るものではなく、例えば銅被膜、金被膜、銀被膜、その他の金属被膜、これらの合金の被膜等でも良い。金属補強被膜３は、リード部１ｂの基板２への固着位置１ｃに部分的、即ち光ファイバ１の長さ方向に対して部分的であって周方向には全周にわたって設けられている。ただし、リード部１ｂの基板２への固着位置１ｃの全てに金属補強被膜３を設けても良い。金属補強被膜３は、例えば全周にわたりほぼ同じ厚さの膜を形成するのが容易な電鋳法によって形成される。ただし、電鋳法に限るものではなく、その他の手段によって金属補強被膜３を形成するようにしても良い。本実施形態では、例えば外径１２５μｍの金コート光ファイバ１に対して、例えば外径３００μｍになるように金属補強被膜３を形成している。

光ファイバ１のループ部１ａ及び金属補強被膜３は、固着手段５によって基板２に固着されている。なお、図１において、固着手段５によって固着する範囲を斜線で示す（図６も同様）。固着手段５は、例えば金属ペーストである。本実施形態では、例えば金コートが施された光ファイバ１を使用しているので、また、金属補強被膜３としてニッケル被膜が形成されているので、金コート及びニッケル被膜と相性が良く且つ腐食に強い例えば金ペーストを金属ペーストとして使用している。ただし、金ペーストに限るものではなく、例えば銀ペースト、銅ペースト、ニッケルペースト、その他の金属ペーストを使用しても良い。また、固着手段５としては必ずしも金属ペーストに限るものではなく、板状光ファイバセンサの使用環境に耐えるものであれば例えば硬ろう等のろう材や、セラミックス接着剤等の接着剤等を使用しても良い。また、本実施形態では、ループ部１ａと金属補強被膜３との間の部位も固着手段５によって連続的に固着している。ただし、ループ部１ａと金属補強被膜３との間の部位を固着手段５によって固着しなくても良い。この場合には、ループ部１ａと金属補強被膜３との間に金コートされた光ファイバ１がそのまま露出することになるが、この露出部分は基板２に固着されたループ部１ａと金属補強被膜３に挟まれているので、この露出部分への張力の作用を防止することができ、光ファイバ１の断線を防止することができる。

保護チューブ４は、光ファイバ１のリード部１ｂを保護するもので、例えばガラス繊維チューブである。ガラス繊維チューブは柔軟性があり、リード部１ｂの保護に適している。ただし、ガラス繊維チューブに限るものではなく、保護が可能な部材、例えばアルミナ管、金属細管等の使用も可能である。保護チューブ４は金属補強被膜３に一部重ねて配置されている。本実施形態では、保護チューブ４の基端を基板２に重ねて固着手段５によって金属補強被膜３と一緒に基板２に固着している。ここで、基板２には保護チューブ４の周壁の肉厚とほぼ同じ深さの溝２ａが設けられており、溝２ａに保護チューブ４を入れることで、金属補強被膜３が施されたリード部１ｂの基板２からの浮き上がりを防止している。即ち、溝２ａが無い場合には、金属補強被膜３が施されたリード部１ｂが保護チューブ４に入る部分で保護チューブ４の周壁の厚さの分だけ基板２から浮き上がる。たとえ浮き上がりが生じたとしてもリード部１ｂは金属補強被膜３によって補強されているので断線誘発防止を図ることはできるが、溝２ａを設けて浮き上がりを防止することで、断線をより一層防止することができる。

リード部１ｂの先端は保護チューブ４を通過してフェルール６に嵌め込まれている。フェルール６は、例えば光強度の測定器に接続された光ファイバに接続されている。

この板状光ファイバセンサは、例えば発電所や化学プラントの蒸気管（図示省略）に取り付けられ、例えば約６００℃の高温度下で使用される。ただし、板状光ファイバセンサの使用場所は発電所や化学プラントの蒸気管に限るものではなく、他の場所に使用しても良い。また、板状光ファイバセンサを使用する環境の温度も、上記温度に限るものではなく、他の温度の環境下での使用も可能である。

光ファイバ１を伝わる光の強度はループ部１ａの振動によって変化する。したがって、光ファイバ１を伝わる光の強度変化に基づいてループ部１ａの振動を測定することができる。

次に、板状光ファイバセンサの製造方法について説明する。板状光ファイバセンサの製造方法は、光ファイバ１のリード部１ｂの基板２への固着位置１ｃとなる位置に金属補強被膜３を形成した後、光ファイバ１のループ部１ａとなる位置にループを形成し、ループ部１ａおよび金属補強被膜３を基板２に固着するものである。

まず、金コートが施された光ファイバ１を用意する。この光ファイバ１について、金属補強被膜３を形成する位置に例えば電鋳法によって金属補強被膜３を形成する。リード部１ｂは２本あるので、例えば図５に示すように、金属補強被膜３は２箇所に形成される。本実施形態では、例えば１ｍ６３ｃｍの長さの光ファイバ１を用意し、端から３００ｍｍの位置に長さ１５ｍｍの金属補強被膜３を形成する。即ち、１ｍ離れた２箇所に金属補強被膜３が形成される。

次に、２箇所の金属補強被膜３の間にループを形成してループ部１ａとする。形成したループ部１ａと金属補強被膜３が形成されている部分を固着手段５によって基板２に固着する。このとき、金属補強被膜３が形成されている部分であっても保護チューブ４内に挿入される部分とその近傍部分は固着手段５によって固着せずにフリーの状態に残しておく。

その後、基板２から引き出されているリード部１ｂを保護チューブ４に挿入する。保護チューブ４が金属補強被膜３に一部重なるまでリード部１ｂを保護チューブ４に挿入し、保護チューブ４の基端を基板２の溝２ａに入れて固着手段５によって固着する。このとき、フリー状態に残した金属補強被膜３が形成されている部分も保護チューブ４と一緒に基板２に固着する。

一方、保護チューブ４が金属補強被膜３に一部重なるまでリード部１ｂを保護チューブ４に挿入すると、リード部１ｂの先端が保護チューブ４を通り抜けて露出する。この露出部分にフェルール６を嵌め込むことで、板状光ファイバセンサが完成する。

本発明の板状光ファイバセンサでは、リード部１ｂの固着位置１ｃを金属補強被膜３によって補強すると共に、リード部１ｂの基板２から引き出された部分を保護チューブ４によって保護しているので、光ファイバ１を断線し難くすることができる。また、保護チューブ４を金属補強被膜３に一部重ねているので、保護チューブ４の端が光ファイバ１の補強部分に位置することになり、保護チューブ４を基板２に対して傾けるように外力が作用しても、リード部１ｂを断線させ難くすることができる。このため、板状光ファイバセンサの取り扱いや運搬等が容易になる。また、リード部１ｂを保護チューブ４に挿入しているのでリード部１ｂの取り扱いが容易になり、この点からも板状光ファイバセンサの取り扱いを容易にすることができる。

また、金属補強被膜３は被膜であり、チューブやスリーブ（以下、チューブ等という）に比べて厚さが非常に薄い。そのため、基板２の表面に光ファイバ１のリード部１ｂを固着させても、図４（Ａ）に示すように金属補強被膜３の端の部分でリード部１ｂが基板２から大きく浮き上がるのを防止することができ、この点からも光ファイバ１の断線を防止することができる。即ち、図４（Ｂ）に示すように、リード部１ｂをチューブ等１８に入れて保護する場合のようにリード部１ｂの浮き上がり１９の発生を防止することができる。

本発明の板状光ファイバセンサは、基板２をセラミック板とし、光ファイバ１のコートを金コートとし、固着手段５を金ペーストとしているので、高温度且つ腐食性の強い環境下で使用することができる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、上述の説明では、基板２に溝２ａを設けて保護チューブ４の端の部分で金属補強被膜３が基板２から浮き上がるのを防止していたが、必ずしも溝２ａを設けなくても良い。溝２ａの形成を省略すると、保護チューブ４に挿入する位置の近傍での光ファイバ１の基板２からの浮き上がりが多少大きくなるが、この浮き上がり部分は金属補強被膜３によって補強されており、光ファイバ１の断線を防止する効果はある。

また、上述の説明では、保護チューブ４の端を基板２に固着させていたが、必ずしも基板２に固着する必要はなく、例えば図６に示すように、光ファイバ１に金属補強被膜３を施す部分を基板２からはみ出す部分にまで拡大し、この拡大部分に保護チューブ４の端を固着するようにしても良い。この場合にも、金属補強被膜３による補強部分に保護チューブ４を固着させることになるので、光ファイバ１の断線を防止することができると共に、リード部１ｂの取り扱いを容易なものとすることができる。

さらに、上述の板状光ファイバセンサの製造方法では、光ファイバ１のループ部１ａ及び金属補強被膜３の基板２への固着と、保護チューブ４の基板２への固着を別々に行っていたが、これらを一緒に行っても良い。

また、上述の板状光ファイバセンサの製造方法では、保護チューブ４を基板２に固着した後にリード部１ｂにフェルール６を嵌め込んでいたが、リード部１ｂにフェルール６を嵌め込んだ後に、保護チューブ４を基板２に固着しても良い。

本発明の板状光ファイバセンサの第１の実施形態を示す平面図である。 図１の楕円IIで示す部位の拡大図である。 図１の楕円IIで示す部位の断面図である。 （Ａ）は図１の円IVで示す部位の断面図、（Ｂ）は比較のために金属補強被膜に代えてチューブ等を用いた場合の断面図である。 光ファイバに金属補強被膜を形成した様子を示す図である。 本発明の板状光ファイバセンサの第２の実施形態を示す平面図である。 従来の板状光ファイバセンサの平面図である。

符号の説明

１ 光ファイバ
１ａ ループ部
１ｂ リード部
１ｃ 固着位置
２ 基板
３ 金属補強被膜
４ 保護チューブ

Claims (2)

1. 光ファイバのループ部を基板に固着させて、当該ループ部の両側の光ファイバをリード部として引き出した板状光ファイバセンサにおいて、前記リード部の前記基板への固着位置に金属補強被膜を設けて当該金属補強被膜を前記基板に固着すると共に、前記リード部の前記基板への固着位置よりも先の部分を保護チューブに挿入し、前記保護チューブは前記金属補強被膜に一部重なっていることを特徴とする板状光ファイバセンサ。
2. 光ファイバのループ部を基板に固着させて、当該ループ部の両側の光ファイバをリード部として引き出した板状光ファイバセンサの製造方法において、前記光ファイバのリード部の前記基板への固着位置となる位置に金属補強被膜を形成した後、前記光ファイバのループ部となる位置にループを形成し、前記ループ部および前記金属補強被膜が形成されている部分を、前記金属補強被膜が形成されている部分の保護チューブ内に挿入される部分とその近傍部分を除いて前記基板に固着し、前記保護チューブが前記金属補強被膜に一部重なるまで前記リード部を前記保護チューブに挿入し、前記保護チューブの端を前記基板または前記金属補強被膜に固着させることを特徴とする板状光ファイバセンサの製造方法。

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