JP5065187B2 - Optical fiber sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバを用いて温度や被測定物の歪みを測定する光ファイバセンサに関するものである。 The present invention relates to an optical fiber sensor that measures temperature and distortion of an object to be measured using an optical fiber.
従来より、光ファイバを用いて電気的な接触なく温度や被測定物の歪みを測定する光ファイバセンサが開示されている。光ファイバセンサの方式には様々なものがあるが、たとえば、光ファイバに試験光を入力し、光ファイバ中の熱エネルギーにより発生している縦波音響波と試験光の光波との相互作用によってブリユアン散乱光を発生させ、このブリユアン散乱光の周波数シフト量を測定する方式がある。なお、このようなブリユアン散乱光は、光の伝播方向に対して後方に散乱されるので、以下では後方ブリユアン散乱光と称する。後方ブリユアン散乱光の周波数シフト量は、光ファイバの温度や印加される応力に応じて変化する。したがって、周波数シフト量の測定によって、光ファイバの周囲温度や光ファイバが取り付けられた被測定物の歪みが測定できるのである。この後方ブリユアン散乱光の周波数シフト量を測定する方式は、通常伝送線路に用いられている光ファイバを用いて、長距離に渡って温度や歪の分布状態を測定できる利点がある(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been disclosed an optical fiber sensor that uses an optical fiber to measure temperature and distortion of an object to be measured without electrical contact. There are various types of optical fiber sensors. For example, when test light is input to the optical fiber, the interaction between the longitudinal acoustic wave generated by the thermal energy in the optical fiber and the light wave of the test light occurs. There is a method of generating Brillouin scattered light and measuring the frequency shift amount of the Brillouin scattered light. Note that such Brillouin scattered light is scattered backward with respect to the light propagation direction, and is hereinafter referred to as back Brillouin scattered light. The frequency shift amount of the backward Brillouin scattered light varies depending on the temperature of the optical fiber and the applied stress. Therefore, by measuring the frequency shift amount, it is possible to measure the ambient temperature of the optical fiber and the distortion of the measurement object to which the optical fiber is attached. This method of measuring the frequency shift amount of backward Brillouin scattered light has the advantage that the distribution state of temperature and strain can be measured over a long distance using an optical fiber normally used in transmission lines (for example, patents) Reference 1).
しかしながら、後方ブリユアン散乱光の周波数シフト量を測定する方式は、上記利点を有する反面、以下のような問題点がある。すなわち、
・後方散乱光を検出するため、OTDR装置(Optical Time Domain Reflectometer)を用いる構成が必要となる。その結果、装置構成が複雑である。
・通常の石英系ガラスからなる光ファイバの場合、後方ブリユアン散乱光の周波数シフト量は、10GHz前後である。したがって、この周波数シフト量を測定するためには、測定可能周波数帯域が10GHz以上の受光素子を必要とし、さらに対応する電気回路も同様の高周波回路が求められるため、測定装置が高価になってしまう。
However, the method of measuring the frequency shift amount of the back Brillouin scattered light has the following advantages, but has the following problems. That is,
In order to detect backscattered light, a configuration using an OTDR device (Optical Time Domain Reflectometer) is required. As a result, the apparatus configuration is complicated.
In the case of an optical fiber made of ordinary silica glass, the frequency shift amount of backward Brillouin scattered light is around 10 GHz. Therefore, in order to measure the frequency shift amount, a light receiving element having a measurable frequency band of 10 GHz or more is required, and a corresponding high frequency circuit is also required for the corresponding electric circuit. Therefore, the measuring apparatus becomes expensive. .
一方、光ファイバ中の熱エネルギーにより発生している横波音響波と光波との相互作用によって、散乱効率が10−10m−1と非常に小さいブリユアン散乱光が発生する導波音響波型ブリユアン散乱(Guided Acoustic Wave Brillouin Scattering、GAWBS)という散乱現象が知られている(たとえば、非特許文献1〜3参照)。この導波音響波型ブリユアン散乱による散乱光(導波音響波型ブリユアン散乱光)は、試験光の伝播方向と同じ方向に進行するため、前方ブリユアン散乱光とも呼ばれている。
On the other hand, guided acoustic wave Brillouin scattering in which Brillouin scattered light having a very low scattering efficiency of 10 −10 m −1 is generated by the interaction between the transverse acoustic wave generated by the thermal energy in the optical fiber and the light wave. A scattering phenomenon called (Guided Acoustic Wave Brillouin Scattering, GAWBS) is known (for example, see
この導波音響波型ブリユアン散乱光は、横波音響波によって変調を受けたものであるが、この変調周波数は、光ファイバの温度や印加される応力に応じて変化するので、温度や歪みを測定する光ファイバセンサに応用できる(たとえは、非特許文献4、5参照)。また、導波音響波型ブリユアン散乱光を用いる方式は、後方ブリユアン散乱光を用いる方式と比較して、以下のような特徴を有する。すなわち、
・前方散乱光を検出するため、OTDR装置が不要である。その結果、装置構成が簡易になる。
・散乱光の変調周波数には、複数のピークが存在する。ピーク周波数は20〜800MHz付近に発生するため、受光素子の周波数帯域特性としては1GHz程度で十分である。したがって、測定装置がより安価になる。
This guided acoustic wave type Brillouin scattered light is modulated by a transverse acoustic wave, but the modulation frequency changes according to the temperature of the optical fiber and the applied stress, so the temperature and strain are measured. (See, for example, Non-Patent
-An OTDR device is not required to detect forward scattered light. As a result, the apparatus configuration is simplified.
A plurality of peaks exist in the modulation frequency of scattered light. Since the peak frequency occurs in the vicinity of 20 to 800 MHz, about 1 GHz is sufficient as the frequency band characteristics of the light receiving element. Therefore, the measuring device becomes cheaper.
しかしながら、従来の導波音響波型ブリユアン散乱光を用いた光ファイバセンサは、導波音響波型ブリユアン散乱光の散乱効率が小さいために、測定感度が低いという問題があった。 However, the conventional optical fiber sensor using guided acoustic wave type Brillouin scattered light has a problem that measurement sensitivity is low because the scattering efficiency of guided acoustic wave type Brillouin scattered light is small.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来よりも測定感度が高い、導波音響波型ブリユアン散乱光を用いた光ファイバセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical fiber sensor using guided acoustic wave Brillouin scattered light having higher measurement sensitivity than conventional ones.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバセンサは、試験光を出力する光源と、石英系ガラスからなり、コア部と該コア部の外周に形成された外径が90μm以下のクラッド部とを有し、前記試験光を少なくとも一方の端部において受け付け、前記試験光によって発生する導波音響波型ブリユアン散乱光を他方の端部から出力する少なくとも1つの測定用光ファイバと、前記測定用光ファイバから出力する前記導波音響波型ブリユアン散乱光を受け付け、該導波音響波型ブリユアン散乱光の周波数スペクトル上のピーク周波数を測定し、該測定したピーク周波数に基づいて前記測定用光ファイバの周囲温度または該測定用光ファイバにかかる応力を検出する検出手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical fiber sensor according to the present invention includes a light source that outputs test light and quartz glass, and an outer portion formed on a core portion and an outer periphery of the core portion. At least one measurement having a clad portion having a diameter of 90 μm or less, receiving the test light at at least one end, and outputting guided acoustic wave Brillouin scattered light generated by the test light from the other end Receiving the guided acoustic wave type Brillouin scattered light output from the optical fiber for measurement, and measuring the peak frequency on the frequency spectrum of the guided acoustic wave type Brillouin scattered light, and measuring the measured peak frequency And detecting means for detecting the ambient temperature of the measuring optical fiber or the stress applied to the measuring optical fiber based on the above.
また、本発明に係る光ファイバセンサは、上記発明において、前記測定用光ファイバは、前記コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差の最大値が1.0%以上であることを特徴とする。 The optical fiber sensor according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the measurement optical fiber has a maximum value of a relative refractive index difference of the core portion relative to the cladding portion of 1.0% or more. .
また、本発明に係る光ファイバセンサは、上記発明において、複数の測定用光ファイバを備え、該複数の測定用光ファイバは、互いに異なるピーク周波数を有する導波音響波型ブリユアン散乱光を発生するとともに、該複数の測定用光ファイバよりもクラッド径の大きい接続用光ファイバを介して接続していることを特徴とする。 The optical fiber sensor according to the present invention includes a plurality of measurement optical fibers in the above invention, and the plurality of measurement optical fibers generate guided acoustic wave Brillouin scattered light having different peak frequencies. At the same time, the connection is made via a connection optical fiber having a clad diameter larger than that of the plurality of measurement optical fibers.
また、本発明に係る光ファイバセンサは、上記発明において、前記複数の測定用光ファイバは、前記クラッド部の外径が互いに異なることを特徴とする。 The optical fiber sensor according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the plurality of measurement optical fibers have different outer diameters of the clad portion.
また、本発明に係る光ファイバセンサは、上記発明において、前記複数の測定用光ファイバは、前記コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差の最大値が互いに異なることを特徴とする。 In the optical fiber sensor according to the present invention as set forth in the invention described above, the plurality of measurement optical fibers have different maximum relative refractive index differences between the core portion and the clad portion.
また、本発明に係る光ファイバセンサは、上記発明において、前記測定用光ファイバを巻回した状態で表面に保持する板状部材をさらに備えたことを特徴とする。 The optical fiber sensor according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the optical fiber sensor further comprises a plate-like member held on the surface in a state in which the measurement optical fiber is wound.
また、本発明に係る光ファイバセンサは、上記発明において、前記板状部材は可撓性を有することを特徴とする。 The optical fiber sensor according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the plate member has flexibility.
また、本発明に係る光ファイバセンサは、上記発明において、前記測定用光ファイバは、偏波保持型光ファイバであることを特徴とする。 In the optical fiber sensor according to the present invention as set forth in the invention described above, the measurement optical fiber is a polarization maintaining optical fiber.
本発明によれば、従来よりも測定感度が高い、導波音響波型ブリユアン散乱光を用いた光ファイバセンサを実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to realize an optical fiber sensor using guided acoustic wave Brillouin scattered light having higher measurement sensitivity than conventional ones.
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバセンサの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の図面において、同一または対応する要素には適宜同一符号を付している。また、適宜に導波音響波型ブリユアン散乱をGAWBSと略記する。 Hereinafter, embodiments of an optical fiber sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected suitably to the same or corresponding element. Further, guided acoustic wave type Brillouin scattering is abbreviated as GAWBS as appropriate.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサの構成を示したブロック図である。図1に示すように、この光ファイバセンサ100は、光源装置1と、光源装置1に接続した測定用光ファイバ2と、測定用光ファイバ2に接続した検出装置3とを備える。なお、測定用光ファイバ2は、温度を測定したい場所に置かれたり、温度または歪みを測定したい被測定物に取り付けられたりする。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical fiber sensor according to
光源装置1は、たとえば分布帰還型の半導体レーザダイオードを備えており、試験光として連続光であるレーザ光を出力する。このレーザ光の波長はたとえば光ファイバ通信用に使用される1500〜1600nmであるが、石英ガラス系光ファイバを過度の損失なく伝播する波長であれば特に限定されない。
The
図2は、図1に示す測定用光ファイバ2の模式的な断面および対応する屈折率プロファイルを示した図である。図2に示すように、この測定用光ファイバ2は、中心コア部211と、中心コア部211の外周に形成された外側コア部212と、外側コア部212の外周に形成されたクラッド部213とからなるガラス部21と、クラッド部213の外周に形成された樹脂被覆部22とを有する。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic cross section of the measurement
ガラス部21は石英系ガラスからなり、中心コア部211にはゲルマニウム(Ge)が添加されており、外側コア部212にはフッ素(F)が添加されている。また、クラッド部213は屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。その結果、この測定用光ファイバ2は、ガラス部21において、プロファイルPのような形状の屈折率プロファイルを有している。また、中心コア部211のクラッド部213に対する比屈折率差の最大値はΔ1であり、外側コア部212のクラッド部213に対する比屈折率差はΔ2である。また、クラッド部213の外径すなわちクラッド径は90μm以下である。
The
図3は、図2に示す測定用光ファイバ2の特性の一例を示した図である。なお、図3において、「外径」とは樹脂被覆部22の外径を意味し、「MFD」はモードフィールド径を意味する。図3に示すように、この測定用光ファイバ2は、たとえばクラッド径60μmであり、外径が125μmである。また、Δ1、Δ2は、それぞれ2.0%、−0.6%である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of characteristics of the measurement
図4は、図1に示す検出装置3の構成を示したブロック図である。図4に示すように、この検出装置3は、偏光子31と、受光素子としてのフォトダイオード(PD)32と、電気信号増幅器33と、スペクトラムアナライザ34と、制御表示器35とが順次接続した構成を有する。なお、図4において、各構成要素を接続する線については、実線のものはレンズや光ファイバ等を適宜用いた光学的接続を意味し、破線のものは電気的接続を意味している。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the
つぎに、この光ファイバセンサ100の動作について説明する。光源装置1から試験光が出力されると、測定用光ファイバ2はこの試験光を一方の端部において受け付け、試験光は測定用光ファイバ2中を伝播する。
Next, the operation of the
ここで、測定用光ファイバ2のガラス部21には、その熱エネルギーによって横波音響波が発生している。図5は、図2に示す測定用光ファイバ2のガラス部21に発生している横波音響波の振動方向を矢印で示した図である。図5に示すように、横波音響波には、mを次数を表す整数として、所定の共振周波数で中心対称的に振動するR0mモード(radial mode)と、或る直交するx−y軸の方向において一方は膨張、他方は圧縮するように所定の共振周波数で振動するTR2mモード(torsional/radial mode)と呼ばれる2つのモードが存在する。R0mモードはガラス部21の屈折率を変調するので位相変調を誘起する。このためR0mモードに起因するGAWBSはポラライズドGAWBSと呼ばれる。したがって、ポラライズドGAWBSによって発生したポラライズドGAWBS光は、所定の共振周波数で位相変調されたものとなる。一方、TR2mモードはガラス部21内に複屈折を誘起するため、主に偏波変調を誘起する。このためTR2mモードに起因するGAWBSはデポラライズドGAWBSと呼ばれる。したがって、デポラライズドGAWBSによって発生したデポラライズドGAWBS光は、所定の共振周波数で偏波変調されたものとなる。
Here, a transverse acoustic wave is generated in the
このように、測定用光ファイバ2中では、各モードの横波音響波と試験光の光波との相互作用によって所定の共振周波数と同じ変調周波数を有するポラライズドGAWBS光とデポラライズドGAWBS光が発生する。発生した各GAWBS光は、試験光と同一の方向に伝播し、測定用光ファイバ2の他方の端部から出力する。
In this manner, in the measurement
つぎに、検出装置3は、測定用光ファイバ2から出力した各GAWBS光を受け付ける。検出装置3において、各GAWBS光は偏光子31、PD32に順次入力し、PD32によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、電気信号増幅器33によって増幅され、スペクトラムアナライザ34に入力する。ここで、GAWBS光のうち、デポラライズドGAWBS光については、偏光子31を透過することによって、その偏波変調が強度変調に変換される。その結果、スペクトラムアナライザ34においては、強度変調されたデポラライズドGAWBS光の変調周波数が、モードの次数に応じた複数のピークとして検出される。なお、偏光子31の透過偏光方向については、偏光子31を透過するデポラライズドGAWBS光の強度が最大になるように適宜調整する。つぎに、制御表示器35は、スペクトラムアナライザ34が検出したピーク周波数のうち所定の1つのピーク周波数に基づいて、測定用光ファイバ2の周囲温度、あるいは被測定物の歪み等を検出する。なお、この制御表示器35の検出は、予め測定されたピーク周波数と温度または応力との関係式に基づいた演算処理によって行なわれる。また、制御表示器35内部のメモリに記憶されたピーク周波数と温度または応力との対応テーブルに基づいて行なってもよい。制御表示器35はたとえばパーソナルコンピュータによって実現される。
Next, the
ここで、本実施の形態1においては、測定用光ファイバ2のクラッド径が90μm以下なので、デポラライズドGAWBS光の変調周波数のピーク強度が従来のものよりも強くなる。その結果、この光ファイバセンサ100は、測定感度が従来よりも高いものとなる。以下、具体的に説明する。
Here, in the first embodiment, since the cladding diameter of the measurement
上述したように、従来のGAWBS光を用いた光ファイバセンサは、GAWBS光の散乱効率が小さいために、測定感度が低いという問題があった。そこで、本発明者らは、測定感度を向上させるべく、各GAWBSの共振周波数と光ファイバの特性との関係について精査した。 As described above, the conventional optical fiber sensor using the GAWBS light has a problem that the measurement sensitivity is low because the scattering efficiency of the GAWBS light is small. Therefore, the present inventors have examined the relationship between the resonance frequency of each GAWBS and the characteristics of the optical fiber in order to improve the measurement sensitivity.
(デポラライズドGAWBSの共振周波数の関係式)
はじめに、光波HE11モードとTR2mモードとから発生するデポラライズドGAWBSの共振周波数を考える。TR2mモードによる共振周波数fTmは、非特許文献2によれば、音響波の横波速度をVS、固有値をym、光ファイバのクラッド径をdとして、以下の式(1)で表される。
(Relational expression of resonance frequency of depolarized GAWBS)
First, consider the resonant frequency of the depolarized GAWBS generated from the light wave HE 11 mode and the TR 2m mode. According to
なお、固有値ymは、TR2mモードにおける光ファイバのクラッド部表面での境界条件から、音響波の横波速度VSと縦波速度VLとの比、すなわちVS/VLをαとし、2次、3次のベッセル関数をJ2、J3として、以下の式(2)を用いて求められる。 Note that the eigenvalues y m is from the boundary conditions at the cladding portion surface of the optical fiber in the TR 2m mode, the ratio between the shear wave velocity V S and the longitudinal wave velocity V L of the acoustic wave, i.e., the V S / V L alpha, The second-order and third-order Bessel functions are determined as J 2 and J 3 using the following equation (2).
(ポラライズドGAWBSの共振周波数の関係式)
つぎに、光波HE11モードとR0mモードとから発生するポラライズドGAWBSの共振周波数を考える。R0mモードによる共振周波数fRmは、非特許文献3によれば、固有値をμmとして、以下の式(3)で表される。
(Relational expression of the resonance frequency of Polarized GAWBS)
Next, the resonance frequency of the polarized GAWBS generated from the light wave HE 11 mode and the R 0m mode will be considered. According to
なお、固有値μmは、光ファイバのクラッド部と樹脂被覆部との境界条件を無視すると、0次のベッセル関数をJ0として、以下の式(4)を用いて求められる。 Note that the eigenvalues mu m, when ignoring the boundary conditions of the cladding portion of the optical fiber and the resin-coated portion, the 0-order Bessel function as J 0, determined using the following equation (4).
式(1)及び式(3)から、二種類の光ファイバにおいて、同じモード次数に対して異なる周波数fが発生するには、a)クラッド直径dが異なる、b)VSまたはVLが異なる、の二つの条件が考えられる。 From Equations (1) and (3), in two types of optical fibers, in order to generate different frequencies f for the same mode order, a) different cladding diameters d, b) different V S or V L The following two conditions can be considered.
また、音響波速度VS及びVLと添加されるGeの濃度との関係について、Geの濃度をwg(質量%)とすると、次の式(5)、(6)が成立する。 Further, regarding the relationship between the acoustic wave velocities V S and V L and the concentration of Ge to be added, when the Ge concentration is w g (mass%), the following equations (5) and (6) are established.
VL=5944(1−7.2×10−3wg) ・・・ (5)
VS=3749(1−6.4×10−3wg) ・・・ (6)
V L = 5944 (1-7.2 × 10 −3 w g ) (5)
V S = 3749 (1-6.4 × 10 −3 w g ) (6)
(なお、上記式(5)、(6)は、”Simulating and Designing Brillouin Gain Spectrum In Single-Mode Fibers” Y.Koyamada, S.Sato, S.Nakamura, H.Sotobayashi and W.Chujo, Journal of Lightwave Technology Vol.22 No.2 2004を参照)。式(1)及び式(3)で表されるGAWBSは光ファイバの径方向での進行波であるので、音響波は光ファイバのコア部及びクラッド部の両者を伝搬する。そのためここで考える音響波速度VS及びVLは、光ファイバのコア部及びクラッド部の両方における音響波速度である。クラッド部には基本的にはGeは添加しないが、コアのGe濃度が変化すればVS及びVLが変化するため、結果的にGAWBSピーク周波数が変化することになる。すなわち、式(1)、(3)、(5)、および(6)から明らかなように、ピーク周波数は、はクラッド径および光ファイバの組成に応じて変化する。 (Note that the above equations (5) and (6) are "Simulating and Designing Brillouin Gain Spectrum In Single-Mode Fibers" Y. Koyamada, S. Sato, S. Nakamura, H. Sotobayashi and W. Chujo, Journal of Lightwave. Technology Vol.22 No.2 2004). Since GAWBS represented by the equations (1) and (3) is a traveling wave in the radial direction of the optical fiber, the acoustic wave propagates through both the core portion and the cladding portion of the optical fiber. Therefore, the acoustic wave velocities V S and V L considered here are the acoustic wave velocities in both the core part and the clad part of the optical fiber. Is basically the cladding portion Ge is not added, because the V S and V L change would Ge concentration of the core is changed, it will change the results in GAWBS peak frequency. That is, as is clear from the equations (1), (3), (5), and (6), the peak frequency varies depending on the cladding diameter and the composition of the optical fiber.
通常の石英ガラス系光ファイバの場合、温度20℃においてVS=3740m/s、VL=5910m/sである。すると、たとえばポラライズドGAWBSの1次の共振周波数は29.85MHzとなり、他の高次の共振周波数は、VL/(πd)≒48MHz間隔で発生する。また、音響波の速度は光ファイバの温度または印加される応力に応じて変化する。 In the case of a normal quartz glass-based optical fiber, V S = 3740 m / s and V L = 5910 m / s at a temperature of 20 ° C. Then, for example, the primary resonance frequency of the polarized GAWBS is 29.85 MHz, and other high-order resonance frequencies are generated at intervals of V L / (πd) ≈48 MHz. Further, the velocity of the acoustic wave varies depending on the temperature of the optical fiber or the applied stress.
このようにデポラライズドGAWBS、ポラライズドGAWBSのいずれにおいても共振周波数のピークは周期的な周波数間隔で発生する。また、発生する周波数帯域の上限は上述したように800MHz程度であり、更なる高周波帯域ではピーク強度が減衰することが知られている。 As described above, in both the depolarized GAWBS and the polarized GAWBS, the resonance frequency peaks occur at periodic frequency intervals. The upper limit of the generated frequency band is about 800 MHz as described above, and it is known that the peak intensity is attenuated in a further high frequency band.
ここで、光ファイバセンサ100においては、測定用光ファイバ2のクラッド径を、従来の測定用光ファイバのクラッド径である125μmよりも小さい90μm以下としている。その結果、測定用光ファイバ2については、式(1)及び(3)からも明らかなように、従来よりも共振周波数の間隔が広がる。その結果、上限である800MHzまでに含まれる共振周波数の数が減少するため、1つのモードあたりの振幅強度は強くなり、300MHz程度までの周波数領域に存在するモードについては特に強くなる。その結果、スペクトルアナライザ34が検出する周波数ピークの1本あたりの強度も強くなるため、ピークの検出精度が向上するため、この光ファイバセンサ100は、測定感度が従来よりも高いものとなる。
Here, in the
なお、図6は、測定用光ファイバ2として図3に示す特性を有するものを用いた場合の、スペクトラムアナライザ34において測定される周波数スペクトルを示した図である。図6において、横軸は周波数を示し、縦軸はベース雑音のレベルを0dBとした相対強度を示している。図6に示すように、スペクトラムアナライザ34においては、TR2mモードによる共振周波数fTmに対応する複数の変調周波数のピークが観測されるが、その上限は800MHz程度となっている。
FIG. 6 is a diagram showing a frequency spectrum measured by the
つぎに、図7は、図6において周波数が223MHzであるピークP1と周波数が660MHzであるピークP2とについて、測定用光ファイバ2の周囲の温度と各ピークの周波数との関係について示した図である。なお、図7において、「○」、「●」はそれぞれピークP1、P2についての実測値を示しており、線L1、L2はそれぞれピークP1、P2についての実測値の近似直線を示している。温度をT(℃)、ピークの周波数をf(MHz)とすると、線L1はf=222.83+0.01048Tで表され、線L2はf=658.01+0.05462Tで表される。したがって、制御表示器35は、たとえばスペクトラムアナライザ34が検出したピーク周波数のうちピークP1の周波数から、線L1を表す上記関係式を用いて温度を算出できる。
Next, FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the temperature around the measurement
以上説明したように、本実施の形態1に係る光ファイバセンサ100は、検出されるデポラライズドGAWBS光の変調周波数のピーク強度が強くなるため、測定感度が従来よりも高いものとなる。
As described above, the
(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態2に係る光ファイバセンサは、複数の測定用光ファイバを備えるものである。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The optical fiber sensor according to the second embodiment includes a plurality of measurement optical fibers.
図8は、本実施の形態2に係る光ファイバセンサの構成を示したブロック図である。図8に示すように、この光ファイバセンサ200は、図1に示すものと同様の光源装置1及び検出装置3と、2つの測定用光ファイバ2a、2bとを備えている。また、光源装置1と測定用光ファイバ2aとは、接続用光ファイバ4aを介して接続部5aにおいて接続している。同様に、測定用光ファイバ2a、2bと接続用光ファイバ4bとは、それぞれ接続部5b、接続部5cにおいて接続している。すなわち、測定用光ファイバ2aと測定用光ファイバ2bとは、接続用光ファイバ4bを介して接続している。また、検出装置3と測定用光ファイバ2bとは、接続用光ファイバ4cを介して接続部5dにおいて接続している。なお、接続部5a〜5dは、たとえば光コネクタ接続部や融着接続部などである。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the optical fiber sensor according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, the
この光ファイバセンサ200においては、光源装置1から出力した試験光は、接続用光ファイバ4a、測定用光ファイバ2a、接続用光ファイバ4b、測定用光ファイバ2b、接続用光ファイバ4cを順次伝播する。そして、各光ファイバにおいて、デポラライズドGAWBS光が発生し、検出装置3に入力する。
In this
ここで、測定用光ファイバ2aと測定用光ファイバ2bとは、図2に示す測定用光ファイバ2と同様の構造および屈折率プロファイルを有し、いずれもクラッド径が90μm以下である。したがって、デポラライズドGAWBS光の変調周波数のピーク強度が強くなるため、測定感度が従来よりも高いものとなる。さらに、測定用光ファイバ2aと測定用光ファイバ2bとは、クラッド径が互いに異なっている。したがって、式(1)に示すように、測定用光ファイバ2aと測定用光ファイバ2bとでは、TR2mモードによる共振周波数fTmは、同一の次数、すなわちmが同じであっても互いに異なる。その結果、光源装置1が出力する試験光によって、各測定用光ファイバ2a、2bにおいて発生するデポラライズドGAWBS光のピーク周波数は、同一の次数のものであっても重ならない。したがって、たとえば各測定用光ファイバ2a、2bを異なる被測定物に取り付け、各測定用光ファイバ2a、2bにおいて発生するデポラライズドGAWBS光のピーク周波数のそれぞれを測定することによって、簡易な構成でありながら、2つの被測定物の温度や歪みを同時に高感度で測定することができる。
Here, the measurement
なお、接続用光ファイバ4a〜4cについては、測定用光ファイバ2a、2bよりもクラッド径の大きい光ファイバを用いている。その結果、接続用光ファイバ4a〜4cにおいて発生するデポラライズドGAWBS光は、そのピーク周波数が測定用光ファイバ2a、2bのものと重ならないとともに、ピーク強度が測定用光ファイバ2a、2bのものよりも小さくなるので、温度測定に悪影響を及ぼさない。なお、接続用光ファイバ4a〜4cとしては、たとえばITU−T(国際電気通信連合)G.652で定義するクラッド径が125μmでありコア部のクラッド部に対する比屈折率差が約0.3%である標準のシングルモード光ファイバ(SMF)を用いることができる。
As the connection
図9は、図8に示す測定用光ファイバ2a、2bの特性の一例を示した図である。また、図10は、図9に示す特性を有する測定用光ファイバ2a、2bを用いた場合の、スペクトラムアナライザ34において測定される周波数スペクトルを示した図である。図10において、横軸は周波数を示し、縦軸はベース雑音のレベルを0dBとした相対強度を示している。また、ピークP3は測定用光ファイバ2aによる1次の変調周波数のピークであり、ピークP4は測定用光ファイバ2bによる1次の変調周波数のピークである。図9、10に示すように、測定用光ファイバ2a、2bでは、クラッド径が互いに異なるので、ピークP3、P4は互いに異なっている。また、クラッド径がより小さい測定用光ファイバ2aのピークP3の方が、ピークP4よりも周波数が高くなっている。
FIG. 9 is a diagram showing an example of characteristics of the measurement
また、上記最大屈折率差が、従来用いられていた標準のSMFの0.3%よりも十分に大きい1%以上となるようにGeを添加すれば、光ファイバの曲げ径を小さくしてコンパクトに収容した場合でもコア部への光の閉じ込めを高くすることができ、効果的である。たとえばΔ1が1%以上であれば、現行で定められている曲げに対する損失増加の小さな光ファイバの規格(ITU−T G.657.B 半径R=15mmにおいて、波長1550nmで0.03dB/10ターン以下)を十分満たすことができる。
また、全長50mのΔ1が2.8%、カットオフ波長が1400nmの光ファイバを半径R=15mmのファイバシートに布線した場合(約500ターン)の波長1550nmにおける伝送損失の増加は0.08dBであった。これは前述した規格ITU−T G.657.Bと比較しても更に曲げ損失が小さく、コンパクトな収納が可能であることを示している。なお、上記では、光ファイバを所定の半径で1周巻回した状態を1ターンとしている。また、ファイバシートとは、光ファイバを所定のターンだけ巻回して厚さの薄いシート状にしたものである。
In addition, if Ge is added so that the maximum refractive index difference is 1% or more, which is sufficiently larger than 0.3% of the standard SMF conventionally used, the bending diameter of the optical fiber can be reduced and compact. Even when housed in the housing, light confinement in the core can be increased, which is effective. For example, if Δ1 is 1% or more, an optical fiber standard (ITU-T G.657.B, radius R = 15 mm, 0.03 dB / 10 turns at a wavelength of 1550 nm, which has a small increase in loss with respect to bending as currently defined. The following can be fully satisfied.
In addition, when an optical fiber having a total length of 50 m of 2.8% and a cutoff wavelength of 1400 nm is wired on a fiber sheet having a radius R = 15 mm (about 500 turns), the increase in transmission loss at a wavelength of 1550 nm is 0.08 dB. Met. This is the standard ITU-T G. 657. Even when compared with B, the bending loss is smaller, indicating that compact storage is possible. In the above, one turn is a state where the optical fiber is wound once with a predetermined radius. The fiber sheet is a thin sheet formed by winding an optical fiber for a predetermined turn.
(実施の形態3)
つぎに、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態3に係る光ファイバセンサは、実施の形態1に係る光ファイバセンサ100と略同様の構成を備えるが、測定用光ファイバを巻回した状態で表面に保持する板状部材をさらに備えている。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The optical fiber sensor according to the third embodiment has substantially the same configuration as the
図11は、本実施の形態3に係る光ファイバセンサの構成を示したブロック図である。図11に示すように、この光ファイバセンサ300は、図1に示すものと同様の光源装置1と、測定用光ファイバ2と、検出装置3とを備えている。また、光源装置1と測定用光ファイバ2とは、接続用光ファイバ4dを介して接続部5eにおいて接続している。同様に、検出装置3と測定用光ファイバ2とは、接続用光ファイバ4eを介して接続部5fにおいて接続している。なお、接続用光ファイバ4d、4eは、測定用光ファイバ2よりもクラッド径の大きい光ファイバであり、たとえば標準のSMFである。
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the optical fiber sensor according to the third embodiment. As shown in FIG. 11, the
さらに、この光ファイバセンサ300は、板状部材6を備えており、測定用光ファイバ2は、最大巻き付け径D1、最小巻き付け径D2で巻回した状態で板状部材6の表面に接合材等で固着している。このように、板状部材6が測定用光ファイバ2を巻回した状態で表面に保持しているので、光ファイバの収納に通常使用される巻き付け径が一定のボビンに比べ、より小さな巻き付け径で巻かれるため、光ファイバセンサ300全体が小型、薄型になり、狭い場所や小さい被測定物の測定にも適するものとなる。なお、この測定用光ファイバ2は、従来のSMFよりもクラッド径が小さく、樹脂被覆部22を含めた外径も小さいため、測定感度を高くできるだけでなく、より収容性が高いものとなっている。そのため、同じ平面積であっても、より条長の長い測定用光ファイバ2を収容でき、試験光と横波音響波との相互作用長を長くできるので、さらにピーク周波数強度を高めて測定感度を高くできる。
Further, the
なお、板状部材6の材質については特に限定されないが、たとえばポリエチレンテレフタレートなどの可撓性を有する材質を用い、薄いシート状に形成したものとすれば、たとえば曲面形状の外形を有する被測定物にも容易に密着して取り付けることができるので、その温度や歪みをより正確に測定することができる。
The material of the plate-
また、この光ファイバセンサ300の変形例として、測定用光ファイバ2の保護等のために、図11に示す構成において、巻回した測定用光ファイバ2を覆うようにもう一枚の保護用板状部材を用いてもよい。
Further, as a modification of the
図12は、実施の形態3に係る光ファイバセンサ300の変形例の構成において、保護用板状部材の上から荷重を加えた場合の、荷重とデポラライズドGAWBS光の一次のピーク周波数との関係を示した図である。なお、測定用光ファイバ2の最大巻き付け径D1の値を9.5cm、最小巻き付け径D2の値を3cmとした。また、図12において、「○」は測定データを示し、実線は近似直線を示している。図12に示すように、荷重とピーク周波数とは比例関係を有するので、ピーク周波数から測定用光ファイバ2にかかる応力を算出できる。したがって、この光ファイバセンサ300を用いて、その被測定物の歪みを測定することができる。
FIG. 12 shows the relationship between the load and the primary peak frequency of the depolarized GAWBS light when a load is applied from above the protective plate member in the configuration of the modification of the
ところで、光ファイバにおいてクラッド径を小さくすると、コア部から光が漏洩する漏洩損失が発生するおそれがある。この漏洩損失は、特に光ファイバを曲げた場合に問題となる。図13は、光ファイバのクラッド径と漏洩損失との関係を示した図である。なお、図13は、有限要素法(FEM)によるシミュレーション計算の結果に基づくものである(たとえば、K. Saitoh and M. Koshiba, “Full-Vectorial Imaginary-Distance Beam Propagation Method Based on Finite Element Scheme: Application to Photonic Crystal Fibers”, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.38, No.7, July, 2002.参照)。また、図13では、標準のSMFにおいてクラッド径を小さくしていった場合と、図2に示す特性を有する測定用光ファイバ2においてクラッド径を小さくしていった場合とを示している。図13に示すように、いずれの光ファイバについても、クラッド径を小さくするほど漏洩損失が大きくなる。しかしながら、コア部の最大比屈折率差がより大きい測定用光ファイバ2は、コア部への光の閉じ込めが強いため、クラッド径を40μmとしてもクラッド径が125μmのSMFよりも漏洩損失が小さく、実用上問題とならない。
By the way, when the cladding diameter is reduced in the optical fiber, there is a risk that leakage loss in which light leaks from the core portion occurs. This leakage loss becomes a problem particularly when the optical fiber is bent. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the cladding diameter of the optical fiber and the leakage loss. Note that FIG. 13 is based on the result of simulation calculation by the finite element method (FEM) (for example, K. Saitoh and M. Koshiba, “Full-Vectorial Imaginary-Distance Beam Propagation Method Based on Finite Element Scheme: Application to Photonic Crystal Fibers ”, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 38, No. 7, July, 2002.). FIG. 13 shows a case where the cladding diameter is reduced in the standard SMF and a case where the cladding diameter is reduced in the measurement
また、測定用光ファイバ2の収容部である板状部材6をコンパクトな形状に保つには、測定用光ファイバ2の巻き付け径を小さくすることが有効であるが、巻き付け径を小さくするほど測定用光ファイバ2にかかる曲げ歪みは大きくなってしまう。ここで、光ファイバにかかる曲げ歪みはクラッド径に比例する。したがって、クラッド径を小さくした測定用光ファイバ2は、光ファイバにかかる曲げ歪みを抑制しつつ、小さな巻き付け径で巻くことが可能になるので好ましい。
In order to keep the plate-
なお、具体的には、クラッド径dと光ファイバにかかる曲げ歪みεとの関係は、Rを光ファイバの曲げ半径、Dを光ファイバの被覆部の外半径として、以下の式(7)で表される。
ε=d/(R+D) ・・・ (7)
Specifically, the relationship between the cladding diameter d and the bending strain ε applied to the optical fiber is expressed by the following equation (7), where R is the bending radius of the optical fiber and D is the outer radius of the coated portion of the optical fiber. expressed.
ε = d / (R + D) (7)
また、光ファイバにかかる曲げ歪みが小さくなることによって、光ファイバの破断率を低減することができる。図14は、クラッド径が60、90、125μmの光ファイバについて、光ファイバの巻き付け半径すなわち曲げ半径と20年での破断率との関係を示した図である。図14に示すように、巻き付け半径が小さくなるにつれて破断率は大きくなるが、同じ巻き付け半径であればクラッド径が小さいほど破断率は小さい。また、クラッド径が小さいほど、より小さい巻き付け半径で同じ破断率を実現できる。すなわち、この光ファイバセンサ300は、測定用光ファイバ2を用いることによって、従来と同一またはそれ以下の破断率を実現しながら、より収容性が高く小型であり、狭い場所等の測定にも適し、かつ測定感度が高い光ファイバセンサとなる。
Further, since the bending strain applied to the optical fiber is reduced, the breaking rate of the optical fiber can be reduced. FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the wrapping radius of the optical fiber, that is, the bending radius, and the breaking rate in 20 years for optical fibers having cladding diameters of 60, 90, and 125 μm. As shown in FIG. 14, the rupture rate increases as the wrapping radius decreases. However, if the wrapping radius is the same, the rupture rate decreases as the cladding diameter decreases. Further, the smaller the cladding diameter, the same breaking rate can be realized with a smaller winding radius. In other words, the
(実施の形態4)
つぎに、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態4に係る光ファイバセンサは、実施の形態2に係る光ファイバセンサ200と略同様の構成を備えるが、各測定用光ファイバを巻回した状態で表面に保持する板状部材をさらに備えている。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The optical fiber sensor according to the fourth embodiment has substantially the same configuration as that of the
図15は、本実施の形態4に係る光ファイバセンサの構成を示したブロック図である。図15に示すように、この光ファイバセンサ400は、図8に示す光ファイバセンサ200と同様に、光源装置1と、測定用光ファイバ2a、2bと、検出装置3と、接続用光ファイバ4a〜4cと、接続部5a〜5dとを備えており、さらに図11に示す板状部材6と同様の板状部材6a、6bを備えている。そして、測定用光ファイバ2aと測定用光ファイバ2bとは、それぞれ接続用光ファイバ4bを介して接続している。また、板状部材6a、6bは、それぞれ測定用光ファイバ2a、2bを巻回した状態で、接合剤により表面に保持している。その結果、この光ファイバセンサ400は、簡易な構成でありながら、たとえば2つの場所の温度を同時に測定できるとともに、従来と同一またはそれ以下の破断率を実現しながら、より収容性が高く小型であり、狭い場所等の測定にも適し、かつ測定感度が高い光ファイバセンサとなる。
FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the optical fiber sensor according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 15, this
(実施の形態5)
つぎに、本発明の実施の形態5について説明する。上記実施の形態1〜4に係る光ファイバセンサ100〜400は、デポラライズドGAWBS光を用いたものであったが、本実施の形態5に係る光ファイバセンサは、ポラライズドGAWBS光を用いたものである。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The
図16は、本実施の形態5に係る光ファイバセンサの構成を示したブロック図である。図16に示すように、この光ファイバセンサ500は、図1に示すものと同様の光源装置1および測定用光ファイバ2と、光カプラ7と、検出装置3aとを備える。
FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the optical fiber sensor according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 16, the
光カプラ7は、方向性結合器型であり、4つの入出力ポート71〜74を備えている。この光カプラ7の分岐比は1:1である。すなわち、この光カプラ7は、たとえば入出力ポート71において受け付けた光を、1:1の強度比で分岐して入出力ポート73、74にそれぞれ出力する。そして、入出力ポート71は光源装置1と接続し、入出力ポート72は検出装置3と接続している。また、入出力ポート73、74は測定用光ファイバ2の両端と接続している。したがって、光カプラ7と測定用光ファイバ2とは光ファイバループ干渉計を構成している。
The
一方、検出装置3aは、PD32と、電気信号増幅器33と、スペクトラムアナライザ34と、制御表示器35とが順次接続した構成を有する。すなわち、この検出装置3aは、図4に示す検出装置3から偏光子31を除いた構成を有する。
On the other hand, the
つぎに、この光ファイバセンサ500の動作について説明する。光源装置1から試験光が出力されると、光カプラ7は入出力ポート71において試験光を受け付け、1:1の強度比で分岐して入出力ポート73、74にそれぞれ出力する。つぎに、測定用光ファイバ2は入出力ポート73、74から出力した試験光を各端部において受け付け、各試験光は測定用光ファイバ2中を反対方向に伝播する。
Next, the operation of the
つぎに、測定用光ファイバ2中では、各モードの横波音響波と各試験光の光波との相互作用によって所定の変調周波数を有するポラライズドGAWBS光が発生し、各試験光と同一方向に伝播する。入出力ポート73、74にそれぞれ到達した各ポラライズドGAWBS光は、光カプラ7において結合する。このとき、ポラライズドGAWBS光は、位相変調されているために、光カプラ7の干渉効果によって強度変調に変換され、一部が入出力ポート72から出力される。
Next, in the measurement
つぎに、検出装置3aは、光カプラ7の入出力ポート72から出力したポラライズドGAWBS光を受け付ける。そして、ポラライズドGAWBS光はPD32に入力し、PD32によって電気信号に変換される。その後は、スペクトラムアナライザ34と制御表示器35によって、実施の形態1で説明したものと同様にして、測定用光ファイバ2の周囲温度、あるいは被測定物の歪みを検出する。この光ファイバセンサ500においても、測定用光ファイバ2は、そのクラッド径が90μm以下なので、上記各実施の形態に係る光ファイバセンサと同様に、測定感度が従来よりも高いものとなる。
Next, the
なお、このポラライズドGAWBS光を用いた光ファイバセンサ500についても、その変形例として、実施の形態2に係る光ファイバセンサ200のように複数の測定用光ファイバを備える構成としてもよいし、実施の形態3、4に係る光ファイバセンサ300、400のように、測定用光ファイバを巻回した状態で保持する板状部材をさらに備える構成としてもよい。
As a modification of the
なお、上記実施の形態1〜4に係るデポラライズドGAWBS光を用いた光ファイバセンサにおいて、測定用光ファイバ2、2a、2bは通常構造の光ファイバであったが、偏波保持型光ファイバを用いてもよい。
In the optical fiber sensor using the depolarized GAWBS light according to the first to fourth embodiments, the measurement
図17は、偏波保持型の測定用光ファイバの一例の模式的な断面図である。図17に示すように、この測定用光ファイバ2cは、応力付与型の偏波保持光ファイバであり、図2に示すものと同様の中心コア部211および外側コア部212と、外側コア部212の外周に形成されたクラッド部214と、クラッド部214の内部に位置する応力付与部材215、215とからなるガラス部21cと、図2に示すものと同様の樹脂被覆部22とを有する。なお、クラッド部214は、内部に応力付与部材215、215を含む点以外は図2に示すクラッド部213と同様である。応力付与部材215、215はたとえばボロン(B)が添加された石英系ガラスからなり、それらの中心軸を結ぶ直線上に、ほぼ中心コア部211および外側コア部212の中心軸が位置するように配置されている。その結果、測定用光ファイバ2cには上記中心軸を結ぶ方向とこれと直交する方向とを偏波軸とする複屈折が生じる。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of an example of a polarization maintaining type measurement optical fiber. As shown in FIG. 17, the measurement
測定用光ファイバ2、2a、2bに換えてこの測定用光ファイバ2cを用いる際には、光源装置1の試験光の直線偏光の偏波方向と、測定用光ファイバ2cのいずれかの偏波軸と、検出装置3の偏光子31の透過偏光方向とを一致させるようにする。すると、試験光はその偏波方向が維持されたまま測定用光ファイバ2cを伝播するため、TR2mモードの横波音響波との相互作用が測定用光ファイバ2cの長手方向にわたって強く安定した状態に維持される。その結果、発生するデポラライズドGAWBS光の光強度が強くなるため、周波数スペクトル上のピーク強度も強くなるので、さらに測定感度が高く安定したものとなる。
When this measurement
また、上記実施の形態1〜4に係るデポラライズドGAWBS光を用いた光ファイバセンサにおいて、検出装置3に換えて以下の構成の検出装置を用いてもよい。
Moreover, in the optical fiber sensor using the depolarized GAWBS light according to the first to fourth embodiments, a detection device having the following configuration may be used instead of the
図18は、実施の形態1〜4に係る光ファイバセンサにおいて用いることができる検出装置の別の一例の構成を示したブロック図である。図18に示すように、この検出装置3bは、偏光子31a、31bと、PD32a、32bと、電気信号増幅器33と、スペクトラムアナライザ34と、制御表示器35と、半波長板36a、36bと、偏波ビームスプリッタ37と、合波器38とを備えている。
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of another example of a detection apparatus that can be used in the optical fiber sensors according to
つぎに、この検出装置3bの動作について説明する。はじめに、この検出装置3bは、たとえば測定用光ファイバ2から出力したデポラライズドGAWBS光を受け付ける。検出装置3bにおいて、デポラライズドGAWBS光は半波長板36aによってその偏波状態が調整され、偏波ビームスプリッタ37によって偏波方向が互いに直交する2つの直線偏波の光に分離される。分離された直線偏波光は、その一方はさらに半波長板36bによってその偏波状態が調整され、偏光子31a、PD32a、または偏光子31b、PD32bに順次入力し、PD32aまたはPD32bによって電気信号に変換される。PD32aまたはPD32bによって変換された各電気信号は合波器38で合波され、電気信号増幅器33に入力して増幅され、スペクトラムアナライザ34に入力する。このようにすることで、測定用光ファイバ2から出力される光の偏波状態が変動してもスペクトラムアナライザ34に入力される電気信号のパワーを一定にできる。スペクトラムアナライザ34においては、偏波方向によって分離されたうち一方のデポラライズドGAWBS光の変調周波数が複数のピークとして検出される。つぎに、制御表示器35は、スペクトラムアナライザ34が検出したピーク周波数のうち所定の1つのピーク周波数に基づいて、測定用光ファイバ2の周囲温度、あるいは被測定物の歪み等を検出する。
Next, the operation of the
すなわち、測定用光ファイバ2は通常構造の光ファイバなので、測定用光ファイバ2を伝播中の試験光の偏波状態は経時的に変動するおそれがある。したがって、発生するデポラライズドGAWBS光の偏波状態も変動するおそれがある。
That is, since the measurement
これに対して、この検出装置3bにおいては、デポラライズドGAWBS光を偏波ビームスプリッタ37によって2つの直線偏波の光に分離している。そして、スペクトラムアナライザ34は、分離した光を電気信号に変換したものを足し合わせてピークを検出するようにしている。したがって、この検出装置3bを用いることによって、測定用光ファイバ2を伝播中の試験光の偏波状態の変動にかかわらず、より確実で安定した測定が実現される。
On the other hand, in the
なお、上記各実施の形態では、光源装置1は試験光として連続光を出力するものであるが、試験光としてパルス光を出力するものでもよい。また、実施の形態2、4では、測定用光ファイバは2本であったが、3本以上の測定用光ファイバを備えていてもよい。
In each of the above embodiments, the
また、測定用光ファイバの構造としては、コア部が2層構造であるものに限らず、中心コア部のみ、またはさらなる多層構造を有するものでもよい。また、クラッド部に空孔が形成されたものでもよい。また、偏波保持型の測定用光ファイバとしては、応力付与型のものに限られず、他の偏波保持型の光ファイバ、たとえばコア部の断面が楕円形状である楕円コア型のものを用いてもよい。 Further, the structure of the measurement optical fiber is not limited to the one having a two-layer core portion, and may have only a central core portion or a further multilayer structure. Further, the clad portion may be formed with holes. In addition, the polarization maintaining optical fiber is not limited to the stress-applying optical fiber, but other polarization maintaining optical fiber, for example, an elliptical core type whose core section has an elliptical cross section is used. May be.
1 光源装置
2、2a〜2c 測定用光ファイバ
3、3a、3b 検出装置
4a〜4e 接続用光ファイバ
5a〜5f 接続部
6、6a、6b 板状部材
7 光カプラ
21、21c ガラス部
22 樹脂被覆部
31、31a、31b 偏光子
32、32a、32b PD
33 電気信号増幅器
34 スペクトラムアナライザ
35 制御表示器
36a、36b 半波長板
37 偏波ビームスプリッタ
38 合波器
71〜74 入出力ポート
100〜500 光ファイバセンサ
211 中心コア部
212 外側コア部
213、214 クラッド部
215 応力付与部材
D1 最大巻き付け径
D2 最小巻き付け径
L1、L2 線
P プロファイル
P1〜P4 ピーク
DESCRIPTION OF
33
Claims (8)
石英系ガラスからなり、コア部と該コア部の外周に形成された外径が90μm以下のクラッド部とを有し、前記試験光を少なくとも一方の端部において受け付け、前記試験光によって発生する導波音響波型ブリユアン散乱光を他方の端部から出力する少なくとも1つの測定用光ファイバと、
前記測定用光ファイバから出力する前記導波音響波型ブリユアン散乱光を受け付け、該導波音響波型ブリユアン散乱光の周波数スペクトル上のピーク周波数を測定し、該測定したピーク周波数に基づいて前記測定用光ファイバの周囲温度または該測定用光ファイバにかかる応力を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする光ファイバセンサ。 A light source that outputs test light;
It is made of quartz glass and has a core part and a clad part having an outer diameter of 90 μm or less formed on the outer periphery of the core part. The test light is received at at least one end part, and is guided by the test light. At least one measurement optical fiber that outputs the wave acoustic wave Brillouin scattered light from the other end;
The guided acoustic wave type Brillouin scattered light output from the measurement optical fiber is received, the peak frequency on the frequency spectrum of the guided acoustic wave type Brillouin scattered light is measured, and the measurement is performed based on the measured peak frequency. Detecting means for detecting ambient temperature of the optical fiber for measurement or stress applied to the optical fiber for measurement;
An optical fiber sensor comprising:
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