JP6218163B1 - 光ファイバ温度センサおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

光ファイバ温度センサは、第１の基材本体（３１）と、第１の基材本体（３１）よりも熱膨張係数が大きく、第１の基材本体（３１）に貼り付けられている第２の基材本体（３２）とを有する基材（３）と、ブラッグ波長と温度の関係から温度を計測するためのＦＢＧセンサ部（２）を有する光ファイバ（１）と、を備え、光ファイバ（１）は、ＦＢＧセンサ部（２）が第２の基材本体（３２）の内部に位置するように、第２の基材本体（３２）の内部に埋め込まれるよう構成されている。

Description

本発明は、基材の内部に埋め込まれている光ファイバを備えた光ファイバ温度センサおよびその製造方法に関する。
人工衛星の構造体には、繊維強化プラスチック製の表皮材と、ハニカムコアとから構成される、軽量かつ高剛性なハニカムサンドイッチ構造体が一般的に用いられている。特に、ミッション搭載構造において、高剛性なハニカムサンドイッチ構造体が用いられている。
しかしながら、太陽光の入熱および搭載機器の発熱等に起因する軌道上の熱環境変化によって、ハニカムサンドイッチ構造体に熱変形が発生する。そのため、人工衛星に搭載されたカメラおよびアンテナ等のミッション機器における地球指向軸の角度が変動してしまう。特に、地球から約３万６千Ｋｍの遠方に位置している静止衛星においては、指向軸角度がわずかに変動するだけでも、地球観測および測位の精度が著しく低下することとなる。
そのため、ヒータ等による熱制御によって、ハニカムサンドイッチ構造体の温度を可能な限り均一に維持し、熱変形を抑制することが重要となる。そして、正確な熱制御が実行されるように、軌道上におけるハニカムサンドイッチ構造体の温度を、高密度かつ高精度に計測することが必要である。
ここで、上記のハニカムサンドイッチ構造体等の構造体の温度を評価するセンサの１つとして、光ファイバ温度センサがある。この光ファイバ温度センサは、小型軽量、電磁ノイズに強い、および多点計測が可能といった特徴を有する温度センサである。また、光ファイバ温度センサとして、例えば、反射スペクトルのブラッグ波長が温度および歪みに応じて変化するファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ；Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）をセンサ部として用いたものがある。
一般的には、光ファイバ温度センサが取り付けられた系において、ブラッグ波長と温度との関係をあらかじめ実測しておく。一般的な光ファイバ温度センサでは、あらかじめ実測したブラッグ波長と温度との関係から、取得したブラッグ波長に対応した温度を算出するように構成されている。
光ファイバ温度センサの構成の一例として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ；Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）製の基材の内部にＦＢＧセンサ部を埋め込んだ構成がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の光ファイバ温度センサは、ブラッグ波長と温度の関係から温度を算出するように構成されている。
また、光ファイバ温度センサの構成の別例として、バイメタル上にＦＢＧセンサ部を貼り付けている構成がある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の光ファイバ温度センサは、ブラッグ波長が歪みに応じて変化する特性を利用して、温度変化によってバイメタルに生じた歪みとその温度変化の関係から温度を算出するように構成されている。
特開２００９−３００３７８号公報（例えば図１４参照） 特開２００１−１９４２４９号公報（例えば図１参照）
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術では、上記のとおり、ＣＦＲＰ製の基材の内部にＦＢＧセンサ部が埋め込まれるように構成されている。このように構成された場合、光ファイバ温度センサの特性上、−５０℃以下の温度域（以下、極低温域と称す）では、温度変化によるブラッグ波長変化が小さくなり、その結果、センサ感度が低下するという問題がある。
特許文献２に記載の従来技術では、プレート状のバイメタルが変形することに起因して生じる歪みをモニタリングして、その歪みを温度に換算するように構成されている。このように構成する場合、プレート状のバイメタルによって生じる歪みには限りがあるので、宇宙環境のような広い温度域（例えば、−１７０℃以上１５０℃以下の範囲）での温度計測に対してその構成を適用することが困難であるという問題がある。なお、特許文献２に記載の従来技術では、光ファイバ温度センサによる温度計測域が−２０℃以上４０℃以下の範囲であって、その温度域の幅が６０℃であることを想定している。
また、特許文献２に記載の従来技術では、バイメタルにおいて金属の組み合わせを変えるだけでは設計に限りがあり、光ファイバ温度センサによる温度計測域を広げることは困難であるという問題がある。
さらに、特許文献２に記載の従来技術では、ＦＢＧセンサ部をバイメタルに接着して構成されているので、ＦＢＧセンサ部が露出した状態となっている。その結果、例えば衛星の組立作業中に人または物がＦＢＧセンサ部にぶつかることによる衝撃によって、ＦＢＧセンサ部が損傷しやすいという問題がある。また、例えば運搬時の振動による外枠または断熱材とＦＢＧセンサ部との擦れによって、ＦＢＧセンサ部が損傷しやすいという問題がある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、広い温度域での高精度な温度計測を実現しつつ、外部からの衝撃等によってＦＢＧセンサ部が損傷するのを抑制することのできる光ファイバ温度センサおよびその製造方法を得ることを目的とする。
本発明における光ファイバ温度センサは、第１の基材本体と、第１の基材本体よりも熱膨張係数が大きく、第１の基材本体に貼り付けられている第２の基材本体とを有する基材と、ブラッグ波長と温度の関係から温度を計測するためのＦＢＧセンサ部を有する光ファイバと、を備え、光ファイバは、ＦＢＧセンサ部が第２の基材本体の内部に位置するように、第２の基材本体の内部に埋め込まれているものである。
また、本発明における光ファイバ温度センサの製造方法は、第１の基材本体と、第１の基材本体よりも熱膨張係数が大きく、第１の基材本体に貼り付けられている第２の基材本体とを有する基材と、ブラッグ波長と温度の関係から温度を計測するためのＦＢＧセンサ部を有する光ファイバと、を備えた光ファイバ温度センサを、第１の基材本体用の第１のプリプレグと、第２の基材本体用の第２のプリプレグとを用いて製造する製造方法であって、第１のプリプレグを順次積層することで第１の成形材料を作製するステップと、第１の成形材料の上に第２のプリプレグを順次積層し、積層されている第２のプリプレグの上にＦＢＧセンサ部が位置するように光ファイバを配置した状態で、第２のプリプレグをさらに順次積層することで第２の成形材料を作製するステップと、第１の成形材料および第２の成形材料を加圧下で加熱するステップと、を備えたものである。
本発明によれば、広い温度域での高精度な温度計測を実現しつつ、外部からの衝撃等によってＦＢＧセンサ部が損傷するのを抑制することのできる光ファイバ温度センサおよびその製造方法を得ることができる。
本発明の実施の形態１における光ファイバ温度センサの構成を示す断面図である。 図１の光ファイバ温度センサの基材が極低温域の環境下で湾曲する様子を示す概略図である。 図１の光ファイバ温度センサの構成によって得られるブラッグ波長と温度の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１における光ファイバ温度センサの製造方法を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態１における光ファイバの構成を示す概略図である。 図５のＦＢＧセンサ部を拡大した概略図である。 図５のＦＢＧセンサ部の反射スペクトルの特性を示す概略図である。 図５の光ファイバを用いた温度計測システムの概略図である。 本発明の実施の形態２における光ファイバ温度センサの構成を示す断面図である。 図９の光ファイバ温度センサの基材が高温域の環境下で湾曲する様子を示す概略図である。 特許文献１に記載の従来技術を適用することで得られる光ファイバ温度センサの構成を示す断面図である。 図１１の光ファイバ温度センサの構成によって得られるブラッグ波長と温度の関係を示すグラフである。 特許文献２に記載の従来技術を適用することで得られる光ファイバ温度センサの構成を示す断面図である。
以下、本発明による光ファイバ温度センサその製造方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
実施の形態１．
まず、本実施の形態１における光ファイバ温度センサの構成要素の１つである光ファイバ１について、図５〜図８を参照しながら説明する。
図５は、本発明の実施の形態１における光ファイバ１の構成を示す概略図である。図６は、図５のＦＢＧセンサ部２を拡大した概略図である。図７は、図５のＦＢＧセンサ部２の反射スペクトルの特性を示す概略図である。図８は、図５の光ファイバ１を用いた温度計測システムの概略図である。
図５において、光ファイバ１は、ブラッグ波長と温度との関係から温度を計測するためのＦＢＧセンサ部２と、コア１１と、コア１１の外周を覆うクラッド１２と、クラッド１２の外周を覆う被覆１３とを有する。コア１１中にＦＢＧセンサ部２が形成されている。被覆１３の材質としては、例えば、アクリレート樹脂またはポリイミド樹脂等が挙げられる。
クラッド１２の外周において、ＦＢＧセンサ部２付近では、被覆１３が除去されており、クラッド１２が露出した構成となっている。したがって、光ファイバ１において、ＦＢＧセンサ部２付近の径は、被覆１３が除去された分だけ、他の部分の径よりも小さくなっている。例えば、光ファイバ１全体の径を２５０μｍ程度、クラッド１２の径を１２５μｍ程度、コア１１の径を１０μｍ程度とすることができる。また、ＦＢＧセンサ部２は、例えば、５ｍｍ程度の範囲にわたってコア１１中に形成することができる。
ＦＢＧセンサ部２は、コア１１中に形成される屈折率の周期構造であり、急峻な反射スペクトル特性が得られるという特徴を有している。具体的には、図６に示すように、コア１１の屈折率が周期Λで変化し、図７に示すように、急峻な反射スペクトル特性が得られ、反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長：λB）の光強度が最も大きくなる。
ここで、反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長：λB）、周期Λおよび屈折率ｎの関係は、次式（１）で表される。また、屈折率ｎは、温度に依存し、周期Λは、温度および歪みに依存する。
λB＝２ｎΛ （１）
したがって、ＦＢＧセンサ部２をチューブ等で覆うことで歪みの影響を受けない構成とした上で、ブラッグ波長と温度の関係を計測しておくことで、ブラッグ波長から温度を計測することができる。
続いて、温度を評価するための温度計測システムの一例について、図８を参照しながら説明する。図８に示すように、温度計測システムは、光ファイバ１と、光サーキュレータ１４と、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源１５と、スペクトラムアナライザ１６とを含んで構成されている。
温度計測時には、光ファイバ１の基端部に、光路を変換する光サーキュレータ１４が接続される。また、光サーキュレータ１４には、広帯域光源であるＡＳＥ光源１５と、波長計測装置であるスペクトラムアナライザ１６とが接続される。このようなシステムを構成することで、ブラッグ波長を正確に計測することができる。そして、前述したように、ブラッグ波長を計測することによって、温度を求めることができる。
次に、本願発明の光ファイバ温度センサの技術的特徴を明確にするために、本発明者が新しく着目した、従来の構成を採用した光ファイバ温度センサの課題について、図１１〜図１３を参照しながら説明する。図１１は、特許文献１に記載の従来技術を適用することで得られる光ファイバ温度センサの構成を示す断面図である。図１２は、図１１の光ファイバ温度センサの構成によって得られるブラッグ波長と温度の関係を示すグラフである。図１３は、特許文献２に記載の従来技術を適用することで得られる光ファイバ温度センサの構成を示す断面図である。
図１１において、光ファイバ温度センサは、ＣＦＲＰ製の基材２１と、ＦＢＧセンサ部２を有する光ファイバ１とを備える。光ファイバ１は、ＦＢＧセンサ部２が基材２１の内部に位置するように、基材２１の内部に埋め込まれている。また、基材２１の裏面の一部は、接着剤４によって、温度評価の対象である温度評価対象５に接着されている。なお、図１１に示す光ファイバ温度センサは、ブラッグ波長と温度の関係をあらかじめ計測しておき、その関係に従ってブラッグ波長から温度を計測するように構成されているものとする。
ここで、ＦＢＧセンサ部２の特性上、極低温域ではセンサ感度が低下してしまう。具体的には、ＦＢＧセンサ部２の種類にもよるが、一般的には、５０℃以上２００℃以下の温度域でのセンサ感度は、０．０１ｎｍ／℃程度であるのに対して、極低温域のセンサ感度は、０．００５ｎｍ／℃程度となり、１／２に低下することが知られている。
そこで、極低温域でのセンサ感度を向上させる方法として、極低温域において、ＦＢＧセンサ部２に強制的に圧縮歪みを付与することで、ブラッグ波長がより小さい値を示すようにする方法、すなわち温度変化に対するブラッグ波長変化を大きくする方法が考えられる。ただし、図１３に示す構成、すなわち、光ファイバ１のＦＢＧセンサ部２をバイメタル２２上に接着した構成では、極低温域において、ＦＢＧセンサ部２に付与する圧縮歪みの値を設計することは困難である。その理由としては、温度が極低温域に達する前に、バイメタル２２の変形が完結してしまうからである。
また、バイメタル２２の内部にＦＢＧセンサ部２を埋め込むことができないので、図１３に示す構成では、ＦＢＧセンサ部２をバイメタル２２上に接着しているが、ＦＢＧセンサ部２が露出した状態となっていることから、外部からの衝撃等によって損傷しやすい。
以上の考察を踏まえ、特許文献１、２に記載の従来技術を適用することで得られる光ファイバ温度センサでは、極低温域でのセンサ感度を向上させることと、ＦＢＧセンサ部の損傷を抑制することとを両立させることができないという課題に着目した。
そこで、本願発明においては、新しく着目した課題を解決すべく、極低温域でのセンサ感度を向上させつつ、外部からの衝撃等によってＦＢＧセンサ部が損傷するのを抑制することのできる光ファイバ温度センサおよびその製造方法を提供する。
次に、本実施の形態１における光ファイバ温度センサについて、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光ファイバ温度センサの構成を示す断面図である。図２は、図１の光ファイバ温度センサの基材３が極低温域の環境下で湾曲する様子を示す概略図である。図３は、図１の光ファイバ温度センサの構成によって得られるブラッグ波長と温度の関係を示すグラフである。
図１において、本実施の形態１における光ファイバ温度センサは、ＦＢＧセンサ部２を有する光ファイバ１と、基材３とを備える。基材３は、第１の基材本体３１および第２の基材本体３２を有する。
第２の基材本体３２の熱膨張係数は、第１の基材本体３１の熱膨張係数よりも大きい。第２の基材本体３２の裏面は、第１の基材本体３１の表面に貼り付けられている。このように、基材３は、第１の基材本体３１と、第１の基材本体３１よりも熱膨張係数が大きく、第１の基材本体３１に貼り付けられている第２の基材本体３２とを有する。
光ファイバ１は、ＦＢＧセンサ部２が第２の基材本体３２の内部に位置するように、第２の基材本体３２の内部に埋め込まれている。第１の基材本体３１の裏面一端の領域のみが接着剤４によって、温度評価対象５に接着されている。ここで、第１の基材本体３１の裏面一端の領域のみが温度評価対象５に接着される理由は、温度評価対象５の熱歪みの影響を受けないようにするためである。なお、温度評価対象５としては、例えば、ハニカムサンドイッチ構造体等の構造体が挙げられる。
図１に示すように光ファイバ温度センサを構成することで、極低温域に温度が達した際に、第１の基材本体３１および第２の基材本体３２の互いの熱膨張係数の違いから、図２に示すように、基材３が下方向へ凸となる反り（以下、順反りと称す）が基材３に生じ、その結果、基材３が湾曲する。
また、基材３に順反りが生じることで、第２の基材本体３２の内部に埋め込まれているＦＢＧセンサ部２に圧縮の歪み、すなわち圧縮応力が付加されることとなる。このように、光ファイバ１は、基材３の順反りに伴ってＦＢＧセンサ部２に圧縮応力が付加されるように、第２の基材本体３２の内部に埋め込まれている。また、第２の基材本体３２の表層部、すなわち、第２の基材本体３２の表面にＦＢＧセンサ部２をより近付けることで、ＦＢＧセンサ部２に圧縮応力が付加されやすくなる。
また、ＦＢＧセンサ部２に圧縮応力が付加されることで、上式（１）中の周期Λが小さくなるので、ブラッグ波長がより小さい値を示す。その結果、図３に示すように、ブラッグ波長と温度の関係は、図１２に示す関係に対して、極低温域において、ブラッグ波長が小さくなる方向へシフトしたものとなる。
図３に示す関係は、極低温域において、図１２に示す関係と比べて、温度変化によるブラッグ波長の変化が大きくなる。換言すると、図１１に示す構成では、極低温域でＦＢＧセンサ部２のセンサ感度が低下してしまう。これに対して、図１に示す構成では、温度が極低温域に達した際に基材３が湾曲することに起因してＦＢＧセンサ部２に圧縮の力が生じるので、極低温域において、ブラッグ波長がより小さい値を示す。したがって、従来と比べて、極低温域において、センサ感度が向上し、より高精度な温度計測が可能となる。
一方、５０℃以上の温度域（以下、高温域と称す）では、基材３が上方向へ凸となる反り、すなわち、順反りとは逆の反り（以下、逆反りと称す）が基材３に生じる。このように、基材３に逆反りが生じた場合には、図３に示すように、ブラッグ波長と温度の関係は、図１２に示す関係に対して、高温域において、ブラッグ波長が大きくなる方向へシフトしたものとなる。
図３に示す関係は、極低温域だけでなく、高温域においても、図１２に示す関係と比べて、温度変化によるブラッグ波長の変化が大きくなる。したがって、従来と比べて、高温域においても、センサ感度が向上し、より高精度な温度計測が可能となる。
なお、光ファイバ温度センサは多点計測が可能であるという特徴を活かして、図１に示す構成が連続的に連なった構成を採用することで、高密度かつ高精度な温度計測が可能となる。
また、第１の基材本体３１および第２の基材本体３２の材質としては、例えば、繊維強化プラスチックが挙げられる。より具体的には、例えば、第１の基材本体３１の材質として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＴＥ＝約０ｐｐｍ／Ｋ）等を採用し、第２の基材本体３２の材質として、ガラス繊維強化プラスチック（ＣＴＥ＝約１０ｐｐｍ／Ｋ）等を採用することができる。
第１の基材本体３１および第２の基材本体３２の材質として、繊維強化プラスチックを用いて、長さが２０ｍｍ、厚みが１ｍｍの基材３を作製し、その基材３を反り量として２０μｍ反らせるだけでも、センサ感度向上に貢献しうる歪みを発生させることが可能である。また、第１の基材本体３１および第２の基材本体３２の材質として、繊維強化プラスチックを用いているので、繊維および樹脂の組み合わせから、反り量を自由に調節することができる。反り量を調節することで、センサ感度も自由に調節可能である。
また、ＦＢＧセンサ部２が第２の基材本体３２の内部に埋め込まれているので、外部からの衝撃等によってＦＢＧセンサ部２が損傷するのを抑制することができる。
次に、本実施の形態１における光ファイバ温度センサの製造方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態１における光ファイバ温度センサの製造方法を説明するための説明図である。
なお、光ファイバ温度センサを製造する際に用いるプリプレグとして、第１の基材本体３１用の第１のプリプレグと、第２の基材本体３２用の第２のプリプレグとを準備する。第１のプリプレグは、第１の基材本体３１を作製するためのプリプレグであり、第２のプリプレグは、第２の基材本体３２を作製するためのプリプレグである。
まず、図４に示すように、定盤９上に複数枚の第１のプリプレグを順次積層することで第１の成形材料７１を作製する。
次に、第１の成形材料７１の上に複数枚の第２のプリプレグを順次積層する。続いて、積層されている第２のプリプレグの上にＦＢＧセンサ部２が位置するように光ファイバ１を配置した状態で、複数枚の第２のプリプレグをさらに順次積層することで第２の成形材料７２を作製する。このように、ＦＢＧセンサ部２は、第２のプリプレグの層間に挟み込まれている状態となる。なお、第２のプリプレグの層間に挟み込まれている状態となっているＦＢＧセンサ部２は、図２に示すように、基材３の順反りに伴って圧縮応力が発生する領域に配置されることが望ましい。
次に、第１の成形材料７１および第２の成形材料７２を構成している成形材料７の全体を、バギングフィルム６で覆い、シール材８で密閉する。シール材８で密閉した後、排気ポンプ（図示せず）を動作させることで、真空状態にした成形材料７を大気圧（１気圧程度）で加圧する。
続いて、オートクレーブ法によって、この成形材料７を加圧下で加熱することで、光ファイバ温度センサを製造することができる。ここで、オートクレーブ法とは、温度および圧力をそれぞれ制御可能なオートクレーブに設置された成形材料を、加圧下で加熱する（例えば、３気圧下で１２０℃の温度を３時間保持する）ことで、硬化成形する方法である。成形材料７を加圧下で加熱する条件は、成形材料７を構成する繊維および樹脂の種類によって異なるものである。
以上のような製造ステップを実行することで、先の図１に示す光ファイバ温度センサを製造することができる。
なお、本実施の形態１における光ファイバ温度センサを製造する方法は、上記で例示した方法、すなわち第２のプリプレグの層間にＦＢＧセンサ部２を挟みこんでオートクレーブ法によって加圧下で加熱する方法に限らず、繊維強化プラスチック製の板を使って製造するなど、どのような方法であってもよい。繊維強化プラスチック製の板を使用する場合、２枚の板のうちの片方の板に事前に溝を形成し、その溝に光ファイバ１を配置した後、もう片方の板で挟みこむような方法でもよい。
以上、本実施の形態１によれば、光ファイバ温度センサは、第１の基材本体と、第１の基材本体よりも熱膨張係数が大きく、第１の基材本体に貼り付けられている第２の基材本体とを有する基材と、ブラッグ波長と温度の関係から温度を計測するためのＦＢＧセンサ部を有する光ファイバと、を備え、光ファイバは、ＦＢＧセンサ部が第２の基材本体の内部に位置するように、第２の基材本体の内部に埋め込まれるよう構成されている。
これにより、温度変化によるブラッグ波長の変化が大きくなるのでセンサ感度が向上し、より高精度な温度計測が可能となる。また、ＦＢＧセンサ部が基材に埋め込まれているので、外部からの直接的な力がＦＢＧセンサ部に加わることを防ぎ、その結果、ＦＢＧセンサ部の損傷を抑制することができる。換言すると、本実施の形態１に係る構成によって、広い温度域での高精度な温度計測を実現しつつ、かつ外部からの衝撃等によってＦＢＧセンサ部が損傷することを抑制することができる。
なお、本実施の形態１では、第１の基材本体３１および第２の基材本体３２の材質を繊維強化プラスチックとする場合を例示したが、これに限定されず、第２の基材本体３２の内部に光ファイバ１が埋め込み可能であれば、これらはどのような材質であってもよい。
実施の形態２．
先の実施の形態１では、光ファイバ温度センサの基材３の第１の基材本体３１が温度評価対象５に接着される場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態２では、光ファイバ温度センサの基材３の第２の基材本体３２が温度評価対象５に接着される場合について説明する。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
図９は、本発明の実施の形態２における光ファイバ温度センサの構成を示す断面図である。図１０は、図９の光ファイバ温度センサの基材３が高温域の環境下で湾曲する様子を示す概略図である。
図９において、本実施の形態２における光ファイバ温度センサでは、先の実施の形態１と異なり、第１の基材本体３１の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する第２の基材本体３２の表面に第１の基材本体３１の裏面が貼り付けられている。光ファイバ１は、ＦＢＧセンサ部２が第２の基材本体３２の内部に位置するように、第２の基材本体３２の内部に埋め込まれている。
図９に示す光ファイバ温度センサでは、高温域に温度が達した際に、第１の基材本体３１および第２の基材本体３２の互いの熱膨張係数の違いから、図１０に示すように、基材３が下方向へ凸となる反り、すなわち順反りが基材３に生じる。また、基材３に順反りが生じることで、第２の基材本体３２の内部に埋め込まれているＦＢＧセンサ部２に引張の歪み、すなわち引張応力が付加されることとなる。
このように、図９に示す光ファイバ温度センサにおいて、光ファイバ１は、基材３の順反りに伴ってＦＢＧセンサ部２に引張応力が付加されるように、第２の基材本体３２の内部に埋め込まれているので、高温域ではＦＢＧセンサ部２に引張の力が生じる。また、第２の基材本体３２の底面にＦＢＧセンサ部２をより近付けることで、ＦＢＧセンサ部２に引張応力が付加されやすくなる。
一方、図９に示す光ファイバ温度センサでは、極低温域に温度が達した際に、第１の基材本体３１および第２の基材本体３２の互いの熱膨張係数の違いから、基材３が上方向へ凸となる反り、すなわち逆反りが基材３に生じる。また、基材３に逆反りが生じることで、第２の基材本体３２の内部に埋め込まれているＦＢＧセンサ部２に圧縮の歪み、すなわち圧縮応力が付加されることとなる。
以上から分かるように、図９に示す光ファイバ温度センサにおいて、先の実施の形態１と同様に、極低温域ではＦＢＧセンサ部２に圧縮の力が生じ、高温域ではＦＢＧセンサ部２に引張の力が生じる。したがって、光ファイバ温度センサを図９に示すように構成した場合であっても、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。
なお、本実施の形態２における光ファイバ温度センサは、先の実施の形態１で説明した光ファイバ温度センサの製造方法と同様の方法で作製可能である。
次に、図１に示す光ファイバ温度センサと、図９に示す光ファイバ温度センサを比較する。具体例として、第１の基材本体３１が炭素繊維強化プラスチック製であり、第２の基材本体３２がガラス繊維強化プラスチック製であり、温度評価対象５が人工衛星に搭載される機器内の電子部品（例えば、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ等）である場合を考える。
上記の場合、図１に示す光ファイバ温度センサでは、電気導電性材料である炭素繊維強化プラスチックと電子部品が接触し、図９に示す光ファイバ温度センサでは、電気絶縁性材料であるガラス繊維強化プラスチックと電子部品が接触する。ここで、一般的に、電子部品が電気導電性材料と接触することによって、電子部品の動作に影響を及ぼす可能性があるので、電子部品が電気導電性材料と接触することを防ぐ必要がある。
したがって、第１の基材本体３１が電気導電性の材料で形成され、第２の基材本体３２が電気絶縁性の材料で形成され、温度評価対象５が電気導電性材料と接触することを防ぐ必要がある場合、光ファイバ温度センサの構成としては、図９に示す構成を採用することが望ましい。
上記の場合、光ファイバ温度センサの構成として、図９に示す構成を採用することで、電子部品の直接的な温度計測が可能となる。また、電子部品の温度が上昇すれば、図１０に示すように、基材３が湾曲することに起因してＦＢＧセンサ部２に引張の力が生じるので、高温域において、ブラッグ波長がより大きい値を示す。したがって、従来と比べて、高温域において、センサ感度が向上し、より高精度な温度計測が可能となる。
また、光ファイバ温度センサの構成として、図９に示す構成を採用することで、電子部品の温度を高精度に計測することができるので、熱設計の高度化を実現でき、熱設計マージンの削減による低コスト化、高性能化が期待できる。
以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１の構成に対して、第２の基材本体が温度評価の対象に接着され、光ファイバは、基材の順反りに伴ってＦＢＧセンサ部に引張応力が付加されるように、第２の基材本体の内部に埋め込まれるよう構成されている。このように構成した場合であっても、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。
特に、第１の基材本体３１が電気導電性の材料で形成され、第２の基材本体３２が電気絶縁性の材料で形成され、温度評価対象５が電気導電性材料と接触することを防ぐ必要がある場合には、光ファイバ温度センサの構成としては、先の実施の形態１の構成よりも本実施の形態２の構成を採用することが望ましい。
１ 光ファイバ、２ ＦＢＧセンサ部、３ 基材、３１ 第１の基材本体、３２ 第２の基材本体、４ 接着剤、５ 温度評価対象、６ バギングフィルム、７ 成形材料、７１ 第１の成形材料、７２ 第２の成形材料、８ シール材、９ 定盤、１１ コア、１２ クラッド、１３ 被覆、１４ 光サーキュレータ、１５ ＡＳＥ光源、１６ スペクトラムアナライザ、２１ 基材、２２ バイメタル。

Claims (5)

  1. 第１の基材本体と、前記第１の基材本体よりも熱膨張係数が大きく、前記第１の基材本体に貼り付けられている第２の基材本体とを有する基材と、
    ブラッグ波長と温度の関係から温度を計測するためのＦＢＧセンサ部を有する光ファイバと、
    を備え、
    前記光ファイバは、前記ＦＢＧセンサ部が前記第２の基材本体の内部に位置するように、前記第２の基材本体の内部に埋め込まれている
    光ファイバ温度センサ。
  2. 前記第１の基材本体が温度評価の対象に接着され、
    前記光ファイバは、前記基材の順反りに伴って前記ＦＢＧセンサ部に圧縮応力が付加されるように、前記第２の基材本体の内部に埋め込まれている
    請求項１に記載の光ファイバ温度センサ。
  3. 前記第２の基材本体が温度評価の対象に接着され、
    前記光ファイバは、前記基材の順反りに伴って前記ＦＢＧセンサ部に引張応力が付加されるように、前記第２の基材本体の内部に埋め込まれている
    請求項１に記載の光ファイバ温度センサ。
  4. 前記第１の基材本体および前記第２の基材本体は、繊維強化プラスチック製である
    請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ温度センサ。
  5. 第１の基材本体と、前記第１の基材本体よりも熱膨張係数が大きく、前記第１の基材本体に貼り付けられている第２の基材本体とを有する基材と、
    ブラッグ波長と温度の関係から温度を計測するためのＦＢＧセンサ部を有する光ファイバと、
    を備えた光ファイバ温度センサを、第１の基材本体用の第１のプリプレグと、第２の基材本体用の第２のプリプレグとを用いて製造する製造方法であって、
    前記第１のプリプレグを順次積層することで第１の成形材料を作製するステップと、
    前記第１の成形材料の上に前記第２のプリプレグを順次積層し、積層されている前記第２のプリプレグの上に前記ＦＢＧセンサ部が位置するように前記光ファイバを配置した状態で、前記第２のプリプレグをさらに順次積層することで第２の成形材料を作製するステップと、
    前記第１の成形材料および前記第２の成形材料を加圧下で加熱するステップと、
    を備えた光ファイバ温度センサの製造方法。
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