JPH0210232A - 光ファイバセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は各種工業プラントにおける製造プロセスの制御
、監視、また電力機器、工作機械、ビルの管理、交通機
関、空調関連等の利用分野において温度分布計測に用い
られる光ファイバセンサに関するものである。

従来の技術 従来の温度センサとしては、熱電対、サーミスタ、水銀
柱、熱放射等多数用いられているが、いずれも測定対象
が一点のみであるので温度を広範囲にわたって測定する
場合、多数のセンサが必要となシシステムが複雑になっ
ていた。

そこで近年、光を利用したセンシング技術が注目されて
いる。光センシング技術は本質的に高感度、高速度、高
精度であシ、かつ本質安全性という特徴をもつ。これに
光を任意の場所に自由ニ伝えることのできる光ファイバ
を組合せることにょシ、従来の電子計測とは異なった手
法の計測力。

能となる。最近は光ファイバあるいは光信号伝送の特徴
を活かして、多点計測、分布計測へ応用するセンシング
技術が開発され、計測の簡素化や低コスト化を目的に光
ファイバを利用した多種類の情報を同時に計測する複合
計測や広い場所から同時にデータを集める多点計測、さ
らに分布計測が要望されている。このようなセンシング
技術の一つにオプティカル　タイム　ドメイン　リフレ
クトメトリー（ＯＴＤＲ）がある。０ＴＤＲの本来の目
的は、ファイバの損失分布や障害点を測定することであ
るが、近年その遠隔計測性、分布計測性を生かし、これ
を分布型または多点センサに応用した研究がなされてい
る。その原理は、計測対象とする物理量や化学量（温度
、圧力、電界、磁界、ガス等）によって生じるファイバ
の諸パラメータ（損失、レイリー散乱、ラマン散乱、偏
光状態等）の変化を０ＴＤＲ法を用いて測定することに
基づいている。したがって、ファイバに沿った計測対象
の分布を遠隔分布計測できる特長がある。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、センサファイバとしては、石英系材料が
多く用いられているため、後方散乱光強度の温度変化が
小さくなる。そのためＧｅ等をドープしてレイリー散乱
係数を大きくさせているが、高温領域のみでしか使用で
きない。また温度変化によυ得られる信号の変化が小さ
いため、温度精度、距離精度は不十分であり、室温領域
で使用できるセンサとしての製品化が遅れているのが現
状である。

本発明は上記の課題に鑑み、高精度の温度、距離分解能
が得られる光ファイバセンサおよび室温領域での高分解
能測定が可能な光ファイバセンサ材料を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、第１の発明は光ファイバの
一端から光パルスを入射させその後方散乱光強度の距離
依存性を検出する光ファイバセンサにおいて、センサフ
ァイバをらせん状に巻き、かつ開口数がセンサファイバ
より小さい光ファイバを接続することを特徴とする光フ
ァイバセンサを提供するものである。

また第２の発明は、光ファイバの一端から光パルスを入
射させ、その後方散乱光強度の距離依存性を検出する光
ファイバセンサにおいて金属コトした中空ファイバに、
クラッド層の屈折率より屈折率が大きい液体をコア材料
として使用する液体コアファイバをセンサファイバとし
て用いることを特徴とする光ファイバセンサを提供する
ものである。

更に第３の発明は、光ファイバの一端から光パルスを入
射させその後方散乱光強度の距離依存性を検出する光フ
ァイバセンサにおいて透明な高分子ファイバの外周部分
に、ファイバより屈折率の低いモノマーを光重合開始剤
と共に含浸させ、紫外線を露光してなる光ファイバをセ
ンサファイバとして用いることを特徴とする光ファイバ
センサを提供するものである。

作　　用 本発明の第１の発明において、センサファイバをらせん
状に巻くことにより、検知部分の距離分解能を向上させ
ている。また開口数の小さい光ファイバを接続させると
、モードフィルタとして作用し、センサファイバ内のモ
ードが大きな光を減衰させるので、温度分解能が向上す
る。

本発明の第２の発明において、高いレイリー散乱係数の
ため、温度変化に対する後方散乱光強度は大きく変化し
、室温領域での温度測定を可能にさせている。また金属
コートおよび高沸点かつ高屈折率の液体を使用すること
により、使用温度範囲を広げることができる。

また本発明の第３の発明において、紫外線を露光すると
、モノマーが含浸された部分のみが光重合し、中心部と
は異なった屈折率分布層が形成され、クラッドとして作
用する。また高分子材料に紫外線を照射するだけで光フ
ァイバが製造できるので、製造プロセスが簡素化される
。

実施例 以下、本発明の第１の実施例を図面にもとづいて説明す
る。第１図において、１は０ＴＤＲ（光パルス試験器）
で、光フアイバ中での損失量が低く、後方散乱光強度が
大きく得られる０、８５μｍの波長光を１０ｎＢのパル
ス幅で使用した。またデータ処理用にパーソナルコンピ
ュータ２を接続させている。光ファイバセンサ６は、開
口数０．２の液体コアファイバを用い、温度可変部分で
ある６で、約６ｍづつ、らせん状に巻いである。３は通
信用の光ファイバで、約２０ｍのものを接続している。

４は液体コアファイバと通信用光ファイバを接続するジ
ヨイント部で、液体コア中に、通信用光ファイバのコア
を挿入しである。以上の様な測定系で、温度検知部分６
のみを約８０’Ｃに加熱して、後方散乱光の距離分解能
を測定した。距離分解能は、温度検知部分間の距離を小
さくさせた時の光ファイバセンサによる実測データによ
り評価した。また、接続した通信用光ファイバとして、
種々の開口数のものを使用した時の温度精度を測定した
。温度精度は温度検知部分を、ある温度に設定した場合
、その設定温度と光ファイバセンサによる実測温度との
誤差により評価した。距離精度および温度精度の比較を
第１表に示す。

第１表 （センサファイバ開口数　０．２） この結果から、本発明の第１の発明の光フアイバ温度セ
ンサは、センサファイバをらせん状に巻き、かつ開口数
がセンサファイバより小さい光ファイバを接続している
ので、温度分解能および距離分解能がさらに向上したセ
ンナであることがわかる。

以下、本発明の第２の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。まず光ファイバセンサとして第２図に示す
ような、金属コートした中空石英ファイバを使用する。

クラッド８としては屈折率１．４５８６の石英を使用し
、そのまわりにアルミニウムコート７を形成した中空フ
ァイバである。コア９の直径は１７５μｍ、クラッド８
の外径は２３０μｍ、金属コート径は３００μｍであり
、この中空コア内に、デイスペンサを用いた加圧法によ
り液体コア材料を注入してセンサファイバを作製した。

液体コア材料として、沸点２１０℃。

２０℃での屈折率が１　、５６６３のへキサクロローノ
、３−ブタジェンを使用した。

このように構成した光ファイバセンサにおいて、実施例
１に基づき実際に温度を測定した。その結果を第４図に
示す。この結果から従来の石英系ファイバに比べて後方
散乱光強度の変化が著しく大きくなシ、室温領域での温
度測定が可能であった。

また、この光フアイバセンナでは、−１０”Ｃ〜１２０
°Ｃの範囲で良好な測定が得られたが、より温度範囲を
広げるため、ヨードベンゼンや１−クロルナフタレン等
の高屈折率液体の使用も可能である。

従来の液体コアファイバでは、中空ファイバ内での液体
コア材料の分布が不均一であるため感度の低下が見られ
たが、本実施例では液体コア材料を注入時にろ過して異
物の混入を防ぎ、かつ金属コートが耐熱材のみならずフ
ァイバの補強材として作用しているため、安定した後方
散乱光が得られた。

以上のように、金属コートした中空ファイバに屈折率が
大きい液体をコア材料として使用する液体コアファイバ
をセンサファイバとして用いることにより、室温領域で
の高分解能測定が可能となる。

以下本発明の第３の実施例について図面を参照しながら
説明する。第３図に本実施例で作製した高分子ファイバ
センサを示す。このファイバセンサは、屈折率１．５９
．外径１ｏｏμｍのポリカーボネートのファイバを屈折
率１．４７のアクリル酸メチルと光重合開始剤であるベ
ンゾインエチルエーテルを混合した液を含浸させながら
引き上げた後、紫外線を照射させ作製した。アクリル酸
メチルが含浸した部分が光重合して、ポリカーボネート
コア１１′の外周部にクラッド部１ｏが形成された。高
分子ファイバは一般に損失が大きいため、長距離センサ
としては使用できないが、短かい範囲を計測するセンサ
として実際に温度を測定した。

その結果を第５図に示す。この結果から従来の石英系フ
ァイバに比べて液体コアファイバ同様、後方散乱光強度
が著しく変化している。しだがって室温領域での温度測
定が可能であった。

以上のようにこの高分子ファイバを使いることにより液
体コアファイバ同様、室温領域での高分解能測定が可能
となる。また従来の石英系ファイバや液体コアファイバ
に比べて、低コストで簡素なプロセスで製造できるので
比較的短区間のファイバセンサとしての応用が可能とな
る。

発明の効果 以上のように本発明によれば、温度検知部分をらせん状
に巻きかうセンサファイバより、より小さい開口数を有
する光ファイバを接続することにより距離分解能および
温度分解能を向上した光ファイバセンサを実現できる。

またセンサファイバとして金属コートした液体コアファ
イバまたは、高分子ファイバにクラッド層を形成したフ
ァイバを用いることにより、後方散乱光強度の温度変化
を著しく大きくでき、室温領域での温度分布計測が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における光フアイバセン
ナのブロック図、第２図は本発明の第２の実施例におけ
る光ファイバセンサの要部斜視図、第３図は本発明の第
３の実施例における光ファイバセンサの断面模式図、第
４図、第６図はそれぞれ本発明の第２．第３の実施例で
得られた光ファイバセンサの後方散乱光強度の温度依存
性を示すグラフである。 １・・・・・・０ＴＤＲ（光パルス試験器）、３・・・
・・・伝送用光ファイバ、５・・・・・・センサ用光フ
ァイバ、６・・・・・・温度検知部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバの一端から光パルスを入射させ、その
   後方散乱光強度の距離依存性を検出する光ファイバセン
   サにおいて、センサファイバをらせん状に巻き、かつ開
   口数がセンサファイバより小さい光ファイバを接続する
   ことを特徴とする光ファイバセンサ。
2. （２）光ファイバの一端から光パルスを入射させ、その
   後方散乱光強度の距離依存性を検出する光ファイバセン
   サにおいて、金属コートした中空ファイバに、クラッド
   層の屈折率より屈折率が大きい液体をコア材料として使
   用する液体コアファイバをセンサファイバとして用いる
   ことを特徴とする光ファイバセンサ。
3. （３）光ファイバの一端から光パルスを入射させ、その
   後方散乱光強度の距離依存性を検出する光ファイバセン
   サにおいて透明な高分子ファイバの外周部分に、ファイ
   バより屈折率の低いモノマーを光重合開始剤と共に含浸
   させ、紫外線を露光してなる光ファイバをセンサファイ
   バとして用いることを特徴とする光ファイバセンサ。