JPH02183131A - Optical fiber sensor - Google Patents

Optical fiber sensor

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Publication number
JPH02183131A
JPH02183131A JP1002193A JP219389A JPH02183131A JP H02183131 A JPH02183131 A JP H02183131A JP 1002193 A JP1002193 A JP 1002193A JP 219389 A JP219389 A JP 219389A JP H02183131 A JPH02183131 A JP H02183131A
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JP
Japan
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optical fiber
biasing member
sections
fiber sensor
heat
Prior art date
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Application number
JP1002193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobumasa Nirasawa
韮澤 信昌
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02183131A publication Critical patent/JPH02183131A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable detection of the generation of a temperature change and a position where it occurs by arranging an optical fiber so built up integral with a energizing member to be bent at the same part in response to a local contraction of the energizing member as caused with the temperature change. CONSTITUTION:An optical fiber 1 and an energizing member 2 are connected together with an adhesive at joints 31-35 at a specified interval X. The member 2 is made of a material having a negative linear expansion coefficient to a thermal change. The optical fiber 1 is also connected to an optical fiber analyzer 4 at one end thereof. Now, for example, when sections 33-34 are heated by one reason or another, the member 2 contracts in these sections and is reduced by DELTAX. On the other hand, the linear expansion coefficient of the optical fiber 1 is positive and hence, the optical fiber 1 is drawn by the member 2 and caused to bend in these sections. As a result, in the optical fiber 1, a propagation loss worsens sharply in the sections 33-34 where this bending occurs and a step C is displayed at positions of the sections 32-34 as done by the analyzer 4 thereby enabling the determining of where a thermal change occurs in a long detecting section simultaneously.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は感熱センサに関する。より詳細には、本発明は
、長距離にわたる検出部を敷設可能であり、且つ、遠隔
地において熱検知位置を検出することのできる光ファイ
バを使用した全く新規な感熱センサの構成に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIELD OF INDUSTRIAL APPLICATION The present invention relates to thermal sensors. More specifically, the present invention relates to a completely new configuration of a heat-sensitive sensor using an optical fiber, which allows a detection unit to be installed over a long distance and which is capable of detecting a heat detection position in a remote location.

従来の技術 最も広く使用されるセンサの一種に熱感知センサがある
。代表的な熱感知センサとしては、熱電対、サーミスタ
およびバイメタルのように、検知した熱変化量を電気抵
抗の変化やスイッチの断続等の電気量の変化によって出
力するように構成されたものがある。
BACKGROUND OF THE INVENTION One of the most widely used sensors is a thermal sensor. Typical heat sensing sensors include thermocouples, thermistors, and bimetals, which are configured to output the detected amount of heat change based on changes in electrical resistance or changes in electrical quantity such as switching on and off. .

即ち、熱電対は、異種金属の接合点に熱が加わると起電
力を発生する現象を利用したものである。
That is, thermocouples utilize the phenomenon that an electromotive force is generated when heat is applied to the junction of dissimilar metals.

また、サーミスタはMn、 Co、Ni、 Fe、 [
u等の酸化物複合焼結体の電気抵抗の温度係数が大きい
ことを利用したものである。バイメタルは、互に線膨張
率の異なる金属を貼り合わせ、熱が加わることによって
貼り合わせた金属板が反ることを利用して、これによっ
てスイッチや可変抵抗器を制御するものである。
In addition, thermistors are made of Mn, Co, Ni, Fe, [
This method takes advantage of the large temperature coefficient of electrical resistance of oxide composite sintered bodies such as u. Bimetals are made by bonding metals with different coefficients of linear expansion to each other, and use the fact that the bonded metal plates warp when heated to control switches and variable resistors.

発明が解決しようとする問題点 上述のような種々の感熱センサは、それぞれの特徴に応
じて種々の用途に利用されているが、従来の全ての感熱
センサに共通する問題として、1つのセンサが検出可能
な領域が狭い範囲に限られるという問題がある。
Problems to be Solved by the Invention The various heat-sensitive sensors described above are used for various purposes depending on their characteristics, but a problem common to all conventional heat-sensitive sensors is that one sensor There is a problem that the detectable area is limited to a narrow range.

即ち、1つの感熱センサが検知できる領域は、各センサ
の検出部の近傍のみである。従って、例えば敷設された
ケーブル、パイプライン等の全長に亘って熱的な監視を
行おうとした場合は非常に多くの数の熱感知センサを配
置する必要がある。
That is, the area that can be detected by one heat-sensitive sensor is only the vicinity of the detection section of each sensor. Therefore, if thermal monitoring is to be carried out over the entire length of laid cables, pipelines, etc., it is necessary to arrange a very large number of heat sensing sensors.

また、このような用途で、検知すべき熱変化があった位
置をも特定しようとした場合、配置した多数のセンサの
出力をそれぞれ個別に特定の監視所に接続する必要があ
り、実際にこのような用途が求められる施設の規模を考
えると非現実的であるといわざるを得ない。
Furthermore, in such an application, if one were to try to identify the location of a thermal change that should be detected, it would be necessary to connect each of the outputs of the numerous sensors placed to a specific monitoring station, which is difficult to do in practice. It must be said that this is unrealistic considering the scale of the facility that would require such a use.

長尺の検出部を構成し得る公知の感熱センサとしては、
熱によって発色あるいは変色する特殊な合成樹脂や顔料
をシートに塗布した感熱紙(サーモラベル)等も知られ
ている。しかしながら、このような感熱センサは、それ
自体の色の変化で熱検知を出力するので、遠隔位置から
熱検出を検知することは依然として実質的に不可能であ
る。
Known heat-sensitive sensors that can constitute a long detection section include:
There is also known thermal paper (thermo label), which is a sheet coated with a special synthetic resin or pigment that develops or changes color when heated. However, since such a thermal sensor outputs heat detection with its own color change, it is still virtually impossible to detect heat detection from a remote location.

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、長距離に亘る熱感知が可能であり、且つ、遠隔地に
おいても熱を検知した位置を検出することのできる新規
な感熱センサを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a novel heat-sensitive sensor that solves the above-mentioned problems of the prior art, is capable of sensing heat over a long distance, and is also capable of detecting the position where heat is detected even in a remote location. Our goal is to provide the following.

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、特定の温度変化に対して該温度
変化に曝された部分の線方向の長さを収縮するように構
成された付勢部材と、該温度変化によって発生する該付
勢部材の局部的な収縮に対応して同じ部位が屈曲するよ
うに該付勢部材と一体に構成された光ファイバとを備え
、該光ファイバを伝播する光を後方散乱損失測定法によ
り、観測することによって前記温度変化の発生並びに発
生位置を検知するように構成されていることを特徴とす
る光ファイバセンサが提供される。
Means for Solving the Problems According to the present invention, there is provided a biasing member configured to contract the linear length of a portion exposed to a specific temperature change in response to a specific temperature change; an optical fiber configured integrally with the biasing member so that the same portion is bent in response to local contraction of the biasing member caused by the change, and backscattering light propagating through the optical fiber. An optical fiber sensor is provided, which is configured to detect the occurrence and the position of the temperature change by observation using a loss measurement method.

作用 光ファイバは、後述するように、ファイバ中を伝播する
光の伝播損失の変化を入射端から出射端まで連続的に検
出することができる。本発明に係る熱感知センサは、こ
のような光ファイバの特性を応用したものである。
As will be described later, the working optical fiber can continuously detect changes in the propagation loss of light propagating through the fiber from the input end to the output end. The heat sensing sensor according to the present invention utilizes the characteristics of such optical fibers.

即ち、光フアイバ中を伝播するとき、光はファイバ中の
各部位においてレイリー散乱とよばれる後方散乱を生じ
る。この後方散乱レベルを時間軸上で検出することによ
って、光フアイバ中を伝播する光が、光ファイバの各部
位における伝播損失により減衰する様子を連続的に測定
することができる。これを後方散乱損失測定法と呼び、
この方法を実施するための装置として光フアイバアナラ
イザ(OTDR)が知られている。
That is, when light propagates through an optical fiber, it causes backscattering called Rayleigh scattering at various parts of the fiber. By detecting this backscattering level on the time axis, it is possible to continuously measure how light propagating through the optical fiber is attenuated due to propagation loss at each part of the optical fiber. This is called backscattering loss measurement method.
An optical fiber analyzer (OTDR) is known as a device for implementing this method.

通常の光ファイバに対して光フアイバアナライザを使用
して伝播光の状態を観測すると、伝播光は入射端から出
射端に向かって、滑らかに連続して減衰してゆく。とこ
ろが、光ファイバの途中に何らかの障害があり、その部
位で光ファイバの伝播損失が局部的に増加すると、光フ
アイバアナライザには段階的なレベルの低下がその障害
が発生した位置に現れる。そこで、本発明に係る光ファ
イバセンサでは、光ファイバと付勢部材とを組み合わせ
て、被測定領域内で温度変化が発生した場合に光ファイ
バに対して局部的に伝播損失の増加を発生するような物
理量を印加するように構成している。
When observing the state of propagating light in a normal optical fiber using an optical fiber analyzer, the propagating light attenuates smoothly and continuously from the input end toward the output end. However, if there is some kind of fault in the middle of the optical fiber and the propagation loss of the optical fiber locally increases at that location, a gradual drop in level will appear on the optical fiber analyzer at the location where the fault has occurred. Therefore, in the optical fiber sensor according to the present invention, an optical fiber and a biasing member are combined to cause a local increase in propagation loss to the optical fiber when a temperature change occurs within the measurement area. It is configured to apply a physical quantity.

即ち、本発明に係る熱感知センサは、付勢部材の熱変化
による収縮により、光ファイバにも例えば曲げを与える
等して変形させ、この変形によって生じる光ファイバの
伝播損失を後方散乱損失測定法によって検出するもので
ある。
That is, in the heat sensing sensor according to the present invention, the optical fiber is also deformed by, for example, being bent due to the contraction caused by the thermal change of the biasing member, and the propagation loss of the optical fiber caused by this deformation is measured by the backscattering loss measurement method. It is detected by

例として、熱変化によって光ファイバに曲げを与えるよ
うな付勢部材の構成について述べる。
As an example, a configuration of a biasing member that bends an optical fiber due to thermal changes will be described.

光ファイバに曲げを与える構造としては、例えば温度変
化に対して負の線膨張係数を持つ材料を光ファイバと撚
合せる方法が簡単である。即ち、光フアイバ自体は正の
非常に小さな線膨張係数を有し、温度が上昇しても長さ
に殆ど変化を生じない。従って、負の線膨張係数を有す
るファイバ状の付勢部材と光ファイバとを撚り合わせて
得られるセンサでは、温度の上昇に伴って付勢部材が収
縮し、光ファイバとの線長差によって光ファイバの余長
部分を撓め、光ファイバの伝播損失がその部位で増加す
る。尚、負の線膨張係数を持つ材料としては、LCP 
(液晶高分子プラスチック)、プラスチック超延伸体の
単線等を例示することができる。
A simple method for bending an optical fiber is, for example, twisting the optical fiber with a material that has a negative coefficient of linear expansion against temperature changes. That is, the optical fiber itself has a very small positive coefficient of linear expansion, and its length hardly changes even when the temperature increases. Therefore, in a sensor obtained by twisting a fiber-shaped biasing member with a negative coefficient of linear expansion and an optical fiber, the biasing member contracts as the temperature rises, and the difference in line length between the biasing member and the optical fiber causes light to emit light. The extra length of the fiber is bent, and the propagation loss of the optical fiber increases at that portion. In addition, as a material with a negative coefficient of linear expansion, LCP
(liquid crystal polymer plastic), a single wire of a plastic superstretched body, etc. can be exemplified.

また、高温状態で与えられた形状を記憶し、これを低温
で変形させても再び高温に加熱すると元の形状に回復す
る形状記憶合金を用いても同様の効果をあげることがで
きる。即ち、コイル状等の、その部材本来の形状よりも
長さが短くなるような形状を部材に記憶させ、これを低
温で一旦伸長した後光ファイバと撚り合わせてセンサを
作製する。
A similar effect can also be achieved by using a shape memory alloy that memorizes a given shape at high temperatures and, even if deformed at low temperatures, returns to its original shape when heated to high temperatures again. That is, a member is memorized into a shape such as a coil shape, which is shorter in length than the original shape of the member, and this is stretched at a low temperature and then twisted with an optical fiber to produce a sensor.

こうして得られた光ファイバセンサに所定の温度以上の
熱が加わると、付勢部材は記憶させられているコイル状
の形状を取り戻して全長が短くなる。
When heat of a predetermined temperature or higher is applied to the optical fiber sensor thus obtained, the biasing member regains its memorized coiled shape and its overall length is shortened.

従って、これと撚り合わされた光ファイバに曲げが生じ
る。
Therefore, bending occurs in the optical fibers twisted together.

尚、形状記憶合金としては、チタン(Tりとニッケル(
N1)との合金であるT1Ni系合金が広く知られてい
る。この合金はNiの含有量によって変態温度を制御す
ることができるので、異なった成分比を持つ形状記憶合
金−光ファイバ撚合型熱感知センサを複数本設置すれば
、加わった温度を段階的に判定することもできる。また
、バネや他の臨界温度の形状記憶合金線と組み合わせる
ことによって、検出すべき熱が消失した後に自動的に初
期状態を復元するものも作製できる。
In addition, as shape memory alloys, titanium (T) and nickel (
T1Ni alloy, which is an alloy with N1), is widely known. The transformation temperature of this alloy can be controlled by the Ni content, so if multiple shape memory alloy-optical fiber twisted heat sensing sensors with different component ratios are installed, the applied temperature can be controlled in stages. It is also possible to judge. Furthermore, by combining it with a spring or other shape memory alloy wire at a critical temperature, it is possible to create something that automatically restores its initial state after the heat to be detected disappears.

更に、検出すべき熱で軟化、崩壊、消失あるいは溶融す
るようなスペーサ部材によってコイルバネに伸長状態に
保ち、これを光ファイバに結合することによっても実現
できる。この場合は、スペーサが何らかの変化に対して
寸法の変化を生じればよいので、熱に限らず、放射線、
紫外線、有機溶媒等の検出が可能なセンサを容易に構成
することができる。
Furthermore, it can also be realized by keeping the coil spring in an extended state with a spacer member that softens, collapses, disappears, or melts due to the heat to be detected, and then couples this to the optical fiber. In this case, the spacer only needs to change its dimensions in response to some change, so it is not limited to heat, but also radiation,
A sensor capable of detecting ultraviolet rays, organic solvents, etc. can be easily constructed.

また、付勢部材と光ファイバとの結合は、前述した撚り
合わせの他、光ファイバと付勢部材とを所定間隔で接着
する等の方法も簡便であり、用途や使用する部材に応じ
て適宜選択すべきである。
In addition to the above-mentioned twisting method, the biasing member and the optical fiber can be coupled together by a simple method such as gluing the optical fiber and the biasing member at a predetermined interval. You should choose.

以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何ら限定するものではない。
The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings, but the following disclosure is only one example of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention in any way.

実施例 第1図(a)および(5)は、本発明に係る光ファイバ
センサの基本的な構成を説明する図である。尚、後述す
るように、第1図(a)は、光ファイバセンサの初期状
態を、第1図ら)は、光ファイバセンサの熱検知状態を
それぞれ示している。
Embodiment FIGS. 1(a) and 1(5) are diagrams illustrating the basic configuration of an optical fiber sensor according to the present invention. As will be described later, FIG. 1(a) shows the initial state of the optical fiber sensor, and FIG. 1(a) shows the heat detection state of the optical fiber sensor.

第1図(a)に示す装置は、光ファイバ1と付勢部材2
とを所定間隔Xで結合点3.〜35に右いて接着剤で結
合されて構成されている。付勢部材2は熱変化に対して
負の線膨張率を有する材料で形成されており、また、光
ファイバlは、その一端を光フアイバアナライザ4に結
合されている。
The device shown in FIG. 1(a) consists of an optical fiber 1 and a biasing member 2.
and at a predetermined interval X at a connecting point 3. ~ 35 and are connected with adhesive. The biasing member 2 is made of a material having a negative coefficient of linear expansion with respect to thermal changes, and the optical fiber 1 has one end coupled to an optical fiber analyzer 4.

第1図(a)に示した状態は、いわば初期状態であり、
光ファイバ1と付勢部材2とは互いに直線状になってい
る。この状態では、光フアイバアナライザには、第1図
(a)に示すように、両端にピークAおよびBがあり、
その間がなだらかに単1減少する光パワーが観測される
。ここで、区間aのなだらかな傾斜として現れるものが
、この光ファイバの通常の伝播特性である。
The state shown in FIG. 1(a) is the initial state, so to speak.
The optical fiber 1 and the biasing member 2 are linear with each other. In this state, the optical fiber analyzer has peaks A and B at both ends, as shown in Figure 1(a).
The optical power is observed to gradually decrease by one unit between the two. Here, what appears as a gentle slope in section a is the normal propagation characteristic of this optical fiber.

尚、両端に現れているピークA、Bは、光ファイバの入
射端並びに出射端におけるフレネル反射に起因するもの
であり、実際にはアナライザの受光素子の飽和を防止す
るために除去することが好ましい。具体的には、光ファ
イバ1と光フアイバアナライザ4との結合に方向性結合
器を用いたりゲートを設ける等して除くことができる。
Note that the peaks A and B appearing at both ends are caused by Fresnel reflection at the input end and output end of the optical fiber, and in reality, it is preferable to remove them to prevent saturation of the light receiving element of the analyzer. . Specifically, this can be eliminated by using a directional coupler or providing a gate for coupling between the optical fiber 1 and the optical fiber analyzer 4.

以上のように構成された光ファイバセンサ装置において
、例えば区間33 34が何らかの原因で加熱されると
、負の線膨張率を有する付勢部材2はこの区間で収縮し
、その区間の長さをΔXだけ減じる。これに対して、光
ファイバ1の線膨張率は正であり、従って光ファイバ1
は付勢部材に引かれてこの区間に屈曲を生じる。すると
、光ファイバ1は、この屈曲が生じた区間3.−3.に
おいて伝播損失が急激に悪化するので、第1図(ハ)に
おいて光フアイバアナライザ4が示すように、区間33
−3.に対応した位置に、段差Cを表示する。
In the optical fiber sensor device configured as described above, for example, when the sections 33 to 34 are heated for some reason, the biasing member 2 having a negative coefficient of linear expansion contracts in this section, and the length of that section is reduced. Decreased by ΔX. On the other hand, the coefficient of linear expansion of the optical fiber 1 is positive, so the coefficient of linear expansion of the optical fiber 1 is positive.
is pulled by the biasing member and bends in this section. Then, the optical fiber 1 is bent in the section 3. -3. Since the propagation loss deteriorates rapidly in the section 33, as shown by the optical fiber analyzer 4 in FIG.
-3. A step C is displayed at a position corresponding to .

このように、本発明に係る光ファイバセンサを用いるな
らば、熱変化の検出と共に、長い検出区間のどこで熱変
化が生じたかをも同時に検出することができる。
In this way, if the optical fiber sensor according to the present invention is used, it is possible to simultaneously detect not only a thermal change but also where in a long detection section a thermal change occurs.

第2図(a)〜(d)は、付勢部材として形状記憶合金
を使用した場合の作製法と構成について説明する図であ
る。
FIGS. 2(a) to 2(d) are diagrams illustrating the manufacturing method and structure when a shape memory alloy is used as the biasing member.

まず、第2図(a)に示すように、形状記憶合金線22
を高温で長さXのコイル状に成形し、形状記憶合金線2
2にこの形状を記憶させる。続いて、第2図ら)に示す
ように、形状記憶合金線22を冷却して低温状態にして
から延伸して長さYの直線状にする。
First, as shown in FIG. 2(a), the shape memory alloy wire 22
Shape memory alloy wire 2 is formed into a coil shape of length X at high temperature.
2 to memorize this shape. Subsequently, as shown in FIG. 2 et al., the shape memory alloy wire 22 is cooled to a low temperature state and then stretched to form a straight line having a length Y.

こうして得られた直線状の形状記憶合金線22を付勢部
材として、第2図(C)に示すように、光ファイバ1と
所定間隔yで接着して結合する。光ファイバ1は、第1
図に示した装置と同様に光フアイバアナライザ4に結合
する。また、形状記憶合金線22の一端には、他端を所
定の位置に固定したコイルバネ23を結合する。
The linear shape memory alloy wire 22 thus obtained is used as a biasing member to be bonded and bonded to the optical fiber 1 at a predetermined distance y, as shown in FIG. 2(C). The optical fiber 1 is the first
It is coupled to an optical fiber analyzer 4 in the same way as the device shown in the figure. Moreover, a coil spring 23 with the other end fixed at a predetermined position is coupled to one end of the shape memory alloy wire 22.

以上のように構成した光ファイバセンサにおいて、第2
図(d)に示すように、例えば区間3□−3゜との間が
加熱されると、形状記憶合金線22は、第2図(a)で
示したような形状を回復してコイル状になり、区間32
−3.の距離をΔyだけ減少する。
In the optical fiber sensor configured as above, the second
As shown in FIG. 2(d), when the area 3□-3° is heated, the shape memory alloy wire 22 recovers the shape shown in FIG. 2(a) and becomes a coil. becomes, section 32
-3. decrease the distance by Δy.

従って、これと結合された光ファイバは、区間32−3
.において屈曲し、この区間の伝播損失を増加する。増
加した伝播損失を検出する方法は、第1図に示した装置
と全く同様なので説明は省略する。
Therefore, the optical fiber coupled thereto is the section 32-3.
.. , which increases the propagation loss in this section. The method for detecting the increased propagation loss is exactly the same as the device shown in FIG. 1, so a description thereof will be omitted.

尚、形状記憶合金の低温状態での剛性は、形状回復時の
1/3以下であり、コイルバネ23に適切なバネ定数を
設定することによって、区間32−3、の温度が再び低
下したときには元のように直線状に戻る。
Note that the stiffness of the shape memory alloy in a low temperature state is less than 1/3 of that of the shape recovery, and by setting an appropriate spring constant for the coil spring 23, the stiffness of the shape memory alloy in a low temperature state can be restored to its original state when the temperature in the section 32-3 decreases again. Return to a straight line like this.

更に、第3図(a) 、#よび(b)は、付勢部材の他
の構成例を示す図である。
Furthermore, FIGS. 3(a), 3(b) are diagrams showing other configuration examples of the biasing member.

即ち、第3図(a)に示すように、この光ファイバセン
サの付勢部材30は、コイルバネ32と、このコイルバ
ネ32に所定間隔で挟まれているスペーサ31とから構
成されている。光ファイバ1は、コイルバネ32に所定
区間毎に接着されているが、スペーサ31が挟まれた区
間では、長さ2まで伸長状態にあるコイルバネ32に接
着されていることに留意されたい。
That is, as shown in FIG. 3(a), the biasing member 30 of this optical fiber sensor is composed of a coil spring 32 and a spacer 31 sandwiched between the coil spring 32 at a predetermined interval. Although the optical fiber 1 is bonded to the coil spring 32 in predetermined sections, it should be noted that in the section where the spacer 31 is sandwiched, the optical fiber 1 is bonded to the coil spring 32 which is in an extended state to a length of 2.

さて、上述のように構成された光ファイバセンサにおい
て、区間3.−32が加熱されると、この区間のスペー
サ31は溶出してコイルバネ32は自由長に戻る。従っ
て、これに結合された光ファイバは、この区間31−3
□で屈曲して伝播損失を増加する。この伝播損失の増加
を検出する方法については、第1図および第2図におい
て示した装置と同様なので説明は省略する。
Now, in the optical fiber sensor configured as described above, section 3. -32 is heated, the spacer 31 in this section dissolves and the coil spring 32 returns to its free length. Therefore, the optical fiber coupled to this section 31-3
Bending at □ increases propagation loss. The method for detecting this increase in propagation loss is the same as that of the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, so a description thereof will be omitted.

尚、本実施例では感熱センサとして説明したが、付勢部
材を正の線膨張率を有するものとすることによって、逆
に局部的な温度低下を検出するセンサとしても構成可能
である。
Although this embodiment has been described as a heat-sensitive sensor, by making the biasing member have a positive coefficient of linear expansion, it can also be configured as a sensor that detects a local temperature drop.

作製例 形状記憶合金線を付勢部材として使用して、本発明に係
る光ファイバセンサを実際に作製した。
Production Example An optical fiber sensor according to the present invention was actually produced using a shape memory alloy wire as a biasing member.

付勢部材として使用した形状記憶合金線は、80℃で形
状回復する特性を持つ直径0.31IlfflφのTI
NI系形状記憶合金線である。
The shape memory alloy wire used as the biasing member is a TI wire with a diameter of 0.31Ilfflφ that has the property of recovering its shape at 80°C.
It is a NI-based shape memory alloy wire.

この形状記憶合金線500mを100℃に保った状態で
治具に巻きつけて直径5mmφのコイル状に成形した。
500 m of this shape memory alloy wire was kept at 100° C. and wound around a jig to form a coil having a diameter of 5 mmφ.

続いて、これを室温まで冷却した後、形状記憶合金線が
直線状になるまで延ばし、これを付勢部材とした。
Subsequently, after cooling this to room temperature, the shape memory alloy wire was stretched until it became a straight line, and this was used as a biasing member.

一方、使用した光ファイバは、直径0.25mmφの光
フアイバ素線に紫外線硬化型樹脂を被覆したシングルモ
ード型光ファイバである。上述のようにして付勢部材と
した形状記憶合金線とこの光ファイバとを、ピッチ30
0mmで撚合せて光ファイバセンサとした。この寄り合
わせた状態での光ファイバの伝送損失は、波長1.3 
μmで0.45dB/kmであった。
On the other hand, the optical fiber used was a single mode optical fiber in which a bare optical fiber with a diameter of 0.25 mm was coated with an ultraviolet curable resin. The shape memory alloy wire used as a biasing member as described above and this optical fiber were arranged at a pitch of 30.
The fibers were twisted together to form an optical fiber sensor. The transmission loss of the optical fiber in this state is 1.3 wavelength
It was 0.45 dB/km in μm.

以上のようにして作製した光ファイバセンサの一端を光
フアイバアナライザに接続した後、任意の場所に90℃
の熱湯をかけたところ、この部位では形状記憶合金が元
のコイル状の形状を復元し、光ファイバに曲げを生じさ
せた。このとき、光フアイバアナライザ上では、0.0
6〜0.2dBのレベル低下に相当する段差が観測され
た。また、−旦コイル状になった部位が常温に戻ってか
らもとの真直な状態に戻した場合、光フアイバアナライ
ザ上の段差は消失した。更に、これを反復したが、上述
のような段差は再現性良く現れた。一方、75〜70℃
の熱湯をかけた部分には変化は観測されなかった。
After connecting one end of the optical fiber sensor fabricated as described above to an optical fiber analyzer, store it at any location at 90°C.
When hot water was poured over the fiber, the shape memory alloy returned to its original coiled shape, causing the optical fiber to bend. At this time, on the optical fiber analyzer, 0.0
A step difference corresponding to a level drop of 6 to 0.2 dB was observed. Further, when the coiled portion was returned to its original straight state after returning to room temperature, the step on the optical fiber analyzer disappeared. Furthermore, when this was repeated, the level difference as described above appeared with good reproducibility. On the other hand, 75-70℃
No change was observed in the area where boiling water was poured.

発明の詳細 な説明したように、本発明に係る光ファイバセンサを使
用するならば、長距離にわたり検出部を連続的に配置す
ることができると共に、熱的な異常を検出した場合は、
その位置も検出することができる。このような特性は、
本発明に係る光ファイバセンサ独自の構成によるもので
あり、従来の感熱センサでは全く成し得なかったもので
ある。
As described in detail, if the optical fiber sensor according to the present invention is used, the detection section can be continuously arranged over a long distance, and when a thermal abnormality is detected,
Its position can also be detected. Such characteristics are
This is due to the unique configuration of the optical fiber sensor according to the present invention, which could not be achieved at all with conventional heat-sensitive sensors.

尚、本発明に係る光ファイバセンサは、通信、電力等の
ケーブノペガス、水道、石油等の供送管等のように、長
区間にわたって連続的に熱的な異常を検知する必要のあ
る設備に有利に利用することができる。
The optical fiber sensor according to the present invention is advantageous for equipment that needs to continuously detect thermal abnormalities over a long period of time, such as cable pipes for communication, electric power, etc., water supply pipes, oil supply pipes, etc. It can be used for.

光フアイバ自体は無誘導で化学的に安定であり、また、
付勢部材は必要な検出温度範囲等に応じて広く選択する
ことができるので、この光ファイバセンサを利用できる
応用分野は極めて広い。
The optical fiber itself is unguided and chemically stable, and
Since the biasing member can be selected from a wide range depending on the required detection temperature range, etc., this optical fiber sensor can be used in a wide range of application fields.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)およびら)は、本発明に係る光ファイバセ
ンサの構成例とその動作を模式的に示す図であり、 第2図(a)〜(d)は、本発明に係る光ファイバセン
サの他の構成例とその作製過程を説明する図であり、 第3図(a) 右よび(b)は、本発明に係る光ファイ
バセンサの更に他の構成例とその動作を示す図である。 (主な参照番号) 1°14光フアイバ、 2.22.30・・・付勢部材(樹脂)、4・・・光フ
アイバアナライザ、 23.32・・・コイルバネ、 31・・・スペーサ、 特許出願人  住友電気工業株式会社
FIGS. 1(a) and 1(a) are diagrams schematically showing a configuration example of an optical fiber sensor according to the present invention and its operation, and FIGS. FIGS. 3(a) and 3(b) are diagrams illustrating still another configuration example of the optical fiber sensor and its operation according to the present invention; FIGS. It is. (Main reference numbers) 1°14 optical fiber, 2.22.30...Biasing member (resin), 4...Optical fiber analyzer, 23.32...Coil spring, 31...Spacer, Patent Applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)特定の温度変化に対して該温度変化に曝された部
分の線方向の長さを収縮させるように構成された付勢部
材と、該温度変化によって発生する該付勢部材の局部的
な収縮に対応して同じ部位が屈曲するように該付勢部材
と一体に構成された光ファイバとを備え、該光ファイバ
を伝播する光を後方散乱損失測定法により観測すること
によって前記温度変化の発生並びに発生位置を検知する
ように構成されていることを特徴とする光ファイバセン
サ。 (2)前記付勢部材が、温度に対して負の線膨張係数を
有する材料により形成されていることを特徴とする請求
項1に記載の光ファイバセンサ。 (4)前記付勢部材が、検知すべき熱によって軟化ある
いは溶出する部材によって、自由長よりも長い伸長状態
に付勢されたコイルバネであることを特徴とする請求項
1に記載の被ファイバセンサ。 (6)前記付勢部材と前記光ファイバとが、互いに撚り
合わされて撚糸を形成していることを特徴とする請求項
1から請求項4までの何れか1項に記載の光ファイバセ
ンサ。 (7)前記付勢部材と前記光ファイバとが、線方向に所
定間隔で接着剤により相互に結合されていることを特徴
とする請求項1から請求項6までの何れか1項に記載の
光ファイバセンサ。
[Scope of Claims] (1) A biasing member configured to shrink the linear length of a portion exposed to a specific temperature change, and An optical fiber is configured integrally with the biasing member so that the same portion is bent in response to local contraction of the biasing member, and the light propagating through the optical fiber is observed by a backscattering loss measurement method. An optical fiber sensor characterized in that the optical fiber sensor is configured to detect the occurrence and the position of occurrence of the temperature change. (2) The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the biasing member is made of a material having a negative coefficient of linear expansion with respect to temperature. (4) The fiber target sensor according to claim 1, wherein the biasing member is a coil spring biased to an extended state longer than its free length by a member that softens or dissolves due to the heat to be detected. . (6) The optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the biasing member and the optical fiber are twisted together to form a twisted yarn. (7) The biasing member and the optical fiber are bonded to each other with an adhesive at predetermined intervals in a linear direction. Optical fiber sensor.
JP1002193A 1989-01-09 1989-01-09 Optical fiber sensor Pending JPH02183131A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6490394B1 (en) * 1996-01-16 2002-12-03 Corning Incorporated Athermal optical device
US7254297B1 (en) 1996-01-16 2007-08-07 Corning Incorporated Athermal optical devices employing negative expansion substrates
CN103048064A (en) * 2012-12-13 2013-04-17 南昌大学 Production method for solder-packaged optical fiber macrobending loss temperature sensor

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