JPH076862B2 - Optical fiber pressure sensor - Google Patents

Optical fiber pressure sensor

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JPH076862B2
JPH076862B2 JP10031586A JP10031586A JPH076862B2 JP H076862 B2 JPH076862 B2 JP H076862B2 JP 10031586 A JP10031586 A JP 10031586A JP 10031586 A JP10031586 A JP 10031586A JP H076862 B2 JPH076862 B2 JP H076862B2
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JP
Japan
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fiber
pressure
light
sensor
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壽一 野田
勝就 岡本
ウルリッヒ ラインハート
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/02Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
    • G01L11/025Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特定の構造を有する光ファイバがセンサ部と
して被測定圧力にさらされ、静圧又は動圧を光学的に測
定できる光ファイバ圧力センサに関するものであり、セ
ンサとなる光ファイバの細径性,柔軟性により種々の対
象物内の圧力を測定することが可能な光ファイバ圧力セ
ンサに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to an optical fiber pressure capable of optically measuring static pressure or dynamic pressure by exposing an optical fiber having a specific structure as a sensor section to a pressure to be measured. The present invention relates to a sensor, and more particularly to an optical fiber pressure sensor capable of measuring the pressure inside various objects by the thinness and flexibility of the optical fiber serving as the sensor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光ファイバをセンサとして圧力を測定する装置として
は、種々のものが提案されている。そのほとんどは、第
2図に示すようにレーザ光源41からの光をハーフミラー
46により二つに分けて、これを再度合波して干渉させ検
出器44で検出する干渉計の構成を有する。第2図におい
て、一方の光路となる基準ファイバ43を伝播する光と他
方の光路となるセンサファイバ42を伝播する光の干渉が
測定対象の圧力Pの影響を受けて変化するのを読みとり
圧力変化に換算するものである。ここで干渉状態を変化
させるためにはセンサ側の光ファイバに長さ方向の変位
を与えることが有効であり、そのための変換手段を必要
とする。第3図は圧力容器47内の圧力変化をその周囲に
密に巻かれたセンサファイバ42の長さの変化に変換する
ための構成を示す。
Various devices have been proposed for measuring pressure using an optical fiber as a sensor. Most of them, as shown in FIG. 2, are half mirrors of the light from the laser light source 41.
It has an interferometer configuration in which it is divided into two by 46, and they are multiplexed again to cause interference and detected by the detector 44. In FIG. 2, it is read that the interference between the light propagating through the reference fiber 43, which is one optical path, and the light propagating through the sensor fiber 42, which is the other optical path, changes under the influence of the pressure P of the measurement object and changes in pressure. It is converted into. Here, in order to change the interference state, it is effective to give a displacement in the length direction to the optical fiber on the sensor side, and a conversion means for that purpose is required. FIG. 3 shows a structure for converting a pressure change in the pressure vessel 47 into a change in the length of the sensor fiber 42 tightly wound around the pressure container 47.

干渉計を構成しない例としては、光ファイバのマイクロ
ベンド損失を用いるものが提案されている。これは光フ
ァイバに微少な径の曲がりが誘起されると、伝播モード
の一部がクラッドモードとなって光ファイバから失なわ
れることを利用するものである。第4図は、マイクロベ
ンド損失を利用した圧力センサの構成例を示す。(a)は
全体の構成、(b)は変換器部分の構成である。51はレー
ザ光源、55はセンサファイバ、52,52′はモード分離
器、54は受光器、53はマイクロベンドを与えるための変
換器である。モード分離器52,52′はクラッドを伝播す
る光を除去するための構成であり、被測定圧力は圧力板
56の変位に変換されて、センサファイバにマイクロベン
ドを誘起する。圧力板の変位量と圧力が一定の関係とな
る構成をとれば出力光の強度を測定することにより、圧
力の測定が可能となる。この場合においてもセンサファ
イバに変位を与えるための構成を必要とすることは第2
図,第3図の構成と同様である。
As an example of not forming an interferometer, a method using microbend loss of an optical fiber has been proposed. This utilizes the fact that when a slight bend is induced in the optical fiber, a part of the propagation mode becomes a cladding mode and is lost from the optical fiber. FIG. 4 shows an example of the configuration of a pressure sensor utilizing microbend loss. (a) is the overall configuration, and (b) is the configuration of the converter part. 51 is a laser light source, 55 is a sensor fiber, 52 and 52 'are mode separators, 54 is a light receiver, and 53 is a converter for giving a microbend. The mode separators 52 and 52 'are configured to remove the light propagating through the clad, and the pressure to be measured is the pressure plate.
Converted into 56 displacements to induce microbends in the sensor fiber. With a configuration in which the displacement amount of the pressure plate and the pressure have a constant relationship, the pressure can be measured by measuring the intensity of the output light. Even in this case, the structure for giving the displacement to the sensor fiber requires the second
The configuration is the same as that shown in FIGS.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

従来の光ファイバを用いた圧力センサにおいては、圧力
を精度よく機械的な変位に変換する構成を用いることな
しには静水圧を安定に測定することが困難であり、また
干渉計を構成する場合にはその光学的な構成および変化
量の検出手段が複雑であった。
In a conventional pressure sensor using an optical fiber, it is difficult to measure hydrostatic pressure stably without using a structure that accurately converts pressure into mechanical displacement. Has a complicated optical configuration and means for detecting the amount of change.

本発明は、このような問題を解決し、干渉計を構成する
必要がなく、また圧力を変位に変換する機械的な構成を
用いることなく、単一のセンサファイバを用いて圧力の
測定を可能とする光ファイバ圧力センサを与えるもので
ある。
The present invention solves these problems and enables pressure measurement using a single sensor fiber without the need to configure an interferometer and without using a mechanical structure that converts pressure into displacement. And an optical fiber pressure sensor.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明では、センサファイバとして単一モードのみを伝
播するコアの周囲のクラッド部が、長手方向に連続した
穴を有するサイドホールファイバを用いる。このファイ
バにおいて、内部の穴に測定対象の圧力が印加されれ
ば、非等方的な変位がコアに生じ弾性光学的に複屈折が
誘起される。よって、伝播光の偏波状態の変化が生ず
る。ファイバ内部の穴の内圧が一定に保たれ、ファイバ
に加わる外圧が変化した場合も同様の現象が起こる。圧
力と誘起される複屈折の大きさは主にサイドホールファ
イバの構造により定まる。偏光状態の変化は周知の光学
的手段により検出できる。一定圧でのファイバの変位は
一定であるから、静水圧および動圧の測定が再現性よく
できる。
In the present invention, as the sensor fiber, a side hole fiber in which the clad portion around the core that propagates only a single mode has a continuous hole in the longitudinal direction is used. In this fiber, if a pressure to be measured is applied to the inner hole, an anisotropic displacement is generated in the core, and birefringence is induced elastically and optically. Therefore, the polarization state of the propagating light changes. The same phenomenon occurs when the internal pressure of the hole inside the fiber is kept constant and the external pressure applied to the fiber changes. The pressure and the magnitude of the induced birefringence are mainly determined by the structure of the sidehole fiber. Changes in the polarization state can be detected by known optical means. Since the displacement of the fiber at a constant pressure is constant, hydrostatic pressure and dynamic pressure can be measured with good reproducibility.

〔作 用〕[Work]

第5図は本発明に用いるサイドホールファイバの断面で
ある。
FIG. 5 is a cross section of a sidehole fiber used in the present invention.

1はコア、2はクラッド、3a,3bは穴である。1 is a core, 2 is a clad, and 3a and 3b are holes.

いま、圧力が印加される部分の長さをl、圧力Pにより
位相φが変化する割合をdφ/dpとすれば圧力に対する
感度係数はs=l-1dφ/dpとなる。サイドホール内の圧
力変化によるファイバの複屈折の変化はサイドホール内
の圧力をP、感度係数をSiとすれば、Sで表現
され、ファイバに加わる外圧の変化による複屈折の変化
は外圧をP、位相感度をSとすれば、Sであ
る。この時、サイドホール内の圧力変化Pと、ファイ
バに加わる外圧の変化Pは、ファイバコアに対して逆
方向の変位を与えるから、S=−Sの関係となる。
Now, assuming that the length of the portion to which the pressure is applied is l and the ratio of the change of the phase φ by the pressure P is dφ / dp, the sensitivity coefficient with respect to the pressure is s = l −1 dφ / dp. The birefringence change of the fiber due to the pressure change in the side hole is expressed by S i P i where the pressure inside the side hole is P i and the sensitivity coefficient is Si, and the birefringence change due to the change in external pressure applied to the fiber. it is if the external pressure P o, the phase sensitivity and S o, it is S o P o. At this time, the pressure change P i in the side hole and the change P o of the external pressure applied to the fiber give a displacement in the opposite direction to the fiber core, so that S o = −S i .

よって、サイドホール内圧P又は外圧Pが変化した
時のセンサファイバの複屈折率Bは次式のようになる。
Therefore, the birefringence B of the sensor fiber when the internal pressure P i of the side hole or the external pressure P o changes is as follows.

B=B−S+S (1) ここで、Boはサイドホールファイバが固有に有する残存
複屈折である。
B = in B o -S i P i + S o P o (1) where, Bo is the residual birefringence side holes fibers have unique.

係数Sとサイドホールファイバのパラメータはサイドホ
ールの直径を2r、ファイバ径を2b、コアの屈折率を
n、シリカの光弾性テンソルをπ1112光の波長をλ
とすると、 の関係がある。光の波長としてλ=0.633μmを選択す
れば、Δ=0.24%、2b=200μm2r=65μmのサイド
ホールファイバを用いた場合に、シリカについて、(π
11−π12)−2-4×10-12Pa-1であるから、Si9.6×1
0-5radm-1Pa-1と予測される。
The coefficient S and the parameters of the sidehole fiber are as follows: the sidehole diameter is 2r, the fiber diameter is 2b, and the core refractive index is
n 0 , the photoelastic tensor of silica is π 11 , π 12 The wavelength of light is λ
Then, Have a relationship. If λ = 0.633 μm is selected as the wavelength of light, when a sidehole fiber with Δ = 0.24%, 2b = 200 μm 2r 0 = 65 μm is used, silica has
11 −π 12 ) −2-4 × 10 −12 Pa −1 , so Si9.6 × 1
It is predicted to be 0 -5 radm -1 Pa -1 .

〔実施例〕〔Example〕

本発明は、サイドホールを有する光ファイバをセンサと
して用い、内部を伝播する光の偏光状態の変化を測定す
ることを基本とする。その構成はセンサファイバの設置
に関してはサイドホールの内圧Pが変化する態様又は
が一定で外部圧力Pが変化する態様が可能とな
る。また伝播する光の偏光状態の変化の測定系としては
センサファイバを通過した光について測定する態様、又
はセンサファイバの遠端から反射してもどってくる光に
ついて測定する態様が可能である。これらは測定対象,
測定条件により任意に組み合わせて用いることができ
る。偏光状態の変化の測定は、従来の測定方法による。
偏光状態の変化を圧力変化に換算するには既知の圧力と
偏光状態の変化の測定を行ない具体的な感度係数を定め
る必要がある。
The present invention is based on the fact that an optical fiber having a side hole is used as a sensor to measure a change in polarization state of light propagating inside. With regard to the installation of the sensor fiber, the configuration allows a mode in which the internal pressure P i of the side hole changes or a mode in which the external pressure P o changes while P i is constant. Further, as a measuring system of the change in the polarization state of the propagating light, a mode of measuring the light passing through the sensor fiber or a mode of measuring the light returning from the far end of the sensor fiber is possible. These are the objects to be measured,
They can be used in any combination depending on the measurement conditions. The change in polarization state is measured by a conventional measuring method.
In order to convert a change in polarization state into a change in pressure, it is necessary to measure a known pressure and change in polarization state and determine a specific sensitivity coefficient.

実施例1. 第1図は本発明の光ファイバ圧力センサの実施例を示す
図であり、サイドホール内の圧力一定(大気圧)で、外
圧Pの変化をセンサファイバの透過光から検出する構
成を有する。第1図において、4はレーザ光源、5は偏
光子、6および13は1/4波長板、7a,7bはレンズ、8はセ
ンサファイバ、9は圧力容器、10a,10bはシール部、11
はハーフミラー、12a,12bはウオラストンプリズム、14
はミラー、15a,15b,15c,15dは光検出器、16は電子回路
および表示部からなる演算部である。レーザ光源4から
の光は偏光子5および1/4波長板6を通過することによ
り完全に円偏光とされレンズ7aを介して、センサファイ
バ8のコアに結合される。
Embodiment 1. FIG. 1 is a view showing an embodiment of the optical fiber pressure sensor of the present invention, in which the change in the external pressure P o is detected from the transmitted light of the sensor fiber at a constant pressure (atmospheric pressure) in the side hole. Have a configuration. In FIG. 1, 4 is a laser light source, 5 is a polarizer, 6 and 13 are quarter-wave plates, 7a and 7b are lenses, 8 is a sensor fiber, 9 is a pressure vessel, 10a and 10b are seal parts, 11
Is a half mirror, 12a and 12b are Wollaston prisms, 14
Is a mirror, 15a, 15b, 15c and 15d are photodetectors, and 16 is an arithmetic unit including an electronic circuit and a display unit. The light from the laser light source 4 is completely circularly polarized by passing through the polarizer 5 and the quarter-wave plate 6 and is coupled to the core of the sensor fiber 8 via the lens 7a.

=P(=一気圧)の時、入射された光はセンサフ
ァイバ8の残留複屈折Bが零又は小さい時は円偏光の
まま出射される。受光系においては出射光はレンズ7bに
より、平行光とされ、直進してウォラストンプリズム12
aに入射する光は12aの主軸の調整により光検出器15a,15
bに等分されて受光される。また、ハーフミラー11およ
びミラー14により反射された出射光は1/4波長板13によ
り直線偏光にもどされ、ウォラストンプリズム12bの主
軸をこの偏光方向に一致させることにより、15c又は15d
のいずれか一方のみの光検出器により検出される。この
状態が基準状態となる。圧力容器にPが印加されるこ
とによって、PとPに差が生ずるため、(1)式にそ
って複屈折が生じセンサファイバからの出射光は楕円偏
光となる。この時、ウォラストンプリズム12aから出射
される光の光検出器15a,15bにより受光される割合から
楕円偏光の楕円体の傾きを知ることができる。1/4波長
板13とウォラストンプリズム12bを通過する光が受光器1
5c,15dにより受光される割合から楕円偏光の楕円率を知
ることができる。15aと15bおよび15cと15dにより受光さ
れる光量比を求め、これにより求まる偏光状態からセン
サファイバの複屈折率Bの変化を求める構成は、16の電
子回路および表示部に含まれる。第6図は測定結果を示
す。PとPが等しい状態でも約300rad/mの複屈折が
観測された。これは主にサイドホールファイバの製造時
に生ずるコアの変形によっていると解される。サイドホ
ールファイバはコア,クラッド構造を有する光ファイバ
母材に超音波ドリル等により長手方向にコアにそった穴
を形成し、この穴あき母材を線引きしてサイドホールフ
ァイバとするのが一般的である。この時にコアの周囲が
均一でないことによって、線引き後のコアが楕円状の断
面を有するものとなる場合がある。Pを増加させた場
合の複屈折Bの変化は、第6図の縦軸から右側のプロッ
トとして得られる。この直線の傾きから求まる係数はS
=11.0×10-5radm-1Pa-1である。理論値との差は複合
的な他の要因によると考えられる。
When P i = P o (= 1 atm), the incident light is emitted as circularly polarized light when the residual birefringence B o of the sensor fiber 8 is zero or small. In the light receiving system, the emitted light is collimated by the lens 7b and goes straight to the Wollaston prism 12
The light incident on a is adjusted by adjusting the principal axis of 12a to detect photodetectors 15a, 15a.
The light is evenly divided into b. Further, the emitted light reflected by the half mirror 11 and the mirror 14 is returned to linearly polarized light by the 1/4 wavelength plate 13, and the main axis of the Wollaston prism 12b is made to coincide with this polarization direction, so that 15c or 15d.
Is detected by only one of the photodetectors. This state is the reference state. By P o is applied to the pressure vessel, the difference in P o and P i is generated, the (1) light emitted from the sensing fiber birefringence occurs along the equation elliptically polarized. At this time, the inclination of the ellipsoid of the elliptically polarized light can be known from the ratio of the light emitted from the Wollaston prism 12a and received by the photodetectors 15a and 15b. Light passing through the quarter-wave plate 13 and Wollaston prism 12b is received by the light receiver 1
The ellipticity of elliptically polarized light can be known from the ratio of light received by 5c and 15d. A structure for obtaining the change in the birefringence index B of the sensor fiber from the polarization state obtained by obtaining the light amount ratios received by 15a and 15b and 15c and 15d is included in the 16 electronic circuits and the display section. FIG. 6 shows the measurement results. A birefringence of about 300 rad / m was observed even when P o and P i were equal. It is understood that this is mainly due to the deformation of the core that occurs during the production of the sidehole fiber. A sidehole fiber is generally formed by forming a hole along the core in the longitudinal direction with an ultrasonic drill or the like in an optical fiber preform having a core / clad structure, and drawing this preform with a hole to form a sidehole fiber. Is. At this time, the core after drawing may have an elliptical cross section because the periphery of the core is not uniform. The change in birefringence B when P o is increased is obtained as a plot on the right side from the vertical axis in FIG. The coefficient obtained from the slope of this straight line is S
o = 11.0 × 10 -5 radm -1 Pa -1 . The difference from the theoretical value is considered to be due to other complex factors.

実施例2 第7図は、第2の実施例の構成を示す。本実施例ではセ
ンサファイバの遠端からの反射光るを受光することによ
り反応容器内の圧力を検出する。4はレーザ光源であ
り、19は反射光を受光系に導くためのハーフミラーであ
る。ハーフミラー11から先の受光系の原理は実施例1と
同一である。
Second Embodiment FIG. 7 shows the configuration of the second embodiment. In this embodiment, the pressure inside the reaction vessel is detected by receiving the reflected light from the far end of the sensor fiber. Reference numeral 4 is a laser light source, and 19 is a half mirror for guiding the reflected light to the light receiving system. The principle of the light receiving system beyond the half mirror 11 is the same as that of the first embodiment.

本実施例では、容器9内の圧力変化がセンサファイバ8
のサイドホール内の内圧Pの変化となるように、セン
サファイバ8の入射端8aにおいてサイドホールはふさが
れており、速端8bにおいてはサイドホールは容器内に開
放されている。
In the present embodiment, the pressure change in the container 9 is caused by the sensor fiber 8
The side hole is closed at the incident end 8a of the sensor fiber 8 so that the internal pressure P i in the side hole changes, and the side hole is opened inside the container at the fast end 8b.

この構成においては、センサファイバ8が容器9内に挿
入されている長さには意味がなく、センサファイバ8の
全長が伝播光に位相変化を与えるように作用する。伝播
する光は往復分の作用を受けるためにセンサファイバ長
の2倍が有効なセンサ長である。センサファイバの遠端
8bはサイドホールを容器9中に開放しておくという条件
を保持して反射効率を高めるために、蒸着等の処理をし
てミラー化しておくことが測定の精度を高める上で効果
がある。
In this configuration, the length of the sensor fiber 8 inserted into the container 9 is meaningless, and the entire length of the sensor fiber 8 acts to give a phase change to the propagating light. Since the propagating light is affected by a round trip, the effective sensor length is twice the sensor fiber length. Far end of sensor fiber
In order to improve the reflection efficiency while maintaining the condition that the side hole is opened in the container 9, 8b is effective in improving the measurement accuracy by performing a process such as vapor deposition and forming a mirror.

第6図の縦軸より左側は実施例1と同じ有効長を有する
センサファイバを用いて、本実施例で測定した結果を示
す。測定結果から求まる係数は、S=10.2×10-5radm
-1Pa-1であり、Sと多少異なった値を示す。これはセ
ンサファイバの方向によるひずみ方の差によると考えら
れる。
The left side of the vertical axis in FIG. 6 shows the result of measurement in this example using the sensor fiber having the same effective length as that in the first example. The coefficient obtained from the measurement result is S i = 10.2 × 10 -5 radm
-1 Pa -1 , which shows a value slightly different from S o . This is considered to be due to the difference in strain depending on the direction of the sensor fiber.

実施例3 第8図は、本発明の第3の実施例を示す。本実施例で
は、パルス光源4′よりパルス状に入射した光の後方レ
イリー散乱光を測定することにより、センサファイバ8
に縦列に設置された圧力容器22a,22b,22c…の各容器に
おける圧力を検出しようとするものである。受光される
光がセンサファイバ8からの後方レイリー散乱光である
ことを除いて受光部の構成は実施例2と同様である。後
方レイリー散乱光は、センサファイバ8の全長にわたっ
て発生するから、圧力容器22aの後端から発する散乱光
はP01による位相変化を容器22a内のセンサファイバ長の
2倍の長さにわたって受けることになる。同様に圧力容
器22bの後端から発する散乱光は、前記位相変化に加え
てP02による位相変化を圧力容器22b内にあるセンサファ
イバ長の2倍の長さにわたって受けることになる。内器
22aからもどる散乱光と22bからもどる散乱光は受光器15
a〜15dに光路長差だけの時間差をもって到達するから、
受光器からの信号を時間的に分解して処理すれば、22a
と22bの圧力に関する情報を別々に得ることができる。
更に22cの容器が設置されている場合も同様である。
Third Embodiment FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the sensor fiber 8 is measured by measuring the backward Rayleigh scattered light of the light incident in a pulse form from the pulse light source 4 '.
It is intended to detect the pressure in each of the pressure vessels 22a, 22b, 22c, ... The configuration of the light receiving unit is the same as that of the second embodiment except that the received light is backward Rayleigh scattered light from the sensor fiber 8. Since the backward Rayleigh scattered light is generated over the entire length of the sensor fiber 8, the scattered light emitted from the rear end of the pressure container 22a is subjected to the phase change by P 01 over twice the length of the sensor fiber in the container 22a. Become. Similarly, the scattered light emitted from the rear end of the pressure vessel 22b receives the phase change due to P 02 over the length of twice the sensor fiber length in the pressure vessel 22b in addition to the phase change. Internal unit
The scattered light returning from 22a and the returning light from 22b are received by the receiver 15
Since it arrives at a to 15d with a time difference of only the optical path length difference,
If the signal from the photodetector is temporally decomposed and processed, 22a
Information about pressures in and 22b can be obtained separately.
The same applies when a container of 22c is installed.

以上の実施例において、受光系はウォラストンプリズム
と1/4波長板を用いた構成としたが、反射光又は透過光
の偏光状態を測定できるものであれば、他の構成とおき
かえることもできる。
In the above embodiments, the light receiving system has a configuration using a Wollaston prism and a quarter-wave plate, but can be replaced with another configuration as long as it can measure the polarization state of reflected light or transmitted light. .

センサファイバとして用いたサイドホールファイバは、
第5図に示すコアの両側に穴を有するファイバを用いた
が、第6図に示すように穴は一つでもまた二つ以上でも
よく、内圧,外圧の変化によりファイバコアに不均一な
歪を与えるものであればよい。
The sidehole fiber used as the sensor fiber is
Although the fiber having holes on both sides of the core shown in FIG. 5 is used, the number of holes may be one or two or more as shown in FIG. 6, and uneven strain may be generated in the fiber core due to changes in internal pressure and external pressure. Anything that gives

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば従来の光ファイバ
センサのように干渉計を構成したり、圧力を変位に変換
するための構成は不要となり、センサファイバのみで圧
力の測定が可能となる。
As described above, according to the present invention, it is not necessary to configure an interferometer like the conventional optical fiber sensor or a configuration for converting pressure into displacement, and it is possible to measure pressure only with the sensor fiber. .

本発明の光ファイバ圧力センサではファイバ内圧P
一定とする構成とすれば、圧力が印加される部分に存在
するファイバの長さにより感度が決定されるため、任意
の感度での圧力の測定が可能である。また、内圧P
変化する構成をとれば、センサファイバ全長が有効長と
して作用するため、微少な圧力変化の測定も可能であ
る。本発明の測定原理より、測定対象の圧力は、静水
圧,動圧を問わない。また、後方散乱光を測定する構成
とすれば、圧力分布の測定も可能となる。
In the optical fiber pressure sensor of the present invention, if the fiber internal pressure P i is set to be constant, the sensitivity is determined by the length of the fiber existing in the portion to which the pressure is applied, so that the pressure can be measured at any sensitivity. Is possible. Further, if the internal pressure P i is changed, the entire length of the sensor fiber acts as an effective length, so that a minute change in pressure can be measured. According to the measurement principle of the present invention, the pressure to be measured may be hydrostatic pressure or dynamic pressure. In addition, if the backscattered light is measured, the pressure distribution can be measured.

本発明のセンサファイバ、主にシリカ系ファイバで形成
されるため、フッ酸以外の強酸に対しても安定であり、
また、1000℃程度までの高温域での使用も可能である。
Since the sensor fiber of the present invention is mainly formed of silica-based fiber, it is stable against strong acids other than hydrofluoric acid,
It can also be used at high temperatures up to about 1000 ° C.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の光ファイバ圧力センサの第一の実施例
を示す図、第2図は従来の光ファイバ圧力センサの一般
的構成を示す図、第3図は圧力Pをセンサファイバの長
さの変化に変換する構成を示す図、第4図はマイクロベ
ンド損失を用いた圧力センサの構成図、第5図はセンサ
ファイバとしてのサイドホールファイバの断面図、第6
図は圧力の測定例、第7図は反射を用いた実施例を示す
図、第8図は後方レイリー散乱を用いた圧力センサの実
施例、第9図はサイドホールファイバの他の実施例を示
す図である。 1……コア、2……クラッド、3a,3b……穴、4……レ
ーザ光源、4′……パルス光源、5……偏光子、6,13…
…1/4波長板、7a,7b……レンズ、8……センサファイ
バ、9……圧力容器、10a,10b……シール部、11,19……
ハーフミラー、12a,12b……ウォラストンプリズム、14
……ミラー、15a,15b,15c,15d……光検出器、16……電
子回路および表示部、43……基準ファイバ、53……変換
器、56……圧力板。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an optical fiber pressure sensor of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a general configuration of a conventional optical fiber pressure sensor, and FIG. 3 is a diagram showing pressure P as a sensor fiber length. FIG. 4 is a diagram showing a configuration for converting into a change in the height, FIG. 4 is a configuration diagram of a pressure sensor using a microbend loss, FIG. 5 is a sectional view of a sidehole fiber as a sensor fiber, and FIG.
The figure shows an example of pressure measurement, FIG. 7 shows an example using reflection, FIG. 8 shows an example of a pressure sensor using backward Rayleigh scattering, and FIG. 9 shows another example of a sidehole fiber. FIG. 1 ... Core, 2 ... Clad, 3a, 3b ... Hole, 4 ... Laser light source, 4 '... Pulse light source, 5 ... Polarizer, 6,13 ...
… 1/4 wavelength plate, 7a, 7b …… Lens, 8 …… Sensor fiber, 9 …… Pressure vessel, 10a, 10b …… Seal part, 11,19 ……
Half mirror, 12a, 12b ... Wollaston prism, 14
...... Mirror, 15a, 15b, 15c, 15d ...... Photodetector, 16 ...... Electronic circuit and display, 43 ...... Reference fiber, 53 ...... Transducer, 56 ...... Pressure plate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】クラッド部に一個もしくは複数個の長手方
向に連続した穴を有する一定の長さのサイドホールファ
イバをセンサ部とし、該ファイバの一端から特定の偏光
状態の光を入射するための光源および光学系と、前記サ
イドホールファイバの一端から入射し該ファイバを伝播
した後、該ファイバの他端から出射する光又は入射端へ
もどる光をその偏光状態を含めて検出する光学系、光検
出器および演算部を有することを特徴とする光ファイバ
圧力センサ。
1. A sidehole fiber having a fixed length, which has one or a plurality of holes continuous in the longitudinal direction in a clad portion, is used as a sensor portion, and light of a specific polarization state is incident from one end of the fiber. A light source and an optical system, and an optical system that detects the light emitted from the other end of the side hole fiber or the light returning to the incident end, including its polarization state, after being incident from one end of the side hole fiber and propagating through the fiber, An optical fiber pressure sensor having a detector and an arithmetic unit.
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