JPH08201439A - Optical fiber sensor - Google Patents

Optical fiber sensor

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JPH08201439A
JPH08201439A JP7009606A JP960695A JPH08201439A JP H08201439 A JPH08201439 A JP H08201439A JP 7009606 A JP7009606 A JP 7009606A JP 960695 A JP960695 A JP 960695A JP H08201439 A JPH08201439 A JP H08201439A
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JP
Japan
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light
optical fiber
sensor
optical
sensor section
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JP7009606A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiya Umeda
利也 梅田
Kyoichi Tatsuno
恭市 辰野
Mitsuhiro Igano
光弘 伊賀野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To improve the measurement accuracy of an optical fiber sensor by reducing the fluctuation of the propagating loss, etc., of the sensor caused by the temperature dependency of the sensor. CONSTITUTION: An optical fiber sensor is provided with a light propagating optical fiber 3 which introduces the light emitted from a light source 1 to a sensor section 12, optical element 6 which is provided in the section 12 and changes the polarized state of the light in accordance with the fluctuation of a quantity to be measured, light receiving optical fibers 10 and 11 which introduce the light from the sensor section 12 to detecting sections 13 and 14, and arithmetic means 17 which calculates the quantity to be measured based on the output signals of the light detected at the detecting sections 13 and 14. The core diameter and numerical aperture of the light propagating optical fiber 3 are made smaller than those of the light receiving optical fibers 13 and 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電圧・電流等の物理量
を光の変化量に変換して測定する光ファイバセンサに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber sensor for converting a physical quantity such as voltage or current into a change quantity of light for measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】電圧・電流等の物理量を光に変換して測
定する光ファイバセンサは、電気絶縁性が高くまた電磁
誘導障害にも強いことから様々な分野でその実用化が期
待されている。具体的には、(1)圧電性結晶に電界を
印加したときに、電界強度に比例した屈折率変化が生じ
る(ポッケルス効果)ことを利用した光ファイバ電圧セ
ンサ、(2)磁性体内を直線偏光波が透過する際、光の
進行方向と同一方向に磁界が存在すると偏波面が回転す
る(ファラデー効果)ことを利用した光ファイバ電流セ
ンサ、(3)弾性体内に歪が生ずると屈折率が変化して
複屈折がおきる(光弾性効果)ことを利用した光ファイ
バ圧力センサなどがある。代表的な光ファイバセンサと
しては、昭和61年7月30日オーム社発行「光ファイ
バセンサ」p145 〜p146 の図5.21に示す光ファイバ磁
気センサがある。この光ファイバ磁気センサはファラデ
ー効果を利用したもので、光源(LED)からの照射光
をマルチモードファイバを用いて光ファイバ磁気センサ
のセンサ部に導き、偏光子によって直線偏光波にしたの
ち、ZnSe等の磁性体からなるファラデー素子内部に
おいてその偏光面が印加磁界に応じて回転される。この
ときの回転角θf は、検光子で光強度に変換され、マル
チモードファイバで受光素子(PD)に送られる。い
ま、偏光子と検光子の相対角度を45(deg) とすれば受
光素子面上での光のパワーPは次の(1)式によって表
すことができる。
2. Description of the Related Art Optical fiber sensors for converting physical quantities such as voltage and current into light and measuring them are expected to be put to practical use in various fields because of their high electric insulation and resistance to electromagnetic induction interference. . Specifically, (1) an optical fiber voltage sensor utilizing the fact that when an electric field is applied to a piezoelectric crystal, a refractive index change proportional to the electric field strength occurs (Pockels effect), (2) linear polarization in a magnetic body An optical fiber current sensor that utilizes the fact that the plane of polarization rotates (Faraday effect) when a magnetic field exists in the same direction as the traveling direction of the wave when the wave passes, (3) The refractive index changes when strain occurs in the elastic body Then, there is an optical fiber pressure sensor that utilizes the fact that birefringence occurs (photoelastic effect). As a typical optical fiber sensor, there is an optical fiber magnetic sensor shown in Fig. 5.21 of "optical fiber sensor" p145 to p146 issued by Ohmsha Co., Ltd. on July 30, 1986. This optical fiber magnetic sensor uses the Faraday effect. Light emitted from a light source (LED) is guided to a sensor section of the optical fiber magnetic sensor using a multimode fiber, and a linearly polarized wave is formed by a polarizer, and then ZnSe is used. Inside the Faraday element made of a magnetic material such as, the plane of polarization is rotated according to the applied magnetic field. The rotation angle θf at this time is converted into light intensity by the analyzer and sent to the light receiving element (PD) by the multimode fiber. Now, if the relative angle between the polarizer and the analyzer is 45 (deg), the power P of the light on the light receiving element surface can be expressed by the following equation (1).

【0003】[0003]

【数1】P=P0 (1+ sinθf ) … (1) ここで、P0 は磁界が発生していないときの光強度であ
る。上式から光電変換された信号を測定することにより
印加磁界がわかる。
## EQU1 ## P = P0 (1 + sin θf) (1) where P0 is the light intensity when no magnetic field is generated. The applied magnetic field can be found by measuring the photoelectrically converted signal from the above equation.

【0004】しかしながらこのように構成された光ファ
イバセンサを実用化する上では、次に示すような種々の
問題点が指摘されている。第1には、上記のように構成
されたセンサにおいて使用されている光ファイバは、光
の光量をできるだけ大きくとりたいという理由から、コ
ア径の大きなマルチモードの光ファイバを用いることが
多く、そのコア径の大きさは100 〜200 μm程度のもの
が一般的である。しかしながら、コア径の大きな光ファ
イバを送光用光ファイバとして用いた場合、送光側のビ
ーム径を十分に絞ること(φ1mm 以下)が可能である光
学系を設計することが難しくなるので、結果的に送光側
と受光側の結合損失が悪くなるばかりでなく、その結合
の状態(ビームカップリング)が温度変化によって変わ
ってしまうことにより測定誤差を引き起こしていた。
However, the following various problems have been pointed out in putting the optical fiber sensor thus constructed into practical use. First, the optical fiber used in the sensor configured as described above is often a multimode optical fiber having a large core diameter because it is desired to maximize the amount of light. The core diameter is generally about 100 to 200 μm. However, when an optical fiber with a large core diameter is used as the optical fiber for light transmission, it becomes difficult to design an optical system that can sufficiently narrow the beam diameter on the light transmission side (φ1 mm or less). In addition, not only the coupling loss between the light-transmitting side and the light-receiving side becomes worse, but also the coupling state (beam coupling) changes due to temperature change, which causes a measurement error.

【0005】例えば、光源の波長を850nm 、送光・受光
用光ファイバとしてコア径が100 μm、NAが0.28、光
路長が35mmという条件のもとで設計を行った場合、空間
を伝搬する光ビームの径は約φ1.9mm 、受光用光ファイ
バ端面における光ビームの径は約φ160 μmとなる。も
ちろんビーム径等はレンズの選択等により種々の構成が
考えられるが、センサをできるだけ小さくしたいなどの
理由から、実際には多くの選択肢が望めない。そのた
め、光ビームのすべてを受光することができないので、
結果的に光の結合効率が悪くなる。また、温度変化によ
って光のカップリング状態が変化すれば測定誤差にもつ
ながる。
For example, when a light source has a wavelength of 850 nm, a light-transmitting / receiving optical fiber has a core diameter of 100 μm, an NA of 0.28, and an optical path length of 35 mm, the light propagating in space is designed. The diameter of the beam is about 1.9 mm, and the diameter of the light beam at the end face of the receiving optical fiber is about 160 μm. Of course, various configurations can be considered for the beam diameter and the like depending on the selection of the lens, but in reality, many options cannot be expected because the sensor is desired to be as small as possible. Therefore, it is not possible to receive all of the light beam,
As a result, the light coupling efficiency becomes poor. Further, if the coupling state of light changes due to the temperature change, it may lead to a measurement error.

【0006】第2には、光源の出力変動、光コネクタ損
失、光ファイバの伝送損失が変動すると出力信号がドリ
フトして測定誤差につながることが揚げられる。このよ
うなドリフトを防止するため、各種のドリフト補償法が
提案されている。
Secondly, when the output fluctuation of the light source, the optical connector loss, and the transmission loss of the optical fiber fluctuate, the output signal drifts, leading to a measurement error. In order to prevent such drift, various drift compensation methods have been proposed.

【0007】ドリフト補償法の一例としては、昭和61
年7月30日オーム社発行「光ファイバセンサ」p131
〜p133 の図5.4(c)に示す方法がある。この方法は検光
子から出力される2つの直交する偏光成分を測定し、信
号処理装置部で除算することによって光源の出力変動、
光センサ部の出力変動を除去するものである。この方法
は、光源のドリフトを補償することは可能であるが、実
際にセンサを屋外等において測定したい箇所に敷設する
場合には光コネクタを介して接続する必要がでてくる。
この場合、コネクタ接続部において出力信号のドリフト
が発生してしまうため正確な測定を行うことができなか
った。
As an example of the drift compensation method, 1986
"Optical fiber sensor" issued by Ohmsha Co., Ltd. July 30, p131
There is a method shown in Fig. 5.4 (c) of p133. This method measures the two orthogonal polarization components output from the analyzer and divides them by the signal processing unit to change the output of the light source.
The output fluctuation of the optical sensor unit is removed. This method can compensate for the drift of the light source, but when actually laying the sensor outdoors in a place where it is desired to measure, it becomes necessary to connect it via an optical connector.
In this case, an accurate measurement cannot be performed because the output signal drifts at the connector connecting portion.

【0008】また第3には、センサの温度依存性が上げ
られる。この温度依存性は次の理由により生じている。
偏光子、ファラデー素子、検光子等の光学部品をセンサ
ベース上に固定する方法として、一般的には接着による
方法を用いている。接着による方法を用いる理由として
は光学部品に対して機械的応力を加えないようにするた
めであり、光学部品の接着に使用される接着剤の材質は
エポキシ樹脂系のものが多い。また、光ファイバからの
光を平行ビームにするための送光コリメータやそのビー
ムを受光するための受光コリメータ、光学部品を配置す
るためのセンサベースは、材料の強度を重視してアルミ
やステンレスが用いられている。
Thirdly, the temperature dependence of the sensor is increased. This temperature dependence is caused by the following reasons.
As a method for fixing optical components such as a polarizer, a Faraday element, and an analyzer on the sensor base, a method using adhesion is generally used. The reason why the bonding method is used is to prevent mechanical stress from being applied to the optical component, and the adhesive used for bonding the optical component is often made of epoxy resin. In addition, the light-transmitting collimator for collimating the light from the optical fiber, the light-receiving collimator for receiving the beam, and the sensor base for arranging the optical parts are made of aluminum or stainless steel with emphasis on the strength of the material. It is used.

【0009】上記のような光ファイバセンサは、実験室
レベルにおいてはまずまずの測定精度が得られている
が、実際に測定したい環境、例えば屋外においては、上
述した通りに温度変化に対して出力誤差が大きくなって
しまうために測定器として信頼性がなくなる。
Although the optical fiber sensor as described above has a reasonable measurement accuracy at the laboratory level, in the environment where the user actually wants to measure, for example, outdoors, the output error with respect to the temperature change is as described above. Becomes large, which makes the measuring instrument unreliable.

【0010】ここで、従来の光ファイバセンサの出力特
性が温度変化に依存する理由を述べる。図7は接着剤が
光学部品に対して与える影響を調べるための装置で、特
開平4−188038号公報に記載されている光学素子
評価装置を表すものである。図8は接着剤が光学部品に
対して与える影響を調べるための試料120 である。図7
に示した試料120 は、光学部品として多用されている石
英ガラス121 とセンサベースとしてよく利用されている
ステンレス板122 とをエポキシ系の接着剤123 で接着し
て作成したもので、図7に示す光学素子評価装置を用い
て温度特性を評価する。なお、図7に示した光学素子評
価装置は公知であるため詳細な説明は省略するが、電源
101 、LED102 、レンズ103 、偏光子104 、検光子10
7 、レンズ108 、撮像装置109 、モニタテレビ110 、A
/D変換器111 、演算制御装置112、メモリ装置11
3 、114 、プリンタ115 、微動装置116 から構成さ
れ、この微動装置116 上に図8に示した試料120 を載置
して評価する。
Here, the reason why the output characteristic of the conventional optical fiber sensor depends on the temperature change will be described. FIG. 7 shows an apparatus for investigating the influence of an adhesive on an optical component, and shows an optical element evaluation apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 188038/1992. FIG. 8 shows a sample 120 for investigating the influence of the adhesive on the optical component. Figure 7
Sample 120 shown in Fig. 7 is prepared by bonding quartz glass 121, which is often used as an optical component, and stainless steel plate 122, which is often used as a sensor base, with an epoxy adhesive 123, and is shown in Fig. 7. The temperature characteristics are evaluated using an optical element evaluation device. Since the optical element evaluation device shown in FIG. 7 is publicly known, detailed description thereof will be omitted.
101, LED102, lens 103, polarizer 104, analyzer 10
7, lens 108, imaging device 109, monitor TV 110, A
/ D converter 111, arithmetic and control unit 112, memory unit 11
3, 114, a printer 115, and a fine movement device 116. The sample 120 shown in FIG. 8 is placed on the fine movement device 116 for evaluation.

【0011】評価の結果、温度変化を与えない常温の状
態においても接着剤の硬化収縮によって石英ガラスに歪
が生じている様子がわかり、さらに温度変化を与えると
歪を生じる箇所が広がることが確認できた。このことは
温度変化のみによって光の偏光状態が変化を生じ、セン
サの出力誤差につながることを意味している。
As a result of the evaluation, it was found that the quartz glass was distorted due to the curing shrinkage of the adhesive even in the normal temperature state where the temperature was not changed, and it was confirmed that the point where the distortion was caused was widened when the temperature was further changed. did it. This means that the polarization state of light is changed only by the temperature change, which leads to an output error of the sensor.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、光ファ
イバセンサを実用化する上で種々の問題点が生じてお
り、光ファイバセンサを構成する際、光の光量をできる
だけ多くとろうとしてコア径の大きな光ファイバを用い
ても、結果的には光の結合効率が悪くなってしまうこ
と、光コネクタ部のドリフトを補償できないこと、また
温度変化によって送光側と受光側の光のカップリングの
状態が変化してしまい、測定誤差につながること、また
光学部品をセンサベースに固定する際、エポキシ樹脂系
の接着剤を用いたことによって光学部品に歪が発生して
しまい偏光状態が変わってしまうこと、等により十分な
測定精度が得られないでいた。本発明は上記の問題点を
解決し、光の結合効率が良く、また温度変化に対しても
精度の良い測定が行える光ファイバセンサの提供を目的
とする。
As described above, various problems have occurred in putting the optical fiber sensor into practical use, and when the optical fiber sensor is constructed, the core is tried to maximize the amount of light. Even if an optical fiber with a large diameter is used, the coupling efficiency of the light will eventually deteriorate, the drift of the optical connector cannot be compensated, and the coupling between the light on the sending side and the light on the receiving side due to temperature changes. Changes the state of the optical components, which leads to measurement errors, and when fixing the optical components to the sensor base, the use of epoxy resin adhesive causes distortion in the optical components and changes the polarization state. Due to such problems, it was not possible to obtain sufficient measurement accuracy. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and provide an optical fiber sensor that has good light coupling efficiency and that can perform accurate measurement even with temperature changes.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項1に記載の発明においては、光源から出射さ
れた光をセンサ部まで導く送光用光ファイバと、センサ
部に設けられ被測定量の変化に応じて光の偏光状態を変
える光学素子と、センサ部からの光を検出部まで導く受
光用光ファイバと、検出部において検出された光の出力
信号に基づいて被測定量を演算する演算手段とを備えた
光ファイバセンサにおいて、送光用光ファイバのコア径
および開口数の値を、受光用光ファイバのコア径および
開口数の値よりも小さく設定したことを特徴としてい
る。
In order to solve the above problems, in the invention described in claim 1, the optical fiber for light transmission for guiding the light emitted from the light source to the sensor section and the sensor section are provided. An optical element that changes the polarization state of light according to changes in the quantity to be measured, an optical fiber for receiving light that guides light from the sensor section to the detection section, and a quantity to be measured based on the output signal of the light detected by the detection section. In an optical fiber sensor having a calculating means for calculating, the values of the core diameter and numerical aperture of the light-transmitting optical fiber are set to be smaller than the core diameter and numerical aperture of the light-receiving optical fiber. There is.

【0014】請求項2に記載の発明においては、上記光
ファイバセンサにおいて、光源から出射された光を送光
用光ファイバに入射させる際の入射角の正弦の値を、送
光用光ファイバの開口数の値よりも小さく設定して入射
させるように構成したことを特徴としている。
According to the second aspect of the present invention, in the optical fiber sensor, the sine value of the incident angle when the light emitted from the light source is incident on the optical fiber for light transmission is the value of the optical fiber for light transmission. It is characterized in that it is configured such that the incident light is set smaller than the numerical aperture value.

【0015】請求項3に記載の発明においては、上記光
ファイバセンサにおいて、センサ部から受光用光ファイ
バに光を入射させる際の入射角の正弦の値を、受光用光
ファイバの開口数の値よりも小さく設定して入射させる
ように構成したことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the above optical fiber sensor, the sine value of the incident angle when light is incident on the light receiving optical fiber from the sensor portion is the numerical aperture of the light receiving optical fiber. It is characterized in that it is configured to be set smaller than the above and incident.

【0016】請求項4に記載の発明においては、光源手
段から出射された第1の波長を有する測定光と第2の波
長を有する参照光とをそれぞれ独立にセンサ部まで導く
送光用光ファイバ手段と、センサ部内に設けられ被測定
量の変化に応じて測定光の偏光状態を変える光学素子
と、センサ部内に設けられ光学素子を通過した後の測定
光と送光用光ファイバ手段から導かれた参照光とをそれ
ぞれ第1および第2の偏波光に分離する分離手段と、第
1および第2の偏波光をそれぞれ独立に検出部まで導く
受光用光ファイバ手段と、検出部において検出された第
1および第2の偏波光のそれぞれの出力信号に基づいて
被測定量を演算する演算手段とを備えたことを特徴とし
ている。
According to another aspect of the present invention, a light-transmitting optical fiber that guides the measurement light having the first wavelength and the reference light having the second wavelength emitted from the light source means to the sensor section independently of each other. Means, an optical element provided in the sensor section for changing the polarization state of the measurement light in response to a change in the quantity to be measured, and the measurement light after passing through the optical element provided in the sensor section and the optical fiber means for transmitting light. Separation means for separating the separated reference light into first and second polarized light, respectively, light-receiving optical fiber means for individually guiding the first and second polarized light to the detection section, and detection by the detection section And a calculating means for calculating the measured quantity based on the respective output signals of the first and second polarized lights.

【0017】請求項5に記載の発明においては、光源か
ら出射された光をセンサ部まで導く送光用光ファイバ
と、センサ部に設けられ被測定量の変化に応じて光の偏
光状態を変える光学素子を含む光学部品と、センサ部か
らの光を検出部まで導く受光用光ファイバと、検出部に
おいて検出された光の出力信号に基づいて前記被測定量
の変化を演算する演算手段とを備えた光ファイバセンサ
において、センサ部はベースに対して光学部品をシリコ
ン系接着剤で接着固定して構成されていることを特徴と
している。
According to the fifth aspect of the invention, a light-transmitting optical fiber that guides the light emitted from the light source to the sensor section, and the polarization state of the light that is provided in the sensor section and changes according to the change in the quantity to be measured. An optical component including an optical element, a light-receiving optical fiber that guides light from the sensor unit to the detection unit, and a calculation unit that calculates a change in the measured amount based on an output signal of the light detected by the detection unit. In the provided optical fiber sensor, the sensor unit is characterized in that the optical component is bonded and fixed to the base with a silicone adhesive.

【0018】請求項6に記載の発明においては、上記光
ファイバセンサにおいて、センサ部は光学部品を構成す
る石英ガラスの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するセ
ラミックスから構成されたベースに光学部品を配置して
構成されていることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the above-mentioned optical fiber sensor, the sensor portion has the optical component on a base made of ceramics having a thermal expansion coefficient close to that of quartz glass forming the optical component. It is characterized by being arranged.

【0019】[0019]

【作用】請求項1に記載の発明によれば、送光用光ファ
イバのコア径と開口数の値を、受光用光ファイバのコア
径と開口数の値よりも小さくすることにより、送光側と
受光側の光ビームのカップリングを良くすることができ
る。この時、送光用光ファイバの開口数はできるだけ小
さい方が光学系の設計を行う際に余裕ができるので望ま
しい。それにより光学系の設計が容易となりかつ自由度
が生まれるので、送光ビームを受光用光ファイバの端面
ですべて受光するように設計することができる。また、
このような設計を行うことにより、温度変化によって送
光側と受光側のビームのカップリングが変化することが
あったとしても十分対処することが可能となる。
According to the first aspect of the present invention, the values of the core diameter and the numerical aperture of the light transmitting optical fiber are made smaller than the values of the core diameter and the numerical aperture of the light receiving optical fiber. It is possible to improve the coupling between the light beams on the light receiving side and the light receiving side. At this time, it is desirable that the numerical aperture of the optical fiber for light transmission is as small as possible because it allows a margin when designing the optical system. As a result, the design of the optical system is facilitated and a degree of freedom is created. Therefore, it is possible to design so that the transmitted beam is entirely received by the end face of the receiving optical fiber. Also,
With such a design, even if the coupling between the light-transmitting side beam and the light-receiving side beam changes due to the temperature change, it is possible to sufficiently cope with the change.

【0020】請求項2および請求項3に記載の発明によ
れば、光源から出射された光を送光用光ファイバに入射
させる際の入射角の正弦の値を、送光用光ファイバの開
口数の値よりも小さく設定して入射させるように構成
し、またセンサ部から受光用光ファイバに光を入射させ
る際の入射角の正弦の値を、受光用光ファイバの開口数
の値よりも小さく設定して入射させるように構成してい
るので、光ファイバ自身に温度変化が生じることで発生
する伝搬損失変化を少なくすることができる。
According to the second and third aspects of the invention, the value of the sine of the incident angle when the light emitted from the light source is incident on the light transmitting optical fiber is defined as the aperture of the light transmitting optical fiber. It is configured so that the incident light is set smaller than the numerical value, and the sine value of the incident angle when the light is incident on the receiving optical fiber from the sensor unit is smaller than the numerical aperture of the receiving optical fiber. Since the incident light is set to be small, it is possible to reduce the change in the propagation loss caused by the temperature change in the optical fiber itself.

【0021】請求項4に記載の発明によれば、受光用光
ファイバのコネクタ接続部分における出力変動を補償す
ること、つまり受光用光ファイバのコネクタ接続部分に
おけるドリフトを補償することができる。
According to the fourth aspect of the invention, it is possible to compensate the output fluctuation in the connector connecting portion of the light receiving optical fiber, that is, the drift in the connector connecting portion of the light receiving optical fiber.

【0022】請求項5に記載の発明によれば、光学部品
をベースに接着する際に用いる接着剤として、硬化後も
やわらかいシリコン系の接着剤を用いることにより、光
学部品が接着剤の硬化収縮による歪の影響を受けないよ
うにすることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, by using a soft silicone adhesive even after curing as an adhesive used for adhering the optical component to the base, the optical component cures and shrinks. It is possible to prevent the influence of distortion due to.

【0023】請求項6に記載の発明によれば、光学部品
を配置するベースに用いる材質として、熱膨張係数が光
学部品に多用されている石英ガラスに近い快削性セラミ
ックスを用いることにより熱膨張係数の差をできるだけ
少なくすることができ、光学部品に対して温度変化によ
る応力による割れや歪が生じないようにすることが可能
となる。
According to the sixth aspect of the present invention, the material used for the base on which the optical component is arranged is made of free-cutting ceramics having a thermal expansion coefficient close to that of silica glass, which is widely used for optical components. It is possible to reduce the difference between the coefficients as much as possible, and it is possible to prevent the optical component from being cracked or distorted due to stress due to temperature change.

【0024】[0024]

【実施例】以下に本発明の光ファイバセンサの一実施例
を説明する。 (第1実施例)図1は本発明の光ファイバセンサの第1
実施例を説明するための図で、ファラデ効果を利用して
磁界の大きさを測定するための光ファイバ磁界センサの
概略構成図である。
EXAMPLE An example of the optical fiber sensor of the present invention will be described below. (First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.
It is a figure for explaining an example, and is a schematic structure figure of an optical fiber magnetic field sensor for measuring the size of a magnetic field using a Faraday effect.

【0025】光源1から出射された光は伝送用光ファイ
バ2によってコリメータレンズ18に導かれ平行ビームに
整形される。その平行ビームを球面レンズ19を用いて光
ビームの入射光の開口数(numerical aperture:NA,
入射光のNAについては後に詳細に説明する)が送光用
光ファイバ3の開口数(以下NAと称する)よりも小さ
くなるようにして送光用光ファイバ3に入射させる。
The light emitted from the light source 1 is guided to the collimator lens 18 by the transmission optical fiber 2 and shaped into a parallel beam. A spherical lens 19 is used to collimate the parallel beam, and the incident aperture of the light beam is numerical aperture (NA).
The NA of the incident light will be described later in detail) so that it is smaller than the numerical aperture (hereinafter referred to as NA) of the light transmitting optical fiber 3 and is incident on the light transmitting optical fiber 3.

【0026】そして光ビームは送光用光ファイバ3を介
してセンサ部12に導かれ、コリメータ4により平行ビー
ムに整形され、偏光子5(この偏光子5は省略すること
ができる)、ファラデ素子6を通り、検光子7によって
直交する2つの偏波(P波、S波)に分離され、受光用
光ファイバ10、11に入射される。このように分離された
偏波は受光用光ファイバ10、11によりフォトダイオード
13、14まで導かれフォトダイオード13、14で受光されて
光強度Is 、Ip に変換されて出力される。そしてフォ
トダイオード13、14の出力をアンプ15、16で増幅した
後、信号処理装置17において磁界の強度が演算されて出
力される。
Then, the light beam is guided to the sensor section 12 through the light-transmitting optical fiber 3, shaped into a parallel beam by the collimator 4, a polarizer 5 (this polarizer 5 can be omitted), and a Faraday element. After passing through 6, the light is separated into two polarized waves (P wave and S wave) orthogonal to each other by the analyzer 7, and is incident on the light receiving optical fibers 10 and 11. The polarized light separated in this way is detected by the photodiodes 10 and 11
The light is guided to 13 and 14 and is received by the photodiodes 13 and 14, converted into light intensities Is and Ip and output. After the outputs of the photodiodes 13 and 14 are amplified by the amplifiers 15 and 16, the signal processing device 17 calculates and outputs the magnetic field strength.

【0027】ここで、ファラデ素子6に磁界Hが印加さ
れると、偏光子5を透過した後の直線偏光の偏波面がθ
だけ回転する。このときのファラデ回転角θは次の
(2)式に示すように
When the magnetic field H is applied to the Faraday element 6, the polarization plane of the linearly polarized light after passing through the polarizer 5 is θ.
Just rotate. The Farade rotation angle θ at this time is as shown in the following equation (2).

【0028】[0028]

【数2】θ=VHL … (2) で与えられる。ここでVはファラデ素子のベルデ定数、
Hは光路方向の磁場の強さ、Lはファラデ素子長であ
る。P波、S波の光強度をそれぞれ測定することにより
ファラデ回転角θは次の(3)式に示すように
## EQU2 ## θ = VHL is given by (2). Where V is the Verdet constant of the Faraday element,
H is the strength of the magnetic field in the optical path direction, and L is the Faraday element length. By measuring the light intensities of P wave and S wave, respectively, the Farade rotation angle θ can be calculated as shown in the following equation (3).

【0029】[0029]

【数3】 と求まる。θは(2)式の通り磁場Hに比例するので、
(3)式からθを求めることによって、光ファイバ磁界
センサに印加された磁場Hの大きさを知ることができ
る。
(Equation 3) Is asked. Since θ is proportional to the magnetic field H as shown in equation (2),
By calculating θ from the equation (3), the magnitude of the magnetic field H applied to the optical fiber magnetic field sensor can be known.

【0030】この第1実施例では、光源1から伝送用光
ファイバ2に入射する入射光のNAを送光用光ファイバ
3のNAよりも小さくするための構成として、具体的に
は図2に示すような構成を適用している。光源1から出
射されて伝送用光ファイバ2によって運ばれた光は、コ
リメータレンズ18に導かれ平行ビームに整形され、その
平行ビームを球面レンズ19を用いて絞り込んで送光用光
ファイバ3に入射させる。光ファイバのNAはコアの屈
折率をn1 としクラッドの屈折率をn2 とすると、次の
(4)式に示すように
In the first embodiment, as a configuration for making the NA of the incident light entering the transmission optical fiber 2 from the light source 1 smaller than the NA of the light transmission optical fiber 3, specifically, FIG. The configuration shown is applied. The light emitted from the light source 1 and carried by the transmission optical fiber 2 is guided to the collimator lens 18 and shaped into a parallel beam, which is narrowed down using the spherical lens 19 and is incident on the light transmission optical fiber 3. Let Assuming that the refractive index of the core is n1 and the refractive index of the clad is n2, the NA of the optical fiber is as shown in the following equation (4).

【0031】[0031]

【数4】 と定義される。[Equation 4] Is defined as

【0032】図2の構成を図3に模式的に示すように、
送光用光ファイバ3の端面の中心に球面レンズ19からの
光ビームが入射角θで入射する場合に、この入射角θの
正弦( sinθ)の値(この入射角θの正弦の値を入射光
のNAと称している)が上記の(4)式で定義される送
光用光ファイバ3のNA(図3に示す通り送光用光ファ
イバ3のコア20の屈折率をn1 としクラッド21の屈折率
をn2 )よりも小さくなるように球面レンズ19を設定し
て構成している。このように構成することにより光源1
から送光用光ファイバ3に入射する光量を極めて大きく
とることが可能となる。
As shown schematically in FIG. 3, the configuration of FIG.
When the light beam from the spherical lens 19 is incident on the center of the end face of the light transmitting optical fiber 3 at the incident angle θ, the value of the sine (sin θ) of the incident angle θ (the sine value of the incident angle θ is incident The NA of the light is referred to as the NA of the light. The NA of the light transmitting optical fiber 3 is defined by the above formula (4) (the refractive index of the core 20 of the light transmitting optical fiber 3 is n1 as shown in FIG. The spherical lens 19 is set so that its refractive index becomes smaller than n2). With such a configuration, the light source 1
Therefore, the amount of light incident on the light transmitting optical fiber 3 can be made extremely large.

【0033】また、このような構成に加えて、第1実施
例の光ファイバセンサでは、送光用光ファイバ3のコア
径とNAを受光用光ファイバ10、11のコア径とNAより
小さくなるように構成している。具体的には一例として
送光用光ファイバとしてコア径50μm、NA=0.18 のも
のを、受光用光ファイバとしてコア径200 μm、NA=
0. 5 のものを選択した。この送光・受光用光ファイバ
の組み合わせを用い、光ビームの径が約φ1.3mm 、受光
用光ファイバ端面におけるビーム径がφ57μm、かつ受
光用光ファイバに入射する入射光のNAが0.23となるよ
うに受光用コリメータレンズの焦点距離を設定する。こ
の場合にも模式的に示せば図3に示したものと同様に図
3の球面レンズ19が受光用コリメータレンズに相当し、
図3に示した送光用光ファイバ3が受光用光ファイバ1
0、11に相当する。
In addition to this structure, in the optical fiber sensor of the first embodiment, the core diameter and NA of the light transmitting optical fiber 3 are smaller than the core diameter and NA of the light receiving optical fibers 10 and 11. Is configured as follows. Specifically, as an example, a light-transmitting optical fiber having a core diameter of 50 μm and NA = 0.18, and a light-receiving optical fiber having a core diameter of 200 μm and NA =
I chose the one of 0.5. Using this combination of light-transmitting and light-receiving optical fibers, the diameter of the light beam is approximately 1.3 mm, the beam diameter at the end face of the light-receiving optical fiber is 57 μm, and the NA of the incident light entering the light-receiving optical fiber is 0.23. Thus, the focal length of the light receiving collimator lens is set. In this case as well, if it is schematically shown, the spherical lens 19 of FIG. 3 corresponds to a collimator lens for light reception, similar to that shown in FIG.
The light transmitting optical fiber 3 shown in FIG. 3 is the light receiving optical fiber 1.
Equivalent to 0 and 11.

【0034】このように光学系を設計することで、受光
用光ファイバに入射する光ビームのNA(NA=0.23)
に対して受光用光ファイバのNA(NA=0.5 )を十分
大きくできるので、送光側と受光側の結合状態が多少変
化しても送光側からの光ビームを受光側で余裕を持って
受光することができ、したがって光の結合効率を向上さ
せることができる。
By designing the optical system in this way, the NA of the light beam incident on the receiving optical fiber (NA = 0.23)
On the other hand, since the NA (NA = 0.5) of the optical fiber for receiving light can be made large enough, even if the coupling state of the light-transmitting side and the light-receiving side changes a little, the light beam from the light-transmitting side has a margin on the light-receiving side. It is possible to receive light and thus improve the light coupling efficiency.

【0035】以上のように第1実施例によれば、送光・
受光用光ファイバの配置された環境で温度変化等に起因
した結合状態の変化が生じても、伝搬損失変動が生じな
いようにすることができる。 (第2実施例)以下に本発明の第2実施例を説明する。
As described above, according to the first embodiment,
Even if the coupling state changes due to temperature changes or the like in the environment in which the light-receiving optical fiber is arranged, the propagation loss fluctuation can be prevented. (Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below.

【0036】図4は、本発明の第2実施例に係る光ファ
イバセンサを説明するための図で、ファラデ効果を利用
して磁界の大きさを測定するための光ファイバ磁界セン
サの概略構成図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an optical fiber sensor according to a second embodiment of the present invention, and is a schematic configuration diagram of an optical fiber magnetic field sensor for measuring the magnitude of a magnetic field by using the Farade effect. Is.

【0037】この第2実施例においては、測定光として
用いる光源31(波長λ1 :例えば850nm のLED)から
出射された光を送光用光ファイバ33を介してセンサ部55
に導き、コリメータ34により平行ビームにして、偏光子
35(この偏光子35は省略することができる)、ファラデ
素子36を通し、検光子37により直交する2つの偏波(P
波、S波)に分離し、受光用光ファイバ42,43 に導いて
いる。一方、参照光として用いる光源32(波長λ2 :例
えば650nm のLED)から出射された光を送光用光ファ
イバ41を介してセンサ部55まで導き、検光子37によって
直交する2つの偏波(P波、S波)に分離して、受光用
光ファイバ42,43 に導いている。
In the second embodiment, the light emitted from the light source 31 (wavelength λ1: LED of 850 nm, for example) used as the measurement light is transmitted through the optical fiber 33 for light transmission to the sensor section 55.
The collimator 34 to form a parallel beam,
35 (this polarizer 35 can be omitted), a Faraday element 36, and two polarized waves (P
Wave and S wave), and guides them to the light receiving optical fibers 42 and 43. On the other hand, the light emitted from the light source 32 (wavelength λ2: LED having a wavelength of 650 nm, for example) used as the reference light is guided to the sensor unit 55 via the optical fiber 41 for light transmission, and the two polarized waves (P Wave, S wave) and guides them to the optical fibers 42 and 43 for receiving light.

【0038】受光用光ファイバ42を伝播してきた光はコ
ネクタ46を介して接続された光ファイバ44を経由してダ
イクロイックミラー47に導かれ、波長λ1 のS偏光およ
び波長λ2 のP偏光に分離され、フォトダイオード49,5
0 において受光されて光強度I1s、I2pに変換され
て出力される。同様に、受光用光ファイバ43を伝播して
きた光はコネクタ46を介して接続された光ファイバ45を
経由してダイクロイックミラー48に導かれ、波長λ1 の
P偏光および波長λ2 のS偏光に分離され、フォトダイ
オード51,52 において受光されて光強度I1p、I2s
に変換されて出力される。そしてフォトダイオード49、
50、51、52の出力に基づいて信号処理装置53において磁
界の強度が演算されて出力される。
The light propagating in the light receiving optical fiber 42 is guided to the dichroic mirror 47 via the optical fiber 44 connected through the connector 46, and is separated into S polarized light of wavelength λ1 and P polarized light of wavelength λ2. , Photodiodes 49,5
The light is received at 0, converted into light intensities I1s and I2p, and output. Similarly, the light propagating in the light receiving optical fiber 43 is guided to the dichroic mirror 48 via the optical fiber 45 connected via the connector 46, and is separated into P polarized light of wavelength λ1 and S polarized light of wavelength λ2. , The light intensity I1p, I2s received by the photodiodes 51, 52
Is converted to and output. And the photodiode 49,
Based on the outputs of 50, 51 and 52, the strength of the magnetic field is calculated and output in the signal processing device 53.

【0039】ここで、ファラデ素子36に磁界Hが印加さ
れると、検光子37を透過した後の直線偏光の偏波面がθ
だけ回転する。第1実施例で記載したのと同様にファラ
デ回転角θは(2)式で与えられ、P波、S波の光強度
をそれぞれ測定することによりファラデ回転角θは次の
(5)式の通り
When the magnetic field H is applied to the Faraday element 36, the polarization plane of the linearly polarized light after passing through the analyzer 37 is θ.
Just rotate. As in the first embodiment, the Farade rotation angle θ is given by the equation (2), and the Farade rotation angle θ is calculated by the following equation (5) by measuring the light intensities of the P wave and the S wave, respectively. The street

【0040】[0040]

【数5】 と求まる。θは磁場Hに比例するので、(5)式からθ
を求めることによって磁場Hの大きさを知ることができ
る。
(Equation 5) Is asked. Since θ is proportional to the magnetic field H, from the equation (5), θ
The magnitude of the magnetic field H can be known by finding

【0041】以上のような構成にすれば、受光用光ファ
イバ42,43 やコネクタ46において発生する外乱(温度・
圧力・振動等)によって生じる光強度変動を補償するこ
とができる。例えば、受光用光ファイバ42で発生する外
乱をf1、受光用光ファイバ43で発生する外乱をf2とすれ
ば、
With the above-mentioned structure, the disturbance (temperature / temperature) generated in the light-receiving optical fibers 42, 43 and the connector 46 is generated.
It is possible to compensate for light intensity fluctuation caused by pressure, vibration, etc.). For example, if the disturbance generated in the light receiving optical fiber 42 is f1, and the disturbance generated in the light receiving optical fiber 43 is f2,

【0042】[0042]

【数6】 (Equation 6)

【0043】(6)式のように、外乱f1,f2をキャンセ
ルすることができる。光源の出力変動、送光用光ファイ
バの伝搬損失など受光用光ファイバの前段で発生する出
力変動についてはP波、S波を分離して測定することに
よりすでにキャンセルできているので、第2実施例に示
したドリフト補償構成を用いることによって、より精度
の良い測定が可能となる。 (第3実施例)次に、図5を用いて本発明における第3
実施例について説明する。図5は光ファイバセンサにお
けるコリメータの構成を示す図であり、組立方法に特徴
を有している。コリメータは光ファイバ中を伝搬されて
きた光をレンズを透過させて平行ビームにするために用
いるものであるが、この第3実施例に係る送光用コリメ
ータは、送光用光ファイバ60、光ファイバの芯出しに用
いるフェルール61、レンズ63、これら送光用光ファイバ
60およびレンズ63をシリコン系接着剤64を用いて固定す
るためのコリメータボディ(ベース)62から構成されて
いる。
The disturbances f1 and f2 can be canceled as in the equation (6). The output variation that occurs in the preceding stage of the receiving optical fiber, such as the output variation of the light source and the propagation loss of the transmitting optical fiber, can be already canceled by separating and measuring the P wave and S wave. By using the drift compensation configuration shown in the example, more accurate measurement is possible. (Third Embodiment) Next, referring to FIG. 5, a third embodiment of the present invention will be described.
Examples will be described. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the collimator in the optical fiber sensor, which is characterized by the assembling method. The collimator is used to transmit the light propagating through the optical fiber through the lens into a parallel beam. The light transmitting collimator according to the third embodiment is the light transmitting optical fiber 60, Ferrule 61, lens 63 used for centering the fiber, and these optical fibers for light transmission
It is composed of a collimator body (base) 62 for fixing the lens 60 and the lens 63 with a silicone adhesive 64.

【0044】このような構成において、コリメータボデ
ィ(ベース)62は光学部品(レンズ、偏光子、ファラデ
素子、検光子等)として多用されている石英ガラス(例
えばBK7ガラス:熱膨張係数 7.4×10-6 (/ ℃) )の
熱膨張係数に比較的近い快削性(マシナブル)セラミッ
クス(例えば、住金ホトンセラミックス株式会社製の商
品名「ホトベール」(熱膨張係数 8.5×10-6 (/ ℃)
):ガラス質をマトリックスとし、フッ素金雲母、ジ
ルコニア微結晶を均一に析出させた溶融法から生まれ
る、複合マイカセラミックス、あるいは等)から構成さ
れている。さらにコリメータボディ62にレンズ63を接着
する接着剤として、硬化後も柔らかいシリコン系接着剤
(例えば、硬さ35 (JISA規格) 、引張り強さ30(Kgf/cm
2 ) 程度)64を用いている。
In such a structure, the collimator body (base) 62 is a quartz glass (eg BK7 glass: thermal expansion coefficient 7.4 × 10 ) which is often used as an optical component (lens, polarizer, Farade element, analyzer, etc.). 6 (/ ° C.) relatively close machinable thermal expansion coefficient) (machinable) ceramics (e.g., trade name of Sumitomo Metals ho ton ceramics Co. "Photoveel" (thermal expansion coefficient of 8.5 × 10 -6 (/ ℃)
): Fluorine phlogopite, a composite mica ceramic produced by a melting method in which zirconia microcrystals are uniformly deposited, or the like), using glass as a matrix. Furthermore, as an adhesive to bond the lens 63 to the collimator body 62, a silicone adhesive that is soft even after curing (for example, hardness 35 (JIS A standard), tensile strength 30 (Kgf / cm
2 ) Degree) 64 is used.

【0045】なお、図6に示すようにこの第3実施例に
示した構成と同様に第1実施例および第2実施例で示し
たセンサ部12および55のセンサベース65の材質も快削性
セラミックスを用いるようにすると共に、偏光子5,3
5、ファラデ素子6,36、検光子7,37等の光学部品を
センサベース65に固定する際にもシリコン系接着剤64を
用いるようにすれば、熱膨張係数の差により光学部品に
生じる歪を小さくすることが可能となる。
As shown in FIG. 6, the material of the sensor base 65 of the sensor portions 12 and 55 shown in the first and second embodiments is also free-cutting similarly to the structure shown in the third embodiment. In addition to using ceramics, polarizers 5,3
If the silicon-based adhesive 64 is used also when fixing optical components such as 5, Faraday elements 6, 36, and analyzers 7, 37 to the sensor base 65, distortion caused in the optical components due to the difference in thermal expansion coefficient. Can be reduced.

【0046】以上第1乃至第3の実施例について説明し
たが、これらの実施例を組合わせて光ファイバセンサを
構成することはもちろん、本発明はその要旨を逸脱しな
い範囲において種々変形して実施できるものである。
Although the first to third embodiments have been described above, it is needless to say that the embodiments are combined to form an optical fiber sensor, and the present invention is variously modified without departing from the scope of the invention. It is possible.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
送光・受光用光ファイバに温度変化が加わることによっ
て発生する伝搬損失変動を少なくすることが可能となる
ので、温度特性が良くかつ測定精度の良い光ファイバセ
ンサを提供することができる。また、光源の出力変動や
コネクタ接続損失の温度変動によるドリフトを補償する
ことができ、かつ温度変動により光学部品に対して歪が
生じることによって発生する出力変動をなくすことがで
きるので、測定精度の良い光ファイバセンサを提供する
ことができる。
As described above, according to the present invention,
Since it is possible to reduce the fluctuation of the propagation loss caused by the temperature change applied to the light transmitting / receiving optical fiber, it is possible to provide an optical fiber sensor having good temperature characteristics and good measurement accuracy. Further, it is possible to compensate for the drift of the output of the light source and the temperature fluctuation of the connector connection loss, and it is possible to eliminate the fluctuation of the output caused by the distortion of the optical components due to the temperature fluctuation. A good fiber optic sensor can be provided.

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

【図1】 本発明の光ファイバセンサの第1実施例を示
す概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an optical fiber sensor of the present invention.

【図2】 本発明の光ファイバセンサの第1実施例の要
部を示す概略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a main part of a first embodiment of an optical fiber sensor of the present invention.

【図3】 本発明の光ファイバセンサの第1実施例の要
部を示す概略模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a main part of a first embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.

【図4】 本発明の光ファイバセンサの第2実施例を示
す概略構成図。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the optical fiber sensor of the present invention.

【図5】 本発明の光ファイバセンサの第3実施例の要
部を示す概略構成図。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a main part of a third embodiment of an optical fiber sensor of the present invention.

【図6】 本発明の光ファイバセンサの第3実施例の要
部を示す概略構成図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a main part of a third embodiment of an optical fiber sensor of the present invention.

【図7】 光学素子評価装置の概略構成図。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an optical element evaluation apparatus.

【図8】 図7に示した光学素子評価装置で評価した試
料を示す概略図。
8 is a schematic diagram showing a sample evaluated by the optical element evaluation apparatus shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 伝送用光ファイバ 3 送光用光ファイバ 4 送光用コリメータ 5 偏光子 6 ファラデ素子 7 検光子 8 P波受光コリメータ 9 S波受光コリメータ 10 P波受光用光ファイバ 11 S波受光用光ファイバ 13、14 フォトダイオード 17 信号処理装置 18 コリメータレンズ 19 球面レンズ 31 光源(波長λ1 ) 32 光源(波長λ2 ) 33 送光用光ファイバ 34 送光用コリメータ 35 偏光子 36 ファラデ素子 37 検光子 38 送光用コリメータ 39 受光用コリメータ 40 受光用コリメータ 41 送光用光ファイバ 42、43、44、45 受光用光ファイバ 47、48 ダイクロイックミラー 49、50、51、52 フォトダイオード 53 信号処理装置 60 光ファイバ 61 フェルール 62 コリメータボディ 63 レンズ 64 シリコン系接着剤 1 Light Source 2 Transmission Optical Fiber 3 Transmission Optical Fiber 4 Transmission Collimator 5 Polarizer 6 Farade Element 7 Analyzer 8 P-wave Receiving Collimator 9 S-wave Receiving Collimator 10 P-wave Receiving Optical Fiber 11 S-wave Receiving Light Fibers 13 and 14 Photodiodes 17 Signal processing device 18 Collimator lens 19 Spherical lens 31 Light source (wavelength λ1) 32 Light source (wavelength λ2) 33 Optical fiber for transmitting light 34 Collimator for transmitting light 35 Polarizer 36 Farade element 37 Analyzer 38 Transmitting Light collimator 39 Light receiving collimator 40 Light receiving collimator 41 Light transmitting optical fiber 42, 43, 44, 45 Light receiving optical fiber 47, 48 Dichroic mirror 49, 50, 51, 52 Photodiode 53 Signal processor 60 Optical fiber 61 Ferrule 62 Collimator body 63 Lens 64 Silicone adhesive

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01R 33/032 9307−2G G02B 6/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G01R 33/032 9307-2G G02B 6/00

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源から出射された光をセンサ部まで導く
送光用光ファイバと、前記センサ部に設けられ被測定量
の変化に応じて光の偏光状態を変える光学素子と、前記
センサ部からの光を検出部まで導く受光用光ファイバ
と、前記検出部において検出された前記光の出力信号に
基づいて前記被測定量を演算する演算手段とを備えた光
ファイバセンサにおいて、前記送光用光ファイバのコア
径および開口数の値を、前記受光用光ファイバのコア径
および開口数の値よりも小さく設定したことを特徴とす
る光ファイバセンサ。
1. An optical fiber for transmitting light, which guides light emitted from a light source to a sensor section, an optical element which is provided in the sensor section and changes a polarization state of light according to a change in an amount to be measured, and the sensor section. In the optical fiber sensor including a light-receiving optical fiber that guides light from the detector to the detector, and a calculating unit that calculates the measured amount based on the output signal of the light detected by the detector, An optical fiber sensor, wherein the values of the core diameter and the numerical aperture of the use optical fiber are set to be smaller than the values of the core diameter and the numerical aperture of the light receiving optical fiber.
【請求項2】光源から出射された光をセンサ部まで導く
送光用光ファイバと、前記センサ部に設けられ被測定量
の変化に応じて光の偏光状態を変える光学素子と、前記
センサ部からの光を検出部まで導く受光用光ファイバ
と、前記検出部において検出された前記光の出力信号に
基づいて前記被測定量を演算する演算手段とを備えた光
ファイバセンサにおいて、前記光源から出射された光を
前記送光用光ファイバに入射させる際の入射角の正弦の
値を、前記送光用光ファイバの開口数の値よりも小さく
設定して入射させるように構成したことを特徴とする光
ファイバセンサ。
2. A light-transmitting optical fiber for guiding light emitted from a light source to a sensor section, an optical element provided in the sensor section for changing the polarization state of light according to a change in a measured amount, and the sensor section. From the light source, in an optical fiber sensor including a light receiving optical fiber that guides light from the detector to a detection unit, and a calculation unit that calculates the measured amount based on the output signal of the light detected by the detection unit. The sine value of the incident angle when the emitted light is incident on the light transmitting optical fiber is set to be smaller than the numerical aperture value of the light transmitting optical fiber, and the light is incident. And an optical fiber sensor.
【請求項3】光源から出射された光をセンサ部まで導く
送光用光ファイバと、前記センサ部に設けられ被測定量
の変化に応じて光の偏光状態を変える光学素子と、前記
センサ部からの光を検出部まで導く受光用光ファイバ
と、前記検出部において検出された前記光の出力信号に
基づいて前記被測定量を演算する演算手段とを備えた光
ファイバセンサにおいて、前記センサ部から前記受光用
光ファイバに光を入射させる際の入射角の正弦の値を、
前記受光用光ファイバの開口数の値よりも小さく設定し
て入射させるように構成したことを特徴とする光ファイ
バセンサ。
3. A light-transmitting optical fiber for guiding light emitted from a light source to a sensor section, an optical element provided in the sensor section for changing the polarization state of light according to a change in a measured amount, and the sensor section. An optical fiber sensor including a light-receiving optical fiber that guides light from a detector to a detection unit, and a calculation unit that calculates the measured amount based on an output signal of the light detected by the detection unit. From the sine value of the incident angle when the light is incident on the receiving optical fiber from,
An optical fiber sensor, wherein the optical fiber sensor is configured to be set smaller than a numerical aperture value of the light receiving optical fiber so as to be incident.
【請求項4】光源手段から出射された第1の波長を有す
る測定光と第2の波長を有する参照光とをそれぞれ独立
にセンサ部まで導く送光用光ファイバ手段と、前記セン
サ部内に設けられ被測定量の変化に応じて前記測定光の
偏光状態を変える光学素子と、前記センサ部内に設けら
れ前記光学素子を通過した後の前記測定光と前記送光用
光ファイバ手段から導かれた前記参照光とをそれぞれ第
1および第2の偏波光に分離する分離手段と、前記第1
および第2の偏波光をそれぞれ独立に検出部まで導く受
光用光ファイバ手段と、前記検出部において検出された
第1および第2の偏波光のそれぞれの出力信号に基づい
て前記被測定量を演算する演算手段とを備えたことを特
徴とする光ファイバセンサ。
4. A light-transmitting optical fiber means for independently guiding a measuring light having a first wavelength and a reference light having a second wavelength, which are emitted from a light source means, to a sensor section, and provided in the sensor section. An optical element that changes the polarization state of the measurement light according to a change in the measured amount; and the measurement light that has been provided in the sensor unit and has passed through the optical element and is guided from the optical fiber means for light transmission. Separation means for separating the reference light into first and second polarized lights respectively;
And the light receiving optical fiber means for independently guiding the second polarized light to the detecting section, and the measured quantity is calculated based on the respective output signals of the first and second polarized light detected by the detecting section. An optical fiber sensor, comprising:
【請求項5】光源から出射された光をセンサ部まで導く
送光用光ファイバと、前記センサ部に設けられ被測定量
の変化に応じて光の偏光状態を変える光学素子を含む光
学部品と、前記センサ部からの光を検出部まで導く受光
用光ファイバと、前記検出部において検出された前記光
の出力信号に基づいて前記被測定量を演算する演算手段
とを備えた光ファイバセンサにおいて、前記センサ部は
ベースに対して前記光学部品をシリコン系接着剤で接着
固定して構成されていることを特徴とする光ファイバセ
ンサ。
5. An optical fiber for transmitting light, which guides light emitted from a light source to a sensor section, and an optical component including an optical element, which is provided in the sensor section and changes a polarization state of light according to a change in an amount to be measured. An optical fiber sensor including a light-receiving optical fiber that guides light from the sensor unit to a detection unit, and a calculation unit that calculates the measured amount based on an output signal of the light detected by the detection unit. The optical fiber sensor is characterized in that the sensor unit is configured by adhering and fixing the optical component to a base with a silicone adhesive.
【請求項6】光源から出射された光をセンサ部まで導く
送光用光ファイバと、前記センサ部に設けられ被測定量
の変化に応じて光の偏光状態を変える光学素子を含む光
学部品と、前記センサ部からの光を検出部まで導く受光
用光ファイバと、前記検出部において検出された前記光
の出力信号に基づいて前記被測定量を演算する演算手段
とを備えた光ファイバセンサにおいて、前記センサ部は
前記光学部品を構成する石英ガラスの熱膨張係数に近い
熱膨張係数を有するセラミックスから構成されたベース
に前記光学部品を配置して構成されていることを特徴と
する光ファイバセンサ。
6. An optical component for transmitting light, which guides light emitted from a light source to a sensor section, and an optical component including an optical element which is provided in the sensor section and changes a polarization state of light according to a change in an amount to be measured. An optical fiber sensor including a light-receiving optical fiber that guides light from the sensor unit to a detection unit, and a calculation unit that calculates the measured amount based on an output signal of the light detected by the detection unit. The optical fiber sensor is characterized in that the sensor part is formed by arranging the optical part on a base made of ceramics having a coefficient of thermal expansion close to that of quartz glass forming the optical part. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104111367A (en) * 2014-07-02 2014-10-22 中国西电电气股份有限公司 Ultra-high voltage direct current voltage transformer
KR102153742B1 (en) * 2019-11-25 2020-09-08 한국광기술원 Optical Fiber Based Voltage Sensor and Voltage Monitoring System Using the Same

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CN104111367A (en) * 2014-07-02 2014-10-22 中国西电电气股份有限公司 Ultra-high voltage direct current voltage transformer
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