JPH0921694A - カーボンコートファイバを用いた光ファイバセンサ - Google Patents

カーボンコートファイバを用いた光ファイバセンサ

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JPH0921694A
JPH0921694A JP16958195A JP16958195A JPH0921694A JP H0921694 A JPH0921694 A JP H0921694A JP 16958195 A JP16958195 A JP 16958195A JP 16958195 A JP16958195 A JP 16958195A JP H0921694 A JPH0921694 A JP H0921694A
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JP
Japan
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cylinder
fiber
carbon
optical fiber
sensor
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JP16958195A
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English (en)
Inventor
宣之 ▲吉▼武
Noriyuki Yoshitake
Eiji Hishizawa
栄司 菱沢
Yugo Shindo
雄吾 新藤
Riyoutaku Satou
陵沢 佐藤
Koji Dobashi
孝治 土橋
Hiroshi Kamata
弘志 鎌田
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Japan Steel Works Ltd
Oki Electric Industry Co Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
Oki Electric Industry Co Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 円筒に巻回される光ファイバセンサとして、
カーボンコートファイバを用いることにより、従来の光
学部品に接続可能な細径円筒型光ファイバセンサを提供
する。 【構成】 円筒に光ファイバを巻回し、この光ファイバ
による伝搬光の位相変化に基づいて、前記円筒に作用す
る物理量を検出する光ファイバセンサにおいて、前記円
筒2に巻回される光ファイバとしてカーボンコートファ
イバ3を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いて、
音響等の各種物理量を検出する光ファイバセンサに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、円筒の呼吸振動を利用した高感度
円筒型光ファイバセンサが、「G.F.Mcdearm
on“Theoretical Analysis o
f aPush−Pull Fiber−Optic
Hydrophone” Journal of Li
ghtwave Technology,vol.Lt
−5,No.5,pp.647−652,May 19
87」に報告されている。
【0003】この文献に示されるように、音圧により円
筒が呼吸振動すると円筒に巻き付けた光ファイバが伸び
縮みするため、光ファイバ内を伝搬しているレーザ光の
位相が変化する。この音圧に比例したレーザ光の位相変
化量を光の干渉法を利用して検出する構造になってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で光ファイバセンサは、光通信の分野で広く利用されて
いるシングルモードファイバ(コアφ約8μm、クラッ
ドφ125μm)に紫外線硬化樹脂を被覆したファイバ
(φ250μm、以下、UVファイバという)を利用し
てきた。しかし、このUVファイバでは、曲げ損失及び
曲げ強度の制約により曲げ径が小さくできなかった。因
みに、通常、曲げ径はφ80mm以上にせざるをえなか
った。
【0005】したがって、細径の円筒型センサの実現は
困難であった。一方、曲げ損失及び曲げ強度特性を向上
させるために、ファイバ径を細く(例えばクラッドφ8
0μm、コアφ4μm)したファイバ(以下、細径ファ
イバという)がある。この細径ファイバは最小曲げ径が
UVファイバよりも小さく、例えばφ30mm以下の円
筒センサを製作できる。しかし、センサに細径ファイバ
を用いるには、光カプラなどの光ファイバセンサシステ
ムを構成する全ての光学部品を、細径ファイバにする必
要があり、また、細径ファイバを用いた光学部品が一般
的でないため経済的な問題があった。
【0006】本発明は、上記問題点を除去し、円筒に巻
回される光ファイバセンサとして、カーボンコートファ
イバを用いることにより、従来の光学部品に接続可能な
細径円筒型光ファイバセンサを提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 (1)円筒に光ファイバを巻回し、この光ファイバによ
る伝搬光の位相変化に基づいて前記円筒に作用する物理
量を検出する光ファイバセンサにおいて、前記円筒に巻
回される光ファイバとしてカーボンコートファイバを用
いるようにしたものである。
【0008】(2)上記(1)記載の光ファイバセンサ
において、前記円筒は一重円筒型であり、この一重円筒
型の外周面にカーボンコートファイバを巻回するように
したものである。 (3)上記(1)記載の光ファイバセンサにおいて、前
記円筒は、二重円筒型であり、内部円筒と同心円状に配
置される外部円筒からなり、前記内部円筒に巻回される
第1のカーボンコートファイバと、前記外部円筒に巻回
される第2のカーボンコートファイバとを設けるように
したものである。
【0009】(4)上記(3)記載の光ファイバセンサ
において、前記第1のカーボンコートファイバは前記内
部円筒の外面に巻回され、前記第2のカーボンコートフ
ァイバは前記外部円筒の内面に巻回するようにしたもの
である。
【0010】
【作用】
(1)請求項1記載の光ファイバセンサによれば、円筒
に巻回される光ファイバとして、カーボンコートファイ
バを用いることにより、従来の光学部品に接続可能な、
細径(例えば、φ30mm程度)円筒型光ファイバセン
サを構成することができる。
【0011】(2)請求項2記載の光ファイバセンサに
よれば、より簡単な構造の円筒を用い、より簡単なカー
ボンコートファイバの巻回により、細径円筒型光ファイ
バセンサを構成することができる。 (3)請求項3記載の光ファイバセンサによれば、内部
円筒と外部円筒の両方の物理的変位に基づいた光の位相
差を検出することができ、より高感度な物理的変位を検
出することができる。
【0012】(4)請求項4記載の光ファイバセンサに
よれば、外部円筒の外面又は内部円筒の内面にカーボン
コートファイバが露出しないので、外部からの機械的外
力を直接的影響を受け難く、長寿命の細径円筒型光セン
サを構成することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図1は本発明の第1実施例を示す一重
円筒型光ファイバ音響センサの全体構成図である。図1
において、1はセンシング部、2はアルミニウム円筒、
3はカーボンコートファイバ、4は蓋、5はリファレン
ス部、6は光ファイバ、11はレーザ光源、12,13
は光カプラ、14は光/電気変換器(O/E)、15は
復調器である。
【0014】この実施例の場合のセンサは、レーザ光源
11から出力された光を光ファイバセンサに注入した
後、光カプラ12で2つに分け、一方をセンシング光、
もう一方をリファレンス光とし、センシング光を通すカ
ーボンコートファイバ3をアルミニウム円筒2の外表面
に巻き付けたセンシング部1とし、このセンシング部1
のカーボンコートファイバ3と同程度の長さの光ファイ
バ6を束ねたリファレンス部5から成り立つ。アルミニ
ウム円筒2の両端には蓋4が取り付けられており、その
アルミニウム円筒2の内部を空気室にするように構成さ
れている。
【0015】そこで、音波がアルミニウム円筒2に加わ
ると、その円筒2の内と外に圧力差が生じ、その円筒2
及びカーボンコートファイバ3は歪む。この時、リファ
レンス部5の光ファイバ6の長さの変化は起きない。そ
の結果、センシング部1とリファレンス部5を伝わる光
に位相差が生じる。そのセンシング部を通過したセンシ
ング光とリファレンス光を干渉させ、光/電気変換器
(O/E)14でO/E変換すると、O/E出力の位相
も音圧に比例して変化するので、これを復調して音圧を
検出する。
【0016】カーボンコートファイバは、通常のシング
ルモードファイバのクラッド表面にカーボン薄膜(膜厚
0.03〜0.05μm)を被覆し、その上に、さらに
UV硬化型の樹脂を、2層コーティングしたファイバ
(φ250μm)である。このファイバは、曲げに強く
高応力下での長期信頼性が高い。図2にファイバをφ2
0mmの円筒に巻いた時の巻き数と損失の関係について
示す。
【0017】この図において、縦軸は光パワー(d
B)、横軸は巻数(turn)を示している。また、○
はカーボンコートファイバ、●はUVファイバを示して
いる。図2より明らかなように、カーボンコートファイ
バは曲げ径がφ20mmでは巻き数に関係なく損失はな
いが、UVファイバは巻き数とともに損失が増加するこ
とが分かる。これは、曲げによりUVファイバには、マ
イクロクラックが入ったためと考えられる。このため、
UVファイバにおいてはφ20mmでは、損失が大き
く、上記実施例のようなセンサが製作できない。しか
し、カーボンコートファイバであれば、細径の円筒型セ
ンサを作製できる。また、カーボンコートファイバなら
ば、UVファイバの径と等しいため、従来の光学部品に
接続可能である。
【0018】図3は本発明の第2実施例を示す二重円筒
型光ファイバ音響センサの構成図であり、図3(a)は
その二重円筒型光ファイバ音響センサの横断面図、図3
(b)はその二重円筒型光ファイバ音響センサの縦断面
図である。この実施例の二重円筒型光ファイバ音響セン
サは、2つの円筒、つまり、内部円筒21と外部円筒3
1を同心円状に配置し、内部円筒21の外表面には第1
のカーボンコートファイバ22を、外部円筒31の内表
面には第2のカーボンコートファイバ32をそれぞれ巻
き付けてあり、内部円筒21と外部円筒31間の端部に
ドーナツ状の蓋51を有し、内部円筒21と外部円筒3
1間には空気室41が形成されている。
【0019】そこで、この二重円筒型光ファイバ音響セ
ンサに音波が作用すると、外部円筒31と内部円筒21
の内と外には圧力差が生じる。すなわち、内部円筒21
と外部円筒31間には空気室41が存在するために、例
えば、外部円筒31が内側に変形するような力を受けて
歪み、それに応じてカーボンコートファイバ32が縮ん
だ場合は、内部円筒21は、逆に外側に変形するような
力を受け、カーボンコートファイバ32は伸びる。つま
り、外部円筒31と内部円筒21とは、互いに逆方向に
歪み、内部円筒21と外部円筒31に巻き付けられてい
るカーボンコートファイバ22,32も互いに逆方向に
歪むことにより、それらのカーボンコートファイバ中を
伝搬する光に位相差が生じる。この位相差を上記したよ
うに干渉計により検出する仕組みになっている。
【0020】このように、カーボンコートファイバを用
いることにより、UVファイバを用いたセンサより細径
のセンサを構成できる。二重円筒型は、一重円筒型のリ
ファレンス部(音波によりファイバの長さの変化は生じ
ない)をセンシング部(音波によりファイバの長さに変
化が生じる)としたものであって、かつ、内部・外部円
筒の歪みは互いに逆方向となるように構成されている。
したがって、音波によって生じる二重円筒型のファイバ
の長さの変化の差は一重円筒型の場合より大きくなり、
二重円筒型は一重円筒型とほぼ同じ径で、高感度のセン
サとなる。
【0021】また、上記実施例では、内部円筒21の外
面に第1のカーボンコートファイバ22を、外部円筒3
1の内面に第2のカーボンコートファイバ32を巻回す
るようにしているが、内部円筒21の内面及び外部円筒
31の外面に巻回するようにしてもよい。ただし、内部
円筒21の外面に第1のカーボンコートファイバ22
を、外部円筒31の内面に第2のカーボンコートファイ
バ32を巻回する場合には、内部円筒21の内面に第1
のカーボンコートファイバ22が、外部円筒31の外面
に第2のカーボンコートファイバ32が露出しないの
で、外部からの機械的外力による直接的影響を受け難く
い、長寿命の細径円筒型光センサを構成することができ
る。
【0022】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0023】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。 (1)請求項1記載の発明によれば、円筒に巻回される
光ファイバセンサとして、カーボンコートファイバを用
いることにより、従来の光学部品に接続可能な細径(例
えば、φ30mm程度)円筒型光センサを構成すること
ができる。
【0024】(2)請求項2記載の発明によれば、より
簡単な構造の円筒を用い、より簡単なカーボンコートフ
ァイバの巻回により、細径円筒型光センサを構成するこ
とができる。 (3)請求項3記載の発明によれば、内部円筒と外部円
筒の両方の物理的変位に基づいた光の位相差を検出する
ことができ、一重円筒型のものとほぼ同じ径でしかも、
より高感度の物理的変位を検出することができる。
【0025】(4)請求項4記載の発明によれば、内部
円筒の内面及び外部円筒の外面にカーボンコートファイ
バが露出することがないので、外部からの機械的外力に
よる直接的影響を受け難くい長寿命の細径円筒型光セン
サを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す一重円筒型光ファイ
バ音響センサの全体構成図である。
【図2】光ファイバの曲げ損失を示す図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す二重円筒型光ファイ
バ音響センサの構成図である。
【符号の説明】
1 センシング部 2 アルミニウム円筒 3 カーボンコートファイバ 4,51 蓋 5 リファレンス部 6 光ファイバ 11 レーザ 12,13 光カプラ 14 光/電気変換器(O/E) 15 復調器 21 内部円筒 22 第1のカーボンコートファイバ 31 外部円筒 32 第2のカーボンコートファイバ 41 空気室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新藤 雄吾 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 佐藤 陵沢 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 土橋 孝治 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 鎌田 弘志 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒に光ファイバを巻回し、該光ファイ
    バによる伝搬光の位相変化に基づいて前記円筒に作用す
    る物理量を検出する光ファイバセンサにおいて、 前記円筒に巻回される光ファイバとしてカーボンコート
    ファイバを用いることを特徴とするカーボンコートファ
    イバを用いた光ファイバセンサ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のカーボンコートファイバ
    を用いた光ファイバセンサにおいて、前記円筒は一重円
    筒型であり、該一重円筒型の外周面にカーボンコートフ
    ァイバを巻回してなるカーボンコートファイバを用いた
    光ファイバセンサ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のカーボンコートファイバ
    を用いた光ファイバセンサにおいて、前記円筒は、二重
    円筒型であり、内部円筒と同心円状に配置される外部円
    筒からなり、前記内部円筒に巻回される第1のカーボン
    コートファイバと、前記外部円筒に巻回される第2のカ
    ーボンコートファイバとを具備するカーボンコートファ
    イバを用いた光ファイバセンサ。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のカーボンコートファイバ
    を用いた光ファイバセンサにおいて、前記第1のカーボ
    ンコートファイバは前記内部円筒の外面に巻回され、前
    記第2のカーボンコートファイバは前記外部円筒の内面
    に巻回してなるカーボンコートファイバを用いた光ファ
    イバセンサ。
JP16958195A 1995-07-05 1995-07-05 カーボンコートファイバを用いた光ファイバセンサ Pending JPH0921694A (ja)

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19981124