JPH10141922A - 多点型歪み及び温度センサ - Google Patents
多点型歪み及び温度センサInfo
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- JPH10141922A JPH10141922A JP8300218A JP30021896A JPH10141922A JP H10141922 A JPH10141922 A JP H10141922A JP 8300218 A JP8300218 A JP 8300218A JP 30021896 A JP30021896 A JP 30021896A JP H10141922 A JPH10141922 A JP H10141922A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多点での計測に適し、しかも温度と共に正確
な歪みを計測できる多点型歪み及び温度センサを提供す
る。 【解決手段】 歪みに応じて光反射ピーク波長が変化す
るＦＢＧ１を光ファイバ２に直列に複数挿入し、この光
ファイバ２の一端より各ＦＢＧ１からの特定波長ａの反
射光量をＯＴＤＲで測定すると共に、光ファイバ２中か
らの後方散乱光をＯＴＤＲで測定することにより光ファ
イバ２の長手方向に沿った温度分布を求め、この温度分
布に基づき各ＦＢＧ１の温度依存による反射光量変化分
を補正し、この補正された反射光量から各ＦＢＧ１にお
ける正確な歪み量を求める。
な歪みを計測できる多点型歪み及び温度センサを提供す
る。 【解決手段】 歪みに応じて光反射ピーク波長が変化す
るＦＢＧ１を光ファイバ２に直列に複数挿入し、この光
ファイバ２の一端より各ＦＢＧ１からの特定波長ａの反
射光量をＯＴＤＲで測定すると共に、光ファイバ２中か
らの後方散乱光をＯＴＤＲで測定することにより光ファ
イバ２の長手方向に沿った温度分布を求め、この温度分
布に基づき各ＦＢＧ１の温度依存による反射光量変化分
を補正し、この補正された反射光量から各ＦＢＧ１にお
ける正確な歪み量を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を利用して歪み
を計測する歪みセンサに係り、特に、多点での計測に適
し、しかも温度と共に正確な歪みを計測できる多点型歪
み及び温度センサに関するものである。
を計測する歪みセンサに係り、特に、多点での計測に適
し、しかも温度と共に正確な歪みを計測できる多点型歪
み及び温度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、歪みセンサには、光を利用したも
のや電気的なものなどがある。光を利用した歪みセンサ
としては、光ファイバ中の後方ブルリアン散乱光を検出
することにより、光ファイバの長手方向の歪み分布を計
測するＢＯＴＤＡ（またはＢＯＴＤＲ；Brillouin Opti
cal Time Domain AnalyzerまたはReflectometer ，参考
文献“ブルリアン分光による光ファイバのひずみ分光測
定”，堀口他，信学論，J73-B-I(1990)pp.144-152 ）、
あるいはファイバブラッググレーティング（Fiber Brag
g Grating;以下ＦＢＧと略す）を複数用いることにより
多点計測を可能にしたもの（参考文献“A 60 elements
fiber Bragg grating sensor system ”M.A.Davis et a
l.,OFS-11(Sapporo,Japan,May 1996)Conference Procee
dings,pp.100-103）があり、今日では、これらの歪みセ
ンサは研究開発段階を経ていわゆる第１世代の製品とし
てようやく市販されつつある。
のや電気的なものなどがある。光を利用した歪みセンサ
としては、光ファイバ中の後方ブルリアン散乱光を検出
することにより、光ファイバの長手方向の歪み分布を計
測するＢＯＴＤＡ（またはＢＯＴＤＲ；Brillouin Opti
cal Time Domain AnalyzerまたはReflectometer ，参考
文献“ブルリアン分光による光ファイバのひずみ分光測
定”，堀口他，信学論，J73-B-I(1990)pp.144-152 ）、
あるいはファイバブラッググレーティング（Fiber Brag
g Grating;以下ＦＢＧと略す）を複数用いることにより
多点計測を可能にしたもの（参考文献“A 60 elements
fiber Bragg grating sensor system ”M.A.Davis et a
l.,OFS-11(Sapporo,Japan,May 1996)Conference Procee
dings,pp.100-103）があり、今日では、これらの歪みセ
ンサは研究開発段階を経ていわゆる第１世代の製品とし
てようやく市販されつつある。
【０００３】電気的な歪みセンサとしては、歪みが加わ
ると抵抗値が変化するという歪みゲージが以前から市販
されている。
ると抵抗値が変化するという歪みゲージが以前から市販
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＢＯＴＤＡにしてもＦ
ＢＧによる歪みセンサにしても、歪みに応じて変化する
物理量を光によって測定するものであるが、この歪みを
算出するための物理量が温度によっても変化する。即
ち、ＢＯＴＤＡの場合、ブルリアン周波数のシフト量が
温度によって変化し、ＦＢＧによる歪みセンサの場合、
グレーティングで反射または透過する光のピーク波長が
温度によって変化する。このため、歪み測定の際に周囲
の温度変化があると測定誤差が生じることになる。よっ
て、正確な歪み測定を行うためには、歪みによる物理量
変化と温度による物理量変化とを区別して測定しなけれ
ばならない。
ＢＧによる歪みセンサにしても、歪みに応じて変化する
物理量を光によって測定するものであるが、この歪みを
算出するための物理量が温度によっても変化する。即
ち、ＢＯＴＤＡの場合、ブルリアン周波数のシフト量が
温度によって変化し、ＦＢＧによる歪みセンサの場合、
グレーティングで反射または透過する光のピーク波長が
温度によって変化する。このため、歪み測定の際に周囲
の温度変化があると測定誤差が生じることになる。よっ
て、正確な歪み測定を行うためには、歪みによる物理量
変化と温度による物理量変化とを区別して測定しなけれ
ばならない。
【０００５】ＢＯＴＤＡにおいては上記の問題は解決さ
れていない。ＦＢＧによる歪みセンサにおいては、第１
に、ＦＢＧによる歪み測定ポイントに別途温度計を取り
付け、この温度計による温度で補正をする方法がある
が、多点計測を行う場合には各々の温度計を読取る手段
が複雑で大掛かりなものとなり、実用的でない。第２
に、１箇所の歪み測定ポイントにタイプの異なるＦＢＧ
を複数用いることにより歪みによる変化と温度による変
化とを区別して測定する方法も研究されているが、この
ためには正確な波長測定（０．０１ｎｍ以下の正確さを
要する）を行わなければならず、波長測定手段が複雑で
高価なものとなる。また、なるべく近接した光ファイバ
上にＦＢＧを製作しなくてはならないが、そこで干渉ノ
イズの生ずる可能性があり、さらに製造技術にも精密さ
を要求される。
れていない。ＦＢＧによる歪みセンサにおいては、第１
に、ＦＢＧによる歪み測定ポイントに別途温度計を取り
付け、この温度計による温度で補正をする方法がある
が、多点計測を行う場合には各々の温度計を読取る手段
が複雑で大掛かりなものとなり、実用的でない。第２
に、１箇所の歪み測定ポイントにタイプの異なるＦＢＧ
を複数用いることにより歪みによる変化と温度による変
化とを区別して測定する方法も研究されているが、この
ためには正確な波長測定（０．０１ｎｍ以下の正確さを
要する）を行わなければならず、波長測定手段が複雑で
高価なものとなる。また、なるべく近接した光ファイバ
上にＦＢＧを製作しなくてはならないが、そこで干渉ノ
イズの生ずる可能性があり、さらに製造技術にも精密さ
を要求される。
【０００６】電気的な歪みゲージは、多点計測を行う場
合には測定装置が複雑で大掛かりなものとなり、コスト
もかかるため実用的でない。
合には測定装置が複雑で大掛かりなものとなり、コスト
もかかるため実用的でない。
【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、多点での計測に適し、しかも温度と共に正確な歪み
を計測できる多点型歪み及び温度センサを提供すること
にある。
し、多点での計測に適し、しかも温度と共に正確な歪み
を計測できる多点型歪み及び温度センサを提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、歪みに応じて光反射ピーク波長が変化する
ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を光ファイ
バに直列に複数挿入し、この光ファイバの一端より各Ｆ
ＢＧからの特定波長の反射光量をＯＴＤＲで測定すると
共に、光ファイバ中からの後方散乱光をＯＴＤＲで測定
することにより上記光ファイバの長手方向に沿った温度
分布を求め、この温度分布に基づき各ＦＢＧの温度依存
による反射光量変化分を補正し、この補正された反射光
量から各ＦＢＧにおける歪みを求めるものである。
に本発明は、歪みに応じて光反射ピーク波長が変化する
ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を光ファイ
バに直列に複数挿入し、この光ファイバの一端より各Ｆ
ＢＧからの特定波長の反射光量をＯＴＤＲで測定すると
共に、光ファイバ中からの後方散乱光をＯＴＤＲで測定
することにより上記光ファイバの長手方向に沿った温度
分布を求め、この温度分布に基づき各ＦＢＧの温度依存
による反射光量変化分を補正し、この補正された反射光
量から各ＦＢＧにおける歪みを求めるものである。
【０００９】上記ＦＢＧを挿入した光ファイバを予め測
定することにより反射光量を歪みに応じた成分と温度に
応じた成分との和で表した関係式を求めておき、この関
係式に反射光量及び温度を代入して歪みを求めてもよ
い。
定することにより反射光量を歪みに応じた成分と温度に
応じた成分との和で表した関係式を求めておき、この関
係式に反射光量及び温度を代入して歪みを求めてもよ
い。
【００１０】上記反射光量の測定にはレーリー散乱光を
用い、上記温度分布を求めるための後方散乱光の測定に
はラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光と
を用いてもよい。
用い、上記温度分布を求めるための後方散乱光の測定に
はラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光と
を用いてもよい。
【００１１】上記ＦＢＧを挿入した光ファイバを複数設
け、これら複数の光ファイバを上記ＯＴＤＲの測定器に
切替え用光スイッチを介して接続してもよい。
け、これら複数の光ファイバを上記ＯＴＤＲの測定器に
切替え用光スイッチを介して接続してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００１３】図１に示されるように、本発明の多点型歪
み及び温度センサは、歪みに応じて光反射ピーク波長が
変化するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）１
を光ファイバ２に直列に複数挿入し、この光ファイバの
一端より各ＦＢＧ１からの特定波長の反射光量をＯＴＤ
Ｒで測定すると共に、光ファイバ２中からの後方散乱光
をＯＴＤＲで測定することにより光ファイバ２の長手方
向に沿った温度分布を求め、この温度分布に基づき各Ｆ
ＢＧ１の温度依存による反射光量変化分を補正し、この
補正された反射光量から各ＦＢＧ１における歪みを求め
るようになっている。
み及び温度センサは、歪みに応じて光反射ピーク波長が
変化するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）１
を光ファイバ２に直列に複数挿入し、この光ファイバの
一端より各ＦＢＧ１からの特定波長の反射光量をＯＴＤ
Ｒで測定すると共に、光ファイバ２中からの後方散乱光
をＯＴＤＲで測定することにより光ファイバ２の長手方
向に沿った温度分布を求め、この温度分布に基づき各Ｆ
ＢＧ１の温度依存による反射光量変化分を補正し、この
補正された反射光量から各ＦＢＧ１における歪みを求め
るようになっている。
【００１４】ＦＢＧ１には、例えば図２（ａ）のような
光反射波長特性を持つものを用いる。即ち、横軸に波
長、縦軸に最大値が１となるよう正規化した反射光量を
とった波長対反射光量のグラフにおいて、ＦＢＧ１に歪
みがないとき（ε＝０）には、ある波長で反射光量がピ
ークとなり、波長がピークから遠ざかるにつれて反射光
量が小さくなるため、山型の特性曲線を呈する。ＦＢＧ
１に歪みが加わると、その歪みε１，ε２，…に応じて
前記特性曲線が波長軸に沿って平行移動し、光反射ピー
ク波長がシフトする。この光反射波長特性について特定
の波長ａに関し、横軸に歪み、縦軸に反射率をとった図
２（ｂ）の歪み対反射率のグラフを見ると、歪みが大き
くなるにつれて反射率が高くなっていることが判る。
光反射波長特性を持つものを用いる。即ち、横軸に波
長、縦軸に最大値が１となるよう正規化した反射光量を
とった波長対反射光量のグラフにおいて、ＦＢＧ１に歪
みがないとき（ε＝０）には、ある波長で反射光量がピ
ークとなり、波長がピークから遠ざかるにつれて反射光
量が小さくなるため、山型の特性曲線を呈する。ＦＢＧ
１に歪みが加わると、その歪みε１，ε２，…に応じて
前記特性曲線が波長軸に沿って平行移動し、光反射ピー
ク波長がシフトする。この光反射波長特性について特定
の波長ａに関し、横軸に歪み、縦軸に反射率をとった図
２（ｂ）の歪み対反射率のグラフを見ると、歪みが大き
くなるにつれて反射率が高くなっていることが判る。
【００１５】光ファイバ２の一端には図３に示されるよ
うに、ＯＴＤＲ測定器５を接続する。このＯＴＤＲ測定
器５は、例えば後方ラマン散乱光を検出することにより
光ファイバの長手方向に沿った温度分布を求めることが
できる温度分布センサ（参考文献“長距離型光ファイバ
温度分布センサの開発”，K.Ogawa et al.,Proc.of 5th
Meeting on Lightwave sensing Tecnol.,LST5-25(199
0)pp.139-144 ）である。ただし、光源（図示せず）に
は、後方散乱光の一部の波長が図２における特定の波長
ａになるようなものを用いる。これにより、光ファイバ
の長手方向に沿った温度分布を求めると同時に波長ａに
おけるＯＴＤＲ波形からそれぞれのＦＢＧ１での反射光
量を測定し、歪みを求めることができる。ＯＴＤＲ測定
器５には、歪み及び温度を表示する表示部７が接続され
ている。
うに、ＯＴＤＲ測定器５を接続する。このＯＴＤＲ測定
器５は、例えば後方ラマン散乱光を検出することにより
光ファイバの長手方向に沿った温度分布を求めることが
できる温度分布センサ（参考文献“長距離型光ファイバ
温度分布センサの開発”，K.Ogawa et al.,Proc.of 5th
Meeting on Lightwave sensing Tecnol.,LST5-25(199
0)pp.139-144 ）である。ただし、光源（図示せず）に
は、後方散乱光の一部の波長が図２における特定の波長
ａになるようなものを用いる。これにより、光ファイバ
の長手方向に沿った温度分布を求めると同時に波長ａに
おけるＯＴＤＲ波形からそれぞれのＦＢＧ１での反射光
量を測定し、歪みを求めることができる。ＯＴＤＲ測定
器５には、歪み及び温度を表示する表示部７が接続され
ている。
【００１６】ＯＴＤＲ測定器５で観測されるＯＴＤＲ波
形の概念図を図４に示す。図示されるように横軸に距
離、縦軸に信号強度の対数をとると、光ファイバのみの
場合は、破線で示すように信号強度が距離に対しほぼ直
線的に減少する。光ファイバにＦＢＧを挿入した場合
は、実線で示すように＃１〜＃９の各ＦＢＧにおいて歪
みに応じた光反射の成分が加わっており、ＦＢＧ間では
光ファイバのみの場合と同じ傾きでほぼ直線的に減少す
る。ただし、光反射によって高さｄだけ凸状に盛り上が
った後、直線間に同じ分の落差ｄが生じる。
形の概念図を図４に示す。図示されるように横軸に距
離、縦軸に信号強度の対数をとると、光ファイバのみの
場合は、破線で示すように信号強度が距離に対しほぼ直
線的に減少する。光ファイバにＦＢＧを挿入した場合
は、実線で示すように＃１〜＃９の各ＦＢＧにおいて歪
みに応じた光反射の成分が加わっており、ＦＢＧ間では
光ファイバのみの場合と同じ傾きでほぼ直線的に減少す
る。ただし、光反射によって高さｄだけ凸状に盛り上が
った後、直線間に同じ分の落差ｄが生じる。
【００１７】それぞれのＦＢＧからの反射光量は図２
（ｂ）の歪み対反射率のグラフで示したように、基本的
には歪みに比例して増大するので、反射光量から歪みを
求めることができる。しかし、ＦＢＧの光反射波長特性
は温度にも依存して変化するので、この温度による反射
光量の変化を温度分布センサによって得られた温度情報
で補正する。温度によって変化する反射光量は、予め測
定しておき、ＯＴＤＲ測定器５で観測される反射光量を
逐一補正することにより正確な歪みを算出する。
（ｂ）の歪み対反射率のグラフで示したように、基本的
には歪みに比例して増大するので、反射光量から歪みを
求めることができる。しかし、ＦＢＧの光反射波長特性
は温度にも依存して変化するので、この温度による反射
光量の変化を温度分布センサによって得られた温度情報
で補正する。温度によって変化する反射光量は、予め測
定しておき、ＯＴＤＲ測定器５で観測される反射光量を
逐一補正することにより正確な歪みを算出する。
【００１８】なお、ＦＢＧからの波長ａの反射光量を測
定するＯＴＤＲ測定器には、温度分布センサのＯＴＤＲ
測定器を用いてもよいし、別途に設けたＯＴＤＲ測定器
を用いてもよく、光ファイバに測定光を入射する光源は
同一として、出射側に光学フィルタを設置し、温度測定
用の散乱光を温度分布センサのＯＴＤＲ測定器へ導き、
反射光量測定用の散乱光を別途のＯＴＤＲ測定器に導く
構成としてもよい。
定するＯＴＤＲ測定器には、温度分布センサのＯＴＤＲ
測定器を用いてもよいし、別途に設けたＯＴＤＲ測定器
を用いてもよく、光ファイバに測定光を入射する光源は
同一として、出射側に光学フィルタを設置し、温度測定
用の散乱光を温度分布センサのＯＴＤＲ測定器へ導き、
反射光量測定用の散乱光を別途のＯＴＤＲ測定器に導く
構成としてもよい。
【００１９】また、反射光量の測定にはレーリー散乱光
を用い、温度分布を求めるための後方散乱光の測定には
ラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光とを
用いるのがよい。
を用い、温度分布を求めるための後方散乱光の測定には
ラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光とを
用いるのがよい。
【００２０】次に、光ファイバ２に挿入するＦＢＧ１の
間隔は、測定対象物にもよるが、温度分布センサの距離
分解能が数十センチとすると（参考文献；“Highresolu
tion analogue detection distributed temperature se
nser using deconvolution ”T.Nakamura et al.,OFS-1
1(Sapporo,Japan,May 1996)Conference Proceedings,p
p.526-529 ）、少なくとも１ｍ間隔とすることができ
る。これより短い間隔での計測が必要なときには、例え
ば図５に示されるように、ＦＢＧ１，１間の光ファイバ
２を適当に巻き回すことによって、光ファイバ２の長手
方向に沿った間隔としては温度分布センサの距離分解能
以上を保ちながら、空間的にはそれよりも近接した位置
にＦＢＧ１，１を配置することができる。また、複数個
のＦＢＧ１をひとつの群として互いに近接させて光ファ
イバ２に挿入してもよく、この場合、温度分布センサの
距離分解能中に含まれる複数個のＦＢＧは同一の温度で
あるとして計測することができる。一般に、温度分布セ
ンサの測定ダイナミックレンジは１０ｄＢ程度であるの
で、ＦＢＧの反射率を波長ピーク値で１０％とすれば、
途中の光ファイバロスを考慮しても十数個のＦＢＧを挿
入しての多点計測が可能である。
間隔は、測定対象物にもよるが、温度分布センサの距離
分解能が数十センチとすると（参考文献；“Highresolu
tion analogue detection distributed temperature se
nser using deconvolution ”T.Nakamura et al.,OFS-1
1(Sapporo,Japan,May 1996)Conference Proceedings,p
p.526-529 ）、少なくとも１ｍ間隔とすることができ
る。これより短い間隔での計測が必要なときには、例え
ば図５に示されるように、ＦＢＧ１，１間の光ファイバ
２を適当に巻き回すことによって、光ファイバ２の長手
方向に沿った間隔としては温度分布センサの距離分解能
以上を保ちながら、空間的にはそれよりも近接した位置
にＦＢＧ１，１を配置することができる。また、複数個
のＦＢＧ１をひとつの群として互いに近接させて光ファ
イバ２に挿入してもよく、この場合、温度分布センサの
距離分解能中に含まれる複数個のＦＢＧは同一の温度で
あるとして計測することができる。一般に、温度分布セ
ンサの測定ダイナミックレンジは１０ｄＢ程度であるの
で、ＦＢＧの反射率を波長ピーク値で１０％とすれば、
途中の光ファイバロスを考慮しても十数個のＦＢＧを挿
入しての多点計測が可能である。
【００２１】さて、光ファイバ２の長手方向に沿った温
度分布の測定を行い、さらに波長ａにおけるＯＴＤＲ波
形で各ＦＢＧ１からの反射光量を測定したならば、それ
ぞれのＦＢＧ１での温度による反射光量変化分を補正す
ることにより、歪みのみに対応する反射光量変化を算出
する。個々のＦＢＧ１の反射光量変化量ΔＲは、歪みに
応じた変化量成分と温度に応じた変化量成分との和で表
すことができる。
度分布の測定を行い、さらに波長ａにおけるＯＴＤＲ波
形で各ＦＢＧ１からの反射光量を測定したならば、それ
ぞれのＦＢＧ１での温度による反射光量変化分を補正す
ることにより、歪みのみに対応する反射光量変化を算出
する。個々のＦＢＧ１の反射光量変化量ΔＲは、歪みに
応じた変化量成分と温度に応じた変化量成分との和で表
すことができる。
【００２２】 ΔＲ＝Ｃ1 Δε＋Ｃ2 ΔＴ （１） ただし、Ｃ1 ，Ｃ2 は、それぞれ歪み，温度に対する比
例係数であり、Δεは、歪み変化量であり、ΔＴは、温
度変化量である。ΔＴは、ラマン散乱光などを利用した
前記温度分布センサにより求めることができる。そし
て、比例係数Ｃ1 ，Ｃ2 は、予め測定によって求めてお
いたものである。従って、ΔＲをＯＴＤＲで測定し、上
式に代入することによりΔεを求めることができる。こ
のΔεは、周囲の温度変化に影響されない正確な歪み変
化量である。この歪み変化量よりＦＢＧ１における歪み
を求めることができる。
例係数であり、Δεは、歪み変化量であり、ΔＴは、温
度変化量である。ΔＴは、ラマン散乱光などを利用した
前記温度分布センサにより求めることができる。そし
て、比例係数Ｃ1 ，Ｃ2 は、予め測定によって求めてお
いたものである。従って、ΔＲをＯＴＤＲで測定し、上
式に代入することによりΔεを求めることができる。こ
のΔεは、周囲の温度変化に影響されない正確な歪み変
化量である。この歪み変化量よりＦＢＧ１における歪み
を求めることができる。
【００２３】このようにして求めた歪み及び温度は表示
部７に表示される。表示の形態は、例えば、図６に示さ
れるように、横軸に距離、縦軸に歪み及び温度をとり、
温度分布は折れ線グラフで表し、各ＦＢＧにおける歪み
は棒グラフで表してもよいし、各ＦＢＧの位置に対応さ
せ歪み及び温度の数値を表形式で示してもよい。
部７に表示される。表示の形態は、例えば、図６に示さ
れるように、横軸に距離、縦軸に歪み及び温度をとり、
温度分布は折れ線グラフで表し、各ＦＢＧにおける歪み
は棒グラフで表してもよいし、各ＦＢＧの位置に対応さ
せ歪み及び温度の数値を表形式で示してもよい。
【００２４】図７に、さらに多くの点数での歪み及び温
度計測に適した形態を示す。この測定系では、ＦＢＧ１
を挿入した光ファイバ２を複数本敷設し、これら複数の
光ファイバ２を切替え用光スイッチ６に接続し、この切
替え用光スイッチ６からは１本の光ファイバでＯＴＤＲ
測定器５に接続してある。切替え用光スイッチ６を切り
替えることにより、複数本の光ファイバ２について１台
のＯＴＤＲ測定器５で計測を行うことができる。この場
合、切替え用光スイッチ６の能力に応じて光ファイバ２
を増やすことができ、例えば、数百点での計測が可能と
なる。
度計測に適した形態を示す。この測定系では、ＦＢＧ１
を挿入した光ファイバ２を複数本敷設し、これら複数の
光ファイバ２を切替え用光スイッチ６に接続し、この切
替え用光スイッチ６からは１本の光ファイバでＯＴＤＲ
測定器５に接続してある。切替え用光スイッチ６を切り
替えることにより、複数本の光ファイバ２について１台
のＯＴＤＲ測定器５で計測を行うことができる。この場
合、切替え用光スイッチ６の能力に応じて光ファイバ２
を増やすことができ、例えば、数百点での計測が可能と
なる。
【００２５】本発明の応用としては、例えば、原子力発
電所の設備において、原子炉内に前記ＦＢＧ１を挿入し
た光ファイバ２を布設し、管理者が必要とする原子炉内
壁の歪み及び温度を多点計測して、図６のように表示す
ることができる。
電所の設備において、原子炉内に前記ＦＢＧ１を挿入し
た光ファイバ２を布設し、管理者が必要とする原子炉内
壁の歪み及び温度を多点計測して、図６のように表示す
ることができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００２７】（１）ＦＢＧを光ファイバに直列に複数挿
入したので、この光ファイバの一端より各ＦＢＧからの
反射光量と光ファイバ中からの後方散乱光とを、いずれ
もＯＴＤＲで測定することができ、構成が簡素で多点で
の計測に適している。
入したので、この光ファイバの一端より各ＦＢＧからの
反射光量と光ファイバ中からの後方散乱光とを、いずれ
もＯＴＤＲで測定することができ、構成が簡素で多点で
の計測に適している。
【００２８】（２）歪みと温度とを計測でき、しかもＦ
ＢＧの温度依存による反射光量変化分を補正して歪みを
求めるようにしたので、正確な計測ができる。
ＢＧの温度依存による反射光量変化分を補正して歪みを
求めるようにしたので、正確な計測ができる。
【図１】本発明の一実施形態によるＦＢＧ付き光ファイ
バの構成図である。
バの構成図である。
【図２】本発明に用いるＦＢＧの（ａ）波長対反射光量
グラフ（ｂ）歪み対反射率グラフによる特性図である。
グラフ（ｂ）歪み対反射率グラフによる特性図である。
【図３】本発明による多点型歪み及び温度測定系の構成
図である。
図である。
【図４】本発明により観測されるＯＴＤＲ波形の概念図
である。
である。
【図５】本発明のＦＢＧ付き光ファイバの布設形態を示
す概念図である。
す概念図である。
【図６】本発明で測定した歪み及び温度の表示形態を示
す図である。
す図である。
【図７】本発明による多点型歪み及び温度測定系の構成
図である。
図である。
１ ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ） ２ 光ファイバ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年７月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】ＯＴＤＲ測定器５で観測されるＯＴＤＲ波
形の概念図を図４に示す。図示されるように横軸に距
離、縦軸に信号強度の対数をとると、光ファイバのみの
場合は、破線で示すように信号強度が距離に対しほぼ直
線的に減少する。光ファイバにＦＢＧを挿入した場合
は、実線で示すように＃１〜＃９の各ＦＢＧにおいて歪
みに応じた光反射の成分が加わっており、ＦＢＧ間では
光ファイバのみの場合と同じ傾きでほぼ直線的に減少す
る。
形の概念図を図４に示す。図示されるように横軸に距
離、縦軸に信号強度の対数をとると、光ファイバのみの
場合は、破線で示すように信号強度が距離に対しほぼ直
線的に減少する。光ファイバにＦＢＧを挿入した場合
は、実線で示すように＃１〜＃９の各ＦＢＧにおいて歪
みに応じた光反射の成分が加わっており、ＦＢＧ間では
光ファイバのみの場合と同じ傾きでほぼ直線的に減少す
る。
Claims (4)
- 【請求項１】 歪みに応じて光反射ピーク波長が変化す
るファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を光ファ
イバに直列に複数挿入し、この光ファイバの一端より各
ＦＢＧからの特定波長の反射光量をＯＴＤＲで測定する
と共に、光ファイバ中からの後方散乱光をＯＴＤＲで測
定することにより上記光ファイバの長手方向に沿った温
度分布を求め、この温度分布に基づき各ＦＢＧの温度依
存による反射光量変化分を補正し、この補正された反射
光量から各ＦＢＧにおける歪みを求めることを特徴とす
る多点型歪み及び温度センサ。 - 【請求項２】 上記ＦＢＧを挿入した光ファイバを予め
測定することにより反射光量を歪みに応じた成分と温度
に応じた成分との和で表した関係式を求めておき、この
関係式に反射光量及び温度を代入して歪みを求めること
を特徴とする請求項１記載の多点型歪み及び温度セン
サ。 - 【請求項３】 上記反射光量の測定にはレーリー散乱光
を用い、上記温度分布を求めるための後方散乱光の測定
にはラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光
とを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の多点
型歪み及び温度センサ。 - 【請求項４】 上記ＦＢＧを挿入した光ファイバを複数
設け、これら複数の光ファイバを上記ＯＴＤＲの測定器
に切替え用光スイッチを介して接続することを特徴とす
る請求項１〜３いずれか記載の多点型歪み及び温度セン
サ。
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|---|---|---|---|
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| JP30021896A JP3440721B2 (ja) | 1996-11-12 | 1996-11-12 | 多点型歪み及び温度センサ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3440721B2 JP3440721B2 (ja) | 2003-08-25 |
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| KR102611019B1 (ko) * | 2021-07-30 | 2023-12-07 | (주)지씨아이 | Otdr을 적용한 온도감지장치 |
-
1996
- 1996-11-12 JP JP30021896A patent/JP3440721B2/ja not_active Expired - Fee Related
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