JPS5990025A - 光フアイバセンサ - Google Patents

光フアイバセンサ

Info

Publication number
JPS5990025A
JPS5990025A JP58142392A JP14239283A JPS5990025A JP S5990025 A JPS5990025 A JP S5990025A JP 58142392 A JP58142392 A JP 58142392A JP 14239283 A JP14239283 A JP 14239283A JP S5990025 A JPS5990025 A JP S5990025A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
sensor
length
modes
disturbance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58142392A
Other languages
English (en)
Inventor
リチヤ−ド・エドワ−ド・エプワ−ス
ビンセント・アンドレイ・ハンデレク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Standard Electric Corp
Original Assignee
International Standard Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Standard Electric Corp filed Critical International Standard Electric Corp
Publication of JPS5990025A publication Critical patent/JPS5990025A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G01L1/243—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using means for applying force perpendicular to the fibre axis
    • G01L1/245—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using means for applying force perpendicular to the fibre axis using microbending
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35341—Sensor working in transmission
    • G01D5/35345—Sensor working in transmission using Amplitude variations to detect the measured quantity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
    • G01D5/35374—Particular layout of the fiber
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
    • G01D5/35377—Means for amplifying or modifying the measured quantity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00—Measuring 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
    • G01L11/02—Measuring 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
    • G01L11/025—Measuring 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/14—Mode converters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0128—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects
    • G02F1/0131—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence
    • G02F1/0134—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence in optical waveguides

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術的背景〕 この発明を」、センサに関するものであり、特に光ファ
イバを拾出素子として使用１．たセンサに関するもので
ある。
圧力或は振動等の力を検出イたｉＪ瀘Ｉ（１１定するた
めの押々の方法および装置１”１がすでに知られでいる
。しかしなから、この形式の１！イ、に知られた方法お
よび装置についての粁験によＩ＋ばそれらは正確度、感
度式Ｕｊ−その両者に１夕１シて所望のものにはるかに
及ばないものである。
〔発ψ］の概四〕
したがって、この発明の一般的な目的１．１介行技術の
欠点を避けることである。
さらに説明ずれに１：、この発明の目的Ｃまこの形式の
通常の装置の欠点を有していない力の大きさを測定する
装置６を提供することである。
この発明の別の目的ケ３向給される力の僅かな変化でさ
えも正確に測定することができるようにこの形式の装置
ｒ５を構成することである。
この発明のさらに別の目的幻、比較的構造か簡単で、製
造が廉価で、使用が容易であυ、それにも拘らず１１の
作の信頼性の高い上述の形式の装置を構成することであ
る。
このつ６明の付随的な目的（ｔ１５°、“４ｍ二のｉ［
三確度および感度で力の太き憾を１ｌｌＪ定する方法を
開発ずろことでを）る。
これらの目的および以上の説、１９４から１４１１かに
されるその他の目的を１′ｔｌｉ成する〃−めにこの発
ゆＪの！１ケ徴とするところＱま、少なくともその第１
の長さのイ！１１域に沿って２つのモード或け、１つの
モードの２つの偏光を伝播できろイ１り改の光ファイバ
７ｉ％波体と、モード間またＱ」、偏光間の結合をｎＪ
能に−Ｊる予めゲ仁められたム勺ンノウ赦（（おいて２
つのモード間貰た偏光間のビート長と一致する周期でそ
の長色に？１１っで周期的に検知さＩ′Ｌるべき擾乱に
応じて光ファイバの第１の長さのｔｒ（域を機械的に変
形する手段とをＡ備し、ｒ六相中前記光ファイバ導波体
中に入力される光・Ｐワーにおける結合のイ酋出カ月ｔ
２乱の検知に対尾、する如く構成づれているセンサの構
成に、ＩＪ、る。
このぎｉ’；　＠ＩＪの１卯様姉よＪＪ、は力発さに沿
って検知素子を構成する（Ｈ（：分を４７する。）゛０
ファイバを備え。
検知素子において使用中にそこに入射された光ノ９ワー
の光ファイバによシ伝播される２つのモードまたは１つ
のモードの２つの偏光間の結合が検知素子に作用する検
知されるべき外部擾乱に応じて変調される分布光ファイ
バセンサケーブルが提供される。
この発明の別の態様によれば、光源と、光検出器と光源
および光検出器間を結合する光ファイバとを備え、光フ
ァイバの１以上の部分が検知素子となるように構成され
、使用時に入射する光パワーの光７アイパによって伝播
される２つのモードまたは１つのモードの２つの偏光間
の結合が検知素子に作用する検知されるべき外部擾乱に
応じてに潤されるセンサ装置が提供される。
〔発明の実施例〕
上述の、およびその他のこの発明の特徴および目的は添
付図面を参照した以下の説明によシさらに明らかにされ
よう。
階段屈折率マルチモード光ファイバにおいてはその伝播
するモードの、伝播定数は横断（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ
）モード（モード分散）ま艙蝙光（偏光分散）の相違に
よる異なる伝播速度の結果として異なっている。第１ａ
図はゼロおよび１次横断モードの正規化された伝播定数
（β）が正規化された周波数（■値）によって変化する
状態および周波数による伝播定数の差（Δβ）の変化の
状況が示されている。第１ｂ図は、もしも光ファイバか
複屈折性であるならば、基本モードが２つの直交偏光モ
ードに分れ、伝播定数中のその差Δβも光周波数と共に
変化することを示している。
形状が良好に制限された光フアイバ導波体では伝播する
２つのモード間ではそれらの伝播定数間の差が非常に小
さくＡば非常に僅かの結合しか生じない。しかしながら
、もしも伝播定数β！およびβ！を持つ２つのモードを
有する光ファイバ１の成る区間が第３図に示されるよう
な適当な波状の起伏を有する支持体２に対して光ファイ
バｌを圧迫する例えば圧力や振動のような矢印Ｐで示さ
れる外部擾乱の効果によシ生じる第２図に示された２つ
のモード間のビート長に一致している長さ方向の周期的
位置で起伏するその長さに沿った物理的変形をジけるな
らば、効率のよいモード結合が行われる。ビート長は２
つのモードが互に１波長だけスリラグする光ファイバの
長さであり、Δβに反比例する。
モード間のビート長は光の周波数と共に変化する。した
がってモード結合はビート長と擾乱長が一致する光周波
数でのみ生じる。擾乱長は起伏または変形の周期である
。他の周波数では結合は発生しない。周波数選択性は全
体の長さを増加することによって最大にされることがで
き、かつ周期的変形の振幅を最小にすることによって最
大にされることができる。ただし、長さを大にするとは
周期的に変形された区間の周期性を太きぐすることでは
ない。
し、たがって、特に第３図に示すように圧力変化或は振
動を検出するためのセンサは成る長さの光ファイバで構
成することかでき、その区間１は、例えば区間１と支持
体２が液体中に配置された時に、液体中の圧力の変化が
支持体に対する光ファイバの区間１の変形における対応
した変化および光ファイバの伝播するモード間の対応す
る変化を生じるように周期的に起伏のある支持体２に対
向して置かれる。使用される特定の光周波数は支持体２
の起伏の周期に依存する。特定の光周波数におけるモー
ド間の結合の量はしだがって擾乱の大きさの尺度である
。典型的には結合ｔｙ３ｚは光ファイバ１の出力端にお
けるモード選択フィルタおよび検出器によシ測定される
。その装置は必要ならば圧力その他の擾乱に関して直接
較正されてもよい。
第３図はそのセンサ領域における光ファイバの必要な起
伏のある支持体を得るための基本的な装置のみを示して
いる。しかしながら、３で示すように光ファイバの区間
１は保護層３によシ擾乱を供給する媒体と直接接触しな
いように保護されていることが好ましい。この保護層３
はまた擾乱Ｐを光ファイバに伝達供給する。
そのような起伏支持体光フアイバセンサの種種の実施例
を以下第４．５．６および７図を参照に説明する。第４
ａ図および第４ｂ図には直径が長手方向で周期的に変化
している円筒状支持体５の表面に沿って長手方向に配置
された光７アイパ４を備えたセンサが示されている。ポ
リプロピレン或はシリコーンゴムのような弾性材料の円
筒状スリーブ６（第４ａ図では示されていない）は光フ
ァイバ４をその位置に保持するように作用し、かつそれ
を保護している。スリーブ６上に作用する圧力の変調は
したがって光ファイバ４を伝播するモード間の結合の大
きさを変調する。その代シにこの構造を逆にしてスリー
ブが硬い材料で作られ、その内面に起伏が設けられ、支
持体５が柔軟性の材料で作られ、光ファイバがスリーブ
によって変形されることができるようＫするためにスリ
ーブに加えられた圧力に応答できるようにしてもよい。
さらに。
スリーブと支持体の両者に起伏を設けられている構造も
考えることができる。第４ａ図および４ｂ図に示された
支持体の周期的な直径変化は適当な機械加工によって行
うことができ、或はその代シに第５図に示すように円筒
状主支持体８に円形断面の線７のような適当な断面の細
長い部材をらせん状に巻き付けることによって行うこと
ができる。次いで光ファイバ９が主支持体８の縦方向に
線７の巻回部を横切って載置され、可撓性のスリーブ（
図示せず）ｌｃ、ｌ：Ｄそこに保持されることができる
。主支持体８はナイロン成形体でよく、線７は鋼線でよ
い。第４図および第５図に示されたような支持体の周期
的な直径変化と長手方向の光ファイバを使用する代りに
光ファイバ１３は第６図および第７図に示すように適当
に成形された支持体にらせん状に巻回されてもよい。そ
の場合にも外部スリーブ（図示せず）を使用することが
できる。第６図では支持体ｌＯはスプライン軸のように
縦方向に延在する溝が設けられている。第７図では円筒
状支持体１ノは線その他の適当な断面の細長い部材の撚
線層１２を設けられ−Ｃいる。第４図について説明した
ようにスリーブが使用される時、これらの構造はまた逆
にさねでもよい・すなわち、周期的構造がスリーブの内
側に設けられ、それと柔軟な支持体との間に光ファイバ
が配置されてもよい。
今迄個々のセンサのみ忙ついて説明したが。
それらが使用するモード結合の周波数依存性はいわゆる
分布センサが同じ基本技術を使用して容易に構成できる
ことを意味している。分布センサにおいては複数の検知
素子が線に沿って分布し、素子によシ検知された・やラ
メータを表示するために適当な装置に接続される。その
ような分布センサは上述のようなモード結合光ファイバ
センサによって構成されることができる。
光フアイバ分布センサの１実施例は複数の局部的なセン
サ領域を有する成る長さの光ファイバで構成され、それ
らセンサ領域はそれぞれ上述の構造のセンサにより形成
されている。例えば光ファイバの長さに沿った不連続の
インターバルにおいて光ファイバはそれぞｉ１支持体と
スリーブとの間に位置しており、それらは互に共同しで
外部擾乱、例えばセンサが配置されている液体の液体圧
力に応じて光ファイバを変形させる。したがって光ファ
イバはセンサ素子として作用すると共にセンサ素子を連
結する手段としても作用する。
局部的なセンサ領域を有する光フアイバ分布センサは成
るインターバルで光ファイバのコア１４の直径を階段的
に増大、減少させ（第８図参照）、それＫよって１５の
ような検知領域が２つのモードを伝播させることができ
、一方検知領域と検知領域との中間の領域ノロは伝送の
目的のみに使用される単一モード領域であるように構成
することもできる。検知領域１５はそれぞれ上述のよう
な支持体およびスリーブを、例えば検知すべき外部擾乱
（・て応じてそれらを変形するために設けられる。単一
モード２偏光面光ファイバにおいては、検知領域は比較
的高い複屈折を有する領域によｐ構成され、他の領域け
比較的低い複屈折のもので栴成される。
以上説明した分布光ファイバセンサは単一光周波数で動
作し、したがって平均信号のみが出力する。しかしなが
らモード結合の周波数依存性は異なる検知領域を識別す
る／でめに有効に使用されることができる。基本的には
分布光ファイバセンサ（センサケーブル）の各センサ領
域は特定の、他のセンサ領域とは異なる光周波数でのみ
モード結合を生成することができ、それ故センサケーブ
ルの長手方向洗沿った別々の位置は異なる光周波数の使
用により簡単に識別される。
そのような領域の識別はその長さ方向に沿って一様な特
性、例えば一定の直径、楕円率等を有する光ファイバを
使用することおよび異なる擾乱周期（起伏の周期）を与
え、したがってモード結合のために異なるビート長およ
び対応する異なる光周波数を必要とするスリーブ、支持
体構造を使用することによって行うことができる。その
代シに単一の擾乱周期を使用するがその長さ方向の光フ
ァイバのビート長を変え、それ故人なる検知領域がそれ
と関係する異なるビート長を有するようにすることによ
って領域の識別を行うこともできる。これは直径、屈折
率グロフィル、楕円率或は応力で誘起する複屈折がその
長さに沿って連続的にまたは成るインターバルで故意に
変化されている光ファイ・々を使用することによって達
成される。
第９図はゼロまたは第１次モードの正規化された伝播定
数が同じ擾乱周期でチー・や−を有する光フアイバノア
の２個の異なる領域Ｉおよび■に対して光角周波数ωに
よシどのように変化するかを示しておシ、したがって２
つの領域を異なる光角周波数ωｌおよびω２を使用する
ことによシ識別できることを示している。
上述の領域識別構造の一方或は両方を使用して分布セン
サケ−グルを得ることができる。それにおいてケーブル
の特定の領域は特定の光周波数における結合を測定する
ことにより識別することができる。広帯域レーザ光源お
よび例えば回折格子やノリズムのような周波数分散素子
をフォトダイオードの線形アレイと共に使用してセンサ
ケーブルの多数の独立した領域における同時検知を行う
ことが可能である。その代シに、光ファイ・ぐ波長多重
化部品が使用され、特定の検知領域からの信号をデマル
チプレクスしてもよい。センサは事実分布されているか
ら。
線形アレイは離れだ形態でよい。すなわち、センサ素子
は検知された信号の位相を検出できるから、フェイズド
アレイ（ｐｈａｓｅｄ　ａｒｒａｙ）検出を生成するよ
うに検知信号を処理することができる。レーダおよび無
線通信用として使用されているのと類似した技術が感度
の強調された指向性ローブ、いわゆる「ビームフォーミ
ング」センサを形成するために使用されてもよい。その
ようなセンサが水のような媒質中で使用される時、全範
囲のビーム指向性技術が可能である。
この発明を圧力変化或は振動の検出に関連して説明した
が、この発明は、検知光ファイノ々および、またはその
支持および擾乱構造の小さな物理的変位を生ぜしめる任
意の擾乱効果の検知に適用可能である。例えば高い熱膨
張係数の支持体が温度の検出に使用でき、また磁気ひず
みスリーブが磁界の検出に使用できた。
以上、この発明の原理を特定の装置と関連して説明した
が、この説明は単なる例示に過ぎないものであって、特
許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を制限する
ものでないことを明確に理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図および第１ｂ図は正規化周波数に対する伝播定
数の変化を示すグラフであシ、第２図は２つのモード間
の結合のだめのビート長を示す。第３図は外部擾乱によ
り光ファイバの周期的変形を得るための基本的装置の断
面図、第４ａ図および第４ｂ図はそれぞれこの発明の１
実施例のセンサの斜視図および断面図、第５図。 第６図および第７図はこの発明の別の実施例のセンサの
斜視図、第８図は第４ａ図乃至第７図のセンサに使用で
きる光フアイバ構造の縦断面図、第９図はチー・や−を
有する光ファイバに対する光角周波数と正規化伝播定数
の変化との関係を示せグラフである。 １．４．１３・・光ファイバ、２，５．１０・・・支持
体、３，６　スリーブ、７・・・線、１２・・・撚線層
、ノ４・・・コア、１７・・・テーパーを治する光ファ
イバ。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦■、事件の表
示 牛ｈ１も！ｌ！　ｔｌ（１５８−１４２：３９２　号２
、発明の名札・ 光　）　ン　　イ　　バ　セ　　ン　　リー３、補正を
する者 事件との関係　　　特Ｗ１出り人 インターナショナル・ヌタンタートー エレクトリック・コーボレイション ４、代理人 住所　東京都港区虎ノ門］　４′ｒ：Ｉ２６ｆＩｔ５号
　第１７宵ビル５、補止６；　４．Ｑ　＋　ｌ−，１刊
Ｉｆｆ（ＫＩＪ　５５年１１月２９Ｌ１６　補１にの対
象 図　　　１ｆ＋１ ７、補止の内容　　別紙のｊｕｔり 図面の６１ｍ（内容に変更〕ｘし、）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　　少なくともイの予め定めしわた１（さの領域
    に沿って２つのモード或は１つのモードの２つの偏光を
    伝播できる構成の光）アイ・々と、モード間またし１偏
    ）ｖ二間の結合を可能にする如く予め定められたｙ（：
    周波数において２つのモード間まだ偏光間のビート長と
    一致した周期でその長さに沿って周期的位置で検知さ）
    ７るべき４６ｖ乱に応じて前記光ファイバの予め定めら
    れた長さの領域を機械的に変形する手段とを具備し、（
    中相中前記光ファイバ中に入力される光・Ｐワーにおけ
    る結合の検出が擾乱の検知に対応する如く構成されてい
    るセンサ。 （２）結合の程黒が擾乱の尺度を与える如く構成されて
    いる特Ｈ’Ｆ請求の範囲第１項記載のセンサ。 （：（）光ファイバを機械的に変形する手段は、ゲＣフ
    ァイバの第１の長さの領域がそれらの間に配置されてい
    る第１訃よび第２の支持手段を具備し、これら第１およ
    び第２の支持手段の少なくとも一方はそＩ＋、ら椙１と
    第２の支持手段力月麟乱により共に月ユ迫さＩｌた時に
    尤ファイバの周期的位１６におりる変形を与える形状で
    ある特許請求の範囲第１項記載のセンサ。 （４）前記第１の支持手段がその長手方向で直径が周間
    的に変化している円筒状支持体からなり、直径変化の周
    期仁１、ｎｉｌ記ビート長と一致してお９．前記光ファ
    イバの予め定められた長さの領域は前記円筒状支持体の
    長手方向に沿って値かノ１ており、前記第２の支持手段
    ｔ」、この円筒状支持体上に僅かれた前記光ファイバの
    予め定められた長さの領域をその位楢゛に保持するスリ
    ーブを含み、その上に使用時に捗乱が作用する如く構成
    されでいる４’ケ許請求の市１．　ＩＪＨ第３項記載の
    センサ。 （５）前記第１の支持手段が円筒状支持体を備え、第１
    の支持手段の長手方向に沿って配置〆Ｊされた前ｉ［：
    光ファイバの予め定められ／こ（Ｑ’、ｊ域の変形のだ
    めの前ｈＥ）ビート長と一致する周期を有する起伏のＡ
    ′・る表面を与えるようにＦ１１１記円筒状支持陣上に
    ＃４＋１長いｆ＜１（月がら−Ｖ、ん状に巻き伺りられ
    ており、ｊｊｌ　Ｍ１２小２の支持手段υ１框１の支持
    手段上にｎｌｉ記）“Ｃ４ノアイ・ぐの予め定めらＩ−
    ＋た長きの領域を保持するスリーブを備えその」二に使
    用時に擾乱が作用する如く構成されている１１ケ訂請求
    の範囲第３項記載のセンサ。 （６）前記光ファイバを機械的に変形ずろ手［夕し１．
    細長い支持１Ｆを具備し、そのｌｉ＝？Ｚ前記光ファイ
    バの予め定められた長さの領域から、１Ｌん状に巻き付
    りられている特許請求の１ｌｉｉχ囲第１項ＭＬ：　Ｉ
    ｆυのセンサ。 （７〕　　前ｔｉＬ”細長い支持体は擾乱により前記光
    ファイバがそれに押１．伺けられる時に光ファイバ１て
    周期的な変形を与えるように光ファイバに対する起伏の
    ある表面を与えている％許ｆ’ｔｌ’Ｊ求の範囲第６　
    ＪＢ記載のセン−ν′。 （８）細長い支持体がスフ°ライン軸を含んでいる７１
    ｆ許ｎＹｆ求の呻、間第７す’ｊ　ＭＬ’代のセンサ。 （９）細長い支持体が円筒状の本体とこの円筒状庫体上
    に配置１夕いれた多数の細長いｆＸ１〜月を含む撚線層
    とを備えている竹ｉｉ′ｌ’　Ｉｉ＾求のイリ）、囲ｈ
    ’ｓ　７　Ｊ：Ｉ”ｌ記載のセンサ。 （ＩＩ］　　前記光ファイバを（幾械的に変形する手段
    は細長い支持体上に巻かれた光ノアイノＺの予め定めら
    れた長さの領域を覆って配ＩＩ４されたスリーブ部利を
    含んでいる特許請求の範囲 載のセンサ。 （１】）　　前Ｈ＋．’＝　＋ｋｌｌｌ長い支持１１、
    し柔軟性のものであり、前記光ファイバを機械的に変形
    すイ）手段はそのｎｌｉ長い支持体上に巻かれた前記光
    ファイ・ぐの予め定められた長芒の領域上に配置された
    スリーブ部材をｌｉｆｆｉえ、このスリーブｔ″ｌ＋＋
    　４Ａは擾乱によシ押しイ」けられた時に光ファイバの
    周期的変形を−りえるように）′（：ファイバの表面に
    メ１１−て起伏のある表面を与える如く構成されでいる
    特許請求の範囲第６項記載のセンサ。 Ｑη　前記光ファイバは前記予め与えられた長官の領域
    の両＋！，４れ一テール部分簑有｛７，それらテール部
    分は共面中一モ〜ドまに．ｌＪ、１オ吊光を伝播する如
    ＜　＃４’ｆ　ｎＶ，されているｉＪｒ訂請求のｒ．・
    ｊ，間第Ｊ項記載のセンサ。 旧　光−、７　ア４−＜が複数の｝め定めらノ１，た長
    さの領域およびそれら予め定められた長さの領域を月）
    １１次３＋１４結している連結領域を｛ｉ：’ｆｉズ、
    少なくとも前記予め定めらｔｌたＪｉもさの１１１１域
    Ｑ，！、２つのモード寸たけ１つのモードの２つの１｛
    ）光ケ伝播できる如＜　４ｔｌ成され、２つのモード間
    ま／こｉｊイ［１４光間のビートＬ（と一致ずる周期を
    ぞＩｌぞＪｉ有してぞれらそｉｌぞれの長さに沿って周
    Ｊ１１１的に検知烙れるべき擾乱Ｖ＜’ｌ　ＬＮ．、１
    ，で前記光ファイバの予め定められた長さの領域をそれ
    ぞれ機械的に９℃形する手段を具備していろ分布センー
    リとし７で｛１゛ｑ成されている特許請求の範囲泥］　
    、ｊｉ１記ｉｉＩＪ，のセンサ。 ０７０　　センサ素子として動作１る部分の借造か同一
    でを・リ、９Ｙ；ファイ／’Ｆのパラメータがその長さ
    に沿って実質士一定である判許詰求のｉ扼間第１３項Ｍ
    Ｌ載のセンーリ。 （１９　　結合のための異なる予め定められた光周波数
    が各センサ索子とｌｊｌ，ｌ係シ２゛τ−いる特許請求
    のＲ・１』囲第】３↓［１８１月代のセンサ。 （１６　光ファイバの・？ラメータがその長さに沿っで
    実質」一一定であり，前記−）゛Ｌファイバの予め定め
    られた長さの領域を機械的に変形する手段が検知素子間
    で順次異なるものとされている特ｒ＋’［ＭｔＸ求の範
    囲第１５珀配−戊のセンν゛。 θカ　光ファイバの少なくとも１つの・ぐラメータがそ
    の長さに沿って変化され、前記別々のセンサ素子の）Ｃ
    、ファイバの予め定められた長さの領域をち■械的に変
    形する手段が実Ｈｉ′（上回−である特Ｒ′［請求の１
    ・ＩＪ、間第１５項記載のセンサ。 ０１３１　　光ファイバの小なくとも１つのパラメータ
    ／ハその長さに沿って変化沁れ、ｎｌｉ　ｆｔｉ．：別
    々のセンサ素子の光ファイバの予め７ビめられた長さの
    領域を機械的に変形１る手段が互に異なっているｔ特許
    請求の而』．　ＩＪＩ第１５　！Ｉ’４　％！・１戊の
    センサ。 （ｌＣｌ１　　その長さに沿ってセンサ索子が４７・Ｉ
    成されている部分を備えた光ファイバを具備し，使用１
    侍に−ｔこに入シ１１さｈイ）光・ｐワーの光ファイ・
    ぐＫよって伝播される２つのモードま／。、り」：１つ
    のモードの２つの（ｌ・Ｎ　、）’（：間の結合かＬ・
    ／ラグ子に作用する検知さ７ｊるべき外Ｉ１１；擾乱Ｖ
    Ｃ応じで変調される如く各センーリー車子がＩ’Ｒ’ｊ
    ！、さ力でいる分布光ファイバケーブルとして（１・゛
    Ｉ砂１さｌｒたセンサ−６０１）　　アＣファイバＵ、
    少なくともセンサ素子の部分において幻、両モード或ｔ
    ；１．１つのモードの両側光のための共３１７３　漕波
    体を４７１’／成しているｉｉケｆｆ’Ｉ’　４７’／
    求の範囲第１９項ｎ（１１代のセンーリ。 Ｑｖ　　各センサオ子における結合Ｕ１センサ素子が光
    ファイバケーブルの長さに沿って空間的に識別できるよ
    うにそ１１ぞ１１の光周波数において行われる特ｎＴ諸
    求の範囲第２０珀ｎｌｊ・代のセンサ。 ＆１　　各センサ素子において夕１部ｊ憂乱は各光周波
    数ｅこ分ける２つのモードまたＩＬ［２つの１１１４光
    のビート長と一致ずろ周期で光ファイバの長さに沿って
    光ノー１イバの周期的な枦械的ン、形を行わせる如く加
    えられている特ｉｊ’ｆ請求の雁囲２１〜２１項記載の
    センサ。 Ｐ、１　　光ファイバが光源と光（倫出器とに結合さＪ
    ｑ光ファイバの少なくとも１部分がセンサ素子を］１々
    成１〜、センサ素子に」？いて入射される光パワーの光
    ファイバにより伝播づれる２つのモードまたｔ；Ｊ：　
    ｉつのモードの２つの偏光間の結合かセンサ素子に作用
    する検知されるべき外部擾乱に応じで変調される如＜　
    ｔｉｌｔ成されているセンサ。 （ハ）　光・ぐワーを光ファイバに入射させ、２つのモ
    ードまたｉ；ｊ：　１つのモードの２つの偏光間の結合
    ができるように予め定められた光周波数において２つの
    モーｌ″または偏光間のビート長と一致している周期で
    その長さに沿って周期的位１＃″ｃ検知されるべき擾乱
    に応じて２つのモードまたは４１＃ｉ光を伝播する如く
    構成された光ファイバの１以上の予め定められた長色の
    領域を機械的に変形し２、擾乱の大きさを示す結合の４
    １１を検出することをｔ１￥徴とする（！（乱を検知す
    る方法。
JP58142392A 1982-08-03 1983-08-03 光フアイバセンサ Pending JPS5990025A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8222371A GB2125572B (en) 1982-08-03 1982-08-03 Optical fibre sensors
GB8222371 1982-08-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5990025A true JPS5990025A (ja) 1984-05-24

Family

ID=10532076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58142392A Pending JPS5990025A (ja) 1982-08-03 1983-08-03 光フアイバセンサ

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JPS5990025A (ja)
AU (1) AU560013B2 (ja)
ES (1) ES524719A0 (ja)
GB (1) GB2125572B (ja)
NZ (1) NZ204955A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109581400A (zh) * 2019-01-31 2019-04-05 无锡流深光电科技有限公司 一种分布式激光雷达系统和激光测距方法

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2161609B (en) * 1984-07-11 1987-10-07 Stc Plc Optical fibres
SE443656B (sv) * 1984-07-20 1986-03-03 Ericsson Telefon Ab L M Mikrobojkenslig optisk fiberkabel
US4735484A (en) * 1985-02-08 1988-04-05 Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Acousto-optic frequency shifter utilizing multi-turn optical fiber
US4986624A (en) * 1985-07-15 1991-01-22 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Optical fiber evanescent grating reflector
GB2182516A (en) * 1985-11-01 1987-05-13 Stc Plc Optical fibre network
GB2186683A (en) * 1986-02-15 1987-08-19 Pilkington Brothers Plc Optical fibre intrusion detector
GB2188164B (en) * 1986-03-19 1989-11-15 Stc Plc Optical fibre polariser
IT1190599B (it) * 1986-06-17 1988-02-16 Cselt Centro Studi Lab Telecom Procedimento e dispositivo per la misura della lunghezza di battimento della polarizzazione in fibre ottiche monomodo ad alta birifranfenza
GB2196424A (en) * 1986-10-24 1988-04-27 Boc Group Plc Detecting swelling beneath the skin
GB8704540D0 (en) * 1987-02-26 1987-04-01 Bicc Plc Optical sensors
GB2213588B (en) * 1987-12-08 1991-07-31 Plessey Co Plc Improvements relating to optical sensors
GB2215055B (en) * 1988-02-20 1992-04-01 Stc Plc Optical fibre sensor
EP0393956B1 (en) * 1989-04-19 1995-11-29 Bestquint Limited Optical fibre sensors
GB2238613A (en) * 1989-12-01 1991-06-05 R D P Electronics Limited Movement sensing process
DE19534260C2 (de) * 1995-09-15 2002-07-04 Friedrich Motzko Seilförmiger faseroptischer Belastungssensor
EP1011184A1 (fr) * 1998-12-15 2000-06-21 Talltec Technologies Holdings S.A. Dispositif de sécurité associé à un panneau coulissant entraíné par un moteur électrique et procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif
FR2794540B1 (fr) * 1999-06-01 2001-08-10 Laurent Dellsperger Dispositif et procede de controle et/ou de commande d'au moins un actionneur
EP1739394A1 (fr) * 2005-06-30 2007-01-03 Talltec Technologies Holdings S.A. Capteur de chocs à fibre optique multimode fonctionnant sur le principe du couplage entre modes guidés par la fibre
EP1856486B1 (fr) * 2005-02-24 2011-10-12 Fiberlake S.A. Capteur de chocs a fibre optique multimode fonctionnant sur le principe du couplage entre modes guides par la fibre
FR2921482B1 (fr) * 2007-09-26 2009-11-13 Phosylab Transducteur a fibre optique multimode et a couplage de modes, procede de realisation
AU2012360911A1 (en) * 2011-12-30 2014-06-19 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Smart hydrocarbon fluid production method and system
DE102013107276A1 (de) 2012-07-11 2013-10-02 Lios Technology Gmbh Vorrichtung und Verfahren für die verteilte optische Druckmessung
GB2586974B (en) * 2019-09-06 2022-12-28 Nuron Ltd System for producing strain in a fibre
CN113299023B (zh) * 2021-05-21 2022-08-30 孙安 一种噪声自补偿分布式光纤防入侵传感阵列系统及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109581400A (zh) * 2019-01-31 2019-04-05 无锡流深光电科技有限公司 一种分布式激光雷达系统和激光测距方法

Also Published As

Publication number Publication date
GB2125572B (en) 1985-12-24
ES8500660A1 (es) 1984-06-01
AU560013B2 (en) 1987-03-26
NZ204955A (en) 1986-07-11
GB2125572A (en) 1984-03-07
AU1741183A (en) 1984-02-09
ES524719A0 (es) 1984-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5990025A (ja) 光フアイバセンサ
US4442350A (en) Fiber optic sensor with enhanced immunity to random environmental perturbations
US4295738A (en) Fiber optic strain sensor
CA1322878C (en) Apparatus using two-mode optical waveguide with non-circular core
US4295739A (en) Fiber optic temperature sensor
US4752132A (en) Low power control interferometric sensor with wide dynamic range
US6959604B2 (en) Apparatus and method having an optical fiber disposed circumferentially around the pipe for measuring unsteady pressure within a pipe
EP0144509A2 (en) Fiber optic interferometer transducer
CN102620858B (zh) 双长周期光纤光栅温湿度传感器
JP2002504663A (ja) オプチカルファイバ圧力変換器及びそれを組込んだ圧力検知システム
Ouyang et al. An in-fiber dual air-cavity Fabry–Perot interferometer for simultaneous measurement of strain and directional bend
US4468090A (en) Fibre optical arrangement for the transmission, in a manner preserving its polarization, of light of a defined, linear polarization state
EP2013591B1 (en) Tri axis high frequency fiber optic acoustic sensor
CN114878858B (zh) 基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置及方法
EP0190923B1 (en) Acousto-optic frequency shifter utilizing multi-turn optical fiber
NO329953B1 (no) Fiberoptisk seismisk sensor
JP2001503140A (ja) 偏光維持ファイバを有するセンサ装置
JP2706281B2 (ja) 光ファイバセンサ
Yin et al. An investigation of a fiber-optic air-backed mandrel hydrophone
CA2936797C (en) Fiber optic sensor array for electromagnetic data collection
JP2648226B2 (ja) 光ファイバセンサとそのシステム
JP2002062200A (ja) 歪みセンシング用ケーブル及び歪み計測方法
CN110608797A (zh) 基于双路dfb光纤激光器的圆柱型悬臂梁振动传感器
AU6337580A (en) Fibre optic strain sensor
JPH0979827A (ja) 光ファイバセンサ