JPS614008A - 光フアイバセンサ - Google Patents
光フアイバセンサInfo
- Publication number
- JPS614008A JPS614008A JP59124680A JP12468084A JPS614008A JP S614008 A JPS614008 A JP S614008A JP 59124680 A JP59124680 A JP 59124680A JP 12468084 A JP12468084 A JP 12468084A JP S614008 A JPS614008 A JP S614008A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- coating layer
- thermal expansion
- constant
- polarization
- 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.)
- Granted
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
この発明は、定偏波光ファイバの複屈折の変化を利用し
て張力や圧力などを計測する光ファイバセンサの改良に
関する。
て張力や圧力などを計測する光ファイバセンサの改良に
関する。
（ロ）従来技術
定偏波光ファイバの複屈折は、温度、張力、圧力などに
よって変化するため、これを用いた光ファイバセンサが
従来より種々に提案されている。この種の光ファイバセ
ンサは特に張力に対しては高感度であり、ｂｏｗ−ｔｉ
ｅ型の定偏波光ファイバを用いれば、１ｍの長さに３×
１０ の歪を与えてπ（ｒａｄ）の位相差を得ることも
可能である。一方、これと同じ位相差を与える温度変化
はｌ ’Ｏである。
よって変化するため、これを用いた光ファイバセンサが
従来より種々に提案されている。この種の光ファイバセ
ンサは特に張力に対しては高感度であり、ｂｏｗ−ｔｉ
ｅ型の定偏波光ファイバを用いれば、１ｍの長さに３×
１０ の歪を与えてπ（ｒａｄ）の位相差を得ることも
可能である。一方、これと同じ位相差を与える温度変化
はｌ ’Ｏである。
このように、定偏波光ファイバの複屈折変化を利用した
光ファイバセンサは、一般に高感度であるが、温度張力
、圧力といった多くの測定対象に対して反応するため、
逆に、張力だけを測定したいというときには、周囲環境
の温度を一定に保たなければならないとか、使用環境条
件が限定Ｓれるという欠点がある。
光ファイバセンサは、一般に高感度であるが、温度張力
、圧力といった多くの測定対象に対して反応するため、
逆に、張力だけを測定したいというときには、周囲環境
の温度を一定に保たなければならないとか、使用環境条
件が限定Ｓれるという欠点がある。
（ハ）目的
この発明は、温度以外の張力や圧力などの測定対象を測
定するときに周囲環境の温度変化に左右されずに測定で
き、周囲環境の温度を一定に保つなどの使用環境条件の
限定を取り払い、適用温度範囲の拡大を図った光ファイ
バセンサを提供することを目的とする。
定するときに周囲環境の温度変化に左右されずに測定で
き、周囲環境の温度を一定に保つなどの使用環境条件の
限定を取り払い、適用温度範囲の拡大を図った光ファイ
バセンサを提供することを目的とする。
（ニ）構成
この発明による光ファイバセンサは、複屈折を持たせら
れた定偏波光ファイバと、この定偏波光ファイバに長さ
方向の熱膨張歪を与えるよう該光ファイバ」二に形成さ
れる被覆層と、ｌ−配室偏波光ファイバと被覆層との間
に形成されて−１−記被覆層の径方向の熱膨張歪を吸収
する緩衝層とを有してなり、上記被覆層によって与えら
れる長さ方向の熱膨張歪により生じる上記定偏波光ファ
イバの複屈折の変化が、周囲温度の変化によって生じる
該定偏波光ファイバ自体の複屈折変化を相殺するものと
なるように上記被覆層の熱膨張係数、ヤング１
率および断面積が定められていることを特徴と
する。
れた定偏波光ファイバと、この定偏波光ファイバに長さ
方向の熱膨張歪を与えるよう該光ファイバ」二に形成さ
れる被覆層と、ｌ−配室偏波光ファイバと被覆層との間
に形成されて−１−記被覆層の径方向の熱膨張歪を吸収
する緩衝層とを有してなり、上記被覆層によって与えら
れる長さ方向の熱膨張歪により生じる上記定偏波光ファ
イバの複屈折の変化が、周囲温度の変化によって生じる
該定偏波光ファイバ自体の複屈折変化を相殺するものと
なるように上記被覆層の熱膨張係数、ヤング１
率および断面積が定められていることを特徴と
する。
（ホ）実施例
第１図Ａはこの発明の一実施例で用いる定偏波光ファイ
バを示すものである。この図で定偏波光ファイバｌは、
中央のコア２を包むクラッド３中に、コア２の両脇に熱
膨張係数の大きなガラスよりなる応力付与部４を配して
ファイバ化したもので、ファイバ化後の残留歪に異方性
を生じさせて、複屈折を持たせたものである。この定偏
波光ファイバ１では、第１図のＸ方向またはＹ方向の−
・方に直線偏光を入射すると、その直線偏光が保持され
て伝搬され、終端で観測したときに偏波面のゆらぎのな
い状態を作り出せる。また、Ｘ方向およびＹ方向に対し
直線偏光を同時に励振すると、その２つの偏光の位相差
により終端での偏波状態が変化する。
バを示すものである。この図で定偏波光ファイバｌは、
中央のコア２を包むクラッド３中に、コア２の両脇に熱
膨張係数の大きなガラスよりなる応力付与部４を配して
ファイバ化したもので、ファイバ化後の残留歪に異方性
を生じさせて、複屈折を持たせたものである。この定偏
波光ファイバ１では、第１図のＸ方向またはＹ方向の−
・方に直線偏光を入射すると、その直線偏光が保持され
て伝搬され、終端で観測したときに偏波面のゆらぎのな
い状態を作り出せる。また、Ｘ方向およびＹ方向に対し
直線偏光を同時に励振すると、その２つの偏光の位相差
により終端での偏波状態が変化する。
この定偏波光ファイバ１は、上記のような構造であるた
め複屈折が温度−にＡにともなって小Ｘくなる。この定
偏波光ファイバｌにおける温度変化に対する位相変化Δ
φは、 Δφ−−（２ｒｃ／入）・（ＢＯ・ｌ／（ＴＳ−Ｔｒ）
）・ΔＴ・・・■ で表わせる。ここで、入は自由空間波長、ＢＯは室温時
のモード複屈折、ｌはファイバ長、Ｔｓは複屈折が消滅
する温度、Ｔｒは室温、ΔＴは温度変化である。
め複屈折が温度−にＡにともなって小Ｘくなる。この定
偏波光ファイバｌにおける温度変化に対する位相変化Δ
φは、 Δφ−−（２ｒｃ／入）・（ＢＯ・ｌ／（ＴＳ−Ｔｒ）
）・ΔＴ・・・■ で表わせる。ここで、入は自由空間波長、ＢＯは室温時
のモード複屈折、ｌはファイバ長、Ｔｓは複屈折が消滅
する温度、Ｔｒは室温、ΔＴは温度変化である。
一方、定偏波光ファイバｌを引っ張った場合の位相変化
Δφは。
Δφは。
Δφ−（２π／入）＊ｌ（ｍＢ（ＩｓｌｅΔεＺ・・・
■となる。ここで、Ｋは定偏波光ファイバＩの構造パラ
メータによって決まる定数で通常１５〜２０である。Δ
ε２は引っ張り歪の変化である。これらの■、■式より
温度−１＝昇したときの位相変化は定偏波光ファイバｌ
を引っ張ることにより相殺できることが分る。
■となる。ここで、Ｋは定偏波光ファイバＩの構造パラ
メータによって決まる定数で通常１５〜２０である。Δ
ε２は引っ張り歪の変化である。これらの■、■式より
温度−１＝昇したときの位相変化は定偏波光ファイバｌ
を引っ張ることにより相殺できることが分る。
そこで第１図Ｂに示すようにこの定偏波光ファイバｌに
シリコンゴム層５を設けて素線とした」二で、この素線
の周囲に長さ方向の熱１１１張歪をグーえるだめのナイ
ロンなどよりなる被覆層６を形成して定偏波光ファイバ
心線７とする。この定偏波光ファイバ１と被覆層６との
間のシリコンゴム層５は、被覆層６の熱膨張による径方
向歪をファイバｌに作用させない緩衝層として機能する
。この場合、周囲温度が変化することによって定偏波光
ファイバｌに加わる長さ方向の引っ張り歪Δε２は、 Δεｚ＝（αｔ−αｆ）ΔＴ ・―・■で表
わぜる。ここにａｆは定偏波光ファイ／＜１の熱膨張係
数、αｔは被覆層６を有する光ファイバ心線７の熱膨張
係数である。この０式の引っ張り歪Δε２が■式に与え
られたとき、■式のΔφが０式のΔφと絶対値が同じで
符号のみが異なるようになれば、温度変化による定偏波
光ファイバｌ自体の複屈折変化を相殺できる。そこで０
式を■式に代入した後、■式＋■式−〇として、温度変
化による定偏波光ファイバｌ自体の複屈折変化を相殺す
るのに必要な光ファイバ心線７の熱膨張係数αｔを次式
のように求めることができる。
シリコンゴム層５を設けて素線とした」二で、この素線
の周囲に長さ方向の熱１１１張歪をグーえるだめのナイ
ロンなどよりなる被覆層６を形成して定偏波光ファイバ
心線７とする。この定偏波光ファイバ１と被覆層６との
間のシリコンゴム層５は、被覆層６の熱膨張による径方
向歪をファイバｌに作用させない緩衝層として機能する
。この場合、周囲温度が変化することによって定偏波光
ファイバｌに加わる長さ方向の引っ張り歪Δε２は、 Δεｚ＝（αｔ−αｆ）ΔＴ ・―・■で表
わぜる。ここにａｆは定偏波光ファイ／＜１の熱膨張係
数、αｔは被覆層６を有する光ファイバ心線７の熱膨張
係数である。この０式の引っ張り歪Δε２が■式に与え
られたとき、■式のΔφが０式のΔφと絶対値が同じで
符号のみが異なるようになれば、温度変化による定偏波
光ファイバｌ自体の複屈折変化を相殺できる。そこで０
式を■式に代入した後、■式＋■式−〇として、温度変
化による定偏波光ファイバｌ自体の複屈折変化を相殺す
るのに必要な光ファイバ心線７の熱膨張係数αｔを次式
のように求めることができる。
ａ ｔ ’、 １ ／ （Ｋ ・（Ｔｓ−Ｔｒ））＋
ａｆ ・・−■ここで、Ｋ、Ｔｓ、ａｆは被覆層
６を形成する前の定偏波光ファイバ素線について測定可
能な量であり、またαｔは各構成部材の熱膨張係数、ヤ
ング率、断面積から次式で求められる。
ａｆ ・・−■ここで、Ｋ、Ｔｓ、ａｆは被覆層
６を形成する前の定偏波光ファイバ素線について測定可
能な量であり、またαｔは各構成部材の熱膨張係数、ヤ
ング率、断面積から次式で求められる。
αｔ ＝ （αｆ−Ｅｆ−Ａｆ ＋ａｓ−Ｅｓ−Ａｓ＋
αｎ−Ｅｎ４ｎ ）／ （Ｅｆ−Ａｆ＋Ｅｓ−Ａｓ
＋ＥｎａＡｎ ） −■ここでαｆ、αＳ、α
ｎは定偏波光ファイバｌ、シリコンゴム層５および被覆
層６のそれぞれの熱膨張係数であり、Ｅｆ、Ｅｓ、Ｅｎ
は定偏波光ファイバｌ、シリコンゴム層５および被覆層
６のそれぞれのヤング率であり、Ａｆ、Ａｓ、Ａｎは定
偏波光ファイバ１、シリコンゴム層５および被覆層６の
それぞれの断面積を表わす。
αｎ−Ｅｎ４ｎ ）／ （Ｅｆ−Ａｆ＋Ｅｓ−Ａｓ
＋ＥｎａＡｎ ） −■ここでαｆ、αＳ、α
ｎは定偏波光ファイバｌ、シリコンゴム層５および被覆
層６のそれぞれの熱膨張係数であり、Ｅｆ、Ｅｓ、Ｅｎ
は定偏波光ファイバｌ、シリコンゴム層５および被覆層
６のそれぞれのヤング率であり、Ａｆ、Ａｓ、Ａｎは定
偏波光ファイバ１、シリコンゴム層５および被覆層６の
それぞれの断面積を表わす。
したがって、被覆層６を形成する前の定偏波光ファイバ
素線についてに、Ｔｓ、αｆの各値を測定し、■式を満
たすようなαｔを０式を用いて定める、つまり０式によ
って規定されるαｔの値がの式を満たすよう被覆層６の
熱膨張係数、ヤング率および断面積を選択するようにす
れば、定偏波光−″“パパ”″”７″′ｆｆ（ＩＺ°°
ｉ′４°Ｉ Ｋｌ″′Ｍ ｈｓ’ｉｔ ４ｂしないもの
となり、温度変化により影響されずに張力や圧力などの
温度以外の測定対象を測定することができる光ファイバ
センサが実現できる。
素線についてに、Ｔｓ、αｆの各値を測定し、■式を満
たすようなαｔを０式を用いて定める、つまり０式によ
って規定されるαｔの値がの式を満たすよう被覆層６の
熱膨張係数、ヤング率および断面積を選択するようにす
れば、定偏波光−″“パパ”″”７″′ｆｆ（ＩＺ°°
ｉ′４°Ｉ Ｋｌ″′Ｍ ｈｓ’ｉｔ ４ｂしないもの
となり、温度変化により影響されずに張力や圧力などの
温度以外の測定対象を測定することができる光ファイバ
センサが実現できる。
つぎに、具体的に、定偏波光ファイバ素線として、直１
￥１５０ｇｍ、ビート長が波長０．６３３μｍにおいて
３．７ｍｍの定偏波光ファイバｌにシリコンゴム層５を
被覆して素線としたときの直径が４００ Ｐｍの素線な
４本用意し、１本はそのままとし、他の３木については
ナイロンの被覆層６を厚さが異なるように設けて、外径
がそれぞれ０．９ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍの３木
の定偏波光ファイバ心線７を作った。そして素線の状ｙ
Ａ；のとさと心線の状態のときの温度変化に対する位相
変化を調べたところ第２図のような結果を得た。この第
２図で、イは素線、口は外径０．９ｍｍの心線、ハは外
径１．２ｍｍの心線、二は外径１．５ｍｍの心線のそれ
ぞれの測定結果を表わす曲線である。この定偏波光ファ
イバｌのＴｇは１１２０°（３，Ｋｌｆ１５であり、ま
た、ナイロン被覆層６を有する心線７の熱膨張係数は６
３ Ｘ ｌ ０−６（１／’Ｏ）であった。この第２図
から、素線時に比べると心線詩の方が温度変化に対する
位相変化が小さくなることが分る。特に、心線のなかで
も、ナイロン被覆層６が薄い場合には曲線口、ハのよう
に位相変化が大きいが、ナイロン被覆層６が厚いときは
曲線二のように位相変化がきわめて小さく抑えられてい
ることが分る。なお、曲線二の場合でも１０°Ｃ以下で
は位相変化が大きくなり始めるが、これは被覆層６が厚
いので座屈が開始されるからである。しかし、ｌθ℃〜
６０°Ｃ程度の温度範囲では温度変化に対して位相変化
が１０％以下となっており、このように温度変化に対し
て位相変化しない広い温度範囲が実現されていることに
注目すべきである。
￥１５０ｇｍ、ビート長が波長０．６３３μｍにおいて
３．７ｍｍの定偏波光ファイバｌにシリコンゴム層５を
被覆して素線としたときの直径が４００ Ｐｍの素線な
４本用意し、１本はそのままとし、他の３木については
ナイロンの被覆層６を厚さが異なるように設けて、外径
がそれぞれ０．９ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍの３木
の定偏波光ファイバ心線７を作った。そして素線の状ｙ
Ａ；のとさと心線の状態のときの温度変化に対する位相
変化を調べたところ第２図のような結果を得た。この第
２図で、イは素線、口は外径０．９ｍｍの心線、ハは外
径１．２ｍｍの心線、二は外径１．５ｍｍの心線のそれ
ぞれの測定結果を表わす曲線である。この定偏波光ファ
イバｌのＴｇは１１２０°（３，Ｋｌｆ１５であり、ま
た、ナイロン被覆層６を有する心線７の熱膨張係数は６
３ Ｘ ｌ ０−６（１／’Ｏ）であった。この第２図
から、素線時に比べると心線詩の方が温度変化に対する
位相変化が小さくなることが分る。特に、心線のなかで
も、ナイロン被覆層６が薄い場合には曲線口、ハのよう
に位相変化が大きいが、ナイロン被覆層６が厚いときは
曲線二のように位相変化がきわめて小さく抑えられてい
ることが分る。なお、曲線二の場合でも１０°Ｃ以下で
は位相変化が大きくなり始めるが、これは被覆層６が厚
いので座屈が開始されるからである。しかし、ｌθ℃〜
６０°Ｃ程度の温度範囲では温度変化に対して位相変化
が１０％以下となっており、このように温度変化に対し
て位相変化しない広い温度範囲が実現されていることに
注目すべきである。
また、定偏波光ファイバ素線として、直径１２５ｐｍ、
ビート長が波長０．６３３ｋｍにおいて１．８ｍｍの定
偏波光ファイバｌにシリコンゴム層５を被覆して外径が
４００ ＃Ｌｍとなっている素線を用い、これにナイロ
ンの被覆層６を設は外径が１．６ｍｍとなるようして定
偏波光ファイバ心線７を作った。この定偏波光ファイバ
ｌのＴｓは８００℃、Ｋは１８であり、また、ナイロン
被覆層６を有する心線７の熱膨張係数は７２ Ｘ ｌ
０−６（１／’０）であった。この場合も、素線の状態
のときと心線の状態のときの温度変化に対する位相変化
を調べたところ第２図の曲線二と同様な結果を１’）る
ことかできた。
ビート長が波長０．６３３ｋｍにおいて１．８ｍｍの定
偏波光ファイバｌにシリコンゴム層５を被覆して外径が
４００ ＃Ｌｍとなっている素線を用い、これにナイロ
ンの被覆層６を設は外径が１．６ｍｍとなるようして定
偏波光ファイバ心線７を作った。この定偏波光ファイバ
ｌのＴｓは８００℃、Ｋは１８であり、また、ナイロン
被覆層６を有する心線７の熱膨張係数は７２ Ｘ ｌ
０−６（１／’０）であった。この場合も、素線の状態
のときと心線の状態のときの温度変化に対する位相変化
を調べたところ第２図の曲線二と同様な結果を１’）る
ことかできた。
（へ）効果
この発明による光ファイバセンサでは、温度変化が複屈
折に与える影響が被覆層の熱膨張歪により相殺されてい
るため、張力や圧力などの温度以外の測定対象を測定す
るときに周囲環境の温度変化に左右されずに測定でき、
周囲環境の温度を一定に保つなどの使用環境条件の限定
を取り払い、適用温度範囲を拡大することができる。
折に与える影響が被覆層の熱膨張歪により相殺されてい
るため、張力や圧力などの温度以外の測定対象を測定す
るときに周囲環境の温度変化に左右されずに測定でき、
周囲環境の温度を一定に保つなどの使用環境条件の限定
を取り払い、適用温度範囲を拡大することができる。
第１図Ａ、Ｂはこの発明の一実施例の断面図、第２図は
測定結果を表わすグラフである。 ｌ・・・定偏波光ファイバ ２・・・コア３・・・ク
ラッド ４・・・応力付与部５・・・シリコ
ンゴム層 ６・・・被覆層７・・・定偏波光ファイ
バ心線 隻１しＡ ゛ 〈受ぐ 奏２目 へ、＼Ｘ／７乃ンき１ ＼）−シー 遍ノ支（”Ｃ）
測定結果を表わすグラフである。 ｌ・・・定偏波光ファイバ ２・・・コア３・・・ク
ラッド ４・・・応力付与部５・・・シリコ
ンゴム層 ６・・・被覆層７・・・定偏波光ファイ
バ心線 隻１しＡ ゛ 〈受ぐ 奏２目 へ、＼Ｘ／７乃ンき１ ＼）−シー 遍ノ支（”Ｃ）
Claims (1)
- （１）複屈折を持たせられた定偏波光ファイバと、この
定偏波光ファイバに長さ方向の熱膨張歪を与えるよう該
光ファイバ上に形成される被覆層と、上記定偏波光ファ
イバと被覆層との間に形成されて上記被覆層の径方向の
熱膨張歪を吸収する緩衝層とを有し、上記被覆層によっ
て与えられる長さ方向の熱膨張歪により生じる上記定偏
波光ファイバの複屈折の変化が、周囲温度の変化によっ
て生じる該定偏波光ファイバ自体の複屈折変化を相殺す
るものとなるように上記被覆層の熱膨張係数、ヤング率
および断面積が定められていることを特徴とする光ファ
イバセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59124680A JPS614008A (ja) | 1984-06-18 | 1984-06-18 | 光フアイバセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59124680A JPS614008A (ja) | 1984-06-18 | 1984-06-18 | 光フアイバセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS614008A true JPS614008A (ja) | 1986-01-09 |
| JPH0464041B2 JPH0464041B2 (ja) | 1992-10-13 |
Family
ID=14891410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59124680A Granted JPS614008A (ja) | 1984-06-18 | 1984-06-18 | 光フアイバセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS614008A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7397976B2 (en) * | 2005-01-25 | 2008-07-08 | Vetco Gray Controls Limited | Fiber optic sensor and sensing system for hydrocarbon flow |
-
1984
- 1984-06-18 JP JP59124680A patent/JPS614008A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7397976B2 (en) * | 2005-01-25 | 2008-07-08 | Vetco Gray Controls Limited | Fiber optic sensor and sensing system for hydrocarbon flow |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0464041B2 (ja) | 1992-10-13 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |