JPS62217205A - フアイバ−オプテイツクセンサ− - Google Patents
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- JPS62217205A JPS62217205A JP62050448A JP5044887A JPS62217205A JP S62217205 A JPS62217205 A JP S62217205A JP 62050448 A JP62050448 A JP 62050448A JP 5044887 A JP5044887 A JP 5044887A JP S62217205 A JPS62217205 A JP S62217205A
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- G—PHYSICS
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- G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
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- G01K5/72—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid constrained so that expansion or contraction causes a deformation of the solid the solid body being formed of compounded strips or plates, e.g. bimetallic strip specially adapted for indicating or recording with electric transmission means for final indication
-
- 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
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-
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- G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
- G01D5/35377—Means for amplifying or modifying the measured quantity
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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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】
産業上の利用分野
本発明は、一般的にはファイバー光センサーに、さらに
特定化すれば物理量または環境パラメーターを検出する
ためにファイバーのマイクロベンｒの効果ないし作用を
利用するセンサーに関するものである。
特定化すれば物理量または環境パラメーターを検出する
ためにファイバーのマイクロベンｒの効果ないし作用を
利用するセンサーに関するものである。
従来技術
光ファイバーによる検出技術は、現在技術に比し、次の
ような多くの利点を提供している。
ような多くの利点を提供している。
即ち、光通信システムとの適合性、外部の電磁現象に９
響されないこと、そして、一般的には、厳しい外部条件
の中でも動作可能であることなどである。種々のファイ
バー光検出器の中には、測定されるべき量の変化に応答
して、ファイバーによって伝達される光の強さを変調さ
れるという検出器の種類がある。実際、この強さの変調
はファイバーの減衰の変化を反映するものである。この
種類に分類される特別の型の検出器は、マイクロペンＹ
検出器であり、それはファイバーの減衰がファイバーの
曲線の角度の局部的アンゾユレーショ／によって引き起
こされるものである。スイス特許第０Ｈ６２７，５７３
号明細書は、ボディの重さの圧力、即ち、その内部表面
はざらざらしている外装を有する光ファイバーに加えら
れる圧力、に感応する装置を説明している。１９８４年
６月のオプテイクスレター誌第９巻第６号の中で著わさ
れている、Ｍ、 Ｂ、Ｉ、ディーメールとＦ、Ｓ、）ロ
ンメルによる「ファイバーオプティックマイクロペン−
センサー」と題する論文、および１９８４年１０月の光
波技術ジャーナル誌第Ｌ Ｔ−２巻第５号の中で著わさ
れている。 Ａ、Ｒマイケルソン他による「連続的マ
イクロベンディングセンサーからの後方散乱読出し」と
頴する論文は、肋骨状物のある板、あるいはあご状部材
を用いて作られ九カセンサーの例を示しており、それは
前記あご状部材に力が加えられる時に、それらあご状部
材の間に置かれたファイバー上にマイクロベンドを生じ
させるものであった。これらの例では、センサーは、あ
ご状部材のような外部的なコンポーネントを必要とする
か、または製造上の要求に対して適合ができないような
難しい製造工程を必要とする。さらに、それらセンサー
は原理的に力の印加を検出するには向いているが、環境
パラメーターのような他の１を検出することには、適し
ていない。
響されないこと、そして、一般的には、厳しい外部条件
の中でも動作可能であることなどである。種々のファイ
バー光検出器の中には、測定されるべき量の変化に応答
して、ファイバーによって伝達される光の強さを変調さ
れるという検出器の種類がある。実際、この強さの変調
はファイバーの減衰の変化を反映するものである。この
種類に分類される特別の型の検出器は、マイクロペンＹ
検出器であり、それはファイバーの減衰がファイバーの
曲線の角度の局部的アンゾユレーショ／によって引き起
こされるものである。スイス特許第０Ｈ６２７，５７３
号明細書は、ボディの重さの圧力、即ち、その内部表面
はざらざらしている外装を有する光ファイバーに加えら
れる圧力、に感応する装置を説明している。１９８４年
６月のオプテイクスレター誌第９巻第６号の中で著わさ
れている、Ｍ、 Ｂ、Ｉ、ディーメールとＦ、Ｓ、）ロ
ンメルによる「ファイバーオプティックマイクロペン−
センサー」と題する論文、および１９８４年１０月の光
波技術ジャーナル誌第Ｌ Ｔ−２巻第５号の中で著わさ
れている。 Ａ、Ｒマイケルソン他による「連続的マ
イクロベンディングセンサーからの後方散乱読出し」と
頴する論文は、肋骨状物のある板、あるいはあご状部材
を用いて作られ九カセンサーの例を示しており、それは
前記あご状部材に力が加えられる時に、それらあご状部
材の間に置かれたファイバー上にマイクロベンドを生じ
させるものであった。これらの例では、センサーは、あ
ご状部材のような外部的なコンポーネントを必要とする
か、または製造上の要求に対して適合ができないような
難しい製造工程を必要とする。さらに、それらセンサー
は原理的に力の印加を検出するには向いているが、環境
パラメーターのような他の１を検出することには、適し
ていない。
発明の目的
こうして、本発明の目的は、ファイバーのマイクロベン
ドを形成させることが可能な、そして前に指摘したよう
な困難さを有しない、ファイバーオプティックセンサー
を提供することである。
ドを形成させることが可能な、そして前に指摘したよう
な困難さを有しない、ファイバーオプティックセンサー
を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、物理量を検出することので
きるセンサーを提供することである。
きるセンサーを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、環境パラメーターを検出す
ることのできるセンサーを提供することである。
ることのできるセンサーを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、外部コンポーネントを要し
ないセンサーを提供することである。
ないセンサーを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、連続生産が可能なセンサー
を提供することである。
を提供することである。
発明の構成
本発明によるセンサーにおいては、ファイバーは第１の
材料による外装を有し、その外装には５同期的な不連続
性を示す第２の材料による層が設けられている。例えば
、それら２つの材料は異なる熱膨張率、異なる吸収、ま
たは異なる剛性を持ち、それによって温度における、湿
度における、または力における変化が、回期的なマイク
ロベンげを生じさせ、それがエネルギーモーＶ転移をも
たらす。
材料による外装を有し、その外装には５同期的な不連続
性を示す第２の材料による層が設けられている。例えば
、それら２つの材料は異なる熱膨張率、異なる吸収、ま
たは異なる剛性を持ち、それによって温度における、湿
度における、または力における変化が、回期的なマイク
ロベンげを生じさせ、それがエネルギーモーＶ転移をも
たらす。
実施例
本発明の特徴点は、添付図面を例として参照しながら、
詳細に説明される。
詳細に説明される。
第１図は本発明のセンサーの第１実施例の１部分を示し
ている。センサーは光ファイバー２とその外装３とに・
よって構成される。外装は切れ口５を有するカバー４を
含んでいる。これらの切れ口５は、長さ方向において“
ｄ”の周期性を持つようにされ、また垂直面においては
円形の非対称をなすように設けられる。光ファイバーは
マルチモーｒ５モノモードまたはパイモーｙ型のもので
もよい。温度センサーの場合、外装は数１０ミクロンの
、例えば銅またはニッケルからなる金属層４、に覆われ
たナイロンのような合成材３によって形成される。例え
ば、この金属層は化学的沈積ないしヂポゾットによって
得ることができる。金属層の切れ目は、感光性樹脂の沈
積および適切なマスクを通しての露光の後に化学的に侵
すことによって、形成される。そのようなセンサーの動
作の原理は、次の通りである。温度の変化の影響の下で
は、ファイバーの外部表面の領域４および５の膨張係数
の差異が、外装の、そしてその結果、ファイバー２の変
形をもたらし、切れ目の周期性ＩＩｄＩＴに等しい同期
的なアンジュレーション（マイクロベンド）の形となる
。この周期性″ｄ′は、ファイバーによって導かれるモ
ード、または複数のモードの伝達定数に関与するもので
あり、１つのモードまたは複数のモーげにおいて、マイ
クロベンドによって起こされる減衰（またはモー１間の
カップリング）が最大となるように設定される。
ている。センサーは光ファイバー２とその外装３とに・
よって構成される。外装は切れ口５を有するカバー４を
含んでいる。これらの切れ口５は、長さ方向において“
ｄ”の周期性を持つようにされ、また垂直面においては
円形の非対称をなすように設けられる。光ファイバーは
マルチモーｒ５モノモードまたはパイモーｙ型のもので
もよい。温度センサーの場合、外装は数１０ミクロンの
、例えば銅またはニッケルからなる金属層４、に覆われ
たナイロンのような合成材３によって形成される。例え
ば、この金属層は化学的沈積ないしヂポゾットによって
得ることができる。金属層の切れ目は、感光性樹脂の沈
積および適切なマスクを通しての露光の後に化学的に侵
すことによって、形成される。そのようなセンサーの動
作の原理は、次の通りである。温度の変化の影響の下で
は、ファイバーの外部表面の領域４および５の膨張係数
の差異が、外装の、そしてその結果、ファイバー２の変
形をもたらし、切れ目の周期性ＩＩｄＩＴに等しい同期
的なアンジュレーション（マイクロベンド）の形となる
。この周期性″ｄ′は、ファイバーによって導かれるモ
ード、または複数のモードの伝達定数に関与するもので
あり、１つのモードまたは複数のモーげにおいて、マイ
クロベンドによって起こされる減衰（またはモー１間の
カップリング）が最大となるように設定される。
第１図のセンサーの構造は、温度の変化以外の変化を検
出する目的に関しても、有利に利用できる。こうして、
外装の領域４および５が、湿度のような、与えられた環
境パラメーターに関して異なる吸収係数を持つような材
料で形成されれば、そのセンサーは湿度センサーとして
使用することができる。
出する目的に関しても、有利に利用できる。こうして、
外装の領域４および５が、湿度のような、与えられた環
境パラメーターに関して異なる吸収係数を持つような材
料で形成されれば、そのセンサーは湿度センサーとして
使用することができる。
同様な構造は、侵入検出器を構成するための目的にも、
同じように利用できる。
同じように利用できる。
実際、領域４および５は異なる剛性を持っているので、
どのようなボディによるものであっても、外装に加えら
れる圧力はセンサーの位置においてマイクロベン）ＦＧ
ＩＩ缶妃、″′−Ｆ鈷思シｆｒＡ−第２図は、本発明の
センサーの変更した実施例を示している。領域５の形状
が、利用される技術、化学的手法かまたは機械的手法か
、に依存し、さらに／または予想される適用にも依存す
るものであることに、注意願いたい。
どのようなボディによるものであっても、外装に加えら
れる圧力はセンサーの位置においてマイクロベン）ＦＧ
ＩＩ缶妃、″′−Ｆ鈷思シｆｒＡ−第２図は、本発明の
センサーの変更した実施例を示している。領域５の形状
が、利用される技術、化学的手法かまたは機械的手法か
、に依存し、さらに／または予想される適用にも依存す
るものであることに、注意願いたい。
第４図は、本発明のセンサーを組込んだ第丁の検出シス
テムを示している。このようなシステムは０ＴＤＲ（オ
シティカルタイム ドメインレフシフトメトリー光時間
領域反射測定）に関係するもので、パルスによって変調
された光源１０、光ファイバー２、センサー１、カップ
ラー１１および検出回路１２を含んでいる。ファイバー
２はマルチモードタイプ、またはモノモードタイプであ
ればよい。センサー１はファイバー２上に設けられる。
テムを示している。このようなシステムは０ＴＤＲ（オ
シティカルタイム ドメインレフシフトメトリー光時間
領域反射測定）に関係するもので、パルスによって変調
された光源１０、光ファイバー２、センサー１、カップ
ラー１１および検出回路１２を含んでいる。ファイバー
２はマルチモードタイプ、またはモノモードタイプであ
ればよい。センサー１はファイバー２上に設けられる。
同様に、個別の方法によって十分な長さのファイバーを
経て複数のセンサーを設けることも可能であり、また十
分な長さのファイバーを経てセンサーを設けることも可
能である。センサー１の位置にマイクロベンドが生じる
と、光源１０から照射された光の１部は光源に向かって
戻り（「険方赦乱］効果）、そして、カップラー１１お
よび光ファイバー１４を経て検出回路１２に加えられる
。
経て複数のセンサーを設けることも可能であり、また十
分な長さのファイバーを経てセンサーを設けることも可
能である。センサー１の位置にマイクロベンドが生じる
と、光源１０から照射された光の１部は光源に向かって
戻り（「険方赦乱］効果）、そして、カップラー１１お
よび光ファイバー１４を経て検出回路１２に加えられる
。
第３図には１時間ｔの関数として、センサーの位置での
散乱の結果骨は取られる信号のパワーＰの変化が示され
ているが、これによれば、前記散乱を検出することは可
能である。同様に、選択された環境パラメーターに対す
るセンサーの応答、およびファイバー２の中での信号の
伝達速度を知ることによって、このパラメーターの変化
を測定することが同じく可能であることは、容易に理解
できる。
散乱の結果骨は取られる信号のパワーＰの変化が示され
ているが、これによれば、前記散乱を検出することは可
能である。同様に、選択された環境パラメーターに対す
るセンサーの応答、およびファイバー２の中での信号の
伝達速度を知ることによって、このパラメーターの変化
を測定することが同じく可能であることは、容易に理解
できる。
前述の例においては、環境パラメーターの変化によって
センサーの位置に引き起こされるマイクロベンドは、フ
ァイバーによって導かれるモードからファイバー外に発
散するモードへとエネルギー伝達を変化させるという事
実を用いていた。結局、そのような現象はファイバーに
よって伝達されるエネルギーのロスに反映される。しか
しながら、これらマイクロベンドセンサーの別の特性、
即ち１つの導かれているモードから別の導かれているモ
ードにエネルギー伝達が移るということ、を用い゛るの
も可能である。
センサーの位置に引き起こされるマイクロベンドは、フ
ァイバーによって導かれるモードからファイバー外に発
散するモードへとエネルギー伝達を変化させるという事
実を用いていた。結局、そのような現象はファイバーに
よって伝達されるエネルギーのロスに反映される。しか
しながら、これらマイクロベンドセンサーの別の特性、
即ち１つの導かれているモードから別の導かれているモ
ードにエネルギー伝達が移るということ、を用い゛るの
も可能である。
このような特性を用いて適用した１つの例が第５図に示
されている。ファイバー２はバイモードタイプであり、
光源２０は異なるモードの、または異なる偏光の、２つ
の照明信号を、第２図と同様、照射するために（けられ
ている。
されている。ファイバー２はバイモードタイプであり、
光源２０は異なるモードの、または異なる偏光の、２つ
の照明信号を、第２図と同様、照射するために（けられ
ている。
これら２つの信号は、媒介的闇波数で（例えば無線同波
数で）変調されていることが望ましい。
数で）変調されていることが望ましい。
センサー１は、これまでに説明したような型式のもので
あり、その切れ目の周期は、エネルギーの伝達が１つの
伝送モードから他に移るのに適するように作られている
。
あり、その切れ目の周期は、エネルギーの伝達が１つの
伝送モードから他に移るのに適するように作られている
。
分離装置２１は、ファイバー２４を通して検出器２２へ
と、そしてファイバー２５を通して検出器２３へと向か
う伝送モーｒの分離を確実なものとする。
と、そしてファイバー２５を通して検出器２３へと向か
う伝送モーｒの分離を確実なものとする。
センサー１の位置における散乱の結果は、検出器２２に
よるか、あるいは検出器２３によるかの、いずれかによ
って、さらには２つの検出器２２および２３によって供
給される信号を比較することによって、検出される。
よるか、あるいは検出器２３によるかの、いずれかによ
って、さらには２つの検出器２２および２３によって供
給される信号を比較することによって、検出される。
発明の効果
本発明によれば従来技術によっては解決が困難であった
種々問題を解決できるセンサーが実現される。
種々問題を解決できるセンサーが実現される。
第１図は、本発明によるセンサーの第１の実施例を示す
図、第２図は、本発明によるセンサーの第２の実施例を
示す図、第３図は、作動信号に対するセンサーの応答を
示すグラフを表わす図、第４図は、本発明のセンサーを
組込んだ第１の検出システムを示す図、第５図は、本発
明のセンサーを組込んだ第２の検出システムを示す図で
ある。 １・・・センサー、２・・・光ファイバー、３・・・外
装、４・・・カバー、５・・・切れ目（不連続性部分）
、１０・・・光源、１１・・・カッシラー、１２・・・
検出回路、１４・・・光ファイバー、２０・・・光源、
２１・・・分離装置、２２．２３・・・検出器、２４．
２５・・・光ファイバー ■ Ｆ旧、３ Ｆ旧、５
図、第２図は、本発明によるセンサーの第２の実施例を
示す図、第３図は、作動信号に対するセンサーの応答を
示すグラフを表わす図、第４図は、本発明のセンサーを
組込んだ第１の検出システムを示す図、第５図は、本発
明のセンサーを組込んだ第２の検出システムを示す図で
ある。 １・・・センサー、２・・・光ファイバー、３・・・外
装、４・・・カバー、５・・・切れ目（不連続性部分）
、１０・・・光源、１１・・・カッシラー、１２・・・
検出回路、１４・・・光ファイバー、２０・・・光源、
２１・・・分離装置、２２．２３・・・検出器、２４．
２５・・・光ファイバー ■ Ｆ旧、３ Ｆ旧、５
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、環境パラメーターの変化に応じて光ファイバー中に
マイクロベンドを生じさせるファイバーオプティックセ
ンサーにおいて、前記光ファイバーは第１の材料で作ら
れた外装の中に埋め込まれており、前記外装は周期的な
切れ目ないし不連続性部分を持つ第２の材料の層によつ
て覆われており、前記第１および第２の材料は、前記パ
ラメーターの変化が前記切れ目の周期性と同じ周期性の
マイクロベンドを生じさせるように前記環境パラメータ
ーに応答して感応することを特徴とするセンサー。 ２、前記第１および第２の材料が、異なる熱膨張係数を
持つているような、温度の変化に感応するための、特許
請求の範囲第１項記載のセンサー。 ３、前記第１の材料がプラスチック材料であり、そして
前記第２の材料が金属であるような、特許請求の範囲第
２項記載のセンサー。 ４、前記第２の材料が金属であり、前記切れ目が前記金
属の機械的アタックによつて得られるような、特許請求
の範囲第１項記載のセンサー。 ５、前記第２の材料が金属であり、前記切れ目が前記金
属の化学的アタックによつて得られるような、特許請求
の範囲第１項記載のセンサー。 ６、前記第１および第２の材料が、異なる湿度吸収係数
を持つているような、湿度に感応するための、特許請求
の範囲第１項記載のセンサー。 ７、前記第１および第２の材料が、異なる剛性を持つて
いるような、圧力に感応するための、特許請求の範囲第
１項記載のセンサー。 ８、前記光ファイバーがモノモードファイバーであるよ
うな、特許請求の範囲第１項記載のセンサー。 ９、前記光ファイバーがマルチモードファイバーである
ような、特許請求の範囲第１項記載のセンサー。 １０、前記光ファイバーがバイモードファイバーである
ような、特許請求の範囲第１項記載のセンサー。 １１、前記の切れ目の同期性は、前記環境パラメーター
の変化に応答して生じるマイクロベンドが、前記ファイ
バーによつて導かれている少なくとも１つのモードから
、前記ファイバーの外側に発散する少なくとも１つのモ
ードへのエネルギーの移動をひき起こさせるように設け
られているような、特許請求の範囲第１項記載のセンサ
ー。 １２、前記切れ目の前記周期性は、前記環境パラメータ
ーの変化に応答して生じるマイクロベンドが、前記ファ
イバーによつて導かれている少なくとも１つのモードか
ら、前記ファイバーによつて導かれる少なくとも１つの
他のモードへのエネルギーの移動をひき起こさせるよう
に設けられているような、特許請求の範囲第１項記載の
センサー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH885/86A CH666552A5 (fr) | 1986-03-06 | 1986-03-06 | Capteur a fibre optique a microcourbures. |
| CH885/86-3 | 1986-03-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62217205A true JPS62217205A (ja) | 1987-09-24 |
Family
ID=4197441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62050448A Pending JPS62217205A (ja) | 1986-03-06 | 1987-03-06 | フアイバ−オプテイツクセンサ− |
Country Status (7)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP0238440B1 (ja) |
| JP (1) | JPS62217205A (ja) |
| AT (1) | ATE58238T1 (ja) |
| CA (1) | CA1289793C (ja) |
| CH (1) | CH666552A5 (ja) |
| DE (1) | DE3765961D1 (ja) |
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