JPS6256843A

JPS6256843A - 分布計測型光フアイバ湿度センサ

Info

Publication number: JPS6256843A
Application number: JP60197209A
Authority: JP
Inventors: Takao Shioda; 塩田　孝夫; Hiromi Hidaka; 日高　啓視; Takeru Fukuda; 福田　長
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1985-09-06
Publication date: 1987-03-12

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、シングルモード光導波路におけるエバネジ
セント光吸収量の湿度変化に起因する変化を光パルス反
射法（ＯＴＤＲ法）によって検知するようにした分布計
測型光ファイノ（湿度センナに関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

従来の湿度センサとしては、アルミナ（Ａ６２０ｓ　）
膜の吸湿による電気抵抗変化を利用したものが知られて
いる。

しかしながら、この湿度センサは電気式であるので、爆
発性雰囲気中での測定には不適当であるという欠点があ
り、また多数の測定点で同時に湿度測定を行う分布計測
などの際には、多数の測定装置を設置する必要があり、
費用が嵩む欠点もあった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この発明にあっては、シングルモード光ファイ
バの先端部にエバネジセント光吸収量の湿度変化による
変化を検知する反射型センサを形成してなる測定子を複
数個並列に接続することにより、上記問題点を解決する
ようにした。

第１図はこの発明の分布計測型光ファイバ湿度センサ（
以下、湿度センサと略称する。）の−例を示すもので、
図中符号１はこの発明にかかる湿度センサである。この
湿度センサ１は、測定用光を発する発光源２および反射
光を受光する受光器３と、入射光と反射光とを分離する
ビームスプリッタ４と、シングルモード光ファイバから
なり、ビームスプリッタ４に接続される親ファイバ５と
、親ファイバ５から分岐器６・・・を経て分岐され、シ
ングルモード光ファイバからなる４本の子ファイバ７・
・・と、子ファイバ７・・・のそれぞれの先端部に形成
された反射型センサ本体８・・・とから構成されている
。

上記発光源２は、光パルス反射法に適したパルス光を発
光できる半導体レーザなどが用いられる。

また、受光器３は、センサ本体８・・・からの反射光を
受光して親７′アイバ６と子ファイバ７・・・との長さ
方向の反射光レベルを測定するもので、発光源２と後述
のビームスプリッタ４とを組み込んだ後方散乱パスル試
験器などが使われる。ビームスプリッタ４は発光源２か
らの入射光を親ファイバ５に導き、各センサ本体８・・
・からの反射光を受光器３に導くためのもので、ハーフ
ミラ−やプリズムを使用した方向性結合器が使用される
。

親ファイバ５と子ファイバ７・・・は同種のシングルモ
ード光ファイバからなり、親ファイバ６の一端は上記ビ
ームスプリッタ４に接続されている。

また、親ファイバ５には、その長さ方向に所定の間隔で
直列に４個の分岐器６・・・が終端部まで設けられてい
る。これらの分岐器６・・・は、終端部のものを除いて
いずれも双方向性の１対２型のものであって、１次側に
は親ファイバ５が、２次側には親ファイバ５と子ファイ
バ７が接続されている。

終端部の分岐器６は１対１型のもので、１次側には親７
アイバ５が、２次側には子７アイバ７が接続されている
。なお、この終端部の分岐器６を省略し、親ファイバ５
をそのまま延長し、子ファイバ７とすることもできる。

これら分岐器６・・・によって親ファイバ５から４本の
子ファイバ７・・・が分岐されるようになっている。

また、子ファイバ７・・・のそれぞれの先端部には反射
型センサ本体８・・・が設げられている。センサ本体８
は、婬２図に示すように、子ファイバ７をなすシングル
モード光ファイバの先端部に設けられた反射膜９と、こ
の反射膜９の付近のクラッド１０が削り取られてクラッ
ド１０の厚さが２−２０μｍの薄肉とされた感湿部１１
とからなるものである。感湿部１１は、シングルモード
光ファイバのコア１２からクラッドｌＯへ浸み出すエバ
ネッセント光が透過するクラッド領域を外表面に露出さ
せたもので、この部分のクラッド１０に水分が吸着する
とクラッドガラス中の水酸基が増加し、エバネッセント
光がこの水酸基に吸収されて光祉が変化することにより
湿度変化を検知するようになり【いる。

また、この例では、センサ本体８・・・には、薄肉の感
湿部１１を保護するための保護チ二−ブ１３が設けられ
ている。この保護チューブ１３は、感湿部１１への被測
定気体の流入が行われるように多数の孔が形成されたも
のや多孔質材料などから作られている。

以上の構造よりなるこの例の湿度センサ１において、親
ファイバ５、分岐器６、子ファイバ７およびセンサ本体
８とで測定子を構成している。

次に１この湿度センサｌの使用方法について説明する。

まず、センサ本体８・・・を任意の場所に設置する。

そして、発光源２からのパルス光をビームスプリッタ４
および親ファイバ５を介ｌ〜てそれぞれの子ファイバ７
・・・のセンサ本体８・・・に導波する。測定用のパル
ス光には石英ガラスの水？ＬｊｌＡｉによる吸収がある
波長０．９５μｍ、１．３９μｍのものを用いれば正確
な測定が可能である。また、スペクトル；輻の広いパル
ス光が、受光レベルが高く、測定精度の点で好ましい。

センサ本体８に導波されたパルス光は、反射膜９で反射
され、子ファイバ７・・・および親ファイバ５を逆方向
に進行し、ビームスグリツタ４かも受光器３に入力され
る。受光器３では、この反射光のファイバ５．７の長さ
方向の強度分布を測定し、これを表示する。第５図は、
このような反射光のファイバ長さ方向の強度分布の一例
を模式的に示すもので、グラフ中の反射光の４つのピー
クは４個のセ／す本体８・・・からの反射光に対応する
ものである。

そして、この状態でセンサ本体８・・・の感湿部１１に
多湿の気体が流入し、感湿部１１のクラッドの水酸基が
増加すると、エバネッセ／ト光がここで吸収され、この
結果反射光量が減少ブる。すると、第６図のグラフの反
射ピーク値が低くなり、この低下量は水酸基量に比例す
るので、これより湿度変化が求められる。また、各セン
サ本体８・・・からの反射光による反射ピークは、第６
図に示すように別々の位置に表われるので、各センサご
との湿度変化を同時に１基の受光５３により計測するこ
とができる。

次に、この発明におけるセンサ本体８の製造方法につい
て説明する。

子ファイバ７の先端部をファイバ軸方向に対して９０壬
１°の精度で直角に切断し、切断面を光学研磨したのち
、金（Ａｕ）などの金属を蒸着して反射膜９を形成する
。ついで、反射膜９かも１〜５ｍｍ離れた位置のクラッ
ド１ｏを長さ１〜５龍程度にわたってエツチングによっ
て研削し、ＩＩｔＳ湿部１１を形成する。エツチングに
は、フッ化水素などを用いる湿式エツチングやイオンエ
ツチングなどの乾式エツチングが利用される。エツチン
グ後のクラッド１０の厚さは２〜２０Ｉｔｍの範囲とな
るように決められ、この厚さを変化させることによｒ）
湿度測定レンジを変えることかできる。ついで、感湿部
１１に保護チューブ１３を披せれば、セ／す本体８が得
られる。なお、クラッド１０のエツチングは保藤チュー
ブ１３を被せたのち行ってもよい。

このよ５な湿度センサ１に２あっては、４ケ所の湿度変
化を同時に１ケ所で集中して測定することができる。ま
た、全光学式の測定システムであるので、爆発性雰囲気
中でも安全に使用が可Ｉ７とである。

第４図は、この発明の湿度センサの他の１りｌｌ′ｆｆ
：示すものである。この例の湿度センサ１は、先端部に
センサ本体８を形成したシングルモード光ファイバから
なる長さの異なる４本の子ファイバ７・・・を１対４の
双方向性分岐器１４を介して１本の親ファイバ５に接続
し、この親ファイバ５をビームスグリツタ４を経て発光
源２および受光器３に接続したものである。この例の湿
度センサｌも先のものと同様の作用効果が得られる。

〔実施例］ファイバ径１２５μｍ１コア径６μｍのシングルモード
光ファイバの端部を直角に切断し、切断面を研Ｎ１．た
のち、金（Ａｕ　）をスパッタして反射膜を形成した。

次に、このファイバの端部から１間の部分を長さ１騙に
ゎたり７ツ化水素−フッ化アンモニウム混合エツチング
液でエツチングし、クラッドの厚さを６μｍとし感湿部
を形成し、保護チューブを設けてセンサ本体を形成した
。このファイバを４本用意し、それぞれ５０ｍ、　　１
００ｍ。

１５０ｍ、２００ｍの長さとし、１対４の分岐器を介し
て同種のシングルモード光ファイバニ接続し、さらにビ
ームスプリッタを介して発光源と受光器に接続した。発
光源には波長０．８８μｍのＧａＡａレーザを使用し、
パルス幅を５０μｓ、ピークパワーを２００ｍＷとして
測定に供した。

受光器で反射光の強度分布を測定し、各センサ本体にお
ける雰囲気中の湿度を変化させて、反射ピークの昼さの
変化址を求めたところ、第５図に示すような関係が、い
ずれのセンサ本体についても得られた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の分布計測型光ファイバ
湿度セｙすは、シングルモード光ファイバの先端部にエ
バネツセント光吸収量の湿度変化による変化を検知する
反射型センサ本体を形成してなる測定子を複数個並列に
発光源および受光器に接続したものであるので、多数の
測定点の湿度変化を同時に１ケ所で集中に計測すること
ができる。また、全光学式の計測システムとすることか
・できるので、爆発性雰囲気中でも安全に使用すること
ができる。さらに、測定装置として構造か簡便であり、
安価に製造することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第４図はいずれもこの発明の分布計測型光
ファイバ湿度セッサの例を示す概略構成図、第２図はこ
の発明におけるセンサ本体を示す断面図、第６図は受光
器で観測される反射光のファイバ長さ方向の分布を模式
的に示したグラフ、第５図は実施例の湿度セ／すによっ
て得られた湿度変化と反射ピーク高さの変化量との関係
を示すグラフである。ｌ・・・・・・湿度センサ、２・・・・・・発光源、３
・・・・・・受光器、５・・・・・・親ファイバ、６・
・・・・・分岐器、７・・・・・・子ファイバ、８・−
・・・・・反射型センサ本体。出頃人藤倉電線株式会社代理人　弁理士　志　賀　正　武第１図 □　　　第・４図第２図第３図距離（時間）ｑコ）コ妃蝋湿度（％）

Claims

【特許請求の範囲】

シングルモード光ファイバの先端部にエバネツセント光
吸収量の湿度変化による変化を検知する反射型センサ本
体を形成してなる測定子を、複数個並列に発光源および
受光器に接続したことを特徴とする分布計測型光ファイ
バ湿度センサ。