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JP2016038345A - Optical fiber sensor and optical fiber sensor system - Google Patents

Optical fiber sensor and optical fiber sensor system Download PDF

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JP2016038345A
JP2016038345A JP2014163154A JP2014163154A JP2016038345A JP 2016038345 A JP2016038345 A JP 2016038345A JP 2014163154 A JP2014163154 A JP 2014163154A JP 2014163154 A JP2014163154 A JP 2014163154A JP 2016038345 A JP2016038345 A JP 2016038345A
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JP
Japan
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optical fiber
fiber sensor
sensor
light
optical
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Pending
Application number
JP2014163154A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
忠隈 昌輝
Masateru Tadakuma
昌輝 忠隈
齋藤 恒聡
Tsuneaki Saito
恒聡 齋藤
森本 政仁
Masahito Morimoto
政仁 森本
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.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber sensor and an optical fiber sensor system which are capable of suitably measuring relative displacement in mutually different directions of two portions of a measurement object.SOLUTION: An optical fiber sensor includes an optical fiber 20 to which testing light is inputted, an optical fiber holding unit 30 which is fixed to one portion 11 of a measurement object 10 and holds the optical fiber 20, and a movable unit 40 which includes a stress application unit 50 fixed to the other portion 12 of the measurement object 10 and applying stress to the optical fiber 20 and is moved in accordance with relative displacement in at least two directions of one portion 11 and the other portion 12 of the measurement object 10. The stress application unit 50 is disposed on the side opposite to at least the displacement directions relative to the optical fiber 20. When one portion 11 and the other portion 12 of the measurement object 10 are relatively displaced, the stress application unit 50 is brought into contact with the optical fiber 20 to deform the optical fiber 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、測定対象物の二つの部位の相対的な変位を測定する光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサシステムに関するものである。   The present invention relates to an optical fiber sensor and an optical fiber sensor system for measuring a relative displacement between two parts of a measurement object.

近年、老朽化した橋梁、トンネル、建築物などの崩壊による事故の懸念が高まっており、老朽化インフラの整備が大きな課題となっている。前述のような構造物に対して行われる検査としては、目視による現状確認のみの場合が多いが、構造物の状況を定期的にモニタリングする技術として、光ファイバセンサを用いた技術がある。   In recent years, there is a growing concern about accidents caused by the collapse of aging bridges, tunnels, buildings, etc., and the development of aging infrastructure has become a major issue. As the inspection performed on the structure as described above, there are many cases in which only the current state is visually confirmed. However, as a technique for periodically monitoring the state of the structure, there is a technique using an optical fiber sensor.

例えば、構造物(測定対象物)の歪を測定する方法として、光ファイバを構造物に敷設し、光ファイバ中で発生するブリユアン散乱光を観測する方法が提案されている。この方法では光の入射方向とは反対方向(後方)に散乱するブリユアン散乱光の周波数変化を測定することにより、光ファイバの伸長を測定している。この周波数変化はブリユアンシフト量と呼ばれ、ブリユアンシフト量は光ファイバの歪量に比例して変化する。このため、後方散乱して送信側に戻ってくるブリユアン散乱光のブリユアンシフト量を観測すれば、敷設した光ファイバの長手方向の各地点での歪量を求めることが可能である(非特許文献1参照)。   For example, as a method of measuring strain of a structure (measurement object), a method of laying an optical fiber on the structure and observing Brillouin scattered light generated in the optical fiber has been proposed. In this method, the extension of the optical fiber is measured by measuring the frequency change of the Brillouin scattered light scattered in the direction opposite to the light incident direction (backward). This frequency change is called the Brillouin shift amount, and the Brillouin shift amount changes in proportion to the strain amount of the optical fiber. Therefore, by observing the Brillouin shift amount of the Brillouin scattered light that is back-scattered and returns to the transmission side, it is possible to obtain the distortion amount at each point in the longitudinal direction of the laid optical fiber (non-patent document). Reference 1).

また、構造物の歪を測定する他の方法として、光ファイバのコアに回折格子が形成された構成を有するファイバブラッググレーティング(FBG:Fiber Bragg Grating)を用いた方法がある。FBGを測定対象とする構造物に敷設し、構造物の歪に起因する変位に応じてFBGが引っ張られることにより、FBGの回折格子の周期が変化し、反射する波長が変化する。したがって、ある広帯域の波長を持つ光をFBGに入射し、後方に反射してくる光の波長の変化を測定すれば構造物の変位量を把握できる(非特許文献2参照)。   As another method for measuring the strain of the structure, there is a method using a fiber Bragg grating (FBG) having a configuration in which a diffraction grating is formed in the core of an optical fiber. When the FBG is laid on a structure to be measured and the FBG is pulled according to the displacement caused by the distortion of the structure, the period of the diffraction grating of the FBG changes and the reflected wavelength changes. Therefore, the amount of displacement of the structure can be grasped by measuring the change in the wavelength of light that has a certain broadband wavelength incident on the FBG and reflected backward (see Non-Patent Document 2).

また、特許文献1には、受圧部材に光ファイバを設けた光ファイバセンサが開示されている。特許文献1に開示された光ファイバセンサでは、崩壊の可能性のある地山斜面等にて生じる土石流等を監視対象物として、それら監視対象物からの押圧力を受圧部材で受けることにより、光ファイバに曲げ等の変形あるいは破断を生じさせるようになっている。ここで、光ファイバセンサが敷設された二つの受圧部材間の変位によって光ファイバに曲げや破断を生じるので、その際の伝搬光の強度を測定することで監視を行うことができる。   Patent Document 1 discloses an optical fiber sensor in which an optical fiber is provided on a pressure receiving member. In the optical fiber sensor disclosed in Patent Document 1, a debris flow or the like that occurs on a natural slope where there is a possibility of collapse is used as a monitoring target, and a pressure receiving member receives the pressing force from the monitoring target, The fiber is deformed, such as bent, or broken. Here, since the optical fiber bends or breaks due to the displacement between the two pressure receiving members on which the optical fiber sensor is laid, monitoring can be performed by measuring the intensity of the propagation light at that time.

また、特許文献2には、測定対象物の二つの部材の間に光ファイバが設けられており、二つの部材間の間隔が広がることで押圧片によって光ファイバに曲げ変形が与えられるように構成した光ファイバセンサが開示されている。   Further, Patent Document 2 is configured such that an optical fiber is provided between two members of a measurement object, and the optical fiber is bent and deformed by a pressing piece by widening the interval between the two members. An optical fiber sensor is disclosed.

特開2001−99686号公報JP 2001-99686 A 特開2001−262583号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-262583

光波センシング技術、今日と将来 −安全・安心のためのファイバセンサフォトニクス−、第40回光波センシング技術研究会予稿集LST40−7Lightwave Sensing Technology, Today and Future-Fiber Sensor Photonics for Safety and Security-, Proceedings of the 40th Lightwave Sensing Technology Study Group LST40-7 光ファイバセンシング―FBG歪センシングと応用 PLANT Engineer、Dec.2009、pp.66−72Fiber Optic Sensing-FBG Strain Sensing and Applications PLANT Engineer, Dec. 2009, pp. 66-72

上述したように、構造物の変位を測定することが求められているが、上述の技術はある一定の向きの変位を測定することに適するものであった。たとえば、ブリユアン散乱光やFBGを利用する方法では、光ファイバが初期状態から伸長する向きの変位を測定するのに適する構成である。また、特許文献1、2に開示される方法は、二つの部材間の間隔が初期状態から広がる向きの変位を測定するのに適する構成である。したがって、これらの方法は、たとえば2つの向き(たとえば、或る方向に沿った右向きと左向き等)への変位を測定する用途には適しないものであった。   As described above, it is required to measure the displacement of the structure. However, the above technique is suitable for measuring the displacement in a certain direction. For example, the method using Brillouin scattered light or FBG is a configuration suitable for measuring the displacement in the direction in which the optical fiber extends from the initial state. In addition, the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 are suitable for measuring a displacement in a direction in which the distance between two members widens from the initial state. Thus, these methods are not suitable for applications that measure displacement in, for example, two directions (eg, right and left along a certain direction).

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測定対象物の二つの部位の、互いに異なる向きへの相対的な変位を好適に測定することができる光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an optical fiber sensor and an optical fiber sensor system capable of suitably measuring relative displacements of two parts of a measurement object in different directions. The purpose is to provide.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光ファイバセンサは、測定対象物の一方の部位及び他方の部位に跨って設けられ、これら一方の部位及び他方の部位の相対的な変位を測定する光ファイバセンサであって、試験光が入力される光ファイバと、前記測定対象物の一方の部位に固定され、前記光ファイバを保持する光ファイバ保持部と、前記測定対象物の他方の部位に固定されるとともに、前記光ファイバに応力を印加する応力印加部を有し、かつ、前記測定対象物の一方の部位及び他方の部位の相対的な変位に応じて動く可動部と、を備え、前記応力印加部は、前記光ファイバに対して少なくとも前記変位する向きとは反対側に配設されており、前記測定対象物の一方の部位及び他方の部位が相対的に変位したときに、前記応力印加部が前記光ファイバに接触し、該光ファイバが変形することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the optical fiber sensor of the present invention is provided across one part and the other part of the measurement object, and the relative relation between the one part and the other part is provided. An optical fiber sensor for measuring a large displacement, an optical fiber to which test light is input, an optical fiber holding part that is fixed to one part of the measurement object and holds the optical fiber, and the measurement object A movable portion that is fixed to the other portion of the optical fiber, has a stress applying portion that applies stress to the optical fiber, and moves according to the relative displacement of one portion of the measurement object and the other portion. The stress applying unit is disposed at least on the side opposite to the displacement direction with respect to the optical fiber, and one part and the other part of the measurement object are relatively displaced. When Serial stress applying portion is in contact with the optical fiber, wherein the optical fiber is deformed.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記可動部の動きが前記光ファイバ保持部に直線状に保持された光ファイバの長手方向と交差する一軸上になるように、前記可動部の動きを規制する規制部を備えることを特徴とする。   Moreover, one aspect of the optical fiber sensor of the present invention is such that the movement of the movable part is on one axis intersecting the longitudinal direction of the optical fiber held linearly by the optical fiber holding part. It is characterized by comprising a regulating part that regulates movement.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記可動部の動きが前記光ファイバ保持部に直線状に保持された光ファイバの長手方向と交差する面上になるように、前記可動部の動きを規制する規制部を備えることを特徴とする。   In one aspect of the optical fiber sensor of the present invention, the movement of the movable portion is on a surface that intersects with the longitudinal direction of the optical fiber linearly held by the optical fiber holding portion. It is characterized by comprising a regulating part that regulates movement.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様において、前記応力印加部は、前記可動部に着脱可能に設けられ、かつ、前記光ファイバとの初期の距離を変更可能とされていることを特徴とする。   Further, in one aspect of the optical fiber sensor of the present invention, the stress application unit is detachably provided on the movable unit, and an initial distance from the optical fiber can be changed. To do.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様において、前記光ファイバは、前記測定対象物の一方の部位及び他方の部位の相対的な変位に応じて変形するセンサ光ファイバ部を備え、前記センサ光ファイバ部の光学特性が、該光ファイバに接続される試験光伝送用光ファイバの光学特性と異なることを特徴とする。   In one aspect of the optical fiber sensor of the present invention, the optical fiber includes a sensor optical fiber portion that deforms according to relative displacement of one part and the other part of the measurement object, and the sensor light The optical characteristic of the fiber part is different from the optical characteristic of the optical fiber for test light transmission connected to the optical fiber.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記センサ光ファイバ部と前記試験光伝送用光ファイバとのモードフィールド径が異なることを特徴とする。   Moreover, one mode of the optical fiber sensor of the present invention is characterized in that mode field diameters of the sensor optical fiber portion and the test optical transmission optical fiber are different.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記センサ光ファイバ部と前記試験光伝送用光ファイバとのカットオフ波長が異なることを特徴とする。   In one aspect of the optical fiber sensor of the present invention, the sensor optical fiber portion and the test optical transmission optical fiber have different cutoff wavelengths.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記センサ光ファイバ部と前記試験光伝送用光ファイバとの曲げ損失特性が異なることを特徴とする。   One aspect of the optical fiber sensor of the present invention is characterized in that bending loss characteristics of the sensor optical fiber portion and the test optical transmission optical fiber are different.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記センサ光ファイバ部と前記試験光伝送用光ファイバとの伝送損失特性が異なることを特徴とする。   Moreover, one aspect of the optical fiber sensor of the present invention is characterized in that transmission loss characteristics of the sensor optical fiber portion and the optical fiber for test light transmission are different.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記試験光がパルス光であって、前記光ファイバの余長分を収容する収納部を備え、前記光ファイバの余長分は、前記パルス光の時間幅に相当する時間に該パルス光が伝搬する長さ以上の長さを有することを特徴とする。   In one aspect of the optical fiber sensor of the present invention, the test light is pulsed light, and includes a storage unit that accommodates the extra length of the optical fiber, and the extra length of the optical fiber includes the pulsed light. The pulse light has a length longer than the length of propagation of the pulsed light in a time corresponding to the time width.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記試験光は、前記光ファイバの伝送損失が最も低い波長帯域よりも長い波長を有することを特徴とする。   One aspect of the optical fiber sensor of the present invention is characterized in that the test light has a wavelength longer than a wavelength band in which the transmission loss of the optical fiber is lowest.

また、本発明の光ファイバセンサの一態様は、前記光ファイバにおいて、前記測定対象物の一方の部位及び他方の部位の相対的な変位に応じて変形するセンサ光ファイバ部にファイバブラッググレーティングを設けたことを特徴とする。   According to another aspect of the optical fiber sensor of the present invention, in the optical fiber, a fiber Bragg grating is provided in a sensor optical fiber portion that is deformed according to a relative displacement of one part and the other part of the measurement object. It is characterized by that.

また、本発明の光ファイバセンサシステムは、前述の光ファイバセンサと、前記試験光を出力する光源と、前記光ファイバセンサの前記光ファイバを透過した試験光を受光することができる受光器と、前記光源と前記光ファイバセンサとを接続する第1光ファイバ伝送路と、前記光ファイバセンサと前記受光器とを接続する第2光ファイバ伝送路とを有する光ファイバ伝送路と、を備えることを特徴とする。   Further, an optical fiber sensor system of the present invention includes the above-described optical fiber sensor, a light source that outputs the test light, a light receiver that can receive the test light transmitted through the optical fiber of the optical fiber sensor, An optical fiber transmission line having a first optical fiber transmission line connecting the light source and the optical fiber sensor, and a second optical fiber transmission line connecting the optical fiber sensor and the light receiver. Features.

また、本発明の光ファイバセンサシステムは、前述の光ファイバセンサと、前記試験光を出力するとともに、該光ファイバセンサから発生する後方散乱光を受光するOTDR装置と、前記OTDR装置と前記光ファイバセンサとを接続する光ファイバ伝送路と、を備えることを特徴とする。   An optical fiber sensor system of the present invention includes the above-described optical fiber sensor, an OTDR device that outputs the test light and receives backscattered light generated from the optical fiber sensor, the OTDR device, and the optical fiber. And an optical fiber transmission line connecting the sensor.

また、本発明の光ファイバセンサシステムは、前述の光ファイバセンサと、前記試験光を出力する光源と、前記光源と前記光ファイバセンサとを接続する光ファイバ伝送路と、前記試験光のうち光ファイバセンサのファイバブラッググレーティングにより反射された反射光が入力され、該反射光の波長を測定する光波長測定器と、を備えることを特徴とする。   The optical fiber sensor system of the present invention includes the above-described optical fiber sensor, a light source that outputs the test light, an optical fiber transmission line that connects the light source and the optical fiber sensor, and light of the test light. And an optical wavelength measuring device that receives the reflected light reflected by the fiber Bragg grating of the fiber sensor and measures the wavelength of the reflected light.

また、本発明の光ファイバセンサシステムの一態様は、前述の光ファイバセンサシステムにおいて、前記光ファイバセンサを複数備え、前記複数の光ファイバセンサが、前記光ファイバ伝送路に直列に接続されていることを特徴とする。   According to another aspect of the optical fiber sensor system of the present invention, the optical fiber sensor system includes a plurality of the optical fiber sensors, and the optical fiber sensors are connected in series to the optical fiber transmission line. It is characterized by that.

また、本発明の光ファイバセンサシステムの一態様は、前述の光ファイバセンサシステムにおいて、前記光ファイバセンサを複数備え、前記光ファイバ伝送路は、主光ファイバ伝送路と、前記主光ファイバ伝送路から分岐した複数の分岐光ファイバ伝送路とを有し、前記OTDR装置または前記光源は、前記主光ファイバ伝送路に接続されており、前記複数の光ファイバセンサは、それぞれ、前記分岐光ファイバ伝送路を介して前記主光ファイバ伝送路に接続されていることを特徴とする。   According to another aspect of the optical fiber sensor system of the present invention, the optical fiber sensor system includes a plurality of the optical fiber sensors, and the optical fiber transmission line includes a main optical fiber transmission line and the main optical fiber transmission line. A plurality of branched optical fiber transmission lines branched from the optical fiber, the OTDR device or the light source is connected to the main optical fiber transmission line, and the plurality of optical fiber sensors are respectively connected to the branched optical fiber transmission line. It is connected to the main optical fiber transmission line through a line.

本発明によれば、測定対象物の二つの部位の、互いに異なる向きへの相対的な変位を精度良く測定することができる光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサシステムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical fiber sensor and optical fiber sensor system which can measure the relative displacement to the mutually different direction of two parts of a measuring object with a sufficient precision can be provided.

図1は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサの概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサの概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of the optical fiber sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 図3は、図1に示すベアリング部を説明するための概略説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory diagram for explaining the bearing portion shown in FIG. 1. 図4は、図3に示すベアリング部をA方向から見たときの概略図である。FIG. 4 is a schematic view when the bearing portion shown in FIG. 3 is viewed from the A direction. 図5は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサにおいて、測定対象物の一方の部位と他方の部位との距離が、左右方向に離れた場合を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a case where the distance between one part and the other part of the measurement object is separated in the left-right direction in the optical fiber sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 図6は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサにおいて、測定対象物の一方の部位と他方の部位との距離が、前後方向に離れた場合を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a case where the distance between one part and the other part of the measurement target is separated in the front-rear direction in the optical fiber sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサを用いた光ファイバセンサシステムの概略説明図である。FIG. 7 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system using the optical fiber sensor according to the first embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサを備えた光ファイバセンサシステムを用いて、測定対象物の一方の部位と他方の部位との相対的な変位に対する、光ファイバセンサを透過する光強度を測定した際の経時的な変化を示す図である。FIG. 8 shows an optical fiber sensor with respect to relative displacement between one part and the other part of a measurement object using the optical fiber sensor system including the optical fiber sensor according to the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows a time-dependent change at the time of measuring the light intensity which permeate | transmits. 図9は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサを用いた光ファイバセンサシステムの概略説明図である。FIG. 9 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system using the optical fiber sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 図10は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサを備えた光ファイバセンサシステムを用いて、応力印加部により光ファイバが変形していない初期状態において後方散乱光を測定した結果を示す図である。FIG. 10 shows a result of measuring the backscattered light in the initial state where the optical fiber is not deformed by the stress applying unit using the optical fiber sensor system including the optical fiber sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 図11は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサを備えた光ファイバセンサシステムを用いて、応力印加部により光ファイバが変形した状態において後方散乱光を測定した結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a result of measuring the backscattered light in a state where the optical fiber is deformed by the stress applying unit using the optical fiber sensor system including the optical fiber sensor according to the first embodiment of the present invention. . 図12は、本発明の実施の形態2に係る光ファイバセンサの概略説明図である。FIG. 12 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 図13は、本発明の実施の形態2に係る光ファイバセンサにおいて、測定対象物の一方の部位と他方の部位との距離が、左右方向に離れた場合を示す概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a case where the distance between one part and the other part of the measurement object is separated in the left-right direction in the optical fiber sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 図14は、本発明の実施の形態2に係る光ファイバセンサの変形例1である光ファイバセンサの概略説明図である。FIG. 14 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor that is Modification 1 of the optical fiber sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 図15は、図14に示す光ファイバセンサにおいて、測定対象物の一方の部位と他方の部位との距離が、左右方向に離れた場合を示す概略図である。FIG. 15 is a schematic diagram showing a case where the distance between one part and the other part of the measurement object is separated in the left-right direction in the optical fiber sensor shown in FIG. 図16は、本発明の実施の形態2に係る光ファイバセンサの変形例2である光ファイバセンサの概略説明図である。FIG. 16 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor that is Modification Example 2 of the optical fiber sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 図17は、図16に示す光ファイバセンサにおいて、測定対象物の一方の部位と他方の部位との距離が、左右方向に離れた場合を示す概略図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing a case where the distance between one part and the other part of the measurement object is separated in the left-right direction in the optical fiber sensor shown in FIG. 図18は、本発明の実施の形態2に係る光ファイバセンサに用いられる応力印加部の変形例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a modification of the stress applying unit used in the optical fiber sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 図19は、本発明の実施の形態2に係る光ファイバセンサに用いられる応力印加部の変形例を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a modification of the stress applying unit used in the optical fiber sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 図20は、本発明の実施の形態に係る光ファイバセンサにおいて、応力印加部に接する光ファイバとして曲げ損失が大きい光ファイバを用いて、測定対象物の一方の部位と他方の部位との相対的な変位に対する出力光強度の経時的な変化を測定した結果を示す図である。FIG. 20 shows an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention, in which an optical fiber having a large bending loss is used as an optical fiber in contact with the stress application unit, and the relative position between one part and the other part of the measurement target is measured. It is a figure which shows the result of having measured the time-dependent change of the output light intensity with respect to various displacements. 図21は、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサにおいて、応力印加部に接する光ファイバとして、通常の1.3μm帯にゼロ分散波長を持つシングルモード光ファイバを用いて、複数の光ファイバセンサを直列に接続した時のOTDR波形である。FIG. 21 shows a plurality of optical fiber sensors using a single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in a normal 1.3 μm band as an optical fiber in contact with the stress applying unit in the optical fiber sensor according to the embodiment of the present invention. It is an OTDR waveform when these are connected in series. 図22は、本発明の実施の形態に係る光ファイバセンサにおいて、応力印加部に接する光ファイバとして、ITU−T G.657に規定された光ファイバを使用した場合のOTDR波形である。22 shows an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention, in which an ITU-T G.G. 6 is an OTDR waveform when an optical fiber specified in 657 is used. 図23は、本発明の実施の形態に係る光ファイバセンサにおいて、応力印加部に接する光ファイバとして、光ファイバ伝送路のファイバとはMFDが異なるファイバを用いた場合のOTDR波形である。FIG. 23 shows an OTDR waveform when a fiber having an MFD different from that of the optical fiber transmission line is used as the optical fiber in contact with the stress applying unit in the optical fiber sensor according to the embodiment of the present invention. 図24は、本発明の実施の形態に係る光ファイバセンサにおいて、応力印加部に接する光ファイバとして、光ファイバ伝送路のファイバよりも伝送損失が大きな光ファイバを用いた場合のOTDR波形である。FIG. 24 shows an OTDR waveform when an optical fiber having a transmission loss larger than that of the fiber in the optical fiber transmission line is used as the optical fiber in contact with the stress applying unit in the optical fiber sensor according to the embodiment of the present invention. 図25は、余長収納部を備えた光ファイバセンサの概略説明図である。FIG. 25 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor provided with a surplus length storage unit. 図26は、光ファイバセンサにおいて、光ファイバの余長分を有しない状態で測定したOTDR波形を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing an OTDR waveform measured in an optical fiber sensor in a state where there is no extra length of the optical fiber. 図27は、光ファイバセンサにおいて、光ファイバの余長分として、20mの光ファイバを有する状態で測定したOTDR波形である。FIG. 27 shows an OTDR waveform measured in a state in which an optical fiber sensor has a 20 m optical fiber as the extra length of the optical fiber. 図28は、本発明の実施の形態3に係る光ファイバセンサの概略説明図である。FIG. 28 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor according to Embodiment 3 of the present invention. 図29は、本発明の実施の形態3に係る光ファイバセンサを説明するための概略斜視図である。FIG. 29 is a schematic perspective view for explaining an optical fiber sensor according to Embodiment 3 of the present invention. 図30は、本発明の実施の形態3に係る光ファイバセンサを用いた光ファイバセンサシステムの概略説明図である。FIG. 30 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system using the optical fiber sensor according to Embodiment 3 of the present invention. 図31は、本発明の実施の形態3に係る光ファイバセンサを用いて、ファイバブラッググレーティングから反射された光の波長の変化を測定した結果を示す図である。FIG. 31 is a diagram illustrating a result of measuring a change in wavelength of light reflected from the fiber Bragg grating using the optical fiber sensor according to Embodiment 3 of the present invention. 図32は、光ファイバセンサを用いて橋脚上に設置された二つの床板間の変位を測定する場合を示す図である。FIG. 32 is a diagram showing a case where the displacement between two floor boards installed on a bridge pier is measured using an optical fiber sensor. 図33は、本発明の実施の形態5に係る光ファイバセンサシステムの概略説明図である。FIG. 33 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system according to Embodiment 5 of the present invention. 図34は、本発明の実施の形態6に係る光ファイバセンサシステムの概略説明図である。FIG. 34 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system according to Embodiment 6 of the present invention. 図35は、本発明の実施の形態7に係る光ファイバセンサシステムの概略説明図である。FIG. 35 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system according to Embodiment 7 of the present invention. 図36は、本発明の実施の形態6に係る光ファイバセンサシステムを用いて測定したOTDR波形を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing an OTDR waveform measured using the optical fiber sensor system according to Embodiment 6 of the present invention. 図37は、本発明の実施の形態7に係る光ファイバセンサシステムを用いて測定したOTDR波形を示す図である。FIG. 37 is a diagram showing an OTDR waveform measured using the optical fiber sensor system according to Embodiment 7 of the present invention.

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態である光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサシステムについて説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、ITU−T(国際電気通信連合)G.650.1で定義する22m法によるカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはITU−T G.650.1における定義、測定方法に適宜従うものとする。   Hereinafter, an optical fiber sensor and an optical fiber sensor system according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. In the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals as appropriate, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic, and dimensional relationships between elements may differ from actual ones. Even between the drawings, there are cases in which portions having different dimensional relationships and ratios are included. Further, in this specification, the cutoff wavelength is ITU-T (International Telecommunication Union) G.I. This is the cut-off wavelength according to the 22m method defined by 650.1. For other terms not specifically defined in this specification, the ITU-T G.G. The definition and measurement method in 650.1 shall be followed as appropriate.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサ1の概略説明図である。また、図2は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサ1の概略斜視図である。なお、図1においては、構造の説明のために一部の部材を切り欠いて描いており、図2においては、視認しやすいように一部の部材が破線で描かれている。光ファイバセンサ1は、図1及び図2に示すように、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12に跨って設けられている。この光ファイバセンサ1は、一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位を測定するためのものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view of the optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, some members are cut out for the purpose of explaining the structure, and in FIG. 2, some members are drawn with broken lines so as to be easily visible. As shown in FIGS. 1 and 2, the optical fiber sensor 1 is provided across one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10. The optical fiber sensor 1 is for measuring the relative displacement of one part 11 and the other part 12.

光ファイバセンサ1は、試験光が入力される光ファイバ20と、この光ファイバ20を保持する光ファイバ保持部30と、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に応じて動く可動部40と、を備えている。なお、図中で光ファイバ20に沿って描かれている矢印は、試験光の伝搬方向を示している。   The optical fiber sensor 1 includes an optical fiber 20 to which test light is input, an optical fiber holding unit 30 that holds the optical fiber 20, and a relative displacement of one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10. And a movable part 40 that moves in response to the movement. In addition, the arrow drawn along the optical fiber 20 in the drawing indicates the propagation direction of the test light.

光ファイバ20は、例えば、光ファイバ20の一端に、試験光を出力する光源などが接続され、光ファイバの他端に、受光器などが接続される。また、これら光源と光ファイバ20、受光器と光ファイバ20との間には、試験光伝送用の光ファイバ伝送路が設けられることもある。
光ファイバ保持部30は、一方の部位11に固定されたコの字状の第一固定部31と、この第一固定部31に固定され光ファイバ20を保持する保持部32とを有している。保持部32は対向配置され、光ファイバ20を直線状に保持している。
In the optical fiber 20, for example, a light source that outputs test light is connected to one end of the optical fiber 20, and a light receiver is connected to the other end of the optical fiber. Further, an optical fiber transmission path for test light transmission may be provided between the light source and the optical fiber 20 and between the light receiver and the optical fiber 20.
The optical fiber holding part 30 has a U-shaped first fixing part 31 fixed to one part 11 and a holding part 32 fixed to the first fixing part 31 and holding the optical fiber 20. Yes. The holding portions 32 are arranged to face each other and hold the optical fiber 20 in a straight line shape.

可動部40は、他方の部位12に固定されており、一方の部位11側に向けて直線状に伸びている。本実施形態においては、可動部40は、第二固定部41を介して他方の部位12に固定されている。
そして、可動部40は、光ファイバ20に応力を印加する応力印加部50を有している。本実施形態において、応力印加部50は、可動部40の先端側に、着脱可能に設けられている。応力印加部50には、貫通孔が形成されており、この貫通孔に光ファイバ20が挿通されている。すなわち、光ファイバ20の周囲に応力印加部50が配設されているのである。
The movable part 40 is fixed to the other part 12 and extends linearly toward the one part 11 side. In the present embodiment, the movable part 40 is fixed to the other part 12 via the second fixing part 41.
The movable unit 40 includes a stress applying unit 50 that applies stress to the optical fiber 20. In the present embodiment, the stress applying unit 50 is detachably provided on the distal end side of the movable unit 40. A through hole is formed in the stress application unit 50, and the optical fiber 20 is inserted through the through hole. That is, the stress applying unit 50 is disposed around the optical fiber 20.

具体的には、応力印加部50は、中心に向かうにしたがって内径が縮径する円柱状の貫通孔によって、光ファイバ20に応力を印加する面が形成されている。そして、一方の部位11及び他方の部位12が相対的に変位したときに、応力印加部50が、光ファイバ20に接触して光ファイバ20を変形するようになっている。応力印加部50の材質は、例えばアルミニウム、プラスチック、ゴムなどである。   Specifically, the stress applying unit 50 has a surface through which a stress is applied to the optical fiber 20 by a cylindrical through hole whose inner diameter is reduced toward the center. When the one part 11 and the other part 12 are relatively displaced, the stress applying unit 50 comes into contact with the optical fiber 20 and deforms the optical fiber 20. The material of the stress applying unit 50 is, for example, aluminum, plastic, rubber, or the like.

本実施形態において、第一固定部31と可動部40とが、図1に示すように、ベアリング機構60(規制部)を介して連結されている。ベアリング機構60は、ベアリング部61と、ボール部62とを有している。なお、図2においては、ベアリング機構の図示が省略されている。   In this embodiment, the 1st fixing | fixed part 31 and the movable part 40 are connected via the bearing mechanism 60 (regulation part), as shown in FIG. The bearing mechanism 60 has a bearing portion 61 and a ball portion 62. In FIG. 2, the bearing mechanism is not shown.

ベアリング部61は、図1、図3、及び図4に示すように、ボール部62を受けるために外周に沿うように形成されたボール受け溝63が形成され、ベアリング部61の中心には、光ファイバ20を挿通するための貫通孔64が形成されている。また、可動部40にも、ボール部62を受けるためのボール受け溝42が所定の位置に形成されている。第一固定部31の内側にベアリング部61,61、可動部40が順に配設されるとともに、ボール部62がそれぞれのボール受け溝63に配設されることにより、光ファイバ保持部30と可動部40とが連結されている。より具体的な連結方法として、例えば第一固定部31を上下二つの部材に予め分離しておき、可動部40とベアリング部61との間の所定の位置にボール部62を配設した状態で、ベアリング部61を挟みこむように上下に分離した第一固定部31を配設することにより固定することができる。   As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the bearing portion 61 is formed with a ball receiving groove 63 that is formed along the outer periphery to receive the ball portion 62. A through hole 64 for inserting the optical fiber 20 is formed. The movable portion 40 is also formed with a ball receiving groove 42 for receiving the ball portion 62 at a predetermined position. The bearing portions 61 and 61 and the movable portion 40 are sequentially disposed inside the first fixed portion 31, and the ball portion 62 is disposed in each ball receiving groove 63, whereby the optical fiber holding portion 30 and the movable portion 40 are movable. The part 40 is connected. As a more specific connection method, for example, the first fixed portion 31 is separated into two upper and lower members in advance, and the ball portion 62 is disposed at a predetermined position between the movable portion 40 and the bearing portion 61. The first fixing portion 31 that is separated in the vertical direction so as to sandwich the bearing portion 61 can be fixed.

このベアリング機構60は、第一固定部31と可動部40とを、ベアリング機構60のボール部62の可動範囲内に規制する機能を有している。すなわち、可動部40の動きがベアリング機構60によって規制されているのである。本実施形態において、具体的には、可動部40の動きは、ベアリング機構60によって、直線状に保持された光ファイバ20の長手方向と直交する面内に規制されている。   The bearing mechanism 60 has a function of regulating the first fixed portion 31 and the movable portion 40 within the movable range of the ball portion 62 of the bearing mechanism 60. That is, the movement of the movable part 40 is regulated by the bearing mechanism 60. In the present embodiment, specifically, the movement of the movable portion 40 is regulated by the bearing mechanism 60 in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber 20 held in a straight line.

この光ファイバセンサ1を測定対象物10に配設する際には、その初期位置として、光ファイバ20が、応力印加部50が形成する貫通孔の中心軸と一致するように固定することが好ましい。これにより、光ファイバ20と応力印加部50との距離が、ベアリング機構60による規制面内のあらゆる向きにおいて等しくなる。ただし、配設の仕方はこれに限られず、配設時の光ファイバ20と応力印加部50との距離(初期の距離)が既知の値であればよく、規制面内の向きに応じて異なっていてもよい。光ファイバ20の配設方法として、例えば、光ファイバ保持部30、ベアリング機構60、及び応力印加部50を有する可動部40を配設する際に、光ファイバ20が応力印加部50の所定の位置になるように、各部材をピンなどで仮固定(例えば、光ファイバ保持部30と応力印加部50との相対位置を固定する)しておき、各部材を配設完了後にピンを取りはずす構成としても良い。   When the optical fiber sensor 1 is disposed on the measurement object 10, it is preferable to fix the optical fiber 20 so that the optical fiber 20 coincides with the central axis of the through hole formed by the stress applying unit 50 as the initial position. . As a result, the distance between the optical fiber 20 and the stress applying unit 50 becomes equal in all directions within the regulation surface by the bearing mechanism 60. However, the arrangement method is not limited to this, and the distance (initial distance) between the optical fiber 20 and the stress applying unit 50 at the time of arrangement may be a known value, and differs depending on the direction in the regulation plane. It may be. As an arrangement method of the optical fiber 20, for example, when the movable part 40 having the optical fiber holding part 30, the bearing mechanism 60, and the stress applying part 50 is provided, the optical fiber 20 is positioned at a predetermined position of the stress applying part 50. Each member is temporarily fixed with a pin or the like (for example, the relative position between the optical fiber holding unit 30 and the stress applying unit 50 is fixed), and the pin is removed after the arrangement of each member is completed. Also good.

次に、実施の形態1に係る光ファイバセンサ1の作用について説明する。図5は、実施の形態1に係る光ファイバセンサ1において、測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12との距離が、紙面左右方向に離れた場合を示す概略図である。測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12とが移動して左右方向の距離が離れた場合、一方の部位11に対して可動部40が相対的に右向きに移動(変位)する。このとき、光ファイバ保持部30に保持された光ファイバ20は、応力印加部50のうち光ファイバ20に対して変位の向きとは反対側(左側)に位置する箇所によって右向きに応力を印加され、応力印加部50の面に沿って曲げられた形状となる。この状態において、光ファイバ20に試験光を入力すると、前述の変形によって光ファイバ20を伝搬する光には損失が発生し、出力される試験光の光強度が減少する。また、試験光により光ファイバ20中で発生するレーリー散乱による後方散乱光も前述の光ファイバ20の変形によって減少する。   Next, the operation of the optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 will be described. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a case where the distance between one part 11 and the other part 12 of the measurement target 10 is separated in the left-right direction on the paper surface in the optical fiber sensor 1 according to the first embodiment. When the one part 11 and the other part 12 of the measuring object 10 move and the distance in the left-right direction is increased, the movable unit 40 moves (displaces) to the right relative to the one part 11. At this time, the optical fiber 20 held by the optical fiber holding unit 30 is stressed rightward by a portion of the stress applying unit 50 located on the opposite side (left side) of the displacement direction with respect to the optical fiber 20. The shape is bent along the surface of the stress applying unit 50. In this state, when the test light is input to the optical fiber 20, a loss occurs in the light propagating through the optical fiber 20 due to the above-described deformation, and the light intensity of the output test light decreases. Further, backscattered light due to Rayleigh scattering generated in the optical fiber 20 by the test light is also reduced by the deformation of the optical fiber 20 described above.

図5では、一方の部位11及び他方の部位12との左右方向の距離が離れた状態を示しているが、光ファイバ20に曲げ変形が起こっていない初期の状態から、一方の部位11及び他方の部位12との左右方向の距離が近づいた場合は、一方の部位11に対して可動部40が相対的に左向きに移動する。そして、光ファイバ20は、応力印加部50のうち光ファイバ20に対して右側に位置する箇所によって左向きに応力を印加され、応力印加部50の面に沿って変形する。これにより、光ファイバ20中を伝搬する試験光及び後方散乱光に損失が発生する。
このように、実施の形態1に係る光ファイバセンサ1は、一方の部位11及び他方の部位12が左右どちらの向きに動いても、その変位を検出することができる。
FIG. 5 shows a state in which the distance between the one part 11 and the other part 12 in the left-right direction is increased. From the initial state where the optical fiber 20 is not bent, the one part 11 and the other part 12 are shown. When the distance in the left-right direction from the part 12 approaches, the movable part 40 moves to the left relative to the one part 11. The optical fiber 20 is applied with a stress leftward by a portion of the stress applying unit 50 located on the right side of the optical fiber 20 and deforms along the surface of the stress applying unit 50. As a result, loss occurs in the test light and the backscattered light propagating through the optical fiber 20.
As described above, the optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 can detect the displacement regardless of whether the one part 11 and the other part 12 move in the left or right direction.

図6は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサ1において、測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12との距離が、紙面前後方向に離れた場合を示す概略図である。なお、本実施形態においては、紙面に対して、手前側を前方、奥側を後方と称している。この場合、一方の部位11に対して可動部40が相対的に前側に移動する。このとき、光ファイバ保持部30に保持された光ファイバ20は、応力印加部50のうち光ファイバ20に対して後側に位置する箇所によって前向きに応力を印加され、応力印加部50の面に沿って曲げられた形状となる。これにより、光ファイバ20中を伝搬する試験光及び後方散乱光に損失が発生する。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a case where the distance between one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 is separated in the front-rear direction of the drawing in the optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 of the present invention. is there. In the present embodiment, the front side is referred to as the front and the back side is referred to as the rear with respect to the paper surface. In this case, the movable part 40 moves relatively to the front side with respect to the one part 11. At this time, the optical fiber 20 held by the optical fiber holding unit 30 is applied with a forward stress by a portion of the stress applying unit 50 located on the rear side with respect to the optical fiber 20, and is applied to the surface of the stress applying unit 50. It becomes the shape bent along. As a result, loss occurs in the test light and the backscattered light propagating through the optical fiber 20.

図6では、一方の部位11及び他方の部位12との前後方向の距離が離れた状態を示しているが、光ファイバ20に曲げ変形が起こっていない初期の状態から、一方の部位11及び他方の部位12との前後方向の距離が近づいた場合は、一方の部位11に対して可動部40が相対的に後側に移動し、光ファイバ20が、応力印加部50のうち光ファイバ20に対して前側に位置する箇所によって後側に向けて応力を印加されて応力印加部50の面に沿って変形する。これにより、光ファイバ20中を伝搬する試験光及び後方散乱光に損失が発生する。
このように、実施の形態1に係る光ファイバセンサ1は、一方の部位11及び他方の部位12が前後どちらの向きに動いても、その相対的な変位を検出することができる。同様に、実施の形態1に係る光ファイバセンサ1は、一方の部位11及び他方の部位12が、規制面内において前後左右に対して傾斜した向きに動いても、その相対的な変位を検出することができる。
FIG. 6 shows a state in which the distance in the front-rear direction from the one part 11 and the other part 12 is increased, but from the initial state where the optical fiber 20 is not deformed, the one part 11 and the other part 12 are shown. When the distance in the front-rear direction from the part 12 approaches the movable part 40 relative to one part 11, the optical fiber 20 moves to the optical fiber 20 in the stress application part 50. On the other hand, a stress is applied toward the rear side by a position located on the front side, and the stress is deformed along the surface of the stress applying unit 50. As a result, loss occurs in the test light and the backscattered light propagating through the optical fiber 20.
As described above, the optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 can detect the relative displacement regardless of whether the one part 11 and the other part 12 move in the front-rear direction. Similarly, the optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 detects the relative displacement even when one part 11 and the other part 12 move in a direction inclined with respect to the front, rear, left, and right within the regulation plane. can do.

以上のような構成とされた本実施形態に係る光ファイバセンサ1においては、一方の部位11及び他方の部位12が規制面内のあらゆる向きに相対的に変位すると、可動部40が有する応力印加部50により、光ファイバ保持部30によって保持された光ファイバ20に応力が印加されて光ファイバ20が変形する。これにより、光ファイバ20に試験光(伝搬光)が入力された際に光損失が発生する。したがって、光ファイバセンサ1を透過する光あるいは後方散乱する光の強度を観測することにより、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の規制面内のあらゆる向きの変位を好適に測定することができる。   In the optical fiber sensor 1 according to the present embodiment configured as described above, when the one part 11 and the other part 12 are relatively displaced in all directions within the regulation surface, the stress application that the movable part 40 has is applied. The part 50 applies stress to the optical fiber 20 held by the optical fiber holding part 30, and the optical fiber 20 is deformed. Thereby, optical loss occurs when test light (propagation light) is input to the optical fiber 20. Therefore, by observing the intensity of the light transmitted through the optical fiber sensor 1 or the backscattered light, the displacement in any direction within the regulating surface of the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 is preferably measured. can do.

また、実施の形態1においては、ベアリング機構60(規制部)によって、直線状に保持された光ファイバ20と直交する面内に可動部40の移動が規制されているので、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12が相対的に変位した際に、確実に応力印加部50によって光ファイバ20に応力を印加することができる。また、可動部40の移動が光ファイバ20の長手方向と直交する面内に規制されていることにより、精度よく一方の部位11及び他方の部位12の面内における相対的な変位を測定することが可能である。
なお、実施の形態1においては、直線状に保持された光ファイバ20の長手方向と直交する面内に可動部20の動きが規制される場合について説明したが、必ずしも直交に限らず直線状に保持された光ファイバ20の長手方向と交差する面内に動きが規制されていても良い。
Further, in the first embodiment, the movement of the movable part 40 is restricted in a plane perpendicular to the optical fiber 20 held in a straight line by the bearing mechanism 60 (the restricting part). When the one portion 11 and the other portion 12 are relatively displaced, the stress can be reliably applied to the optical fiber 20 by the stress applying unit 50. In addition, since the movement of the movable portion 40 is restricted within a plane orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber 20, the relative displacement in the plane of the one portion 11 and the other portion 12 can be accurately measured. Is possible.
In the first embodiment, the case where the movement of the movable portion 20 is restricted in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber 20 held in a straight line has been described. The movement may be restricted in a plane intersecting the longitudinal direction of the held optical fiber 20.

また、実施の形態1においては、応力印加部50は、着脱可能に設けられているため、可動部に取り付ける応力印加部を必要に応じて選択することができる。また、応力印加部50と光ファイバ20との距離を調整するために、応力印加部を選択することもできる。応力印加部50と光ファイバ20との初期の距離を調整することにより、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位の許容範囲を設定することができる。   Moreover, in Embodiment 1, since the stress application part 50 is provided so that attachment or detachment is possible, the stress application part attached to a movable part can be selected as needed. Moreover, in order to adjust the distance between the stress applying unit 50 and the optical fiber 20, the stress applying unit can be selected. By adjusting the initial distance between the stress applying unit 50 and the optical fiber 20, it is possible to set an allowable range of relative displacement between the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10.

図7は本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサ1を用いた光ファイバセンサシステム2の概略説明図である。この光ファイバセンサシステム2は、光ファイバセンサ1と、試験光を出力する光源71と、試験光を受光する受光器72と、前述の光源71、光ファイバセンサ1、及び受光器72を接続する第1光ファイバ伝送路、第2光ファイバ伝送路としての光ファイバ伝送路73とを備えている。光源71はたとえば試験光として連続光としてのレーザ光を出力する半導体レーザ素子を備えたものである。試験光の波長はたとえば1.55μm帯の光である。受光器72はたとえばフォトダイオードを備えたものである。
この光ファイバセンサシステム2では、光源71から出力された試験光は、光ファイバ伝送路73を伝搬し、光ファイバセンサ1に入力する。光ファイバセンサ1からの出力光は、受光器72に受光され、光強度が測定される。
FIG. 7 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system 2 using the optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The optical fiber sensor system 2 connects the optical fiber sensor 1, a light source 71 that outputs test light, a light receiver 72 that receives the test light, and the light source 71, the optical fiber sensor 1, and the light receiver 72 described above. And a first optical fiber transmission line and an optical fiber transmission line 73 as a second optical fiber transmission line. The light source 71 includes, for example, a semiconductor laser element that outputs laser light as continuous light as test light. The wavelength of the test light is, for example, 1.55 μm band light. The light receiver 72 includes, for example, a photodiode.
In the optical fiber sensor system 2, the test light output from the light source 71 propagates through the optical fiber transmission path 73 and is input to the optical fiber sensor 1. The output light from the optical fiber sensor 1 is received by the light receiver 72 and the light intensity is measured.

図8は、図7に示した光ファイバセンサシステム2を用いて、測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12との相対的な変位に対する、光ファイバセンサ1を透過する光強度を測定した際の経時的な変化を示す図である。ここでは、光ファイバセンサ1に用いられる光ファイバ20として、ITU−T G.652に準拠する、通常の1.3μm帯にゼロ分散波長を持つシングルモード光ファイバを用いている。図8に示すように、光ファイバ20が変形していない初期状態を一方の部位11と他方の部位12との相対的な変位が0の状態と設定し、変位に対して光強度が減少することが確認される。なお、図8に示す矢印の位置が、応力印加部50によって応力を印加され光ファイバ20が変形を開始した時点である。   FIG. 8 shows the light intensity transmitted through the optical fiber sensor 1 with respect to the relative displacement between the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 using the optical fiber sensor system 2 shown in FIG. It is a figure which shows a time-dependent change at the time of measuring. Here, as the optical fiber 20 used in the optical fiber sensor 1, ITU-T G.I. A single mode optical fiber conforming to 652 and having a zero dispersion wavelength in a normal 1.3 μm band is used. As shown in FIG. 8, the initial state where the optical fiber 20 is not deformed is set to a state where the relative displacement between the one portion 11 and the other portion 12 is 0, and the light intensity decreases with respect to the displacement. That is confirmed. In addition, the position of the arrow shown in FIG. 8 is the time when the stress is applied by the stress applying unit 50 and the optical fiber 20 starts to be deformed.

図9は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバセンサ1を用いた光ファイバセンサシステム102の概略説明図である。光ファイバセンサシステム102は、光ファイバセンサ1と、波長1.55μm帯のパルス光である試験光を出力するとともに光ファイバセンサ1から発生する後方散乱光を受光するOTDR(Optical Time Domain Reflectometer)装置74と、OTDR装置74及び光ファイバセンサ1を接続する光ファイバ伝送路73と、を備えている。なお、光ファイバセンサ1のOTDR装置74とは反対側は終端器に接続されている。
OTDR装置74に内蔵された光源から出力されたパルス光は、光ファイバ伝送路73を伝搬し、光ファイバセンサ1に入力する。光ファイバ伝送路73及び光ファイバセンサ1において、光ファイバ20中ではパルス光からのレーリー散乱による後方散乱光が発生し、OTDR装置74の方向に伝搬していく。OTDR装置74には後方散乱光を受光する受光機器が備えられており、パルス光の出力された時間に対する遅延時間(後方散乱光の到達時間)が測定される。これにより、光ファイバセンサ1及び光ファイバ伝送路73を構成する光ファイバ上でのOTDR装置74からの距離とその距離における光強度の関係を得ることができる。したがって、光ファイバセンサ1において光ファイバ20が変形して損失が発生した場合は、光ファイバセンサ1に該当する位置(距離)において光強度が減少する。
FIG. 9 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system 102 using the optical fiber sensor 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The optical fiber sensor system 102 is an optical fiber sensor 1 and an optical time domain reflectometer (OTDR) device that outputs test light, which is pulsed light having a wavelength of 1.55 μm, and receives backscattered light generated from the optical fiber sensor 1. 74 and an optical fiber transmission line 73 connecting the OTDR device 74 and the optical fiber sensor 1. The side opposite to the OTDR device 74 of the optical fiber sensor 1 is connected to a terminator.
The pulsed light output from the light source incorporated in the OTDR device 74 propagates through the optical fiber transmission path 73 and is input to the optical fiber sensor 1. In the optical fiber transmission line 73 and the optical fiber sensor 1, backscattered light due to Rayleigh scattering from pulsed light is generated in the optical fiber 20 and propagates in the direction of the OTDR device 74. The OTDR device 74 is provided with a light receiving device that receives backscattered light, and measures a delay time (arrival time of the backscattered light) with respect to the output time of the pulsed light. Thereby, the relationship between the distance from the OTDR device 74 on the optical fiber constituting the optical fiber sensor 1 and the optical fiber transmission line 73 and the light intensity at the distance can be obtained. Therefore, when the optical fiber 20 is deformed and a loss occurs in the optical fiber sensor 1, the light intensity decreases at a position (distance) corresponding to the optical fiber sensor 1.

図10及び図11は、図9に示した光ファイバセンサシステム1を用いて、光ファイバセンサ1近傍での後方散乱光を測定した結果である。図10は、応力印加部50により光ファイバ20が変形していない初期状態において後方散乱光を測定した結果を示す図である。図11は光ファイバセンサ1の光ファイバ20が応力印加部50により変形した状態において後方散乱光を測定した結果を示す図である。図10と図11とを比較すると、図11では光ファイバセンサ1に該当する位置での光強度が減少しており、光ファイバ20が変形していることがわかる。   10 and 11 show the results of measuring the backscattered light in the vicinity of the optical fiber sensor 1 using the optical fiber sensor system 1 shown in FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating a result of measuring the backscattered light in the initial state where the optical fiber 20 is not deformed by the stress applying unit 50. FIG. 11 is a diagram illustrating a result of measuring the backscattered light in a state where the optical fiber 20 of the optical fiber sensor 1 is deformed by the stress applying unit 50. Comparing FIG. 10 with FIG. 11, it can be seen that in FIG. 11, the light intensity at the position corresponding to the optical fiber sensor 1 is reduced, and the optical fiber 20 is deformed.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。なお、実施の形態1と同様の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
図12は本発明の実施の形態2に係る光ファイバセンサ101の概略説明図である。この光ファイバセンサ101は、試験光が入力される光ファイバ20と、この光ファイバ20を保持する光ファイバ保持部130と、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に応じて動く可動部140と、を備えている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing of the structure similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and described, and detailed description is abbreviate | omitted.
FIG. 12 is a schematic explanatory diagram of the optical fiber sensor 101 according to Embodiment 2 of the present invention. The optical fiber sensor 101 includes an optical fiber 20 to which test light is input, an optical fiber holding unit 130 that holds the optical fiber 20, and one portion 11 and the other portion 12 of the measurement target 10. And a movable part 140 that moves in accordance with the displacement.

光ファイバ保持部130は、一方の部位11に固定された第一固定部131と、この第一固定部131に固定され光ファイバ20を保持する保持部132とを有している。保持部132は対向配置されており、光ファイバ20を直線状に保持している。   The optical fiber holding part 130 has a first fixing part 131 fixed to one part 11 and a holding part 132 fixed to the first fixing part 131 and holding the optical fiber 20. The holding portions 132 are arranged to face each other, and hold the optical fiber 20 in a straight line.

可動部140は、他方の部位12に固定されており、一方の部位11側に向けて直線状に伸びている。本実施形態においては、可動部140は、第二固定部41を介して他方の部位12に固定されている。また、可動部140は、光ファイバ20に応力を印加する応力印加部150を有している。   The movable part 140 is fixed to the other part 12 and extends linearly toward the one part 11 side. In the present embodiment, the movable part 140 is fixed to the other part 12 via the second fixing part 41. In addition, the movable part 140 has a stress applying part 150 that applies stress to the optical fiber 20.

実施の形態2において、応力印加部150は、可動部140の先端側に、ネジなどで取り外し可能に設けられている。応力印加部150は、対向するように間隔をあけて二つ配置されており、これら二つの応力印加部150の間に光ファイバ20が挿通されている。すなわち、応力印加部150は、光ファイバ20に対して少なくとも右向きおよび左向きの2つの向きに配設されていることとなる。本実施形態において、応力印加部150は、対向する面が、図12に示すように、面の中心に向かうにしたがって外方に膨らむように形成されている。そして、一方の部位11及び他方の部位12が相対的に変位したときに、応力印加部150が、光ファイバ20に接触して光ファイバ20を変形するようになっている。   In the second embodiment, the stress applying unit 150 is detachably provided on the distal end side of the movable unit 140 with a screw or the like. Two stress applying portions 150 are arranged so as to be opposed to each other with an interval therebetween, and the optical fiber 20 is inserted between the two stress applying portions 150. That is, the stress applying unit 150 is disposed in at least two directions, that is, rightward and leftward with respect to the optical fiber 20. In the present embodiment, the stress applying unit 150 is formed such that the opposing surfaces bulge outward toward the center of the surface as shown in FIG. When the one part 11 and the other part 12 are relatively displaced, the stress applying unit 150 contacts the optical fiber 20 and deforms the optical fiber 20.

実施の形態2の光ファイバセンサ101においては、第一固定部131に設けられたレール133(規制部)上に可動部140が、配設されている。このレール133は、第一固定部131と可動部140とをレール133上に規制する機能を有している。すなわち、このレール133により可動部140がレール133上を動くように規制されているのである。本実施形態において、具体的には、可動部140の動きは、レール133によって、直線状に保持された光ファイバ20の長手方向と直交する一軸上に規制されている。   In the optical fiber sensor 101 according to the second embodiment, the movable portion 140 is disposed on the rail 133 (regulating portion) provided in the first fixed portion 131. The rail 133 has a function of regulating the first fixed portion 131 and the movable portion 140 on the rail 133. In other words, the movable portion 140 is regulated so as to move on the rail 133 by the rail 133. In the present embodiment, specifically, the movement of the movable portion 140 is regulated by the rail 133 on one axis orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber 20 held in a straight line.

この光ファイバセンサ101を測定対象物10に配設する際には、その初期位置として、光ファイバ20が、対向配置された応力印加部150の間の中心位置に固定することが好ましい。   When the optical fiber sensor 101 is disposed on the measurement object 10, it is preferable that the optical fiber 20 is fixed at the center position between the stress applying portions 150 arranged to face each other as the initial position.

次に、この光ファイバセンサ101の作用について説明する。図13は、実施の形態2に係る光ファイバセンサ101において、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12との距離が紙面左右方向に離れた状態を示す概略図である。測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12とが移動して左右方向の距離が離れた場合、一方の部位11に対して可動部140が相対的に右向きに移動(変位)する。このとき、光ファイバ保持部130に保持された光ファイバ20は、応力印加部150のうち光ファイバ20に対して変位の向きとは反対側(左側)に位置する箇所によって右向きに応力を印加され、応力印加部150の面に沿って曲げられた形状となる。この状態において、光ファイバ20に試験光を入力すると、前述の変形によって光ファイバ20を伝搬する試験光は損失を発生し、出力される試験光の光強度が減少する。また、試験光により光ファイバ20中で発生するレーリー散乱による後方散乱光も前述の光ファイバ20の変形によって試験光の強度が減少する。   Next, the operation of the optical fiber sensor 101 will be described. FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a state in which the distance between the one portion 11 and the other portion 12 of the measurement target 10 is separated in the left-right direction on the paper surface in the optical fiber sensor 101 according to the second embodiment. When one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 move and the distance in the left-right direction is increased, the movable unit 140 moves (displaces) in the right direction relative to the one part 11. At this time, the optical fiber 20 held by the optical fiber holding unit 130 is stressed rightward by a portion of the stress applying unit 150 located on the opposite side (left side) of the displacement direction with respect to the optical fiber 20. The shape is bent along the surface of the stress applying unit 150. In this state, when test light is input to the optical fiber 20, the test light propagating through the optical fiber 20 due to the above-described deformation causes a loss, and the light intensity of the output test light decreases. Further, the backscattered light due to Rayleigh scattering generated in the optical fiber 20 by the test light also decreases the intensity of the test light due to the deformation of the optical fiber 20 described above.

図13では、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12との距離が左右方向に離れた状態を示しているが、光ファイバセンサ101中の光ファイバ20に変形が起こっていない初期の状態から、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12との距離が左右方向に近づいた場合は、一方の部位11に対して可動部140が相対的に左向きに移動し、光ファイバ20は応力印加部150の側面に押し出される形で変形を起こす。これにより、光ファイバ20中を伝搬する光に損失が発生する。
以上のように、光ファイバセンサ101は、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12が規制軸に沿った左右どちらの向き(すなわち2つの向き)に動いてもその相対的な変位を検出することができる。
FIG. 13 shows a state in which the distance between the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 is left and right, but the optical fiber 20 in the optical fiber sensor 101 is not initially deformed. From this state, when the distance between the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 approaches in the left-right direction, the movable part 140 moves to the left relative to the one part 11 and the light The fiber 20 is deformed by being pushed out to the side surface of the stress applying unit 150. Thereby, a loss occurs in the light propagating through the optical fiber 20.
As described above, the optical fiber sensor 101 has its relative displacement regardless of whether the one part 11 and the other part 12 of the measuring object 10 move in the left or right direction (that is, two directions) along the regulation axis. Can be detected.

また、実施の形態2においては、レール133(規制部)によって、直線状に保持された光ファイバ20と直交する一軸上に可動部140の移動が規制されているので、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12が相対的に変位した際に、確実に応力印加部150によって光ファイバ20に応力を印加することができる。また、可動部140の移動が光ファイバ20の長手方向と直交する一軸上に規制されていることにより、精度よく一方の部位11及び他方の部位12が相対的な変位を測定することが可能である。
なお、実施の形態2においては、直線状に保持された光ファイバ20の長手方向と直交する一軸上に可動部140の動きが規制される場合について説明したが、必ずしも直交に限らず、直線状に保持された光ファイバ20の長手方向と交差する方向に動きが規制されていても良い。
In the second embodiment, the movement of the movable part 140 is restricted on one axis orthogonal to the optical fiber 20 held in a straight line by the rail 133 (the restricting part). When the part 11 and the other part 12 are relatively displaced, the stress can be reliably applied to the optical fiber 20 by the stress application unit 150. Further, since the movement of the movable portion 140 is restricted on one axis orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber 20, it is possible to accurately measure the relative displacement of the one portion 11 and the other portion 12. is there.
In the second embodiment, the case where the movement of the movable portion 140 is regulated on one axis orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber 20 held in a straight line has been described. The movement may be restricted in a direction crossing the longitudinal direction of the optical fiber 20 held by the optical fiber 20.

また、光ファイバセンサは、光ファイバ20に張力を付与する張力付与機構を有していても良い。図14は、実施の形態2に係る光ファイバセンサ101の変形例1である光ファイバセンサ101Aの概略説明図である。光ファイバセンサ101Aは、試験光が入力される光ファイバ20と、この光ファイバ20を保持する光ファイバ保持部130Aと、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に応じて動く可動部140と、光ファイバ20に所定の張力を付与する張力付与機構80Aとを備えている。   The optical fiber sensor may have a tension applying mechanism that applies tension to the optical fiber 20. FIG. 14 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor 101A that is Modification 1 of the optical fiber sensor 101 according to the second embodiment. The optical fiber sensor 101A includes an optical fiber 20 to which test light is input, an optical fiber holder 130A that holds the optical fiber 20, and a relative displacement between one part 11 and the other part 12 of the measurement target 10. And a tension applying mechanism 80A for applying a predetermined tension to the optical fiber 20.

光ファイバ保持部130Aは、一方の部位11に固定された第一固定部131Aと、この第一固定部131Aに固定され光ファイバ20を保持する保持部132Aとを有しており、保持部132Aは対向配置されている。第一固定部131Aは、一方の部位11上に配置される底面部134と、この底面部134上にコの字状に形成された側面部135と、底面部134上に設けられたレール133(規制部)とを有している。可動部140は、前述のレール133(規制部)上に、配設されている。また、底面部134上には、光ファイバ20を固定する固定部136が2か所設けられている。これらの固定部136の間に、張力付与機構80Aが配設されている。   The optical fiber holding portion 130A includes a first fixing portion 131A that is fixed to one portion 11 and a holding portion 132A that is fixed to the first fixing portion 131A and holds the optical fiber 20, and the holding portion 132A. Are arranged opposite to each other. 131 A of 1st fixing parts are the bottom part 134 arrange | positioned on one site | part 11, the side part 135 formed in this U-shape on this bottom part 134, and the rail 133 provided on the bottom part 134 (Regulatory Department). The movable part 140 is disposed on the rail 133 (regulation part) described above. Further, two fixing portions 136 for fixing the optical fiber 20 are provided on the bottom surface portion 134. A tension applying mechanism 80 </ b> A is disposed between the fixing portions 136.

張力付与機構80Aは、図14に示すように、ばね部81と、滑車部82と、レール部83とを備えている。
ばね部81の一端は、第一固定部131の側面部135に接続され、ばね部81の他端は、滑車部82に接続されている。滑車部82はレール部83上を進退可能に配置されるとともに、この滑車部83には光ファイバ20がかけられている。レール部83は、底面部134上に配設されており、一方向(図14において左右方向)に延在している。
As shown in FIG. 14, the tension applying mechanism 80 </ b> A includes a spring portion 81, a pulley portion 82, and a rail portion 83.
One end of the spring portion 81 is connected to the side surface portion 135 of the first fixed portion 131, and the other end of the spring portion 81 is connected to the pulley portion 82. The pulley portion 82 is disposed on the rail portion 83 so as to be movable back and forth, and the optical fiber 20 is applied to the pulley portion 83. The rail portion 83 is disposed on the bottom surface portion 134 and extends in one direction (left and right direction in FIG. 14).

以上のような構成とされた光ファイバセンサ101Aにおいて、初期状態のとき、光ファイバ20は、固定部136によって固定されるとともに、張力付与機構80Aによって張力が付与された状態に維持されており、応力印加部150の周囲に配設された光ファイバ20が直線状となっている。
図15は、光ファイバセンサ101Aにおいて、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12との距離が紙面左右方向に離れた状態を示す概略図である。測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12とが移動して左右方向の距離が離れた場合、一方の部位11に対して可動部140が相対的に右向きに移動(変位)する。この例においては、上述した光ファイバセンサ101の場合よりも、可動部140が比較的大きく相対的に右に移動している。そして、光ファイバ20が、応力印加部150により応力を印加されると、その応力に応じて滑車部82がレール部83上を進退する。このとき、滑車部82は、ばね部81に接続されているため、ばね部82の付勢力によって、光ファイバ20には、所定の範囲の大きさの張力が付与されるようになっている。このように、可動部140が比較的大きく移動して応力印加部150により光ファイバが比較的大きく変形しても、張力付与機構80Aによって光ファイバ20に付与される張力は所定の範囲とされ、光ファイバ20に過剰な張力が付与されることなく、光ファイバ20を変形させることができる。
In the optical fiber sensor 101A configured as described above, in the initial state, the optical fiber 20 is fixed by the fixing unit 136 and maintained in a state in which tension is applied by the tension applying mechanism 80A. The optical fiber 20 disposed around the stress applying unit 150 is linear.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a state in which the distance between the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 is separated in the left-right direction on the paper surface in the optical fiber sensor 101A. When one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 move and the distance in the left-right direction is increased, the movable unit 140 moves (displaces) in the right direction relative to the one part 11. In this example, the movable part 140 is relatively larger and relatively moved to the right than in the case of the optical fiber sensor 101 described above. When the optical fiber 20 is applied with stress by the stress applying unit 150, the pulley unit 82 advances and retreats on the rail unit 83 according to the stress. At this time, since the pulley portion 82 is connected to the spring portion 81, a tension within a predetermined range is applied to the optical fiber 20 by the biasing force of the spring portion 82. Thus, even if the movable part 140 moves relatively large and the optical fiber is relatively deformed by the stress applying part 150, the tension applied to the optical fiber 20 by the tension applying mechanism 80A is within a predetermined range, The optical fiber 20 can be deformed without applying excessive tension to the optical fiber 20.

図16は、実施の形態2に係る光ファイバセンサ101の変形例2である光ファイバセンサ101Bの概略説明図である。光ファイバセンサ101Bは、試験光が入力される光ファイバ20と、この光ファイバ20を保持する光ファイバ保持部130Bと、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に応じて動く可動部140と、光ファイバ20に所定の張力を付与する張力付与機構80Bと、を備えている。   FIG. 16 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor 101B that is a second modification of the optical fiber sensor 101 according to the second embodiment. The optical fiber sensor 101B includes an optical fiber 20 to which test light is input, an optical fiber holding unit 130B that holds the optical fiber 20, and a relative displacement of one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10. And a tension applying mechanism 80B that applies a predetermined tension to the optical fiber 20.

光ファイバ保持部130Bは、一方の部位11に固定された第一固定部131Bと、この第一固定部131Bに固定され光ファイバ20を保持する保持部132Bとを有している。保持部132Bは、二つ配置されており、光ファイバ20を保持している。光ファイバセンサ101Bにおいては、一方の光ファイバ保持部130Bから延びる光ファイバ20は、底面部134上に設けられた支持点137を介して曲げられ、他方の光ファイバ保持部130Bへと延在している。第一固定部131Bは、一方の部位11上に配置される底面部134と、この底面部134上にコの字状に形成された側面部135と、底面部134上に設けられたレール133(規制部)とを有している。可動部140は、前述のレール133(規制部)上に、配設されている。また、底面部134上には、光ファイバ20を固定する固定部136が3か所設けられている。   The optical fiber holding portion 130B includes a first fixing portion 131B fixed to one portion 11 and a holding portion 132B that is fixed to the first fixing portion 131B and holds the optical fiber 20. Two holding parts 132 </ b> B are arranged and hold the optical fiber 20. In the optical fiber sensor 101B, the optical fiber 20 extending from one optical fiber holding portion 130B is bent through a support point 137 provided on the bottom surface portion 134 and extends to the other optical fiber holding portion 130B. ing. The first fixing portion 131B includes a bottom surface portion 134 disposed on one part 11, a side surface portion 135 formed in a U-shape on the bottom surface portion 134, and a rail 133 provided on the bottom surface portion 134. (Regulatory Department). The movable part 140 is disposed on the rail 133 (regulation part) described above. Further, three fixing portions 136 for fixing the optical fiber 20 are provided on the bottom surface portion 134.

張力付与機構80Bは、図16に示すように、光ファイバ20に所定の張力を付与して光ファイバ20を収容部に巻き取る巻き取り部84(リール部)を備えている。
巻き取り部84は、第一固定部131Bの底面部134上に配設されている。この巻き取り部84は、光ファイバ20を巻き取ると巻き取り径が変化する。なお、巻き取り部84は、例えば渦巻きばね(ぜんまいばね)などである。
As shown in FIG. 16, the tension applying mechanism 80 </ b> B includes a winding unit 84 (reel unit) that applies a predetermined tension to the optical fiber 20 and winds the optical fiber 20 around the accommodation unit.
The winding portion 84 is disposed on the bottom surface portion 134 of the first fixing portion 131B. The winding portion 84 changes its winding diameter when the optical fiber 20 is wound. The winding portion 84 is, for example, a spiral spring (spring spring).

以上のような構成とされた光ファイバセンサ101Bにおいて、初期状態のとき、光ファイバは、固定部136によって光ファイバが固定されるとともに、張力付与機構80Bによって張力が付与された状態に維持されており、応力印加部150の周囲に配設された光ファイバ20が直線状となっている。
図17は、光ファイバセンサ101において、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12との距離が紙面左右方向に離れた状態を示す概略図である。測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12とが移動して左右方向の距離が離れた場合、一方の部位11に対して可動部140が相対的に右向きに移動(変位)する。そして、光ファイバ20が、応力印加部150により応力を印加されると、その応力に応じてうずまきばねが収縮することにより、光ファイバ20に付与される張力を所定の範囲に維持する。このように、可動部140が移動して応力印加部150により光ファイバ20が比較的大きく変形しても、光ファイバ20に付与される張力は所定の範囲とされ、光ファイバ20に過剰な張力が付与されることなく、光ファイバ20を変形させることができる。
なお、実施の形態1で説明した光ファイバセンサ1が、上述の張力付与機構を備える構成とすることも可能である。
In the optical fiber sensor 101B configured as described above, in the initial state, the optical fiber is maintained in a state where the optical fiber is fixed by the fixing unit 136 and tension is applied by the tension applying mechanism 80B. The optical fiber 20 disposed around the stress application unit 150 is linear.
FIG. 17 is a schematic view showing a state in which the distance between the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 is separated in the left-right direction on the paper surface in the optical fiber sensor 101. When one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 move and the distance in the left-right direction is increased, the movable unit 140 moves (displaces) in the right direction relative to the one part 11. When a stress is applied to the optical fiber 20 by the stress applying unit 150, the spiral spring contracts according to the stress, thereby maintaining the tension applied to the optical fiber 20 within a predetermined range. Thus, even if the movable part 140 moves and the optical fiber 20 is deformed relatively greatly by the stress applying part 150, the tension applied to the optical fiber 20 is within a predetermined range, and excessive tension is applied to the optical fiber 20. The optical fiber 20 can be deformed without being added.
Note that the optical fiber sensor 1 described in the first embodiment may be configured to include the above-described tension applying mechanism.

なお、光ファイバ20が接する応力印加部150は、種々の形状にすることができる。例えば、光ファイバセンサ101の応力印加部を、図18に示すように、任意の曲率半径を持つ断面円弧状の形状を有する応力印加部151にすることにより、曲率半径に応じた曲げ損失を発生させることが可能となる。   In addition, the stress application part 150 which the optical fiber 20 contacts can be made into various shapes. For example, when the stress applying part of the optical fiber sensor 101 is a stress applying part 151 having an arcuate cross section with an arbitrary curvature radius as shown in FIG. 18, bending loss corresponding to the curvature radius is generated. It becomes possible to make it.

また、光ファイバセンサ101の応力印加部を、図19に示すように、鋭角部を有する三角形状の応力印加部152としても良い。この場合、一方の部位11及び他方の部位12が相対的に変位して光ファイバ20が応力印加部152に接すると、三角形状の凸部により光ファイバ20が強く曲げられるので、光強度の損失量をより大きくできる。さらには、一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に応じて、光ファイバ20を断線させることもできる。断線が発生する際の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位量を、予め定めた限界変位量に合わせることにより、一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位の限界を警告する光ファイバセンサとすることも可能である。また、光ファイバ20が接触した際に光ファイバ20を切断する刃を有する刃部を応力印加部としても良い。   Further, the stress applying part of the optical fiber sensor 101 may be a triangular stress applying part 152 having an acute angle part as shown in FIG. In this case, when the one portion 11 and the other portion 12 are relatively displaced and the optical fiber 20 comes into contact with the stress applying unit 152, the optical fiber 20 is strongly bent by the triangular convex portion, and thus the loss of light intensity. The amount can be increased. Furthermore, the optical fiber 20 can be disconnected according to the relative displacement of the one part 11 and the other part 12. Limiting the relative displacement of the one part 11 and the other part 12 by matching the relative displacement of the one part 11 and the other part 12 with a predetermined limit displacement when the disconnection occurs. It is also possible to use an optical fiber sensor that warns the user. Moreover, it is good also considering the blade part which has a blade which cut | disconnects the optical fiber 20 when the optical fiber 20 contacts as a stress application part.

また、光ファイバセンサ1、101の内部に使用する光ファイバ20としては、様々な特性の光ファイバを用いることができる。
測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位を測定するために、光ファイバセンサ中の光ファイバの変形による損失変化を検出する場合、光ファイバの変形に対してより敏感に損失が変化する光ファイバの方が、その変化を捉えやすい。図20は、光ファイバセンサ1中の光ファイバとして、光ファイバセンサ1と光源の間の光ファイバ伝送路の光ファイバよりも曲げ損失が大きい光ファイバ(例えば、光ファイバ伝送路で使用されている光ファイバがITU−T G.652に規定された光ファイバである場合は、曲げ損失特性として波長1550nmにおいて曲げ半径30mm、巻き数100での最大損失が0.1dBより大きい特性を有する光ファイバ)を用い、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に対する、光ファイバセンサの出力光強度の経時的な変化を測定した結果を示す図である。通常の1.3μm帯にゼロ分散波長を持つシングルモード光ファイバを用いた場合(図8参照)に比べ、損失量が大きく測定対象物の変位をより高感度に測定できることがわかる。
Further, as the optical fiber 20 used in the optical fiber sensors 1 and 101, optical fibers having various characteristics can be used.
In order to measure the relative displacement of the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10, when detecting a loss change due to the deformation of the optical fiber in the optical fiber sensor, it is more effective against the deformation of the optical fiber. An optical fiber whose loss changes sensitively is easier to detect the change. FIG. 20 shows an optical fiber having a bending loss larger than that of the optical fiber in the optical fiber transmission line between the optical fiber sensor 1 and the light source (for example, used in the optical fiber transmission line). When the optical fiber is an optical fiber defined by ITU-T G.652, an optical fiber having a bending loss characteristic of 30 mm at a wavelength of 1550 nm and a maximum loss of more than 0.1 dB at 100 turns) 6 is a diagram showing a result of measuring a change with time of output light intensity of the optical fiber sensor with respect to relative displacement of one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10. It can be seen that the amount of loss is large and the displacement of the object to be measured can be measured with higher sensitivity than when a single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in a normal 1.3 μm band is used (see FIG. 8).

また、光ファイバセンサ1、101中の光ファイバ20の破断を検出することを目的とした場合は、曲げ損失の少ない光ファイバを用いることが有効である。その理由を以下に説明する。まず、曲げ損失の少ない光ファイバを用いる場合、光ファイバ20が応力印加部50に接することによって変形した際、損失の発生が少ない。曲げ損失の少ない光ファイバの一例として、ITU−T G.657に規定された光ファイバが挙げられる。   For the purpose of detecting breakage of the optical fiber 20 in the optical fiber sensors 1 and 101, it is effective to use an optical fiber with a small bending loss. The reason will be described below. First, when an optical fiber having a small bending loss is used, when the optical fiber 20 is deformed by being in contact with the stress applying unit 50, the generation of loss is small. As an example of an optical fiber with little bending loss, ITU-T G.G. The optical fiber prescribed | regulated to 657 is mentioned.

ここで、複数の光ファイバセンサを直列に接続した光ファイバセンサシステムを構成し、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の変位がある限界点に達した場合に、警告を検出することを目的とした場合、一方の部位11及び他方の部位12の変位が限界点まで達する過程での光ファイバの変形による損失は少ない方が望ましい。その理由は、複数の光ファイバセンサを直列に接続した場合は、或る場所に設けられた光ファイバセンサで上記光ファイバの変形による試験光の損失が発生すると、当該光ファイバセンサよりも光源から離れた位置にある光ファイバセンサに到達する試験光の強度がその損失分だけ低くなるので、当該光源から離れた位置にある光ファイバセンサでは強度変化を検出しづらくなるためである。   Here, an optical fiber sensor system in which a plurality of optical fiber sensors are connected in series is configured, and a warning is detected when the displacement of one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 reaches a certain limit point. In order to achieve this, it is desirable that the loss due to the deformation of the optical fiber in the process in which the displacement of the one part 11 and the other part 12 reaches the limit point is small. The reason is that when a plurality of optical fiber sensors are connected in series and the loss of test light occurs due to the deformation of the optical fiber in the optical fiber sensor provided at a certain location, the light source is more than the optical fiber sensor. This is because the intensity of the test light reaching the optical fiber sensor at a remote position is lowered by the loss, and it is difficult for the optical fiber sensor at a position remote from the light source to detect a change in intensity.

図21は通常の1.3μm帯にゼロ分散波長を持つシングルモード光ファイバを光ファイバ20として用いた複数の光ファイバセンサ1を直列に接続したときのOTDR波形である。ここでは、光ファイバセンサ1は距離1700m、3000m、4000mの位置に配設されている。ここで、距離1700m、3000mの位置の各光ファイバセンサ1で損失が発生しているため光強度が大きく減少している。そのため、距離4000mの位置に配設された遠端での光ファイバセンサ1に到達した光強度は微弱となり光ファイバセンサ中での損失変化を高感度に観測できず、ある限界変位に達してファイバ破断が発生してもそれによる損失変化を検出することが難しい。   FIG. 21 shows an OTDR waveform when a plurality of optical fiber sensors 1 using a single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in the normal 1.3 μm band as the optical fiber 20 are connected in series. Here, the optical fiber sensor 1 is disposed at a distance of 1700 m, 3000 m, and 4000 m. Here, since a loss is generated in each optical fiber sensor 1 at a distance of 1700 m and 3000 m, the light intensity is greatly reduced. For this reason, the light intensity reaching the optical fiber sensor 1 at the far end disposed at a distance of 4000 m becomes weak and the loss change in the optical fiber sensor cannot be observed with high sensitivity, and reaches a certain critical displacement. Even if a rupture occurs, it is difficult to detect a loss change caused by the break.

図22はITU−T G.657に規定された曲げ損失の少ない光ファイバを光ファイバ20として用いた複数の光ファイバセンサ1を直列に接続したときのOTDR波形である。ここでも、光ファイバセンサ1は距離1700m、3000m、4000mの位置に配設されている。距離1700m、3000mの位置に配設された各光ファイバセンサ1中において、上述の通常のシングルモード光ファイバを用いた時と同様の変形が光ファイバ20に生じているが、損失はほとんど発生していない。そのため遠端の光ファイバセンサ1においても測定に必要な光強度で試験光が伝搬しており、破断が発生した場合には顕著な損失変化を検出することができる。なお、ITU−T G.657に規定された光ファイバを用いた場合、破断寸前まで損失が発生しないことがあるので好ましい。   FIG. 22 shows ITU-T GG. 6 shows an OTDR waveform when a plurality of optical fiber sensors 1 using an optical fiber with a small bending loss defined in 657 as an optical fiber 20 are connected in series. Also here, the optical fiber sensor 1 is disposed at a distance of 1700 m, 3000 m, and 4000 m. In each of the optical fiber sensors 1 arranged at a distance of 1700 m and 3000 m, the same deformation as that in the case of using the above-described normal single mode optical fiber occurs in the optical fiber 20, but almost no loss occurs. Not. Therefore, the test light propagates at the far-end optical fiber sensor 1 with the light intensity necessary for the measurement, and a significant loss change can be detected when breakage occurs. Note that ITU-T G.I. When the optical fiber specified in 657 is used, loss may not occur until just before the break, which is preferable.

また、OTDR装置により光ファイバセンサ中の光ファイバの損失変化を測定する際には、OTDR波形上で光ファイバセンサ中の光ファイバの位置を特定することは重要である。そのため、光ファイバセンサ中に使用される光ファイバ20として、光源から光ファイバセンサ間、及び光ファイバセンサ同士の間を接続している光ファイバ伝送路とは異なる光学特性を持つ光ファイバを用いることで、OTDR波形上での光ファイバセンサの位置を容易に特定することができる。   Further, when measuring the loss change of the optical fiber in the optical fiber sensor by the OTDR apparatus, it is important to specify the position of the optical fiber in the optical fiber sensor on the OTDR waveform. Therefore, as the optical fiber 20 used in the optical fiber sensor, an optical fiber having optical characteristics different from those of the optical fiber transmission line connecting the light source to the optical fiber sensor and between the optical fiber sensors is used. Thus, the position of the optical fiber sensor on the OTDR waveform can be easily specified.

図23は、光ファイバセンサ1中の光ファイバ20として、光ファイバ伝送路の光ファイバとはモードフィールド径(MFD)が異なる光ファイバを用いた場合のOTDR波形を示す図である。ここで、光ファイバ伝送路の光ファイバは通常の1.3μm帯にゼロ分散波長を持つシングルモード光ファイバであり、波長1550nmにおいてMFDは10μm程度である。光ファイバセンサ中に用いた光ファイバのMFDは4μmである。上述のようにMFDが異なる光ファイバが接続された構成でOTDR波形を観測すると、接続部分で強度の段差が観測される。
一般にMFDが小さな光ファイバよりも大きな光ファイバの方が、後方散乱光の発生する割合である後方散乱係数が小さく、MFDが小さなファイバから大きなファイバに入射した場合は、接続部での損失が大きく観測され、逆にMFDが大きな光ファイバから小さな光ファイバに入射した場合、接続部で光強度は増幅されたように大きくなる。このようにMFDの異なる光ファイバを接続することにより、OTDR波形上において接続点をより明確に確認することができ、光ファイバセンサシステムにおける光ファイバセンサの特定が容易になる。
FIG. 23 is a diagram showing an OTDR waveform when an optical fiber having a mode field diameter (MFD) different from that of the optical fiber of the optical fiber transmission line is used as the optical fiber 20 in the optical fiber sensor 1. Here, the optical fiber of the optical fiber transmission line is a single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in a normal 1.3 μm band, and the MFD is about 10 μm at a wavelength of 1550 nm. The MFD of the optical fiber used in the optical fiber sensor is 4 μm. When the OTDR waveform is observed in a configuration in which optical fibers having different MFDs are connected as described above, a step in intensity is observed at the connection portion.
In general, an optical fiber having a larger MFD has a smaller backscattering coefficient, which is a ratio of the generation of backscattered light, and if a fiber having a small MFD is incident on a large fiber, the loss at the connection portion is large. On the contrary, when the MFD is incident on the small optical fiber from the large optical fiber, the light intensity increases as if amplified at the connecting portion. By connecting optical fibers having different MFDs as described above, the connection point can be more clearly confirmed on the OTDR waveform, and the optical fiber sensor in the optical fiber sensor system can be easily identified.

また、伝送損失が異なる光ファイバを用いることでも、光ファイバセンサシステムにおける光ファイバセンサの位置の特定が容易となる。
図24は、光ファイバセンサ1中の光ファイバ20として光ファイバ伝送路の光ファイバよりも伝送損失が大きなファイバを用いた場合のOTDR波形を示す図である。ここで、光ファイバ伝送路の光ファイバは通常の1.3μm帯にゼロ分散波長を持つシングルモード光ファイバであり、伝送損失は約0.2dB/kmである。また、光ファイバセンサ1中に用いた光ファイバ20(距離1695m〜1700mの位置に相当)の伝送損失は約2.0dB/kmであり、OTDR波形上では距離に対する光強度変化の傾きの違いから光ファイバセンサの位置を特定することが容易になる。
Further, the use of optical fibers having different transmission losses also makes it easy to specify the position of the optical fiber sensor in the optical fiber sensor system.
FIG. 24 is a diagram showing an OTDR waveform when a fiber having a transmission loss larger than that of the optical fiber in the optical fiber transmission line is used as the optical fiber 20 in the optical fiber sensor 1. Here, the optical fiber of the optical fiber transmission line is a single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in a normal 1.3 μm band, and the transmission loss is about 0.2 dB / km. Further, the transmission loss of the optical fiber 20 (corresponding to a position of distance 1695 m to 1700 m) used in the optical fiber sensor 1 is about 2.0 dB / km, and on the OTDR waveform, the difference in the gradient of the light intensity change with respect to the distance. It becomes easy to specify the position of the optical fiber sensor.

また、曲げ損失やカットオフ波長が異なる光ファイバを用いてもよい。この場合、例えば光ファイバセンサ中の光ファイバとして、光ファイバ伝送路のファイバよりも曲げ損失が大きい光ファイバを用いることで、光ファイバセンサでは変位に対する測定の感度を高めつつ、光ファイバ伝送路では敷設の際等に発生する曲げによる試験光の減衰を抑制することができる。なお、カットオフ波長が異なる光ファイバを用いることで、曲げ損失を異ならせることができる。たとえば、或る波長での光ファイバの曲げ損失を決定するパラメータとしては、(MFD/λc)がある。ここで、MFDはその波長での光ファイバのモードフィールド径であり、λcはカットオフ周波数である。(MFD/λc)が小さい方が曲げ損失が小さくなる。   Moreover, you may use the optical fiber from which a bending loss and a cutoff wavelength differ. In this case, for example, an optical fiber having a bending loss larger than that of the fiber of the optical fiber transmission line is used as the optical fiber in the optical fiber sensor. It is possible to suppress the attenuation of the test light due to bending that occurs during laying or the like. Note that bending loss can be varied by using optical fibers having different cutoff wavelengths. For example, there is (MFD / λc) as a parameter for determining the bending loss of an optical fiber at a certain wavelength. Here, MFD is the mode field diameter of the optical fiber at that wavelength, and λc is the cutoff frequency. The smaller the (MFD / λc), the smaller the bending loss.

なお、上述のように、光センサファイバに用いられる光ファイバ20を光学特性の異なる光ファイバとする場合に、光ファイバ20のうち、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に応じて変形する部分をセンサ光ファイバ部とすると、このセンサ光ファイバ部の光学特性が、光ファイバ20に接続される光ファイバ伝送路73(試験光伝送用光ファイバ)の光学特性と異なるようにしても良い。   As described above, when the optical fiber 20 used for the optical sensor fiber is an optical fiber having different optical characteristics, the relative position of the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 in the optical fiber 20 is relatively small. If the sensor optical fiber portion is a portion that deforms in response to a general displacement, the optical properties of the sensor optical fiber portion are the optical properties of the optical fiber transmission path 73 (optical fiber for test light transmission) connected to the optical fiber 20. And may be different.

また、光ファイバセンサは光ファイバの余長分を収容する収納部を備えていても良い。光源からの光を伝搬させる光ファイバ伝送路との入力接続部分から応力印加部に接する光ファイバとの間に試験光としてのパルス光の時間幅(パルス幅)に相当する時間に該パルス光が伝搬する長さ以上の距離の光ファイバを備えることができる。   In addition, the optical fiber sensor may include a storage unit that stores the extra length of the optical fiber. The pulsed light is transmitted at a time corresponding to the time width (pulse width) of the pulsed light as the test light between the input connection part to the optical fiber transmission path for propagating light from the light source and the optical fiber in contact with the stress applying part. An optical fiber having a distance longer than the propagating length can be provided.

図25に、第一固定部31と応力印加部50との間に光ファイバ20の余長を収容する収納部85を持ち、この収納部85に光ファイバ20が収納されている光ファイバセンサ201を示す。   In FIG. 25, an optical fiber sensor 201 in which an accommodating portion 85 that accommodates the extra length of the optical fiber 20 is provided between the first fixing portion 31 and the stress applying portion 50, and the optical fiber 20 is accommodated in the accommodating portion 85. Indicates.

光ファイバセンサ201を直列に二つ接続し、これら二つの光ファイバセンサ201において応力印加部50により光ファイバ20が変形した状態において、OTDR装置により光ファイバセンサ近傍での後方散乱光を測定した結果を図26、図27に示す。OTDR装置はパルス幅に相当する距離(パルス幅に相当する時間の間にパルス光が光ファイバ中を進む距離)が波形上での距離分解能(距離方向で識別できる最小距離)の目安とされている。OTDR装置におけるパルス幅Δtと距離分解能Δzの関係は、一般にΔz=Δt×c/n(c:光速、n:光ファイバの実効屈折率)で表される。そのため、OTDR装置が出力するパルス光のパルス幅に相当する距離以上の長さの光ファイバ20を、応力印加部50と第一固定部31との間に配設することにより、OTDR波形上で光ファイバセンサの位置の特定が容易になる。   Two optical fiber sensors 201 are connected in series, and the backscattered light in the vicinity of the optical fiber sensor is measured by the OTDR device in a state where the optical fiber 20 is deformed by the stress applying unit 50 in the two optical fiber sensors 201. Are shown in FIGS. In the OTDR device, the distance corresponding to the pulse width (the distance that the pulsed light travels through the optical fiber during the time corresponding to the pulse width) is used as a guide for the distance resolution (minimum distance that can be identified in the distance direction) on the waveform. Yes. The relationship between the pulse width Δt and the distance resolution Δz in the OTDR apparatus is generally expressed by Δz = Δt × c / n (c: speed of light, n: effective refractive index of optical fiber). Therefore, the optical fiber 20 having a length equal to or longer than the distance corresponding to the pulse width of the pulsed light output from the OTDR apparatus is disposed between the stress applying unit 50 and the first fixing unit 31, so that The position of the optical fiber sensor can be easily identified.

図26は、光ファイバセンサが第一固定部31と応力印加部50の間に余分な光ファイバ条長を持たない状態でのOTDR波形であり、図27は、光ファイバセンサ201が第一固定部31と応力印加部50の間に余長分として20mの光ファイバ20を有する状態で測定したOTDR波形である。OTDR波形を測定した際の光パルスの時間幅は50nsであり、距離分解能として5mに相当する。図26と図27とを比較すると、図26では二つの光ファイバセンサでの損失変化の位置を分別することが困難であるのに対し、図27では二つの光ファイバセンサそれぞれで発生している損失発生位置を明確に特定することができている。   FIG. 26 shows an OTDR waveform in a state where the optical fiber sensor does not have an extra optical fiber length between the first fixing portion 31 and the stress applying portion 50, and FIG. 27 shows the optical fiber sensor 201 in the first fixing state. It is an OTDR waveform measured with the 20 m optical fiber 20 as an extra length between the portion 31 and the stress applying portion 50. The time width of the optical pulse when measuring the OTDR waveform is 50 ns, which corresponds to 5 m as the distance resolution. When comparing FIG. 26 and FIG. 27, it is difficult to discriminate the position of the loss change in the two optical fiber sensors in FIG. 26, whereas in FIG. 27, it occurs in each of the two optical fiber sensors. The loss occurrence position can be clearly identified.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3に係る光ファイバセンサについて説明する。図28は、本発明の実施の形態3に係る光ファイバセンサ301の概略説明図である。なお、上述の実施の形態と同様の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。この光ファイバセンサ301は、試験光が入力される光ファイバ20と、この光ファイバ20を保持する光ファイバ保持部30と、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に応じて動く可動部40と、を備えている。
光ファイバ保持部30は、一方の部位11に固定されたコの字状の第一固定部31と、この第一固定部31に固定され光ファイバを保持する保持部31とを有している。この保持部32は対向配置され、光ファイバ20を直線状に保持するようになっている。
(Embodiment 3)
Next, an optical fiber sensor according to Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 28 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor 301 according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, about the thing of the structure similar to the above-mentioned embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and described, and detailed description is abbreviate | omitted. The optical fiber sensor 301 includes an optical fiber 20 to which test light is input, an optical fiber holding unit 30 that holds the optical fiber 20, and one part 11 and the other part 12 of the measurement target 10. And a movable part 40 that moves in accordance with the displacement.
The optical fiber holding part 30 has a U-shaped first fixing part 31 fixed to one part 11 and a holding part 31 fixed to the first fixing part 31 and holding an optical fiber. . The holding portions 32 are arranged to face each other and hold the optical fiber 20 in a straight line.

可動部40は、他方の部位12に固定されており、一方の部位11側に向けて直線状に伸びている。可動部40は、第二固定部41を介して他方の部位12に固定されている。可動部40は、光ファイバ20に応力を印加する応力印加部50を有している。   The movable part 40 is fixed to the other part 12 and extends linearly toward the one part 11 side. The movable part 40 is fixed to the other part 12 via the second fixing part 41. The movable part 40 has a stress applying part 50 that applies stress to the optical fiber 20.

そして、光ファイバ20は、応力印加部50によって変形する部分(センサ光ファイバ部)にファイバブラッググレーティング(FBG:Fiber Bragg Grating)90を有している。また、本実施形態において、第一固定部31と可動部40とが、ベアリング機構60を介して連結されている。   The optical fiber 20 includes a fiber Bragg grating (FBG) 90 in a portion (sensor optical fiber portion) that is deformed by the stress applying unit 50. In the present embodiment, the first fixed portion 31 and the movable portion 40 are connected via the bearing mechanism 60.

次に、実施の形態3に係る光ファイバセンサ301の作用について説明する。図29は、光ファイバセンサ301において、測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12との距離が、紙面左右方向に離れた場合を示す概略図である。測定対象物10の一方の部位11と他方の部位12とが移動して左右方向の距離が離れた場合、一方の部位11に対して可動部40が相対的に右向きに移動する。このとき、光ファイバ保持部30に保持された光ファイバ20は、応力印加部50によって右向きに応力を印加され、応力印加部50の面に沿って曲げられた形状となる。このとき、光ファイバ20が有するファイバブラッググレーティング90に張力が付与される。ファイバブラッググレーティング90は、光ファイバ中のコアの屈折率が周期的に変化をしている格子構造を有しており、周期に対応した特定の波長の光を反射する特性を有している。光ファイバの変形によってファイバブラッググレーティング90に張力がかかり、周期的格子間隔が変化すると反射する光の波長も変化する。このため、後方に反射される光の波長の変化量を観測すれば光ファイバ20の歪量を求めることができる。この歪量は測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位量に対応している。   Next, the operation of the optical fiber sensor 301 according to Embodiment 3 will be described. FIG. 29 is a schematic diagram illustrating a case where the distance between the one portion 11 and the other portion 12 of the measurement target 10 is separated in the left-right direction on the paper surface in the optical fiber sensor 301. When one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 move and the distance in the left-right direction increases, the movable part 40 moves to the right relative to the one part 11. At this time, the optical fiber 20 held by the optical fiber holding unit 30 is applied with stress in the right direction by the stress applying unit 50 and is bent along the surface of the stress applying unit 50. At this time, tension is applied to the fiber Bragg grating 90 included in the optical fiber 20. The fiber Bragg grating 90 has a lattice structure in which the refractive index of the core in the optical fiber is periodically changed, and has a characteristic of reflecting light having a specific wavelength corresponding to the period. When the fiber Bragg grating 90 is tensioned by the deformation of the optical fiber and the periodic grating interval is changed, the wavelength of the reflected light also changes. For this reason, the amount of distortion of the optical fiber 20 can be obtained by observing the amount of change in the wavelength of the light reflected backward. This amount of distortion corresponds to the relative displacement of one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10.

図30は、実施の形態3に係る光ファイバセンサ301を用いた光ファイバセンサシステム202の概略説明図である。第三の実施形態に係る光ファイバセンサシステム202は、光ファイバセンサ301と、試験光を出力する光源71と、光源71及び光ファイバセンサ301を接続する光ファイバ伝送路73と、光源71と光ファイバセンサ301との間における光ファイバ伝送路73に設けられた光サーキュレータ76と、光サーキュレータ76から光分岐される光の波長を測定する光波長測定器75と、を備えている。
この光ファイバセンサシステム202においては、光源71は、試験光として、少なくともファイバブラッググレーティング90が反射する特定の波長の成分を含む光を出力する。光ファイバセンサ301中のファイバブラッググレーティング90は、試験光が入力されると、試験光に含まれる特定の波長の成分の光を反射する。そして、ファイバブラッググレーティング90からの反射光を、サーキュレータ76を介して光ファイバ伝送路73から出力し、光波長測定器75で受光し波長を測定する。光波長測定器75としては、一般に、波長計や光スペクトラムアナライザが使用される。
FIG. 30 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system 202 using the optical fiber sensor 301 according to the third embodiment. The optical fiber sensor system 202 according to the third embodiment includes an optical fiber sensor 301, a light source 71 that outputs test light, an optical fiber transmission path 73 that connects the light source 71 and the optical fiber sensor 301, a light source 71, and light. The optical circulator 76 provided in the optical fiber transmission path 73 between the fiber sensors 301, and the optical wavelength measuring device 75 which measures the wavelength of the light branched from the optical circulator 76 are provided.
In the optical fiber sensor system 202, the light source 71 outputs light including at least a specific wavelength component reflected by the fiber Bragg grating 90 as test light. When the test light is input, the fiber Bragg grating 90 in the optical fiber sensor 301 reflects light having a specific wavelength component included in the test light. Then, the reflected light from the fiber Bragg grating 90 is output from the optical fiber transmission path 73 via the circulator 76, received by the optical wavelength measuring device 75, and the wavelength is measured. In general, a wavelength meter or an optical spectrum analyzer is used as the optical wavelength measuring device 75.

図31は、実施の形態3に係る光ファイバセンサシステム202を用いて、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に対する、光ファイバセンサ301中のファイバブラッググレーティング90から反射された光の波長の変化を測定した結果を示す図である。ここで、光源71として波長1.55μm帯の比較的スペクトル幅の広い光を出力するLED光源を用いている。また、測定する際に、光ファイバ20が変形していない初期状態を、測定対象物10の一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位が0の状態と設定している。図31に示すように、一方の部位11及び他方の部位12の相対的な変位に対して反射光の波長がシフトしていることが確認される。   FIG. 31 shows a fiber Bragg grating 90 in the optical fiber sensor 301 with respect to the relative displacement of one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 using the optical fiber sensor system 202 according to the third embodiment. It is a figure which shows the result of having measured the change of the wavelength of the light reflected from. Here, as the light source 71, an LED light source that outputs light having a wavelength of 1.55 μm and a relatively wide spectrum is used. Moreover, when measuring, the initial state in which the optical fiber 20 is not deformed is set to a state in which the relative displacement of the one part 11 and the other part 12 of the measurement object 10 is zero. As shown in FIG. 31, it is confirmed that the wavelength of the reflected light is shifted with respect to the relative displacement of one part 11 and the other part 12.

(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について説明する。
上述した光ファイバセンサ、及び光ファイバセンサシステムの具体的な使用例として、例えば橋梁に対する歪検知が挙げられる。例えば、図32に示すように、橋脚15上に設置された第一の床板16及び第二の床板17の相対的な変位を測定する光ファイバセンサ1及び光ファイバセンサシステム2として用いることができる。図32の上の図は第一の床板16及び第二の床板17が相対的に変位する前の状態を示し、図32の下の図は第一の床板16及び第二の床板17が相対的に変位した後の状態を示している。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
Specific examples of use of the above-described optical fiber sensor and optical fiber sensor system include, for example, strain detection for a bridge. For example, as shown in FIG. 32, it can be used as an optical fiber sensor 1 and an optical fiber sensor system 2 that measure relative displacements of a first floor board 16 and a second floor board 17 installed on a pier 15. . The upper diagram in FIG. 32 shows a state before the first floor plate 16 and the second floor plate 17 are relatively displaced, and the lower diagram in FIG. 32 shows the relative relationship between the first floor plate 16 and the second floor plate 17. It shows the state after being displaced.

(実施の形態5)
次に、実施の形態5に係る光ファイバセンサシステムについて説明する。図33は、本発明の実施の形態5に係る光ファイバセンサシステム302の概略説明図である。この光ファイバセンサシステム302は、試験光を出力する光源71と、複数の試験光を受光する受光器72と、複数の光ファイバセンサ1と、これらを接続する光ファイバ伝送路73とを備えている。複数の光ファイバセンサ1は、光ファイバ伝送路73に直列に接続されている。また、それぞれの光ファイバセンサ1は、橋梁などのそれぞれの測定対象物10に取り付けられている。なお、光源71の出力側には試験光をN分岐(Nは2以上の整数)する光分岐器78が接続されている。図33では、光分岐器78に接続された1系統の複数の光ファイバセンサ1およびこれらを接続する光ファイバ伝送路73を図示しているが、光分岐器78には他に最大で(N−1)系統の不図示の複数の光ファイバセンサ1およびこれらを接続する光ファイバ伝送路73が接続されており、これらの系統には図示する受光器72がそれぞれ接続されている。
光ファイバセンサシステム302においては、光源71から出力された光は各系統の光ファイバ伝送路73を伝搬し、各系統の複数の光ファイバセンサ1を透過し、受光器72で光強度が観測される。各系統の測定対象物10において何らかの変位が発生すると、各系統の受光器72で検出される光強度に変化が現れる。その変化を観測することによって各系統の測定対象物10に発生した変位を検知することができる。
(Embodiment 5)
Next, an optical fiber sensor system according to Embodiment 5 will be described. FIG. 33 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system 302 according to Embodiment 5 of the present invention. The optical fiber sensor system 302 includes a light source 71 that outputs test light, a light receiver 72 that receives a plurality of test lights, a plurality of optical fiber sensors 1, and an optical fiber transmission path 73 that connects them. Yes. The plurality of optical fiber sensors 1 are connected in series to the optical fiber transmission path 73. Each optical fiber sensor 1 is attached to each measurement object 10 such as a bridge. Note that an optical branching device 78 for branching the test light into N branches (N is an integer of 2 or more) is connected to the output side of the light source 71. In FIG. 33, a plurality of optical fiber sensors 1 of one system connected to the optical splitter 78 and the optical fiber transmission path 73 connecting them are shown. -1) A plurality of optical fiber sensors 1 (not shown) of the system and an optical fiber transmission path 73 connecting them are connected, and a light receiver 72 shown in the figure is connected to each system.
In the optical fiber sensor system 302, the light output from the light source 71 propagates through the optical fiber transmission path 73 of each system, passes through the plurality of optical fiber sensors 1 of each system, and the light intensity is observed by the light receiver 72. The When some displacement occurs in the measurement object 10 of each system, a change appears in the light intensity detected by the light receiver 72 of each system. By observing the change, the displacement generated in the measurement object 10 of each system can be detected.

(実施の形態6)
次に、実施の形態6に係る光ファイバセンサシステムについて説明する。図34は、本発明の実施の形態6に係る光ファイバセンサシステム402の概略説明図である。実施の形態6に係る光ファイバセンサシステム402は、複数の光ファイバセンサ1と、試験光を出力するとともに光ファイバセンサ1から発生する後方散乱光を受光するOTDR装置74と、OTDR装置74及び複数の光ファイバセンサ1を接続する光ファイバ伝送路73とを備えている。複数の光ファイバセンサ1は、光ファイバ伝送路73に直列に接続され、各光ファイバセンサ1は、各測定対象物10に取り付けられている。なお、OTDR装置74の出力側には試験光をN分岐(Nは2以上の整数)する光分岐器78が接続されている。図34では、光分岐器に接続された1系統の複数の光ファイバセンサ1およびこれらを接続する光ファイバ伝送路73を図示しているが、光分岐器には他に最大で(N−1)系統の不図示の複数の光ファイバセンサ1およびこれらを接続する光ファイバ伝送路73が接続されている。
(Embodiment 6)
Next, an optical fiber sensor system according to Embodiment 6 will be described. FIG. 34 is a schematic explanatory diagram of an optical fiber sensor system 402 according to Embodiment 6 of the present invention. An optical fiber sensor system 402 according to Embodiment 6 includes a plurality of optical fiber sensors 1, an OTDR device 74 that outputs test light and receives backscattered light generated from the optical fiber sensor 1, an OTDR device 74, and a plurality of optical fiber sensor systems 402 And an optical fiber transmission line 73 for connecting the optical fiber sensor 1. The plurality of optical fiber sensors 1 are connected in series to the optical fiber transmission line 73, and each optical fiber sensor 1 is attached to each measurement object 10. Note that an optical branching device 78 that branches the test light into N branches (N is an integer of 2 or more) is connected to the output side of the OTDR device 74. In FIG. 34, a plurality of optical fiber sensors 1 of one system connected to the optical branching device and the optical fiber transmission path 73 connecting them are shown. ) A plurality of optical fiber sensors 1 (not shown) of the system and an optical fiber transmission line 73 connecting them are connected.

光ファイバセンサシステム402においては、OTDR装置74から出力されたパルス光は、各系統の光ファイバ伝送路73を伝搬し、各系統の複数の光ファイバセンサ1を透過し、終端まで達する。OTDR装置74から終端までの光ファイバ伝送路73及びそれらの間に配置された光ファイバセンサ1中からのレーリー散乱による後方散乱光は、OTDR装置74側に進んでいく。OTDR装置74では戻り光を受光し、遅延時間の違いから距離に対する各系統の光強度の変化を算出する。これにより、各光ファイバセンサ1の位置における光強度の変化を観測することにより、各系統の測定対象物10に発生した変位を同時に観測することができる。   In the optical fiber sensor system 402, the pulsed light output from the OTDR device 74 propagates through the optical fiber transmission path 73 of each system, passes through the plurality of optical fiber sensors 1 of each system, and reaches the end. Backscattered light due to Rayleigh scattering from the optical fiber transmission path 73 from the OTDR device 74 to the terminal and the optical fiber sensor 1 disposed between them travels to the OTDR device 74 side. The OTDR device 74 receives the return light, and calculates the change in the light intensity of each system with respect to the distance from the difference in delay time. Thereby, by observing the change of the light intensity at the position of each optical fiber sensor 1, it is possible to simultaneously observe the displacement generated in the measurement object 10 of each system.

(実施の形態7)
次に、実施の形態7に係る光ファイバセンサシステムについて説明する。図35は、本発明の実施の形態7に係る光ファイバセンサシステム502を示す図である。光ファイバセンサシステム502は、複数の光ファイバセンサ1と、試験光を出力するとともに光ファイバセンサ1から発生する後方散乱光を受光するOTDR装置74と、OTDR装置74及び複数の光ファイバセンサ1を接続する光ファイバ伝送路73とを備えている。光ファイバ伝送路73は、光分岐器78を介してOTDR装置74に接続された主光ファイバ伝送路73aと、主光ファイバ伝送路73aから分岐した複数の分岐光ファイバ伝送路73bとを有し、主光ファイバ伝送路73aから光分岐器77を介して分岐光ファイバ伝送路73bが分岐されている。各光ファイバセンサ1は、分岐光ファイバ伝送路73bを介して主光ファイバ伝送路73aに接続されているとともに、各測定対象物10に取り付けられている。なお、OTDR装置74の出力側には試験光をN分岐(Nは2以上の整数)する光分岐器78が接続されている。図35では、光分岐器に接続された1系統の複数の光ファイバセンサ1およびこれらを接続する光ファイバ伝送路73を図示しているが、光分岐器には他に最大で(N−1)系統の不図示の複数の光ファイバセンサ1およびこれらを接続する光ファイバ伝送路73が接続されている。
(Embodiment 7)
Next, an optical fiber sensor system according to Embodiment 7 will be described. FIG. 35 is a diagram showing an optical fiber sensor system 502 according to Embodiment 7 of the present invention. The optical fiber sensor system 502 includes a plurality of optical fiber sensors 1, an OTDR device 74 that outputs test light and receives backscattered light generated from the optical fiber sensor 1, an OTDR device 74, and the plurality of optical fiber sensors 1. And an optical fiber transmission line 73 to be connected. The optical fiber transmission line 73 has a main optical fiber transmission line 73a connected to the OTDR device 74 via the optical branching device 78, and a plurality of branched optical fiber transmission lines 73b branched from the main optical fiber transmission line 73a. The branched optical fiber transmission line 73 b is branched from the main optical fiber transmission line 73 a through the optical branching unit 77. Each optical fiber sensor 1 is connected to the main optical fiber transmission line 73a via the branched optical fiber transmission line 73b and attached to each measurement object 10. Note that an optical branching device 78 that branches the test light into N branches (N is an integer of 2 or more) is connected to the output side of the OTDR device 74. In FIG. 35, a plurality of optical fiber sensors 1 connected to the optical branching device and the optical fiber transmission path 73 connecting them are illustrated. ) A plurality of optical fiber sensors 1 (not shown) of the system and an optical fiber transmission line 73 connecting them are connected.

以上のような構成とされた光ファイバセンサシステム502においては、OTDR装置74から出力されたパルス光は、各系統の主光ファイバ伝送路73aを伝播し、光分岐器77により分割されて分岐光ファイバ伝送路73bを通って各系統の各光ファイバセンサ1に入射される。このとき各光ファイバセンサ1の出力側には何も接続されず終端となっている。各光ファイバセンサ1からの後方散乱光は、分岐光ファイバ伝送路73b、光分岐器77、主光ファイバ伝送路73aを通りOTDR装置74に戻っていく。OTDR装置74では、戻り光を受光し遅延時間の違いから距離に対する各系統の光強度の変化を算出する。この場合、観測されるOTDR波形では光分岐器77から光ファイバセンサ1の終端の間で後方散乱される光は、光分岐器77間を接続する主光ファイバ伝送路73aのうち、OTDR装置74からの距離が、当該光分岐器77から光ファイバセンサ1の終端の間のOTDR装置74からの距離と等しい部分からの後方散乱光と合波された強度として観測されている。   In the optical fiber sensor system 502 configured as described above, the pulsed light output from the OTDR device 74 propagates through the main optical fiber transmission path 73a of each system, is divided by the optical branching device 77, and is branched. The light enters the optical fiber sensors 1 of each system through the fiber transmission path 73b. At this time, nothing is connected to the output side of each optical fiber sensor 1 and it is terminated. Backscattered light from each optical fiber sensor 1 returns to the OTDR device 74 through the branch optical fiber transmission path 73b, the optical branching device 77, and the main optical fiber transmission path 73a. The OTDR device 74 receives the return light and calculates the change in the light intensity of each system with respect to the distance from the difference in delay time. In this case, in the observed OTDR waveform, the light scattered back from the optical branching device 77 to the end of the optical fiber sensor 1 is the OTDR device 74 in the main optical fiber transmission line 73 a connecting the optical branching devices 77. Is observed as the intensity combined with the backscattered light from the portion equal to the distance from the OTDR device 74 between the optical branching device 77 and the end of the optical fiber sensor 1.

しかしながら、光ファイバセンサ1の部分と、OTDR装置74からの距離の上で重なった主光ファイバ伝送路73aでの後方散乱光の強度変動は、光ファイバセンサ1における測定対象物10の変位による光強度変動よりも微小であるため、合波された強度として示されるOTDR波形上でも光ファイバセンサ1の位置における強度変動が生じた場合は、測定対象物10の変位が要因であることは明確に識別可能である。また、光ファイバセンサシステム502おいては、光ファイバセンサシステム402と比較して、各光ファイバセンサ1に入射される光強度は一定であり各光ファイバセンサ1で発生する光強度変動の影響を受けない。そのため、OTDR波形上では光ファイバセンサ1間を伝搬する光ファイバ伝送路73上での強度は、その伝送損失に応じて距離に対してほぼ一定であり、各光ファイバセンサ1の位置における強度変動は、その光ファイバセンサ1自身での強度変動すなわち測定対象物10の変位のみを反映していることになる。   However, the intensity fluctuation of the backscattered light in the main optical fiber transmission line 73a overlapped with the portion of the optical fiber sensor 1 over the distance from the OTDR device 74 is the light due to the displacement of the measurement object 10 in the optical fiber sensor 1. Since the fluctuation is smaller than the fluctuation in intensity, if the fluctuation in intensity at the position of the optical fiber sensor 1 occurs even on the OTDR waveform shown as the combined intensity, it is clear that the displacement of the measuring object 10 is a factor. Be identifiable. Further, in the optical fiber sensor system 502, compared with the optical fiber sensor system 402, the light intensity incident on each optical fiber sensor 1 is constant, and the influence of the light intensity fluctuation generated in each optical fiber sensor 1 is affected. I do not receive it. Therefore, on the OTDR waveform, the intensity on the optical fiber transmission path 73 propagating between the optical fiber sensors 1 is substantially constant with respect to the distance according to the transmission loss, and the intensity fluctuation at the position of each optical fiber sensor 1 Reflects only the intensity fluctuation in the optical fiber sensor 1 itself, that is, the displacement of the measurement object 10.

図36、図37に、光ファイバセンサシステム402及び光ファイバセンサシステム502で観測されたOTDR波形の例を示す。図36は光ファイバセンサシステム402を用いた測定結果であり、図37は光ファイバセンサシステム502を用いた測定結果である。図36に示すように、光ファイバセンサシステム402では、ある光ファイバセンサ1で損失が発生すると、その光ファイバセンサ1の試験光の出力側では光強度が低下して伝播していくので、それよりもOTDR装置74から離れた光ファイバセンサ1に到達する試験光および当該光ファイバセンサ1から戻ってくる後方散乱光の強度が低下することになる。さらには、複数の光ファイバセンサ1で損失が発生しているとその損失は累積して試験光及び後方散乱光の強度低下を発生させる。なお、図36において、破線で囲まれた領域が光ファイバセンサ1での光損失を示している。   36 and 37 show examples of OTDR waveforms observed in the optical fiber sensor system 402 and the optical fiber sensor system 502. FIG. 36 shows the measurement results using the optical fiber sensor system 402, and FIG. 37 shows the measurement results using the optical fiber sensor system 502. As shown in FIG. 36, in the optical fiber sensor system 402, when a loss occurs in a certain optical fiber sensor 1, the light intensity decreases and propagates on the test light output side of the optical fiber sensor 1. As a result, the intensity of the test light reaching the optical fiber sensor 1 far from the OTDR device 74 and the intensity of backscattered light returning from the optical fiber sensor 1 are reduced. Furthermore, if a loss is generated in the plurality of optical fiber sensors 1, the loss is accumulated to cause a decrease in the intensity of the test light and the backscattered light. In FIG. 36, a region surrounded by a broken line indicates light loss in the optical fiber sensor 1.

一方、図37に示すように、光ファイバセンサシステム502では、ある光ファイバセンサ1で損失が発生しても、それより離れた光ファイバセンサ1に到達する試験光は、当該損失が発生した光ファイバセンサ1を通ったものではなく、主光ファイバ伝送路73aを伝搬して到達したものなので、図36のような試験光および後方散乱光の強度の低下や損失の累積の影響などが発生しないこととなる。
そして、光ファイバセンサ1中の光ファイバ20の応力印加部50との接触でファイバが切断された場合には、光ファイバセンサシステム402の構成では光ファイバ20が切断された光ファイバセンサ1の後方からの戻り光は観測できなくなるが、光ファイバセンサシステム502の場合は光ファイバ20が切断された光ファイバセンサ1からの光強度が低下するのみで、それより後方での光ファイバセンサ1には影響を及ぼさない。
On the other hand, as shown in FIG. 37, in the optical fiber sensor system 502, even if a loss occurs in a certain optical fiber sensor 1, the test light that reaches the optical fiber sensor 1 that is further away from the test light Since the light is not transmitted through the fiber sensor 1 but is propagated through the main optical fiber transmission line 73a, the test light and the backscattered light as shown in FIG. It will be.
When the fiber is cut by contact with the stress application unit 50 of the optical fiber 20 in the optical fiber sensor 1, the rear side of the optical fiber sensor 1 in which the optical fiber 20 is cut in the configuration of the optical fiber sensor system 402. However, in the case of the optical fiber sensor system 502, only the light intensity from the optical fiber sensor 1 in which the optical fiber 20 is cut is lowered, and the optical fiber sensor 1 behind the optical fiber sensor 1 Has no effect.

なお、上記実施の形態では、試験光の波長を1.55μm帯としている。その理由は、1.55μm帯は、通常の1.3μm帯にゼロ分散波長を持つシングルモード光ファイバの伝送損失が最も低い波長帯域であるからある。ただし、試験光の波長はこれに限られない。たとえば、試験光の波長を1.6μm帯のように、1.55μm帯よりも長い波長としてもよい。この場合、光ファイバの曲げ損失は試験光の波長が1.55μm帯の場合よりも大きくなるので、より高感度の測定を行うことができる。   In the above embodiment, the wavelength of the test light is in the 1.55 μm band. The reason is that the 1.55 μm band is the wavelength band with the lowest transmission loss of a single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in the normal 1.3 μm band. However, the wavelength of the test light is not limited to this. For example, the wavelength of the test light may be longer than the 1.55 μm band, such as the 1.6 μm band. In this case, since the bending loss of the optical fiber becomes larger than that in the case where the wavelength of the test light is in the 1.55 μm band, it is possible to perform measurement with higher sensitivity.

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

1、101、101A、101B、201、301 光ファイバセンサ
2、102、202、302、402 光ファイバセンサシステム
10 測定対象物
11 一方の部位
12 他方の部位
15 橋脚
16 第一の床板
17 第二の床板
20 光ファイバ
30、130、130A、130B 光ファイバ保持部
31、131、131A、131B 第一固定部
32、132、132A、132B 保持部
40、140 可動部
41 第二固定部
42 ボール受け溝
50、150、151、152 応力印加部
60 ベアリング機構(規制部)
61 ベアリング部
62 ボール部
63 ボール受け溝
64 貫通孔
71 光源
72 受光器
73 光ファイバ伝送路
73a 主光ファイバ伝送路
73b 分岐光ファイバ伝送路
74 OTDR装置
75 光波長測定器
76 サーキュレータ
77、78 光分岐器
80A、80B 張力付与機構
81 ばね部
82 滑車部
83 レール部
84 巻き取り部(リール部)
85 余長収納部
90 ファイバブラッググレーティング
133 レール(規制部)
134 底面部
135 側面部
136 固定部
137 支持点
1, 101, 101A, 101B, 201, 301 Optical fiber sensor 2, 102, 202, 302, 402 Optical fiber sensor system 10 Measurement object 11 One part 12 Other part 15 Bridge pier 16 First floor board 17 Second Floor plate 20 Optical fibers 30, 130, 130A, 130B Optical fiber holding portions 31, 131, 131A, 131B First fixing portions 32, 132, 132A, 132B Holding portions 40, 140 Movable portion 41 Second fixing portion 42 Ball receiving groove 50 , 150, 151, 152 Stress application unit 60 Bearing mechanism (regulation unit)
61 Bearing portion 62 Ball portion 63 Ball receiving groove 64 Through hole 71 Light source 72 Light receiver 73 Optical fiber transmission path 73a Main optical fiber transmission path 73b Branch optical fiber transmission path 74 OTDR device 75 Optical wavelength measuring device 76 Circulators 77, 78 Optical branching 80A, 80B Tension applying mechanism 81 Spring portion 82 Pulley portion 83 Rail portion 84 Winding portion (reel portion)
85 Extra length storage part 90 Fiber Bragg grating 133 Rail (regulation part)
134 Bottom part 135 Side part 136 Fixing part 137 Support point

Claims (17)

測定対象物の一方の部位及び他方の部位に跨って設けられ、これら一方の部位及び他方の部位の相対的な変位を測定する光ファイバセンサであって、
試験光が入力される光ファイバと、
前記測定対象物の一方の部位に固定され、前記光ファイバを保持する光ファイバ保持部と、
前記測定対象物の他方の部位に固定されるとともに、前記光ファイバに応力を印加する応力印加部を有し、かつ、前記測定対象物の一方の部位及び他方の部位の相対的な変位に応じて動く可動部と、を備え、
前記応力印加部は、前記光ファイバに対して少なくとも前記変位する向きとは反対側に配設されており、
前記測定対象物の一方の部位及び他方の部位が相対的に変位したときに、前記応力印加部が前記光ファイバに接触し、該光ファイバが変形することを特徴とする光ファイバセンサ。
An optical fiber sensor that is provided across one part and the other part of the measurement object and measures the relative displacement of the one part and the other part,
An optical fiber to which test light is input;
An optical fiber holding unit fixed to one part of the measurement object and holding the optical fiber;
It is fixed to the other part of the measurement object, has a stress applying part for applying stress to the optical fiber, and corresponds to the relative displacement of one part and the other part of the measurement object Moving parts that move and
The stress applying unit is disposed at least on the side opposite to the direction of displacement with respect to the optical fiber,
An optical fiber sensor, wherein when one part and the other part of the measurement object are relatively displaced, the stress applying unit contacts the optical fiber, and the optical fiber is deformed.
前記可動部の動きが前記光ファイバ保持部に直線状に保持された光ファイバの長手方向と交差する一軸上になるように、前記可動部の動きを規制する規制部を備えることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサ。   It is provided with a restricting part that restricts the movement of the movable part so that the movement of the movable part is on one axis intersecting with the longitudinal direction of the optical fiber held linearly by the optical fiber holding part. The optical fiber sensor according to claim 1. 前記可動部の動きが前記光ファイバ保持部に直線状に保持された光ファイバの長手方向と交差する面上になるように、前記可動部の動きを規制する規制部を備えることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサ。   It is provided with a restricting part that restricts the movement of the movable part so that the movement of the movable part is on a plane that intersects the longitudinal direction of the optical fiber that is linearly held by the optical fiber holding part. The optical fiber sensor according to claim 1. 前記応力印加部は、前記可動部に着脱可能に設けられ、かつ、前記光ファイバとの初期の距離を変更可能とされていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。   The said stress application part is provided in the said movable part so that attachment or detachment is possible, and can change the initial distance with the said optical fiber, It is any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Fiber optic sensor. 前記光ファイバは、前記測定対象物の一方の部位及び他方の部位の相対的な変位に応じて変形するセンサ光ファイバ部を備え、前記センサ光ファイバ部の光学特性が、該光ファイバに接続される試験光伝送用光ファイバの光学特性と異なることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。   The optical fiber includes a sensor optical fiber part that deforms according to relative displacement of one part and the other part of the measurement object, and the optical characteristics of the sensor optical fiber part are connected to the optical fiber. 5. The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the optical fiber sensor is different from the optical characteristic of the optical fiber for test light transmission. 前記センサ光ファイバ部と前記試験光伝送用光ファイバとのモードフィールド径が異なることを特徴とする請求項5に記載の光ファイバセンサ。   The optical fiber sensor according to claim 5, wherein mode field diameters of the sensor optical fiber portion and the test optical transmission optical fiber are different. 前記センサ光ファイバ部と前記試験光伝送用光ファイバとのカットオフ波長が異なることを特徴とする請求項5または6に記載の光ファイバセンサ。   The optical fiber sensor according to claim 5 or 6, wherein the sensor optical fiber portion and the test optical transmission optical fiber have different cutoff wavelengths. 前記センサ光ファイバ部と前記試験光伝送用光ファイバとの曲げ損失特性が異なることを特徴とする請求項5から7のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。   8. The optical fiber sensor according to claim 5, wherein bending loss characteristics of the sensor optical fiber portion and the test optical transmission optical fiber are different. 9. 前記センサ光ファイバ部と前記試験光伝送用光ファイバとの伝送損失特性が異なることを特徴とする請求項5から8のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。   The optical fiber sensor according to any one of claims 5 to 8, wherein transmission loss characteristics of the sensor optical fiber portion and the optical fiber for test light transmission are different. 前記試験光がパルス光であって、
前記光ファイバの余長分を収容する収納部を備え、
前記光ファイバの余長分は、前記パルス光の時間幅に相当する時間に該パルス光が伝搬する長さ以上の長さを有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。
The test light is pulsed light,
A storage unit for storing the extra length of the optical fiber,
The extra length of the optical fiber has a length equal to or longer than a length of propagation of the pulsed light in a time corresponding to a time width of the pulsed light. The optical fiber sensor described.
前記試験光は、前記光ファイバの伝送損失が最も低い波長帯域よりも長い波長を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。   The optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 10, wherein the test light has a wavelength longer than a wavelength band in which the transmission loss of the optical fiber is lowest. 前記光ファイバにおいて、前記測定対象物の一方の部位及び他方の部位の相対的な変位に応じて変形するセンサ光ファイバ部にファイバブラッググレーティングを設けたことを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の光ファイバセンサ。   12. The optical fiber includes a fiber Bragg grating in a sensor optical fiber portion that is deformed in accordance with relative displacement of one part and the other part of the measurement object. An optical fiber sensor according to claim 1. 請求項1から11のいずれか一項に記載の光ファイバセンサと、
前記試験光を出力する光源と、
前記光ファイバセンサの前記光ファイバを透過した試験光を受光することができる受光器と、
前記光源と前記光ファイバセンサとを接続する第1光ファイバ伝送路と、前記光ファイバセンサと前記受光器とを接続する第2光ファイバ伝送路とを有する光ファイバ伝送路と、
を備えることを特徴とする光ファイバセンサシステム。
An optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 11,
A light source that outputs the test light;
A light receiver capable of receiving the test light transmitted through the optical fiber of the optical fiber sensor;
An optical fiber transmission line having a first optical fiber transmission line connecting the light source and the optical fiber sensor; and a second optical fiber transmission line connecting the optical fiber sensor and the light receiver;
An optical fiber sensor system comprising:
請求項1から11のいずれか一項に記載の光ファイバセンサと、
前記試験光を出力するとともに、該光ファイバセンサから発生する後方散乱光を受光するOTDR装置と、
前記OTDR装置と前記光ファイバセンサとを接続する光ファイバ伝送路と、
を備えることを特徴とする光ファイバセンサシステム。
An optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 11,
An OTDR device that outputs the test light and receives backscattered light generated from the optical fiber sensor;
An optical fiber transmission line connecting the OTDR device and the optical fiber sensor;
An optical fiber sensor system comprising:
請求項12に記載の光ファイバセンサと、
前記試験光を出力する光源と、
前記光源と前記光ファイバセンサとを接続する光ファイバ伝送路と、
前記試験光のうち光ファイバセンサのファイバブラッググレーティングにより反射された反射光が入力され、該反射光の波長を測定する光波長測定器と、
を備えることを特徴とする光ファイバセンサシステム。
An optical fiber sensor according to claim 12,
A light source that outputs the test light;
An optical fiber transmission line connecting the light source and the optical fiber sensor;
An optical wavelength measuring device that receives the reflected light reflected by the fiber Bragg grating of the optical fiber sensor from the test light, and measures the wavelength of the reflected light;
An optical fiber sensor system comprising:
請求項13から15のいずれか一項に記載の光ファイバセンサシステムにおいて、前記光ファイバセンサを複数備え、
前記複数の光ファイバセンサが、前記光ファイバ伝送路に直列に接続されていることを特徴とする光ファイバセンサシステム。
The optical fiber sensor system according to any one of claims 13 to 15, comprising a plurality of the optical fiber sensors,
The optical fiber sensor system, wherein the plurality of optical fiber sensors are connected in series to the optical fiber transmission line.
請求項14または15に記載の光ファイバセンサシステムにおいて、
前記光ファイバセンサを複数備え、
前記光ファイバ伝送路は、主光ファイバ伝送路と、前記主光ファイバ伝送路から分岐した複数の分岐光ファイバ伝送路とを有し、
前記OTDR装置または前記光源は、前記主光ファイバ伝送路に接続されており、
前記複数の光ファイバセンサは、それぞれ、前記分岐光ファイバ伝送路を介して前記主光ファイバ伝送路に接続されていることを特徴とする光ファイバセンサシステム。
The optical fiber sensor system according to claim 14 or 15,
A plurality of the optical fiber sensors,
The optical fiber transmission line has a main optical fiber transmission line and a plurality of branched optical fiber transmission lines branched from the main optical fiber transmission line,
The OTDR device or the light source is connected to the main optical fiber transmission line,
Each of the plurality of optical fiber sensors is connected to the main optical fiber transmission line via the branch optical fiber transmission line.
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