JP2000258190A

JP2000258190A - ファイバグレーティングを用いたセンサおよび物理量測定方法

Info

Publication number: JP2000258190A
Application number: JP11061524A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Genchi; 武士源地; Kazuo Imamura; 一雄今村; Katsuaki Kondo; 克昭近藤
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバ心線を用いて数ｍｍ〜数百ｍｍの
高い分解能を持つ歪測定を可能にする。【解決手段】光ファイバ心線１に反射特性または透過
特性の異なる複数種類のファイバグレーティングＦＢＧ
を書き込んだ物理量センサである。複数種類のファイバ
グレーティングＦＢＧは、反射または透過する光の中心
波長に応じて、その反射率または透過率が規則的に変化
するように書き込まれている。このため、光ファイバの
一部に大きな歪が発生した場合でも、反射ピーク波長と
ファイバグレーティングとの対応関係を正しく同定する
ことができるため、高精度の多点測定が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファイバグレーテ
ィングを用いた物理量センサ、および物理量測定方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバに張力が印加され伸び歪が生
じていると、光ファイバは劣化してゆくため、光通信線
路の長期信頼性を確保するには、光ケーブルの製造時、
敷設時、および適用環境使用時の各段階において光ファ
イバの歪を正確に測定することが必要になる。従来、こ
のような歪を測定する方法としては、歪の発生に伴う光
信号遅延時間の変化を直接に時間軸上で測定する光パル
ス法や、正弦波変調信号の位相変化から歪を測定する位
相法が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の歪測定方法によ
れば、歪を高い精度で測定できるが、光ファイバの長手
方向に沿って歪が不均一に分布する場合は、長手方向に
沿って平均化した歪の値を検知することしかできなかっ
た。

【０００４】光ファイバの強度劣化は最大歪によって決
定されるため、歪の平均値が小さい場合であっても、局
所的に大きな最大歪が発生していると、その部分で光フ
ァイバの劣化が大きく進行することになる。このため、
長手方向に平均した歪値だけを測定していたのでは、光
ファイバの信頼性を充分に保証することはできなくな
る。

【０００５】そこで、歪分布を光ファイバの長手方向に
沿って測定する方法が提案されている。この方法は、音
波および周波数変換を伴う光波の非線形相互作用を分析
する技術と、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflecto
metry）に類似した時間領域測定技術とを融合させた方
法である。

【０００６】しかしながら、この方法では光パルス幅に
よって距離分解能（時間分解能）が限定され、従来、数
１０ｃｍ程度以下の高分解能を達成することはできかっ
た。他方、光ファイバケーブル内に収納された光ファイ
バ心線は、通常、数１０ｃｍ程度のピッチで螺旋状に撚
られている。このため、上記従来の測定方法によって
は、光ファイバに生じている最大歪を高い精度で測定す
ることができなかった。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、数ｍｍ〜数百ｍｍとい
う高い分解能を持つ測定が可能な光ファイバおよび物理
量測定方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による物理量セン
サは、反射特性または透過特性の異なる複数種類のファ
イバグレーティングが書き込まれた光ファイバ心線を備
えた物理量センサであって、前記複数種類のファイバグ
レーティングの各々が反射または透過する光の中心波長
に応じて、各ファイバグレーティングの反射率または透
過率が変化していることを特徴とする。

【０００９】ある好ましい実施形態では、前記複数のフ
ァイバグレーティングのうちの少なくとも一部のファイ
バグレーティングの反射率は、前記光ファイバ心線に光
が入力される側の端部から遠くなるにつれて大きくなっ
ている。

【００１０】ある好ましい実施形態では、前記複数のフ
ァイバグレーティングの反射ピーク波長は、前記ファイ
バグレーティングの位置が前記光ファイバ心線に光が入
力される側の端部から遠くなるにつれて大きくなってい
る。

【００１１】前記光ファイバ心線は、コアと、前記コア
を囲むクラッドと、前記クラッド層の外周面に形成され
た紫外線透過型紫外線硬化樹脂層とを備えており、前記
ファイバグレーティングは、前記紫外線透過型紫外線硬
化樹脂層を通して前記コアに照射された紫外線によって
前記コア内に書き込まれたものであることが好ましい。

【００１２】本発明による光ファイバ心線の製造方法
は、グレーティングが書き込まれるべきコアと前記コア
を囲むクラッドとを備えたファイバ構造の外周面を紫外
線透過型紫外線硬化樹脂から形成した被覆層で覆う工程
と、第１の紫外線を前記被覆層に照射することによって
前記被覆層を硬化させる工程と、第２の紫外線を前記被
覆層の外側から前記コアに対して照射することによっ
て、反射特性または透過特性の異なる複数種類のファイ
バグレーティングを前記コアの異なる位置に書き込む工
程とを包含し、前記ファイバグレーティングを書き込む
際に、前記ファイバグレーティングの各々が反射または
透過する光の中心波長が軸方向に沿って異なる値を持つ
ようにするとともに、前記ファイバグレーティングの反
射率または透過率を軸方向に沿って変化させることを特
徴とする。

【００１３】本発明による物理量測定方法は、上記何れ
かの物理量センサに含まれる前記光ファイバ心線に光を
入射する工程と、前記光のうち、前記複数種類のファイ
バグレーティングの各々によって選択的に反射または透
過された光を検知し、前記複数種類のファイバグレーテ
ィングの各々に生じている物理的状態を個別に検出する
工程とを包含する。

【００１４】前記物理的状態は、軸方向歪、屈曲量、お
よび温度の少なくともひとつを含む。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１６】まず、図１を参照する。図１には、光ファ
イバの素線部分が示されている。この光ファイバ素線
は、ファイバグレーティング２１が書き込まれたコア２
と、コア２の周りに形成されたクラッド３とから構成さ
れている。

【００１７】グレーティング２１は、軸方向に沿ってコ
ア２の屈折率が周期Λ（例えば０．３〜０．６μｍ）で
変化した短周期の屈折率変調構造を有している。この周
期Λとコア２１の平均屈折率とによって規定されるブラ
ッグ（Bragg）波長を持つ光がグレーティング２１によ
って選択的に反射されることになる。なお、本願明細書
において、ブラッグ波長を「反射ピーク波長」と呼ぶこ
とがある。

【００１８】上述のようにブラッグ波長は周期Λに依存
して変化するため、熱または外力などによってファイバ
に歪が発生すると、その歪みが発生している部分におけ
る周期Λが無歪状態の値から変化（シフト）することに
なる。この変化の大きさ（シフト量）は、ブラッグ波長
（反射ピーク波長）のシフト量として光学的に観測でき
る。本発明では、複数のファイバグレーティングを用
い、各ファイバグレーティングの物理的状態の変化に起
因して発生した反射ピーク波長のシフト量を検出する。
その結果、長いファイバ上に生じた複数箇所における応
力等をセンシングすることが可能となる。

【００１９】次に、図２を参照しながら、本発明のセン
サに用いる光ファイバ心線の構成とグレーティング作製
方法の実施形態を説明する。図２には、グレーティング
２１が書き込まれるコア２と、コア２の周りに形成され
たクラッド３と、クラッド３の外表面を被覆する被覆層
４とから構成された光ファイバ心線１が示されている。

【００２０】本実施形態で用いるコア２には、通常仕様
の光ファイバのコアに含まれているＧｅと同程度の濃度
を有するＧｅがドープされている。ここで、通常仕様の
光ファイバとは、前記光ファイバ心線１に接続される光
ファイバ心線のことである。このような光ファイバ心線
のコアには、通常、比屈折率差が０．９％程度になる量
のＧe がドープされている。

【００２１】図示されている光ファイバ心線１のコア２
には、光誘起屈折率変化を定常的に高めるためには、Ｇ
ｅに加えて、Ｓｎ、Ｓｎ及びＡl 、または、Ｓｎ，Ａｌ
及びＢのドーパントをコア２にドープしておくことが好
ましい。例えば、上記の通常仕様の光ファイバのコアと
同量（比屈折率差が０．９％となる程度の量）のＧｅに
加え、濃度１００００ｐｐｍ以上、好ましくは濃度１０
０００〜１５０００ｐｐｍのＳｎ、或いは、このような
濃度のＳｎ及び濃度１０００ｐｐｍ以下のＡl等を共ド
ープすればよい。このようなドープは、種々の公知方法
によって行えばよく、例えば液浸により行う場合には、
上記ＧｅやＳｎの化合物（Ｓｎの場合、例えばＳｎＣｌ
₂・２Ｈ₂Ｏ）をメチルアルコールと混合し、その溶液の
中に浸漬すればよい。

【００２２】被覆層４は、コア２及びクラッド３からな
る光ファイバ素線の線引き工程に引き続いてシングルコ
ート法によって、少なくとも３０μｍ程度の膜厚になる
ように形成されたものである。本実施形態では、被覆層
４の材料として、ある波長帯域の紫外線（第１の紫外
線）で硬化する特性と、他の波長帯域の紫外線（第２の
紫外線）を透過する特性の両方を備えた樹脂を用いる。
このような樹脂を本願明細書では「紫外線透過型紫外線
硬化樹脂」と称することがある。

【００２３】この紫外線透過型紫外線硬化樹脂は、グレ
ーティング２１の書き込みのためにコアに照射する特定
波長帯（例えば２４０ｎｍ〜２７０ｎｍの波長帯）の紫
外線を少なくとも透過させる（好ましくは、この紫外線
を殆ど吸収せずに透過させる）一方で、上記特定波長帯
よりも短い波長または長い波長の紫外線を吸収して硬化
反応を生じさせる。つまり、同じ樹脂ではあるが、波長
によって紫外線吸収特性が異なり、特定波長帯では紫外
線透過型である一方、上記特定波長帯よりも短い波長域
または長い波長域では紫外線硬化型であるような樹脂を
用いて被覆層４を形成することになる。

【００２４】本実施形態では、ウレタン系アクリレート
もしくはエポキシ系アクリレートに対し、例えば２４０
ｎｍよりも短い波長域または２７０ｎｍよりも長い波長
域の紫外線を受けて硬化反応を開始・促進させるような
光開始剤（フォトイニシエータ）を配合した樹脂を「紫
外線透過型紫外線硬化樹脂」として用いる。

【００２５】このような樹脂の層で光ファイバの外周面
を被覆した後、まず、その被覆層に対して第１の紫外線
を照射し、被覆層４を硬化する。

【００２６】硬化した被覆層４によって被覆された状態
の光ファイバ心線１に対して第２の紫外線を照射する前
に、コア２に対して水素充填を行うことが光誘起屈折率
変化を高める上で好ましい。従って、本実施形態では、
この高圧水素充填を行う。具体的には、光ファイバ心線
１を水素が充填された密閉容器内に入れ、室温状態でほ
ぼ２０ＭＰａの圧力下で約２週間放置すればよい。

【００２７】次に、光ファイバ心線１の外側、つまり、
被覆層４の外側から第２の紫外線を照射することにより
コア２に対しグレーティング２１の書き込みを行う。グ
レーティング２１の書き込みは、周知の種々の方法を採
用して行えばよく、例えば位相マスク法により行う場合
には、光ファイバ心線１の側方直前に格子状の位相マス
ク５を配設し、この位相マスク５に対しＮｄ−ＹＡＧレ
ーザ源から例えばその４倍波長（４ω）である２６６ｎ
ｍのコヒーレント紫外レーザ光をシリンドリカルレンズ
系６により集光した状態で照射すればよい。これによ
り、上記紫外レーザ光が位相マスク５及び被覆層４を透
過し、コア２に対し位相マスク５の格子ピッチに対応し
たグレーティングピッチの部分の屈折率が増大されてブ
ラッググレーティング２１が書き込まれることになる。
第２の紫外線の波長は、例えば１５０〜４００ｎｍであ
り、照射エネルギーは０．１〜１０ｋＪ／ｃｍ²であ
る。

【００２８】本実施形態では、図１または図２に示す構
造のファイバグレーティング２１をひとつのコア２内
に、軸方向に沿って間隔を置きながら、複数個形成す
る。例えば、長さ５〜２０ｍｍの短周期ファイバグレー
ティングを１００ｍｍ間隔で１０個以上形成する。この
とき、各ファイバグレーティングの反射率を４〜５％と
し、また、反射される光の中心波長を僅かずつ（例えば
０．５ｎｍ間隔で）シフトさせる。このようなファイバ
グレーティングを一本のファイバ心線に書き込むには、
例えば、一種類の位相マスク５および紫外線を用いなが
ら、一本のファイバ心線に印加する張力を段階的に変化
させながらグレーティングの書き込みを行えばよい。グ
レーティング書き込み時の張力が異なることによって、
たとえ書き込み時の格子間隔が一定でも張力開放時にお
ける各グレーティングの格子間隔が相互に変化すること
になる。

【００２９】図３は、このようにして１本の光ファイバ
心線１にｎ個のファイバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢ
Ｇ_nを書き込んだセンサの構成を示している（ｎは２以
上の整数）。この例では、広帯域光源３１および分光器
３２がカプラ３３を介して光ファイバ心線１に結合され
ている。広帯域光源３１、分光器３２およびカプラ３３
は、光学測定系３０を構成している。

【００３０】本実施形態では、広帯域光源３１として、
例えばスーパールミネッセンスダイオード光源（ＳＬＤ
光源）を用いることができ、また、分光器３２として、
例えば分解能が０．１ｎｍ以下の赤外波長領域の分光器
を用いることができる。

【００３１】次に、図３を参照しながら、この光ファイ
バ心線１を用いて応力分布が測定できることの基本的原
理を説明する。

【００３２】まず、広帯域光源３１から出た広帯域光
（測定光）は、カプラ３３を経て光ファイバ心線１に入
射する。この広帯域光は、まず、ファイバグレーティン
グＦＢＧ₁に入射する。入射した広帯域光のうち、ファ
イバグレーティングＦＢＧ₁の周期Λ₁で決まる反射ピー
ク波長λ₁の光が選択的に左方へ反射される。波長λ₁の
反射光はカブラ３３を介して分光器３２に入射する。光
ファイバ心線１の上方には透過光スペクトルが模式的に
示され、光ファイバ心線１の下方には反射光スペクトル
が模式的に示されている。

【００３３】第１のファイバグレーティングＦＢＧ₁に
入射した広帯域光のうち、ファイバグレーティングＦＢ
Ｇ₁で反射されなかった帯域成分は、次のファイバグレ
ーティングＦＢＧ₂に入射する。ここで同様に、第２の
ファイバグレーティングＦＢＧ₂の周期Λ₂で決まる反射
ピーク波長λ₂の光が選択的に左方へ反射され、波長λ₂
の反射光はカブラ３３を介して分光器３２に入射するこ
とになる。

【００３４】なお、図３に示す構成例では、ファイバグ
レーティングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの反射ピーク波長λ₁〜
λ_nが、光ファイバ心線１の入射端側から遠ざかるにつ
れて大きくなるようにファイバグレーティングＦＢＧ₁
〜ＦＢＧ_nが作製されている。すなわち、λ₁＜λ₂＜・・・
λ_n-1＜λ_nの関係が成立している。

【００３５】本発明では、ファイバグレーティングＦＢ
Ｇ₁〜ＦＢＧ_nの反射率について、特別の関係が与えられ
ている。その内容を以下に詳細に説明する。

【００３６】図４（ａ）は、応力が加えられていない状
態におけるファイバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの
応力分布を模式的に示し、図４（ｂ）は、ｉ番目のファ
イバグレーティングＦＢＧ_iにのみ応力が加えられた状
態におけるファイバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの
応力分布を模式的に示している。一方、図４（ｃ）およ
び図４（ｄ）は、それぞれ、図４（ａ）および図４
（ｂ）の場合に得られる反射光スペクトルの例を示して
いる。図４（ｃ）の反射光スペクトルと図４（ｄ）の反
射光スペクトルとを比較すると、ｉ番目のファイバグレ
ーティングＦＢＧ_iによって反射された光の波長λ_iが応
力印加によって大きくなっていることがわかる。この波
長の変化量Δλ_iから、ｉ番目のファイバグレーティン
グＦＢＧ_iに生じている歪を求めるこことが可能であ
る。

【００３７】しかしながら、波長変化量Δλ_iが大きす
ぎると、（ｉ＋１）番目以降のファイバグレーティング
ＦＢＧ_i+1〜ＦＢＧ_nよって反射される光の波長と、ｉ番
目のファイバグレーティングＦＢＧ_iによって反射され
る光の波長とが近接するか重なり合うため、得られた反
射光スペクトルからｉ番目のファイバグレーティングＦ
ＢＧ_iによる反射光を識別できなくなってしまう。同様
のことは、波長変化量Δλ_iが負の場合に、１番目から
（ｉ−１）番目のファイバグレーティングＦＢＧ_i〜Ｆ
ＢＧ_i-1とｉ番目のファイバグレーティングＦＢＧ_iとの
間で生じ得る。

【００３８】なお、図４（ｂ）および図４（ｄ）の例で
は、ｉ番目のファイバグレーティングＦＢＧ_i以外のフ
ァイバグレーティングには応力が全く印加されていない
という特殊な状態を仮定しているため、波長変化量Δλ
_iの絶対値が大きい場合でも、上記識別を行うことは可
能であるかもしれない。しかしながら、現実には、ファ
イバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの各々でも歪・応
力が生じている可能性があるため、反射ピーク波長の大
きさだけに基づいて各反射ピーク波長とファイバグレー
ティングとの対応関係を一義的に決定することができな
いおそれがある。

【００３９】そこで本発明では、各反射ピーク波長とフ
ァイバグレーティングとの対応関係を反射スペクトル
（または透過スペクトル）から容易かつ正確に読みとれ
るように各ファイバグレーティングの反射率（反射光強
度）を調整し、予め設定された分布を与えている。

【００４０】図５（ａ）および図５（ｂ）を参照しなが
ら、このような調整の一例を説明する。

【００４１】図５（ａ）は、ファイバグレーティングＦ
ＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの反射率を全て等しくした場合（比較
例）の反射スペクトルを示し、図５（ｂ）は、本実施例
における反射スペクトルを示している。本実施例では、
図５（ｂ）から明らかなように、反射ピーク波長が大き
くなるにつれてファイバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢ
Ｇ_nの反射率も大きくなるように、ファイバグレーティ
ングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nを作製している。具体的には、反
射ピーク波長λ₁のファイバグレーティングＦＢＧ₁の反
射率よりも、反射ピーク波長λ₂のファイバグレーティ
ングＦＢＧ₂の反射率の方が大きくなるようにしてい
る。このようにするには、例えば、ファイバグレーティ
ングＦＢＧ₂をコア２に書き込む際にコア２に対して第
２の紫外線を照射する時間を、ファイバグレーティング
ＦＢＧ₁をコア２に書き込む際にコア２に対して第２の
紫外線を照射する時間よりも長くすればよい。紫外線照
射時間が長くなるほど、コア２内に生じる屈折率変化が
大きくなり、ファイバグレーティングの反射率が増大す
るためである。

【００４２】図５（ｂ）に示すような反射率関係をファ
イバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nに与えておけば、
例えば、反射ピーク波長λ₂が大幅に増大して反射ピー
ク波長λ₃を超えたとしても、反射光強度（反射率に対
応している）の関係から反射ピーク波長λ₂と反射ピー
ク波長λ₃とを相互に区別することが可能にある。

【００４３】このように本実施例によれば、光ファイバ
の各部に異なる温度分布や応力分布が生じた場合におい
て、反射光の波長軸上で反射ピーク波長の入れ替わりが
発生したとしても、各反射ピーク波長を対応するファイ
バグレーティングに正確に割り当てる（帰属させる）こ
とができる。その結果、ある限られた帯域内に多数の反
射ピーク波長が含まれるように数多くのファイバグレー
ティングを形成した場合でも、各ファイバグレーティン
グからの情報を正確に把握できるため、多数箇所におけ
る物理状態の変化を間違いなく測定することが可能とな
り、各種の物理量測定分野に広く応用する途が開かれ
る。

【００４４】なお、図５（ｂ）の例では、破線で示す反
射率（反射強度）の「包絡線」が右肩上がりに単調増加
しているが、図５（ｂ）のグラフの横軸は波長であっ
て、必ずしもファイバグレーティングの物理的配列と一
致している必要はない。

【００４５】図３の例では、ファイバグレーティングＦ
ＢＧ_jの添字ｊが大きくなるつれて測定光の入力端側か
ら遠ざかるようにファイバグレーティングＦＢＧ₁〜Ｆ
ＢＧ_nが配列されているが、ファイバグレーティングＦ
ＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの物理的な配列順序は、このような場合
に限定されるものではない。すなわち、λ₁＜λ₂＜・・・
λ_n-1＜λ_nの関係が成立し、かつ、各反射光の強度が波
長λに応じて増加するようにファイバグレーティングＦ
ＢＧ₁〜ＦＢＧ_nを書き込めば、ファイバグレーティング
ＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの物理的な配列順序が異なっていて
も、反射率と反射ピーク波長との間に図５（ｂ）に示す
関係を与えることができる。

【００４６】しかしながら、図６（ａ）に示すように、
ファイバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nが広帯域光
（測定光）の入力端側から順番に配列されている場合
は、その逆の場合に比較して測定感度が増加するという
利点がある。それは、一般に入力端側から離れた位置の
ファイバグレーティングによって反射された光の強度
は、入力端側に近い位置のファイバグレーティングによ
って反射された光の強度よりも低下する傾向にあるた
め、入力端側から離れた位置のファイバグレーティング
に大きな反射率を与えれば測定感度を増加することがで
きるからである。従って、長い距離にわたって多数のフ
ァイバグレーティングを分散配置する場合は、測定光の
入力端側から遠ざかるにつれてファイバグレーティング
の反射率が高くなる構成を採用することが好ましいと言
える。

【００４７】波長変化量Δλがそれほど大きくない場合
は、図６（ｂ）に示すように、波長を幾つかのブロック
に分け、ブロック毎に反射ピーク値の包絡線が右肩上が
りになるようにしてもよい。このような鋸型の分布を持
つ場合でも、図６（ａ）に示す場合と同様の効果が得ら
れるともに、それに加えて、反射ピーク値の包絡線の傾
きを大きくとることができるので、隣接する波長間で反
射強度差を大きく確保できるという効果も得られる。ま
た、鋸型の場合は、反射率の最低値を図６（ａ）の場合
に比較して大きく設定することも可能になる。

【００４８】以上、応力を測定対象とする例について本
発明を説明してきたが、本発明によれば、グレーティン
グの周期に影響を与える他の物理量（例えば温度など）
を測定できることは言うまでもない。また、反射光スペ
クトルを検出することによって物理量分布を測定する例
を説明してきたが、透過光スペクトルを検出しても同様
に各種の物理量分布を測定することが可能である。

【００４９】なお上記した実施形態では、紫外線透過型
紫外線硬化樹脂でクラッド層を被覆した後、この樹脂層
を剥がすことなく、樹脂層を透過するように紫外線をコ
アに照射し、それによってグレーティングを書き込んで
いる。このような製造方法によれば、グレーティング書
き込み後も光ファイバ心線が高い機械的強度を発揮する
ことができる。その結果、強い応力で大きな歪を生じさ
せて破断せず、大きな歪を測定することが可能になる。
これに対して、樹脂層を除去した状態でグレーティング
を書き込む方法を採用した場合は、光ファイバ心線の機
械的強度が著しく低下するため、１％程度の軸方向歪み
でファイバ心線が破断するおそれがある。しかしながら
本実施形態の方法で製造した光ファイバ心線によれば、
その５〜６倍の機械的強度を確保できるため、例えば５
％の歪まで安定した測定を実施するこが可能である。

【００５０】本発明の物理量センサは、しかしながら、
前述した製造方法以外の方法でファイバグレーティング
を書き込んだ従来のファイバグレーティング内蔵光ファ
イバ心線を用いても充分に優れた効果を発揮することが
できることは言うまでもない。

【００５１】次に、図７（ａ）および図７（ｂ）を参照
しながら、本発明による物理量センサを用いて一次元的
または二次元的な応力分布を検知する方法を説明する。

【００５２】この例では、上記実施形態で用いて光ファ
イバ心線と同様の光ファイバ心線を含む光ファイバ７０
が道路７２の中に埋設されている。光ファイバ７０の一
方の端部は監視装置７１に接続されている。監視装置７
１は、内部に図３の光学測定系３０と同様の構成を含ん
でいる。

【００５３】図７（ｂ）に示すように、光ファイバ７０
は二次元的な広がりを持つ監視区域内に蛇行して埋設さ
れている。光ファイバ７０は多数のファイバグレーティ
ングを内蔵しており、各ファイバグレーティングの反射
ピーク波長は少しずつ異なっている。

【００５４】図７（ａ）に示すように、自動車７３およ
び７４等が道路７２上に存在すると、その影響で光ファ
イバ７０の対応部分に応力が発生する。前述した原理に
基づいて、監視装置７１は光ファイバ７０上の軸方向応
力分布を検知することができるので、図７（ｂ）に示す
監視区域のどの部分にどの程度の応力が発生しているか
を検出することが可能になる。

【００５５】この例によれば、ファイバグレーティング
を用いているため高い精度で応力・歪が測定でき、しか
も、一本のファイバを用いて多点計測が実現する。ま
た、ファイバグレーティングは数十ｍｍ間隔で形成する
ことが可能であるため、位置についての高い分解能が得
られる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、光ファイバの多数のポ
イントにおける物理量を軸方向に分解して精度良く検知
することが可能になる。また、光ファイバを空間的に配
置すれば、二次元的または三次元的な応力分布を精度良
く検知することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いるファイバグレーティングの構成
を示す図である。

【図２】本発明に用いるファイバグレーティングの書き
込み方法を説明するための断面図である。

【図３】本発明による物理量測定方法の実施形態を説明
するための構成図である。

【図４】（ａ）は、応力が加えられていない状態におけ
るファイバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの応力分布
を模式的に示す図であり、（ｂ）は、ｉ番目のファイバ
グレーティングＦＢＧ_iにのみ応力が加えられた状態に
おけるファイバグレーティングＦＢＧ₁〜ＦＢＧ_nの応力
分布を模式的に示す図である。（ｃ）および（ｄ）は、
それぞれ、（ａ）および（ｂ）の場合に得られる反射光
スペクトルを示す図である。

【図５】（ａ）は、各ファイバグレーティングＦＢＧ₁
〜ＦＢＧ_nの反射率を等しくした比較例の反射スペクト
ルを示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施例における
反射光スペクトルを示す図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、何れも、本発明で得ら
れる反射光スペクトルとファイバグレーティングの位置
関係を示す図である。

【図７】（ａ）は、本発明による物理量センサの光ファ
イバを道路内に埋設した例を示す模式図であり、（ｂ）
は、埋設された光ファイバの平面レイアウトを示す図で
ある。

【符号の説明】

１光ファイバ心線２コア３クラッド４被覆層２１グレーティング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤克昭兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 2F065 AA00 AA46 AA65 DD03 FF11 FF26 FF32 FF42 GG06 GG07 GG23 LL02 LL42 LL67 MM16 PP22 QQ44 UU07 2F103 BA37 CA03 CA04 EB02 EB06 EB17 EC09 EC10 2H038 AA03 AA05 BA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射特性または透過特性の異なる複数種
類のファイバグレーティングが書き込まれた光ファイバ
心線を備えた物理量センサであって、前記複数種類のファイバグレーティングの各々が反射ま
たは透過する光の中心波長に応じて、各ファイバグレー
ティングの反射率または透過率が変化していることを特
徴とする物理量センサ。
【請求項２】前記複数のファイバグレーティングのう
ちの少なくとも一部のファイバグレーティングの反射率
は、前記光ファイバ心線に光が入力される側の端部から
遠くなるにつれて大きくなっていることを特徴とする請
求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】前記複数のファイバグレーティングの反
射ピーク波長は、前記ファイバグレーティングの位置が
前記光ファイバ心線に光が入力される側の端部から遠く
なるにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項
１または２に記載の物理量センサ。
【請求項４】前記光ファイバ心線は、コアと、前記コ
アを囲むクラッドと、前記クラッド層の外周面に形成さ
れた紫外線透過型紫外線硬化樹脂層とを備えており、前記ファイバグレーティングは、前記紫外線透過型紫外
線硬化樹脂層を通して前記コアに照射された紫外線によ
って前記コア内に書き込まれたものであることを特徴と
する請求項１から３の何れかに記載の物理量センサ。
【請求項５】グレーティングが書き込まれるべきコア
と前記コアを囲むクラッドとを備えたファイバ構造の外
周面を紫外線透過型紫外線硬化樹脂から形成した被覆層
で覆う工程と、第１の紫外線を前記被覆層に照射することによって前記
被覆層を硬化させる工程と、第２の紫外線を前記被覆層の外側から前記コアに対して
照射することによって、反射特性または透過特性の異な
る複数種類のファイバグレーティングを前記コアの異な
る位置に書き込む工程と、を包含し、前記ファイバグレーティングを書き込む際に、前記ファ
イバグレーティングの各々が反射または透過する光の中
心波長が軸方向に沿って異なる値を持つようにするとと
もに、前記ファイバグレーティングの反射率または透過
率を軸方向に沿って変化させることを特徴とする光ファ
イバ心線の製造方法。
【請求項６】請求項１から４の何れかひとつに記載の
物理量センサに含まれる前記光ファイバ心線に光を入射
する工程と、前記光のうち、前記複数種類のファイバグレーティング
の各々によって選択的に反射または透過された光を検知
し、前記複数種類のファイバグレーティングの各々に生
じている物理的状態を個別に検出する工程とを包含する
物理量測定方法。
【請求項７】前記物理的状態は、軸方向歪、屈曲量、
および温度の少なくともひとつを含むことを特徴とする
請求項６に記載の物理量測定方法。