(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、プラント設備機器の状態変化に伴う歪みの変化又は温度変化の少なくとも何れか一方を高感度に検出することが可能な光ファイバセンサ及び光ファイバセンサの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る光ファイバセンサは、所定の形状を有する金属基材と、金属基材の表面に配設される光ファイバと、光ファイバを被覆して当該光ファイバを金属基材に固定し、光ファイバと金属基材とを一体化させるめっき部と、を備え、光ファイバを用いて測定対象物の歪み又は温度の少なくとも何れか一方を測定する測定方法に利用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状を有する金属基材と、
前記金属基材の表面に配設される光ファイバと、
前記光ファイバを被覆することで当該光ファイバを前記金属基材に固定し、前記光ファイバと前記金属基材とを一体化させるめっき部と、
を備え、
光ファイバを用いて測定対象物の歪み又は温度の少なくとも何れか一方を測定する測定方法に利用される
ことを特徴とする、光ファイバセンサ。
【請求項２】
第２の光ファイバと、当該第２の光ファイバの直径以上であり、かつ、当該第２の光ファイバに歪みのかからない内径を有し、前記金属基材と同種の金属により形成された金属管と、からなり、前記金属管の内部に前記第２の光ファイバが挿入された温度補償用光ファイバを更に備え、
前記温度補償用光ファイバは、前記金属基材上に配設された前記光ファイバの近傍に、当該光ファイバと並列に設置され、前記めっき部により被覆されて前記金属基材と一体化している
ことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記めっき部は、前記金属基材と同種の金属により形成される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記光ファイバの軸方向に沿った前記めっき部の長さは、前記測定方法に求められる空間分解能以上の長さに設定される
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記金属基材は、前記測定対象物に関する測定内容に応じて選択された、所定の熱膨張率、及び／又は、所定のヤング率を有する金属から形成された金属基材である
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項６】
前記前記金属基材は、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、パラジウム、銀、白金、及び、金からなる群より選択された金属により形成されたものである
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項７】
前記測定方法は、前記測定対象物の歪み又は温度変化の少なくとも何れか一方に関連したブラッグ反射又はブリルアン散乱を測定する方法である
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の光ファイバセンサ。
【請求項８】
前記測定方法は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を用いた測定方法、ＢＯＣＤＡ（ブリルアン光学相関領域解析法）又はＢＯＴＤＡ（ブリルアン光学時間領域解析法）である
ことを特徴とする、請求項７に記載の光ファイバセンサ。
【請求項９】
光ファイバを用いて測定対象物の歪み又は温度の少なくとも何れか一方を測定する測定方法に利用される光ファイバセンサの製造方法であって、
所定の形状を有する金属基材の表面に光ファイバを配設する工程と、
前記金属基材上に配設された前記光ファイバを被覆し、当該光ファイバを前記金属基材に一体化させるめっき部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、光ファイバセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバセンサ及び光ファイバセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術開発に伴い、光ファイバを用いて、測定対象物の歪みや温度を測定する手法が開発されるようになってきた。このような光ファイバを用いた歪みや温度の測定方法（以下、光ファイバセンシング法ともいう。）の例として、ブリルアン光学時間領域反射測定法（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｒｙ：ＢＯＴＤＲ）がある。このＢＯＴＤＲは、光ファイバの一方の端部から入射したパルスレーザ光が光ファイバ中を伝送される際に生じるブリルアン散乱光を検出するものである。
【０００３】
ブリルアン散乱光の周波数は、光ファイバに作用する歪みや温度によって変化するため、このブリルアン散乱光を検出することによって、光ファイバの設置された環境における温度や歪みを測定することができる。また、光ファイバの一方の端部から入射させたパルスレーザ光によって励起されたブリルアン散乱光の測定機器への戻り時間を測定することで、ブリルアン散乱の生じた位置までの距離を特定することができる。
【０００４】
しかしながら、このＢＯＴＤＲは、空間分解能が約１ｍ程度と測定精度が悪く、かつ、測定時間として数十分〜数時間オーダーの時間を要するため、一般的なプラント設備機器の駆動系や構造体の状態監視を目的とする場合には、適用が困難である。そのため、プラント設備機器の駆動系や構造体の状態監視を行うためには、少なくとも数センチ程度の空間分解能が必要であり、また、一か所の測定時間が数分以下であることが望まれる。このような観点により、プラント設備機器の状態監視を行うに当たっては、入射光のブラッグ反射に着目したファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を用いる測定方法や、ブリルアン散乱に着目したＢＯＣＤＡ（ブリルアン光学相関領域解析法）又はＢＯＴＤＡ（ブリルアン光学時間領域解析法）等の測定方法が用いられることが多い。
【０００５】
ここで、上記のような測定方法により、測定対象であるプラント設備機器の状態監視を行うためには、光ファイバを用いたセンサ（以下、光ファイバセンサと称する。）を測定対象に設置する必要がある。光ファイバセンサを測定対象に設置するための方法としては、接着剤を用いて光ファイバ素線そのものを測定対象に直接貼り付ける方法や、樹脂を貼り合わせることで固定した光ファイバセンサを測定対象に貼り付ける方法（例えば、以下の特許文献１及び特許文献２を参照。）や、金属管かしめで作製した光ファイバセンサを測定対象に貼り付ける方法（例えば、以下の特許文献３及び特許文献４を参照。）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３４１９９号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８２６４号公報
【特許文献３】特開２００１−２８１０７７号公報
【特許文献４】特開２００５−２７４２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
接着剤を用いて光ファイバ素線を直接貼り付ける方法は、測定感度の点では良好であるという利点を有する一方で、接着剤にて光ファイバ素線が包埋されているものの、外部からの衝撃により光ファイバそのものが破損する可能性が大きいという問題がある。また、温度変化の変動が大きい、水分が存在する等といった悪環境下では、接着剤が経年劣化してしまい、測定対象から光ファイバ素線がはがれてしまうという可能性も生じうる。
【０００８】
また、上記特許文献１及び特許文献２に開示されているような方法では、光ファイバの固定に樹脂を用いるが、プラント設備機器の設置環境の中には、油分が存在する、測定対象の温度が樹脂のガラス転移温度以上である、腐食性成分がプラント設備機器の近傍に存在する、等といった状況も考えられるため、耐熱性や耐環境性に乏しいという問題がある。また、光ファイバの固定に接着剤を用いているため、接着剤の劣化により光ファイバセンサが測定対象機器からはがれてしまう可能性があり、正確な測定の妨げとなる可能性がある。更に、光ファイバセンサの固定に利用される樹脂は良好な熱伝導性を有していないため、光ファイバセンサにより測定対象の温度変化を測定する場合には、測定感度が低下する恐れがある。
【０００９】
また、上記特許文献３及び特許文献４に開示されているような方法では、金属管変形を直接測定するわけではなく、金属管の撓みに起因する光ファイバの張力変化を測定するため、測定感度に乏しいという問題がある。また、温度の高い場所を測定する場合には、金属管の熱膨張によってかしめが緩む可能性があり、正確な測定の妨げとなる場合がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、耐久性に優れ、プラント設備機器の状態変化に伴う歪みの変化又は温度変化の少なくとも何れか一方について、信頼性のある測定結果を得ることが可能な、光ファイバセンサ及び光ファイバセンサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、所定の形状を有する金属基材と、前記金属基材の表面に配設される光ファイバと、前記光ファイバを被覆することで当該光ファイバを前記金属基材に固定し、前記光ファイバと前記金属基材とを一体化させるめっき部と、を備え、光ファイバを用いて測定対象物の歪み又は温度の少なくとも何れか一方を測定する測定方法に利用される光ファイバセンサが提供される。
【００１２】
前記光ファイバセンサは、第２の光ファイバと、当該第２の光ファイバの直径以上であり、かつ、当該第２の光ファイバに歪みのかからない内径を有し、前記金属基材と同種の金属により形成された金属管と、からなり、前記金属管の内部に前記第２の光ファイバが挿入された温度補償用光ファイバを更に備え、前記温度補償用光ファイバは、前記金属基材上に配設された前記光ファイバの近傍に、当該光ファイバと並列に設置され、前記めっき部により被覆されて前記金属基材と一体化していてもよい。
【００１３】
前記めっき部は、前記金属基材と同種の金属により形成されることが好ましい。
【００１４】
前記光ファイバの軸方向に沿った前記めっき部の長さは、前記測定方法に求められる空間分解能以上の長さに設定されてもよい。
【００１５】
前記金属基材は、前記測定対象物に関する測定内容に応じて選択された、所定の熱膨張率、及び／又は、所定のヤング率を有する金属から形成された金属基材であることが好ましい。
【００１６】
前記前記金属基材は、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、パラジウム、銀、白金、及び、金からなる群より選択された金属により形成されたものであってもよい。
【００１７】
前記測定方法は、前記測定対象物の歪み又は温度変化の少なくとも何れか一方に関連したブラッグ反射又はブリルアン散乱を測定する方法であることが好ましく、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を用いた測定方法、ＢＯＣＤＡ（ブリルアン光学相関領域解析法）又はＢＯＴＤＡ（ブリルアン光学時間領域解析法）であってもよい。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光ファイバを用いて測定対象物の歪み又は温度の少なくとも何れか一方を測定する測定方法に利用される光ファイバセンサの製造方法であって、所定の形状を有する金属基材の表面に光ファイバを配設する工程と、前記金属基材上に配設された前記光ファイバを被覆し、当該光ファイバを前記金属基材に一体化させるめっき部を形成する工程と、を含む光ファイバセンサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、プラント設備機器の状態変化に伴う歪みの変化又は温度変化の少なくとも何れか一方を検出する光ファイバを、めっき部により金属基材と一体化させることで、耐久性の向上が可能となるとともに、プラント設備機器の状態変化に伴う歪みの変化又は温度変化の少なくとも何れか一方について、信頼性のある測定結果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバセンサの一例を模式的に示した斜視図である。
【図２】同実施形態に係る光ファイバセンサの一例を模式的に示した上面図である。
【図３】同実施形態に係る光ファイバセンサの他の一例を模式的に示した斜視図である。
【図４】同実施形態に係る光ファイバセンサの変形例を示した説明図である。
【図５】同実施形態に係る光ファイバセンサ同士を接続するための接続方法を模式的に示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る光ファイバセンサを用いた測定方法について示した説明図である。
【図７】同実施形態に係る光ファイバセンサを用いた実施例について説明するための説明図である。
【図８】実施例で用いた光ファイバセンサの製造方法の流れを示した説明図である。
【図９】実施例１における光ファイバセンサの設置方法を示した説明図である。
【図１０】実施例１の結果を示したグラフ図である。
【図１１】実施例２における光ファイバセンサの設置方法を示した説明図である。
【図１２】実施例２の結果を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
（第１の実施形態）
＜光ファイバセンサの構成について＞
まず、図１〜図４を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバセンサの構成について、詳細に説明する。図１及び図３は、本実施形態に係る光ファイバセンサの一例を模式的に示した斜視図であり、図２は、本実施形態に係る光ファイバセンサの一例を模式的に示した上面図である。また、図４は、本実施形態に係る光ファイバセンサの変形例を示した説明図である。
【００２３】
［光ファイバセンサ１０の概要］
本実施形態に係る光ファイバセンサ１０は、油分が存在する、測定対象物が２５０℃以上の高温状態にある、腐食性成分が測定対象物の近傍に存在する、測定対象物が高温酸化の起こりうる環境下にある、等といった環境下に設置されている可能性のあるプラント設備機器に対しても使用することが可能なものである。本実施形態に係る光ファイバセンサ１０は、上記のような環境下にあるプラント設備機器を含む各種のプラント設備機器に設置され、耐久性を保持しながら、かつ、プラント設備機器に生じる温度変化や歪みに関する信頼性のある検出を行うことができる。
【００２４】
なお、以下で説明する本実施形態に係る光ファイバセンサ１０は、測定対象物の歪み又は温度変化の少なくとも何れか一方に関連したブラッグ反射又はブリルアン散乱を測定する測定方法のプローブとして使用することができる。このような測定方法の具体例として、例えば、ファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）を用いた測定方法、ＢＯＣＤＡ（ブリルアン光学相関領域解析法：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）又はＢＯＴＤＡ（ブリルアン光学時間領域解析法：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）等を挙げることができる。
【００２５】
ＦＢＧを用いた測定方法は、光ファイバに形成した周期的に屈折率が変化する領域（グレーティング領域）の間隔変化が、光ファイバに作用する歪みや温度に比例する、という原理に基づき、グレーティング領域から戻ってくるブラッグ反射を測定する方法である。また、ＢＯＣＤＡやＢＯＴＤＡは、光ファイバに入射したレーザ光により発生するブリルアン散光の周波数シフト量が、光ファイバに作用する歪みや温度に比例する、という原理に基づく測定方法であり、比較的短時間の測定時間で数ｃｍ程度の空間分解能を有する測定結果を得ることができる。
【００２６】
［１本の光ファイバを利用した光ファイバセンサ］
このような特徴を有する本実施形態に係る光ファイバセンサ１０は、図１に示したように、金属製の基材（以下、金属基材ともいう。）１０１と、光ファイバ１０３と、めっき部１０５と、を主に備える。
【００２７】
金属基材１０１は、測定対象物（例えば、プラント設備機器）に対して、溶接、ロー付け、ボルトによる取り付け等の各種の方法により設置される部位である。図１に示したように、本実施形態に係る金属基材１０１としては、矩形状の金属板が用いられる。なお、金属基材１０１の形状や大きさは、測定対象物に応じて適宜決定すればよく、特定の形状や大きさに限定されるわけではない。また、金属基材１０１の厚みについても、測定対象物や、測定対象とする内容に応じて、適宜決定すればよく、特定の値に限定されるわけではない。
【００２８】
本実施形態に係る金属基材１０１としては、当該金属基材１０１と同種のめっき皮膜が形成可能な金属を用いることが好ましい。後述するように、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０１は、光ファイバ１０３をめっき部１０５により鋳包み、金属基材１０１、光ファイバ１０３及びめっき部１０５が一体化しているものであるが、金属基材１０１に利用する金属と、めっき部１０５に利用するめっき金属と、が異なる場合には、以下のような理由に起因する測定誤差が大きくなる可能性がある。
【００２９】
すなわち、温度変化のある環境に設置されたプラント設備機器に対して、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０を使用する際に、金属基材１０１に用いる金属とめっき部１０５に用いる金属とが異なる場合には、金属の熱膨張係数の違いに起因する熱膨張差により発生する歪みが、測定すべき本来の歪みに重畳して光ファイバ１０３に作用するため、温度や歪みの測定誤差が大きくなってしまう。また、測定対象物の歪みを測定する際にも、金属基材１０１に用いる金属とめっき部１０５に用いる金属とが異なる場合には、金属のヤング率の違いに起因する延び差が発生し、光ファイバ１０３に作用する歪みを正確に測定できなくなってしまう。
【００３０】
また、測定対象物の温度によっては、金属基材１０１自体が温度上昇に伴い軟化したり溶融したりする可能性があり、金属基材１０１が軟化することにより光ファイバ１０３に作用する歪みが変化して測定誤差となったり、光ファイバセンサ１０自体が測定対象物からはがれてしまったりする可能性がある。そのため、金属基材１０１に用いる金属の融点は、測定対象物が有している可能性のある温度よりも高いことが好ましい。
【００３１】
以上のような観点から、本実施形態に係る金属基材１０１に使用する金属の種類としては、例えば、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、パラジウム、銀、白金又は金の何れかから、測定内容（温度変化測定か、歪み測定か）に応じて適宜選択することが好ましい。なお、上記金属の熱膨張率、ヤング率及び融点は、それぞれ以下の表１に示したような値となっている。
【００３２】
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【００３３】
例えば、温度変化がほとんど存在しないような環境下において、測定対象物の歪みを測定したい場合には、ヤング率の大きな金属を使用することで、より大きな歪みまで測定することが可能となる。そのため、上記金属のうち、例えば、クロム、鉄、ニッケル、コバルト、白金等を用いることができる。
【００３４】
また、歪み変化がほとんど存在しないような環境下において、測定対象物の温度変化を測定したい場合には、熱膨張率係数の大きな金属を使用することで、わずかな温度変化に対しても感度良く測定を行うことが可能となる。そのため、上記金属のうち、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、パラジウム、銀、金等を用いることができる。これらの金属のうち、亜鉛、スズ、銀等は、熱膨張係数が大きく、室温近傍であっても感度良く温度変化を検出できるが、融点が比較的低いため、概ね１００℃以下の温度に対して利用することが好ましい。また、上記金属のうち、コバルトやニッケルは、耐酸化性に優れるため、より高温での測定にも利用することが可能である。
【００３５】
なお、測定対象物を形成する材質の熱膨張率係数と同様の値を有する金属を用いて金属基材１０１とすることで、測定対象物と金属基材１０１との間の熱膨張差の影響を更に低減することが可能となるため、測定対象物の熱膨張係数に応じて金属基材１０１に用いる金属を選択することが、更に好ましい。
【００３６】
本実施形態に係る光ファイバセンサ１０に用いられる光ファイバ１０３は、上記のような各種の測定方法において用いられるレーザ光を伝送可能なものであれば、公知のものを利用することが可能である。また、光ファイバ１０３としては、コアの周囲にクラッドが形成され、クラッドの周囲に樹脂がコーティングされた、各種の光ファイバ素線を利用可能であるが、高温環境下にある測定対象物を測定する場合には、クラッドの周囲に、ポリイミドやポリアミド等の耐熱性樹脂や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂等がコーティングされた光ファイバ素線を用いることが好ましい。
【００３７】
また、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０を、ＦＢＧを用いた測定方法に適用する場合には、後述するめっき部１０５により被覆される光ファイバ１０３の部位に、グレーティング領域が形成される。
【００３８】
本実施形態に係る光ファイバセンサ１０では、上記のような光ファイバ（より詳細には、光ファイバ素線）１０３が金属基材１０１の表面上に配置される。ここで、光ファイバ１０３は、金属基材１０１の溝等が形成されていない表面上（平らなままの表面上）に対してそのまま配置されればよい。本実施形態では、金属基材１０１上に載置された光ファイバ１０３は、電気めっき等の各種めっき法により形成されるめっき部１０５により被覆されることとなる。ここで、光ファイバ１０３が金属基材１０１の表面上にそのまま配置されることで、金属基材１０１と光ファイバ１０３との間に存在する空隙においてもめっき金属が成長し、光ファイバ１０３をしっかりと固定することができる。一方、金属基材１０１の表面に光ファイバ１０３を保持するための溝等を形成した場合には、溝の中に載置された光ファイバ１０３と溝との間に存在する空隙にめっき金属をきちんと成長させることは困難であり、光ファイバ１０３をしっかりと固定できない可能性があるため、好ましくない。
【００３９】
めっき部１０５は、金属基材１０１上に配置された光ファイバ１０３を被覆することで、当該光ファイバ１０３を金属基材１０１に固定し、金属基材１０１と光ファイバ１０３とを一体化させる。このめっき部１０５は、先だって説明したように、例えば金属基材１０１が鉄である場合には鉄めっきを用い、例えば金属基材１０１が亜鉛である場合には亜鉛めっきを用いるなど、金属基材１０１と同種のめっき金属を用いて形成されることが好ましい。
【００４０】
図２は、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０を上方から見た場合の上面図の一例を示している。光ファイバ１０３の軸方向（図におけるＸ軸方向）に沿っためっき部１０５の長さ（図２における長さＬ１）は、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０を利用する測定方法の種別に応じて、決定することができる。すなわち、ＢＯＣＤＡ法やＢＯＴＤＡ法などのブリルアン散乱に着目する測定手法は、光ファイバ１０３に沿った任意の点において測定が可能であるため、図２に示した長さＬ１の大きさは、光ファイバ１０３を金属基材１０１にしっかりと固定できる範囲で適宜決定すればよい。一方、ＦＢＧを用いる測定方法に光ファイバセンサ１０を利用する場合には、光ファイバ１０３に形成したグレーティング領域の範囲全てが、めっき部１０５に被覆されていることが好ましい。従って、以上のような理由から、光ファイバ１０３の軸方向に沿っためっき部１０５の長さＬ１は、光ファイバセンサ１０を適用する測定方法に求められる空間分解能以上の長さとすることが好ましい。
【００４１】
一方、光ファイバ１０３の軸方向に直交する方向（図２におけるＹ軸方向）のめっき部１０５の長さ（図２における長さＬ２）は、特に限定されるものではなく、光ファイバ１０３を金属基材１０１にしっかりと固定できる範囲で、測定対象物や測定内容に応じて適宜決定すればよい。
【００４２】
また、めっき部１０５の厚みは、光ファイバセンサ１０に用いる光ファイバ１０３の径に応じて、決定することができる。すなわち、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０では、めっき部１０５は光ファイバ１０３を鋳包むように形成されるものであるが、めっき部１０５の厚みは、少なくとも光ファイバ１０３をめっき皮膜によって完全に埋没させることが可能な厚みに設定する。この際、例えば図１に示したように、金属基材１０１上の光ファイバ１０３が配置された位置では、光ファイバ１０３の形状がそのまま凸部となって突出することとなるが、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０では、図１に示したような凸部が存在しているままで使用することが可能である。また、図１に示したような凸部が存在しなくなるまでめっき部１０５を成長させてもよい。
【００４３】
［２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサ］
図１及び図２に示した光ファイバセンサ１０では、１本の光ファイバを利用して、温度変化がほとんど存在しない環境下で歪みを測定したり、歪み変化がほとんど存在しない環境下で温度変化を測定したりする際に利用するものであった。ここで、測定対象物に温度変化及び歪み変化の双方が存在している場合には、以下で説明するような２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサを用いることにより、温度変化による検出誤差を補償することが可能となる。
【００４４】
図３は、本実施形態に係る光ファイバセンサの他の一例を模式的に示した斜視図である。本例における光ファイバセンサ１０は、図３に示したように、金属基材１０１と、光ファイバ１０３と、温度補償用光ファイバ１２１と、めっき部１２７と、を主に備える。本例における光ファイバセンサ１０では、光ファイバ１０３によって測定対象物の歪みを検出するとともに、温度補償用光ファイバ１２１によって測定対象物の温度変化を検出する。
【００４５】
ここで、金属基材１０１、光ファイバ１０３については、先だって図１及び図２を参照しながら説明した光ファイバセンサ１０における金属基材１０１及び光ファイバ１０３と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【００４６】
温度補償用光ファイバ１２１は、先述のように、温度変化及び歪み変化の双方が存在する測定対象物において、温度変化による検出誤差を補償するために用いられる光ファイバである。この温度補償用光ファイバ１２１は、図３に模式的に示したように、第２の光ファイバの一例である光ファイバ１２３と、中空の金属管１２５と、から形成される。
【００４７】
温度補償用光ファイバ１２１に用いられる光ファイバ１２３には、測定対象物の歪み検出に用いられる光ファイバ１０３と同様の光ファイバ素線が使用される。また、金属管１２５は、金属基材１０１及び後述するめっき部１２７と同種の金属を用いて形成された中空管であり、その内径は、光ファイバ１２３の直径以上であり、かつ、光ファイバ１２３に歪みのかからないような大きさとなっている。これは、光ファイバ１２３に歪みがかかると光ファイバ１２３に伸び等の変形が生じてしまい、正確な測定ができなくなる可能性があるからである。金属管１２５の内径は、光ファイバ１２３に歪みのかからないような範囲で適宜決定することが可能であるが、例えば光ファイバ１２３の直径の２倍以上とすることができる。光ファイバ１２３は、金属管１２５の内部に挿入されて、金属管１２５に接触しないように担持される。
【００４８】
この温度補償用光ファイバ１２３は、図３に示したように、金属基材１０１上に、光ファイバ１０３の近傍に当該光ファイバ１０３と並列に配置され、めっき金属により温度補償用光ファイバ１２３が完全に埋没するように、後述するめっき部１２７により被覆される。
【００４９】
めっき部１２７は、金属基材１０１上に並列に配置された光ファイバ１０３及び温度補償用光ファイバ１２１の双方を併せて被覆する。これにより、金属基材１０１、光ファイバ１０３及び温度補償用光ファイバ１２１（より詳細には、温度補償用光ファイバ１２１の金属管１２５）は、めっき部１２７により一体化されることとなる。めっき部１２７に用いる金属や、めっき部１２７の大きさ等に関する詳細については、図１及び図２に示しためっき部１０５と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【００５０】
このようにして形成された光ファイバセンサ１０の温度補償用光ファイバ１２１では、光ファイバ１２３が、金属基材１０１、光ファイバ１０３、金属管１２５及びめっき部１２７とは切り離されて保持されているため、光ファイバ１２３は、金属基材１０１、光ファイバ１０３、金属管１２５及びめっき部１２７の伸び縮みに追従せず、金属基材１０１、光ファイバ１０３、金属管１２５及びめっき部１２７の伸び縮みに伴う歪みの影響を受けない。一方で、光ファイバ１２３を含む温度補償用光ファイバ１２１は、全体としては金属基材１０１、光ファイバ１０３及びめっき部１２７と一体化しているため、測定対象物の温度は検出することができる。
【００５１】
ここで、金属基材１０１の熱膨張率係数は既知であるため、金属管１２５に挿入した光ファイバ１２３の検出結果から算出した温度を利用して、光ファイバセンサ１０の熱膨張による歪みを算出することができる。そこで、歪み検出用に用いられる光ファイバ１０３で検出した結果から、温度上昇に伴う歪み、及び、熱膨張による歪みの双方を差し引くことで、測定対象物からの歪みを求めることが可能となる。
【００５２】
以上、図３を参照しながら、２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサについて説明した。
【００５３】
［変形例］
なお、図１〜図３では、光ファイバセンサ１０の金属基材１０１が板状の金属である場合について説明したが、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０の金属基材１０１の形状は、板状に限定されるわけではなく、測定対象物に応じて、棒状の金属基材１０１を選択してもよく、図４に示したように、管状の金属基材１０１を選択してもよい。図４は、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０の変形例を模式的に示した説明図である。
【００５４】
図４（ａ）は、図１及び図２に示したような、１本の光ファイバを利用した光ファイバセンサ１０の変形例を示している。図４（ａ）では、金属基材１０１として金属管を利用し、金属管の外周部分に当該金属管と並行するように光ファイバ１０３を設置したうえで、管状の金属基材１０１及び光ファイバ１０３の周方向全体を、めっき部１０５で被覆している。
【００５５】
また、図４（ｂ）は、図３に示したような、２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサ１０の変形例を示している。図４（ｂ）では、金属基材１０１として金属管を利用し、金属基材１０１として用いられる金属管を、温度補償用光ファイバ１２１の金属管としても利用する。金属管の外周部分に当該金属管と並行するように光ファイバ１０３を設置したうえで、管状の金属基材１０１及び光ファイバ１０３の周方向全体を、めっき部１２７で被覆する。その後、金属基材１０１として利用している金属管の内部に、温度補償用に用いられる光ファイバ１２３を挿入することで、２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサ１０としている。
【００５６】
このように、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０は、金属基材上に配置された光ファイバを、金属基材と同種のめっき皮膜が形成可能な金属でめっきし、金属基材及び光ファイバがめっき部によって一体化されていればよく、金属基材の形状や大きさは、測定対象物にあわせて自由に変更することが可能である。
【００５７】
以上、図１〜図４を参照しながら、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０の構造について、詳細に説明した。
【００５８】
＜光ファイバセンサの製造方法について＞
続いて、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０の製造方法について、詳細に説明する。本実施形態に係る光ファイバセンサ１０は、所定の形状を有する金属基材の表面に光ファイバを配設する工程と、金属基材上に配設された光ファイバを被覆し、当該光ファイバを金属基材に一体化させるめっき部を形成する工程と、を経ることで製造される。以下、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０の製造方法について、より詳細に説明する。
【００５９】
［１本の光ファイバを利用した光ファイバセンサの製造方法］
まず、所定の形状を有する金属基材１０１（例えば、板状の金属基材１０１）の表面に、光ファイバ素線を載置する。その後、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０を、ＦＢＧによる測定方法に利用する場合には、金属基材１０１上に載置された光ファイバ素線の少なくとも一部に対して、グレーティング領域を形成する。また、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０を、ブリルアン散乱に着目した測定方法に利用する場合には、グレーティング領域は形成しなくてよい。
【００６０】
続いては、電気めっき法などの各種めっき法により、金属基材１０１上に配設された光ファイバ１０３を、金属基材１０１と一体化させる。この際、金属基材１０１上に光ファイバ１０３を設置したものを、金属基材に応じためっき液中に浸漬することとなる。良好なめっき皮膜を形成するためには、めっき液の攪拌を行うことが好ましいが、めっき液の流れによって、光ファイバ素線の位置がずれないようにするため、導電ペースト等を利用して、光ファイバ１０３を金属基材１０１上に固定しておくと良い。
【００６１】
ここで、金属基材１０１上に配設された光ファイバ１０３の全線を固定してしまうと、導電ペースト等によって光ファイバ１０３と金属基材１０１との接触が不十分となり、温度や歪みの検出に支障をきたしてしまう。そのため、めっき皮膜形成中に光ファイバの位置ずれがおこらない程度の最小限の固定を行うことが好ましく、例えば、光ファイバ１０３を設置した金属基材１０１の両端部の２点のみを固定するなどといった処理を行うことが好ましい。めっき皮膜の形成においては、ある程度めっき皮膜が成長して、めっき皮膜の成長が光ファイバ素線を巻きこむようになると、光ファイバ１０３の位置ずれは生じなくなる。そのため、光ファイバ１０３の固定は、最小限とすれば良い。
【００６２】
なお、先だって説明したように、ＦＢＧによる測定方法に光ファイバセンサ１０を適用する場合には、光ファイバ１０３に形成したＦＢＧ形成範囲の全てが、端部の導電ペースト固定部分を除いためっき鋳包み部（すなわち、めっき部）に含まれるようにする。
【００６３】
このようなめっき処理に際して、金属基材１０１上に載置していない部分の光ファイバ１０３や、金属基材１０１の側面や裏面については、めっき皮膜形成時にめっき液に触れないように養生しておくことが好ましく、例えば、光ファイバ１０３に対して樹脂チューブ等を被せたり、絶縁性のテープ等を貼り付けたりすればよい。このような樹脂チューブとしては、めっき液の温度が５０℃以下であれば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン等の任意の樹脂チューブを利用すればよく、めっき液の温度が８０℃超過である場合には、ポリイミド、ポリアミド等の耐熱樹脂や、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素系樹脂等の樹脂チューブを利用すればよい。
【００６４】
光ファイバ１０３保護のために被せた樹脂チューブは、金属基材１０１と、密封性及び防水性のある接着剤で固定することが好ましい。めっき処理の際には、樹脂チューブもめっき液に浸漬することとなるため、樹脂チューブ内にめっき液が浸入すると、長時間経過後、残存めっき液による腐食などの懸念がある。そのため、樹脂チューブ内にめっき液が浸入しないように封止することが求められる。樹脂チューブの固定に用いる接着剤としては、例えば、シリコン系、ウレタン系、アクリル系などのシーリング剤を用いると良い。
【００６５】
各種めっき法による光ファイバ１０３の鋳包みは、光ファイバ１０３がめっき皮膜にて完全に包まれるまで行う。このような製造工程を経ることで、図１及び図２に示したような光ファイバセンサ１０を製造することができる。
【００６６】
［２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサの製造方法］
図３に示したような２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサについても、１本の光ファイバを利用した光ファイバセンサと同様にして製造することが可能である。
【００６７】
すなわち、光ファイバ素線を所定の金属基材１０１上に固定すると同時に、光ファイバ素線に対して並行に金属管１２５を近接させて配置し、金属管１２５を金属基材１０１に固定する。金属基材１０１と金属管１２５との間の固定は、導線ペースト、ロー付け、溶接など、電気伝導性を妨げない固定方法であれば、公知の方法を利用することが可能である。その後、金属基材１０１の側面及び裏面や、光ファイバ１０３や、金属管１２５の両端部等を封止し、電気めっき等の各種めっき法を利用して、光ファイバ１０３及び金属管１２５がめっき皮膜により完全に包まれるまで、めっき皮膜を成長させる。その後、金属管１２５の内部に光ファイバ１２３を挿入することで、図３に示したような２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサ１０を製造することができる。
【００６８】
以上、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０の製造方法について、詳細に説明した。
【００６９】
＜光ファイバセンサ間の接続方法について＞
先に説明した光ファイバセンサ１０を複数利用し、これら光ファイバセンサ１０を互いに接続することで、測定対象物について、複数の箇所で広範囲に測定を行うことが可能となる。光ファイバセンサ１０同士の接続は、光ファイバセンサ１０に用いられている光ファイバ同士を融着することで行うことができる。光ファイバ間を接続するためには、市販の光ファイバ融着装置を用いればよい。
【００７０】
光ファイバ間を接続するにあたっては、例えば図５に示したように、融着前に、光ファイバ１０３に対して樹脂等による保護管を被せておき、光ファイバ１０３を養生することが好ましい。一般に、光ファイバはガラスを用いて形成されているため、疵付いたり、大きな曲げや衝撃により容易に破損したりしてしまう。そのため、金属基材１０１上に位置していない光ファイバ１０３の露出部分には、金属管等の保護性のあるものを設けておくことが好ましい。従って、図５に示したように、金属基材１０１上に位置していない光ファイバ１０３には、樹脂管等による保護管が被せられたうえで、保護管の更に外側に、金属管等の保護性のあるものが被せられることとなる。また、光ファイバ１０３同士を融着した融着部分については、図５に示したようにスリーブを設けることで保護することが好ましい。このようにして、金属基材１０１上に位置していない光ファイバ１０３の露出部分を保護することにより、光ファイバセンサ１０の耐環境性（水や油、熱等に対する耐久性）を更に向上させることが可能となる。
【００７１】
ここで、測定対象物に対して、光ファイバセンサ１０を直線に配置することが可能であれば、最外周に位置する保護管として、真直ぐな金属チューブを用いればよい。また、敷設の際の取り回し等を考慮すると、図５に示したように、保護管として、金属性のフレキシブル管を用いることが好ましい。
【００７２】
光ファイバ１０３の外側に設けられる樹脂管としては、例えば、光ファイバが引っ掛かりなく挿入できる程度の内径をもつ樹脂管を用いればよい。このような樹脂管の種類としては、使用環境の温度が５０℃以下であれば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン等の任意の樹脂管を利用すればよく、使用環境の温度が８０℃を超える場合には、ポリイミド、ポリアミド等の耐熱樹脂や、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素系樹脂等を使用すればよい。
【００７３】
金属基材１０１と樹脂管との固定については、エポキシ樹脂系接着材、反応性ホットメルト接着剤、ポリイミド系接着剤等の接着剤を利用することができる。また、金属基材１０１と金属製のフレキシブル管との固定については、機械的にも強固に接着することが好ましいため、強固な接着剤を用いたり、スポット溶接を行ったりするなどして、金属基材に固定することが好ましい。なお、接着剤としては、上記のエポキシ樹脂系接着材、反応性ホットメルト接着剤、ポリイミド系接着剤等を利用することが可能である。
【００７４】
なお、上記説明では、１本の光ファイバを利用した光ファイバセンサを例に挙げたが、２本の光ファイバを利用した光ファイバセンサについても、同様にしてセンサ同士の接続処理を行うことが可能である。
【００７５】
＜光ファイバセンサを利用した温度変化や歪みの測定方法について＞
続いて、図６を参照しながら、光ファイバセンサを利用した温度変化や歪みの測定方法について、簡単に説明する。図６は、本実施形態に係る光ファイバセンサを用いた測定方法について示した説明図である。
【００７６】
以上説明したようにして複数の光ファイバセンサ１０を互いに接続することで、１本（図３に示した例では、２本）の光ファイバ上に、金属基材、光ファイバ及びめっき部からなるセンサ部位が複数設けられた状態となる。このようにして製造された複数の光ファイバセンサ１０を、図６に例示したように、測定対象物の測定部位に設置しつつ、光ファイバ１０３の一方の端部を、ＦＢＧ測定機器、ＢＯＣＤＡ測定機器、ＢＯＴＤＡ測定機器等の各種の測定機器に接続すればよい。このような測定システムを構築することで、測定対象物における温度変化や歪みを、多点測定することが可能となる。
【００７７】
本実施形態に係る光ファイバセンサ１０は、光ファイバセンシングに用いられる光ファイバが、金属基材及びめっき部と一体化していることにより、耐久性及び耐環境性に優れるとともに、信頼性のある測定結果を得ることが可能となる。これにより、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０を、例えばプラント設備機器の設置環境が場所に応じて大きく変化するような圧延ライン等に設置して、加熱炉の温度上昇を検知したり、搬送ロールのモータの温度上昇を検知したり、圧延機の歪みを検知したりすることが可能となる。
【００７８】
このように、本実施形態に係る光ファイバセンサ１０は、光ファイバセンシングに用いられる光ファイバが、金属基材及びめっき部と一体化していることにより、温度や歪みの微小変化を感度良く検出することが可能となるため、プラント設備機器における構造体や駆動系の保守管理や設備診断及び寿命予測等に利用することができる。
【実施例】
【００７９】
続いて、図７〜図１２を参照しながら、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサ１０について、実施例を挙げながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサの一例を具体的に説明するために示したものであって、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサが、下記に示した例に限定されるわけではない。
【００８０】
以下に示す実施例では、図７に示したような熱間圧延ラインにおける粗圧延機ハウジングや、ランアウトテーブルのモータを測定対象物とし、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサ１０を利用して、ＦＢＧを用いた測定に基づく温度変化や歪みの検出を行った。
【００８１】
なお、以下の説明では、測定対象物に対してＦＢＧを用いた測定方法を適用した場合を例に挙げているが、ＢＯＣＤＡやＢＯＴＤＡの測定法を用いた場合であっても、同様に実施することが可能である。
【００８２】
（実施例１）
以下で説明する実施例１では、熱間圧延ラインのランアウトテーブルのモータの状態監視に、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサを適用した。
すなわち、ランアウトテーブルの第一ゾーンにおける搬送ロールのうち、仕上げ圧延機に近い側から１０本の搬送ロールの電動モータに対し、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサを設置し、モータ本体の温度変化を測定した。
【００８３】
測定に利用した光ファイバセンサは、以下のようにして製造した。
光ファイバとして、市販の、コア径１０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＵＶコート被覆のシングルモードファイバーを用いた。長さ１ｍのファイバの長さ方向の中央に、１５ｍｍ長さのＦＢＧを形成した。測定対象物は１０台の電動モータであることから、１０本の光ファイバに対し、それぞれ反射波長が異なるＦＢＧを形成した。本実施例における測定には、ＣバンドのＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：自然放出光）光源を用いることから、反射波長として、１５３０ｎｍ〜１５５７ｎｍまで、３ｎｍずつ波長をずらしたＦＢＧを、それぞれの光ファイバに形成した。
【００８４】
図８に、本実施例における光ファイバセンサの製造工程を模式的に示した。反射波長が異なるＦＢＧを形成した光ファイバそれぞれを、銅めっきにてそれぞれ別の銅基板と一体化し、光ファイバセンサとした。光ファイバセンサの基板としては、長さ３０ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ１ｍｍの銅平板を用いた。銅を用いた理由は、熱伝導率が大きく、熱膨張率も大きいため、熱変化を敏感に検出できるからである。
【００８５】
銅基板の長さ方向の中心とＦＢＧの長さ方向中心部が合致し、かつ、銅基板の幅方向の中心に基板長さ方向に平行に光ファイバを接触させて載置し、その両側を銀ペーストにて固定した（図８（ａ））。続いて、銅基板の裏側及び４つの側面に対し、絶縁性のテープを貼り、めっき皮膜が成長しないように養生した。樹脂コートの光ファイバについては、導電性がなく、めっき皮膜は成長しないため、養生は行わず、そのまま利用した。
【００８６】
光ファイバを固定した金属基板をめっき液中に浸漬し、電気めっき法により、光ファイバが完全にめっきに埋め込まれる厚みまで、銅めっきを成長させた（図８（ｂ））。成長しためっき部の厚みは、約０．５ｍｍであった。
【００８７】
各反射波長を有するＦＢＧと一体化させた光ファイバセンサにおいて、金属基材の両側に突出している光ファイバそれぞれに、内径０．５ｍｍ、外径１．２ｍｍ、長さ４６０ｍｍのテフロン管を被せ、更にその上に、内径１．８ｍｍ、長さ４６０ｍｍのステンレスフレキシブル管を被せた（図８（ｃ））。また、片側（図８（ｃ）における左側）の光ファイバに対し、長さ５０ｍｍのステンレススリーブを挿入した。
【００８８】
テフロン管及びステンレスフレキシブル管は、金属基板側の端面を接着剤にて固定した後、金属基板とは反対側の光ファイバの端面を、他の光ファイバセンサの光ファイバと融着し、１０個のＦＢＧを直列に接続した（図８（ｄ））。
【００８９】
その後、光ファイバの融着部分を完全に覆うように予め挿入しておいたステンレススリーブを移動させ、スリーブを固定した（図８（ｅ））。このような手順により、１０個のＦＢＧが直列に接続された光ファイバセンサを製造した。
【００９０】
こうして作製した光ファイバセンサを搬送ロールモータのケーシングに１個ずつ取り付けた。取り付けの際、光ファイバセンサに熱が伝わりやすいように、モータケーシングへの貼り付け位置に銀ペーストを塗布し、銀ペースト上に隙間なく接触するように光ファイバセンサを設置した。銀ペーストが乾燥した後、センサの四隅をスポット溶接にて固定した。
【００９１】
図９に、仕上げ圧延機の最終段及びランアウトテーブルの第一ゾーンの一部の搬送ロールを含む領域の概略斜視図を示し、あわせて光ファイバセンサの取り付け位置の概略を示した。搬送ロールのそれぞれのモータケーシングに取り付けた光ファイバセンサは、１０番ロール側に出ている光ファイバをＦＢＧ測定器に接続し、１０個のＦＢＧの反射波長シフトの変化を測定した。
【００９２】
ここで、ＦＢＧ反射波長シフトとは、光ファイバセンサを敷設した際に測定したＦＢＧ反射波長を基準波長とし、操業中に測定したＦＢＧ反射波長から基準波長を差し引いたものである。
【００９３】
本実施例では、上記のような光ファイバセンシングシステムを用いて、毎日の午前中の操業中に２０分間の測定を行った。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に、異常が検出された日の前後３日分の５番ロールモータ及び７番ロールモータの測定値を示した。ランアウトテーブルの搬送ロールは、非通板中もアイドル回転していることから、その振動が光ファイバセンサにて検出される。帯鋼板の通板中は、搬送速度に応じた回転に設定されるため、ロールの回転数が上昇することによる振動増加が生じるとともに、帯鋼板とロールとの接触による衝撃及び帯鋼板の通板中の振動が加算され、ＦＢＧ反射波長シフトは大きくなる。
【００９４】
５番ロールモータでは、図１０（ａ）に示す７日間のデータにおいて、ＦＢＧ反射波長シフトに揺らぎを含めた変化は見られるものの、その平均値は約０．２ｎｍ程度を推移しており、平均値に大きな変化は見られない。一方で、図１０（ｂ）に示す７番ロールモータの測定値では、１日目〜３日目はＦＢＧ反射波長シフトの平均値が約０．２ｎｍであったのに対し、４日目以降は平均値が約０．４ｎｍと大きく増加していることが判明した。異常を検出して４日目がラインの定期修繕であったため、７番ロールモータを点検したところ、回転子の絶縁が劣化していることが判明した。このように、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサを用いることで、モータ内の絶縁劣化による発熱を検出することができた。
【００９５】
（実施例２）
以下で説明する実施例２では、熱間圧延ラインの粗圧延機ハウジングのドライブサイドに対して、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサを貼り付け、歪変化を測定した。
【００９６】
測定に利用した光ファイバセンサは、実施例１と同様の製造方法により製造した。なお、以下に示す実施例２は、歪測定を目的とするものであったため、測定対象物及び測定環境の熱的変化による熱膨張・収縮の影響を最小限とするために、圧延機ハウジングと同種の材料である、鉄基板に鉄めっきを施工することにより、光ファイバセンサを製造した。また、測定箇所を１２箇所としたことから、反射波長として、１５３０ｎｍ〜１５６３ｎｍまで、３ｎｍずつ波長をずらしたＦＢＧを、それぞれ１２本の光ファイバに形成した。
【００９７】
図１１に、粗圧延機の概略側面図を示し、あわせて光ファイバセンサの取り付け位置の概略を示した。図１１に示したように、本実施例では、光ファイバセンサを、圧延機の駆動機構の周囲に位置するハウジングに設置している。本実施例では、光ファイバセンサの四隅を圧延機のハウジングにスポット溶接し、歪変化を測定した。
【００９８】
本実施例では、上記のような光ファイバセンシングシステムを用いて、毎日の午前中の操業中に２０分間の測定を行った。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に、異常が検出された日の前後３日間分の、４番センサと１０番センサの測定値を示した。粗圧延機では、リバース圧延を行っているために、帯鋼板が圧延機を３回通過する。また、帯鋼板の非圧延時にも、圧延ロールはアイドル回転していることから、アイドル回転の振動が検出されており、圧延時には、ハウジングに大きな歪が作用している様子が検出されている。
【００９９】
図１２（ａ）に示した４番センサでのＦＢＧ反射波長シフトを見ると、その平均値に揺らぎは見られるものの、その平均値は約０．１ｎｍ以下の値を推移しており、あまり大きな変化は見られない。一方で、図１２（ｂ）に示したように、１０番センサでは、１日目〜３日目はＦＢＧ反射波長シフトの平均値が約０．１ｎｍ以下であったのに対し、異常を検出した４日目以降は、ＦＢＧ反射波長シフトの変化及び平均値が大きくなっていることがわかった。定期修繕時に、１０番センサを設置した部分を詳しく調査すると、ハウジングの内側から外側に亀裂が発生していることが判明した。このように、本発明の実施形態に係る光ファイバセンサを用いることで、粗圧延機ハウジングに生じた異常を検出することができた。
【０１００】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０１】
１０    光ファイバセンサ
１０１    金属基材
１０３，１２１    光ファイバ
１０５，１２７    めっき部
１２１    温度補償用光ファイバ
１２３    金属管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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