(57)【要約】【課題】  樹脂シートに生じることのある皺などの影響を受けて検出精度が低下する、等の問題の生じない光ファイバセンサを提供する。【解決手段】  ２枚の樹脂シート２、３を、平面配置の光ファイバ１を挟んで互いに接着剤で貼り合わせた光ファイバシートからなる光ファイバセンサであり、前記光ファイバ１が、前記樹脂シート２、３間に局所的に固定されていることを特徴とする。光ファイバセンサとしての光ファイバシート１５は例えば曲げセンサとして検出対象物に貼り付けられる。光ファイバ１が樹脂シート２、３にがっちり固定されていると、樹脂シートに生じることのある皺などの影響を受けて、光ファイバ１に無用な歪みが生じ、検出誤差となるが、光ファイバ１が２枚の樹脂シート間で局所的に固定されているだけなので、光ファイバが樹脂シートの皺などの影響を受けることが少なく、検出精度の低下は少ない。【選択図】  図１
2006208264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂シートを、平面配置の光ファイバを挟んで互いに接着剤で貼り合わせてなる光ファイバセンサにおいて、
前記光ファイバが、前記樹脂シートに局所的に固定されていることを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記光ファイバの固定箇所が２箇所であり、これら固定箇所の間では、前記光ファイバが前記樹脂シートに接着固定されていないことを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記光ファイバと前記樹脂シートの固定箇所が、前記樹脂シートにおける前記光ファイバの導出部の両端部であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記光ファイバと前記樹脂シートとの固定箇所が一箇所であり、前記光ファイバの少なくともセンシング領域は前記樹脂シートと非接着であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記光ファイバセンサが歪み検出センサ、あるいは曲げ検出センサであることを特徴する請求項１乃至４記載の光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも２枚の可撓性を有する樹脂シートを、平面配置の光ファイバを挟んで互いに接着剤で貼り合わせてなる光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いた物理量のセンシング方法は多々ある。そのひとつとして、光ファイバに光パルスを入射した時のブリルアン散乱光を利用する光ファイバ歪み検出方法がある。この光ファイバ歪み検出方法は、光ファイバに光パルスを入射した時に入射端に戻ってくる後方散乱光の波長が、光ファイバの歪みに比例して変化（波長シフト）する性質を利用するもので、この後方散乱光すなわちブリルアン散乱光を入射端で検出しその波長シフト量を知ることで、光ファイバの長手方向の任意の位置での光ファイバに加わった歪みを検出することができる。
この光ファイバ歪み検出方法（装置）は、光ファイバ通信システムの保守技術であるＯＴＤＲ(Optical Time Domain Reflectmetry)を応用したもので、特にＢ−ＯＴＤＲとも呼ばれるが、光ファイバを歪み検出対象物（例えばコンクリート構造物等）に取り付けることで、対象物の歪みの検出に利用することができる。
【０００３】
また、同様な原理で、光ファイバに曲げが加わった時、生じた歪みから曲げ量を求めることができるので、前記の光ファイバによる歪み検出方法は、対象物の曲げ量を検出する曲げ検出方法（曲げ検出方法）としても利用することができる。
【０００４】
上記のような光ファイバによる歪み検出方法に用いる歪み検出光ファイバセンサとして、２枚の樹脂シートを平面配置（交差部のない配置）の光ファイバを挟んで互いに接着剤で貼り合わせてなる光ファイバシートを使用することが可能である。
【０００５】
この種の歪み検出光ファイバセンサ用の光ファイバシートは、光機器内あるいは光機器間の光ファイバ配線等に用いる一般的な光ファイバシートと同じ構造であり、図５に示すように、光ファイバ１を挟んで例えば２枚の樹脂シート２、３の全面を接着剤４で貼り合わせた光ファイバシート５を用いていた。図５（ハ）に、樹脂シート３に全面的に塗布された接着剤塗布領域Ｐをハッチングで示す。なお、樹脂シート２、３は少なくともその一方の表面に接着剤層を持つが、図５（ロ）では両方とも接着剤層を持つように表している。なお、光ファイバシート５の長さは、図では模式的に短く表しているが、歪み検出光ファイバセンサとして用いる場合は、通常は長尺となる。
【特許文献１】特開２００２−１３１０２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、全面接着された２枚の樹脂シート２、３で光ファイバ１を挟持した光ファイバシート５は、光機器間の光ファイバ配線等の用途であれば、光ファイバ配線時には樹脂シートの可撓性が有効に機能して自由度のある光ファイバ配線を実現できる。そして、機器内では、一旦光ファイバ配線が完了した後は、しばしば屈曲するということは殆どなくそのままの状態に保たれるので、２枚の樹脂シート２、３を全面接着した構造であることに特別な不都合はなく、むしろそのような構造が適切である。
【０００７】
しかし、このような構造の光ファイバシート５は、対象物の歪みを検出する歪み検出用光ファイバセンサとして用いる場合、特に、曲げにより生ずる歪み等の物理量を検出するセンサとして用いる場合には、適切でなくなる。
すなわち、曲げセンサとして用いる場合、光ファイバシート５を対象物に貼り付け、対象物の曲げ量、屈曲量を検出することになるが、光ファイバシート５が対象物の曲げとともに曲げられた時、樹脂シート２、３が対象物の表面の湾曲に忠実に沿って滑らかに湾曲するとは必ずしも限らず、部分的に皺が生じる場合が多い。この場合、光ファイバが全面接着された２枚の樹脂シート２、３でがっちり固定された構造であると、樹脂シート２、３に生じた皺の影響で、光ファイバに対象物の表面の歪みとは無関係な歪みが生じる場合があり、検出精度が低下することになる。すなわち、皺の影響により屈曲量に応じた物理量変化が光ファイバに発生しない場合もある。この現象は、曲げが特に大きいときに顕著である。
【０００８】
また、光ファイバシート５を広い温度範囲で変化する環境で使用する場合には、さらに影響が大きい。例えば自動車のエンジンルーム内では零下〜７０℃の温度変化があるが、そのように温度変化の大きい環境に光ファイバセンサとして光ファイバシート５を設置した場合、樹脂シートの温度特性（伸び率など）によって、樹脂シートに生じる皺の態様が異なり、したがって、温度によって光ファイバに与える影響の程度が異なるものとなり、この点でも検出精度が低下する。
また、低温時には、樹脂シートが硬くなって曲げた時の皺も大きくなり易く、この点でも検出精度が低下する。
また、樹脂シートと光ファイバとの熱膨張係数の差により、温度差によっては光ファイバに歪みが加わるおそれもあり、これによってセンシング特性に影響を与え、センサとしての検出精度が低下する。
さらにまた、検出特性精度の劣化問題の他に、光ファイバシートに極端な皺が生じると外観上好ましく無く、製品としての販売は事実上不可能になる。
【０００９】
本発明は上記背景のもとになされたもので、光ファイバセンサとして対象物に貼り付けられた、或いは配索された光ファイバシートが、対象物の変位により取付面に沿って湾曲した時に、光ファイバが樹脂シートから、取付面の変位量を示さないような物理的な影響を受けて、センサとしての検出精度が低下することのない光ファイバセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、樹脂シートを、平面配置の光ファイバを挟んで互いに接着剤で貼り合わせてなる光ファイバセンサにおいて、前記光ファイバが、前記樹脂シートに局所的に固定されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２は、請求項１において、前記光ファイバの固定箇所が２箇所であり、これら固定箇所の間では、前記光ファイバが前記樹脂シートに接着固定されていないことを特徴とする。
請求項３は、請求項１において、前記光ファイバと前記樹脂シートの固定箇所が、前記樹脂シートにおける前記光ファイバの導出部の両端部であることを特徴とする。
請求項４は、請求項１において、前記光ファイバと前記樹脂シートとの固定箇所が一箇所であり、前記光ファイバの少なくともセンシング領域は前記樹脂シートと非接着であることを特徴とする。
請求項５は、請求項１乃至４において、前記光ファイバセンサが歪み検出センサ、あるいは曲げ検出センサであることを特徴する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光ファイバセンサを例えば曲げセンサとして検出対象物に貼り付けた場合に、樹脂シートが対象物の曲げとともに曲げられた時、樹脂シートが対象物の表面の湾曲に忠実に沿って湾曲せずに部分的な皺が生じる場合がある。このような場合、光ファイバが全面接着された２枚の樹脂シートでがっちり固定された構造であると、樹脂シートに生じた皺の影響で、光ファイバに、対象物の表面の歪みとは無関係な歪み等が生じる場合があり、曲げ検出の精度が低下する。
しかし、光ファイバが２枚の樹脂シート間に局所的に固定されているだけなので、光ファイバが樹脂シートの皺の影響を受けて光ファイバに対象物の表面湾曲とは無関係な歪みが生じることは少なく、光ファイバは対象物の表面湾曲に極力忠実な湾曲をする。したがってセンサとしての検出精度の低下は少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施した光ファイバセンサについて、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の一実施例の光ファイバセンサを示す。
光ファイバセンサの種類としては、例えば歪み検出光ファイバセンサである。
そこで、以下、光ファイバセンサを歪み検出光ファイバセンサと称する場合があるが、光ファイバセンサの種類は歪み検出光ファイバセンサには限定されない。
図１は、光ファイバセンサとしての光ファイバシート１５を示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は縦断面図、（ハ）は上側の樹脂シートを除いて示した平面図である。この光ファイバシート１５は、２枚の樹脂シート２、３を、平面配置の光ファイバ１を挟んで互いに接着剤で貼り合わせている。前記２枚の樹脂シート２、３は、全面ではなく局所的に接着剤で貼り合わされている。なお、光ファイバシート１５の長さは、図では模式的に短く表しているが、歪み検出光ファイバセンサとして用いる場合は、対象物に沿って配索されるため通常は長尺となる。
【００１５】
図示例の光ファイバシート１５は、樹脂シート２、３が長方形をなしかつ光ファイバ１が樹脂シート２、３の長辺に沿って直線状に配置されている。そして、図１（ハ）に下側の樹脂シート３上の接着剤塗布領域Ｐをハッチングで示したように、光ファイバ１に沿う部分が、長手方向両端近傍を除き無接着とされている。無接着領域をＮ（図１（ハ）の空白部分）で示す。
この無接着領域Ｎの幅（光ファイバ長手方向に垂直な方向）は、当該領域Ｎ内にて光ファイバの移動を許容できる程度に光ファイバの幅よりも幾分か広くなっている。
樹脂シート２、３は、少なくともその一方が片面感圧接着剤付きの軟質樹脂であるが、図示例では両樹脂シート２、３とも片面感圧接着剤付きの軟質樹脂である。
接着剤としては、ゴム系やアクリル系の常温感圧性接着剤（ないし粘着剤）を用いることができる。
軟質樹脂材料としては、一般に光ファイバシートに用いられている材料を用いることができるが、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、低密度あるいは高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、軟質ポリウレタンなどのフィルムを用いることができる。
光ファイバ１としては、通常、裸ファイバにＵＶ樹脂コーティングを施したいわゆるＵＶ線（径２５０μｍ）、あるいは、シリコン樹脂を施したシリコン素線が用いられる。
また、光ファイバは石英系あるいはプラスチック径の光ファイバを用いることができる。
なお、光ファイバ、接着剤、樹脂シートのこれら定義は本発明では共通である。
【００１６】
上記の光ファイバシート１５は、例えば検出対象物の表面に貼り付けたり、検出対象物の所定箇所に配索して用いる。対象物に曲げなどの変形が生じると、その変形に応じて光ファイバシート１５が湾曲し、光ファイバ１も部分的に湾曲して、その結果歪みが生じる。この時、光ファイバ１の一端から光パルスを入射すると、歪みに比例して波長が変化したブリルアン散乱光が入射端に戻ってくる。このブリルアン散乱光を入射端で検出してその波長シフト量を知ることができ、これにより光ファイバ１の長手方向の任意の位置での歪みを検出することができ、その歪み量から光ファイバ１の曲げ量、すなわち、対象物の曲げ量を検出することができる。
【００１７】
上記において、対象物の曲げにより、樹脂シート２、３が対象物の表面の湾曲に忠実に沿って湾曲せずに部分的な皺が生じる場合がある。このような場合、光ファイバが、その光ファイバ配線方向、すなわち長手方向において上下の樹脂シートで全面接着され固定された構造であると、樹脂シートに生じた皺の影響で、光ファイバに、対象物の表面の変位とは無関係な歪みが生じる場合がある。
これに対し、この光ファイバシート１５は、２枚の樹脂シート２、３が局所的に貼り合わされているだけなので、光ファイバ１が樹脂シートの皺の影響からフリーになる。
その結果、光ファイバ１は対象物の表面湾曲や変位に極力忠実な湾曲をして、光ファイバ１に対象物の湾曲や変位とは無関係な歪みが生じることは少なくなり。したがって、センサとしての検出精度の低下は少ない。
【００１８】
また、光ファイバシート１５を温度変化の大きい環境に設置した場合、樹脂シート２、３の温度によって、樹脂シート２、３に生じる皺の態様が異なるが、２枚の樹脂シート２、３が局所的に貼り合わされているだけなので、この点でも検出精度の低下は少ないと言える。
また、低温時には、樹脂シート２、３が硬くなって曲げた時の皺も大きくなり易いが、その影響を受けることが少ないので、この点でも検出精度の低下が少ないと言える。
また、樹脂シート２、３と光ファイバ１との熱膨張係数の差が大きいことも、温度によって光ファイバに与える影響の程度が異なるものとなるが、その影響を受けることが少ないので、この点でも検出精度の低下が少ないと言える。
なお、光ファイバが樹脂シートに局所的に固定されているとは、図１に図示の如く、光ファイバの長手方向両端を固定する場合だけでなく、特に図示はしないが、一端側の一箇所のみを部分的に固定する場合も含むことは自明である。
光ファイバが長手方向にて一箇所だけ樹脂シートに固定されていれば、光ファイバの他端の移動はフリーな状態である。
そこで、固定箇所を、長手方向の片側の一箇所としてセンサ機能するセンシング領域以外に配置すれば、センシング領域が樹脂シートの皺の影響を受ける恐れがなくなる。
光ファイバは樹脂シートの非接着領域Ｎ内を移動するが、その配線パターンは樹脂シートにより規制されているので対象物から外れることは無い。
この効果は、光ファイバの全長が長くなり光ファイバセンサ領域が長くなった場合に特に顕著である。
【実施例２】
【００１９】
次に、２枚の樹脂シート２、３を局所的に貼り合わせる態様としては種々のパターンが考えられる。例えば、図２に示すように、樹脂シート２、３の長手方向両端近傍の一定長さ部分はシート幅方向全体に接着剤４で貼り合わせるが、長手方向の中間部は、狭い接着剤塗布部が多数分布するようなパターンで、両樹脂シート２、３を貼り合わせてもよい。このようなパターンによる局所的な貼り合わせでも、光ファイバ１に対する樹脂シート２、３の影響を少なくすることができる。両側のやや広い接着剤塗布領域をＰ、中間部の多数の狭い接着剤塗布部をＰ’、無接着領域をＮで示す。
【実施例３】
【００２０】
また、図３に示すように、樹脂シート２、３の全体について、狭い接着剤塗布部が多数分布するようなパターンで、両樹脂シート２、３を貼り合わせてもよい。このようなパターンによる局所的な貼り合わせでも、光ファイバ１に対する樹脂シート２、３の影響を少なくすることができる。樹脂シート３の全体に分布する多数の狭い接着剤塗布部をＰ’、無接着領域をＮで示す。
【実施例４】
【００２１】
上述の各実施例では、樹脂シート２、３が長方形であり、光ファイバ１を直線状に配置したが、例えば図４に示したように、光ファイバ１を、複数回往復するようなパターンで配置する場合も考えられる。但し、光ファイバ１は必ず平面的な配置であって、樹脂シート上で交差する等の立体配置となる場合はない。
【００２２】
以上の各実施例において、光ファイバセンサは歪み検出センサであり、光ファイバに加わる歪みを検出するものとして説明してきた。ここで、歪みという言葉は狭義には光ファイバ側面に加わる側圧や、光ファイバの伸縮により発生するものであり、一般的にはＢ−ＯＴＤＲを用いて測定される。しかし、本発明に於ける歪みと言う言葉は広義に用いることができ、光ファイバ特性に変動を及ぼすような要因を総称する。したがって、センシング対象物の曲げ、変位により光ファイバ特性に変動が生じた場合には歪みが生じたということができる。
例えば、曲げセンサとしても使用することができる。
例えば、歪みが大きい場合にはレーリー散乱光を測定するＯＴＤＲを使用することができ、歪み部分にて曲げ損が大きくなる場合にはパワーロスを測定することにより歪みが加わる箇所と大きさを測定することができる。このような用途に用いられる光ファイバセンサとしては、石英系、樹脂系の光ファイバ以外に光ファイバコアに特殊な周期的屈折率構造を付与したもの、あるいは、光ファイバクラッドに曲げ損失が発生しやすいような構造を付与したものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例の光ファイバセンサとしての光ファイバシートを示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は縦断面図、（ハ）は上側の樹脂シートを除いて示した平面図である。
【図２】本発明の光ファイバセンサとしての光ファイバシートの他の実施例示すもので、上側の樹脂シートを除いて示した平面図である。
【図３】本発明の光ファイバセンサとしての光ファイバシートのさらに他の実施例示すもので、上側の樹脂シートを除いて示した平面図である。
【図４】本発明における光ファイバの平面配置の他のパターンを説明する模式図である。
【図５】従来の光ファイバセンサとしての光ファイバシートを示すもので、（イ）は平面図、（ロ）は縦断面図、（ハ）は上側の樹脂シートを除いて示した平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  光ファイバ
２、３  樹脂シート
４  接着剤
１５  光ファイバシート（光ファイバセンサ）
Ｐ、Ｐ’  接着剤塗布領域
Ｎ  無接着領域
【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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