(57)【要約】  光ファイバ歪センサ、その製造方法、および歪の測定方法を提供する。歪の検出方法は、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）が内部に形成された光ファイバを設置するステップと、ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮みＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、光ファイバに歪を生じさせる力を加えるステップと、第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮により生じるＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるために光学的にＦＢＧを測定するステップと、を含む検出方法であって、帯域幅の変化量は生じた歪を示す。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）が内部に形成されたファイバを有する光ファイバを設置するステップと、
前記ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み前記ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、前記光ファイバに歪を生じさせる力を加えるステップと、
前記第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮により生じた前記ＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるために、前記ＦＢＧを光学的に計測するステップと、
を含み、
前記帯域幅の変化量は生じた歪を示す、
歪検出方法。
【請求項２】
前記ＦＢＧは、静止時において、前記第１および第２部分に渡って均一の間隔を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ファイバには、前記ＦＢＧの第３部分のグレーティング間隔が変化しないように、前記歪を生じさせる力が加えられる、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
光ファイバの長さ方向に間隙を介して内部に形成された複数のＦＢＧを有する光ファイバを設置するステップと、
前記各ＦＢＧにおいて、前記ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み前記ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、前記光ファイバに複数の歪を生じさせる力を加えるステップと、
前記第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮により生じた前記各ＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるために、前記ＦＢＧを光学的に計測するステップと、を含み、
前記帯域幅の変化量は生じた歪を示す、
請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記帯域幅の変化量として前記ＦＢＧの反射光パワーを測定するステップを含む、
請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
光ファイバと、
前記光ファイバ内に形成されたＦＢＧと、
前記光ファイバに歪を生じさせる力が加わった場合に、前記ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み前記ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、前記光ファイバが埋め込まれた梱包構造と、
前記ＦＢＧを光学的に測定し、前記第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮により生じた前記ＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるために前記光ファイバに接続された測定システムと、
を備え、
前記帯域幅の変化量は生じた歪を示す、
光ファイバ歪センサ。
【請求項７】
前記ＦＢＧは、静止時において、前記第１および第２部分に渡って均一の間隔を有する、請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記光ファイバに歪を生じさせる力が加わった場合に、前記ＦＢＧの第３部分のグレーティング間隔が変化しないように、前記梱包構造に前記光ファイバが埋め込まれる、
請求項６または７に記載のセンサ。
【請求項９】
前記梱包構造が、積層複合構造である、請求項６〜８のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１０】
前記積層複合構造が、繊維強化炭素複合材料のプリプレグから構成される、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記積層複合構造が、前記ＦＢＧに対して非対称である、請求項９または１０に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記光ファイバは、前記光ファイバの長さ方向に間隔を介して内部に形成された複数のＦＢＧを有し、
前記梱包構造は、前記光ファイバに複数の歪を生じさせる力が加わると、前記各ＦＢＧにおいて前記ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み前記ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、前記光ファイバを埋め込み、
前記測定システムは、前記第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮により生じたＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるために、前記ＦＢＧを光学的に計測し、
前記帯域幅の変化量は、生じた歪を示す、
請求項６〜１１のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１３】
前記帯域幅の変化量として前記ＦＢＧの反射光パワーを測定する光検出器をさらに備える、
請求項６〜１２のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１４】
光ファイバを設置するステップと、
前記光ファイバ内にＦＢＧを形成するステップと、
前記光ファイバに歪を生じさせる力が加わった場合に、前記ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み前記ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、梱包構造に前記光ファイバを埋め込むステップと、
を備える、
光ファイバ歪センサの製造方法。
【請求項１５】
前記ＦＢＧを光学的に測定するための測定システムを前記光ファイバに接続し、前記第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮による前記ＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるステップをさらに備え、
前記帯域幅の変化量は生じた歪を示す、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＦＢＧは、静止時において、前記第１および第２部分に渡って均一の間隔を有する、請求項１４また１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記梱包構造は、前記光ファイバに歪を生じさせる力が加わった場合に、第３部分のグレーティング間隔が変化しないように、前記光ファイバを埋め込む、
請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記梱包構造は、積層複合構造を含む、請求項１４〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記積層複合構造は、繊維強化炭素複合材料のプリプレグを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記積層複合構造が、前記ＦＢＧに対して非対称である、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
複数のＦＢＧを前記光ファイバ内で、前記光ファイバの長さ方向に間隙を介して形成するステップと、
前記光ファイバに歪を生じさせる力が加わった場合に、前記各ＦＢＧにおいて、前記ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み前記ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、各梱包構造に前記光ファイバの部分を埋め込むステップと、
を含む、
請求項１４〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記測定システムは、前記ＦＢＧを光学的に測定し、前記第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮により生じた前記ＦＢＧの帯域幅の変化量を求め、
前記帯域幅の変化量は生じた歪を示す、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記測定システムは、前記帯域幅の変化量として前記ＦＢＧの反射光パワーを測定する光検出器を含む、
請求項１４〜２２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ歪センサ、その製造方法、および歪の検出方法に幅広く関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサは、温度および歪センサに適用して用いられてきた（A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C, G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, "Fiber grating sensors," J. Lightwave Technol., vol. 15, pp. 1442-1462, Aug. 1997）。ＦＢＧセンサの問題の一つは、温度および歪の応答の区別である。歪センサとして用いる場合、加えられた歪によるＦＢＧの波長シフトを測定すべきであるが、このシフトは、周囲温度の摂動により生じたものでもある。したがって、歪による影響のみを求めるには、波長シフトから温度の影響を差し引く必要がある。
【０００３】
上記の制約を克服するために、これまで多数の技術が報告および実証されている。例えば、二波長を用いた技術がある。この場合、ブラッグ中心波長の大きく分離する（８５０−１３００ｎｍ）２つのＦＢＧを重ねて書き込む。この方法では、それぞれのセンサに割り当てるための２つの広帯域光源が必要となる（M. G. Xu, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, "Discrimination between strain and temperature effects using dual-wavelength fiber grating sensors," Electron. Lett., vol. 30, no. 13, pp. 1085-1087, 1994）。
【０００４】
２つのＦＢＧを用いて、回折格子の温度応答性を排除する方法が報告されている。この場合、ＦＢＧは曲面の両端で回折格子に同等で反対の歪が加わるように設置される（M. G. Xu, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, "Thermally compensated bending gauge using surface mounted fiber gratings," Int. J. Optoelectron, 9, pp. 281-283, 1994）。狭帯域光源の光は、ファイバカプラを介して、片持ち梁の両端に設置されたＦＢＧに分岐され、各ＦＢＧの反射光は、光スペクトルアナライザを用いて観測される。これにより、２つのＦＢＧのブラッグ波長の違いを求め、温度に依存しない歪測定を行うことができる。
【０００５】
別の例として、温度特性が同じでファイバ径の異なる２つのグレーティングセンサを用いて、温度による波長シフトと歪による波長シフトとを区別する方法がある（S. W. James, M. L. Dockney, and R. P. Tatam, "Simultaneous independent temperature and strain measurement using in-fiber Bragg grating sensors," Electron. Lett., vol. 32, no. 12, pp. 1133-1134, 1996）。
【０００６】
上述したセンサは、２つの影響を区別することができるが、その構造が複雑である。また、これらのセンサには、波長変化を検出するスペクトルアナライザ、または波長変化を出力変化または電流変化（power or current changes）に変換するための復調器等の精巧な装置を必要とするものもある。通常、これらの装置は高価であり、測定速度は、たいてい、可変フィルタまたは可変レーザのスキャン速度等に制限されることが多い。市販のファブリペロ（ＦＰ）フィルタまたは可変レーザは、最大１ｋＨｚまでスキャン可能であるのみで、高速の歪モニタリングへの適用には制限が生じうる。例えば、ブラスト（blast）により生じた歪をモニタリングする検波器（cohere）等は、周波数特性（frequency response）はＭＨｚ領域以下かもしれない。
【０００７】
しがたって、上記の問題の少なくとも１つを解決するために、従来とは異なる技術が必要である。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の第１態様によると、歪み検出方法は、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）が内部に形成された光ファイバを設けるステップと、ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み（compress）、ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びる(extend)ように、歪を生じさせる力を光ファイバに加えるステップと、第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮（compression and extension）によるＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるためにＦＢＧを光学的に調べる（interrogating）ステップとを含み、帯域幅の変化量は生じた歪を示す。
【０００９】
ＦＢＧは、静止時において、第１および第２部分に渡って均一の間隔を有していてもよい。
【００１０】
光ファイバは、ＦＢＧの第３部分のグレーティング間隔が変化しないように歪を生じさせる力を加えてもよい。
【００１１】
この方法は、光ファイバの長さ方向に間隙を介して内部に形成された複数のＦＢＧを有する光ファイバを設けるステップと、各ＦＢＧにおいてＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み、ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、光ファイバに複数の歪を生じさせる力を加えるステップと、第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮による各ＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるためにＦＢＧを光学的に調べるステップとを含んでいてもよく、帯域幅の変化量は生じた歪を示す。
【００１２】
この方法は、帯域幅の変化量としてＦＢＧの反射光パワーを測定するステップを含んでいてもよい。
【００１３】
本発明の第２態様によると、光ファイバ歪センサは、光ファイバと、光ファイバ内に形成されたＦＢＧと、光ファイバに歪を生じさせる力が加わった場合にＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮みＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、光ファイバが埋め込まれた梱包構造と、ＦＢＧを光学的に測定し（interrogate）、第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮によるＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるために、光ファイバに接続された測定システム（interrogating system）とを備え、帯域幅の変化量は生じた歪を示す。
【００１４】
ＦＢＧは、静止時において、第１および第２部分に渡って均一の間隔を有していてもよい。
【００１５】
梱包構造は、光ファイバに歪を生じさせる力が加わった場合に第３部分のグレーティング間隔が変化しないように、光ファイバを埋め込んでもよい。
【００１６】
梱包構造は、積層複合構造を含んでもよい。
【００１７】
積層複合構造は、繊維強化炭素複合材料のプリプレグを含んでもよい。
【００１８】
積層複合構造は、ＦＢＧに対して非対称であってもよい。
【００１９】
光ファイバには、光ファイバの長さ方向に間隔を介して内部に形成された複数のＦＢＧを有してもよく、梱包構造は、光ファイバに複数の歪を生じさせる力が加わった場合に、各ＦＢＧにおいて、ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮みＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように光ファイバを埋め込み、さらに、測定システムにより、ＦＢＧを光学的に測定し、第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮による各ＦＢＧの帯域幅の変化量を求める。ここで、帯域幅の変化量は生じた歪を示す。
【００２０】
センサは、帯域幅の変化量としてＦＢＧの反射光パワーを測定するために、光検出器をさらに含んでいてもよい。
【００２１】
本発明の第３態様によると、光ファイバ歪センサの製造方法は、光ファイバを設けるステップと、光ファイバ内にＦＢＧを形成するステップと、光ファイバに複数の歪を生じさせる力が加わった場合に、ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮みＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、梱包構造に光ファイバを埋め込むステップと、を含む。
【００２２】
この方法は、第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮によって生じるＦＢＧの帯域幅の変化量を求めるために、ＦＢＧを光学的に測定する測定システムを光ファイバに接続するステップをさらに含んでいてもよい。ここで、帯域幅の変化量は生じた歪を示す。
【００２３】
ＦＢＧは、静止時において、第１および第２部分に渡って均一の間隔を有してもよい。
【００２４】
梱包構造は、光ファイバに歪を生じさせる力が加わった場合に、第３部分のグレーティング間隔が変化しないように、光ファイバを埋め込んでもよい。
【００２５】
梱包構造は、積層複合構造を含んでもよい。
【００２６】
積層複合構造は、繊維強化炭素複合材料のプリプレグから構成されてもよい。
【００２７】
積層複合構造は、ＦＢＧに対して非対称であってもよい。
【００２８】
この方法は、光ファイバの長さ方向に間隙を介して、光ファイバ内に複数のＦＢＧを形成するステップと、光ファイバに複数の歪を生じさせる力が加わった場合に、各ＦＢＧにおいて、ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮みＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、各梱包構造に光ファイバの一部を埋め込むステップと、を含んでいてもよい。
【００２９】
測定システムは、ＦＢＧを光学的に測定し、第１および第２部分のそれぞれにおけるグレーティング間隔の伸縮によるＦＢＧの帯域幅の変化量を求めてもよい。ここで、帯域幅の変化量は生じた歪を示す。
【００３０】
測定システムは、帯域幅の変化量としてＦＢＧの反射光パワーを測定するための光検出器をさらに備えてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
歪をＦＢＧ帯域幅の変動に変換（translate）可能なＦＢＧセンサモジュールについて説明する。センサは、３つのセクションを有する均一ＦＢＧ（uniform FBG）を含み、非対称強化積層複合材に埋め込まれている。例えば、下向きの力が積層複合材の上層に加わると、非対称積層複合材の第１部分におけるＦＢＧセクションは縮み（compresses）、当該ＦＢＧセクションの波長が短波長にシフトする。そして、非対称積層複合材の第２部分のＦＢＧセクションは伸び（expands）、当該ＦＢＧセクションの波長は長波長にシフトする。非対称積層複合材の中立層におけるＦＢＧセクションに変化は生じない。つまり、当該ＦＢＧセクションの波長は変化しない。
【００３２】
加えられた歪が増すにつれて、均一ＦＢＧの反射スペクトルの帯域幅が増加する。したがって、回折格子の反射パワーも増加する。
【００３３】
しかし、温度の摂動については、均一ＦＢＧが温度の摂動に対して均一的に「反応」するため、反射帯域幅に変化は生じない。これは、温度の摂動は、ＦＢＧが埋め込まれた非対称積層複合材に実質的に依存しないからである。したがって、均一ＦＢＧの波長および反射帯は「全体的に」移動するため、反射パワーが維持される。したがって、ＦＢＧの後方反射パワー（back-reflected power）を観測するだけで、歪を測定することができる。
【００３４】
測定速度は、実質的に、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等の検出器の速度によってのみ制限される。現在、その最大速度は数ギガヘルツである。
【００３５】
マルチセンサによる同時測定を実現するために、バンドパス波長分割多重方式（ＢＷＤＭ）を用いてこのような均一回折格子のアレイの反射パワーを分岐することができる。この場合、各回折格子は、異なった中心波長で非対称強化積層複合材（asymmetric reinforced composite laminate）に埋め込まれる。
【００３６】
図１ａはセンサモジュール１０２の非対称積層複合構造１００を示す概略図である。積層構造１００は、ファイバ１０４のコアに書き込まれた均一ＦＢＧ１０６を有する光ファイバを備える。ファイバ１０４は、光ファイバ１０４の上下に隣接する繊維強化材層１０８、１１０が非対称に配置されるように、積層複合構造１００内に埋め込まれる。より詳細には、材層１０８、１１０は、ＦＢＧ１０６の中央付近で互いに重なり、ＦＢＧ１０６に沿って反対端に設けられる。さらに、材層１０８、１１０は、均一ＦＢＧ１０６の全長に沿って延設される繊維強化材層１１２等の繊維強化材層の間に埋め込まれる。
【００３７】
したがって、均一ＦＢＧ１０６は、３つのセクション１１４、１１６、１１８に「分割」される。図１ｂを参照すると、上述したように、力１２０が加わると、非対称積層複合構造１００の構造上、ＦＢＧ１０６のセクション１１４は縮み、ＦＢＧ１０６のセクション１１６は変化せず、ＦＢＧ１０６のセクション１１８は伸びる。
【００３８】
図２は、加えられた力１２０（図１ｂ）による変位とそれに対する反射スペクトルとを示す。図２から分かるように、力が加えられても中心波長は変化しないが、例えば帯域幅２００は変位が増加するにつれて大きくなる。加えられた張力が大きい場合、スペクトル（spectrum）は３部分に分離し始める（例えば曲線２０２を比較）。下記に図４を参照してより詳しく説明するが、スペクトルの分離により、反射パワーがやや非線形に増加し、併せて張力が増加する。
【００３９】
なお、上記の配置は、非対称積層複合構造が均一ＦＢＧを２つのセクションに「分割」する構造に変更されてもよい。例えば、ＦＢＧに隣接する層を、ＦＢＧの中央付近で互いに重ならないように非対称に並べてもよい。そのように変形した配置では、同じ帯域幅を有する均一回折格子について、測定されたスペクトルを２部分に分離すると、上述したセンサモジュール１０２において３部分に分離する場合に比べて、変位または歪の値が小さくなると予想される（図１ａ、ｂ）。
【００４０】
図３は、変位の関数として測定された３ｄＢ帯域幅を示す。ＦＢＧの３ｄＢ帯域幅は、変位に伴って線形に増加する（曲線３００を参照）。
【００４１】
図４は、外力（applied force）の関数として反射パワーを示す。センサモジュール１０２（図１ａ、ｂ）は、引張試験機として機能している。反射パワーは電力計を用いて観測される。曲線４００は、外力に伴って反射パワーがほぼ線形に増加することを示す。当該僅かな非線形は、図２を参照して上述したスペクトルの分離により生じる。しかし、このようなスペクトル分離は、繰り返し荷重試験中に起こるヒステリシス損失ではないため、反射パワーと外力とは依然として直接関係があり、当該センサモジュールは、簡単な較正手順により引張試験機として機能させることができる。
【００４２】
センサモジュール１０２（図１ａ、ｂ）の温度に対する非依存性を調べるために、積層構造１００（図１ａ、ｂ）の変位を調整するマイクロスクリュー計測器にセンサモジュールを取り付ける。内部にセンサ構造を有するマイクロスクリュー計測器を様々な温度のオーブンに入れ、各温度において一連の様々な変位を得る。図５は、３５℃、４０℃、４５℃、および５０℃で測定した反射パワーに対する変位の座標を示す。図５では、反射パワーが温度に伴ってほとんど変化しないため（曲線５００、５０２、５０４、および５０６を比較）、センサモジュールが実質的に温度に依存していないことと、温度に依存しない歪センサとして機能できることとが示される。
【００４３】
図６は、マルチセンサによる同時測定を行うためのマルチセンサ配置６００の概略図である。バンドパス波長分割多重装置６０２（ＢＷＤＭ）は、中心波長の異なる回折格子６０６、６０８等のアレイ６０４の反射パワーを分離するために用いられる。第１フォトダイオード（ＰＤ１）６１０は、光源６１１の出力変動（power fluctuations）による強度変化(intensity variation)の影響を除外するために用いられる。第１フォトダイオード６１０は、回折格子のアレイ６０４と同一の３ｄＢカプラの出力側である３ｄＢカプラ６１２に接続される。
【００４４】
ＢＷＤＭ６０２は、光源６１１と同じ側の３ｄＢカプラ６１２の出力に接続される。光源６１１は、例えば、スーパールミネセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）、端面放射型発光ＬＥＤ（ＥＬＥＤ）、または増幅自然放出光のためのエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ  ＡＳＥ）であってもよい。第２フォトダイオード６１４は、歪フリー参照センサ（strain-free reference sensor）６１６の反射パワーを観測し、例えばファイバ６１８に沿った微量屈曲損失(micro bending loss)等によるエラーを除外する。第２フォトダイオード６１４は、参照センサ６１６のバンドパス波長に応じて、ＢＷＤＭ６０２に接続される。アングル（angle）プリズムカプラ６２０は、参照センサ６１６から先のファイバ６１８の終端処理を施して、表面反射を除外するために用いられる。当業者には当然のことであるが、配置６００により、マルチセンサによる同時測定を行うためのマルチセンサ構成を簡素化することができる。
【００４５】
下記に、非対称積層複合構造に基づくセンサモジュールを形成するための製造プロセスを説明する。シングルモードファイバ（ＳＭＦ）の感光性を高めるために、２週間、１００bars、６０℃の純粋な水素を充填した高圧水素容器にＳＭＦ−２８を浸す。その後、水素Ｈ２がファイバコアから散乱しないように、当該ファイバをマイナス２０℃の冷凍室内にて保存する。
【００４６】
図７に関し、ファイバコーティング７００のうち約７０ｃｍを機械式ストリッパでストリップし、露出したファイバ７０６のうちクラッド７０２およびコア７０４を残す。図８に示すように、位相マスク８０２および２４４ｎｍのレーザービーム８０４を用いて、アルゴンイオンＦＢＧ製造システムにより、約６０ｍｍのＦＢＧ８００をファイバ７０６のコア７０４に書き込む。ＦＢＧ８００を１００℃のオーブンで２４時間焼成し、ＦＢＧ８００の中心波長を安定させる。
【００４７】
埋設材料として、繊維強化炭素複合材料（Ｆｉｂｅｒｄｕｘ：９１３Ｃ−ＸＡＳ）を用いる。各炭素複合プリプレグ（例えば９００）を、図示しない非粘着フィルムの間に挟む（図９を参照）。例えば４枚の約８０ｍｍ×１０ｍｍのプリプレグ９００と、約５０ｍｍ×１０ｍｍの２枚のプリプレグ９０２、９０４とを用いる。９００(ｍの保護スリーブ９０６を用いて、例えばプリプレグ９００等のプリプレグシートから先のファイバ７０６を保護する。
【００４８】
例えばプリプレグ９００等のプリプレグを、図示しないアルミニウム板に層積みに配置する。図示しないローラーを用いて層間の表面を平らにし、層間に小さな気泡が存在しないようにする。図９に示すように、ＦＢＧ８００を有するファイバ７０６を合成層の中に埋め込む。より詳細には、プリプレグ９０８の非粘性フィルムを取り除き、プリプレグ９０８をローラーで平らにする。プリプレグ９１０の非粘性フィルムを取り除き、プリプレグ９１０をプリプレグ９０８の上に配置してからローラーで平らにする。プリプレグ９０２の非粘着フィルムを取り除き、プリプレグ９０２をプリプレグ９０８、９１０の上に配置してからローラーで平らにする。保護スリーブ９０６と共にＦＢＧ８００を有するファイバ７０６を、プリプレグ９０８、９１０、９０２の上に配置する。プリプレグ９０４の非粘着フィルムを取り除き、プリプレグ９０４をファイバ７０６の上に配置してからローラーで平らにする。プリプレグ９１２、９００の非粘着フィルムを取り除き、プリプレグ９１２、９００をプリプレグ９０８、９１０、９０２、９０４の上に配置してからローラーで平らにする。
【００４９】
積層複合構造９１４は、図示しない２枚の板の間に挟まれ、両端および中央が螺合される。硬化は、例えばプリプレグ９００等のプリプレグをグレーティングファイバ７０６と共に加圧時に加熱するプロセスである。硬化温度は約１００℃で、積層複合構造は全体的に約８０分間硬化される。硬化中、例えばプリプレグ９００等の各プリプレグのカーボンファイバは、隣接するファイバに対して化学反応を起こし、強固な架橋構造を生成する。これによっても、埋め込まれていない露出した光ファイバに比べると、得られるＦＢＧセンサは、破損することなくより高い圧力に耐え得ることができる。
【００５０】
図１０は、歪の検出方法を示すフローチャート１０００である。ステップ１００２において、内部にファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）が形成された光ファイバを準備する。ステップ１００４において、ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮み、ＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、光ファイバに歪を生じさせる力を加える。ステップ１００６において、ＦＢＧを光学的に測定し、各第１および第２部分のグレーティング間隔の伸縮によるＦＢＧの帯域幅の変化量を求める。ここで、帯域幅の変化量は生じた歪を示す。
【００５１】
図１１は、光ファイバ歪センサの製造方法を示すフローチャート１１００である。ステップ１１０２において、光ファイバを準備する。ステップ１１０４において、ＦＢＧを光ファイバ内に形成する。ステップ１１０６において、光ファイバに歪を生じさせる力が加わると、ＦＢＧの第１部分のグレーティング間隔が縮みＦＢＧの第２部分のグレーティング間隔が伸びるように、梱包構造に光ファイバを埋め込む。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１ａおよびｂは光ファイバ歪センサの概略断面図である。
【図２】図１ａおよびｂに示すファイバ歪センサに係る異なる変位に対する反射スペクトルのグラフである。
【図３】図１ａおよびｂに示す光ファイバ歪センサに係る変位の関数としての帯域幅グラフである。
【図４】図１ａおよびｂに示す光ファイバ歪センサに係る外力の関数としての反射光パワーのグラフである。
【図５】図１ａおよびｂに示す光ファイバ歪センサに係る様々な温度における変位の関数としての反射光パワーのグラフである。
【図６】マルチセンサ配置の概略図である。
【図７】図１ａおよびｂに示す光ファイバ歪センサの概略断面図である。
【図８】図７に示す光ファイバ内のＦＢＧの構造を図示する概略断面図である。
【図９】図１ａおよびｂに示す歪センサの梱包構造の製造を図示する部分断面拡大斜視図である。
【図１０】歪の検出方法を図示するフローチャート１０００である。
【図１１】光ファイバ歪センサの製造方法を図示するフローチャート１１００である。
【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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【国際調査報告】
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