(57)【要約】【課題】簡単且つ低コストな構成で温度補償の問題を解決し得る上に、測定対象物に溶接等することによりその測定対象物に加わる引張力、及び曲げ力等を高精度に検出し得る光ファイバ式ひずみゲージを提供する。【解決手段】光ファイバ式ひずみゲージ１００は、空隙部１３が形成されたゲージベース１０と、連続的に形成された第１溝部１４Ａ、１４Ｂ及び第２溝部１５Ａ、１５Ｂと、この両溝部に固定される光ファイバ１１と、光ファイバに形成されたＦＢＧ１１１と、ゲージベース１０と測定対象物とを固定する、両溝部と直交する方向に延びる第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１と、両溝部と平行に延びる第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２とにより形成されており、ゲージベース１０を、２方向に固定できるので、測定対象物に強固に固定して面外に変形することを防止することが可能となり、曲げ力等によって発生する測定対象物のひずみを検出することができる。【選択図】図１
2008134155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙部が形成されたゲージベースと、
前記ゲージベースの一方面において前記空隙部を介して連続的に形成された第１及び第２の溝と、
前記第１及び第２の溝に固定されて延びる光ファイバと、
該光ファイバの前記空隙部内に位置する部分に形成されたブラッグ回折格子から成るセンシング素子と、
前記ゲージベースと測定対象物とを固定する固定手段により固着力を加えられる固着部とを備えた光ファイバ式ひずみゲージであって、
前記固着部は、
前記第１の溝及び第２の溝と直交する方向に延びる第１固着部と、前記第１の溝及び第２の溝と平行に延びる第２固着部とにより形成されていることを特徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ式ひずみゲージにおいて、前記第２固着部は、前記第１固着部の端部から２方向に延びるように形成されていることを特徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。
【請求項３】
請求項１乃至２記載の光ファイバ式ひずみゲージにおいて、前記第２固着部を前記ゲージベースの両側部に設けたことを特徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の光ファイバ式ひずみゲージにおいて、更に、前記光ファイバ及び前記センシング素子の軸方向と直交する方向に延びて前記空隙部の両側に形成された段差部により前記ゲージベースに区画形成され、前記空隙部の周囲に位置する薄肉部と、該薄肉部より厚さの厚い厚肉部とを有することを特徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。
【請求項５】
請求項４記載の光ファイバ式ひずみゲージにおいて、更に、前記ゲージベースの前記薄肉部に形成されたくびれ部を有することを特徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の光ファイバ式ひずみゲージにおいて、前記ゲージベースは、第１の線膨張係数を有する材料から成り、該光ファイバ式ひずみゲージは、第２の線膨張係数を有する材料から成る前記測定対象物に固定され、前記第１の線膨張係数と前記第２の線膨張係数の差を利用して温度補償を行うものであることを特徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。
【請求項７】
請求項１乃至６記載の光ファイバ式ひずみゲージは、前記センシング素子に予め引張力を付与した状態で用いられることを特徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業プロセス計測、リニアモータカー・送電線・発電機等におけるひずみ測定等、強電磁界ノイズ環境下の計測、落雷環境下の土木関連計測等に用いられる光ファイバ式ひずみゲージに関し、特に、ＦＢＧ［Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（光ファイバブラッグ回折格子）］を用いた光ファイバ式ひずみゲージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＦＢＧを用いた光ファイバ式ひずみゲージ等の光ファイバ式センサのひとつとして、本出願人は、温度補償の問題を解決し得るコンパクトな構成の光ファイバ式ひずみゲージを提案している（特許文献１）。
【０００３】
上記の光ファイバ式ひずみゲージは、測定対象物に溶接等によって固定され、ＦＢＧを利用して測定対象物の測定を行い、光ファイバが装着されるゲージベースと、測定対象物との線膨張係数の差を利用して温度補償を行うものである。ＦＢＧとは、通信用シングルモード型光ファイバのコア部の屈折率をファイバ軸方向に周期的に変化させた光ファイバブラッグ回折格子を検出素子として用い、該回折格子への入射光のうち屈折率の周期に対応した特定の波長（ブラッグ波長）のみが選択的に反射される現象を利用したものである。つまり、検出素子にひずみが加えられると、回折格子の周期が変化することから、反射光の波長にシフトを生じるので、この波長のシフト量から加えられたひずみ量を測定できる。このような光ファイバ式ひずみゲージによれば、ＦＢＧを１個のみ用いるだけで、温度補償が可能であるコンパクトな構成の光ファイバ式ひずみゲージを低コストに得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した光ファイバ式ひずみゲージは、構成がコンパクトなため狭小部等でも使用することができ、また、温度補償の問題を解決することが可能なことから、測定対象物の温度が変化するような場合であっても使用することが可能となっている。そして、この光ファイバ式ひずみゲージは、測定対象物に引張力等によって発生した測定対象物のひずみを高精度に検出することが可能となっている。
【０００６】
しかしながら、この光ファイバ式ひずみゲージは、測定対象物に固定する際に、ゲージベースの固着部を測定対象物に溶接することによって固定されるが、この固着部はゲージベースの幅方向のみに設けられていた。また、この固着部と光ファイバを挿入するための溝が設けられていることから、その分ゲージベースの固着部近傍で厚肉の部分が少なくなる態様となっていた。そして、厚肉の部分が少なくなる結果、ゲージベースの面外剛性が低くなってしまっているため、測定対象物に曲げ力等が作用してひずみが生じた場合、ゲージベースが測定対象物に合わせて変形する際に面外に塑性変形を起こす虞があった。
【０００７】
そして、このようにゲージベースが面外に塑性変形してしまうと、測定対象物に曲げ力等の負荷が除去された後も、変形したまま元に戻らなくなる。ゲージベースが元に戻らない場合には、この光ファイバ式ひずみゲージは、測定対象物に発生しているひずみを忠実に測定することができなくなる。このため、この光ファイバ式ひずみゲージは、引っ張り力が作用する測定対象物ではひずみを高精度に検出できるにも拘わらず、曲げ力等が作用する測定対象物のひずみの測定に用いる場合には精度低下をきたす虞があった。
【０００８】
かかる状況下、上述したようにコンパクトで温度補償の問題を解決し得る上にひずみを高精度に検出できる上記の光ファイバ式ひずみゲージを、曲げ力等が作用する測定対象物のひずみの測定にも適するように改良する必要性が高まっている。
【０００９】
本発明は、上記のような種々の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単且つ低コストな構成で温度補償の問題を解決し得る上に、測定対象物に溶接等することによりその測定対象物に加わる引張力のみならず曲げ力等をも高精度に検出し得る光ファイバ式ひずみゲージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の光ファイバ式ひずみゲージでは、空隙部が形成されたゲージベースと、前記ゲージベースの一方面において前記空隙部を介して連続的に形成された第１及び第２の溝と、前記第１及び第２の溝に固定されて延びる光ファイバと、該光ファイバの前記空隙部内に位置する部分に形成されたブラッグ回折格子から成るセンシング素子と、前記ゲージベースと測定対象物とを固定する固定手段により固着力を加えられる固着部とを備えた光ファイバ式ひずみゲージであって、前記固着部は、前記第１の溝及び第２の溝と直交する方向に延びる第１固着部と、前記第１の溝及び第２の溝と平行に延びる第２固着部とにより形成されていることを特徴としている。
【００１１】
これにより、ゲージベースを、その幅方向と長手方向の２方向に固定することが可能となる。そのため、この光ファイバ式ひずみゲージでは、ゲージベースを測定対象物に強固に固定して変形することを防止することが可能となり、曲げ力等によって発生する測定対象物のひずみを高精度に検出することができる。
【００１２】
また、前記第２固着部は、前記第１固着部の端部から２方向に延びるように形成されているのが好適である。これにより、光ファイバ式ひずみゲージを測定対象物により強固に固定でき、外力による光ファイバ式ひずみゲージの面外への変形を防止することが可能となる。さらに、第２固着部をゲージベースの両側部に設けるようにしても良く、これにより、第１固着部と第２固着部とを備えたゲージベースでは、第１固着部と第２固着部とが、第１の溝及び第２の溝を挟んで対称となる位置に設けられるため、ねじり等の変形を受け難くすることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の光ファイバ式ひずみゲージは、更に、前記光ファイバ及び前記センシング素子の軸方向と直交する方向に延びて前記空隙部の両側に形成された段差部により前記ゲージベースに区画形成され、前記空隙部の周囲に位置する薄肉部と、該薄肉部より厚さの厚い厚肉部とを有することを特徴としている。また、本発明の光ファイバ式ひずみゲージは、更に、前記ゲージベースの前記薄肉部に形成されたくびれ部を有することを特徴としている。
【００１４】
これにより、本発明の光ファイバ式ひずみゲージでは、変形が顕著に現れる薄肉部及びくびれ部とそれ以外の厚肉部とを有することになるため、ブラッグ回折格子から成るセンシング素子をこの変形が顕著に現れる部分に配設することによって、ひずみの検出感度を向上させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の光ファイバ式ひずみゲージでは、前記ゲージベースは、第１の線膨張係数を有する材料から成り、該光ファイバ式ひずみゲージは、第２の線膨張係数を有する材料から成る前記測定対象物に固定され、前記第１の線膨張係数と前記第２の線膨張係数の差を利用して温度補償を行うことがより好適である。
【００１６】
これにより、ゲージベースの材料の線膨張係数と測定対象物の線膨張係数との差を利用して温度補償を行うので、ブラッグ回折格子から成るセンシング素子を１個のみ用いる場合でも温度補償が可能であるコンパクトな構成の光ファイバ式ひずみゲージを低コストに得ることができる。
【００１７】
また、本発明の光ファイバ式ひずみゲージは、前記センシング素子に予め引張力を付与した状態で用いられることがより好適である。これにより、前記センシング素子が圧縮力等によって座屈してしまう虞を無くし、安定して圧縮ひずみを測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ブラッグ回折格子から成るセンシング素子を用いた光ファイバ式ひずみゲージを測定対象物に強固に固定することができるので、曲げ力等が作用する測定対象物に好適に使用することが可能となる。また、ブラッグ回折格子から成るセンシング素子を１つ設けるだけで温度補償をしたひずみ計測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００の斜視図、図２は、その光ファイバ式ひずみゲージ１００におけるゲージベース１０を説明するための図、図３は、その光ファイバ式ひずみゲージ１００における光ファイバ１１を示す図である。まず、図１を用いて、光ファイバ式ひずみゲージ１００の構成について説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００は、ゲージベース１０と光ファイバ１１とを備えている。このゲージベース１０には、長手方向の中央部にＨ型の空隙部１３が幅方向に亘って形成されており、この空隙部１３を挟んで長手方向の両側には厚肉部１８Ａ、１８Ｂが形成されている。そして、ゲージベース１０は、全体として薄い直方体形状となっている。
【００２２】
また、この空隙部１３と厚肉部１８Ａ、１８Ｂとの両境界部には、段差１６Ａ、１６Ｂが形成されており、Ｈ型の空隙部１３を形成している周囲の部分は、厚肉部１８Ａ、１８Ｂより厚みの薄い薄肉部１７となっている。つまり、薄肉部１７と厚肉部１８Ａ、１８Ｂとは、段差１６Ａ、１６Ｂによって区画形成された態様となっている。そして、薄肉部１７は、ゲージベース１０の長手方向の中心線を基準線として線対称となるようにくびれ部２０を有している。
【００２３】
また、厚肉部１８Ａ、１８Ｂには、ゲージベース１０の幅方向の中心部に、ゲージベース１０の長手方向の全域に亘り、空隙部１３を介して連続的に第１溝部１４Ａ、１４Ｂと、第１溝部１４Ａ、１４Ｂより幅の狭い第２溝部１５Ａ、１５Ｂが形成されている。光ファイバ１１は、この第１溝部１４Ａ、１４Ｂ、及び第２溝部１５Ａ、１５Ｂに挿入されて固定される。また、厚肉部１８Ａ、１８Ｂには、固着部１２Ａ、１２Ｂが形成されている。
【００２４】
次に、図２を用いて、ゲージベース１０の詳細な構成について説明する。
【００２５】
図２（ａ）は、ゲージベース１０の平面図、図２（ｂ）は、その長手方向の側面図、図２（ｃ）は、その幅方向の側面図である。上述したように、ゲージベース１０には、固着部１２Ａ、１２Ｂ、空隙部１３、第１溝部１４Ａ、１４Ｂ、第２溝部１５Ａ、１５Ｂ、段差１６Ａ、１６Ｂ、薄肉部１７、厚肉部１８Ａ、１８Ｂ、及びくびれ部２０が形成されている。
【００２６】
本実施形態の特徴的な部分である固着部１２Ａ、１２Ｂは、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、ゲージベース１０の幅方向の側部から、第１溝部１４Ａ、１４Ｂ、及び第２溝部１５Ａ、１５Ｂを基準線として線対称となるように２つずつ形成されている。この固着部１２Ａ、１２Ｂは、ゲージベース１０の幅方向に延びる第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１と、ゲージベース１０の長手方向に延びる第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２との２つの固着部から形成されており、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２は、測定対象物に対して溶接によって固着し易いように薄肉状となっている。
【００２７】
この第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２は、ゲージベース１０の幅方向の側部に形成されており、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１は、この第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２の長手方向の中央部から、ゲージベース１０の中央部に向けて延びるように形成されている。つまり、本実施形態の固着部１２Ａ、１２Ｂは、Ｔ字形状となっており、Ｔ字の横棒の部分が、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２となり、Ｔ字の縦棒の部分が、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１となる。
【００２８】
図２（ａ）、図２（ｃ）に示すように、第１溝部１４Ａ、１４Ｂ、及び第２溝部１５Ａ、１５Ｂは、ゲージベース１０の幅方向の中心線を基準線として線対称となるように形成されており、ゲージベース１０の長手方向の両側部から第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１の中心線を僅かに超えた位置までが第１溝部１４Ａ、１４Ｂとなり、第１溝部１４Ａ、１４Ｂから空隙部１３までの間が第２溝部１５Ａ、１５Ｂとなっている。
【００２９】
くびれ部２０は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、薄肉部１７に、ゲージベース１０の幅方向の両側部から内側に向けて形成された凹部であり、厚肉部１８Ａ、１８Ｂはこのくびれ部２０が形成された薄肉部１７によって連結される態様となっている。そのため、このくびれ部２０によりゲージベース１０の剛性が低下するので、ゲージベース１０に外力等が作用した際には、くびれ部２０で撓み易くなっている。
【００３０】
尚、本実施形態では、ゲージベース１０の寸法は、以下の通りとなっている。即ち、ベース１０の全長ｌが４０ｍｍ、ゲージベース１０の全幅ｂが１２ｍｍ、厚肉部１８Ａ、１８Ｂの厚さｄが０．６ｍｍ、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１の中心線間の距離（ゲージ長）Ｌが２８ｍｍ、空隙部１３の間隔Ｇが６ｍｍ、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１の長さｌ１が５ｍｍ、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１の幅ｂ１が１ｍｍ、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２の長さｌ２が７ｍｍ、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２の幅ｂ２が１．５ｍｍ、第１溝部１４Ａ、１４Ｂの幅ｂ３が０．５ｍｍ、第２溝部１５Ａ，１５Ｂの幅ｂ４が０．１３ｍｍ、第１溝部１４Ａ、１４Ｂ、及び第２溝部１５Ａ，１５Ｂの深さｄ１が０．３ｍｍ、薄肉部１７の幅ｂ５が１ｍｍ、薄肉部１７の厚さｄ２が０．２ｍｍとなっている。
【００３１】
また、本実施形態のゲージベース１０は、厚肉部１８Ａ、１８Ｂ、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２、及び薄肉部１７の部分を耐食性のフィルムでマスキングして空隙部１３の部分を強い腐食性の液でエッチングして作製する。その後、厚肉部１８Ａ、１８Ｂを、耐食性のフィルムでマスキングして第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２、及び薄肉部１７の部分を強い腐食性の液でエッチングして作製し、その後、第１溝部１４Ａ、１４Ｂと第２溝部１５Ａ、１５Ｂを、回転ソーによって浚うことによって作製される。
【００３２】
また、本実施形態では、このゲージベース１０は、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４で作成されている。オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｃｒの不働態化効果とＮｉによる耐食性に優れており、加工性と溶接性に優れ、低温における靭性が高いという特徴を有している。
【００３３】
尚、このゲージベース１０の各部の寸法及び材質については、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００の温度補償と密接な関係があるので、温度補償との関係については、後に温度補償の方法を説明する際に併せて説明する。次に、本実施形態の光ファイバ１１について、図３を用いて詳細に説明する。
【００３４】
図３（ａ）は、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００に使用される光ファイバ１１を側方から見た図、図３（ｂ）は、この光ファイバ１１のα−α断面図、図３（ｃ）は、この光ファイバ１１のβ−β断面図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、この光ファイバ１１は、ファイバ素線１１ａと、このファイバ素線１１ａをコーティングする第１被膜樹脂層１１ｂとを備えている。そして、第１被膜樹脂層１１ｂの無い部分には、第１被膜樹脂層１１ｂより、厚みの薄い、強度と防湿性の高い樹脂による第２被膜樹脂層１１ｃが設けられている。
【００３５】
また、この第２被膜樹脂層１１ｃに被膜された部分のファイバ素線１１ａに、センシング素子としてのＦＢＧ１１１（光ファイバブラック回折格子）が形成されている。このＦＢＧ１１１は、ファイバ素線１１ａのコア部１１ｄを、光ファイバ１１の長手方向に周期的に屈折率を変化させて回折格子状に形成した光ディバイスであり、ある特定の波長の光信号のみを反射する特性を有している。そして、光ファイバ１１を伝播していく光信号は、ファイバ素線１１ａの中でも屈折率の高いコア部分１１ｄに集中するので、光ファイバ１１を伝播していく光信号は、大部分が伝播損失の少ないＦＢＧ１１１に到達し、一部の光信号は、ＦＢＧ１１１を透過し、一部の光信号はＦＢＧ１１１で反射することになる。従って、このような光ファイバ１１は、高精度な検出能力を有するセンシング素子として使用することが可能となる。
【００３６】
また、第２被膜樹脂層１１ｃは、第１被膜樹脂層１１ｂより強度と剛性が高くなっているため、第２被膜樹脂層１１ｃは、第１被膜樹脂層１１ｂよりひずみが伝達する際の剪断変形が低くおさえられる。これにより、この第２被膜樹脂層１１ｃに覆われたＦＢＧ１１１は、ひずみを高精度に検出することが可能となっている。
【００３７】
尚、本実施形態の光ファイバ１１では、外径が２５０μｍ、ファイバ素線１１ａの径は１２５μｍ、コア部分１１ｄの径は５〜１０μｍであり、ＦＢＧ１１１の回折格子の間隔は各約０．５μｍで、ＦＢＧ１１１の全長は４ｍｍである。また、第１被膜樹脂層１１ｂはＵＶ樹脂、第２被膜樹脂層１１ｃはポリイミド樹脂、ファイバ素線１１ａは石英ガラスであり、コア部分１１ｄには、紫外線感光性を有するゲルマニウムが添加されている。そして、このゲルマニウムの特性を利用して、コア部分１１ｄに紫外線を照射することによりＦＢＧ１１１は形成されている。
【００３８】
上述した、ゲージベース１０と光ファイバ１１とで構成される本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００では、ＦＢＧ１１１が、空隙部１３の上方に配設される態様となっている。そして、空隙部１３の周囲の薄肉部１７にはくびれ部２０が形成されており、このゲージベース１０は、このくびれ部２０の付近から撓んでいくようになっている。つまり、ＦＢＧ１１１は、ゲージベース１０の最も撓み易い部分に配設されることになる。従って、この光ファイバ式ひずみゲージ１００は、測定対象物のひずみ等をＦＢＧ１１１に高精度に伝達することが可能となり、ＦＢＧ１１１によって測定対象物のひずみを高精度に検出することが可能となっている。
【００３９】
この光ファイバ式ひずみゲージ１００は、測定対象物のひずみが、検出部として設けたＦＢＧ１１１に伝達されるとひずみを検出する態様となっているため、この光ファイバ式ひずみゲージ１００でひずみの検出を行う場合、まず、測定対象物（図示せず）に光ファイバ式ひずみゲージ１００を固定する必要がある。そして、この光ファイバ式ひずみゲージ１００は、測定対象物に固定される場合、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、及び第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２の内部と測定対象物とを溶接するようになっている。
【００４０】
このように、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、及び第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２が溶接されるので、光ファイバ式ひずみゲージ１００は、測定対象物と一緒に伸縮することになり、固定された位置からずれたりすることがない。そのため、測定対象物のひずみは、ゲージベース１０が測定対象物と一緒に伸縮して空隙部１３の間隔Ｇが増減することにより、ＦＢＧ１１１へと伝達されることになる。
【００４１】
また、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００では、ゲージベース１０を測定対象物に固定する場合、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２の内部にスポット溶接機の丸棒状の電極を挿入し、この電極で加圧して通電し、接触点を加熱溶接することによって測定対象物に固定する態様となっている。そのため、厚肉部１８Ａ、１８Ｂより薄肉状に形成されている第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２と、厚肉部１８Ａ、１８Ｂとの間には段差が生じる。そして、スポット溶接機の電極を、この段差に沿わせて動かすだけで、光ファイバ式ひずみゲージ１００は、測定対象物に固定することが可能となるので、光ファイバ式ひずみゲージ１００の取り付け作業の容易化を図ることが可能となる。
【００４２】
そして、上述した光ファイバ式ひずみゲージ１００でひずみを検出する場合、固定された光ファイバ式ひずみゲージ１００の光ファイバ１１の一端に光サーキュレイタ（図示せず）を介して光源装置（図示せず）を接続し、さらに光サーキュレイタにスペクトラムアナライザ（図示せず）を接続する。そして、光源装置から発せられた光が、ＦＢＧ１１１へと送られ、ＦＢＧ１１１で反射し、この反射光の波長をスペクトラムアナライザによって測定することにより、光ファイバ式ひずみゲージ１００はひずみを検出する。
【００４３】
つまり、ＦＢＧ１１１にひずみが伝達されると、ＦＢＧ１１１における回折格子の周期が変化することから、反射光の波長にシフトを生じる。そのため、ＦＢＧ１１１にひずみが伝達されている状態の反射光の波長と、ＦＢＧ１１１にひずみが伝達されていない状態の反射光の波長との波長が変化することになる。そして、この波長変化をスペクトラムアナライザで測定することによって、この光ファイバ式ひずみゲージ１００では、ひずみを検出することが可能となっている。
【００４４】
次に、この光ファイバ式ひずみゲージ１００における温度変化の影響を除外する方法（温度補償）について説明する。まず、光ファイバ式ひずみゲージ１００の温度補償について説明するための前提条件となる、ＦＢＧ１１１におけるひずみの測定原理と温度影響について説明する。
【００４５】
ＦＢＧ１１１におけるひずみの測定原理は、ＦＢＧ１１１の反射する光信号の波長を求める次の数１から求めることができる。
【００４６】
【数１】
2008134155.tif 000003
ここで、数１の各変数は、λＢ：ブラッグ波長、ｎｅｆｆ：光ファイバの実効屈折率、Λ：回折格子の間隔、である。
【００４７】
ＦＢＧ１１１にひずみが負荷された場合、回折格子の間隔が変化するためブラッグ波長も変化し、さらに、実効屈折率もひずみに依存する。従って、ブラッグ波長のシフト量は、数１から以下のように導かれる。
【００４８】
【数２】
2008134155.tif 000004
次にこの数２を数１で割り、数３のように値を整理する。
【００４９】
【数３】
2008134155.tif 000005
ここで、数３の各値を数４と置き換えることにより、数５を導く。
【００５０】
【数４】
2008134155.tif 000006
【００５１】
【数５】
2008134155.tif 000007
ここで、数５の各変数は、ΔλＢ：ファイバの軸方向負荷ひずみによるブラッグ波長の波長シフト量、Ｐρ：光弾性係数（ひずみによる屈折率変化の寄与を表す係数）、εＺ：ファイバの軸方向の負荷ひずみ、である。そして、この数５から、光ファイバのひずみ感度は、数６のように求められる。
【００５２】
【数６】
2008134155.tif 000008
本実施形態の光ファイバ１１は、ブラッグ波長が１５５０ｎｍであるので、数６の各変数に値を代入すると、ひずみ感度は、約１．２ｐｍ／μεとなる。
【００５３】
ＦＢＧ１１１における温度影響は、ＦＢＧ１１１の反射する光信号の波長を求める先の数１から求めることができる。ＦＢＧ１１１に温度変化を与えた場合、実効屈折率が変化するためブラッグ波長も変化する。また、光ファイバのガラスも熱膨張するため、これに伴って回折格子の間隔が変化する。従って、ブラッグ波長のシフト量は、数１から以下のように導かれる。
【００５４】
【数７】
2008134155.tif 000009
ここで、数７の各値を数８と置き換えることにより、数９を導く。
【００５５】
【数８】
2008134155.tif 000010
【００５６】
【数９】
2008134155.tif 000011
ここで、数９の各変数は、ΔλＢ：温度変化によるブラッグ波長シフト量、ζ：屈折率温度係数、α：光ファイバの線膨張係数である。そして、この数９から、光ファイバの温度感度は、数１０のように求められる。
【００５７】
【数１０】
2008134155.tif 000012
本実施形態の光ファイバ１１は、ブラッグ波長が１５５０ｎｍであるとき、実験値として数１０の温度感度は、約９．５ｐｍ／℃が得られる。このように、ＦＢＧではひずみ測定を行う際には、温度影響を無視することができないので、温度影響を補正する温度補償を行う必要がある。次に、温度補償の基本構造について、図４を用いて説明する。
【００５８】
図４は、本実施形態の温度補償の基本構造となる、基本型ゲージベース１を説明するための図である。この基本型ゲージベース１は、光ファイバ式ひずみゲージ１００のベースゲージ１０に第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２と、薄肉部１７とが形成されていないものであり、固着部２、空隙部３、第１溝部４、第２溝部５、厚肉部８を備えており、固着部２によって図示しない起歪体に固着されている。また、第１溝部４、第２溝部５に、ＦＢＧが形成された光ファイバを挿入して固定することによって、ひずみの検出を行なうことが可能となっている。そして、この基本型ゲージベース１では、ＦＢＧの温度補償を行う場合には、ΔλＢ／ΔＴ＝９．５ｐｍ／℃だけの温度影響を受けるためこれを補償する必要がある。
【００５９】
そこで、基本型ゲージベース１で採用されている方法として、材料の線膨張係数を利用して温度１℃の上昇に伴い−９．５ｐｍだけ波長が変化するひずみをＦＢＧに与えることによって温度補償を行う方法がある。−９．５ｐｍ／℃はひずみに換算すると−７．９２με／℃となる。つまり、１℃の温度上昇に伴い、７．９２μεの圧縮ひずみをＦＢＧに与える構造部を設ければ、温度補償が可能となる。この基本型ゲージベース１では、ΔＴの温度変化に対して空隙部３の間隔Ｇの変化量を求める数１１により、具体的な寸法の値を求めることができる。
【００６０】
【数１１】
2008134155.tif 000013
ＦＢＧが厚肉部８に予め張力を与えた状態で固定されている場合、温度補償に必要なひずみ（ε）は、数１２から求められる。ここで、Ｌｇは、基本構造におけるゲージ長（熱膨張及びひずみ伝達の基準寸法）である。
【００６１】
【数１２】
2008134155.tif 000014
ここで、基本型ゲージベース１では、空隙部３の間隔Ｇ＝６ｍｍ、起歪体（本実施形態では、析出硬化系ステンレス鋼であるＳＵＳ６３０を使用）の線膨張係数αｅ＝１０．７×１０−６、基本型ゲージベース１（材質：ＳＵＳ３０４）の線膨張係数αｂ＝１６．４×１０−６、ＦＢＧ１１１の線膨張係数αＦＢＧ＝０．５５×１０−６、温度補償を行うために必要なひずみε＝７．９２μｍとなり、この値と数１２から、ゲージ長Ｌｇは、２５ｍｍと算出される。
【００６２】
尚、数１２にて求められる値は、測定対象物のひずみが接合部（図示せず）上の基本型ゲージベース１に１００％伝達し、基本型ゲージベース１のひずみは光ファイバに１００％伝達するものとして算出された値である。従って、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００にこの方法を採用する場合、実際の設計にあたっては、数１１によって算出された値を元に、各部材間での伝達効率を実測またはＦＥＭ（有限要素法）等で求め、それらのひずみ伝達効率を考え合わせることにより最適形状を求めれば良い。
【００６３】
本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００では、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２の寸法や、ゲージベース１０の材料特性に基づき有限要素法によって算出した結果、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１の中心線間の距離（固着間距離）Ｌが２８ｍｍとなった。これは、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１の他に、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２を設けているためであり、そのため、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００の固着間距離Ｌは、基本構造におけるゲージ長Ｌｇより長くなる。
【００６４】
具体的には、ゲージ長Ｌｇは、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２の空隙部１３よりの端部と、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１の中心線との略中間付近を結んだ部分となる。従って、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００では、ゲージベース１０の大きさが、基本型ゲージベース１に比べてやや大きくなるものの、上述した式を元に構成された構造を有しているので、温度変化による影響を減少させることが可能となっている。
【００６５】
つまり、温度の上昇により光ファイバ１１に熱が加えられると、光ファイバ１１が熱膨張し、ＦＢＧ１１１における回折格子の周期が長くなり、さらに、ＦＢＧ１１１の屈折率が変化することによって、反射光の波長にシフトを生じる。しかしながら、厚肉部１８Ａ、１８Ｂもそれに伴って伸長し、その分だけ空隙部１３の間隔Ｇが減少する。
【００６６】
これにより、光ファイバ１１に温度変化による熱膨張と屈折率の変化が生じ、これに伴って反射光の波長にシフトが生じたとしても、空隙部１３の間隔Ｇが熱膨張によって縮み、光ファイバ１１を物理的に圧縮する。従って、光ファイバ１１では、反射光の波長にシフトが生じた分が厚肉部１８Ａ、１８Ｂの伸長によって相殺される。従って、光ファイバ式ひずみゲージ１００は、温度影響が少ない光ファイバ式ひずみゲージ１００を実現できる。
【００６７】
なお、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００では、本実施形態の固着部１２Ａ、１２ＢがＴ字形状となっているが、本発明の実施の形態としては、Ｔ字ではなく、固着部１２Ａ、１２ＢをＬ字形状としても良い。その場合、固着間距離Ｌが変化するので、次に、固着部１２Ａ、１２Ｂの形状と固着間距離Ｌの変化について図５を用いて説明する。
【００６８】
図５は、固着部の形状と固着間距離Ｌ、及び基本構造におけるゲージ長Ｌｇとの関係について説明するための図であり、図５（ａ）は、基本型ゲージベース１を示す図であり、図５（ｂ）は、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００のゲージベース１０を示す図であり、図５（ｃ）は、本発明における第２の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１０００のゲージベース１０１０を示す図であり、図５（ｄ）は、本発明における第３の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ２０００のゲージベース２０１０を示す図である。
【００６９】
図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、光ファイバ式ひずみゲージ１００、１０００、２０００では、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２、１０１２Ａ２、１０１２Ｂ２、２０１２Ａ２、２０１２Ｂ２を設けているため、それぞれの固着間距離Ｌ、Ｌ１０００、Ｌ２０００が、基本型ゲージベース１のゲージ長Ｌｇに比べて長くなる。
【００７０】
また、固着間距離Ｌ、Ｌ１０００、Ｌ２０００は、固着部１２Ａ、１２Ｂ、１０１２Ａ、１０１２Ｂ、２０１２Ａ、２０１２Ｂの形状に応じて変化する。例えば、光ファイバ式ひずみゲージ１００のように固着部１２Ａ、１２ＢをＴ字形状とした場合、固着間距離Ｌは、基本型ゲージベース１のゲージ長Ｌｇに比べて僅かに長くなるのに対し、固着部１０１２Ａ、１０１２ＢをＬ字形状にした第２の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１０００の固着間距離Ｌ１０００は、光ファイバ式ひずみゲージ１００の固着間距離Ｌに比べてさらに長くなる。
【００７１】
また、固着部２０１２Ａ、２０１２ＢをＬ字形状にし、Ｌ字の底辺部分を第１溝部２０１４Ａ、２０１４Ｂ付近に形成した第３の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ２０００では、ひずみ伝達の起点となる位置が、Ｌ字の下棒を形成する第２固着部２０１２Ａ２、２０１２Ｂ２の先端部分になるため、ゲージ長Ｌｇが、第２固着部２０１２Ａ２、２０１２Ｂ２の先端部分の間隔となってしまう。そのため、第３の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ２０００では、固着間距離Ｌ２０００が、他の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００、１０００の固着間距離Ｌ、Ｌ１０００に比べて長くなる。
【００７２】
従って、本発明の実施の形態としては、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２がゲージベース１０の側部に設けられており、固着部１２Ａ、１２Ｂの形状がＴ字形状となっている光ファイバ式ひずみゲージ１００が、ゲージベース１０のサイズの面では最も好適な形態であると言える。次に、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００の固着強度について図６、図７を用いて説明する。
【００７３】
図６は、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００と比較例としての従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００の固着強度の差を説明するための図であり、図７は、光ファイバ式ひずみゲージ１００と従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００における面外変形の差について説明するための図である。
【００７４】
ここで、図６（ａ）は、従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００の固着部２１２Ａ近傍の斜視図であり、図６（ｂ）は、従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００の固着部２１２Ａ近傍の平面図である。また、図６（ｃ）は、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００の固着部１２Ａ近傍の斜視図であり、図６（ｄ）は、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００の第１固着部１２Ａ１、第２固着部１２Ａ２近傍の平面図である。そして、図７（ａ）は、従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００に力Ｆが加えられた場合の面外変形を示す図であり、図７（ｂ）は、光ファイバ式ひずみゲージ１００に力Ｆが加えられた場合の面外変形を示す図である。
【００７５】
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００では、ゲージベース２１０は、ゲージベース２１０の幅方向に延びる固着部２１２Ａと測定対象物（図示せず）とを溶接することによって固定する。そのため、ゲージベース２１０の固着部２１２Ａ付近の幅方向における厚肉の部分は、薄肉状になっている固着部２１２Ａと光ファイバ１１を挿入する第１溝部２１４Ａとが設けられていない部分だけになる。
【００７６】
これにより、図６（ａ）、図７（ａ）に示されているように、ゲージベース２１０を面外に変形させる力Ｆがゲージベース２１０に作用した際に、このゲージベース２１０では、固着部２１２Ａ付近の厚肉の部分が僅かしか設けられていないので面外剛性が低くなってしまい、面外変形し易くなってしまう。従って、従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００では、測定対象物の曲げ変形等に基づくひずみを測定した際に、ゲージベース２１０が面外に塑性変形してしまい、測定対象物に曲げ力等の負荷が除去された後も、変形したまま元に戻らなくなる虞がある。そして、ゲージベース２１０が元に戻らない場合には、この光ファイバ式ひずみゲージ２００は、測定対象物に発生しているひずみを忠実に測定することができなくなる。
【００７７】
これに対し、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００では、図６（ｃ）、図６（ｄ）に示すように、ゲージベース１０は、ゲージベース１０の幅方向に延びる第１固着部１２Ａ１、及びゲージベース１０の長手方向に延びる第２固着部１２Ａ２と測定対象物（図示せず）とを溶接することによって固定する。そのため、ゲージベース１０の第１固着部１２Ａ１付近の幅方向における厚肉の部分が、従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００と同じく、薄肉状になっている第１固着部１２Ａ１と光ファイバ１１を挿入する第１溝部１４Ａとが設けられていない部分だけになる。
【００７８】
しかしながら、光ファイバ式ひずみゲージ１００は、さらに、第２固着部１２Ａ２によってゲージベース１０の長手方向にも溶接によって固定されている。そのため、第２固着部１２Ａ２によって、ゲージベース１０には、長手方向の固着力が働くことになり、溶接の止端部も厚肉となる。そのため、図６（ｃ）、図７（ｂ）に示されているように、ゲージベース１０を面外に変形させる力Ｆがゲージベース１０に作用した際に、このゲージベース１０では、第２固着部１２Ａ２によって剛性が高くなっているため、面外変形し難くなる。従って、光ファイバ式ひずみゲージ１００では、測定対象物の曲げ変形等に基づくひずみを測定した際に、ゲージベース１０が面外変形して、元に戻らなくなるといった現象を防止することが可能となり、検出精度を向上させることが可能となる。
【００７９】
また、図７に、従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００では、固着部２１２Ａ、２１２Ｂから変形が起き始めるが、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００では、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２の空隙部１３側溶接部止部付近から変形が起き始まる事になる。そのため、従来の光ファイバ式ひずみゲージ２００では、厚肉の部分が少ない部分で変形が起き始めるのに対し、光ファイバ式ひずみゲージ１００では、より厚肉な部分が多い所で変形が開始されるので、ゲージベース１０の変形量を少なくすることが可能となる。
【００８０】
上述した各作用により、光ファイバ式ひずみゲージ１００では、面外変形に対する剛性が高くなっているため、溶接部に発生する塑性変形や非線形な接触に伴うヒステリシス、ＮＬ（非直線性）、繰り返し性等のセンサ特性を向上させることが可能となる。
次に、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００の使用例について図８、図９を用いて説明する。
【００８１】
図８は、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００を利用した変位計３００を示す図である。ここで、図８（ａ）は、変位計３００を上方からみた断面図、図８（ｂ）は、その変位計３００を側方からみた断面図、図８（ｃ）は、光ファイバ式ひずみゲージ１００が取り付けられている部分を拡大した図である。
【００８２】
図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示すように、変位計３００は、本体３０１、起歪部３０２、カバー３０３、シャフト３０４、載荷シャフト３０５、球面座３０６、ガイドパイプ３０７、エンドブッシュ３０８、初期値調整ナット３０９、引っ張りばね３１０、取付ボルト３１１、コネクタ３１２、光ケーブル３１３、等を備えている。
【００８３】
本体３０１には、空間部３０１ａが設けられており、この空間部３０１ａ内に起歪部３０２が配設されている。この起歪部３０２は、コの字型の部材であり、一端は、取付ボルト３１１によって本体３０１に固定されており、もう一端は、載荷シャフト３０５と球面座３０６とが接続されている。また、起歪部３０２の中間部には、楕円形の空隙が設けられており、この空隙が設けられた部分に本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００は取り付けられる。
【００８４】
また、載荷シャフト３０５には、引っ張りばね３１０が接続されており、この引っ張りばね３１０のもう一方の端部には本体部３０１から外に飛び出しているシャフト３０４に接続されている。また、シャフト３０４は、本体３０１に取り付けられたガイドパイプ３０７によって保護されており、ガイドパイプ３０７の先端部には、シャフト３０４が貫通するようにエンドブッシュ３０８が設けられている。さらに、エンドブッシュ３０８の近傍には、初期値調整用ナット３０９が設けられており、この初期値調整用ナット３０９によってシャフト３０４の先端部の位置を調整することが可能となっている。
【００８５】
また、本体３０１のガイドパイプ３０７が取り付けられている部分の反対側には、コネクタ３１２が２つ取り付けられており、コネクタ３１２にはそれぞれ光ファイバ１１を保護する光ケーブル３１３が接続されている。そして、この光ケーブル３１３から空間部３０１ａ内へと光ファイバ１１は挿入され、光ファイバ式ひずみゲージ１００に固定される。そして、本体３０１にカバー３０３が取り付けられて、空間部３０１ａ内は封止されることになる。
【００８６】
このような変位計３００は、シャフト３０４に測定対象物を接続し、測定対象物の変位を引っ張りばね３１０、及び載荷シャフト３０５を介して起歪部３０２に伝達して起歪部３０２を曲げ変形させ、この曲げにより発生したひずみを光ファイバ式ひずみゲージ１００に伝達することによってひずみを検出している。尚、起歪部３０２は、楕円形の空隙部が設けられており、この部分が最も剛性が低くなっていることからこの空隙部に最もひずみが発生することになる。その為、この空隙部に取り付けられている光ファイバ式ひずみゲージ１００は、この起歪部３０２のひずみを高精度に検出することが可能となる。次に、変位計３００に光ファイバ式ひずみゲージ１００を取り付ける工程について、図９を用いて説明する。
【００８７】
図９は、変位計３００の起歪部３０２に光ファイバ式ひずみゲージ１００を取り付ける際の工程を説明するための図である。ここで、図９（ａ）は、起歪部３０２を上方からみた図であり、図９（ｂ）は、起歪部３０２を側方からみた図である。
【００８８】
図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、起歪部３０２に光ファイバ式ひずみゲージ１００を取り付ける場合、起歪部３０２を取付用治具４００に取り付けて作業を行う。この取付用治具４００は、起歪部押さえ４０１と、プーリー保持具４０２と、ファイバ押さえ４０３と、プーリー４０４とを備えている。
【００８９】
まず、起歪部３０２の空隙部の設けられた部分に、光ファイバ式ひずみゲージ１００のゲージベース１０を、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、及び第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２を溶接することによって固定する。それから、起歪部３０２を起歪部押さえ４０１に固定用ボルト４０５を使用して固定する。
【００９０】
次に、ファイバ押さえ４０３に光ファイバ１１を固定し、この光ファイバ１１を第１溝部１４Ａ、１４Ｂ、第２溝部１５Ａ、１５Ｂに挿入し、その光ファイバ１１をさらにプーリー４０４まで延長する。そして、プーリー４０４から光ファイバ１１を垂れ下げ、その垂れ下げた光ファイバ１１に錘４０６を取り付ける。これにより、光ファイバ１１には張力が与えられることになり、この予め張力が与えられた状態で光ファイバ１１を、ゲージベース１０の第１溝部１４Ａ、１４Ｂ、第２溝部１５Ａ、１５Ｂに接着剤を流入させることによって固定する。以上の工程により、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００は、起歪部３０２に取り付けられ、図８に示すように、この起歪部３０２は本体３０１に取り付けられる。
【００９１】
尚、接着剤の硬化を速める為に、本実施形態では、ヒーター固定台４０７に取り付けられた棒状ヒーター４０８を、取付用治具４００の起歪部３０２の下方部に装着することが可能となっている。本実施形態では、ＦＢＧ１１１の全長が４ｍｍに対して、空隙部１３の間隔Ｇが６ｍｍとなっているため、ＦＢＧ１１１を空隙部１３の上方に配設するのが比較的容易になっており、組み立て時の作業性を向上させることが可能となっている。次に、この変位計３００の性能試験を行った結果について、図１０〜１４を用いて説明する。
【００９２】
図１０は、変位計３００の負荷特性を示す図、図１１は、変位計３００の非直線性を示す図、図１２は、変位計３００のヒステリシスを示す図、図１３は、恒温槽（チャンバ）に変位計３００を入れ、槽内の温度を変化させた際の変位計３００における測定値の変動の変化量を示す図、図１４は、変位計３００の安定性を示す図である。
【００９３】
この性能試験では、変位計３００について３種類の試験を行った。第１の試験は、変位計３００に１０点ステップで３回繰り返して変位を加え、計測を行うものであり、その結果を図１０、図１１、及び図１２に示す。第２の試験は、変位計３００に一定の変位を加えた状態で、変位計３００を恒温槽（チャンバ）内部に入れ、槽内の温度を変化させた際の変位計３００における測定値の変動を調べるもので、その結果を図１３に示す。第３の試験は、変位計３００に一定の変位を加えた状態での安定性を調べるもので、その結果を図１４に示す。
【００９４】
第１の試験は、変位計３００に０ｍｍ〜４０ｍｍまでの変位を与え、４ｍｍ毎に検出された値を記録し、これを３回繰り返すものである。第１の試験において、本実施形態の変位計３００の負荷特性は、図１０に示すようにほぼ直線状を示した。尚、図１０中の直線は、全てのデータの近似値を元に引かれた直線であり、この直線の式は、ｙ＝０．０６６１ｘ＋１５４５となる。そして、この負荷特性の直線を基準として、図１１、図１２の試験結果はグラフ化されている。図１１、図１２に示されているように、変位計３００の検出値は、負荷特性の直線と比較して、非直線性の値の変動は、０％ＲＯから−１％ＲＯの範囲内に収められた。またヒステリシスにおいても、値の変動は０％ＲＯから−１％ＲＯの範囲内に収められた。従って、この変位計３００では、使用されている光ファイバ式ひずみゲージ１００に繰り返し荷重が加えられたとしても、検出精度を維持することが可能となり、繰り返し検出を行ったとしても高精度な検出を行うことが可能であることが判る。
【００９５】
第２の試験は、変位計３００を恒温槽（チャンバ）に入れ、２０ｍｍの変位を与えた状態で、３時間毎に２７時間、恒温槽（チャンバ）内の温度を２０℃ずつ、−２０℃から６０℃までの範囲で変化させ、その間の変位計における検出値の変化を記録したものである。第２の試験において、２７時間の間に８０℃温度を変化させてみたが、変位計の検出する値の変動は、０％ＲＯから１％ＲＯの範囲に収められた。これにより、この変位計３００では、使用する光ファイバ式ひずみゲージ１００が温度補償されており、−２０℃から６０℃の温度範囲において、温度補償が可能であることが判る。
【００９６】
第３の試験では、変位計に一定の変位を与えた状態を９６０時間継続され、その間の変位計における検出値の変化を記録したものである。第３の試験において、検出値の変動は、９６０時間経過した場合でも、初期に０．５％ＲＯの変動が発生したのみでその後はほぼ一定であった。これにより、光ファイバ式ひずみゲージ１００が、長時間負荷が与えられたとしても安定した計測が可能であることが判る。
【００９７】
以上に述べたように、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００は、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１、第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２により、ゲージベース１０を幅方向と長手方向の２方向に固定することが可能となる。そのため、この光ファイバ式ひずみゲージ１００では、ゲージベース１０を測定対象物に強固に固定して、面外変形することを防止することが可能となり、曲げ力等によって発生する測定対象物のひずみを高精度に検出することができる。そして、ＦＢＧ１１１を用いた光ファイバ式ひずみゲージ１００でありながら、温度補償用のＦＢＧ１１１を設けることなく、１つのＦＢＧ１１１で温度補償をしたひずみ計測が可能であり、長時間繰り返しひずみ計測を行ったとしても、高精度にひずみを計測することが可能となる。
【００９８】
尚、本発明の実施形態は、以上に述べたものに限定されるものではなく、ひずみを測定する使用環境や、ゲージベース１０、光ファイバ１１の材質等に応じて、溝部１４、固着部１２Ａ、１２Ｂ、くびれ部２０等を形成する位置を変更しても良い。例えば、ＦＢＧ１１１の温度補償を行う事が可能な態様であれば、溝部１４、固着部１２Ａ、１２Ｂ、くびれ部２０は、それぞれの基準線から線対称となっていなくても良いし、ゲージベース１０の寸法Ｌ、Ｇ等も本実施形態の数値でなくても良い。
【００９９】
また、本実施形態では、固着部１２Ａ、１２Ｂは、第１固着部１２Ａ１、１２Ｂ１と第２固着部１２Ａ２、１２Ｂ２とでＴ字型となるように形成されていたが、本発明の固着部はこの形状に限定されるものではなく、例えば、第２固着部が第１固着部の端部から空隙部側にのみ延びるように形成されたＬ字型であっても良く、光ファイバ式ひずみゲージ１００と同様の作用・効果を奏することが可能となる。
【０１００】
また、ゲージベース１０の材質は、本実施形態では、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４を使用していたが、本発明のゲージベースの材質はこれに限定されるものではなく、ＦＢＧの温度補償が可能な線膨張係数を有する素材であればよい。
【０１０１】
また、ゲージベース１０と測定対象物とを固定するための溶着には種々の形態を採用することができ、本実施形態のスポット溶接の他、レーザー溶接、更に、ガス圧接のような圧接のみならず、種々の融接技術等で両者を固定することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の光ファイバ式ひずみゲージは、トンネルの落盤、崩落等及び地滑り等の公共土木の防災用、橋梁、プラント機器、ライフライン（埋設ガス導管等）等の大型構造物の寿命予測や設備診断用、長距離の計測システム用、等の用途に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００の斜視図である。
【図２】図１の光ファイバ式ひずみゲージ１００のゲージベース１０を説明するための図であり、図２（ａ）は、ゲージベース１０の平面図、図２（ｂ）は、その長手方向の側面図、図２（ｃ）は、その幅方向の側面図である。
【図３】図１の光ファイバ式ひずみゲージ１００の光ファイバ１１の説明図であり、図３（ａ）は、光ファイバ１１を側方から見た図、図３（ｂ）は、この光ファイバ１１のα−α断面図、図３（ｃ）は、この光ファイバ１１のβ−β断面図である。
【図４】本実施形態の温度補償の基本構造となる、基本型ゲージベース１を説明するための図である。
【図５】固着部の形状とゲージ長の関係について説明するための図であり、図５（ａ）は、基本型ゲージベース１を示す図であり、図５（ｂ）は、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１００のゲージベース１０を示す図であり、図５（ｃ）は、本発明における第２の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ１０００のゲージベース１０１０を示す図であり、図５（ｄ）は、本発明における第３の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ２０００のゲージベース２０１０を示す図である。
【図６】図１の光ファイバ式ひずみゲージ１００と従来の光ファイバひずみゲージ２００との固着強度を説明するための図であり、図６（ａ）は、光ファイバ式ひずみゲージ２００の固着部２１２Ａ近傍の斜視図であり、図６（ｂ）は、光ファイバ式ひずみゲージ２００の固着部２１２Ａ近傍の平面図であり、図６（ｃ）は、光ファイバ式ひずみゲージ１００の固着部１２Ａ近傍の斜視図であり、図６（ｄ）は、光ファイバ式ひずみゲージ１００の第１固着部１２Ａ１、第２固着部１２Ａ２近傍の平面図である。
【図７】図１の光ファイバ式ひずみゲージ１００と従来の光ファイバひずみゲージ２００との面外変形に対する強度を説明するための図であり、図７（ａ）は、光ファイバ式ひずみゲージ２００に力Ｆが加えられた場合の面外変形を示す図であり、図７（ｂ）は、光ファイバ式ひずみゲージ１００に力Ｆが加えられた場合の面外変形を示す図である。
【図８】図１の光ファイバ式ひずみゲージ１００を利用した変位計３００を示す図であり、図８（ａ）は、変位計３００を上方からみた断面図、図８（ｂ）は、その変位計３００を側方からみた断面図、図８（ｃ）は、光ファイバ式ひずみゲージ１００が取り付けられている部分を拡大した図である。
【図９】図８の変位計３００の起歪部３０２に光ファイバ式ひずみゲージ１００を実装する際の工程を説明するための図であり、図９（ａ）は、起歪部３０２を上方からみた図であり、図９（ｂ）は、起歪部３０２を側方からみた図である。
【図１０】図８の変位計３００の負荷特性を示す図である。
【図１１】図８の変位計３００の非直線性を示す図である。
【図１２】図８の変位計３００のヒステリシスを示す図である。
【図１３】図８の恒温槽（チャンバ）内部の温度を変化させた際の変位計３００における測定値の変動の変化量を示す図である。
【図１４】図８の変位計３００の安定性を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  基本型ゲージベース、
２  固着部、
３  空隙部、
４  第１溝部、
５  第２溝部、
８  厚肉部、
１０  ゲージベース、
１１  光ファイバ、
１１ａ  ファイバ素線、
１１ｂ  第１被膜樹脂層、
１１ｃ  第２被膜樹脂層、
１１ｄ  コア部分、
１２Ａ、１２Ｂ  固着部、
１２Ａ１、１２Ｂ１  第１固着部、
１２Ａ２、１２Ｂ２  第２固着部、
１３  空隙部、
１４Ａ、１４Ｂ  第１溝部、
１５Ａ、１５Ｂ  第２溝部、
１６Ａ、１６Ｂ  段差、
１７  薄肉部、
１８Ａ、１８Ｂ  厚肉部、
２０  くびれ部、
１００  光ファイバ式ひずみゲージ、
１１１  ＦＢＧ（ファイバブラッグ回折格子）、
２００  従来の光ファイバ式ひずみゲージ、
３００  変位計、
３０１  本体、
３０１ａ  空間部、
３０２  起歪部、
３０３  カバー、
３０４  シャフト、
３０５  載荷シャフト、
３０６  球面座、
３０７  ガイドパイプ、
３０８  エンドブッシュ、
３０９  初期値調整ナット、
３１０  引っ張りばね、
３１１  取付ボルト、
３１２  コネクタ、
３１３  光ケーブル、
４００  取付用治具、
４０１  起歪部押さえ、
４０２  プーリー保持具、
４０３  ファイバ押さえ、
４０４  プーリー、
４０５  固定用ボルト、
４０６  錘、
４０７  ヒーター固定台、
４０８  棒状ヒーター、
１０００  第２の光ファイバ式ひずみゲージ、
２０００  第３の光ファイバ式ひずみゲージ、
【図１】
2008134155.tif 000015
【図２】
2008134155.tif 000016
【図３】
2008134155.tif 000017
【図４】
2008134155.tif 000018
【図５】
2008134155.tif 000019
【図６】
2008134155.tif 000020
【図７】
2008134155.tif 000021
【図８】
2008134155.tif 000022
【図９】
2008134155.tif 000023
【図１０】
2008134155.tif 000024
【図１１】
2008134155.tif 000025
【図１２】
2008134155.tif 000026
【図１３】
2008134155.tif 000027
【図１４】
2008134155.tif 000028