(57)【要約】【課題】全体としての光損失を小さくする。【解決手段】光ファイバを渦巻き形状に巻いた複数の光ファイバコイル１０と、光ファイバコイル１０を直列に接続し且つ光ファイバコイル１０に導入光Ｌｏを導入すると共に光ファイバコイル１０を通過した導出光Ｌｘを導出するための光ファイバライン２０とを有し、光ファイバコイル１０には光ファイバライン２０に用いる光ファイバよりも渦巻き形状に巻いた状態での光損失特性が良好な光ファイバを用い、光ファイバライン２０には光ファイバコイル１０に用いる光ファイバよりも直線状に伸ばした状態での光損失特性が良好な光ファイバを用いる。【効果】多数の光ファイバコイルを長距離の光ファイバラインに直列に接続して多地点を同時監視できる。橋梁やトンネルでの振動監視に有用である。【選択図】        図１
2004205227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを渦巻き形状に巻いた光ファイバコイルと、前記光ファイバコイルに光を導入すると共に前記光ファイバコイルを通過した光を導出するための光ファイバラインとを有する光ファイバコイル式センサであって、前記光ファイバコイルに用いる光ファイバは前記光ファイバラインに用いる光ファイバよりも渦巻き形状に巻いた状態での光損失特性が良好であり、前記光ファイバラインに用いる光ファイバは前記光ファイバコイルに用いる光ファイバよりも直線状に伸ばした状態での光損失特性が良好であることを特徴とする光ファイバコイル式センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバコイル式センサにおいて、前記光ファイバコイルと前記光ファイバラインの接合部でファイバコア同士がなだらかに融着されていることを特徴とする光ファイバコイル式センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光ファイバコイル式センサにおいて、前記光ファイバコイルは最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.１ｄＢ以下であり、前記光ファイバラインは１ｋｍ当たりの光損失が０.４ｄＢ以下であり、前記光ファイバコイルと前記光ファイバラインの接合部での光損失が０.１５ｄＢ以下であることを特徴とする光ファイバコイル式センサ。
【請求項４】
光ファイバを渦巻き形状に巻いた光ファイバコイルと、前記光ファイバコイルに光を導入すると共に前記光ファイバコイルを通過した光を導出するための光ファイバラインとを有する光ファイバコイル式センサであって、前記光ファイバコイルと前記光ファイバラインの間に中間光ファイバを介設し、前記光ファイバコイルに用いる光ファイバは前記光ファイバラインに用いる光ファイバおよび前記中間光ファイバよりも渦巻き形状に巻いた状態での光損失特性が良好であり、前記光ファイバラインに用いる光ファイバは前記光ファイバコイルに用いる光ファイバおよび前記中間光ファイバよりも直線状に伸ばした状態での光損失特性が良好であり、前記中間光ファイバは前記光ファイバコイルおよび前記光ファイバラインとの接合部の光損失が前記光ファイバコイルと前記光ファイバラインの接合部の光損失より小さいことを特徴とする光ファイバコイル式センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の光ファイバコイル式センサにおいて、前記光ファイバコイルと前記中間光ファイバの接合部および前記中間光ファイバと前記光ファイバラインの接合部では、ファイバコア同士がなだらかに融着されていることを特徴とする光ファイバコイル式センサ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の光ファイバコイル式センサにおいて、前記光ファイバコイルは最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.０２ｄＢ以下であり、前記光ファイバラインは１ｋｍ当たりの光損失が０.４ｄＢ以下であり、前記光ファイバコイルと前記中間光ファイバの接合部での光損失が０.１ｄＢ以下であり、前記中間光ファイバと前記光ファイバラインの接合部での光損失が０.０５ｄＢ以下であることを特徴とする光ファイバコイル式センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバコイル式センサに関し、さらに詳しくは、全体としての光損失を小さくできる光ファイバコイル式センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバを渦巻き形状に巻いた光ファイバコイルを用いて音響，振動を測定する技術が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。また、光ファイバコイルを用いて回転成分を測定する技術が知られている（例えば、非特許文献２参照。）。また、光ファイバコイルを用いて温度を測定する技術が知られている（例えば、非特許文献３参照。）。
さらに、光ファイバのコア同士をなだらかに融着する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
沖テクニカルレビュー，２００２年１月，第189号 Vol.69 No.1 第80頁〜第83頁
【非特許文献２】
地動の回転成分を観測する新しい地震計の開発，地震地核変動開発センター 武尾 実，２０００年１０月１８日，地震研究所ホームページ
【非特許文献３】
光ファイバ温度分布計測システムによる光ファイバポイントプローブ，株式会社ＯＣＣ 開発事業部，２００１年５月，http://www.dts-occ.com
【特許文献１】
特開平１０−９０５２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば橋の全橋脚にそれぞれ光ファイバコイルを設置し、それらの光ファイバコイルを直列に光ファイバで接続し、全橋脚の振動を同時監視する用途が考えられる。そして、このような用途向けに、多数の光ファイバコイルを光ファイバラインで直列接続した構造の光ファイバコイル式センサが考えられる。
しかし、上記構造の光ファイバコイル式センサでは、光ファイバコイルにおける光損失と、光ファイバラインにおける光損失と、光ファイバコイルと光ファイバラインの接合部における光損失とが加算されるため、全体としての光損失が大きくなる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、全体としての光損失を小さくできる光ファイバコイル式センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、光ファイバを渦巻き形状に巻いた光ファイバコイルと、前記光ファイバコイルに光を導入すると共に前記光ファイバコイルを通過した光を導出するための光ファイバラインとを有する光ファイバコイル式センサであって、前記光ファイバコイルに用いる光ファイバは前記光ファイバラインに用いる光ファイバよりも渦巻き形状に巻いた状態での光損失特性が良好であり、前記光ファイバラインに用いる光ファイバは前記光ファイバコイルに用いる光ファイバよりも直線状に伸ばした状態での光損失特性が良好であることを特徴とする光ファイバコイル式センサを提供する。
本願発明者が鋭意研究したところ、渦巻き形状に巻いた状態での光損失が小さい光ファイバは直線状に伸ばした状態での光損失が大きく、逆に直線状に伸ばした状態での光損失が小さい光ファイバは渦巻き形状に巻いた状態での光損失が大きいことが判った。つまり、渦巻き形状に巻いた状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバコイルおよび光ファイバラインを作ると、光ファイバコイルでの光損失は小さいが、光ファイバラインでの光損失は大きくなり、全体としての光損失が大きくなる。また、直線状に伸ばした状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバコイルおよび光ファイバラインを作ると、光ファイバラインでの光損失は小さいが、光ファイバコイルでの光損失は大きくなり、全体としての光損失が大きくなる。
そこで、上記第１の観点による光ファイバコイル式センサでは、渦巻き形状に巻いた状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバコイルを作り、直線状に伸ばした状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバラインを作り、これらを組み合わせた。これにより、光ファイバコイルでの光損失も光ファイバラインでの光損失も小さくなり、全体としての光損失を小さく出来る。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバコイル式センサにおいて、前記光ファイバコイルと前記光ファイバラインの接合部でファイバコア同士がなだらかに融着されていることを特徴とする光ファイバコイル式センサを提供する。
上記第２の観点による光ファイバコイル式センサでは、光ファイバコイルと光ファイバラインの接合部でファイバコア同士をなだらかに融着させたため、接合部での光損失も小さくすることが出来る。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバコイル式センサにおいて、前記光ファイバコイルは最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.１ｄＢ以下であり、前記光ファイバラインは１ｋｍ当たりの光損失が０.４ｄＢ以下であり、前記光ファイバコイルと前記光ファイバラインの接合部での光損失が０.１５ｄＢ以下であることを特徴とする光ファイバコイル式センサを提供する。
光ファイバコイルでの光損失をＬｃとし、光ファイバラインの１ｋｍ当たりの光損失をＬ１とし、光ファイバコイルと光ファイバラインの接合部での光損失をＬｓとし、光ファイバコイルの個数をｘ個とし、光ファイバラインの長さを１０ｋｍとし、許容される全体の光損失を１５ｄＢとすると、
１５≧Ｌｃ×ｘ＋Ｌｌ×１０＋Ｌｓ×２×ｘ
である。変形すると、
（１５−Ｌｌ×１０）／（Ｌｃ＋２×Ｌｓ）≧ｘ
となる。
ここで、上記第３の観点による光ファイバコイル式センサでは、Ｌｃ≦０.１、Ｌｌ≦０.４、Ｌｓ≦０.１５ｄＢであるから、
２７.５≧ｘ
となり、２７個の光ファイバコイルを設置可能となる。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、光ファイバを渦巻き形状に巻いた光ファイバコイルと、前記光ファイバコイルに光を導入すると共に前記光ファイバコイルを通過した光を導出するための光ファイバラインとを有する光ファイバコイル式センサであって、前記光ファイバコイルと前記光ファイバラインの間に中間光ファイバを介設し、前記光ファイバコイルに用いる光ファイバは前記光ファイバラインに用いる光ファイバおよび前記中間光ファイバよりも渦巻き形状に巻いた状態での光損失特性が良好であり、前記光ファイバラインに用いる光ファイバは前記光ファイバコイルに用いる光ファイバおよび前記中間光ファイバよりも直線状に伸ばした状態での光損失特性が良好であり、前記中間光ファイバは前記光ファイバコイルおよび前記光ファイバラインとの接合部の光損失が前記光ファイバコイルと前記光ファイバラインの接合部の光損失より小さいことを特徴とする光ファイバコイル式センサを提供する。
本願発明者が鋭意研究したところ、渦巻き形状に巻いた状態での光損失が小さい光ファイバは直線状に伸ばした状態での光損失が大きく、逆に直線状に伸ばした状態での光損失が小さい光ファイバは渦巻き形状に巻いた状態での光損失が大きいことが判った。つまり、渦巻き形状に巻いた状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバコイルおよび光ファイバラインを作ると、光ファイバコイルでの光損失は小さいが、光ファイバラインでの光損失は大きくなり、全体としての光損失が大きくなる。また、直線状に伸ばした状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバコイルおよび光ファイバラインを作ると、光ファイバラインでの光損失は小さいが、光ファイバコイルでの光損失は大きくなり、全体としての光損失が大きくなる。そこで、前記第１の観点による光ファイバコイル式センサでは、渦巻き形状に巻いた状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバコイルを作り、直線状に伸ばした状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバラインを作り、これらを組み合わせた。ところが、光ファイバコイルと光ファイバラインの違い（特にコア径の違い）が大きいと、接合部での光損失が大きくなり、結局、全体の光損失が大きくなってしまうことがあった。
そこで、前記第１の観点による光ファイバコイル式センサでは、渦巻き形状に巻いた状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバコイルを作り、直線状に伸ばした状態での光損失が小さい光ファイバを用いて光ファイバラインを作り、これらとの接合部の光損失が小さい中間光ファイバを介して光ファイバコイルと光ファイバラインを接合するようにした。これにより、接合部での光損失も小さくなり、全体としての光損失を小さく出来る。
【０００９】
第５の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバコイル式センサにおいて、前記光ファイバコイルと前記中間光ファイバの接合部および前記中間光ファイバと前記光ファイバラインの接合部では、ファイバコア同士がなだらかに融着されていることを特徴とする光ファイバコイル式センサを提供する。
上記第５の観点による光ファイバコイル式センサでは、光ファイバコイルと光ファイバラインの接合部でファイバコア同士をなだらかに融着させたため、接合部での光損失も小さくすることが出来る。
【００１０】
第６の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバコイル式センサにおいて、前記光ファイバコイルは最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.０２ｄＢ以下であり、前記光ファイバラインは１ｋｍ当たりの光損失が０.４ｄＢ以下であり、前記光ファイバコイルと前記中間光ファイバの接合部での光損失が０.１ｄＢ以下であり、前記中間光ファイバと前記光ファイバラインの接合部での光損失が０.０５ｄＢ以下であることを特徴とする光ファイバコイル式センサを提供する。
光ファイバコイルでの光損失をＬｃとし、光ファイバラインの１ｋｍ当たりの光損失をＬ１とし、光ファイバコイルと中間光ファイバの接合部での光損失をＬcsとし、中間光ファイバと光ファイバラインの接合部での光損失をＬlsとし、光ファイバコイルの個数をｘ個とし、光ファイバラインの長さを１０ｋｍとし、許容される全体の光損失を１５ｄＢとすると、
１５≧Ｌｃ×ｘ＋Ｌｌ×１０＋（Ｌcs＋Ｌls）×２×ｘ
である。変形すると、
（１５−Ｌｌ×１０）／｛Ｌｃ＋２×（Ｌcs＋Ｌls）｝≧ｘ
となる。
ここで、上記第６の観点による光ファイバコイル式センサでは、Ｌｃ≦０.０２、Ｌｌ≦０.４、Ｌcs≦０.１ｄＢ、Ｌls≦０.０５ｄＢであるから、
３４.４≧ｘ
となり、３４個の光ファイバコイルを設置可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１２】
−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態に係る光ファイバコイル式センサ１００を示す構成説明図である。
この光ファイバコイル式センサ１００は、光ファイバを渦巻き形状に巻いた複数の光ファイバコイル１０と、光ファイバコイル１０を直列に接続し且つ光ファイバコイル１０に導入光Ｌｏを導入すると共に光ファイバコイル１０を通過した導出光Ｌｘを導出するための光ファイバライン２０とを有している。
光ファイバライン２０の端部には、発光素子や受光素子やコンピュータ等を含む測定装置Ｍが接続されている。
【００１３】
図２は、一番端の光ファイバコイル１０の近傍を拡大した構成説明図である。
光ファイバコイル１０の両端は、接合部４０で、光ファイバライン２０に接合されている。
【００１４】
図３は、接合部４０を示す断面図である。
接合部４０は、異種類の光ファイバを接合したときのモード変化を小さくするため、マイクロトーチ等で熱を加えて、光ファイバコイル１０のコア１０ａと光ファイバライン２０のコア２０ａとをなだらかに融着させている。
なお、光ファイバコイル１０のコア１０ａの有効径は例えば４.２μｍ、クラッド１０ｄの外径は例えば１２５μｍである。また、光ファイバライン２０のコア２０ａの有効径は例えば１０μｍ、クラッド２０ｄの外径は例えば１２５μｍである。
【００１５】
図４に示すように、光ファイバコイル１０には、最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.１ｄＢであり、直線状に伸ばした状態での光損失が３.０ｄＢである光ファイバａを用いた。また、光ファイバライン２０には、最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.５ｄＢであり、直線状に伸ばした状態での光損失が０.４ｄＢである光ファイバｂを用いた。両者の接合部４０での光損失は０.１５ｄＢであった。
光ファイバコイル１０での光損失をＬｃとし、光ファイバライン２０の１ｋｍ当たりの光損失をＬ１とし、光ファイバコイル１０と光ファイバライン２０の接合部４０での光損失をＬｓとし、光ファイバコイル１０の個数をｘ個とし、光ファイバライン２０の長さを１０ｋｍとし、許容される全体の光損失を１５ｄＢとすると、
１５≧Ｌｃ×ｘ＋Ｌｌ×１０＋Ｌｓ×２×ｘ
である。変形すると、
（１５−Ｌｌ×１０）／（Ｌｃ＋２×Ｌｓ）≧ｘ
となる。
ここで、Ｌｃ＝０.１、Ｌｌ＝０.４、Ｌｓ＝０.１５ｄＢであるから、
２７.５≧ｘ
となり、光ファイバコイル設置可能数は２７個となる。
【００１６】
−第２の実施形態−
図５は、第２の実施形態に係る光ファイバコイル式センサ２００を示す構成説明図である。
この光ファイバコイル式センサ２００は、光ファイバを渦巻き形状に巻いた複数の光ファイバコイル１０と、光ファイバコイル１０を直列に接続し且つ光ファイバコイル１０に導入光Ｌｏを導入すると共に光ファイバコイル１０を通過した導出光Ｌｘを導出するための光ファイバライン２０と、光ファイバコイル１０と光ファイバライン２０とを接続する中間光ファイバ３０とを有している。
光ファイバライン２０の端部には、発光素子や受光素子やコンピュータ等を含む測定装置Ｍが接続されている。
【００１７】
図６は、一番端の光ファイバコイル１０の近傍を拡大した構成説明図である。
光ファイバコイル１０の両端は、接合部４１で、中間光ファイバ３０の一端に接合されている。また、中間光ファイバ３０の他端は、接合部４２で、光ファイバライン２０に接合されている。
【００１８】
図７は、接合部４１を示す断面図である。
接合部４１は、異種類の光ファイバを接合したときのモード変化を小さくするため、マイクロトーチ等で熱を加えて、光ファイバコイル１０のコア１０ａと中間光ファイバ３０のコア３０ａとをなだらかに融着させている。
なお、光ファイバコイル１０のコア１０ａの有効径は例えば４.２μｍ、クラッド１０ｄの外径は例えば１２５μｍである。また、中間光ファイバ３０のコア３０ａの有効径は例えば８μｍ、クラッド３０ｄの外径は例えば１２５μｍである。
【００１９】
図８は、接合部４２を示す断面図である。
接合部４２は、異種類の光ファイバを接合したときのモード変化を小さくするため、マイクロトーチ等で熱を加えて、中間光ファイバ３０のコア３０ａと光ファイバライン２０のコア２０ａとをなだらかに融着させている。
なお、光ファイバライン２０のコア２０ａの有効径は例えば１０μｍ、クラッド２０ｄの外径は例えば１２５μｍである。
【００２０】
図９に示すように、光ファイバコイル１０には、最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.０２ｄＢであり、直線状に伸ばした状態での光損失が３.０ｄＢである光ファイバａ’を用いた。また、中間光ファイバ３０には、最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.８ｄＢであり、直線状に伸ばした状態での光損失が１.２ｄＢである光ファイバｃを用いた。両者の接合部４１での光損失は０.１０ｄＢであった。また、光ファイバライン２０には、最小内径７.５ｍｍで３５ターン巻いた状態での光損失が０.５ｄＢであり、直線状に伸ばした状態での光損失が０.４ｄＢである光ファイバｂを用いた。中間光ファイバ３０との接合部４２での光損失は０.０５ｄＢであった。
光ファイバコイル１０での光損失をＬｃとし、光ファイバライン２０の１ｋｍ当たりの光損失をＬ１とし、光ファイバコイル１０と中間光ファイバ３０の接合部４１での光損失をＬcsとし、中間光ファイバ３０と光ファイバライン２０の接合部４２での光損失をＬlsとし、光ファイバコイル１０の個数をｘ個とし、光ファイバライン２０の長さを１０ｋｍとし、許容される全体の光損失を１５ｄＢとすると、
１５≧Ｌｃ×ｘ＋Ｌｌ×１０＋（Ｌcs＋Ｌls）×２×ｘ
である。変形すると、
（１５−Ｌｌ×１０）／｛Ｌｃ＋２×（Ｌcs＋Ｌls）｝≧ｘ
となる。
ここで、Ｌｃ＝０.０２、Ｌｌ＝０.４、Ｌcs＝０.１ｄＢ、Ｌls＝０.０５ｄＢであるから、
３４.４≧ｘ
となり、光ファイバコイル設置可能数は３４個となる。
【００２１】
−比較例−
図１０に示すように、光ファイバコイル１０には光ファイバａ’を用い、光ファイバライン２０には光ファイバｂを用い、第１の実施形態の光ファイバコイル式センサ１００と同じ構成にした場合、光ファイバコイル１０と光ファイバライン２０の接合部４０での光損失をＬｓが０.３ｄＢになった。このため、光ファイバライン２０の長さを１０ｋｍとし、許容される全体の光損失を１５ｄＢとしたときの光ファイバコイル設置可能数は１７個となった。つまり、光ファイバコイル１０に光ファイバａ’を用いるならば、第１の実施形態の光ファイバコイル式センサ１００と同じ構成にするよりも、第２の実施形態の光ファイバコイル式センサ２００と同じ構成にした方がよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の光ファイバコイル式センサによれば、全体としての光損失を小さくすることが出来る。このため、多数の光ファイバコイルを長距離の光ファイバラインに直列に接続して多地点を同時監視することが出来る。例えば、橋梁やトンネルでの振動監視に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサを示す構成説明図である。
【図２】第１の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサの一番端の光ファイバコイル近傍を示す構成説明図である。
【図３】第１の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサにおける接合部を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサの数値例を示す図表である。
【図５】第２の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサを示す構成説明図である。
【図６】第２の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサの一番端の光ファイバコイル近傍を示す構成説明図である。
【図７】第２の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサにおける光ファイバコイルと中間光ファイバの接合部を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサにおける中間光ファイバと光ファイバラインの接合部を示す断面図である。
【図９】第２の実施形態にかかる光ファイバコイル式センサの数値例を示す図表である。
【図１０】比較例にかかる光ファイバコイル式センサの数値例を示す図表である。
【符号の説明】
１０                  光ファイバコイル
２０                  光ファイバライン
３０                  中間光ファイバ
４０，４１，４２      接合部
１００，２００        光ファイバコイル式センサ
【図１】
2004205227.tif 000003
【図２】
2004205227.tif 000004
【図３】
2004205227.tif 000005
【図４】
2004205227.tif 000006
【図５】
2004205227.tif 000007
【図６】
2004205227.tif 000008
【図７】
2004205227.tif 000009
【図８】
2004205227.tif 000010
【図９】
2004205227.tif 000011
【図１０】
2004205227.tif 000012