(57)【要約】【課題】光ファイバセンサの精度を向上させる。【解決手段】光伝送路である光ファイバ７と、この光ファイバ７の途中部位に配され上記光ファイバ７のコア径と異なるコア径を有するセンサ素子７２とを備える光ファイバセンサ１であって、自らにかかる外力に応じて最も変位する自らの部位を利用して上記センサ素子７２を屈曲させる屈曲機構を備える。【選択図】              図１
2005030821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路である光ファイバと、該光ファイバの途中部位に配され前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するセンサ素子とを備える光ファイバセンサであって、
自らにかかる外力に応じて最も変位する自らの部位を利用して前記センサ素子を屈曲させる屈曲機構を備えることを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記屈曲機構は、
前記センサ素子が内部に配される中空状の筐体と、
該筐体の壁部の少なくとも一部分を構成し前記外力によって変形する可撓性のダイヤフラムと
を備え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３】
前記屈曲機構は、
前記センサ素子が内部に配される中空状の筐体と、
該筐体の壁部の少なくとも一部分を構成し前記外力によって変形する可撓性のダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの最も変位する部位に突設されると共に先端部が前記センサ素子と固着される変位伝達部と
を備え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】
前記屈曲機構は、
前記センサ素子が内部に配されると共に所定の大きさの開口部が形成される中空状の筐体と、
該筐体の前記開口部を覆うように一端部が前記筐体に固着される管状のベローズと、
該ベローズの他端部を覆うように前記ベローズに固着され前記センサ素子の一方側の前記光ファイバを保持する第１のファイバ保持部と、
該第１のファイバ保持部と離間した位置において前記筐体に固着され前記センサ素子の他方側の前記光ファイバを保持する第２のファイバ保持部と
を備え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】
前記第１のファイバ保持部材と離間した位置において前記筐体に固着される弾性体保持部と、
該弾性体保持部と前記第１のファイバ保持部材との間に配される弾性体と
を備えることを特徴とする請求項４記載の光ファイバセンサ。
【請求項６】
前記屈曲機構は、
前記センサ素子が内部に配されると共に所定の大きさの開口部が形成される中空状の筐体と、
該筐体の前記開口部を覆うように一端部が前記筐体に固着され先端部において前記センサ素子の一方側の前記光ファイバを保持するブルドン管と、
該ブルドン管の先端部と離間した位置において前記筐体に固着され前記センサ素子の他方側の前記光ファイバを保持する第１のファイバ保持部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、周知のように、光ファイバを用いて河川等の水位を計測する光ファイバセンサとしては、屈曲型と伸張型という２つ代表的な方式が存在する。
ところが、屈曲型の光ファイバセンサの場合には、光ファイバに対して破断限界に近い屈曲を与える必要があり、光ファイバが破断しやすくなるという問題を有している。また、伸張型の光ファイバセンサは、いわゆる光のブリルアン散乱現象を利用した測定方式であり、このブリルアン散乱を測定する装置が複雑かつ高価となってしまうという問題を有している。
また、上述の２方式の他に、光ファイバの途中部位にファイバグレーティング光ファイバを配する方法がある。しかしながら、このファイバグレーティング光ファイバは、他の光ファイバと比較して高価であるために、光ファイバセンサを有するシステム全体の製造コストが増加してしまう。これに加え、ファイバグレーティングは温度依存性を有するために、光ファイバセンサ及び光ファイバセンサを有するシステムに対して温度依存性を考慮した設計が要求される。
このような問題意識から、近年、光ファイバの途中部位にヘテロ構造体であるセンサ素子を配置し、該センサ素子によってゆがみ等に起因するレイリー散乱光の強度を強くし、このレイリー散乱光の反射光を検出する方式が提案されている。
この方式によれば、光ファイバを破断限界近くまで屈曲させなくとも効率的に光ファイバのゆがみを検出することができる。また、高価なファイバグレーティングを使用しなくても良く、比較的安価な光ファイバを使用することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１８０９５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際に上記センサ素子を有した光ファイバセンサによって河川等の水位をする場合には、精度良く計測するために水位の変化に起因する水圧（外力）の変化によって効率的にセンサ素子が屈曲するように、上記光ファイバを支持する必要がある。しかしながら、このような構造についての具体的な提案はされていないのが現状であり、このため、現実問題として精度良く外力を測定することは困難である。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、光ファイバセンサの精度を向上させることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、光伝送路である光ファイバと、この光ファイバの途中部位に配され上記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するセンサ素子とを備える光ファイバセンサであって、自らにかかる外力に応じて最も変位する自らの部位を利用して上記センサ素子を屈曲させる屈曲機構を備えるという構成を採用する。
【０００７】
第２の手段として、上記第１の手段において、上記屈曲機構は、上記センサ素子が内部に配される中空状の筐体と、この筐体の壁部の少なくとも一部分を構成し上記外力によって変形する可撓性のダイヤフラムとを備えるという構成を採用する。
【０００８】
第３の手段として、上記第１の手段において、上記屈曲機構は、上記センサ素子が内部に配される中空状の筐体と、この筐体の壁部の少なくとも一部分を構成し上記外力によって変形する可撓性のダイヤフラムと、このダイヤフラムの最も変位する部位に突設されると共に先端部が上記センサ素子と固着される変位伝達部とを備えるという構成を採用する。
【０００９】
第４の手段として、上記第１の手段において、上記屈曲機構は、上記センサ素子が内部に配されると共に所定の大きさの開口部が形成される中空状の筐体と、この筐体の上記開口部を覆うように一端部が上記筐体に固着される管状のベローズと、このベローズの他端部を覆うように上記ベローズに固着され上記センサ素子の一方側の上記光ファイバを保持する第１のファイバ保持部と、この第１のファイバ保持部と離間した位置において上記筐体に固着され上記センサ素子の他方側の上記光ファイバを保持する第２のファイバ保持部とを備えるという構成を採用する。
【００１０】
第５の手段として、上記第４の手段において、上記第１のファイバ保持部材と離間した位置において上記筐体に固着される弾性体保持部と、この弾性体保持部と上記第１のファイバ保持部材との間に配される弾性体とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第６の手段として、上記第１の手段において、上記屈曲機構は、上記センサ素子が内部に配されると共に所定の大きさの開口部が形成される中空状の筐体と、この筐体の上記開口部を覆うように一端部が上記筐体に固着され先端部において上記センサ素子の一方側の上記光ファイバを保持するブルドン管と、このブルドン管の先端部と離間した位置において上記筐体に固着され上記センサ素子の他方側の上記光ファイバを保持する第１のファイバ保持部とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る光ファイバセンサの一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、本光ファイバセンサは、河川等の水位を計測する場合を想定して構成されている。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る光ファイバセンサ１の要部断面図である。光ファイバセンサ１は、河川等の水中に設置されることによってその計測データを外部に出力するためのものであり、筐体２、ダイヤフラム３、保護カバー４、光ファイバ導入チューブ５、大気開放チューブ６及び光ファイバ７を有している。なお、本実施形態において、本発明に係る屈曲機構は、筐体２、ダイヤフラム３、保護カバー４、光ファイバ導入チューブ５及び大気開放チューブ６から構成されている。
【００１４】
筐体２は中空の円筒部材であり、水等と接触することに起因する熱変形が抑制されるように、熱膨張係数の小さい金属材等からなることが好ましい。この筐体２の下部は開口端となっており、この開口端を覆うようにダイヤフラム３の周縁部が筐体２に固定されている。ダイヤフラム３は、筐体２の壁部の少なくとも一部を構成し外力によって変形する可撓性の部材であり、例えば薄い金属板からなり下方から外力を受けることによって上方に変位する可撓性を有している。
【００１５】
保護カバー４は、本光ファイバセンサ１を水中に没させた場合に、水底の砂利等と接触することによってダイヤフラム３が損傷しないように保護するための中空部材であり、ダイヤフラム３を囲むように筐体２に固定されている。この保護カバー４には、外部から保護カバー４の内部に水を流入させるための流入口４ａが適所に形成されている。
【００１６】
光ファイバ導入チューブ５は、例えば陸上において布設された光ファイバ７を筐体２の内部に導入するためのチューブであり、筐体２の上壁部２ａを挿通して配置されている。また、この光ファイバ導入チューブ５は、大気下から筐体２の内部に亘って配置されていると共に、筐体２の内部に水が流入しないように筐体２の上壁部２ａに対して密着固定されている。
【００１７】
大気開放チューブ６は、一端部６ａが筐体２の内部に配され、他端部が大気下に配されており、光ファイバ導入チューブ５の内部を挿通して大気下から筐体２の内部に亘って布設されている。この大気開放チューブ６を介して筐体２の内部に外気が導入されるため、筐体２の内部は常に大気圧雰囲気とされる。
【００１８】
光ファイバ７は、複数種類の光ファイバが融着して連接されてなるものであり、光ファイバ導入チューブ５の内部を挿通して筐体２の内部に配されている。この光ファイバは、第１の光ファイバ７１、ヘテロコア部７２（センサ素子）及び第２のファイバ７３から構成されている。
図２は、ヘテロコア部７２周辺の光ファイバ７の拡大図である。この図に示すように、第１の光ファイバ７１と第２の光ファイバ７３とでヘテロコア部７２を挟み込むように各々が融着されている。
第１の光ファイバ７１はクラッド径が１２５μｍでコア径が９μｍの光ファイバであり一端部がヘテロコア部７２と融着され、他端部が筐体２の外部に配されるように延在している。ヘテロコア部７２は第１の光ファイバ７１のヘテロ構造体であり、長さが３ｍｍでコア径が４μｍの光ファイバである。第２の光ファイバは、いわゆるダミーファイバとして用いられるＤＳＭ（分散シフトシングルモード）光ファイバであり、一端部がヘテロコア部７２と融着され、他端部が筐体２の外部に配されるように延在している。また、この第２の光ファイバ７３は、周知のように、計測精度を向上させるためにある程度の長さ（例えば１００ｍ）を有することが好ましい。このため、本実施形態において第２の光ファイバ７３は、図１に示すように、筐体２の内部において巻回された状態で配されている。
【００１９】
このように複数種類の光ファイバが連接されてなる光ファイバ７は、図１に示すように、ヘテロコア部７２がダイヤフラム３の中央部に位置するように接着剤によってダイヤフラム３に固着されている。ここで、ヘテロコア部７２をダイヤフラム３の中央部に位置するように固着するのは、ダイヤフラム３の中央部が水圧に対する変位量が最も大きいためである。
【００２０】
上述のように構成された光ファイバセンサ１を水中に没させると、保護カバー４の流入口４ａを介して水が流入し、保護カバー４の内部に水が充満する。そして、保護カバー４の内部に水が充満すると、水圧と大気圧との差によってダイヤフラム３に対して上方に力が作用する。ここで可撓性を有するダイヤフラム３は、その周縁部が筐体２に対して固定されているために中央部が盛り上がるように変形する。
【００２１】
このダイヤフラム３の変形によって光ファイバ７のヘテロコア部７２が屈曲される。この状態で、第１の光ファイバ７１の他端部から光パルスが入射されると、この光パルスはヘテロコア部７２において当該へテロコア部７２の屈曲の度合に応じてレイリー散乱光が変化する。
【００２２】
ここで、河川等の水位が上昇したと仮定すると、水圧が上昇しダイヤフラム３に下方から作用する力も水圧に応じて大きくなる。このような場合、ダイヤフラム３の中央部の変位量は、さらに大きくなり、結果、ヘテロコア部７２がさらに屈曲される。そして、ヘテロコア部７２の屈曲が大きくなると、レイリー散乱に起因する反射光の強度が小さくなる。
また、逆に河川等の水位が下がった場合には、ダイヤフラム３の中央部の変位量が小さくなり、反射光の強度が小さくなる。
【００２３】
このように、本実施形態に係る光ファイバセンサ１のヘテロコア部７２は、水位の変化に対して最も変位の大きなダイヤフラム３の中央部に位置している。このため、反射光の強度差を大きくすることができ、結果、本光ファイバセンサ１の精度を向上させることが可能となる。
【００２４】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態においては、ヘテロコア部７２がダイヤフラム３の中央部に位置するように光ファイバ７をダイヤフラム３に固着した。しかしながら、本発明に係る光ファイバセンサ１が河川等の水の温度変化が大きいような場所に設置される場合には、水の温度変化によってダイヤフラム３等の熱変形量が大きくなることが考えられ、計測誤差となる可能性が懸念される。
そこで、本第２実施形態においては、熱変形量が小さなファイバ保持部によって光ファイバ７を保持し、上記ダイヤフラム３とヘテロコア部７２との間に変位伝達部を備えるという構成を採用する。なお、本第２実施形態においては第１実施形態と異なる部分について説明する。
【００２５】
図３は、本第２実施形態に係る光ファイバセンサ１の要部断面図である。この図において、符号８はファイバ保持部、９は変位伝達部である。なお、本実施形態において、本発明に係る屈曲機構は、筐体２、ダイヤフラム３、保護カバー４、光ファイバ導入チューブ５、大気開放チューブ６、ファイバ保持部８及び変位伝達部９から構成されている。
ファイバ保持部８は、外部の熱変化によって変形し難い材料からなり、その一部（図３における左端部）のみが筐体２の内壁に固定されることによってダイヤフラム３の上方に支持される。このように、ファイバ保持部８は、自らの一部のみが筐体２に接触された状態で支持されているので、筐体２を介して外部（水）の熱が伝わることが抑制される。これによって、ファイバ保持部８の熱変形を防止することができる。
図４は、ファイバ保持部８の全体構成を示した図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が正面図である。このファイバ保持部８は、土台８ａ及び１対の保持部８ｂとから構成されている。
土台８ａは、図５（ａ）に示すように、その中央部に開口部８ａ１が形成された板状部材である。保持部８ｂは、図４に示すように、開口部８ａ１を挟み込むように土台８ａの上面に各々が線対象的に設置されている。この保持部８ｂは、図５（ｂ）に示すように、２つの構成部材８ｂ１，８ｂ２が接合することによって構成されており、これらの構成部材８ｂ１，８ｂ２の接合面側には、各々同じ幅のＶ溝８ｂ１ａ，８ｂ２ａが形成されている。構成部材８ｂ１，８ｂ２は、各々に形成されたＶ溝８ｂ１ａ，８ｂ２ａ同士が対向するように接合されており、これによって、保持部８ｂには光ファイバ７を挿通・保持するための挿通口８ｂ３が形成される。
そしてこのように構成されたファイバ保持部８は、土台８ａの端部が筐体２の内壁に固着されることによって、開口部８ａ１がダイヤフラム３の中央部の上方に位置するように支持される。
【００２６】
変位伝達部９は、図４に示すように、ダイヤフラム３の外力によって最も変形する中央部に上方向けて突設されているものであり、ファイバ保持部８と同様に熱変形し難い部材によって構成されている。また、変位伝達部９は、先端部がファイバ保持部８の土台８ａの上方に位置するように土台８ａの開口部８ａ１を通過して設置されている。
このように、変位伝達部９はダイヤフラム３の中央部のみに接触して突設されており、さらにダイヤフラム３は周縁部が筐体２に固定されている。このため、ダイヤフラム３が熱変形した場合であっても、その中央部は熱変形による変位が少なく、結果、変位伝達部９に対する影響を軽減させることができる。
【００２７】
そして、光ファイバ７は、図４に示すように、各保持部８に形成された挿通口８ｂ３に挿通され、ヘテロコア部７２が変位伝達部９の先端部に固着されている。
【００２８】
このように構成された本第２実施形態に係る光ファイバセンサ１を水中に没させると、水位に応じた圧力がダイヤフラム３にかかり、ダイヤフラム３がその圧力に応じて変位する。そして、ダイヤフラム３が変位することによって変位伝達部９の先端部が変位し、結果、ヘテロコア部７２の屈曲の度合が圧力（水位）に応じて変化する。
【００２９】
上述のように、本第２実施形態に係る光ファイバセンサ１によれば、ファイバ保持部８及び変位伝達部９を備えるので、上記第１実施形態と同様の効果を奏すると共に、外部の温度変化に影響され難い光ファイバセンサ１を構成することが可能となる。
【００３０】
（第３実施形態）
第３実施形態として、上記第１及び第２実施形態と異なる形態を有する光ファイバセンサ１について、図６を参照して説明する。なお、本第３実施形態においては、上記第１及び第２実施形態と異なる部分について説明する。
【００３１】
図６は、本第３実施形態に係る光ファイバセンサ１の要部断面図である。この図において、符号１０はベローズ、１１は第１のファイバ保持部、１２は第２のファイバ保持部である。なお、本実施形態において、本発明に係る屈曲機構は、筐体２、保護カバー４、光ファイバ導入チューブ５、大気開放チューブ６、ベローズ１０、第１のファイバ保持部１１及び第２のファイバ保持部１２から構成されている。
【００３２】
本実施形態に係る光ファイバセンサ１の筐体２の下部は開口端ではなく、底部２ｂが形成されている。そして、この底部２ｂには、所定の大きさの開口部２ｂ１が形成されている。
【００３３】
ベローズ１０は、可撓性を有する蛇腹形のチューブであり、下端部で開口部２ｂ１を覆うように底部２ｂに固着されている。また、ベローズ１０の他端部は第１のファイバ保持部１１によって閉じられている。
第１のファイバ保持部１１はベローズ１０によって支持されている円板状部材であり、図示するように、一端部（図６における右側端部）が筐体２の内壁近傍まで延在して配されている。この第１のファイバ保持部材１１の一端部近傍には、図７（ａ）に示すように、光ファイバ７が挿通するための挿通口１１ａが形成されている。この挿通口１１ａは、図示するように、当該挿通口１１ａの上部が筐体２の中心部に向くように傾斜した状態で形成されている。
【００３４】
第２のファイバ保持部１２は、光ファイバ７が挿通するための挿通口１２ａが形成された板状部材であり、挿通口１２ａが第１のファイバ保持部材１１の挿通口１１ａの上方に位置するように筐体２の内壁に固着されている。挿通口１２ａは、図７（ｂ）に示すように、下部が筐体２の中心部に向くように傾斜した状態で形成されている。
【００３５】
そして、光ファイバ７は、挿通口１１ａ及び挿通口１２ａを挿通した状態で配され、挿通口１１ａ及び挿通口１２ａにおいて固着されている。また、光ファイバ７は、ヘテロコア部７２が第１のファイバ保持部材１１と第２のファイバ保持部材１２との間（好ましくは第１ファイバ保持部材１１と第２のファイバ保持部材１２との間の中央部）に位置するように配されている。
このように、光ファイバ７は、上部が筐体２の中心部に向くように傾斜した状態で形成された挿通口１１ａ及び下部が筐体２の中心部に向くように傾斜した状態で形成された挿通口１２ａに挿通されているので、第１のファイバ保持部材１１と第２のファイバ保持部材１２との間が狭まった場合には、筐体２の中央部に向かう方向のみに屈曲される。
【００３６】
このように構成された本第３実施形態に係る光ファイバセンサ１を水中に没させると、保護カバー４及びベローズ１０の内部に水が充満する。ここで、ベローズ１０が可撓性を有する蛇腹形のチューブであるために、第１のファイバ保持部材１１は水位に応じた圧力を受けて上方に変位する。この結果、第１のファイバ保持部１１と第２のファイバ保持部１２との間が狭まり、ヘテロコア部７２が屈曲される。
第１のファイバ保持部１１と第２のファイバ保持部１２との間は、第１のファイバ保持部１１が受ける圧力に応じて変化するので、ヘテロコア部７２の屈曲の度合は、第１のファイバ保持部１１が受ける圧力（水位）に応じて変化する。
【００３７】
上述のように構成された本第３実施形態に係る光ファイバセンサ１によれば、ベローズ１０を備えることによって、上記第１及び第２実施形態に示したダイヤフラム３による変位量よりも大きな変位量を得ることができる。このため、ヘテロコア部７２に大きな度合の屈曲を与えることができ、光ファイバセンサ１の精度が向上される。なお、ここで言う大きな度合の屈曲とは、光ファイバ７の破断させる程の屈曲でないことは言うまでもない。
また、ベローズ１０を備えることで圧力に対して大きな変位量を得ることができるので、第１のファイバ保持部１１と第２のファイバ保持部１２との間を予め長く設定してもヘテロコア部７２に充分な屈曲を与えることが可能となる。このように、第１のファイバ保持部１１と第２のファイバ保持部１２との間を予め長く設定すると、筐体２自体が熱変形することによって第２のファイバ保持部１２が変位した場合であってもその誤差を軽減させることが可能となる。
【００３８】
（第４実施形態）
第３実施形態では、ベローズ１０によってダイヤフラム３よりも大きな変位量が得られるが、一般的に高精度を確保することが難しい。そこで、第４実施形態として、上記第３実施形態に係る光ファイバセンサ１が第１のファイバ保持部１１の変位をさらに高精度にするための弾性部を有した構成について、図８を参照して説明する。なお、本第４実施形態においては、上記第３実施形態と異なる部分について説明する。
【００３９】
図８は、本第４実施形態に係る光ファイバセンサ１の要部断面図である。この図において、符号１３はバネ（弾性体）、１４はバネ保持部（弾性体保持部）である。なお、本実施形態のおいて、本発明に係る屈曲機構は、筐体２、保護カバー４、光ファイバ導入チューブ５、大気開放チューブ６、ベローズ１０、第１のファイバ保持部１１、第２のファイバ保持部１２、バネ１３及びバネ保持部１４から構成されている。
バネ保持部１４は、バネ１３が第１のファイバ保持部１１の上方に位置するようにバネ１３を保持するものであり、第１のファイバ保持部１１と離間した位置において筐体２の底部２ｂに固着されている。
また、本実施形態においてファイバ保持部１２は、筐体２の底部２ｂに固定されえている
また、本第４実施形態におけるベローズ１０は、水圧をバネ１３に伝達する機能のみを有すれば良い。このため、本実施形態におけるベローズ１０は、上記第３実施形態におけるベローズ１０よりもバネ定数を小さく設定されている。
【００４０】
このように構成された本光ファイバセンサ１を水中に没させると、第１のファイバ保持部１１が圧力を受けて変位し、その変位量は配置されたバネ１３によりバランスするため、第１のファイバ保持部１１の変位は、上記第３実施形態における第１ファイバ保持部１１よりも高精度となる。
【００４１】
上述のように構成された本第４実施形態に係る光ファイバセンサ１によれば、バネ保持部材１４と第１のファイバ保持部１１との間にバネ１３が設置されることによって、バネ基準となり、光ファイバセンサ１の精度がさらに向上される。
【００４２】
（第５実施形態）
第５実施形態として、上記第１〜第４実施形態と異なる形態の光ファイバセンサ１について、図９を参照して説明する。なお、本第５実施形態においては、上記第３及び第２実施形態と異なる部分について説明する。
【００４３】
図９は、本第５実施形態に係る光ファイバセンサ１の要部断面図である。この図において、１５はブルドン管、１６はブルドン管保持部である。なお、本実施形態において、本発明に係る屈曲機構は、筐体２、保護カバー４、光ファイバ導入チューブ５、大気開放チューブ６、第１のファイバ保持部１１、ブルドン管１５及びブルドン管保持部１６から構成されている。
筐体２の底部２ｂには、ブルドン管１５の管径に応じた開口部２ｂ２が形成されている。
ブルドン管１５は、所定の曲率半径を有する管であり、内部に水圧がかかると先端部が上下動するものである。このブルドン管１５は、筐体２の底部２ｂに形成された開口部２ｂ２を覆うように筐体２の底部２ｂに固着され、さらに筐体２の底部２ｂ２に固着されたブルドン管保持部１６によって保持されている。
本実施形態に係る光ファイバセンサ１は、上記第３及び第４実施形態において示した第２のファイバ保持部１２を有しておらず、第１のファイバ保持部１１のみがブルドン管１５の先端部の下方において筐体２の底部２ｂに固着されて配されている。
そして、光ファイバ７は、ブルドン管１５の先端部と第１のファイバ保持部１１に形成された挿通口１１ａとに固着されている。また、光ファイバ７はヘテロコア部７２が第１のファイバ保持部材１１とブルドン管１５の先端部との間（好ましくは第１ファイバ保持部材１１と第２のブルドン管１５の先端部との間の中央部）に位置するように配されている。さらに、本実施形態に係る光ファイバ７は、予めヘテロコア部７２が屈曲された状態に配置されている。
【００４４】
このように構成された本第５実施形態に係る光ファイバセンサ１を水中に没させると、保護カバー３及びブルドン管１５の内部に水が充満する。ブルドン管１５内に水が充満すると水圧によってブルドン管１５の曲率半径が大きくなり、ブルドン管１５の先端が上方に変位する。これによってヘテロコア部７２の屈曲の度合が小さくなる。したがって、本実施形態に係る光ファイバセンサ１は、水位が上昇することによって水圧が上がると、反射光の強度が強くなる。
【００４５】
上述のように構成された本第５実施形態に係る光ファイバセンサ１では、ブルドン管１５によってヘテロコア部７２の屈曲の度合を変化させることができる。
【００４６】
以上、図１〜図９を参照しながら本発明に係る光ファイバセンサ１の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記第３〜第５実施形態に係る光ファイバセンサ１のベローズ１０あるいはブルドン管１５の下端部をダイヤフラムで覆い、さらにベローズ１０あるいはブルドン管１５の内部に予めオイルを充填しておき、オイルを介して圧力を伝達することで、第３及び第４実施形態の第１のファイバ保持部１１あるいは第５実施形態のブルドン管１５の先端部を変位させても良い。
【００４７】
（光ファイバセンサシステム）
次に、本発明に係る光ファイバセンサを備える光ファイバセンサシステムの一実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０は、光ファイバセンサシステムのブロック図である。この図において、符号１１〜１ｎは光ファイバセンサ、２０はＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）、３０は演算部、４０は表示部である。
【００４８】
本実施形態において、光ファイバセンサ１１〜１ｎは、同一河川の複数箇所あるいは複数の河川の水中に配されている。これらの光ファイバセンサ１１〜１ｎ同士は、各々の光ファイバの端部を融着されることによって直列接続されている。そして、光ファイバセンサ１１が有する光ファイバの一端がＯＴＤＲ２０に接続されている。
【００４９】
ＯＴＤＲ２０は、光ファイバにレーザ光等の光パルスを入射させ、光ファイバの途中から入射側（後方）に戻ってくる後方散乱光を時間分解して測定するものであり、光ファイバの任意の位置の反射情報を実時間で測定して出力することができる装置である。すなわち、このＯＴＤＲ２０は、光ファイバセンサ１１〜１ｎに光パルスを入射させる入射手段と光ファイバセンサ１１〜１ｎから戻ってくる反射光を受光する受光手段との両方の機能を備えた装置である。
演算部３０は、ＯＴＤＲ２０の後段に設けられており、ＯＴＤＲ２０から入力される測定データに基づいて所定の演算を行うことによって各光ファイバセンサ１１〜１ｎが設置された場所における水位を算出して出力するものである。
表示部４０は、演算部３０の後段に設けられており、演算部３０から入力される演算データに基づいて、各光ファイバセンサ１１〜１ｎが設置された場所における水位を例えば画面等に表示する。
【００５０】
そして、このように構成された本実施形態に係る光ファイバセンサシステムのいて、ＯＴＤＲ２０から光パルスを光ファイバに入射させると、入射されたパルスは、光ファイバの各所において散乱し、ＯＴＤＲ２０にその散乱光の一部が反射光として戻ってくる。そして、ＯＴＤＲ２０は、光ファイバの長さ方向における反射光の強度分布を測定データとして出力する。
【００５１】
演算部３０は、この反射光の強度分布に基づいて各光ファイバセンサ１１〜１ｎが設置された場所の水位を算出することとなるが、上記第１〜第５実施形態において説明したように、各光ファイバセンサ１１〜１ｎのヘテロコア部における反射光の強度が特に強いので、精度よく水位を算出できる。具体的には、演算部３０は、予め記憶した所定水位を示す反射光の強度と測定データとを比較することによって各場所における水位を算出する。そして、演算部３０によって算出された水位を示す演算データは、演算部３０から出力された後、表示部４０に入力する。そして、表示部４０において、各光ファイバセンサ１１〜１ｎが設置された場所における水位が表示される。
【００５２】
上述のように構成された本実施形態に係る光ファイバセンサシステムによれば、本発明に係る光ファイバセンサを備えるため、精度良く水位を測定することが可能となる。
また、本実施形態に係る光ファイバセンサシステムによれば、例えば、水位観測所等の施設にＯＴＤＲ２０、演算部３０及び表示部４０を設置することによって、観測者は、水位観測所等に居ながらにして河川等の水位情報を得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光伝送路である光ファイバと、この光ファイバの途中部位に配され上記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するセンサ素子とを備える光ファイバセンサであって、自らにかかる外力に応じて最も変位する自らの部位を利用して上記センサ素子を屈曲させる屈曲機構を備える。したがって、光パルス等を入射した場合に反射光の強度が強くなるので、光ファイバセンサの精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバセンサの要部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るヘテロコア部７２周辺の拡大図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光ファイバセンサの要部断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るファイバ保持部８の拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るファイバ保持部８の土台８ａ及び保持部８ｂを示した図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る光ファイバセンサの要部断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る第１のファイバ保持部と第２のファイバ保持部の拡大図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る光ファイバセンサの要部断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る光ファイバセンサの要部断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサを備える光ファイバセンサシステムのブロック図である。
【符号の説明】
１……光ファイバセンサ
２……筐体
３……ダイヤフラム
４……保護カバー
５……光ファイバ導入チューブ
６……大気開放チューブ光
７……光ファイバ
７１……第１の光ファイバ
７２……へテロコア部（センサ素子）
７３……第２の光ファイバ
８……ファイバ保持部
９……変位伝達部
１０……ベローズ
１１……第１のファイバ保持部
１２……第２のファイバ支持部
１３……バネ（弾性体）
１４……バネ保持部（弾性体保持部）
１５……ブルドン管
１６……ブルドン管保持部
２０……ＯＴＤＲ
３０……演算部
４０……表示部
【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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