(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の光ファイバの被覆層を一部除去して露出させた裸光ファイバのコアに、その長さ方向にこのコアの屈折率が周期的に変化してなるグレーティング部が複数形成されてなり、
これら複数のグレーティング部を形成した裸光ファイバの外周上に合成樹脂層が一体に設けられ、前記光ファイバに張力が印加された際に、前記合成樹脂層の長さ方向の位置によってグレーティング部に印加される張力の大きさが異なるために、前記複数のグレーティング部のグレーティングピッチの変化量が相互に異なるようになっており、前記合成樹脂層の外面に補強材が一体化されていることを特徴とする温度張力測定ファイバグレーティングセンサ。
【請求項２】
１本の光ファイバの被覆層を一部除去して露出させた裸光ファイバのコアに、その長さ方向にこのコアの屈折率が周期的に変化してなるグレーティング部が複数形成されてなり、
これら複数のグレーティング部を形成した裸光ファイバの外周上の少なくともひとつのグレーティング部の上に、厚さ０．５ｍｍ以上の合成樹脂層が設けられ、前記光ファイバに張力が印加された際に、前記複数のグレーティング部のグレーティングピッチの変化量が相互に異なるようになっており、前記合成樹脂層の外面に補強材が一体化されていることを特徴とする温度張力測定ファイバグレーティングセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のファイバグレーティングセンサにおいて、前記補強材が、負の線膨張係数を有する材料からなることを特徴とする温度張力測定ファイバグレーティングセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物や船、飛行機などの構造物の局所的な温度や張力の測定に利用されるセンサに係り、ファイバグレーティングの反射光ピークあるいは透過損失ピークの温度依存性および張力依存性を利用してひとつのファイバグレーティングで温度および張力を測定可能とする温度張力測定ファイバグレーティングセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバグレーティングは光ファイバの長さ方向に、コアの屈折率やコア径の周期的な変化などの摂動を形成したグレーティング部を有するものである。そして、この周期的な変化の周期（グレーティングピッチ）を比較的狭く設計することによって、光ファイバのコアに伝送される光のうち、特定波長帯の光が反射される特性が得られる。その結果、反射光の波長スペクトルにおいては、特定波長帯の反射光のピーク（以下、反射光ピークという）が生じる。また、透過光の波長スペクトルにおいては、前記反射光ピークに対応する波長帯に透過損失のピーク（以下、透過損失ピークという）が得られる。
【０００３】
この種のファイバグレーティングは、温度変化に応じてグレーティング部のコアの実効屈折率が変化することから、反射光ピークあるいは透過損失ピークの中心波長（以下、特に断りがない場合は、まとめてピークの中心波長というものとする。）が変化することを利用して温度センサとして用いることができる。
前記中心波長は、通常、ピークの最大値の半値を与える波長範囲の中心の波長をいう。
また、ファイバグレーティングに応力（張力）が印加され、光ファイバの長さが変化することにより、そのグレーティングピッチが変化することから、前記中心波長が変化することを利用して、張力センサとして用いることができる。
【０００４】
そして、例えば各種の建築物や構造物にファイバグレーティングを用いたファイバグレーティングセンサを埋め込んで、その波長スペクトルのピークの中心波長を検出することによって、グレーティング部が位置する測定点の温度や歪みを光学的に遠隔測定する測定系を構築することができる。
【０００５】
他のセンシング技術では測定点が増加するとその増加数に応じて測定器を増加させる必要があり、コストが高くなるが、ファイバグレーティングセンサは、時間分割技術や波長分割技術を用いると、測定器などの高価なものを増加させなくても、比較的安価なファイバグレーティングの数を増やすことによって複数の測定点の温度や張力を測定することができ、コストの観点から非常に有利である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のファイバグレーティングセンサにおいては、上述のようなピークの中心波長の変化が温度変化によるものなのか張力変化によるものなのかを分離して検出することが困難であった。したがって、温度と張力の両方を高精度で測定できるものが求められていた。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、温度と張力を分離して測定できるファイバグレーティングセンサを提供することを課題とする。
さらに、ひとつのファイバグレーティングセンサで、温度と張力の両方を高精度で測定できるものを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明においては以下のよう解決手段を提案する。第１の発明は、１本の光ファイバの被覆層を一部除去して露出させた裸光ファイバのコアに、その長さ方向にこのコアの屈折率が周期的に変化してなるグレーティング部が複数形成されてなり、これら複数のグレーティング部を形成した裸光ファイバの外周上に合成樹脂層が一体に設けられ、前記光ファイバに張力が印加された際に、前記合成樹脂層の長さ方向の位置によってグレーティング部に印加される張力の大きさが異なるために、前記複数のグレーティング部のグレーティングピッチの変化量が相互に異なるようになっており、前記合成樹脂層の外面に補強材が一体化されていることを特徴とする温度張力測定ファイバグレーティングセンサである。
第２の発明は、１本の光ファイバの被覆層を一部除去して露出させた裸光ファイバのコアに、その長さ方向にこのコアの屈折率が周期的に変化してなるグレーティング部が複数形成されてなり、これら複数のグレーティング部を形成した裸光ファイバの外周上の少なくともひとつのグレーティング部の上に、厚さ０．５ｍｍ以上の合成樹脂層が設けられ、前記光ファイバに張力が印加された際に、前記複数のグレーティング部のグレーティングピッチの変化量が相互に異なるようになっており、前記合成樹脂層の外面に補強材が一体化されていることを特徴とする温度張力測定ファイバグレーティングセンサである。
第３の発明は、第１又は第２の発明のファイバグレーティングセンサにおいて、前記補強材が、負の線膨張係数を有する材料からなることを特徴とする温度張力測定ファイバグレーティングセンサである。
本発明において単に光ファイバという場合は、裸光ファイバの上に被覆層が設けられた光ファイバ素線もしくは光ファイバ心線などを包含するものとする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はファイバグレーティングの一例を示した説明図であって、図中符号１はシングルモード型の裸光ファイバである。この裸光ファイバ１は、高屈折率のコア１ａとその周囲に同心円状に設けられた低屈折率のクラッド１ｂとから構成されている。そして、コア１ａ（光ファイバ）の長さ方向の一部には、局所的にコア１ａの屈折率が長さ方向に周期的に変化しているグレーティング部４が設けられている。
【００１０】
コア１ａはゲルマニウム添加石英ガラスからなり、クラッド１ｂは純石英ガラスまたはフッ素添加石英ガラスから形成されている。
グレーティング部４は、例えば以下のようにして、ゲルマニウム添加石英ガラスに特定波長帯の紫外光を照射すると、その屈折率が上昇する、いわゆるフォトリフラクティブ効果を利用して製造することができる。
【００１１】
まず、裸光ファイバ１の外周上に紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層が設けられた光ファイバ素線を用意し、この被覆層の一部を除去して裸光ファイバ１を露出させる。
一方、石英ガラスなどの光を透過する材料からなり、その片面に所定の周期で複数の格子が形成された位相マスクを用意し、前記裸光ファイバ１の側面に、その格子の形成面が対峙するように配置する。そして、この位相マスクを介して波長２４０ｎｍ付近の紫外光を照射すると、位相マスクの格子によって干渉縞を生じ、紫外光の強度パターンが形成される。その結果、前記干渉縞が生じた部分のコア１ａの屈折率が変化し、干渉部分の周期に対応した周期でコアの屈折率が周期的に変化しているグレーティング部４が得られる。
【００１２】
図２（ａ），図２（ｂ）は本発明の温度張力測定ファイバグレーティングセンサ（以下、ＦＧセンサと記す）の第１の実施形態例を示したもので、図２（ａ）は図２（ｂ）に示したＡ−Ａにおける断面図、図２（ｂ）は側断面図である。
このＦＧセンサにおいては、裸光ファイバ１の上に紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層５が設けられた光ファイバ素線（光ファイバ）の途中の被覆層５を除去して露出させた裸光ファイバ１に、ふたつの反射型のグレーティング部４Ａ，４Ｂが設けられたファイバグレーティングが用いられている。
【００１３】
裸光ファイバ１の長さ方向において、グレーティング部４Ａは露出した裸光ファイバ１の中央付近に設けられ、グレーティング部４Ｂは一方の被覆層５の終端近くに設けられている。
また、グレーティング部４Ａ，４Ｂにおいて得られるピークの中心波長が異なるように、グレーティング部４Ａ，４Ｂのグレーティングピッチは異なっている。図３はこのＦＧセンサの反射光の波長スペクトルを示したもので、ピークａがグレーティング部４Ａの反射光ピーク、ピークｂがグレーティング部４Ｂの反射光ピークである。
【００１４】
そして、露出した裸光ファイバ１と、この裸光ファイバ１の両側の被覆層５の終端を含む部分は、断面半円の柱状の補強材７とともに円管状の合成樹脂製チューブ（一括被覆層）９内におさめらている。
補強材７の側面の曲面部７ａは合成樹脂製チューブ９の内壁に接触しており、ファイバグレーティングは、補強材７の側面の平面部７ｂと合成樹脂製チューブ９の内壁とに囲まれた空間の中心付近に配置されている。そして、裸光ファイバ１の外面および被覆層５の外面と、平面部７ａおよび合成樹脂製チューブ９の内壁との間には合成樹脂層１１が充填されて、補強構造１２が構成されている。換言すると、合成樹脂層１１の外面に補強材７が一体化されている。
【００１５】
合成樹脂製チューブ９は合成樹脂層１１と補強材７とを一体化するために設けられているもので、ポリエチレンなどからなる熱収縮チューブを用いると、ＦＧセンサの作製時の操作性が良好で、かつ合成樹脂製チューブ９内に隙間が形成されにくく、好ましい。この例において、補強材７はミラクロンＰＨ−３３（日本ガイシ製）を用いている。
【００１６】
合成樹脂製チューブ９の外径は、スペース効率の観点から好ましくは１〜１０ｍｍ、さらに好ましくは１．５〜３ｍｍとされる。
合成樹脂製チューブ９の厚さは特に限定しないが、通常０．１〜０．６ｍｍとされる。０．１ｍｍ未満の場合は合成樹脂製チューブ９を設けた効果が得られず、０．６ｍｍをこえると合成樹脂層１１のグレーティング部４Ａ，４Ｂに対する作用に影響する場合がある。この例において、合成樹脂製チューブ９の内径は４．３ｍｍ、外径は４．８ｍｍで、合成樹脂製チューブ９の厚さは０．２５ｍｍである。
【００１７】
また、合成樹脂製チューブ９（合成樹脂層１１）の長さ（以下、単に長さという場合は裸光ファイバ１の長さ方向の長さとする。）は３〜５００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍである。３ｍｍ未満の場合は  グレーティング部４Ａ，４Ｂに印加される張力の大きさの差が小さくなり、感度が低下する場合がある。５００ｍｍをこえるとスペース効率が低下するため不都合である。この例において合成樹脂製チューブ９の長さは４０ｍｍである。
【００１８】
この例において、裸光ファイバ１の外径は約１２５μｍ、被覆層５を含む外径は約２５０μｍである。
また、合成樹脂製チューブ９内の被覆層５が除去された裸光ファイバ１の長さは３０ｍｍ、裸光ファイバ１の両側の合成樹脂製チューブ９内の被覆層５，５の長さは、それぞれ５ｍｍである。
【００１９】
グレーティング部４Ａ，４Ｂの長さ（グレーティング長）は、好ましくはそれぞれ０．５〜１０ｍｍとされるが、グレーティング部４Ａ，４Ｂの特性によって適宜調整される。この例においてはグレーティング部４Ａのグレーティング長が２ｍｍ、グレーティング部４Ｂのグレーティング長が２ｍｍである。
グレーティング部４Ａ，４Ｂのグレーティングピッチは反射型の特性を得るために、１μｍ以下、好ましくは０．３４〜０．５８μｍとされるが、上述のようにグレーティング部４Ａとグレーティング部４Ｂのグレーティングピッチは相互に異なっている。
【００２０】
グレーティング部４Ａ，４Ｂ間の距離は４〜４００ｍｍ、好ましくは８〜３０ｍｍとされる。８ｍｍ未満の場合はグレーティング部４Ａ，４Ｂ間の張力の印加量の差が小さくなり、不都合な場合がある。３０ｍｍをこえると温度差が無視できなくなり、グレーティング部４Ａ，４Ｂの温度が均一にならず、不都合な場合がある。
また、グレーティング部４Ｂ側の合成樹脂製チューブ９の端部からグレーティング部４Ｂまでの距離は、この例において１０ｍｍである。この距離はグレーティング部４Ａ，４Ｂに印加される張力によるグレーティングピッチの変化量の差によって適宜調整される。
【００２１】
合成樹脂層１１としてはポリエチレンなどが用いられる。
また、合成樹脂層１１は、ＦＧセンサを埋め込む被測定物の材料のヤング率よりも大きいヤング率を有する材料から構成すると、グレーティング部４Ａ，４Ｂが張力以外の測定点における歪みの影響を受け難く、好ましい。
被測定物の材料が多岐に渡るため、合成樹脂層１１のヤング率の範囲を限定することは困難であるが、通常は１ＭＰａ以上、実質的には１０〜１００ＭＰａとされる。
【００２２】
また、被測定物内にＦＧセンサを設置する際に、光ファイバの被覆層５のみを被測定物内に埋め込み、合成樹脂製チューブ９と合成樹脂層１１が被測定物に接触しないように、被測定物内に空洞などを設けて設置することができれば、同様にグレーティング部４Ａ，４Ｂが張力以外の測定点における歪みの影響を受け難く、好ましい。この場合は被測定物のヤング率を考慮して合成樹脂層１１のヤング率を決定する必要はなく、例えば合成樹脂層１１のヤング率は０．１ＭＰａ以上、実質的には１〜１０００ＭＰａとされる。
この例において、合成樹脂層１１はポリエチレンならなり、そのヤング率は５５ＭＰａである。
【００２３】
裸光ファイバ１の外周上の合成樹脂層１１の厚さは、その材料やＦＧセンサの特性などによって適宜調整されるが、少なくとも０．１ｍｍ以上、好ましくは０．２〜１．０ｍｍとする。
この例において、合成樹脂層１１の厚さは最小値が０．４ｍｍ、最大値が０．６ｍｍである。
【００２４】
補強材７としてはセラミックスなどが用いられる。また、補強材７の線膨張係数が負であると、合成樹脂層１１と一体化したときの線膨張係数が裸光ファイバ１を構成する石英ガラスと近くなり、好ましい。
すなわち、合成樹脂の線膨張係数は、石英ガラスよりも大きいため、温度変化によって、グレーティング部４Ａ，４Ｂのピークの中心波長は、コア１ａの実効屈折率の変化のみならず、合成樹脂層１１の膨張、収縮の影響を受けて変化する。この影響は、予め測定しておくことによって補正可能である。
しかし、この例においては、合成樹脂層１１の線膨張係数と補強材７の線膨張係数とが打ち消し合うことによって、これらの合成樹脂層１１と補強材７とを一体化したときの線膨張係数が裸光ファイバ１の材料の線膨張係数と実質的に等しくなっている。よって、合成樹脂層１１の温度変化に伴う膨張、収縮を補正する必要がなく、さらに測定精度を向上させることができる。
【００２５】
石英ガラスの線膨張係数は５×１０-7〜６×１０-7程度であり、またポリエチレンなどの合成樹脂の線膨張係数は例えば１×１０-4〜４×１０-4程度であるため、補強材７の材料の線膨張係数は−２０×１０-5〜−４×１０-5であると好ましい。
この例において、合成樹脂層１１の線膨張係数は４×１０-4であり、補強材７はセラミックスであり、その線膨張係数は−５×１０-5である。
補強材７は必須の構成ではないが、このように合成樹脂層１１の線膨張係数を調整できる他、ＦＧセンサの機械的な強度が向上するため、補強材７を設けると好ましい。
【００２６】
このＦＧセンサは以下のようにして製造することができる。
まず、加熱前の合成樹脂製チューブ９内に補強材７をおさめる。一方、ファイバグレーティングの裸光ファイバ１とその両側の被覆層５の終端を、合成樹脂層１１を構成するチューブ内におさめ、さらにこのチューブを合成樹脂製チューブ９内におさめる。
ついで、合成樹脂製チューブ９の外部から加熱すると、合成樹脂製チューブ９が収縮するとともに、合成樹脂層１１を構成するチューブが溶融して合成樹脂製チューブ９内の隙間に充填され、合成樹脂層１１となる。そして、この合成樹脂が硬化するにともなって補強材７、合成樹脂層１１、ファイバグレーティングおよび合成樹脂製チューブ９が一体化し、補強構造１２が得られる。
【００２７】
このＦＧセンサにおいては、グレーティング部４Ａ，４Ｂが形成された裸光ファイバ１の外周上に合成樹脂層１１が一体に設けられており、合成樹脂層１１内の裸光ファイバ１は、合成樹脂層１１に均一な保持力で保持されている。
よって、測定点における歪みによって補強構造１２から引き出された光ファイバ素線に張力がかかると、この張力は合成樹脂層１１内で徐々に減衰する。その結果、合成樹脂層１１の長さ方向における中心付近において、裸光ファイバ１に印加される張力が小さくなり、合成樹脂層１１の端部に向かって印加される張力が大きくなる張力の強度分布が形成される。
【００２８】
そして、グレーティング部４Ａ，４Ｂは、合成樹脂層１１の長さ方向における中心付近と端部付近に設けられているため、グレーティング部４Ａ，４Ｂに印加される張力の大きさが異なるものとなる。その結果、グレーティング部４，４Ｂのグレーティングピッチの変化量が異なり、波長スペクトルにおけるピークの中心波長の変化量が相互に異なるものとなる。
【００２９】
一方、温度変化に対しては、グレーティング部４Ａ，４Ｂは近接しており、同じ屈折率変化によって同じ中心波長の変化量を示す。
よって、グレーティング部４Ａ，４Ｂにおける反射光の波長スペクトルあるいは透過光の波長スペクトルをモニタしたとき、それぞれのピークの中心波長の変化量が異なる場合は張力が印加されたことになり、前記変化量が同じである場合は温度変化が生じたことになる。
【００３０】
測定点において、温度変化と歪みが同時に発生した場合はそれぞれのピークの中心波長の差から張力を測定し、張力変化分を差し引いた後の中心波長の変化から温度を測定することによって、温度と張力を同時に測定することができる。
この例において、グレーティング部の数はふたつであるが、複数であって、温度に対する中心波長の変化量がほぼ等しく、かつ張力に対する中心波長の変化が相互に異なっていれば特に限定するものではない。
【００３１】
このように、このＦＧセンサにおいては、波長スペクトルのピークの中心波長の変化が温度によるものなのか張力によるものなのかを判別することができる。よって、温度と張力を分離して測定でき、これらの測定精度が向上する。また、ひとつのＦＧセンサで温度と張力を測定できるため、コストおよびスペース効率の点で有利である。
また、このＦＧセンサを構成する補強構造１２は、合成樹脂層１１，補強材７，合成樹脂製チューブ９からなるコンパクトな構成であるため、設置場所を選ばず、適用可能箇所が広範囲となる。また、簡単な構成であり、低コストである。
【００３２】
図４は本発明のＦＧセンサの第２の実施形態例を示した側断面図である。
このＦＧセンサにおいては、裸光ファイバ１の上に紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層５が設けられた光ファイバ素線の途中の被覆層を２箇所除去して露出させた裸光ファイバ１，１に、それぞれ反射型のグレーティング部４Ｃ，４Ｄが設けられたファイバグレーティングが用いられている。
【００３３】
グレーティング部４Ｃを形成した裸光ファイバ１の外周上には、第１の実施形態例の補強構造１２と同様の構成の補強構造１２Ｃが設けられている。このグレーティング部４Ｃは合成樹脂製チューブ９（合成樹脂層１１）の長さ方向の中心付近に位置している。
【００３４】
この例において、合成樹脂製チューブ９の内径と外径は第１の実施形態例と同様である。
また、合成樹脂製チューブ９（合成樹脂層１１）の長さについての好ましい範囲も第１の実施形態例と同様である。
さらに、合成樹脂製チューブ９内の被覆層５が除去された裸光ファイバ１の長さ、裸光ファイバ１の両側の合成樹脂製チューブ９内の被覆層５の長さは第１の実施形態例と同様である。
【００３５】
グレーティング部４Ｃ，４Ｄのグレーティング長、グレーティングピッチおよび相互間の距離は、それぞれ第１の実施形態例のグレーティング部４Ａ，４Ｂと同様である。
合成樹脂層１１の厚さ、ヤング率などの条件は第１の実施形態例と同様である。
【００３６】
一方、グレーティング部４Ｄを形成した裸光ファイバ１の上には、被覆層５の材料と同様の紫外線硬化型樹脂などによって形成された再被覆層５Ａが設けられている。再被覆層５Ａの外径は、被覆層５の外径とほぼ等しく、この例においては約２５０μｍとされている。この再被覆層５Ａは、例えば裸光ファイバ１にグレーティング部４Ｄを形成した後、この裸光ファイバ１の上に未硬化の紫外線硬化型樹脂を塗布し、そこに紫外光を照射して硬化させて形成したものである。
【００３７】
このファイバグレーティングにおいては、グレーティング部４Ｃの上には補強構造１２Ｃを構成する比較的厚い合成樹脂層１１が設けられているため、測定点における歪みに対してグレーティング部４Ｃにかかる張力が小さく、グレーティング部４Ｄの上には光ファイバ素線の被覆層５と同程度の薄い再被覆層５Ａが設けられているため、測定点における歪みに対してグレーティング部４Ｄにかかる張力が大きくなる。その結果、グレーティング部４Ｃ，４Ｄにおけるグレーティングピッチの変化量を異ならしめることができる。
グレーティング部４Ｃに印加される張力の大きさは、合成樹脂層１１の材料のヤング率、合成樹脂層１１の厚さおよび長さなどを変更することによって調節することができる。
【００３８】
また、測定点における温度変化に対するグレーティング部４Ｃ，４Ｄの波長スペクトルのピークの中心波長の変化量は、裸光ファイバ１の外周上に設けられているものが合成樹脂層１１と再被覆層５Ａであり、それぞれ異なるため、等しくはない。しかしながら、合成樹脂層１１による影響はそれ程大きいものではなく、予め温度変化に対する合成樹脂層１１と再被覆層５Ａのグレーティング部４Ｃ，４Ｄに対する影響を調べておくことによって補正可能な範囲である。
よって、この構成においても、温度と張力を分離して測定することができ、上述の第１の実施形態例と同様の効果が得られる。
【００３９】
図５は本発明の第３の実施形態例を示したもので、第２の実施形態例と異なる点は、ふたつのグレーティング部４Ｅ，４Ｆの両方の上に、合成樹脂層１１のヤング率が異なる以外は補強構造１２Ｃと同様の構成の補強構造１２Ｅ，１２Ｆが設けられている点である。
グレーティング部４Ｅ，Ｆは、それぞれ合成樹脂製チューブ９，９（合成樹脂層１１，１１）の長さ方向の中心付近に位置している。
グレーティング部４Ｅ，４Ｆは、第２の実施形態例のグレーティング部４Ｃ，４Ｄと同様のものである。
【００４０】
この例において、ふたつの補強構造１２Ｅ，１２Ｆを構成する部材のサイズは第２の実施形態例の補強構造１２Ｃと等しくなっている。ただし、ふたつの合成樹脂層１１，１１の材料は、例えばポリエチレンなどからなり、同じであるが、そのヤング率は異なっている。この例においては、補強構造１２Ｅを構成する合成樹脂層１１のヤング率が１０ＭＰａ、補強構造１２Ｆを構成する合成樹脂層１１のヤング率が１００ＭＰａである。これら合成樹脂層１１，１１のヤング率の差はＦＧセンサの特性によって適宜調整することができるが、通常２０〜２００ＭＰａとされる。
【００４１】
このファイバグレーティングにおいては、グレーティング部４Ｅ，４Ｆの外周上に設けられた合成樹脂層１１，１１のヤング率が異なっているため、測定点の歪みに対してグレーティング部４Ｅ，４Ｆにかかる張力がそれぞれ異なるものとなる。すなわち、ヤング率が大きいもの程グレーティング部に印加される張力が小さく、ヤング率が大きいもの程グレーティング部に印加される張力が大きくなる。よって測定点の歪みに対して、グレーティング部４Ｅ，４Ｆにおけるグレーティングピッチの変化量が異なり、波長スペクトルの中心波長の変化量が、相互に異なるものとなる。
一方、温度変化に対するグレーティング部４Ｅ，４Ｆの波長スペクトルの中心波長の変化量はほぼ等しくなるため、第１の実施形態例と同様に温度と張力を分離して測定することができる。
【００４２】
また、このＦＧセンサにおいては、補強構造１２Ｅ，１２Ｆを構成する合成樹脂層１１を、ヤング率が同じ材料から形成し、合成樹脂層１１，１１の長さを相互に異なるものとすることによっても同様の効果を得ることができる。
すなわち、上述のようにグレーティング部が合成樹脂層１１の長さ方向の中心付近に位置する程、測定点の歪みに対してグレーティング部にかかる張力の大きさが小さくなる。したがって、一方の長さを長くして、その中心付近にグレーティング部を配置することによって、他方の合成樹脂層１１内のグレーティング部よりも測定点の歪みに対するグレーティングピッチの変化量を小さくし、ふたつのグレーティング部の波長スペクトルのピークの中心波長の変化量に差異を設けることができる。これら合成樹脂層１１，１１の長さの差はＦＧセンサの特性によって適宜調整することができるが、通常５〜３００ｍｍとされる。
【００４３】
図６は、本発明のＦＧセンサを用いた測定系の一例を示した模式図である。
この測定系は、第一測定点ないし第四測定点において、温度と張力を測定するもので、１本の光ファイバ素線１３に、その長さ方向にそって、図２に示した補強構造１２を備えたＦＧセンサが、４つ間隔をあけて形成されている。
【００４４】
第一測定点の補強構造１２内にはグレーティング部４Ｇ，４Ｈが形成され、第二測定点の補強構造１２内にはグレーティング部４Ｉ，４Ｊが形成され、第三測定点の補強構造１２内にはグレーティング部４Ｋ，４Ｌが形成され、第四測定点の補強構造１２内にはグレーティング部４Ｍ，４Ｎが形成されている。これらグレーティング部４Ｇ，…，４Ｎのそれぞれの反射光ピークの中心波長は、それぞれ所定波長ずつ異なるように設定されている。
また、この光ファイバ素線１３の第四測定点側の端部は常法によって無反射終端とされている。一方、第一測定点側の光ファイバ素線１３の端部は３ｄＢカプラを介して光源とスペクトルアナライザに接続されている。
【００４５】
そして、光源から光ファイバ素線１３に比較的広い波長帯の光を入射して、反射光の波長スペクトルをスペクトルアナライザで検出すると、図７に示したように、グレーティング部４Ｇ，…，４Ｎにそれぞれ対応するピークｇ，…，ｎが得られる。
そして、ピークｇ，ｈの中心波長の変化を測定することによって、第一測定点の温度と張力を測定することができる。同様にしてピークｉ，…，ｎの中心波長の変化を測定することによって第二測定点ないし第四測定点の温度と張力を測定することができる。
【００４６】
したがって、ひとつの光源とスペクトルアナライザによって、複数の測定点における測定可能な測定系を構成でき、低コストである。
この測定系においては反射光の波長スペクトルを検出したが、第四測定点側の光ファイバ素線１３の端部にスペクトルアナライザを接続して、グレーティング部４Ｇ，…，４Ｎの透過光の波長スペクトルを検出し、透過損失ピークの中心波長の変化を測定することによっても同様に温度と張力を測定することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＦＧセンサにおいては、波長スペクトルのピークの中心波長の変化が温度によるものなのか張力によるものなのかを判別することができる。よって、温度と張力を分離して測定でき、これらの測定精度が向上する。また、ひとつのＦＧセンサで温度と張力を測定できるため、コストおよびスペース効率の点で有利である。
また、コンパクトな構成であるため、設置場所を選ばず、適用可能箇所が広範囲となる。また、簡単な構成であり、低コストである。
さらに、合成樹脂層の外面に負の線膨張係数を有する材料からなる補強材が一体化することによって、合成樹脂層と補強材とを一体化したときの線膨張係数が裸光ファイバを構成する石英ガラスと近くなり、合成樹脂層の温度変化に伴う膨張、収縮を補正する必要がなく、さらに測定精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ファイバグレーティングの一例を示した説明図であって、図中符号１は
【図２】  本発明の温度張力測定ファイバグレーティングセンサの第１の実施形態例を示したもので、図２（ａ）は図２（ｂ）に示したＡ−Ａにおける断面図、図２（ｂ）は側断面図である。
【図３】  ＦＧセンサの反射光の波長スペクトルを示したグラフである。
【図４】  本発明のＦＧセンサの第２の実施形態例を示した側断面図である。
【図５】  本発明のＦＧセンサの第３の実施形態例を示した側断面図である。
【図６】  本発明のＦＧセンサを用いた測定系の一例を示した模式図である。
【図７】  図６に示した測定系において得られる反射光の波長スペクトルの一例を示したグラフである。
【符号の説明】
１…裸光ファイバ、１ａ…コア、１ｂ…クラッド、
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ…グレーティング部、５…被覆層、
１１…合成樹脂層、１２，１２Ｃ，１２Ｅ，１２Ｆ…補強構造、
１３…光ファイバ素線（光ファイバ）。
【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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