光纤传感器制造技术

光纤传感器具备：形成于光纤的中心的中心芯、和以绕着该中心芯以螺旋状卷绕的方式形成的至少一个外周芯，以使中心芯和外周芯间的光路长度差比中心芯和外周芯的有效折射率相同的情况下的光路长度差变小的方式设定中心芯的有效折射率和外周芯的有效折射率之比。

Optical Fiber Sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤传感器
本专利技术涉及光纤传感器。本申请基于2017年2月15日于日本申请的特愿2017-026270号主张优先权，在此引用其内容。
技术介绍
以往，公知有将光纤用作传感器来测定各种物理量(例如应力、应变、温度等)的光纤传感器。该光纤传感器基于使光从作为传感器的光纤的第1端部入射并接受从光纤的第2端部射出的透过光(或者散射光)、或者从上述第1端部射出的反射光(或者散射光)而得到的受光结果，来测定上述的各种物理量。作为这样的光纤传感器的代表性的例子，可举出FBG型的光纤传感器、散射光型的光纤传感器等。在FBG型的光纤传感器中，在光纤的芯形成有FBG(FiberBraggGrating：光纤布拉格光栅)。FBG型的光纤传感器在利用FBG的反射特性根据周围环境而发生变化这样的特性来测定光纤的长度方向的各种物理量的分布的用途中使用。此外，FBG型的光纤传感器例如通过OFDR(OpticalFrequencyDomainReflectometry：光频率区域反射测定法)使用。在散射光型的光纤传感器中，将未形成有FBG等通常的光纤用作传感器。散射光型的光纤传感器在利用光纤内产生的散射光(例如，瑞利散射光)根据周围环境发生变化这样的特性，测定光纤的长度方向上的各种物理量的分布的用途中使用。以下的专利文献1、2公开有使用FBG型的光纤传感器通过OFDR例如对构造物所产生的应变进行计测的专利技术。另外，在以下的专利文献3～6和非专利文献1、2公开了在具有多个芯的多芯光纤形成有FBG的光纤传感器。例如，在以下的非专利文献2中，利用OFDR对光纤传感器的形状(安装有光纤传感器的构造物的形状)进行测定。此处，上述的多芯光纤例如是具备形成于光纤的中心的芯(中心芯)和绕着该中心芯以螺旋状卷绕而形成的多个芯(外周芯)的光纤。例如，外周芯具有120°的间隔地配置有3个。在以下的专利文献3～6和非专利文献1、2中，在这样的多芯光纤的芯分别形成有FBG。专利文献1:日本特许第5232982号公报专利文献2:日本特许第5413931号公报专利文献3:美国专利第8116601号说明书专利文献4:美国专利第8630515号说明书专利文献5:美国专利第8773650号说明书专利文献6:美国专利第9417057号说明书非专利文献1:P.S.Westbrooketal.，“Integratedopticalfibershapesenormodulesbasedontwistedmulticorefibergratingarrays”，Proc.SPIE8938，OpticalFibersandSensorsforMedicalDiagnosticsandTreatmentApplicationsXIV，89380H(February20,2014)非专利文献2:“LUNAFiberOpticShapeSensing”，Document#:SS00021-D-TS,LunaInnovationsIncorporated,June21,2013然而，在具有上述的中心芯和外周芯的多芯光纤中，中心芯相对于光纤的轴线平行，因此是直线的光路。相对于此，外周芯以螺旋状卷绕，因此外周芯的光路长度比中心芯的光路长度长。因此，若将这样的多芯光纤用作光纤传感器，则产生中心芯的测定点和外周芯的测定点间的错位。例如，在上述的非专利文献1所公开的多芯光纤的结构中，若使光纤长为2[m]，使芯间距离为35[μm]，使每单位长度的外周芯的螺旋次数为50[匝/m]，则光纤中心芯和外周芯间的的第1端部～第2端部的光路长度差成为120[μm]左右。此处，OFDR中光纤的长度方向上的分辨率例如是40[μm]左右。因此，当将绕着中心芯以螺旋状卷绕有外周芯的多芯光纤用作光纤传感器的情况下，存在由于中心芯和外周芯间的光路长度差而导致长度方向的位置精度恶化这样的问题。特别是在使光纤传感器的长度较长的情况下，以中心芯和外周芯间的光路长度差为起因的位置误差累积变大，因此存在难以遍及光纤传感器的全长确保测定精度这样的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述状况而完成的，目的在于即便在使光纤传感器长条化的情况下也遍及全长而实现较高的测定精度。为了解决上述课题，本专利技术的一方式所涉及的光纤传感器是具备形成于光纤的中心的中心芯、和以绕着该中心芯以螺旋状卷绕的方式形成的至少一个外周芯的光纤传感器，若将上述中心芯和上述外周芯间的距离设为d，将每单位长度的上述外周芯的螺旋次数设为fw，则上述中心芯的有效折射率ne1和上述外周芯的有效折射率ne2满足以下的(1)，[式1]其中此处，上述光纤传感器也可以是，上述外周芯的有效折射率ne2以与上述中心芯和上述外周芯间的光路长度的比率相匹配的方式设定得比上述中心芯的有效折射率ne1低。另外，上述光纤传感器也可以是，上述中心芯的有效折射率ne1和上述外周芯的有效折射率ne2间的比率设定为满足以下的(2)式，[式2]另外，上述光纤传感器也可以是，添加于上述中心芯的添加剂的摩尔浓度m1和添加于上述外周芯的添加剂的摩尔浓度m2间的比率以满足以下的(3)式的方式设定，[式3]另外，上述光纤传感器也可以是，在上述中心芯和上述外周芯，作为第1添加剂而添加有相同的浓度的锗，在上述外周芯，添加有具有降低折射率的作用的第2添加剂。另外，上述光纤传感器也可以是，遍及长度方向的全长或者在长度方向的局部区域地形成有FBG。根据本专利技术的上述方式，将光纤传感器的中心芯的有效折射率ne1和外周芯的有效折射率ne2以满足上述的(1)式的方式设定。因此，能够使中心芯和外周芯的光路长度差小于中心芯和外周芯的有效折射率相同的情况下的光路长度差A。由此，即便在使光纤传感器长条化的情况下也能够遍及全长实现较高的测定精度。附图说明图1是表示本专利技术的一实施方式的光纤传感器的立体透视图。图2是本专利技术的一实施方式的光纤传感器的剖视图。图3是用于对本专利技术的一实施方式中的中心芯和外周芯的光路长度差进行说明的图。图4是表示本专利技术的一实施方式的光纤传感器的制造方法的流程图。图5是表示本专利技术的一实施方式的光纤传感器的特性的一个例子的图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式的光纤传感器详细地进行说明。此外，在以下参照的附图中，为了容易理解，有时根据需要适当地改变各部件的尺寸的比例尺而进行图示。另外，以下，将在光纤的芯形成有FBG的FBG型的光纤传感器列举为例子进行说明。其中，不是意图将光纤传感器限定于FBG型的光纤传感器这样，其也能够在散射光型的光纤传感器等其他光纤传感器中应用。〈光纤传感器的结构〉图1是表示本专利技术的一实施方式的光纤传感器的立体透视图。另外，图2是本专利技术的一实施方式的光纤传感器的剖视图。如上述图1、图2所示那样，本实施方式的光纤传感器1是具备中心芯11、多个外周芯12(外周芯12a～12c)和包层13的多芯光纤的光纤传感器。此外，包层13的外周面也可以由被覆(省略图示)覆盖。中心芯11是在光纤传感器1的中心相对于光纤传感器1的轴线平行地形成的芯。通过该中心芯11，在光纤传感器1的中心形成有相对于光纤传感器1的长度方向成为直线的光路。中心芯11例如由包含锗(Ge)(第1添加剂)的石英玻璃形成。另外，在中心芯11遍及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤传感器，具备形成于光纤的中心的中心芯、和以绕着该中心芯以螺旋状卷绕的方式形成的至少一个外周芯，其中，若将所述中心芯和所述外周芯间的距离设为d，将每单位长度的所述外周芯的螺旋次数设为fw，则所述中心芯的有效折射率ne1和所述外周芯的有效折射率ne2满足以下的(1)式，[式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.15 JP 2017-0262701.一种光纤传感器，具备形成于光纤的中心的中心芯、和以绕着该中心芯以螺旋状卷绕的方式形成的至少一个外周芯，其中，若将所述中心芯和所述外周芯间的距离设为d，将每单位长度的所述外周芯的螺旋次数设为fw，则所述中心芯的有效折射率ne1和所述外周芯的有效折射率ne2满足以下的(1)式，[式1]其中2.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述外周芯的有效折射率ne2以与所述中心芯和所述外周芯间的光路长度的比率匹配的方式设定得比所述中心芯的有效折射率ne1低。3.根据权利要求1或2所述的光纤传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森贤一，大道浩儿，松下信吾，市井健太郎，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，
类型：发明
国别省市：日本,JP