光ファイバー・パンドルを用いた多点直列干渉センサー

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555013
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 山口 一郎 理化学研究所, 光工学研究室, 主任研究員 (70087443)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡本 隆之 理化学研究所, 光工学研究室, 研究員 (40185476) ; 中島 俊典 理化学研究所, 光工学研究室, 主任研究員 (80087444)
• Keywords: 光ファイバー・センサー / 干渉計測 / 温度測定

Research Abstract

前年に引続いて、多点の温度測定の実験を行った。高分子材料の円筒(数cm径)の2ケ所に単一モード光ファイバーを巻きつけ、端面とペルティエ素子で加熱した時の温度変化を測定した。このためにHe-Neレーザー光をマルチプレクサーによって3本の単一モードファイバーに分割し、その内1本を参照ファイバーとし、他の2本はセンシング・ファイバーとした。3本のファイバーの出射端は樹脂で固めて揃え、3光束の干渉縞をCCDカメラで撮像した。干渉縞をコンピュータで2次元フーリエ変換して、各ファイバー対が作るヤング縞の空間周波数成分を求め、その位相変化から参照ファイバーとプローブ・ファイバーの出射光の間の位相変化を算出した。
位相変化を高速に算出するために、画像の1走査線分のみ取り込んで、1次元フーリエ変換により位相変化を計算し、0.1秒周期で温度変化を測定することができた。加熱を周期的に行った時に、間隔1cmの2点の温度変化の時間ずれを求めて材料の熱伝導度を算出し、テフロンとアクリルに対して、文献値とよい一致を見た。
サーミスター温度計と比較実験を行って温度感度を求めた。その結果、温度感度がプローブ・ファイバーの張力に強く依存することがわかった。また光ファイバーが伝導熱だけでなく、放射熱にも感ずることも明らかになった。
結論として、本システムによって2点の温度変化が、1/1000℃の感度で独立に検出され、その際光ファイバーの張力を適当にとると外乱の影響を抑えて安定な動作を実現できることが判明した。