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光ファイバセンサ概論(6)

基礎編<その1>(10)

基礎編<その2>(10)

基礎編<その3>(10)

基礎編<その4>(3)

設計編<その1>(10)

設計編<その2>(3)

施工保守編<その1>(10)

施工保守編<その2>(10)

施工保守編<その3>(3)

コラム(11)

基礎編<その3>

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21_FBGはどのような原理でセンサとして使用できるのですか

事務局
ファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating : FBG) とは光ファイバのコア部に周期的な屈折率変化が形成された光ファイバ型デバイスです。 

屈折率変化はグレーティング(回折格子) として働き、グレーティングの周期が作るブラッグ反射条件を満たす波長の光のみを反射させることができます。図1 にFBG の構造を示します。

式
図1 FBGの構造と原理

広帯域なスペクトルを持った光をFBGに入射すると、屈折率が周期的に変化しているグレーティング部分の反射は、式(1)に示したブラッグ波長と呼ばれる特定の波長に対してのみ、互いに強めあう方向に干渉します。

これによってFBGは、 ブラッグ波長の光成分のみを反射し、それ以外の光成分をすべて透過させます。

このブラッグ波長を観測することにより、FBGに加えられた歪と温度を観測することができます。たとえば、FBGが長手方向に引っ張られたとします。この場合、機械的にΛが伸びると同時にnも変化します。

その結果、ブラッグ波長は長波側にシフトします。その比率は、1 µε(1 mの長さが1 µm伸びる歪)あたり約1.2 pmです。つまり、ブラッグ波長を観測し、その値が1.2 pm長くなったのであれば、FBGは、1 µεの歪を受けていると言えます。

また、FBGに熱が加わり、温度が上昇したとします。この場合、熱膨張によりΛが伸び、同時にnも変化します。その結果ブラッグ波長は長波側にシフトします。その比率は、1 ℃あたり約10 pmです。


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