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FBG(温度・ひずみ・圧力センサー)

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FBG(温度・ひずみ・圧力センサー)

FBG(温度・ひずみ・圧力センサー)
FBG(温度・ひずみ・圧力センサー)
FiSens

FBGによる多点測定が可能なセンサー

当製品は「FBGが書き込まれた光ファイバー」と「インテロゲ一夕(分光器)」で構成された「FBGセンシングシステム」です。

光ファイバーをインテロゲ一夕へと接続することで、温度・ひずみ・圧力を検出できるセンサーとしてご使用いただけます。

光ファイバー(FBG)

任意の位置にFBGを連装できるカスタマイズ性の高い光ファイバーケーブルです。
ファイバーのコア中には回折格子(FBG)が書き込まれており、FBGが測定ポイントになります。

測定ポイント、すなわちFBGはカスタマイズにより最大30箇所配置可能。回折格子の間隔は最小1mmまで調整できます。
光ファイバーケーブルの長さも調整出来ます。

インテロゲータ

FBGは光ファイバーケーブルにコア中に存在する検出素子です。そのためセンサーとして機能させるには、インテロゲータが必要です。

インテロゲータはファイバー内に光を入射させる光源装置としての役割と、コアに配置されたFBGからの反射光を分析するセンサーとしての役割の2つを担っています。
尚、FBGの反射光はインテロゲータ内のグレーディングを用いてCMOSセンサーで波長ごとに強度を検出します。

FBGとは

FiSensが低コストな理由

製品の特徴

FBGとインテロゲータによって構成される「FBGセンシングシステム」は、ハードな環境におけるモニタリング用途に最適な特徴を持っています。

FBGの特徴

FBG

FBGは「光ファイバー」に書き込まれています。

光ファイバーは、耐久性が高く、高温への耐性もある優れた特徴を持っています。

仕様はこちら
橋

特徴1耐久性が高い

継続的にモニタリングを行う場合、センサーそれ自体に「耐久性」が要求されます。
光ファイバーはその構造上、曲げに強く柔軟で、防爆に優れているという特性を持ち合わせた、耐久性の高い製品です。

そのため「稼働中の設備」や「屋外の建造物」の継続的なモニタリングに最適です。またメンテナンスコストも抑制できるというメリットもあります。

可燃性ガスのプラント

特徴2高い耐熱性

ファイバーは電気通信に用いられることからも知られている通り、耐熱性の高い素材で作られています。

電力設備のモニタリングでは「温度管理」が一つの大きな課題ですが、耐熱性の高い「光ファイバー」を用いることで、安全なモニタリングが実現します。

多点測定

特徴3多点測定が可能

1本のファイバーで「温度・ひずみ・圧力」の同時測定、および多点測定できます。

さらに弊社FBGは「どこに測定ポイントを設置するか」をお客様のニーズに合わせて設定できるというカスタマイズ性が高い製品です。
多点測定と関わる情報は「こちら」からご確認ください。

FBGカスタマイズ情報

インテロゲータの特徴

インテロゲータ

インテロゲータは、FBG光ファイバーセンシングの「測定器」として機能します。

  • 電磁ノイズの影響を受けない
  • 小型で軽量
仕様はこちら
変電施設

特徴1電磁ノイズの影響を受けない

検出素子に光ファイバーを使用していることから、測定データが、雷や電磁ノイズの影響を受けずに測定できます。

そのため「雷の影響を受ける屋外」や「変電施設」といったハードな環境においても、正確なデータ測定が可能です。

手のひらサイズのインテロゲータ

特徴2小型で軽量

インテロゲータは手のひらサイズの超小型製品です。

FiSens社の高い技術力によって、反射光測定と関わる部品数の最小化に成功しました。

そのため小型で軽量ながら、高いスペクトル分解能を有し、尚且つ500Hzの高速測定が可能です。

販売形式

製品概要

「FBGセンシングシステム」は、

  • 光ファイバー (FBGがコアに存在)
  • インテロゲータ(光ファイバー分光器)

を組み合わせてご使用いただく製品です。
上記2つを合わせることで温度・ひずみ・圧力の測定が可能なセンサーとして機能します。

FBGセンシングシステム概念図

FBGセンシングシステム概念図

販売形式詳細

当製品は2通りの販売形式に対応しております。

  • 「FBGセンシングシステム」としての販売(FBG, インテロゲータのセット販売)
  • FBG(光ファイバー)のみ販売

センサーとしてのご使用を検討なさっている方には「FBGセンシングシステム」をお勧めします。

一方、FBGのみの販売にも対応しているため、現在お使いのインテロゲータと組み合わせてご使用いただくことも可能です。
当光ファイバーは、FBGの連装が可能なカスタマイズ性の高い製品です。お望みの仕様等ありましたら、ご相談ください。

 

製品情報

仕様

FBGセンサチェーン

   
FBGの反射率 0.001-99%
グレーディング長 0.1-10mm
波長範囲 450-2000nm
半値全幅 0.2-2nm
波長精度 <0.15nm
サイドループ制御 >15dB
コーティングの種類 ポリイミド、アクリレート、高温アクリレート、カーボンポリイミド
ポジショニング FBG位置は1mm以上最小隣接距離からファイバに沿ってカスタマイズ可能
カスタマイズ情報

FBGはカスタマイズ性の高さが特徴です。
ケーブルの長さ、FBGの個数、回折格子の間隔、配置を自由に調整できます。

FBG

FBG

FBG連装個数 1本のファイバーに20個(カスタマイズで最大30個)
測定ポイント(FBG)の配置 任意の位置に配置可能
回折格子の間隔 最小1mm
ケーブルの長さ 調整可能

インテロゲータ FiSpec FBG

X100 X150
写真 FiSpec FBG X100 FiSpec FBG X150
焦点距離 13mm
回折格子 Aspheric chirped fiber grating
光入射スリット 5μm(SM800 fiber)
スペクトル範囲 800-900nm
平均スペクトルピクセルピッチ ΔλPixel≈0.2nm
分解能 ΔλFWHM≈0.6nm
FBGインテロゲータ精度 ±14/7/2pm@100/25/5Hz ±3/2/0.6pm@500/250/50Hz
ひずみ/温度分解能 ~20/10/3µε//~2/1/0.3K ~5/3/1µε//~0.5/0.3/0.1K
ダイナミックレンジ 1200:1
露光時間範囲 30μs~65s
繰り返し率 ~100Hz ~500Hz
センサ リニアCMOSセンサ
オンボード処理 Signal averaging FBG-analysis
消費電力 ~700mW ~1W
デジタルインターフェース USB2.0 Full-Speed
光コネクタ FC/APCコネクタ
寸法 65×48.5×15.3mm(~45cm) 100×68×15mm(~102cm)
重量 60g 120g
熱安定性 0.02nm/K
動作温度 O-50℃
ソフトウェア

FiSpec FBG X100/X150には、専用のソフトウェアBraggSensが付属します。
このソフトウェアでスペクトルデータ取得、及び分析が可能で、センサーの評価にもお使いいただくことが出来ます。

機械図面データ

■主な機能

  • スペクトルデータの取得と表示
  • データの記録
  • ASCIIデータのエクスポートインポート
  • FBG信号ピーク検出
  • ダークスペクトルの除去
  • ひずみ、温度シフトの自動計算
図面

X100

 Fiens_x100.png

X150

Fisens_x150.png

アプリケーション

  • 発電設備の温度センシング
  • 構造、状態のモニタリング(歪み、反り)
  • プロセス制御(温度)
  • 物体モニタリング(衝撃)
  • 負荷モニタリング(歪み、反り)
  • 風力タービンのブレード(歪み、加速度)
  • 振動検知
  • 機器統合センシング(温度、圧力)
 Fisens_1.png

技術情報

原理

FBGファイバーの原理

FBGファイバーには異なる特定の波長を反射する加工を施してあります。
インテロゲータから出力されたブロードな光は、波長ごとに異なる個所で反射してインテロゲータに戻ります。そして戻った光をインテロゲータ内のグレーディングを用いてCMOSセンサーで波長毎に強度を検出します。
外力や温度により発生する加工部の微小な構造変化を波長シフトとして検出できるため、複数の点やゆがみを1本のセンサーで測定することが可能です。

FBG連装とは

光ファイバー中の複数箇所にFBGを書き込むことを「FBGを連装する」と表現します。

「FBG連装」と言う場合「一本の光ファイバーのコアにFBGが複数ある状態」を指します。

では何故、FBGを複数箇所に描画する必要があるのでしょうか?

一本の光ファイバーのコアにFBGが複数ある状態
FBGを連装する理由

端的に言えば、FBGの書き込みによって「測定ポイントを増やすことができるため」です。

FBGは光ファイバーのコア中に書き込まれた回折格子です。
例えば当ページに掲載の製品の場合、フェムトセカンドレーザーによってコアにFBG(回折格子)を描画しますが、この回折格子がセンサーの「検出素子」としての役割を果たします。

つまりFBGはセンサーにとっての「測定ポイント」として機能するため(FBG=測定ポイント)、FBGを増やすことで測定ポイントを増やすことができます。

測定ポイント

FBGを1箇所にしか実装していない場合、測定ポイントも1箇所です。
複数箇所に設置した場合、複数のポイントの温度やひずみを測定することができます。

複数箇所を測定できる原理

複数箇所に書き込まれた個々のFBGは「それぞれ反射光の異なるFBGである」という点がFBG連装のポイントです。

コア中を進む光(インテロゲータからの入射光)がFBGに到達すると反射光と透過光に分離します。
インテロゲータはこの「反射光」の波長を測定しています。つまり「どの波長がどの程度強いか」を見ています。

個々のFBGの反射光は外からの刺激(温度・ひずみ・圧力)によって変化します。

インテロゲータで測定

FBG連装は「1本のファイバー中に存在する複数のFBG」ですので「個々のFBG」による測定原理がそのまま複数箇所で実装されます。

それぞれ異なる波長の光を反射するFBG

図をご覧ください。
FBG①とFBG②では、それぞれ反射光が異なっています。

このようにFBGを連装する場合、それぞれ違う波長の光を反射するFBGを書き込みます。(反射光の値はFBGの間隔等によって調整可能です。)

それぞれの測定ポイントで違う波長を反射するFBGを設置することで、反射光の値から「それがどのポイントの変化か」を見ることができるのです。

カスタマイズのメリット

効率的なモニタリングが実現
電力施設

FBGのセンシングは「既存のセンサーと異なり測定ポイントを指定できる」という強みがあります。 FBGをカスタマイズして連装する場合、任意の位置に書き込めるため「必要なポイントの変化だけ」を見ることができます。

よって無駄なく、効率的なモニタリングが実現します。

FBGは電力設備のモニタリング等様々な用途で用いられているのはこのためです。

温度、ひずみ、圧力の同時測定が可能

また「同時測定ができる」という強みもあります。
FBGは外側からの刺激による「波長の変化」を見ることで、温度やひずみ、圧力等を測定します。

つまりFBGを連装することで1本の光ファイバーで「温度、ひずみ、圧力」を同時に測定できます。

1本の光ファイバーで「温度、ひずみ、圧力」を同時に測定

温度を測るために温度センサーを、ひずみを測定するためにひずみゲージを、という具合に個別にセンサーを用意する必要がないという点も強みです。

Fisens社独自の高度な加工技術

当製品は高精度な技術によってFBGの描画を行います。
FBG連装、カスタマイズについてもお気軽にご相談ください。

FiSens社の独自のフェムトセカンドレーザー加工技術により、ポイントごとに周囲のクラッドやコーティングと干渉することなく、20nm未満の精度でファイバーのコアにFBG を直接刻み込みます。

これにより、非常に優れた分光精度を実現することが可能で、高精度なセンシングと低価格を両立しています。

フェムトセカンドレーザー加工技術
高精度でFBGの描画が可能

FiSensが低コストな理由

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温度・ひずみ・圧力FBGセンサー

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