特許 6397369 変位量測定システム及び変位量測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6397369

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】変位量測定システム及び変位量測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/353 20060101AFI20180913BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/353 C

   G02B6/02 416

   G02B6/02 A

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-102278(P2015-102278)

(22)【出願日】2015年5月19日

(65)【公開番号】特開2016-217852(P2016-217852A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2017年4月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000151520

【氏名又は名称】株式会社東京測器研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 裕

(72)【発明者】

【氏名】井上 史一

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−００３６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７５４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４１１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６５７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０３３４２０３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２６ − ５／６２

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｇ０２Ｂ ６／０２ − ６／０３６

Ｇ０２Ｂ ６／１０

Ｇ０２Ｂ ６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端部が固定され他端部が変位可能な片持ち梁状に形成された板状の起歪体と、
前記起歪体の一方側の面に付設された第１ＦＢＧセンサ及び第２ＦＧＢセンサと、
前記他端部が変位した際の前記第１ＦＢＧセンサの反射波長の変化量と前記第２ＦＧＢセンサの反射波長との変化量との差に基づいて、前記他端部の変位量を算出する測定装置とを備え、
前記起歪体は、温度が同一と認められ、且つ、前記他端部に設けられた作用点に荷重を受けて前記他端部が変位した場合の歪み量が異なる第１領域及び第２領域を有し、
前記第２領域は、前記第１領域の前記他端部側に連設され、
前記第１ＦＧＢセンサは、前記第１領域に付設され、
前記第２ＦＧＢセンサは、前記第２領域に付設され、
前記第１領域の両側縁は、平面形状において、前記作用点と一致する頂点、及び、前記作用点よりも前記一端部側に位置する底辺を有する第１の二等辺三角形の両側縁と一致し、
前記第２領域の両側縁は、平面形状において、前記作用点と一致する頂点、及び、前記作用点よりも前記一端部側に位置し、且つ、前記第１の二等辺三角形の底辺よりも大きい底辺を有する第２の二等辺三角形の両側縁と一致していることを特徴とする変位量測定システム。

【請求項2】

請求項１に記載の変位量測定システムであって、
前記他端部が変位した際における前記第１ＦＢＧセンサを付設した位置における前記起歪体の歪み量と前記第２ＦＢＧセンサを付設した位置における前記起歪体の歪み量との比率が、予め定められていることを特徴とする変位量測定システム。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の変位量測定システムであって、
前記第１ＦＢＧセンサ及び前記第２ＦＧＢセンサは、前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って前記起歪体に付設され、
前記起歪体は、前記他端部が変位した際に、少なくとも前記第１ＦＢＧセンサ及び前記第２ＦＧＢセンサがそれぞれ付設された位置で前記一端部から前記他端部に向かう方向の曲率が一定になるように、湾曲することを特徴とする変位量測定システム。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の変位量測定システムであって、
前記起歪体は、前記第１ＦＢＧセンサを収容可能に設けられた第１溝部、及び、前記第２ＦＧＢセンサを収容可能に設けられた第２溝部を有していることを特徴とする変位量測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（Fiber Bragg Grating。以下、「ＦＢＧ」という。）センサを備え、温度補償機能を有する変位量測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、一端が固定され他端が変位可能な片持ち梁状に形成された起歪体にＦＢＧセンサを付設し、起歪体が歪んだ際におけるＦＢＧの反射波長の変化量を測定して、起歪体の歪み量、ひいては起歪体の自由端に連動して変位する測定対象物の変位量を算出する変位量測定技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

【0003】

ここで、ＦＢＧセンサとは、光ファイバのコア部分を、光ファイバ軸方向において屈折率が周期的に変化するように形成した光伝送用部品のことをいう。ＦＢＧセンサは、光ファイバ中を光波が伝播しているときに、ブラッグ波長と呼ばれる特定の波長の光を反射する機能を持つ。ＦＢＧセンサのブラッグ波長は、ＦＢＧセンサの歪み量や温度変化量等の物理量に応じて変化する性質がある。そのため、ＦＢＧセンサは歪み検知素子や温度検知素子として利用することができる。

【0004】

特許文献１，２に記載の技術は、ＦＢＧセンサに作用する張力によって発生する歪みによる反射波長の変化を物理量に変換するものであり、その変換に際しては、温度による反射波長変化分を相殺することで温度補償を行うものである。

【0005】

また、特許文献２に記載の技術は、温度変化に応じて撓みが変化する一対のバイメタル部材でＦＢＧセンサの両端を保持することによって温度補償機能を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５−１４７８０２号公報

【特許文献2】特開２００３−２８７４３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１，２に開示された従来の変位量測定方式は、ＦＢＧセンサ素線に直接張力が加えられる形式であるので、測定対象物が変位した際や、測定装置の調整時あるいは設置時にＦＢＧセンサに過大な力が加わりやすい。そのため、光ファイバを用いたＦＢＧセンサに破損が生じ、測定が不能となったり、検出精度が低下したりして、信頼性が乏しいという問題があった。

【0008】

また、特許文献２に開示された技術では、バイメタル部材を介してＦＢＧセンサに加えられる張力を温度変化によるＦＢＧセンサの反射波長の変化を抑制するものとしなければならないので、製作が比較的難しく、また、調整に多くの時間を要し、生産コストが高くなってしまうという問題があった。

【0009】

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、耐久性・信頼性が高く、生産が比較的容易で生産コストの低い温度補償機能を有する変位量測定システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の変位量測定システムは、
一端部が固定され他端部が変位可能な片持ち梁状に形成された板状の起歪体と、
前記起歪体の一方側の面に付設された第１ＦＢＧセンサ及び第２ＦＧＢセンサと、
前記他端部が変位した際の前記第１ＦＢＧセンサの反射波長の変化量と前記第２ＦＧＢセンサの反射波長との変化量との差に基づいて、前記他端部の変位量を算出する測定装置とを備え、
前記起歪体は、温度が同一と認められ、且つ、前記他端部に設けられた作用点に荷重を受けて前記他端部が変位した場合の歪み量が異なる第１領域及び第２領域を有し、
前記第２領域は、前記第１領域の前記他端部側に連設され、
前記第１ＦＧＢセンサは、前記第１領域に付設され、
前記第２ＦＧＢセンサは、前記第２領域に付設され、
前記第１領域の両側縁は、平面形状において、前記作用点と一致する頂点、及び、前記作用点よりも前記一端部側に位置する底辺を有する第１の二等辺三角形の両側縁と一致し、
前記第２領域の両側縁は、平面形状において、前記作用点と一致する頂点、及び、前記作用点よりも前記一端部側に位置し、且つ、前記第１の二等辺三角形の底辺よりも大きい底辺を有する第２の二等辺三角形の両側縁と一致していることを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、起歪体において温度が同一と認められ歪み量が異なる複数の位置にＦＢＧセンサを配置し、各ＦＢＧセンサの反射波長に基づいて起歪体の変位可能な他端の変位量のみを算出するので、算出される変位量は温度変化に依存しないものとなる。したがって、変位量測定システムは、温度変化の影響を回避し得る温度補償機能を有する。なお、温度が同一と認められるとは、完全に温度が同一である場合の他、温度差が無視できる程度に小さい場合も含む。

【0012】

また、ＦＢＧセンサは、起歪体に付設され、起歪体と一体となるものであるので、測定対象物に変位が生じた際にもＦＢＧセンサのみに歪みが生じることがない（すなわち、ＦＢＧセンサに直接張力が加えられることがない）ので、ＦＢＧセンサに過大な力が加わりにくく、破損が生じにくい。

【0013】

よって、耐久性・信頼性が高く、生産コストの低い温度補償機能を有する変位量測定システムを得ることができる。

【0014】

また、本発明の変位量測定システムにおいては、
前記他端部が変位した際における前記第１ＦＢＧセンサを付設した位置における前記起歪体の歪み量と前記第２ＦＢＧセンサを付設した位置における前記起歪体の歪み量との比率が、予め定められていることが好ましい。

【0015】

このように、複数のＦＢＧの各々が検出する歪み量の比率を起歪体の形状や材質等を変更することによって予め定めておけば、算出過程が複雑なものになりにくく、より簡易で信頼性の高いシステムとすることができる。

【0016】

また、本発明の変位量測定システムにおいては、
前記第１ＦＢＧセンサ及び前記第２ＦＧＢセンサは、前記一端部から前記他端部に向かう方向に沿って前記起歪体に付設され、
前記起歪体は、前記他端部が変位した際に、少なくとも前記第１ＦＢＧセンサ及び前記第２ＦＧＢセンサがそれぞれ付設された位置で前記一端部から前記他端部に向かう方向の曲率が一定になるように、湾曲することが好ましい。

【0017】

このように、ＦＢＧの向きにおいて、起歪体が一定の曲率で湾曲するように構成すれば、ＦＢＧの反射波長の尖鋭性を損なうことなく精度及び信頼性の高いシステムとすることができる。

【0018】

また、本発明の変位量測定システムにおいては、
前記起歪体は、前記第１ＦＢＧセンサを収容可能に設けられた第１溝部、及び、前記第２ＦＧＢセンサを収容可能に設けられた第２溝部を有していることが好ましい。

【0019】

このような溝部を設ければ、ＦＢＧの配置位置を容易に確定させることができ、また、接着面積をより広くすることができるので、製造が容易になり、ひいては、生産コストを低下させるとともに、起歪体に対して強固にＦＢＧを付設することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る変位量測定システムの構成を示す模式図。

【図2】図１の起歪体及びＦＢＧセンサの形状を示す模式図であり、図２Ａは、平面図、図２Ｂは起歪体の自由端が変位していない状態における側面図、図２Ｃは起歪体の自由端が変位した状態における側面図、図２Ｄは起歪体の図２ＡのＩ−Ｉ線断面図。

【図3】第１変形例に係る起歪体の形状を示す模式図であり、図３Ａは、平面図、図３Ｂは起歪体の自由端が変位していない状態における側面図。

【図4】第２変形例に係る起歪体の形状を示す模式図であり、図４Ａは、平面図、図４Ｂは起歪体の自由端が変位していない状態における側面図。

【図5】図３に示す変形例におけるＦＢＧセンサの反射波長の変化と温度との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る変位量測定システム１について説明する。

【0023】

まず、変位量測定システム１の構成について説明する。

【0024】

図１に示すように、変位量測定システム１は、ベース１１と、ベース１１に固定された片持ち梁状の起歪体１２と、起歪体１２に付設された第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂと、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長を測定する測定装置１４と、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂと測定装置１４とを接続する光ファイバ１５と、光ファイバ１５の測定装置１４の端部とは反対側の端部に接続された屈折率整合ジェル１６とを備えている。

【0025】

第１ＦＢＧセンサ１３ａの初期反射波長と第２ＦＢＧセンサ１３ｂ初期反射波長とは、異なる波長となっている。

【0026】

測定装置１４は、光ファイバ１５を介して、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂへ所定の帯域の光を出射する広域帯光源１４ａと、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂから反射された光を測定する光スペクトルメータ１４ｂと、光スペクトルメータ１４ｂが測定した光の波長から起歪体１２の歪み量を算出する算出部１４ｃとを有している。

【0027】

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、起歪体１２は、熱伝導率が高い材料（例えば、ベリリウム銅）で形成された板状の弾性部材である。起歪体１２の一端部１２ａは、ベース１１に固定された固定端である。起歪体１２の他端部１２ｂは、測定対象物Ｏから作用点Ｐに荷重を受けた際に、変位する自由端である。

【0028】

また、図２Ａに示すように、起歪体１２は、第１ＦＢＧセンサ１３ａが付設される一端部１２ａ側の第１領域Ａ１と、第２ＦＢＧセンサ１３ｂが付設される他端部１２ｂ側の第２領域Ａ２とに分けられる。

【0029】

第１領域Ａ１の両側縁は、平面形状において、底辺の長さがｂで、作用点Ｐを頂点とする二等辺三角形の底辺側と一致する。第２領域Ａ２の両側縁は、平面形状において、底辺の長さが２ｂで、作用点Ｐを頂点とする二等辺三角形の頂点側と一致する。すなわち、起歪体１２の平面形状は、底辺の長さが２ｂの二等辺三角形の底辺側の両側縁が切欠かれた形状となっている。

【0030】

第１領域Ａ１に付設される第１ＦＢＧセンサ１３ａの向き及び第２領域Ａ２に付設される第２ＦＢＧセンサ１３ｂの向きは、一端部１２ａから他端部１２ｂに向かう方向に沿う方向となっている。

【0031】

図２Ｃに示すように、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２は、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂがそれぞれ付設された位置で、他端部１２ｂが変位した際に、一端部１２ａから他端部１２ｂに向かう方向（すなわち、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの向きと一致する方向）において、各領域において曲率が一定になるように湾曲する。

【0032】

本実施形態においては、起歪体１２の平面形状（図２Ａ参照）における第１領域Ａ１の板幅と第２領域Ａ２の板幅との比が１：２に近似できる。

【0033】

ここで、起歪体１２の第１領域Ａ１の板幅ｂ_１及び第２領域Ａ２の板幅ｂ_２と第１領域Ａ１の曲率κ_１及び第２領域Ａ２の曲率κ_２との関係を説明する。

【0034】

一般に、曲率κは、任意の着目点から荷重が加わる点までの距離をｘ、曲げモーメントをＭ（ｘ）、ヤング率をＥ、断面二次モーメントをＩとしたとき、以下の式で表すことができる。

【数1】

【0035】

断面二次モーメントＩは、起歪体１２の板幅をｂ（ｘ）、板厚をｈとしたとき、以下の式で表すことができる。

【数2】

【0036】

曲げモーメントＭ（ｘ）、ヤング率Ｅ、板厚ｈは第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２で同じであるので、第１領域Ａ１の板幅ｂ_１及び第２領域Ａ２の板幅ｂ_２と第１領域Ａ１の曲率κ_１及び第２領域Ａ２の曲率κ_２との関係は、以下の式で表すことができる。

【数3】

【0037】

すなわち、起歪体１２の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２における板幅ｂ（ｘ）と曲率κとは反比例の関係にあるので、本実施形態においては、他端部１２ｂが変位した際における第１領域Ａ１の曲率と第２領域Ａ２の曲率との比は２：１と近似できる。

【0038】

なお、起歪体表面の弾性歪み量ε^ｅと曲率κとの関係は、以下の式で表すことができる。

【数4】

【0039】

すなわち、弾性歪み量ε^ｅは曲率κに比例する。また、上記したように曲率κは板幅ｂ（ｘ）に反比例するので、弾性歪み量ε^ｅも板幅ｂ（ｘ）に反比例する。

【0040】

このように、他端部１２ｂが変位した際における第１領域Ａ１で生じる弾性歪み量と第２領域Ａ２で生じる弾性歪み量との比率は、所定の比率となるように予め定められる。この比率は、起歪体１２の形状を変更することによって、任意に定めることができる。

【0041】

第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは十分に近接した位置に存在するので、それらの領域の間で温度が大きく変化することはない。すなわち、第１領域Ａ１に付設された第１ＦＢＧセンサ１３ａと第２領域Ａ２に付設された第２ＦＢＧセンサ１３ｂとは、温度が同一と認められる位置に付設されている。なお、温度が同一と認められるとは、完全に温度が同一である場合の他、温度差が無視できる程度に小さい場合も含む。

【0042】

また、図２ＡのＩ−Ｉ線断面図である図２Ｄに拡大して示すように、起歪体１２の第２ＦＢＧセンサ１３ｂを付設する位置には、第２ＦＢＧセンサ１３ｂを収容可能な溝部１２ｃが形成されている。第２ＦＢＧセンサ１３ｂは、溝部１２ｃに配置された後、接着剤１７で固定される。また、起歪体１２の第１ＦＢＧセンサ１３ａを付設する位置にも同様の溝部１２ｃが形成されている。起歪体１２には、このような溝部１２ｃが設けられているので、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの配置位置を容易に確定させるとともに、接着面積をより広くすることができる。これにより、製造が容易になって、生産コストを低下させるとともに、起歪体１２に対して強固に第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂを付設することができる。

【0043】

次に、変位量測定システム１の測定装置１４が、算出部１４ｃにおいて、測定対象物Ｏの変位量（すなわち、他端部１２ｂの変位量）を算出する方法について説明する。

【0044】

起歪体１２の他端部１２ｂが変位した際（すなわち、測定対象物Ｏが変位した際）における第１領域Ａ１の弾性歪み量（第１ＦＢＧセンサ１３ａの歪み量）をε^ｅ_１、第２領域Ａ２の弾性歪み量（第２ＦＢＧセンサ１３ｂの歪み量）をε^ｅ_２としたとき、その歪み量の比率ｆｒは次式（１）で表すことができる。

【数5】

【0045】

第１領域Ａ１の弾性歪み量ε^ｅ_１、第２領域Ａ２の弾性歪み量ε^ｅ_２及びそれらの歪み量の比率ｆｒは、起歪体１２の形状によって任意に定めることができる。例えば、本実施形態の起歪体１２は、ベリリウム銅で形成されており、図２で示した形状（具体的には、他端部１２ｂが変位した際における第１領域Ａ１の曲率と第２領域Ａ２の曲率との比が２：１と近似できる形状）であるので、曲率に比例する弾性歪み量ε^ｅ_１，ε^ｅ_２の比率ｆｒは次のように設定されている。

【数6】

【0046】

また、例えば、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂを側方（他端部１２ｂが変位する方向と交わる方向）から見て起歪体１２を挟んで対向する位置に付設した場合（具体的には、図３に示す第１変形例の起歪体１８、又は図４に示す第２変形例の起歪体１９の場合）には、比率ｆ_ｒは次のように設定することができる。

【数7】

【0047】

一般に、起歪体１２の他端部１２ｂが変位すると、起歪体１２が湾曲する。このとき、起歪体１２とともに起歪体１２に付設された第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂも湾曲する。ここで、温度一定の条件の下で、他端部１２ｂが変位した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａの反射波長の変化量をΔλ_Ｂ１(δ_ｓ)とし、第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量をΔλ_Ｂ２(δ_ｓ)とすると、他端部１２ｂの変位量δ_ｓは、次式（２）で表すことができる。

【数8】

【0048】

ここで、一般に、弾性歪み量ε^ｅとＦＢＧセンサの反射波長の変化量Δλ_Ｂとの間には、次式（３）で示す関係が成立する。

【数9】

【0049】

式（３）におけるｋ^ｅは、所定の波長範囲ではほぼ一定とみなすことができる（例えば、波長が１５５０ｎｍ近傍の場合にはε^ｅ＝１μひずみ当たりでｋ^ｅ＝１．２ｐｍ）。

【0050】

したがって、第１ＦＢＧセンサ１３ａの歪み量ε^ｅ_１、第２ＦＢＧセンサ１３ｂの歪み量ε^ｅ_２、第１ＦＢＧセンサ１３ａの反射波長の変化量Δλ_Ｂ１(δ_ｓ)、第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量Δλ_Ｂ２(δ_ｓ)との間には、次式（４）で示す関係が成立する。

【数10】

【0051】

式（２），（４）より得られた２つの係数Ｋ_ｆ１及びＫ_ｆ２と比率ｆ_ｒとの間には、次式（５）で示す関係が成立する。

【数11】

【0052】

式（５）より、他端部１２ｂが変位した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａの反射波長の変化量Δλ_Ｂ１(δ_ｓ)及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量Δλ_Ｂ２(δ_ｓ)と、それらの比率ｆ_ｒとの関係を示す式として、次式（６）が得られる。

【数12】

【0053】

ところで、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長は、温度の変化による影響を受ける。そこで、温度がΔＴだけ変化した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａの反射波長の変化量をΔλ_Ｂ１（ΔＴ）とし、第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量をΔλ_Ｂ２（ΔＴ）とすると、起歪体１２の他端部１２ｂが変位するとともに温度が変化した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２は、次式（７），（８）で表すことができる。

【数13】

【0054】

ここで、本実施形態の起歪体１２に付設された第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂは、温度が同一と認められる位置に付設されている。そのため、温度が変化した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａの反射波長の変化量Δλ_Ｂ１(ΔＴ)と、第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量Δλ_Ｂ２(ΔＴ)は、同一の変化量Δλ(ΔＴ)とみなすことができる。そのため、式（７），（８）は次式（９），（１０）となる。

【数14】

【0055】

式（６），（９），（１０）より、次式（１１）を得ることができる。

【数15】

【0056】

上記の図３に示す起歪体１８において、温度が変化した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２と温度の変化量との関係は、例えば図５のグラフで示される。このグラフにおいて基準点とはδ＝０，Ｔ＝２０℃の状態であり、グラフ中の各線はＰ点を約１ｍｍ押し下げた状態（δ_ｓ＝１ｍｍの状態）を示す。また、Δλ^Ｔ＝１ｎｍはε＝８３３μ歪みに相当する。

【0057】

このグラフからも明らかなように、温度が変化した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量の差（Δλ^Ｔ_Ｂ１−Δλ^Ｔ_Ｂ２）は、温度によらず一定となる。

【0058】

式（２），（１１）より、起歪体１２の他端部１２ｂの変位量δ_ｓを表す式として、次式（１２）を得ることができる。

【数16】

【0059】

式（１２）において、弾性歪み量の比率ｆ_ｒ，係数Ｋ_ｆ１は既知の値であり、反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２は測定により得られる値である。また、式（１２）には、温度が変化した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａの反射波長の変化量Δλ_Ｂ１(ΔＴ)及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量Δλ_Ｂ２(ΔＴ)が存在していない。

【0060】

すなわち、式（１２）は、温度が変化した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量の影響を受けない式であるので、反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２を測定することによって、温度補償をしつつ起歪体１２の他端部１２ｂの変位量δ_ｓ（すなわち、測定対象物Ｏの変位量）を得ることができる。

【0061】

本実施形態においては、第１領域Ａ１における弾性歪み量と第２領域Ａ２における弾性歪み量との比率ｆｒを予め定めている。この比率ｆｒの値は、起歪体１２の設計によって凡その値を定めることができるが、正確な値は実際の試験によらなければ得ることはできない。ただし、起歪体１２の他端部１２ｂの変位量δ_ｓと反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２との関係を実際に求めておけば（具体的には、式（１２）において、Ｋ_ｆ１／（１−ｆｒ）を求めておけば）、比率ｆｒの正確な値を予め知ることは、実用上必ずしも必要ではない。

【0062】

なお、本実施形態の変位量測定システム１では、起歪体１２の他端部１２ｂ変位とともに温度が変化した際の第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２を測定することによって、温度による第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの反射波長の変化量Δλ(ΔＴ)を求めることができる。すなわち、温度測定を行うことができる。

【0063】

例えば、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂを、側面から見て起歪体１２を挟んで対向する位置とならないように付設した場合（ｆ_ｒ≠−１の場合）、比率ｆ_ｒと式（９），（１０）より、次式（１３）を得ることができる。

【数17】

【0064】

式（１３）を変形すると、次式（１４）を得ることができる。

【数18】

【0065】

式（１４）において、弾性歪み量の比率ｆ_ｒは既知の値であり、反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２は測定により得られる値である。また、式（１４）は、他端部１２ｂの変位量δ_ｓに依存しない。したがって、反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２を測定することによって、反射波長の変化量Δλ(ΔＴ)を求めることができる。すなわち、温度測定を行うことができる。

【0066】

さらに、温度変化量ΔＴとＦＢＧセンサの反射波長の変化量Δλ(ΔＴ)をとの間には、次式（１５）が成立する。

【数19】

【0067】

ここで、係数ｋ^Ｔは、ＦＢＧセンサに用いられる光ファイバと起歪体１２の材料によって定まる値である。そのため、係数ｋ^Ｔを予め求めておくことにより、基準温度からの温度変化量ΔＴの測定も行うことができる。

【0068】

また、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂを、側面から見て起歪体を挟んで対向する位置となるように付設した場合（ｆ_ｒ＝−１の場合。図３に示す第１変形例の起歪体１８又は図４に示す第２変形例の起歪体１９の場合）、式（９），（１０）より、次式（１６）を得ることができる。

【数20】

【0069】

ｆ_ｒ＝−１であるので、式（１６）は、次式（１７）となる。

【0070】

【数21】

【0071】

式（１７）を変形すると、次式（１８）を得ることができる。

【0072】

【数22】

【0073】

式（１８）において、反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２は測定により得られる値である。また、式（１８）は、他端部１２ｂの変位量δ_ｓに依存しない。したがって、反射波長の変化量Δλ^Ｔ_Ｂ１，Δλ^Ｔ_Ｂ２を測定することによって、反射波長の変化量Δλ(ΔＴ)を求めることができる。さらに、式（１５）を用いることにより、基準温度からの温度変化量ΔＴの測定も行うことができる。

【0074】

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。

【0075】

例えば、上記実施形態においては、第１ＦＢＧセンサ１３ａを起歪体１２の一端部１２ａ側の第１領域Ａ１に付設し、第２ＦＢＧセンサ１３ｂを起歪体１２の他端部１２ｂ側の第２領域Ａ２に付設している。しかし、起歪体に３つ以上のＦＢＧセンサを付設するようにしてもよい。また、ＦＢＧセンサの配置位置も、検出される歪み量が異なる位置であればよい。例えば、起歪体の表裏に１つずつＦＢＧセンサを配置するようにしてもよい。

【0076】

また、上記実施形態においては、図２Ａに示すように、起歪体１２の平面形状を、底辺側の領域の外縁が切欠かれた二等辺三角形となるように構成し、起歪体の一方側の面に２つのＦＢＧセンサを配置している。しかし、起歪体はこのような形状に限定されない。

【0077】

例えば、図３に示す第１変形例の起歪体１８のように、ベース１１に固定された一端部１８ａ近傍の平面形状を、作用点Ｐを頂点とする二等辺三角形の底辺側の形状とし、測定対象物Ｏから作用点Ｐに荷重を受けた際に変位する他端部１８ｂ近傍の平面形状を、端部が半円形で二等辺三角形の底辺側から頂点側に延びた形状とし、ＦＢＧセンサ１３ａ，１３ｂを、起歪体１８の表裏に１つずつ配置するようにしてもよい。

【0078】

また、例えば、図４に示す第２変形例の起歪体のように、ベース１１に固定された一端部１９ａ近傍の平面形状を、作用点Ｐを頂点とする二等辺三角形の底辺側の形状とし、測定対象物Ｏから作用点Ｐに荷重を受けた際に変位する他端部１９ｂ近傍の平面形状を矩形として、ＦＢＧセンサ１３ａ，１３ｂを、起歪体１９の表裏面に１つずつ配置するようにしてもよい。

【0079】

また、上記実施形態においては、起歪体１２に溝部１２ｃを設け、その溝部１２ｃに第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂを付設している。しかし、溝部１２ｃは、省略しても構わない。

【0080】

また、上記実施形態では、起歪体１２の平面形状を、二等辺三角形の底辺近傍の外縁を切欠いた形状としている。しかし、本発明の起歪体の形状はそのような形状に限定されるものではない。例えば、ＦＢＧセンサのグレーティング長が起歪体の長さに対して十分に小さいとみなせる場合等には、平面形状が矩形であってもよいし、切欠きのない三角形であってもよい。

【0081】

また、上記実施形態においては、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの向きと起歪体１２の曲率が変化する向きを一致させるとともに、その向きにおいては他端部１２ｂが変位した際における起歪体１２の曲率が、第１ＦＢＧセンサ１３ａ及び第２ＦＢＧセンサ１３ｂの配置した位置（上記実施形態では、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２）で、それぞれ一定となるように構成している。しかし、ＦＢＧセンサの向きや、起歪体の湾曲時の曲率は、適宜変更してもよい。

【符号の説明】

【0082】

１…変位量測定システム、１１…ベース、１２，１８，１９…起歪体、１２ａ，１８ａ，１９ａ…一端部、１２ｂ，１８ｂ，１９ｂ…他端部、１２ｃ…溝部、１３ａ…第１ＦＢＧセンサ、１３ｂ…第２ＦＢＧセンサ、１４…測定装置、１４ａ…広域帯光源、１４ｂ…光スペクトルメータ、１４ｃ…算出部１５…光ファイバ、１６…屈折率整合ジェル、１７…接着剤、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ｏ…測定対象物、Ｐ…作用点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】