FBG（Fiber Bragg Grating）センサは、光ファイバーのコア内に形成した回折格子を利用して計測するセンサです。
特定の波長の光だけを反射する性質を持ち、温度変化や外力によってファイバーがわずかに変形すると、反射する波長、いわゆるブラッグ波長が変化します。この波長シフトをインテロゲータで読み取ることで、温度やひずみの変化を測定します。

この方式の大きな特長は、センサ部に電子部品を使わないことです。
その結果として、電源不要、電気的ノイズの影響を受けにくい、センサ側からノイズを出さない、落雷に強い、さらに高温・低温環境、地中・海中、長距離測定にも対応しやすいといった利点があります。
一般的な電気式センサでは難しい条件でも使いやすい点は、FBGセンサの大きな魅力です。

それでは、実際の測定例を見ていきます。
今回は、スターターキットに同梱のポリイミド被覆センサファイバー、GFRP被覆センサファイバー、フォイル型ひずみFBGセンサの3種類を用いて、温度とひずみを計測しました。

２－１．ポリイミド被覆センサファイバーで温度を計測

まずは、ポリイミド被覆センサファイバーを使って温度計測を行いました。
FBGセンサ部分を壁に貼り付け、ドライヤーで温めて温度変化を与えます。

ファイバー内のセンサ1、2、3を順番に温めたり、冷ましたりしたところ、下のグラフのようにそれぞれの温度変化を細かく捉えられることが確認できました。

さらに上のグラフのプロット位置で別の非接触式温度計(放射温度計)の値と比較してみました。下のグラフのように良い対応が得られており、FBGセンサで温度変化を正確に追えていることが分かります。

※プロットが黒線に近いほどFBGセンサと非接触式温度計の値が一致していることを表します

２－２．GFRP被覆センサファイバーで温度を計測

次に、GFRP被覆センサファイバーでも同様の温度計測を試しました。
こちらもFBGセンサ部分を壁に貼り付け、ドライヤーで温度変化を与えています。結果として、GFRP被覆タイプでも非接触式温度計と良い対応が得られました。

２－３．フォイル型ひずみFBGセンサでひずみを計測

続いて、フォイル型ひずみFBGセンサを使ってひずみ計測を行いました。
直定規にセンサを貼り付け、先端におもりをぶら下げてひずみの変化を確認しています。おもりは0,20,30,40,50,60,70,80gと段階的に増やしました。

FBGセンサの計測値を理論値と比較してみました。
理論値と比べて、良く対応が取れており正確な測定が可能なことが分かります。

今回は、SENTEA社FBGセンサを用いて、温度・ひずみ計測の基本的な使い方を確認しました。
実験を通して、温度とひずみという基本的な物理量をFBGセンサでしっかり捉えられることが確認できました。
「光ファイバーセンサは扱いが難しそう」と感じる方でも、まずはこうした基本評価を見て、導入イメージを持って頂けたのではないでしょうか。

特に
ノイズ環境に強いこと
長距離・多点計測に展開しやすいこと
厳しい環境でも使いやすいこと
は、FBGならではの強みです。
これらの強みを生かして、構造物の健全性監視、プラント配管のひずみ計測、風力タービンブレードの監視、航空機や船舶、大型機械の状態把握といった用途にFBGセンサが広く活用されています。

次回は、さらに実用途に近い応用例も紹介していきます。
FBGセンサの導入や評価をご検討中の方は、ぜひ下記リンクよりお問合せください。