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・ひずみを検出できるセンサーとしてご使用いただけます。
FisensのFBGセンシングシステムは、他のFBGセンサーと比較して低価格でご提供することが可能です。
⇒低価格で始めるFBGセンサー
FBG（温度・ひずみセンサー）
注目の製品デモ機あり
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。
FBGはカスタマイズが可能です。
測定ポイント：最大30箇所配置可能。
回折格子の間隔：最小1mmまで調整可能
ケーブル長：調整可能
⇒FisensのFBGセンサーアレイの選び方
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。
動画
詳しいデモンストレーションは、Youtube動画をご覧ください。
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
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。
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。
特徴3多点測定が可能
1本のファイバーで「温度」・「歪み」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。
インテロゲータの特徴
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。
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・歪み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
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 | 0.1-10 mm |
| 波長範囲 | 450-2000 nm |
| 半値全幅 | 0.2-2 nm |
| 波長精度 | ＜ 0.15 nm |
| サイドループ制御 | ＞ 15 dB |
| コーティングの種類 | お問合せください |
| ポジショニング | カスタマイズ可能です（最短間隔はグレーティング長によります） |
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センサーアレイのパッケージの選び方、ファイバー長や回折格子の間隔の指定方法をまとめました。
→FisensのFBGセンサーアレイの選び方
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
| 型番 | X100 | X400 | X1000-2/4 高速対応モデル |
|---|---|---|---|
| 製品画像 |  |
 |  NEW |
| チャンネル数 | 1 | 4 | 1 | ファイバーポート数 | 1 | 4 | 2/4 |
| 最大検出FBG点数 | 30 | 24 | |
| サンプリングレート | 1 - 200 Hz | 2 kHz 高速モード |
|
| 波長範囲 | 808 - 880 nm | 815 - 865 nm | 測定精度 | from 0.1 ℃ | 1 μe (10 Hz) | from 0.1 ℃ | 1 μe (1 kHz) |
| デジタル測定分解能 | 0.01 ℃ | 0.01 μe | ||
| 熱的安定性 | ＜ 0.1 ℃ / ℃ | <1µe/0,1℃ per 1℃ | |
| 偏波依存性 | ±7 μe / ± 0.7 ℃ (typical) | <5µe/0.5 ℃ (2σ) | |
| 動作温度範囲 | 0 - 60 ℃ | 5 - 50 ℃ | |
| 保管温度 | 0 - 80 ℃ | 0 - 70 ℃ | |
| 寸法 | 74 × 50 × 15 mm | 123 × 68.5 × 15.3 mm | 147 × 78 × 20 mm |
| 重量 | 60 g | 120 g | 210 g |
| 消費電力 | 1 W | 1.5 W | 2 W |
| 光学インターフェース | FC / APC | ||
| インターフェース | USB、UART(RS-232) | USB、RS-485、Ethernet | |
| ソフトウェアプロトコル | User Data Protocoll(UDP) | Data Transfer Protocol | |
| ハードウェアプロトコル | シリアル通信 | Modbus(シリアル通信) | |
X100 図面
X400 図面
X1000 図面
ソフトウェア
FBG Interrogator
FiSpec FBG X100 / X400には専用ソフトウェア「FBG Interrogator」が付属されます。
このソフトウェアではインテロゲーターの設定・操作が可能な他、インテロゲーターを複数同時に制御することも可能です。
■主な機能
- スペクトルデータの取得と表示
- ひずみ、温度シフトの自動計算
- データの記録
- ASCIIデータ（テキストファイル）のエクスポートとインポート
- FBG信号ピーク検出
- ターゲットサンプリングレートから自動で積算時間と平均を最適化
- 温度補償機能※
※選択したFBGに隣接するFBGの温度シフトをオフセット値として補正をかける機能です。
Bragg Sens・FBG-Interrogatorクイックスタートガイド
機器の接続方法、ソフトウェアを使用したひずみ測定、温度測定方法、など必要な手順をまとめたガイドです。 ダウンロード
アプリケーション
- FA/製造業
- エネルギー
- 航空宇宙
- 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）
技術情報
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？
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。
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）によって変化します。
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。
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
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」を同時に測定できます。
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。
FAQ
Q1
FBGセンサーは絶対測定ですか？
A.
FBGセンサーは相対測定になります。
設定した値に対しブラッグ波長の変化量を加算し温度または歪みを出力します。
Q2
測定可能な温度範囲は？
A.
使用されるFBGセンサーアレイの種類により異なります。
ポリイミドコーティングの場合は「-70～350°C」になります。
Q3
測定可能な歪みは？
A.
「P」タイプ：＜ 25,000 µm/m（長期使用の場合 ＜20,000 µm/m推奨）
「UHS」タイプ：＜ 45,000 µm/m（長期使用の場合 ＜40,000 µm/m推奨）
※詳細は「FisensのFBGセンサーアレイの選び方」を参照願います。
Q4
FBGセンサーアレイはどのように設置しますか？
A.
測定対象物にFBGが接触するように、接着剤での固定を推奨します。
シアノアクリレート系の接着剤を使用しますとアセトンなどで剥がせますので、繰り返し使用することができます。
Q5
ファイバー（ポリイミドコーティング）の曲げ半径はいくつですか？
A.
曲げ半径は「5mm」になります。更に曲げますと光信号を損失します。
Q6
FBG間の距離の最長と最短はいくつですか？
A.
FBGの最長間隔は「500m」、最短間隔は「2mm」になります。
Q7
FBGの形成箇所の誤差はどれほどありますか？
A.
FBGの形成箇所の公差は「0.3%/m」です。
Q8
FBGセンサーはどこまでカスタマイズ可能ですか？
A.
FBGの位置、個数、ファイバーの長さ、被覆のカスタマイズが可能です。
詳細は「FisensのFBGセンサーアレイの選び方」より参照頂けます。
Q9
温度補償機能はありますか？
A.
あいにく現在提供していますFBGセンサーには温度補償機能はありません。
FBG設置箇所に他のセンサーを設置し測定した値から補正頂く必要があります。
Q10
ブラッグ波長の温度依存性・ひずみ依存性はいくつでしょうか？
A.
Fisens社から提供しているインテロゲータを組み合わせた場合（@850nm）、温度依存性は「1K=7.35pm」、ひずみ依存性は「1με=0.66pm」になります。
PDF資料ダウンロード
温度・ひずみ FBGセンサー
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メーカー名
展示会情報
- 日時
- 2024年11月11日（月） 13：00-17：00
- 場所
- 東京大学（本郷キャンパス） 山上会館 2階 大会議室
- 展示物
FBG（温度・ひずみセンサー）
用途例
関連技術情報
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