光学式ストレインゲージについて良くあるご質問に対し正確にお答えします：プロセス、優位点、設置方法

ファイバブラッグ格子は、特に投射光線の波長の反射であるたくさんの反射光点から成っています。そのような反射光点は、ファイバコアに作用する強烈なUV光によって生成されます。このプロセスは別名"writing"と呼ばれます。ファイバ内にたくさんの反射光点を書き込むことで格子がつくられます

図 1: ファイバブラッグ格子の基本的構造

ファイバブラッグ格子の反射光点の間隔は常に同じです。二つの反射光点間で正しくマッチした波長は、格子によって反射します。全ての他の波長は、反射や減衰することなく格子を通って転送されます。それぞれの反射光ピークの光の干渉は、お互いの格子点の距離により決定された反射光ピークをつくります。

もし全ての反射光が位相中のとき - この場合、波長は反射光点の距離に相当します。 - これはこの点において構造的干渉という結果になります。そのような反射光ピークの波長はインテロゲータ内で決定されます。ファイバブラッグ格子に応力かかると同時に、反射光点の距離に変化が生じ、異なる波長が反射されます。これは計測されるべきブラッグ波長変化を起こします。金属ストレインゲージとの関連性へ相似させると、以下が適用されます。：

λ  ブラッグ格子の基本波長 (計測開始時の波長)
Δλ  応力が格子にかかった状態の波長振動
k    ゲージファクター
ε   応力

ファイバブラッグセンサは、電気式ストレインゲージに比べ、極めて薄いレイヤー特性を持っています。これは薄いコンポーネントの曲げ応力を計測するとき、無視できない計測エラーを引き出します。しかしこれは以下の式により簡単に補正できます。：

ε_OF    コンポーネント表面の応力
ε_Anz    ファイバによって計測された応力
h    コンポーネントの厚さ
d    コンポーネント表面からファイバまでの距離

HBMのオプチカルストレインゲージは、 d=0.5 mm となっています。

光学式ストレインゲージ（オプチカルストレインゲージ）は、特別な構造をしたブラッグ格子から成っています。ＨＢＭの光学式ストレインゲージは、従来の電気式ストレインゲージと同じように取り扱えるよう設計されています。そのためお客様は、オプチカルファイバの取り扱いに苦労することなく簡単にご利用いただけます。

もう一つの優位点は、ブラッグ格子のプレストレス無しでネガティブストレインを簡単に計測できることです。この特徴はパテントによりＨＢＭからのブラッグ格子にのみ持ちうるものです。

全てのＨＢＭ製光学式ストレインゲージは、疲労寿命、ゲージファクターや最大伸長のような特性については、電気式ストレインゲージのスタンダードであるVDI/VDE2635に準拠して試験されています。

インテロゲータへの接続に使用されるプラグやカップリングのような制動用具は、オプチカルファイバの差違と同じくらい光のロスをつくります。 catman^®Easy optics ソフトウェアの add-on モジュールで、ゲインとノイズスレッシュホールドをマッチングさせることにより、評価することができる信号強度の誤差範囲内にセンサスペクトラムを調整することができます。

ゲインは信号強度の向上に使われます。ノイズスレッシュホールドはノイズレベルを抑圧されたノイズに調整するために使用されます。 この場合、反射光ピークの強さは、ノイズレベルとほぼ同じであることが必須です。ストレインゲージチェーンとして設置されたHBM製オプチカルストレインゲージは最大 4dB  の差違レベルを持っています－ 値は計測値に対しネガティブな影響を与えません。ゲインとスレッシュホールドの正しい調整に関するさらに詳しい情報としては、 関連のOperating Manual（取扱説明書）をご覧下さい。

光学式（オプチカル）ストレインゲージには、電気式ストレインゲージで明示されるようなアクティブグリッド長はありません。通常、HBMの光学式ストレインゲージは30mmの長さになっています。

ファイバブラッグ格子は、ストレインゲージの中央にある特別なプラスチックに埋め込まれています（イメージ内の明るい部分）。応力は、オプチカルストレインゲージの"エンドポイント" (イメージ内で暗くなっている２カ所) によってファイバブラッグ格子にかかります。これらのエンドポイントはそれぞれ5mmの長さを持っています。オプチカルストレインゲージは全長において接着される必要があります。

明るい特別なプラスチック材は、特にネガティブストレインの関連事象に対してファイバをガイドします。インテロゲータに送られたオプチカルストレインゲージの応力信号は、明るい特別なプラスチック材全域での全ての応力の平均です。

オプチカルファイバブラッグ計測技術における主なメリットの一つは、１本の同じファイバにいくつかのセンサを取り付けられるという点です。 これらのセンサは違ったブラッグ波長を持っています。

「ファイバブラッグ格子はどのように機能するの？」の項で記述しましたように、ブラッグ波長は変化し、温度や応力がセンサに変化をあたえるような機能を果たします。ピークは干渉されてはいけません。

センサの機械的負荷によりセンサの波長変化はおこります。これら変化量の合計はインテロゲータの波長帯域を超えてはいけません。

センサと波長ピーク間で許容されるべき離間距離は考慮されなければなりません。これらは反射光波長の原理によってインテロゲータからセンサへ割り当てられるようにする必要があります。１本のファイバに対し推奨するセンサの数は１３です。４チャンネルのインテロゲータは、例えば５２個までのセンサ接続を可能にします。

一般的に光学式ストレインゲージは、湿度の上昇に対し長期安定性を持たない常温硬化の接着剤を使用して設置されます。 これは シアノアクリル酸接着剤 （Z70） を用いたときの典型です。

それに対し、エポキシ樹脂タイプは (X280) 湿度による影響に対し耐性があります。 ご留意いただきたいのは、湿度による光学式ストレインゲージへの影響は、使用されている材質の限られた階層に膨張を引き起こすという結果をもたらすことです。光学式ストレインゲージの内部で、これは力を発生させブラッグ格子に影響を与えます。これは計測点のゼロの安定性において、ネガティブ側に影響します。 全ての場合において、HBMは電気式ストレインゲージに使用するものと同じようなカバー材を使用されることを推奨します。

HBMの全ての保護用カバー材 （SL450を除く） を光学式ストレインゲージにお使いいただくことができます。

静的用と動的用のインテロゲータの違いはそのサンプリングレートにあります。静的用インテロゲータは1～10Hzまでのサンプリングレートでオペレーションできます。それに対し動的用インテロゲータでは100～1000Hzまでのサンプリングレートでオペレーションできます。

• 静的用インテロゲータの型式： SIxxx
• 動的用インテロゲータの型式： DIxxx

光学式マルチプレクサは、４チャンネルインテロゲータと接続することができます。これらは光学式計測チェーンの数を８～１６チャンネルに増加させます。これにより最大３２０チャンネルの光学式計測チェーンが構築可能となります。さらに詳細な技術的情報は、製品ページより仕様書をごらん下さい。

インテロゲータが計測する値は、センサによって反射される信号の波長です。光学式ストレインゲージに応力がかかって波長の変化が起こるとき、その変化は応力に比例します。相当する応力値を得るため、波長は応力に換算されなければなりません。

センサのパッケージ上に明示されたゲージファクターは、相対的なファクターとして使用されます。もう一つのオプションとしては、光学式計測技術に適したデータ収集及び解析ソフトウェアを使用することです。

スペクトラム表示や応力計測、ゼロ調整値などに必要なパラメータ設定はソフトウェア内に永続して保存されます。温度変化は計測結果に重大な影響を与えます。データ収集ソフトウェアは補正すべき温度影響を示します。これは補正センサまたは温度チャンネルを通じて補正することでも行えます。