「キャリブレーション係数」とは何ですか？

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なぜセンサー証明書にある数字のシーケンスをソフトウェアに入力する必要があるのですか？

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ファイバーグレーティング（FBG）デモジュレータが物理層で直接測定する唯一の生の値は、最終的に必要とされる温度（$ ^\circ\text{C} ）、ひずみ（ \mu\varepsilon ）、圧力、または応力などの工学的物理量ではなく、**光の波長（Wavelength、通常単位は \text{nm} または \text{pm} $ ）**です。

センサーの製造元発行の較正証明書（Calibration Certificate）に記載されている数値群は、そのセンサーの**較正係数（Calibration Coefficients / 感度パラメータ）**です。これをデモジュレーション解析ソフトウェアに入力する主な理由は以下の通りです。

1. 「波長シフト量 → 工学的物理量」の数学的変換を実現

FBGセンサーの原理によれば、ブラッグ反射波長 \lambda_B は次の式で表されます。

\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda

ここで、 n_{\text{eff}} はコアの実効屈折率、 \Lambda はグレーティング周期です。センサーが外部の温度または機械的ひずみの変化にさらされると、熱光学効果、熱膨張効果、または弾性光学効果により、波長がシフト \Delta\lambda します。

デモジュレータは、反射スペクトルのピーク位置の変化（ \Delta\lambda = \lambda_t - \lambda_0 ）しか識別できません。デモジュレーションソフトウェアは、較正係数で構成される関数関係式に依存して、測定されたピコメートル（$ \text{pm} $）級の波長シフトを工学単位に計算・表示する必要があります。

2. 物理量と温度範囲に対応する数学モデル（線形および多項式）のマッチング

異なるタイプのFBGセンサーとそれらの動作温度範囲は、異なる物理応答特性を持ちます。証明書の係数は、これらの異なる変換数学モデルに対応しています。

  1. 線形モデル（一次式）：
    • ひずみセンサー： Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.（OFSCN®）の金属管封止またはポリマー封止FBGひずみセンサーは、常温下で優れた線形性を示すことが多く、その較正式は一次式です。
      \Delta\varepsilon = K \cdot \Delta\lambda
      ここで、較正係数 K の単位は通常 \mu\varepsilon/\text{pm} です。
    • 常温/低温型温度センサー： 例えば 100 \, ^\circ\text{C} 仕様の温度センサーでは、較正式は通常一次式（単位 ^\circ\text{C}/\text{pm} ）が採用されます。
  2. 非線形補正モデル（二次式 / 二次多項式）：
    • 中高温温度センサー： より広い温度範囲または高温域（例： 300 \, ^\circ\text{C} 、 500 \, ^\circ\text{C} 、 800 \, ^\circ\text{C} ）で動作する場合、封止金属構造の熱膨張係数および二酸化ケイ素光ファイバーの熱光学係数が温度上昇とともに非線形を示すため、製造時の較正式は通常二次多項式になります。
      T = A \cdot (\Delta\lambda)^2 + B \cdot \Delta\lambda + C
      証明書上の複数のパラメータは、二次項係数 A 、一次項係数 B 、および定数項 C （単位は通常 ^\circ\text{C}/\text{pm} でフィッティング）です。これらの係数を入力することで、高温下での非線形誤差を補正し、全測定範囲の精度を保証します。

3. 製造公差および個体差の排除

FBGの書き込み、切断、組み立て、およびシームレス金属管またはエラストマー封止の硬化プロセスにおいて、微小な機械加工公差、予張力のわずかな違い、および界面せん断応力伝達効率の違いが存在します。

したがって、各センサーは出荷前に、計測グレードの基準テスト環境（高精度恒温槽、恒温炉、または高精度材料試験機など）で多点実測フィッティングが行われます。証明書上の較正係数は、そのセンサーの固有の実際の物理的応答特性を表すものです。正確な較正係数の入力は、テストシステムのトレーサビリティと測定精度を保証するための必須条件です。