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JP3002268B2 - 物理量測定装置 - Google Patents

物理量測定装置

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Publication number
JP3002268B2
JP3002268B2 JP2413367A JP41336790A JP3002268B2 JP 3002268 B2 JP3002268 B2 JP 3002268B2 JP 2413367 A JP2413367 A JP 2413367A JP 41336790 A JP41336790 A JP 41336790A JP 3002268 B2 JP3002268 B2 JP 3002268B2
Authority
JP
Japan
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grating
sensing
echo
wavelength
optical fiber
Prior art date
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Application number
JP2413367A
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English (en)
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JPH04279832A (ja
Inventor
ウェイン モーリィ ウイリアム
Original Assignee
ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション filed Critical ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション
Publication of JPH04279832A publication Critical patent/JPH04279832A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3002268B2 publication Critical patent/JP3002268B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G01L1/246—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35383—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、選択され
た物理量の感知に関しかつとくに多数の位置において、
構造上の応力のごときかかる量を同時に検出することが
できる感知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】構造内の応力を感知することができる感
知装置の種々の構造がすでに知られている。例えば、１
９８９年２月２１日に発行されかつ「分布された、空間
的に回転する光ファイバひずみゲージ」と題された共同
所有のアメリカ合衆国特許第４,８０６,０１２号から、
その応力が測定されることができる構造内に異なる最初
の周期性の複数の周期的ブラッグ格子を埋め込みかつし
たがって各々それぞれの周期性によって決定される中心
波長のまわりの狭い範囲において光を反射することが知
られている。これらの格子はそれらの周期性かつそれゆ
えそれらの中心波長の付随するひずみ関連変化により、
構造内のそれらの位置に依存する異なる応力、温度およ
びひずみを受けるように構造の異なる領域に配置され
る。この公知の感知装置の使用の間中、光はすべての条
件下のブラッグ格子のすべてに対して関心の波長を含む
ような波長範囲において光ファイバに投射される。次い
で、ファイバの出発（投射）端へ戻される光が存在につ
いて検査されるかまたは他端に到達する光が構造のそれ
ぞれの位置に存在する応力によって変更されるような格
子のそれぞれの中心波長のまわりの光の不存在または減
少された強度について検査され、それによりかかる応力
の大きさを決定する。
【０００３】個々のブラッグ格子は、光ファイバコア内
に、構造内にそれを据え付ける以前に、光ファイバコア
を外装材を通して２本の紫外線光ビームの干渉パターン
に露光することにより設けられ、それらの光ビームの光
周波数および／または方向付けは光ファイバに対して長
手方向軸線が、各格子に関して、最大および最小の干渉
パターンが長手方向軸線に対して垂直な方向に光ファイ
バを通って延びかつ周期性（例えば２つの連続する最大
間の距離）特定の格子について望まれる周期性であるよ
うになっている。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】このようなアプローチは構造
内応力について監視されるような光ファイバに沿う多数
の位置が比較的小さい多くの用途における使用に好都合
であるので、各々の格子がそれにかなりの量の利用しう
るスペクトル（すなわちその比較的狭い波長または周波
数帯域だけでなくまたすべての条件下で、すなわち隣接
するチャンネルの中心波長が、関連の光子の位置におい
て印加される応力の結果として、互い最大範囲に向かっ
て移動したときでも、隣接するチャンネル間の重なり合
いまたはそれらのクロストークを回避するのに十分な量
だけ他の格子に付与される隣接波長または周波数帯域か
らの分離）を付与しなければならないために重要な欠点
を有する。かくして、各感知光ファイバ内に使用される
ことができる格子センサの数を厳密に制限する。例え
ば、エッジ放出ダイオードまたはレーザダイオードのご
ときソリッドステートデバイスがかかるデバイスの比較
的低コストおよび信頼性のため非常に望ましい光源とし
て使用されるならば、２０ないし３０nmの波長範囲をカ
バーするのみである。他方で、上述した型の各光学ひず
みセンサは１０,０００マイクロストレインをカバーす
るような５nmの帯域幅までを必要とし、その結果４ない
し６のセンサが各ダイオードソースに関連付けられるこ
とができるのみである。
【０００５】したがって、本発明の目的は従来技術の欠
点を回避することにある。
【０００６】より詳細には、本発明の目的はこの種の公
知の装置の欠点を持たない分布された光ファイバブラッ
グ格子を提供することにある。
【０００７】本発明のさらに他の目的は監視されている
量を示すデータが多数の埋め込まれたブラッグ格子を含
んでいる単一光ファイバを使用して信頼し得るように集
められることができる位置応力の数を著しく増加するよ
うにここで検討中の型式の分布されたセンサ装置を開発
することである。
【０００８】本発明の他の目的は種々のブラッグ格子の
検査のために光ファイバに光を投射するための光源とし
て制限された帯域幅を有する比較的安価なレーザを利用
することができる上述した型式の装置を工夫することに
である。
【０００９】本発明の付随する目的は、構造が比較的簡
単で、製造が安価で、使用し易くかつさらに操作が信頼
し得るような方法において上述した型式の感知装置を設
計することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】これらの目的および以下
で明らかとなる他の目的を保持することにおいて、本発
明の１つの特徴は多数の間隔を置いた位置において選択
された物理量を測定するための装置に属する。
【００１１】この装置は導波コアを有しかつすべてにつ
いて実質上同一の最初の周期性の多数の個々に長手方向
に間隔を置いたブラッグ感知格子を含んでいる細長い光
ファイバを含み、各感知格子は前記位置の異なる位置に
配置される。長手方向応力は各位置でのそれらの大きさ
が、周期性の付随する変化により、その最初の値から特
定の位置において監視されているそれぞれの物理量のず
れの範囲に依存するような方法において光ファイバに印
加される。本発明の装置はさらに、光パルスを前記コア
にその長手方向の伝搬のためにかつ前記それぞれの感知
格子に到達する光の波長がその中心波長と少なくとも一
時的に一致するときそれぞれの感知格子の前記周期性の
瞬時の値により決定される前記中心波長において検知し
得る光エコーの前記感知格子のいずれかからの戻りのた
めに投射するための手段、および前記感知格子が前記印
加手段により前記格子に印加されるように求められる長
手方向応力の範囲内に前記エコーを戻す前記中心波長の
少なくともすべてと、検出周期の異なる時間において、
一致するように前記投射手段が光を放出する時間を制御
するための手段を含んでいる。案内手段は光エコーを前
記光ファイバから離れた検出位置に導き、そして検出手
段は前記光エコーが前記検出位置に到達するとき前記光
エコーを検出しかつそれに応答して一連の検出信号を放
出する。最後にしかし特に、本発明の装置は前記検出信
号を、それぞれの光パルスの放出と前記検出手段でのそ
れに応答する前記エコーの到達との間に経過される時間
間隔を基礎にしてそれぞれの感知格子に、そして前記そ
れぞれの格子がそれに応答して前記エコーを戻す前記光
パルスのそれぞれの波長を基礎にして前記それぞれの感
知格子に前記印加手段によって印加されるそれぞれの長
手方向応力に割り当てるための手段を含んでいる。
【００１２】
【作用】光ファイバから離れた検出位置において光エコ
ーが検出され、検出信号が感知格子および印加手段によ
って印加される長手方向応力に割り当てられ、構造の種
々の位置に存在する構造上の応力が検出される。
【００１３】以下に本発明を図面を参照してより詳細に
説明する。
【００１４】
【実施例】図１を詳細に参照すると、この図に見られる
ように、参照符号１０は光ファイバを識別するのに使用
され、光ファイバはその中に設けられた多数のブラッグ
格子Ｇ1ないしＧn（nは数百までのごとく大きな数を示
す）を有している。すべての格子Ｇ1ないしＧnがその内
容全体が本書に参考として組み込まれる上述したアメリ
カ合衆国特許第４,８０６,０１２号に記載された方法を
使用して光ファイバ１０のコアに刻まれるとき特に好都
合である。その結果これらの格子は光ファイバ１０の長
手方向において互いに間隔が置かれかつ光ファイバコア
の屈折率の周期的な変化によって構成され、その蓄積作
用は格子周期性によって決定される波長での意義のある
光の部分の反射である。
【００１５】しかしながら、上記特許の装置と異なっ
て、すべての格子Ｇ1ないしＧnは実質上同一の最初の周
期性を有し、かつそれゆえ、光が光ファイバ１０のコア
内で長手方向に伝搬するように発生されるとき、各格子
は、それらの格子Ｇ1ないしＧnがいかなる応力も受けな
いかまたは少なくともすべて同一の応力を受けるなら
ば、実質上同一の中心波長のまわりの非常に狭い帯域に
おける光の部分反射器として作用する。しかしながら、
理解されるべきことは、格子Ｇ1ないしＧnの最初の周期
性は正確に同一にすべきでなく、さらに言えば、格子Ｇ
1ないしＧnの最初の周期性をかつそれゆえ中心波長を、
すべての格子Ｇ1ないしＧnが非応力または等しい応力状
態下のごとく、同一の中心波長の光を反射する潜在的に
不利益な可能性を回避するように僅かに互い違いに配列
するのが好都合であるということである。
【００１６】本発明の装置は構造内の構造的応力を検出
するのに使用されるように以下に説明される。これらの
状況により、光ファイバ１０は、構造内に埋め込むかま
たは構造への光ファイバセンサの取着と関係するものと
して良く知られておりかつ図面を不適切に妨げないため
に図面から除外された方法において、その応力が決定さ
れる構造内に埋め込まれるか、または他の方法で構造
に、格子Ｇ1ないしＧnの各連続的な２つの格子間に配置
されるファイバ部分で取着される。以下において、格子
Ｇ1ないしＧnは上記特許に開示された型式からなると仮
定され、さらに、他の型式のブラッグ格子がその代わり
に本発明の装置において使用されることができる。
【００１７】光ファイバ１０は出発端部分１１と該出発
端部分１１から離れた他端部分１２を有している。例示
のごとく、他のブラッグ格子Ｇvは出発端部分１１にお
いて光ファイバ１０に埋め込まれる。この格子Ｇvは格
子Ｇ1ないしＧnと同一の最初の周期性を有するが、それ
らと異なって、選択的に変化し得る型式からなる、すな
わち、その周期性は格子を外部で付与される応力に、例
えば共同で所有のアメリカ合衆国特許出願（書類番号Ｒ
−３３３０）に開示された方法において従わせることに
より選択的に変化させられることができる。この特許出
願の内容は外部応力が格子Ｇvにどのように付与される
かを理解するのに必要とされる範囲で本書に組み込まれ
ている。
【００１８】上述したアメリカ合衆国特許第４,８０６,
０１２号により十分に説明されたように、この型式の格
子（すなわち、格子Ｇ1ならびに開示されたような本発
明の装置に使用される可変格子Ｇn）は光ファイバ１０
のコアを通って長手方向に初期または出発点へ走行する
予め定めた光信号の割合を反射する狭帯域拒絶フィルタ
として個々に作用し、かくして格子周期性、かつそれゆ
えその共振波長によって指図される中心波長のまわりの
非常に狭い範囲内の軸方向波長において格子トランスミ
ッタンススペクトルの狭いノッチおよび格子リフレクタ
ンススペクトルの同一基準のピークを形成する。いま、
理解されることは、格子Ｇ1ないしＧnおよびＧvのいず
れかが長手方向ひずみの結果として生じる応力を受ける
とき、その周期性かつそれゆえその中心波長は同一基準
で変化するということである。
【００１９】本発明の装置はこの現象を、いずれか付与
された時間で格子のそれぞれの位置において構造内で遭
遇される応力の結果として構造内のかかる位置にまたは
構造に印加される応力を決定するために、そして可変格
子Ｇvの反射波長を制御するために利用する。より詳細
には、レーザダイオードとして示された光源２０は、光
ファイバ１０の出発または上流端部分１１に向かって光
を放出するように位置決めされ、かつ集光レンズ２１は
光源２０と端部分１１の端面との間に挿入されるように
示されそして光源２０によって放出された光をそれが可
変格子Ｇnに最初に遭遇する光ファイバ１０のコアに集
中させる。
【００２０】可変格子Ｇvによって光源２０へ反射され
る光の中心波長は可変格子Ｇvに付与されるひずみの量
によって決定され、そしてこの反射はこの波長へのレー
ザ光源２０の放出の同調を結果として生じる。この際
に、可変格子Ｇvはその大きさが格子Ｇvの軸方向長さに
依存する中心波長のまわりの光の部分のみを反射し、そ
してこの中心波長でのかつそのまわりの光の残部はさら
に光ファイバコアの長手方向に、すなわち、感知格子Ｇ
1ないしＧnに向かって伝搬し続けるべきである。いま、
変化する応力を可変格子Ｇvに印加することにより、そ
の中心波長を変化しかつそれゆえ光源２０によって放出
される光の波長をしたがって変化することができる。
【００２１】この方法において、レーザ光源２０の波長
は許容し得る範囲（上述した１０,０００マイクロスト
レイン）内のその応力の範囲に拘わらず感知格子Ｇ1な
いしＧnの各々からの反射を得るのに必要とされる波長
の範囲にわたって掃引させられる。理解されることは、
各感知格子Ｇ1ないしＧnはその特定の位置において構造
に存在する応力を示すその中心波長が可変格子Ｇvによ
って決定されるような光源２１により光ファイバコアに
投射された光の波長と一致するときのみかなりの量の光
を反射するということである。
【００２２】光ファイバ１０の下流端面、すなわち、端
部分１２で終端する端面での望ましくない光反射を回避
するために、アブソーバ１３がそこに配置される。さら
にかつ同じ理由のため、他のアブソーバ１４が可変格子
Ｇvと感知格子Ｇ1との間に挿入される光カプラ１６の未
使用の分岐１５に配置される。格子Ｇ1ないしＧn間の多
重反射の作用を減少するために、かかる格子Ｇ1ないし
Ｇnの反射力が比較的小さい（すなわち数百のセンサに
関して０．０１程度）に選ばれる。結果として、多重反
射は光ファイバ１０の上流端部分１１に信号を戻すため
に少なくとも３回の反射を必要としかつしたがって１回
のみの反射から生じる信号レベルに対して著しく減少
（反射力の２乗だけ）される。
【００２３】レーザダイオード２１は個々のパルスの連
続を発生するような方法においてレーザダイオードパル
サ３０によって駆動される。同時に、パルサ３０は一連
の電気的同期信号をこれらを時分割デマルチプレクサ３
２に供給する接続ラインに供給する。可変格子Ｇvかつ
したがってその中心周波数およびレーザダイオード２１
の放出周波数に印加されるひずみは他の接続ライン４４
を通って時分割マルチプレクサ３２に供給される電気的
波長信号を供給する格子スキャナ３３によって制御され
る。光カプラ１６において光ファイバ１０に結合される
光ファイバ部分１７は、レーザダイオード２１によって
次いで放出される波長に同調されるかまたはそこで反射
する格子Ｇ1ないしＧnのレプリカから反射される最初の
パルスのレプリカを、光検出器３５に運び、該光検出器
３５はかかるレプリカをさらに他の接続ライン３６によ
って時分割デマルチプレクサ３２に運ばれる電気信号に
変換する。
【００２４】理解されることは、作動において、格子Ｇ
1ないしＧnがレーザダイオード２１がその特定の瞬間に
おいて光を放出させる特定の波長または周波数で反射
し、そしてかかる反射格子によって反射されるパルスレ
プリカが光ファイバ１０の上流端部分１１から当該感知
格子の間隔に依存して時間において相対的に互い違いに
配列される異なる時間スロットにおいて光検出器３５に
達するということである。他方で、格子Ｇ1ないしＧnの
異なる収束はレーザダイオード２１が、同一結果を有す
るが同期信号に対してことなる時間スロットにおいて、
他の特定の瞬間において光を放出させる他の特定の波長
または周波数で反射する。
【００２５】時分割デマルチプレクサ３２は同期信号
（次いで反射する感知格子からのそれぞれのレーザパル
スのレプリカの到達時間の決定のための初期点を供給す
る）だけでなく格子スキャナ３３からの信号波長信号
（レーザダイオード２１によって放出される光の波長ま
たは周波数を示す）、ならびに光検出器３５からの電気
信号（光検出器３５での上述したレプリカの到達を示
す）を受信するので、それぞれのレプリカを到達時間を
基礎にして次いで反射する感知格子に割り当てかつ構造
のかかる位置に配置された関連する個々の感知格子Ｇ1
ないしＧnが反射する波長を基礎にして構造の種々の位
置に存在する応力を決定することができる。
【００２６】上記装置およびそれに使用された技術は、
特にそれぞれの感知格子Ｇ1ないしＧnから戻されるパル
スレプリカまたはエコーの強度を測定する必要がなく、
むしろ時分割デマルチプレクサ３２が簡単なイエス／ノ
ー（すなわち、探知し得る戻り光信号の存在／不存在）
を基礎にして２値形状の作表および／またはディスプレ
イに非常に適する方法である各波長での時間スロットの
各々の決定を演算するため、遭遇される構造上の応力の
有効な評価に非常に役立つ。かくして、時分割デマルチ
プレクサ３２は非常に簡単な構造を有することができる
（この種のデマルチプレクサは公知でかつ容易に利用で
きるため議論される必要はなくかつここでは議論されな
い）。
【００２７】図１はさらにデマルチプレクサ３２からひ
きだされた電気信号がどのように表示されることができ
るかを示す。このために、デマルチプレクサ３２によっ
て供給されかつ時間スロットおよび周波数または波長に
関しての情報を支持する出力信号が接続ライン３７を通
ってモニタ３８に供給される。公知のように、モニタ３
８は画像、この場合にそれぞれ水平行および垂直列に配
置された多数の画素としてみなされるものからなるマッ
プまたはグラフを表示することができるスクリーンを含
んでいる。
【００２８】いま、特定の波長において受信されたエコ
ーを示す情報が、同期パルスの時間において始まって、
デマルチプレクサ３２によってモニタ３８に連続して供
給されると仮定すると、それぞれの行はこの特定の波長
を示しかつ連続する列は情報を、例えば基礎ラインから
の垂直軌跡の形において、エコーの時間スロットおよび
この波長において反射する格子Ｇ1ないしＧnのエコーの
一致に関して表示する。このアプローチはレーザダイオ
ード２１の放出周波数が各パルスの間中同一波長に維持
されかつ１つのパルスから他のパルスに変化するときと
くに適切である。
【００２９】他方において、同期パルスの時間に始まっ
て、モニタ３８にデマルチプレクサ３２によって連続的
に向けられるデータが特定の時間スロットにおいて受信
されるエコーを示すとき、それぞれの行はこの特定の時
間スロットかつしたがって格子Ｇ1ないしＧnの特定の格
子の一致を示しかつ連続する列は情報を、例えば、格子
Ｇ1ないしＧnの特定の格子が反射する波長について基礎
ラインからの垂直軌跡の形において表示する。この後者
のアプローチは可変格子Ｇvがレーザダイオード２１を
各パルスの間中適切な波長の帯域を通って走査させると
き特に有用であり、その結果すべての感知格子Ｇ1ない
しＧnがそれらのそれぞれの反射波長において同一のレ
ーザダイオードパルスによってアドレスされかつしたが
ってすべてがそれに応答してではあるが異なる波長にお
いてかつしたがってパルスの一時的に異なる部分に応答
してエコーを放出する。いずれにしても、モニタ３８の
スクリ−ンは検査されている構造の種々の位置との種々
の応力の結合を描写する２次元のマップまたはグリッド
を表示する。
【００３０】前述されたように、本発明の装置は構造の
種々の位置に存在する構造上の応力を検出するのに特に
適切であるが、また、構造内に配置されるかまたは構造
に依存する種々の位置において、構造上の応力に代え
て、温度、電界、磁界等のごとき他の物理的な量を測定
するために、その僅かに変更された形状において、本発
明の装置を使用することが企てられる。この場合に、光
ファイバ１０は少なくとも感知格子Ｇ1ないしＧnの領域
において、長手方向応力をかかる領域にその初期の大き
さからのそれぞれの物理的な量の変化に応答してまたは
依存して印加するための手段を備えている。かかる手段
は、例えば、光ファイバ１０の外面に塗布されかつ変化
する温度、磁界または電界にさらされるときそれらの寸
法を変化するコーティング、またはさらに言えば、前述
した共同で所有の、アメリカ合衆国特許出願（書類番号
Ｒ−３３３０）に開示された他の装置を含むことができ
る。
【００３１】本発明は構造上の応力感知および評価装置
の特定の構造において具体化されるように説示された
が、本発明がこの特定の例に限定されないことは明らか
で、むしろ本発明の保護範囲は特許請求の範囲からのみ
決定されることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、多数の間
隔をおいた位置において選択された物理量を測定するた
めの物理量測定装置において、導波コアを有しかつすべ
てについて実質上同一の最初の周期性の多数の個々に長
手方向に間隔を置いたブラッグ感知格子を含んでいる細
長い光ファイバであって、各感知格子が前記位置の異な
る位置に配置されるものと、前記光ファイバにその大き
さが各位置においてその最初の値から特定の位置におい
て前記周期性の付随する変化により監視されているそれ
ぞれの物理量のずれの範囲に依存する長手方向の応力を
印加するための手段と、光パルスを前記コアにその長手
方向の伝搬のためにかつ前記それぞれの感知格子に到達
する光の波長がその中心波長と少なくとも一時的に一致
するときそれぞれの感知格子の前記周期性の瞬時の値に
より決定される前記中心波長において検知し得る光エコ
ーの前記感知格子のいずれかからの戻りのために投射す
るための手段と、前記感知格子が前記印加手段により前
記格子に印加されるように求められる長手方向応力の範
囲内に前記エコーを戻す前記中心波長の少なくともすべ
てと、検出周期の異なる時間において、一致するように
前記投射手段が光を放出する時間を制御するための手段
と、前記光エコーを前記光ファイバから離れた検出位置
に導くための手段と、前記光エコーが前記検出位置に到
達するとき前記光エコーを検出しかつそれに応答して一
連の検出信号を放出するための手段と、前記検出信号
を、それぞれの光パルスの放出と前記検出手段でのそれ
に応答する前記エコーの到達との間に経過される時間間
隔を基礎にしてそれぞれの感知格子に、そして前記それ
ぞれの格子がそれに応答して前記エコーを戻す前記光パ
ルスのそれぞれの波長を基礎にして前記それぞれの感知
格子に前記印加手段によって印加されるそれぞれの長手
方向応力に割り当てるための手段とからなるように構成
したので、この型の装置は、光ファイバがそれぞれの感
知格子がそれぞれの位置に配置されかつ感知格子を含ん
でいる光ファイバ部分への構造のかかる位置に存在する
構造上の応力の伝達を結果として生じるように監視され
るべき構造に埋め込まれるかまたは他の方法でそれに取
着される構造において間隔を置いた位置に遭遇される構
造上の応力を検出するのに適するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の感知装置を簡単化して示す部分正面お
よび部分ブロック図である。
【符号の説明】
Ｇ1,Ｇn 感知格子 Ｇv 可変格子 １０ 光ファイバ １６ 光カプラ ２０ 光源 ３２ 時分割デマルチプレクサ ３３ 格子スキャナ ３５ 光検出器 ３８ モニタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−186830（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−186830（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−502980（ＪＰ，Ａ) 米国特許4523092（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 1/24 G01D 5/26

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数の間隔をおいた位置において選択さ
    れた物理量を測定するための物理量測定装置において、
    導波コアを有しかつすべてについて実質上同一の最初の
    周期性の多数の個々に長手方向に間隔を置いたブラッグ
    感知格子を含んでいる細長い光ファイバであって、各感
    知格子が前記位置の異なる位置に配置されるものと、前
    記光ファイバにその大きさが各位置においてその最初の
    値から特定の位置において前記周期性の付随する変化に
    より監視されているそれぞれの物理量のずれの範囲に依
    存する長手方向の応力を印加するための手段と、光パル
    スを前記コアにその長手方向の伝搬のためにかつ前記そ
    れぞれの感知格子に到達する光の波長がその中心波長と
    少なくとも一時的に一致するときそれぞれの感知格子の
    前記周期性の瞬時の値により決定される前記中心波長に
    おいて検知し得る光エコーの前記感知格子のいずれかか
    らの戻りのために投射するための手段と、前記感知格子
    が前記印加手段により前記格子に印加されるように求め
    られる長手方向応力の範囲内に前記エコーを戻す前記中
    心波長の少なくともすべてと、検出周期の異なる時間に
    おいて、一致するように前記投射手段が光を放出する時
    間を制御するための手段と、前記光エコーを前記光ファ
    イバから離れた検出位置に導くための手段と、前記光エ
    コーが前記検出位置に到達するとき前記光エコーを検出
    しかつそれに応答して一連の検出信号を放出するための
    手段と、前記検出信号を、それぞれの光パルスの放出と
    前記検出手段でのそれに応答する前記エコーの到達との
    間に経過される時間間隔を基礎にしてそれぞれの感知格
    子に、そして前記それぞれの格子がそれに応答して前記
    エコーを戻す前記光パルスのそれぞれの波長を基礎にし
    て前記それぞれの感知格子に前記印加手段によって印加
    されるそれぞれの長手方向応力に割り当てるための手段
    とからなることを特徴とする物理量測定装置。
  2. 【請求項２】 前記投射手段は回転可能なレーザを含
    み、そして前記制御手段は前記感知格子と同一の型式お
    よび実質上同一の最初の周期性からなりかつ前記レーザ
    と前記感知格子との間に挿入される可変格子、および前
    記周期性のかつしたがって前記可変格子が前記回転可能
    なレーザによって放出された前記波長を前記可変格子の
    瞬間的な中心波長と一致させるように前記エコーを前記
    回転可能なレーザに戻す前記瞬間的な中心波長の付随す
    る変化により前記可変格子に選択的に変化する長手方向
    の応力を印加するための手段を含むことを特徴とする請
    求項１に記載の物理量測定装置。
  3. 【請求項３】 前記光ファイバの前記コアは前記可変格
    子を組み込んでいる入力部分を有することを特徴とする
    請求項２に記載の物理量測定装置。
  4. 【請求項４】 前記導波手段は前記可変格子と前記感知
    格子との間で前記光ファイバに結合されかつ前記検出手
    段に通じている補助光ファイバを含むことを特徴とする
    請求項３に記載の物理量測定装置。
  5. 【請求項５】 前記割り当て手段は前記感知格子および
    量に関連付けられるそれぞれのグリッド行および列内の
    前記検出信号に含まれる情報を表示するための手段を含
    むことを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
  6. 【請求項６】 前記割り当て手段は前記時間間隔および
    波長を基礎にして前記検出信号をデマルチプレキシング
    するための手段、および前記デマルチプレキシングされ
    た検出信号を前記表示手段に供給するための手段を含む
    ことを特徴とする請求項５に記載の物理量測定装置。
  7. 【請求項７】 前記感知格子は前記コア内に埋め込まれ
    ることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
  8. 【請求項８】 すべてについて実質上同一の最初の周期
    性の周期的屈折率変化によって構成される多数の個々に
    長手方向に間隔を置いた埋め込まれた感知格子を含んで
    いるコアを有する細長い光ファイバであって、前記感知
    格子が構造の間隔を置いた領域に配置されそして前記領
    域の各々における構造上の応力が前記周期性の付随する
    変化によりそこに配置される前記感知格子の応力に伝達
    されるように前記構造に取着されるものと、光パルスを
    前記コアにその長手方向の伝搬のためにかつ前記それぞ
    れの感知格子に到達する光の波長がその中心波長と少な
    くとも一時的に一致するときそれぞれの感知格子の前記
    周期性の瞬時の値により決定される前記中心波長におい
    て検知し得る光エコーの前記感知格子のいずれかからの
    戻りのために投射するための手段と、前記感知格子がす
    べての求められる構造上の応力下で前記エコーを戻す前
    記中心波長の少なくともすべてと、検出周期の異なる時
    間において、一致するように前記投射手段が光を放出す
    る波長を制御するための手段と、前記光エコーを前記光
    ファイバから離れた検出位置に導くための手段と、前記
    光エコーが前記検出位置に到達するとき前記光エコーを
    検出しかつそれに応答して一連の検出信号を放出するた
    めの手段と、前記検出信号を、それぞれの光パルスの放
    出と前記検出手段でのそれに応答する前記エコーの到達
    との間に経過される時間間隔を基礎にしてそれぞれの感
    知格子に、そして前記それぞれの格子がそれに応答して
    前記エコーを戻す前記光パルスのそれぞれの波長を基礎
    にして前記それぞれの感知格子に関連付けられた前記領
    域に存在するそれぞれの構造上の応力に割り当てるため
    の手段とからなることを特徴とする構造内応力測定装
    置。
  9. 【請求項９】 前記投射手段は回転可能なレーザを含
    み、そして前記制御手段は前記感知格子と同一の型式お
    よび実質上同一の最初の周期性からなりかつ前記レーザ
    と前記感知格子との間に挿入される可変格子、および前
    記周期性のかつしたがって前記可変格子が前記回転可能
    なレーザによって放出された前記波長を前記可変格子の
    瞬間的な中心波長と一致させるように前記エコーを前記
    回転可能なレーザに戻す前記瞬間的な中心波長の付随す
    る変化により前記可変格子に選択的に変化する長手方向
    の応力を印加するための手段を含むことを特徴とする請
    求項８に記載の構造内応力測定装置。
  10. 【請求項１０】 前記光ファイバの前記コアは前記可変
    格子を組み込んでいる入力部分を有することを特徴とす
    る請求項９に記載の構造内応力測定装置。
  11. 【請求項１１】 前記導波手段は前記可変格子と前記感
    知格子との間で前記光ファイバに結合されかつ前記検出
    手段に通じている補助光ファイバを含むことを特徴とす
    る請求項１０に記載の構造内応力測定装置。
  12. 【請求項１２】 前記割り当て手段は前記感知格子およ
    び応力に関連付けられるそれぞれのグリッド行および列
    内の前記検出信号に含まれる情報を表示するための手段
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の構造内応力測
    定装置。
  13. 【請求項１３】 前記割り当て手段は前記時間間隔およ
    び波長を基礎にして前記検出信号をデマルチプレキシン
    グするための手段、および前記デマルチプレキシングさ
    れた検出信号を前記表示手段に供給するための手段を含
    むことを特徴とする請求項１２に記載の構造内応力測定
    装置。
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