(57)【要約】構造物に入るクラックを検出し監視するセンサ装置が提供される。このセンサ装置は、光源装置と、検出器構造と、基端及び先端を有する多数の光ファイバと、を備える。そのファイバは、互いに間隔をあけて構造物に取り付けられ、構造物にクラックが入ると、１以上の光ファイバがそのクラックによって損傷を受ける。当該光ファイバは、ファイバ基端で受光し、該光ファイバは、光をファイバ基端へ戻すことの可能なコーティングをファイバ先端に有する。【選択図】図１
2013545101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に入るクラックを検出し監視するセンサ装置であって、
光源装置と、
検出器構造と、
基端及び先端を有する多数の光ファイバと、を備え、
前記ファイバは、前記構造物にクラックが入ると１以上の前記光ファイバが該クラックにより損傷するように、互いに間隔をあけて前記構造物に取り付けられ、
前記光ファイバは、前記ファイバ基端で受光し、
前記光ファイバは、前記ファイバ基端へ光を戻すことの可能なコーティングを前記ファイバ先端に有し、
前記光ファイバのうちの損傷していないものは、前記検出器構造へ光を高強度で戻す、センサ装置。
【請求項２】
前記ファイバは、前記構造物へ接着されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記ファイバは、前記構造物内に組み込まれている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記ファイバは、前記構造物に形成された対応する溝に配置されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記ファイバは、予想されるクラック方向に対してほぼ直交する平行グリッドパターンで配置されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記コーティングは、蛍光コーティング及び燐光コーティングのいずれかである、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記検出器構造は、
前記ファイバのうちの１つへ光を集光すると共に該１つのファイバからの戻り光をビームスプリッタへ提供する第１集光光学系と、
該第１集光光学系からの戻り光を検出経路へ導く前記ビームスプリッタと、
前記戻り光の通過は許容する一方、前記検出経路に沿って進む照明光はブロックするフィルタと、
前記戻り光をセンサアレイへ集光する第２集光光学系と、
前記戻り光を検出し、前記１つのファイバに対応する検出信号を発生する前記センサアレイと、
前記センサアレイと接続されて前記検出信号を受信し処理する処理システムと、を備える、
請求項６に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記センサアレイは、ＣＣＤアレイ又は光センサアレイを備え、
前記処理システムは、マイクロプロセッサ又はコンピュータを使用したデータ取得システムを備える、
請求項７に記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記構造物の温度に相応する温度が、前記戻り光の強度に基づいて前記プロセッサにより測定される、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記構造物の温度に相応する温度が、前記戻り光の減衰に基づいて前記プロセッサにより測定される、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、検出された受傷ファイバの数をクラックの長さと関連付ける出力信号を生成する、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項１２】
前記コーティングは、反射コーティングである、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１３】
前記光源にパルスレーザを備える、請求項１２に記載のセンサ装置。
【請求項１４】
前記検出器構造は、
前記ファイバのうちの１つへ光を集光すると共に該１つのファイバからの戻り光をビームスプリッタへ提供する第１集光光学系と、
該第１集光光学系からの戻り光を検出経路へ導く前記ビームスプリッタと、
前記戻り光をセンサアレイへ集光する第２集光光学系と、
前記戻り光を検出し、前記１つのファイバに対応する検出信号を発生する前記センサアレイと、
前記センサアレイと接続されて前記検出信号を受信し処理する処理システムと、を備える、
請求項１３に記載のセンサ装置。
【請求項１５】
前記センサアレイは、ＣＣＤアレイ又は光センサアレイを備え、
前記処理システムは、マイクロプロセッサ又はコンピュータを使用したデータ取得システムを備える、
請求項１４に記載のセンサ装置。
【請求項１６】
前記処理システムは、検出された受傷ファイバの数をクラックの長さと関連付ける出力信号を生成する、請求項１４に記載のセンサ装置。
【請求項１７】
構造物に入るクラックを検出し監視するセンサ装置であって、
光源装置と、
検出器構造と、
第１及び第２光ファイバを用いた多数の光ファイバ対と、を備え、
前記ファイバ対は、互いに間隔をあけて前記構造物に取り付けられ、
前記第１光ファイバが受光して、前記第１及び第２ファイバの対が損傷していなければ、該未損傷対の第２ファイバが、光を高強度で前記検出器構造へ戻す、センサ装置。
【請求項１８】
前記第１及び第２光ファイバは、ループを有した連続光ファイバである、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２ファイバの対のそれぞれに取り付けられて、前記第１光ファイバから対応する前記第２光ファイバへ光を反射するミラー構造をさらに備える、請求項１７に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に入るクラックを検出し監視するセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ束、光検出器及び光源を備えたクラック検出システムが特許文献１に開示されている。その光ファイバ束は、風力タービンロータブレードなどの工学技術構造物の外表面に配設可能である。光パルスが光ファイバ束に供給される。ブレード内にクラックが生じている場合は、１以上のファイバ束がダメージを受け、光が反射されて１以上の対応する光検出器へ戻される。ファイバ束がダメージを受けていなければ、パルス光は、ファイバ束を通り抜けて反対側から外へ出る。別の例では、ファイバ束の、光源側の端部とは反対側の端部に、光検出器が配置される。ブレードに生じたクラックによりファイバ束がダメージを受けた場合、対応する光検出器が、ファイバ束を通る光量の減少を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開ＵＳ２００９／０２６２３３１Ａ１
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様により、センサ装置が、構造物に入るクラックを検出し監視するために設けられる。このセンサ装置は、光源装置と、検出器構造と、基端及び先端を有する多数の光ファイバと、を備える。そのファイバは、クラックが構造物に入った際に１以上の光ファイバが該クラックにより損傷するように、互いに間隔をあけて構造物に取り付けられる。光ファイバはファイバ基端で受光し、そして、当該光ファイバは、光をファイバ基端へ反射するコーティングを、ファイバ先端に有する。損傷していない光ファイバは、光を高強度で検出器構造へ戻す。
【０００５】
ファイバは、構造物に接着することができる。
ファイバは、構造物に組み込むことができる。
ファイバは、構造物に形成された対応する溝内に配置することができる。
ファイバは、予想されるクラック方向とほぼ直交する平行グリッドパターンに配置することができる。
【０００６】
一形態において、先端（又は末端）のコーティングは、蛍光コーティング及び燐光コーティングのいずれかである。検出器構造は、ファイバの１つへ光を集光すると共に該１つのファイバからの戻り光をビームスプリッタへ提供する第１集光光学系を備え、そのビームスプリッタは第１集光光学系からの戻り光を検出経路へ導き、そして、戻り光の通過は許容する一方で検出経路に沿って進む照射レーザ光はブロックするフィルタと、戻り光をセンサアレイへ集光する第２集光光学系と、を備える。センサアレイの１素子が戻り光を検出し、前記１つのファイバに対応する検出信号を発生する。検出器構造は、さらに、センサアレイと接続されて検出信号を受信し処理する処理システムを備える。センサアレイは、ＣＣＤアレイ又は光センサアレイを備えたものとすることができ、処理システムは、マイクロプロセッサベースのデータシステム又はコンピュータ使用のデータ取得システムを備えたものとすることができる。
【０００７】
構造物の温度に相応するファイバ先端での温度を、戻り光の強度に基づいて前記プロセッサにより測定することができる。
または、構造物の温度に相応するファイバ先端での温度を、戻り光の減衰に基づいて前記プロセッサにより測定することができる。
【０００８】
前記プロセッサは、検出された受傷ファイバの数をクラックの長さと関連付ける出力信号又は視覚表示を生成することができる。
【０００９】
他の形態では、コーティングを反射コーティングとし得る。光源は、パルスレーザとし得る。検出器構造は、ファイバの１つに光を集光すると共に該１つのファイバからの戻り光をビームスプリッタへ提供する第１集光光学系を備え、そのビームスプリッタは第１集光光学系からの戻り光を検出経路へ導き、そして、戻り光をセンサアレイへ集光する第２集光光学系と、センサアレイと接続された処理システムと、を備える。センサアレイの１素子が戻り光を検出し、前記１つのファイバに対応した検出信号を発生する。処理システムは、その検出信号を受信して処理する。
【００１０】
本発明の第２の態様により、センサ装置が、構造物に入るクラックを検出し監視するために設けられる。このセンサ装置は、光源装置と、検出器構造と、第１及び第２光ファイバを用いた多数の光ファイバ対と、を備える。そのファイバ対は、互いに間隔をあけて構造物に取り付けられる。第１光ファイバが受光して、該第１及び第２ファイバの対がダメージを受けていなければ、対応する第２光ファイバが、光を高強度で検出器構造へ戻す。
【００１１】
一形態において、第１及び第２光ファイバは、継続ループにより形成された連続光ファイバである。
【００１２】
センサ装置は、さらに、第１及び第２ファイバの対のそれぞれに取り付けられて、その第１光ファイバから対応する第２光ファイバへ光を反射するミラー構造を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】構造物と、該構造物に対し設置されて構造物に入るクラックを検出し監視するセンサ装置と、を概略的に示す図。
【図２】図２Ａは、構造物の外表面に接着された多数の光ファイバを示す構造物の断面図、図２Ｂは、溝内に配置されて構造物に接着された多数の光ファイバを示す構造物の断面図。
【図３】構造物中に組み込まれた多数の光ファイバを示す構造物の断面図。
【図４】本発明の第１実施形態に従い構成されたセンサ装置であって、光ファイバの端部が燐光又は蛍光コーティングされたセンサ装置のブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に従い構成されたセンサ装置であって、光ファイバの端部が反射コーティングされたセンサ装置のブロック図。
【図６】本発明の第３実施形態に従い構成されたセンサ装置であって、ファイバ対を設けたセンサ装置のブロック図。図６Ａは、構造物と、該構造物に対し設置されて構造物に入るクラックを検出し監視する図６のセンサ装置の一部と、を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の第１実施形態に従い構成された、構造物１００に入るクラックＣを検出し監視するセンサ装置１０が、図１及び図４に示されている。構造物１００は、風力タービンのブレード、ガスタービンエンジンのディスク又はブレード、航空機の窓枠、航空機の機体などであり得る。
【００１５】
センサ装置１０は、光源装置２０、検出器構造３０、及び多数の光ファイバ４０を備える。図１及び図２Ａに示した形態の場合、光ファイバ４０は、既知のエポキシ樹脂や接着剤を使用して接着するなどにより、クラック発生が予想される領域において構造物１００の外表面１００Ａに取り付けられる。好ましくは、ファイバ４０は、予想されるクラック方向（図１参照）に対しほぼ直交する平行グリッドパターンに配置される。図１において、構造物１００に入ったクラックＣが示されている。図１の光ファイバ４０は、互いに間隔をあけて、おおよそクラックＣの進行方向に対しほぼ直交する方向に延伸するように、配置されている。
【００１６】
図２Ｂに示す第１の代替形態では、光ファイバ４０は、構造物１０００の外表面１０００Ａに形成された溝１０００Ｂに配置される。ファイバ４０は、既知のエポキシ樹脂又は接着剤などにより、溝１０００Ｂ内に接着される。
【００１７】
図３に示す第２の代替形態では、光ファイバ４０は、構造物１１００の中に組み込まれている。
【００１８】
光ファイバ４０は、基端４０Ａと先端４０Ｂとをそれぞれ有する（図１及び図４参照）。図１及び図４の形態において、光ファイバ先端４０Ｂは、ＥｕＴＴＡとしても知られるユウロピウム（III）テノイルトリフルオロアセトナート、Ｒｕ（trpy）としても知られる蛍光材料のルテニウム（II）ビス（２，２：６，２−テルピリジン）、蛍光材料又はＹＡＧ：Ｃｒ材料（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｒ３＋）、燐光材料などの燐光又は蛍光コーティングで被覆される。光又は放射線の入射又は照射に曝されると、先端４０Ｂの燐光又は蛍光コーティングは、励起されて照射光とは異なる、すなわちシフトした波長で光を放射する。
【００１９】
クラックＣが構造物１００に入ると、該構造物１００においてクラックＣの真上に位置した１以上の光ファイバ４０が、構造物１００のクラックＣにより損傷され得る。光ファイバ４０における当該損傷は、ファイバ４０の長さ方向での軸歪みにより引き起こされる。光ファイバ４０が損傷した場合、照射光は、その光ファイバ４０の損傷を通り越して先端４０Ｂまで届くことはないか、又は、光が損傷を越えられたとしても、著しく強度が落ちることになる。一方、ファイバ４０が損傷していなければ、照射光はファイバ４０の全長を通ってファイバ先端４０Ｂまで届き、該先端４０Ｂは燐光性又は蛍光性のいずれかでコーティングされているので、照射光とは異なる波長で光を送り返す。戻り光は、照射光と同じ光ファイバ４０を通り、先端４０Ｂから基端４０Ａまで進む。
【００２０】
光源装置２０は、図示の形態では、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２０Ａを備える。より詳細には、各光ファイバ４０に１つずつＬＥＤ２０Ａが設けられる（図１及び図４参照）。これに代えて、設置された光ファイバ４０と同数の個別レーザ（図示せず）を光源装置に備えるか、又は、光ファイバ４０の全部に光を供給する１つのレーザを光源装置に備えることも考えられる。戻り光が照射光と異なる波長をもつので、ＬＥＤ２０Ａは、本形態のセンサ装置１０の作動中、連続的に又は間欠的に作動させることができる。
【００２１】
図１及び図４に示す形態において、検出器構造３０は、各光ファイバ４０に１つずつの多数のビームスプリッタ３２と、各光ファイバ４０に１つずつの多数の第１集光光学系３３と、各光ファイバ４０に１つずつの多数の第２集光光学系３４と、各光ファイバ４０に１つずつの多数のフィルタ３６と、各光ファイバに１つずつの多数の光検出器３８と、を備える。光ファイバ４０の１つに対するビームスプリッタ３２、第１集光光学系３３、第２集光光学系３４、及びフィルタ３６のセットを、光入出力ユニット３３と呼ぶことにする（図４参照）。
【００２２】
各ビームスプリッタ３２は、対応するＬＥＤ２０Ａからの照射光の一部を、対応する光ファイバ４０へ照射するために通過させる。ビームスプリッタ３２を通過する光は、第１集光光学系３３を通り、対応する光ファイバ４０へ入るように集光させられる。第１集光光学系３３は、既知のボールレンズを備え得る。ファイバ４０は、対応する第１集光光学系３３に隣接させてあり、第１集光光学系３３から照射光を受光すると共に戻り光を第１集光光学系３３へ渡す。上述のように、戻り光は、各光ファイバ４０に沿って、ファイバ先端４０Ｂからファイバ基端４０Ａまで伝わる。戻り光は、光ファイバ４０の基端４０Ａを出た後、対応する第１集光光学系３３及びビームスプリッタ３２を通る。ビームスプリッタ３２は、戻り光の一部を検出経路ＤＰの方向へ向ける。戻り光が検出経路ＤＰに沿って進むと、対応する第２集光光学系３４、対応するフィルタ３６を通り、対応する光検出器３８に受光される。それぞれ１つの第２集光光学系３４は、対応する光検出器３８に対し戻り光を集光する集光レンズを備え得る。各フィルタ３６は、戻り光は通す一方、検出経路ＤＰに沿って進み得る照射光はブロックするよう機能する。各光検出器３８は、戻り光を検知するよう機能し、戻り光を検知すると、対応する光ファイバ４０により戻り光が放射されたことを示す、対応する検出信号を発生する。
【００２３】
戻り光が光検出器３８により高強度で検知された場合、これは、対応する光ファイバ４０が損傷していないことを示す。「高強度」戻り光の値又は強さは、全光ファイバ４０が損傷していない、センサ装置１０の設置を行うときに決定可能であり、例えば、「高強度」戻り光は、センサ装置１０の設置初期で全ファイバ４０が損傷していないときの戻り光の強さとほぼ同じ強さをもつ。この後に戻り光に対して実施される測定はすべて、その初期「未損傷ファイバ」又は初期「高強度」戻り光レベルと比較される。また、しきい値強さを決めて、該値を下回る戻り光はもはや高強度とみず、著しく低い強度とみなすようにすることも考えられる。しきい値強さは、損傷ファイバのサンプルを使用し、該損傷ファイバサンプルを通過可能な光の強度を測定するようにして、実験室で決定可能である。損傷ファイバを通過する光強度の強さ平均よりもわずかに大きい光強度の強さ値をしきい値強さにし得る。例えば、戻り光がしきい値強さ、例えば初期戻り光高強度強さの１０％、を下回って検知された場合、このときの戻り光は高強度とはみなさず、著しく低い強度とみなす。未損傷光ファイバ４０は、構造物１００において光ファイバ４０の位置でクラックが無いことを示す。戻り光が光検出器３８で検知されなかった場合、又は、著しく低い強度で検知された場合、これは、光ファイバ４０が損傷したことを示し、順に、クラックＣが構造物１００において光ファイバ４０の地点まで入っていることを示す。
【００２４】
光検出器３８は、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、光センサアレイ、アレイに組み合わせてない個別光センサ、又はその他、戻り光の検知能力をもつセンサ装備によって定義することができる。
【００２５】
検出器構造３０は、さらに、光検出器３８に接続した処理システム５０を備え、検出信号を受信して処理することができる。処理システム５０は、光検出器３８からの電気信号をデジタル化するアナログ−デジタルコンバータ、マイクロプロセッサベースのデータシステム、コンピュータを使用したデータ取得システム又はその他同様のアナログ−デジタルコンバータからのデジタル信号を受信する処理装備、及び対応するディスプレイを備える。
【００２６】
上述したように、光ファイバは互いに間隔をあけて構造物１００に設置されている。構造物１００にクラックＣが入ると、１以上の光ファイバ４０がクラックＣによって壊され得る。処理システム５０は、対応する光検出器３８へ高強度で戻り光を放射している光ファイバ４０の数と同時に、対応する光検出器３８が光ファイバ４０からの戻り光を検知していないか、又は、著しく低い強度で戻り光を検知していることにより示される損傷した光ファイバ４０の数に基づいて、構造物１００のクラックＣの位置及び長さを示すデータを発生して表示する。上述のように、戻り光が光検出器３８により検知されないか、著しく低い強度で検知された場合、これは、対応する光ファイバ４０にダメージがあるか破損していることを示す。
【００２７】
図１及び図４に示す形態において、ＬＥＤ２０Ａが連続して作動する場合は、構造物１００の温度に相応する光ファイバ先端の温度が、燐光又は蛍光コーティングされた先端４０Ｂを有する光ファイバ４０から放射される戻り光の強度に基づいて、処理システム５０により測定される。
【００２８】
図１及び図４に示す形態において、ＬＥＤ２０Ａが周期的に又は間欠的に作動する場合は、構造物１００の温度に相応する光ファイバ先端の温度が、燐光又は蛍光コーティングされた先端４０Ｂを有する光ファイバ４０から放射される戻り光の減衰に基づいて、処理システム５０により測定される。
【００２９】
図５に示す本発明の第２実施形態によれば、センサ装置１０１が、構造物１０１に入るクラックを検出し監視するために設けられる。図５において、図１及び図４の実施形態と図５の実施形態とで共通の要素は同じ参照番号により参照される。
【００３０】
本形態において、センサ装置１０１は、光源装置、検出器構造１３０、及び多数の光ファイバ１４０（図５には１つの光ファイバ１４０のみ示す）を備える。多数の光ファイバ１４０は、図１において光ファイバ４０を構造物１００に取り付けるのと同様にして、既知のエポキシ樹脂又は接着剤を使用した接着などにより、クラック発生が予想される領域において構造物の外表面に取り付けられる。好ましくは、ファイバ１４０は、予想されるクラック方向に対しほぼ直交する平行グリッドパターンで配置される。
【００３１】
光ファイバ１４０は、基端１４０Ａと先端１４０Ｂとを含む。先端１４０Ｂは、アルミニウム、すなわち銀色にする、などの反射コーティングで被覆するのがよい。光又は放射線の入射又は照射に曝されると、反射コーティングした先端１４０Ｂは、基端１４０Ａへ光を反射して戻す。
【００３２】
クラックＣが構造物１００に入ると、該構造物１００においてクラックＣの真上に位置した１以上の光ファイバ１４０が、構造物１００のクラックＣにより損傷され得る。光ファイバ１４０の当該損傷は、ファイバ１４０の長さ方向での軸歪みにより引き起こされる。光ファイバ１４０が損傷していれば、照射光は、その光ファイバ１４０の損傷を通り越してファイバ先端１４０Ｂまで届くことはないか、又は、光が損傷を通り超したとしても、著しく低い強度となる。一方、ファイバ１４０が損傷していなければ、照射光はファイバ１４０の全長を通ってファイバ先端１４０Ｂまで届き、該先端は反射コーティングされているので、照射光と実質的に同じ波長で光を戻す。戻り又は反射光は、照射光と同じ光ファイバ１４０を通り、先端１４０Ｂから基端１４０Ａまで進む。
【００３３】
光源装置は、図示の形態によれば、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２０Ａを備える。より詳細に、１つのＬＥＤ２０Ａが光ファイバ１４０のそれぞれに設けられる（図５参照）。好ましくは、ＬＥＤ２０Ａは、本形態のセンサ装置１０１の作動中、間欠的、すなわち周期的に作動する。
【００３４】
図５に示す形態において、検出器構造１３０は、各光ファイバ１４０に１つずつの多数のビームスプリッタ（図示せず）、各光ファイバ１４０に１つずつの多数の第１集光光学系（図示せず）、各光ファイバ１４０に１つずつの多数の第２集光光学系（図示せず）、及び各光ファイバ１４０に１つずつの多数の光検出器１３８を備える。光ファイバ１４０に対する第１集光光学系、ビームスプリッタ、及び第２集光光学系の各セットは、光入出力ユニット１３３（図５参照）として参照される。
【００３５】
各ビームスプリッタは、対応するＬＥＤ２０Ａからの照射光の一部を、対応する光ファイバ１４０へ通す。ファイバ１４０は、対応する第１集光光学系に隣接し、該第１集光光学系から照射光を受光すると共に第１集光光学系へ反射光を送る。反射光は、先端１４０Ｂから基端１４０Ａまで、各光ファイバ１４０を通り抜ける。光ファイバ１４０の基端１４０Ａを出た反射光は、対応する第１集光光学系を通り、対応するビームスプリッタへ入る。ビームスプリッタは、反射光の一部を検出経路ＤＰの方向へ導く。検出経路ＤＰを通る反射光は、対応する第２集光光学系を通り、対応する光検出器１３８に受光される。各光検出器１３８は、反射光を検知するよう機能し、反射光を検知すると、対応する光ファイバ１４０から反射光が放射されていることを示す、対応する検出信号を発生する。処理システム５０は、以下に示すように、時間間隔（タイムインターバル）又は時間窓（タイムウインドウ）の中で発生する検出信号を監視する。時間間隔又は時間窓は、照射光線の発生に続いて生じる所定の期間として規定される。
【００３６】
対応するＬＥＤ２０Ａにより発生される光を検知するために別の光検出器１３９を設け、各ＬＥＤ２０Ａの作動を確認することが、考えられる。
【００３７】
時間間隔／窓の中で光検出器１３８により高強度で反射光が検知された場合、これは、対応する光ファイバ１４０が損傷していないことを示す。「高強度」戻り光の値又は強さは、上述したように、全光ファイバ１４０が未損傷であるセンサ装置１０１の設置時に決定され、例えば、「高強度」戻り光は、センサ装置１０１の設置初期で全ファイバ１４０が損傷していないときの戻り光の強さとほぼ同じ強さをもつ。未損傷光ファイバ１４０は、当該光ファイバ１４０の位置に構造物１００のクラックが無いことを示す。時間間隔／窓において反射光が光検出器１３８により検知されないか、又は、著しく低い強度で検知された場合、これは、光ファイバ１４０が損傷していることを示し、順番に、その光ファイバ１４０の地点まで構造物１００にクラックＣが入っていることを示す。
【００３８】
光検出器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、光センサアレイ、アレイに組み合わせていない個別光センサ、又は戻り光を検知可能なその他のセンサ装備によって定義することができる。
【００３９】
検出器構造１３０は、さらに、光検出器に接続され、検出信号を受信して処理する処理システム５０を備える。処理システム５０は、光検出器１３８からの電気検出信号をデジタル化するアナログ−デジタルコンバータと、マイクロプロセッサベースのデータシステムと、コンピュータを使用したデータ取得システム又はその他同様のアナログ−デジタルコンバータからのデジタル信号を受信する処理装備と、対応するディスプレイと、を備える。
【００４０】
上述したように、光ファイバは互いに間隔をあけて構造物１００に取り付けられる。クラックＣが構造物１００に入ると、該クラックＣによって１以上の光ファイバ１４０がダメージを受けるか破損し得る。処理システム５０は、時間間隔／窓において対応する光検出器に高強度で戻り光を放射した光ファイバ１４０の数と同時に、対応する光検出器が時間間隔／窓において光ファイバ１４０から戻り光を検知しないか、又は、著しく低い強度で光を検知することにより示される、破損した光ファイバ１４０の数に基づいて、構造物１００のクラックＣの位置及び長さを示すデータを発生し表示する。上述のように、時間間隔／窓において反射光が光検出器により検知されないか又は著しく低い強度で光が検知された場合、これは、対応する光ファイバ１４０がダメージを受けているか又は破損していることを示す。
【００４１】
図６及び図６Ａに示す本発明の第３実施形態によれば、センサ装置２００が、構造物１００に入るクラックを検出し監視するために設けられる。図６及び図６Ａにおいて、図１及び図４の実施形態と図６及び図６Ａの実施形態とで共通する要素は同じ参照番号により参照される。
【００４２】
本形態において、センサ装置２００は、光源装置と、検出器構造２３０と、第１及び第２光ファイバ２４２，２４４を用いた多数の光ファイバ対２４０（図６には１つの対２４０のみ示す）と、を備える。多数の光ファイバ対２４０は、既知のエポキシ樹脂又は接着剤を使用した接着などにより、クラック発生が予想される領域（図６Ａ参照）において構造物１００の外表面１００Ａに取り付けられる。好ましくは、ファイバ対２４０は、予想されるクラック方向に対しほぼ直交する平行グリッドパターンで配置される。より詳細に、第１及び第２ファイバ２４２，２４４の対２４０は、互いに間隔をあけて平行グリッドパターンに配置される（図６Ａ参照）。
【００４３】
光ファイバ２４２，２４４は、基端２４２Ａ，２４４Ａと先端２４２Ｂ，２４４Ｂとを含む。ミラー構造つまり反射器２４５が、第１及び第２光ファイバ２４２，２４４の対それぞれに取り付けられる。反射器２４５は、第１及び第２ファイバ２４２，２４４の先端２４２Ｂ，２４４Ｂに隣接し、第１ファイバ先端２４２Ｂから出る照射光を第２ファイバ先端２４４Ｂへ反射する。
【００４４】
構造物１００にクラックＣが入ると、構造物１００においてクラックＣの真上に位置した１以上の光ファイバ２４２，２４４が、構造物１００のクラックＣにより損傷され得る。光ファイバ２４２，２４４の当該損傷は、ファイバ２４２，２４４の長さ方向での軸歪みにより引き起こされる。光ファイバ２４２，２４４が損傷すると、照射光は、その光ファイバ２４２，２４４の損傷を通り越せないか、又は、強度が著しく低下する。一方、ファイバ対２４０の第１及び第２ファイバ２４２，２４４が損傷していなければ、照射光は、第１ファイバ２４２の全長を通って第１ファイバ先端２４２Ｂまで届く。そして、対応する反射器２４５が、第２光ファイバ２４４の先端２４４Ｂへ光を反射し、この光は、第２ファイバ２４４の全長を通って第２光ファイバ２４４の基端２４４Ａから出る。
【００４５】
光源装置は、図示の形態によれば、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２０Ａを備える。より詳細に、１つのＬＥＤ２０Ａが光ファイバ対２４０のぞれぞれに設けられる（図６参照）。ＬＥＤ２０Ａは、本形態のセンサ装置２００の作動中、連続して又は間欠的、すなわち周期的に作動する。
【００４６】
図６に示す形態において、検出器構造２３０は、各光ファイバ対２４０に１つずつの多数の第１集光光学系（図示せず）と、各光ファイバ対２４０に１つずつの多数の第２集光光学系（図示せず）と、各光ファイバ対２４０に１つずつの多数の光検出器２３８と、を備える。光ファイバ対２４０に対する第１及び第２集光光学系の各セットは、光入出力ユニット２３３として参照される（図６参照）。第１及び第２集光光学系のそれぞれは、既知のボールレンズを備える。
【００４７】
各第１集光光学系は、対応するＬＥＤ２０Ａからの照射光の一部を、対応する第１光ファイバ２４２へ通すように、集光する。第１ファイバ２４２は、対応する第１集光光学系に隣接して第１集光光学系から照射光を受光し、一方、対応する第２光ファイバ２４４は、反射光を第２集光光学系へ通す。反射光は、第２ファイバ先端２４４Ｂから第２ファイバ基端２４４Ａまで、各第２光ファイバ２４４を通る。第２光ファイバ２４４の基端２４４Ａを出た反射光は、対応する第２集光光学系を通過する。第２集光光学系は、反射光を、対応する光検出器２３８へ導く。各光検出器２３８は、戻り光を検知するよう機能し、戻り光を検知すると、対応する第２光ファイバ２４４から戻り光が放射されたことを示す、対応する検出信号を発生する。
【００４８】
反射光が高強度で光検出器２３８に検知された場合、これは、対応する第１及び第２光ファイバ２４２，２４４が損傷していないことを示す。「高強度」戻り光の値又は強さは、上述したように、全光ファイバ２４２，２４４が損傷していない、センサ装置２００の設置時に決定され、例えば、「高強度」戻り光は、センサ装置２００の設置初期で全ファイバ２４２，２４４が損傷していないときの戻り光の強さとほぼ同じ強さをもつ。未損傷の第１及び第２ファイバ２４２，２４４は、当該光ファイバ対２４０の位置で構造物１００にクラックが無いことを示す。反射光が光検出器２３８で検知されないか、又は、著しく低い強度で検知された場合、これは、光ファイバ対２４０の第１及び第２光ファイバ２４２，２４４の一方又は両方が損傷していることを示し、順番に、その光ファイバ対２４０の地点まで構造物１００のクラックＣが広がっていることを示す。
【００４９】
光検出器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、光センサアレイ、アレイに組み合わせていない個別光センサ、又はその他の戻り光を検知可能なセンサ装備によって定義される。
【００５０】
検出器構造２３０は、さらに、光検出器と接続されて検出信号を受信し処理する処理システム５０を備える。処理システム５０は、光検出器２３８からの電気信号をデジタル化するアナログ−デジタルコンバータと、マイクロプロセッサベースのデータシステムと、コンピュータを使用したデータ取得システム又はその他同様のアナログ−デジタルコンバータからのデジタル信号を受信する処理装備と、対応するディスプレイと、を備える。
【００５１】
上述したように、光ファイバ対２４０は、互いに間隔をあけて構造物１００に取り付けられる。構造物１００にクラックＣが入ると、該クラックＣによって１以上の光ファイバ２４２，２４４が損傷し得る。処理システム５０は、第１光ファイバ２４２及び第２光ファイバ２４４のいずれか又は両方が損傷した光ファイバ対２４０の数に基づいて、構造物１００のクラックＣの位置及び長さを示すデータを発生し表示する。
【００５２】
反射器２４５の代わりに、第１及び第２光ファイバ２４２，２４４の各対が、第１及び第２光ファイバ２４２，２４４を互いに結合するループをもつ単一光ファイバであってもよい。すなわち、各単一光ファイバが、ループにより接続された第１及び第２光ファイバからなり、これら第１及び第２光ファイバは、互いに隣り合ってほぼ平行に配置されている。照明光は、単一光ファイバの基端に入射し、単一光ファイバの先端から出射して、対応する検出器２３８により検知される。
【００５３】
それぞれループを有する多数の単一ファイバが、予想されるクラック方向に対しほぼ直交する平行グリッドパターンに配置される。
【００５４】
本発明の特定の実施形態を示し説明したが、当業者であれば、本発明の思想と範囲から逸脱することなく、種々の他の変更及び修正を加えることが可能であるのは、当然である。したがって、そのような本発明の範囲内にある変更及び修正のすべてを特許請求の範囲においてカバーすることが意図されている。
【符号の説明】
【００５５】
１０，１０１，２００  センサ装置
２０  光源装置
２０Ａ  ＬＥＤ
３０，１３０，２３０  検出器構造
３２  ビームスプリッタ
３３  第１集光光学系／入出力ユニット
３４  第２集光光学系
３６  フィルタ
３８，１３８，１３９，２３８  光検出器
４０，１４０  光ファイバ
４０Ａ，１４０Ａ  基端
４０Ｂ，１４０Ｂ  先端
５０  処理システム
１００，１０００，１１００  構造物
１００Ａ，１０００Ａ  外表面
１０００Ｂ  溝
１３３，２３３  入出力ユニット
２４０  光ファイバ対
２４２  第１光ファイバ
２４４  第２光ファイバ
２４２Ａ，２４４Ａ  基端
２４２Ｂ，２４４Ｂ  先端
２４５  反射器（ミラー構造）
Ｃ  クラック
ＤＰ  検出経路
【図１】
2013545101.tif 000003
【図２Ａ】
2013545101.tif 000004
【図２Ｂ】
2013545101.tif 000005
【図３】
2013545101.tif 000006
【図４】
2013545101.tif 000007
【図５】
2013545101.tif 000008
【図６】
2013545101.tif 000009
【図６Ａ】
2013545101.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月24日(2013.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に入るクラックを検出し監視するセンサ装置であって、
光源装置と、
検出器構造と、
基端及び先端を有する多数の光ファイバと、を備え、
前記光ファイバは、前記構造物にクラックが入ると１以上の前記光ファイバが該クラックにより損傷するように、互いに間隔をあけて前記構造物に取り付けられ、
前記光ファイバは、前記基端で受光し、
前記光ファイバは、前記基端へ光を戻すことの可能なコーティングを前記先端に有し、
前記光ファイバのうちの損傷していないものは、前記検出器構造へ光を高強度で戻す、センサ装置。
【請求項２】
前記光ファイバは、前記構造物へ接着されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記光ファイバは、前記構造物内に組み込まれている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記光ファイバは、前記構造物に形成された対応する溝に配置されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記光ファイバは、予想されるクラック方向に対して直交する平行グリッドパターンで配置されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記コーティングは、蛍光コーティング及び燐光コーティングのいずれかである、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記検出器構造は、
前記光ファイバのうちの１つへ光を集光すると共に該１つの光ファイバからの戻り光をビームスプリッタへ提供する第１集光光学系と、
該第１集光光学系からの戻り光を検出経路へ導く前記ビームスプリッタと、
前記戻り光の通過は許容する一方、前記検出経路に沿って進む照明光はブロックするフィルタと、
前記戻り光をセンサアレイへ集光する第２集光光学系と、
前記戻り光を検出し、前記１つの光ファイバに対応する検出信号を発生する前記センサアレイと、
前記センサアレイと接続されて前記検出信号を受信し処理する処理システムと、を備える、
請求項６に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記センサアレイは、ＣＣＤアレイ又は光センサアレイを備え、
前記処理システムは、マイクロプロセッサ又はコンピュータを使用したデータ取得システムを備える、
請求項７に記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記構造物の温度に相応する温度が、前記戻り光の強度に基づいて前記処理システムにより測定される、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記構造物の温度に相応する温度が、前記戻り光の減衰に基づいて前記処理システムにより測定される、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
前記処理システムは、検出された受傷ファイバの数をクラックの長さと関連付ける出力信号を生成する、請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項１２】
前記コーティングは、反射コーティングである、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１３】
前記光源装置にパルスレーザを備える、請求項１２に記載のセンサ装置。
【請求項１４】
前記検出器構造は、
前記光ファイバのうちの１つへ光を集光すると共に該１つの光ファイバからの戻り光をビームスプリッタへ提供する第１集光光学系と、
該第１集光光学系からの戻り光を検出経路へ導く前記ビームスプリッタと、
前記戻り光をセンサアレイへ集光する第２集光光学系と、
前記戻り光を検出し、前記１つの光ファイバに対応する検出信号を発生する前記センサアレイと、
前記センサアレイと接続されて前記検出信号を受信し処理する処理システムと、を備える、
請求項１３に記載のセンサ装置。
【請求項１５】
前記センサアレイは、ＣＣＤアレイ又は光センサアレイを備え、
前記処理システムは、マイクロプロセッサ又はコンピュータを使用したデータ取得システムを備える、
請求項１４に記載のセンサ装置。
【請求項１６】
前記処理システムは、検出された受傷ファイバの数をクラックの長さと関連付ける出力信号を生成する、請求項１４に記載のセンサ装置。
【請求項１７】
構造物に入るクラックを検出し監視するセンサ装置であって、
光源装置と、
検出器構造と、
第１及び第２光ファイバを用いた多数の光ファイバ対と、を備え、
前記光ファイバ対は、互いに間隔をあけて前記構造物に取り付けられ、
前記第１光ファイバが受光して、前記第１及び第２光ファイバの対が損傷していなければ、該未損傷対の第２光ファイバが、光を高強度で前記検出器構造へ戻す、センサ装置。
【請求項１８】
前記第１及び第２光ファイバは、ループを有した連続光ファイバである、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２光ファイバの対のそれぞれに取り付けられて、前記第１光ファイバから対応する前記第２光ファイバへ光を反射するミラー構造をさらに備える、請求項１７に記載のセンサ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
光ファイバ束、光検出器及び光源を備えたクラック検出システムが特許文献１に開示されている。その光ファイバ束は、風力タービンロータブレードなどの工学技術構造物の外表面に配設可能である。光パルスが光ファイバ束に供給される。ブレード内にクラックが生じている場合は、１以上の光ファイバ束がダメージを受け、光が反射されて１以上の対応する光検出器へ戻される。光ファイバ束がダメージを受けていなければ、パルス光は、光ファイバ束を通り抜けて反対側から外へ出る。別の例では、光ファイバ束の、光源側の端部とは反対側の端部に、光検出器が配置される。ブレードに生じたクラックにより光ファイバ束がダメージを受けた場合、対応する光検出器が、光ファイバ束を通る光量の減少を検知する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の第１の態様により、センサ装置が、構造物に入るクラックを検出し監視するために設けられる。このセンサ装置は、光源装置と、検出器構造と、基端及び先端を有する多数の光ファイバと、を備える。その光ファイバは、クラックが構造物に入った際に１以上の光ファイバが該クラックにより損傷するように、互いに間隔をあけて構造物に取り付けられる。光ファイバは該光ファイバの基端で受光し、そして、当該光ファイバは、光を基端へ反射するコーティングを、該光ファイバの先端に有する。損傷していない光ファイバは、光を高強度で検出器構造へ戻す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
光ファイバは、構造物に接着することができる。
光ファイバは、構造物に組み込むことができる。
光ファイバは、構造物に形成された対応する溝内に配置することができる。
光ファイバは、予想されるクラック方向とほぼ直交する平行グリッドパターンに配置することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
一形態において、先端（又は末端）のコーティングは、蛍光コーティング及び燐光コーティングのいずれかである。検出器構造は、光ファイバの１つへ光を集光すると共に該１つの光ファイバからの戻り光をビームスプリッタへ提供する第１集光光学系を備え、そのビームスプリッタは第１集光光学系からの戻り光を検出経路へ導き、そして、戻り光の通過は許容する一方で検出経路に沿って進む照射レーザ光はブロックするフィルタと、戻り光をセンサアレイへ集光する第２集光光学系と、を備える。センサアレイの１素子が戻り光を検出し、前記１つの光ファイバに対応する検出信号を発生する。検出器構造は、さらに、センサアレイと接続されて検出信号を受信し処理する処理システムを備える。センサアレイは、ＣＣＤアレイ又は光センサアレイを備えたものとすることができ、処理システムは、マイクロプロセッサベースのデータシステム又はコンピュータ使用のデータ取得システムを備えたものとすることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
構造物の温度に相応する光ファイバの先端での温度を、戻り光の強度に基づいて前記プロセッサにより測定することができる。
または、構造物の温度に相応する光ファイバの先端での温度を、戻り光の減衰に基づいて前記プロセッサにより測定することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
他の形態では、コーティングを反射コーティングとし得る。光源装置は、パルスレーザとし得る。検出器構造は、光ファイバの１つに光を集光すると共に該１つの光ファイバからの戻り光をビームスプリッタへ提供する第１集光光学系を備え、そのビームスプリッタは第１集光光学系からの戻り光を検出経路へ導き、そして、戻り光をセンサアレイへ集光する第２集光光学系と、センサアレイと接続された処理システムと、を備える。センサアレイの１素子が戻り光を検出し、前記１つの光ファイバに対応した検出信号を発生する。処理システムは、その検出信号を受信して処理する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第２の態様により、センサ装置が、構造物に入るクラックを検出し監視するために設けられる。このセンサ装置は、光源装置と、検出器構造と、第１及び第２光ファイバを用いた多数の光ファイバ対と、を備える。その光ファイバ対は、互いに間隔をあけて構造物に取り付けられる。第１光ファイバが受光して、該第１及び第２光ファイバの対がダメージを受けていなければ、対応する第２光ファイバが、光を高強度で検出器構造へ戻す。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
センサ装置は、さらに、第１及び第２光ファイバの対のそれぞれに取り付けられて、その第１光ファイバから対応する第２光ファイバへ光を反射するミラー構造を備える。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【図１】構造物と、該構造物に対し設置されて構造物に入るクラックを検出し監視するセンサ装置と、を概略的に示す図。
【図２】図２Ａは、構造物の外表面に接着された多数の光ファイバを示す構造物の断面図、図２Ｂは、溝内に配置されて構造物に接着された多数の光ファイバを示す構造物の断面図。
【図３】構造物中に組み込まれた多数の光ファイバを示す構造物の断面図。
【図４】本発明の第１実施形態に従い構成されたセンサ装置であって、光ファイバの端部が燐光又は蛍光コーティングされたセンサ装置のブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に従い構成されたセンサ装置であって、光ファイバの端部が反射コーティングされたセンサ装置のブロック図。
【図６】本発明の第３実施形態に従い構成されたセンサ装置であって、光ファイバ対を設けたセンサ装置のブロック図。図６Ａは、構造物と、該構造物に対し設置されて構造物に入るクラックを検出し監視する図６のセンサ装置の一部と、を概略的に示す図。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
センサ装置１０は、光源装置２０、検出器構造３０、及び多数の光ファイバ４０を備える。図１及び図２Ａに示した形態の場合、光ファイバ４０は、既知のエポキシ樹脂や接着剤を使用して接着するなどにより、クラック発生が予想される領域において構造物１００の外表面１００Ａに取り付けられる。好ましくは、光ファイバ４０は、予想されるクラック方向（図１参照）に対しほぼ直交する平行グリッドパターンに配置される。図１において、構造物１００に入ったクラックＣが示されている。図１の光ファイバ４０は、互いに間隔をあけて、おおよそクラックＣの進行方向に対しほぼ直交する方向に延伸するように、配置されている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図２Ｂに示す第１の代替形態では、光ファイバ４０は、構造物１０００の外表面１０００Ａに形成された溝１０００Ｂに配置される。光ファイバ４０は、既知のエポキシ樹脂又は接着剤などにより、溝１０００Ｂ内に接着される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
クラックＣが構造物１００に入ると、該構造物１００においてクラックＣの真上に位置した１以上の光ファイバ４０が、構造物１００のクラックＣにより損傷され得る。光ファイバ４０における当該損傷は、光ファイバ４０の長さ方向での軸歪みにより引き起こされる。光ファイバ４０が損傷した場合、照射光は、その光ファイバ４０の損傷を通り越して先端４０Ｂまで届くことはないか、又は、光が損傷を越えられたとしても、著しく強度が落ちることになる。一方、光ファイバ４０が損傷していなければ、照射光は光ファイバ４０の全長を通って光ファイバの先端４０Ｂまで届き、該先端４０Ｂは燐光性又は蛍光性のいずれかでコーティングされているので、照射光とは異なる波長で光を送り返す。戻り光は、照射光と同じ光ファイバ４０を通り、先端４０Ｂから基端４０Ａまで進む。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
各ビームスプリッタ３２は、対応するＬＥＤ２０Ａからの照射光の一部を、対応する光ファイバ４０へ照射するために通過させる。ビームスプリッタ３２を通過する光は、第１集光光学系３３を通り、対応する光ファイバ４０へ入るように集光させられる。第１集光光学系３３は、既知のボールレンズを備え得る。光ファイバ４０は、対応する第１集光光学系３３に隣接させてあり、第１集光光学系３３から照射光を受光すると共に戻り光を第１集光光学系３３へ渡す。上述のように、戻り光は、各光ファイバ４０に沿って、光ファイバの先端４０Ｂから光ファイバの基端４０Ａまで伝わる。戻り光は、光ファイバ４０の基端４０Ａを出た後、対応する第１集光光学系３３及びビームスプリッタ３２を通る。ビームスプリッタ３２は、戻り光の一部を検出経路ＤＰの方向へ向ける。戻り光が検出経路ＤＰに沿って進むと、対応する第２集光光学系３４、対応するフィルタ３６を通り、対応する光検出器３８に受光される。それぞれ１つの第２集光光学系３４は、対応する光検出器３８に対し戻り光を集光する集光レンズを備え得る。各フィルタ３６は、戻り光は通す一方、検出経路ＤＰに沿って進み得る照射光はブロックするよう機能する。各光検出器３８は、戻り光を検知するよう機能し、戻り光を検知すると、対応する光ファイバ４０により戻り光が放射されたことを示す、対応する検出信号を発生する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
戻り光が光検出器３８により高強度で検知された場合、これは、対応する光ファイバ４０が損傷していないことを示す。「高強度」戻り光の値又は強さは、全光ファイバ４０が損傷していない、センサ装置１０の設置を行うときに決定可能であり、例えば、「高強度」戻り光は、センサ装置１０の設置初期で全光ファイバ４０が損傷していないときの戻り光の強さとほぼ同じ強さをもつ。この後に戻り光に対して実施される測定はすべて、その初期「未損傷ファイバ」又は初期「高強度」戻り光レベルと比較される。また、しきい値強さを決めて、該値を下回る戻り光はもはや高強度とみず、著しく低い強度とみなすようにすることも考えられる。しきい値強さは、損傷ファイバのサンプルを使用し、該損傷ファイバサンプルを通過可能な光の強度を測定するようにして、実験室で決定可能である。損傷ファイバを通過する光強度の強さ平均よりもわずかに大きい光強度の強さ値をしきい値強さにし得る。例えば、戻り光がしきい値強さ、例えば初期戻り光高強度強さの１０％、を下回って検知された場合、このときの戻り光は高強度とはみなさず、著しく低い強度とみなす。未損傷光ファイバ４０は、構造物１００において光ファイバ４０の位置でクラックが無いことを示す。戻り光が光検出器３８で検知されなかった場合、又は、著しく低い強度で検知された場合、これは、光ファイバ４０が損傷したことを示し、順に、クラックＣが構造物１００において光ファイバ４０の地点まで入っていることを示す。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本形態において、センサ装置１０１は、光源装置、検出器構造１３０、及び多数の光ファイバ１４０（図５には１つの光ファイバ１４０のみ示す）を備える。多数の光ファイバ１４０は、図１において光ファイバ４０を構造物１００に取り付けるのと同様にして、既知のエポキシ樹脂又は接着剤を使用した接着などにより、クラック発生が予想される領域において構造物の外表面に取り付けられる。好ましくは、光ファイバ１４０は、予想されるクラック方向に対しほぼ直交する平行グリッドパターンで配置される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
クラックＣが構造物１００に入ると、該構造物１００においてクラックＣの真上に位置した１以上の光ファイバ１４０が、構造物１００のクラックＣにより損傷され得る。光ファイバ１４０の当該損傷は、光ファイバ１４０の長さ方向での軸歪みにより引き起こされる。光ファイバ１４０が損傷していれば、照射光は、その光ファイバ１４０の損傷を通り越して光ファイバの先端１４０Ｂまで届くことはないか、又は、光が損傷を通り超したとしても、著しく低い強度となる。一方、光ファイバ１４０が損傷していなければ、照射光は光ファイバ１４０の全長を通って光ファイバの先端１４０Ｂまで届き、該先端は反射コーティングされているので、照射光と実質的に同じ波長で光を戻す。戻り又は反射光は、照射光と同じ光ファイバ１４０を通り、先端１４０Ｂから基端１４０Ａまで進む。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
各ビームスプリッタは、対応するＬＥＤ２０Ａからの照射光の一部を、対応する光ファイバ１４０へ通す。光ファイバ１４０は、対応する第１集光光学系に隣接し、該第１集光光学系から照射光を受光すると共に第１集光光学系へ反射光を送る。反射光は、先端１４０Ｂから基端１４０Ａまで、各光ファイバ１４０を通り抜ける。光ファイバ１４０の基端１４０Ａを出た反射光は、対応する第１集光光学系を通り、対応するビームスプリッタへ入る。ビームスプリッタは、反射光の一部を検出経路ＤＰの方向へ導く。検出経路ＤＰを通る反射光は、対応する第２集光光学系を通り、対応する光検出器１３８に受光される。各光検出器１３８は、反射光を検知するよう機能し、反射光を検知すると、対応する光ファイバ１４０から反射光が放射されていることを示す、対応する検出信号を発生する。処理システム５０は、以下に示すように、時間間隔（タイムインターバル）又は時間窓（タイムウインドウ）の中で発生する検出信号を監視する。時間間隔又は時間窓は、照射光線の発生に続いて生じる所定の期間として規定される。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
時間間隔／窓の中で光検出器１３８により高強度で反射光が検知された場合、これは、対応する光ファイバ１４０が損傷していないことを示す。「高強度」戻り光の値又は強さは、上述したように、全光ファイバ１４０が未損傷であるセンサ装置１０１の設置時に決定され、例えば、「高強度」戻り光は、センサ装置１０１の設置初期で全光ファイバ１４０が損傷していないときの戻り光の強さとほぼ同じ強さをもつ。未損傷光ファイバ１４０は、当該光ファイバ１４０の位置に構造物１００のクラックが無いことを示す。時間間隔／窓において反射光が光検出器１３８により検知されないか、又は、著しく低い強度で検知された場合、これは、光ファイバ１４０が損傷していることを示し、順番に、その光ファイバ１４０の地点まで構造物１００にクラックＣが入っていることを示す。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
本形態において、センサ装置２００は、光源装置と、検出器構造２３０と、第１及び第２光ファイバ２４２，２４４を用いた多数の光ファイバ対２４０（図６には１つの対２４０のみ示す）と、を備える。多数の光ファイバ対２４０は、既知のエポキシ樹脂又は接着剤を使用した接着などにより、クラック発生が予想される領域（図６Ａ参照）において構造物１００の外表面１００Ａに取り付けられる。好ましくは、光ファイバ対２４０は、予想されるクラック方向に対しほぼ直交する平行グリッドパターンで配置される。より詳細に、第１及び第２光ファイバ２４２，２４４の対２４０は、互いに間隔をあけて平行グリッドパターンに配置される（図６Ａ参照）。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
光ファイバ２４２，２４４は、基端２４２Ａ，２４４Ａと先端２４２Ｂ，２４４Ｂとを含む。ミラー構造つまり反射器２４５が、第１及び第２光ファイバ２４２，２４４の対それぞれに取り付けられる。反射器２４５は、第１及び第２光ファイバ２４２，２４４の先端２４２Ｂ，２４４Ｂに隣接し、第１光ファイバ先端２４２Ｂから出る照射光を第２光ファイバ先端２４４Ｂへ反射する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
構造物１００にクラックＣが入ると、構造物１００においてクラックＣの真上に位置した１以上の光ファイバ２４２，２４４が、構造物１００のクラックＣにより損傷され得る。光ファイバ２４２，２４４の当該損傷は、光ファイバ２４２，２４４の長さ方向での軸歪みにより引き起こされる。光ファイバ２４２，２４４が損傷すると、照射光は、その光ファイバ２４２，２４４の損傷を通り越せないか、又は、強度が著しく低下する。一方、光ファイバ対２４０の第１及び第２光ファイバ２４２，２４４が損傷していなければ、照射光は、第１光ファイバ２４２の全長を通って第１光ファイバ先端２４２Ｂまで届く。そして、対応する反射器２４５が、第２光ファイバ２４４の先端２４４Ｂへ光を反射し、この光は、第２光ファイバ２４４の全長を通って第２光ファイバ２４４の基端２４４Ａから出る。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
各第１集光光学系は、対応するＬＥＤ２０Ａからの照射光の一部を、対応する第１光ファイバ２４２へ通すように、集光する。第１光ファイバ２４２は、対応する第１集光光学系に隣接して第１集光光学系から照射光を受光し、一方、対応する第２光ファイバ２４４は、反射光を第２集光光学系へ通す。反射光は、第２光ファイバ先端２４４Ｂから第２光ファイバ基端２４４Ａまで、各第２光ファイバ２４４を通る。第２光ファイバ２４４の基端２４４Ａを出た反射光は、対応する第２集光光学系を通過する。第２集光光学系は、反射光を、対応する光検出器２３８へ導く。各光検出器２３８は、戻り光を検知するよう機能し、戻り光を検知すると、対応する第２光ファイバ２４４から戻り光が放射されたことを示す、対応する検出信号を発生する。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
反射光が高強度で光検出器２３８に検知された場合、これは、対応する第１及び第２光ファイバ２４２，２４４が損傷していないことを示す。「高強度」戻り光の値又は強さは、上述したように、全光ファイバ２４２，２４４が損傷していない、センサ装置２００の設置時に決定され、例えば、「高強度」戻り光は、センサ装置２００の設置初期で全光ファイバ２４２，２４４が損傷していないときの戻り光の強さとほぼ同じ強さをもつ。未損傷の第１及び第２光ファイバ２４２，２４４は、当該光ファイバ対２４０の位置で構造物１００にクラックが無いことを示す。反射光が光検出器２３８で検知されないか、又は、著しく低い強度で検知された場合、これは、光ファイバ対２４０の第１及び第２光ファイバ２４２，２４４の一方又は両方が損傷していることを示し、順番に、その光ファイバ対２４０の地点まで構造物１００のクラックＣが広がっていることを示す。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
それぞれループを有する多数の単一光ファイバが、予想されるクラック方向に対しほぼ直交する平行グリッドパターンに配置される。
【国際調査報告】
2013545101.tif 000011
2013545101.tif 000012
2013545101.tif 000013