(57)【要約】  磁気エレメント又は電磁エレメントと、磁気ひずみ材料の１つ又は複数のセグメントと、ファイバ・ブラッグ回折格子センサと、磁界を通さない材料のロッドと、光ファイバとを備えた光ファイバ位置変換器である。複数のセンサのうちの１つ又は複数は、ロッドに固定された磁気ひずみ材料のセグメントの上に固定されており、縦方向にのみ変位させることができる。ファイバ・ブラッグ回折格子センサは異なる波長を有しており、同じ光ファイバでできている。含まれている磁気エレメント又は電磁エレメントは、ＮｄＦｅＢ（ネオジミウム−鉄−ボロン）又はＴＸ、テルフェノール−ＤなどのＴｂＤｙＦｅ（テルビウム−ジスプロシウム−鉄）の金属合金を使用して構築することができる。光ファイバ位置変換器は、油井内の制御流量弁に適用され、また、変換器の位置を較正する方法に関している。
2008541122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気エレメント又は電磁エレメントと、
磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントと、
少なくとも２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサと、
支持部材と、
光ファイバとを備えた位置変換器であって、
前記２つのセンサのうちの少なくとも一方が前記磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントに固定され、前記磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントが前記支持部材によって支持され、前記磁気エレメント又は電磁エレメントに対する前記支持部材の運動が単一の軸に制限された位置変換器。
【請求項２】
前記少なくとも２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサが異なる波長を有する、請求項１に記載の位置変換器。
【請求項３】
前記ファイバ・ブラッグ回折格子センサが同じ光ファイバでできている、請求項１又は２に記載の位置変換器。
【請求項４】
広帯域光源、結合器並びにスペクトル解析及び検出システムを備えた遠隔読取りシステムをさらに備えた、請求項１から３までのいずれか一項に記載の位置変換器。
【請求項５】
ファイバ・ブラッグ回折格子センサに呼び掛けるための適用可能な構成をさらに備えた、請求項１から４までのいずれか一項に記載の位置変換器。
【請求項６】
磁気ひずみ材料の単一のセグメントのみが提供され、複数の前記ファイバ・ブラッグ回折格子センサのうちの１つのみが前記セグメントの上に固定された、請求項１から５までのいずれか一項に記載の位置変換器。
【請求項７】
磁気ひずみ材料の単一のセグメントのみが提供され、両方のファイバ・ブラッグ回折格子センサが前記セグメントに異なる方向の配向で固定された、請求項１から５に記載の位置変換器。
【請求項８】
前記ファイバ・ブラッグ回折格子センサの各々が磁気ひずみ材料の異なるセグメントに固定された、請求項１から５に記載の位置変換器。
【請求項９】
磁気ひずみ材料の前記セグメントが、前記磁気エレメント／電磁エレメントに対する前記ロッドの位置を１対１で識別することができる方法で、前記ロッドに沿って間隔を隔てて配置された、請求項８に記載の位置変換器。
【請求項１０】
前記磁気エレメント又は電磁エレメントが固体であり、前記ロッドの前面又は側面に配置された、請求項１から９までのいずれか一項に記載の位置変換器。
【請求項１１】
前記磁気エレメント又は電磁エレメントが孔を備え、前記ロッドによって交差される、請求項１から９に記載の位置変換器。
【請求項１２】
前記磁気エレメント又は電磁エレメントがＮｄＦｅＢ（ネオジミウム−鉄−ボロン）でできている、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の位置変換器。
【請求項１３】
磁気ひずみ材料の前記セグメントが、ＴｂＤｙＦｅ（テルビウム−ジスプロシウム−鉄）の金属合金でできている、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の位置変換器。
【請求項１４】
磁気ひずみ材料の前記セグメントが、ＴＸ又はテルフェノール−Ｄでできている、請求項１３に記載の位置変換器。
【請求項１５】
前記支持部材がロッドであり、前記ロッドが、その縦軸の方向にのみ移動することができる、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の位置変換器。
【請求項１６】
前記支持部材が磁界を通さない材料でできている、請求項１から１５までのいずれか一項に記載の位置変換器。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか一項に記載の位置センサを備えた流出制御弁。
【請求項１８】
請求項１７に記載の流出制御弁を備えた油井。
【請求項１９】
位置変換器を較正するための方法であって、前記位置変換器が、
磁気エレメント又は電磁エレメントと、
磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントと、
少なくとも２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサと、
支持部材と、
光ファイバとを備え、
前記２つのセンサのうちの少なくとも一方が前記磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントに固定され、前記磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントが前記支持部材によって支持され、且つ、前記磁気エレメント又は電磁エレメントに対する前記支持部材の運動が単一の軸に制限され、前記方法が、
前記磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントの上にそれぞれ固定された少なくとも１つのセンサを使用して、前記センサの個々の温度較正曲線が前記磁気ひずみ材料に組み込まれている熱ひずみによる影響を予め有する方法で予備較正を実行する段階と、個々のセンサで反射する波長を使用し、且つ、個々のセンサが遭遇するひずみに関する情報を使用して、前記センサ毎に、式
ΔλＢ／λＢ−Ｋ１ΔＴ＋Ｋ２Ｅ      （式Ｉ）
を適用する段階とを含む方法。
【請求項２０】
位置変換器を較正するための方法であって、前記位置変換器が、
磁気エレメント又は電磁エレメントと、
磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントと、
少なくとも２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサと、
支持部材と、
光ファイバとを備え、
前記２つのセンサのうちの少なくとも一方が前記磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントに固定され、前記磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントが前記支持部材によって支持され、且つ、前記磁気エレメント又は電磁エレメントに対する前記支持部材の運動が単一の軸に制限され、前記方法が、
複数の波長のうちの１つが前記磁気エレメント又は電磁エレメントに対する前記支持部材の相対位置を関数として取る、温度による可能な影響が取り除かれた値を使用して較正する段階を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年５月１７日出願のブラジル連邦共和国特許出願第ＰＩ０５０１７９０−４号の内容に基づき、この出願の利益及び優先権を主張し、これを参照により援用するものである。
【０００２】
本発明は、位置変換器（ポジショントラスデューサ）、変換器を較正する方法、そして沿岸及び沖合設置における深い油井内の設備の位置を測定する方法に関する。詳細には、本発明は、「チョーク」と呼ばれる流量制御弁に対する適用に関する。
【背景技術】
【０００３】
いくつかの製造者は、インタフェロメトリ（干渉分光法）又は光強度に基づく光ファイバ位置変換器を商用的に開発している。Ｆｉｓｏ社の位置変換器は、論文「Ｆｉｓｏ’ｓＷｈｉｔｅ−Ｌｉｇｈｔ  Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃｓ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」（Ｆｉｓｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社）に記載されているように、この第１のカテゴリの範疇にある。現在、「Ｐｈｉｌｔｅｃ  Ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」（Ｐｈｉｌｔｅｃ社、２００２年）に示されているＰｈｉｌｔｅｃ位置変換器は光強度の測定を使用している。商用段階には至っていない他の良く知られている装置は、Ｆ．Ｒｕａｎ、Ｙ．Ｚｈｏｕ、Ｙ．Ｌｏｙ、Ｓ．Ｍｅｉ、Ｃｈ．Ｌｉａｗ及びＪ．Ｌｉｕの論文「Ａ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｂａｓｅｄ  Ｏｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ第１７６号、１０５〜１１２頁、２０００年）に記載されている、インタフェロメトリに基づくアーム上の変換器、及びＹ．Ｔａｋａｍａｔｓｕ、Ｋ．Ｔｏｍｏｔａ及びＴ．Ｙａｍａｓｈｉｔａの論文「Ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ；Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」（第Ａ２１−Ａ２３号、４３５〜４３７頁、１９９０年）に記載されている、反射型プリズムに基づく変換器である。
【０００４】
インタフェロメトリに基づく変換器は、何らかのタイプのミラーで反射する光がファイバから射出する開口の使用に依存している。ミラーがファイバに対して変位することがあり、そのために光ビームを機械的に整列させる必要があるため、この変換器には弱点があり、また、光学表面（ファイバの先端及びミラー）の清潔性に関連する問題を抱えている。さらに、ファイバの末端に配置しなければならない変換器を取り扱う場合、直列に多重化することは不可能である。
【０００５】
表面に対する光ファイバ線の角度不整列に対する高い感度は、視覚的に均質なターゲット表面を必要とする光強度に基づく変換器の欠点の１つであり、表面が反射性に劣る場合、精度が悪くなる。
【０００６】
強磁性体を使用する場合、ほとんどの場合に生じる磁気ひずみは、磁界にさらされるセグメントの長さの変化であり、磁気ひずみ材料は、セグメントが存在している領域の磁界強度の変化に応答して膨張又は収縮する。この効果は、印加される磁界に対して対称であり、ひずみは、磁界信号に無関係に１つの方向にのみ生じる。
【０００７】
しかしながらこれまでのところ、（たとえば磁界及びトルクを測定するための装置の構築に）これらの磁気ひずみ材料を使用している既存の適用例の中で、位置センサとして使用するだけの十分な大きさのものはほとんど存在していない。特許ＪＰ１０２５３３９９−Ａ及びＵＳ６２３２７６９−Ｂ１に見られる適用例、及びＫｏｓｈｉ  Ｋｏｎｄｏの論文「Ｄｙｎａｍｉｃ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ」（Ｊ．ｏｆ  Ａｌｌｏｙｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ２５８（１９９７年）、５６〜６０頁）、Ｅ．Ｈｒｉｓｔｏｆｏｒｏｕ、Ｈ．Ｃｈｉｒｉａｃ、Ｍ．ｎｅａｇｕ、Ｖ．Ｋａｒａｙａｎｎｉｓの論文「Ｏｎ  ｔｈｅ  ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｅｌａｙ  ｌｉｎｅｓ」（Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、Ａ  ５９（１９９７年）、８９〜９３頁）、Ｅ．Ｈｒｉｓｔｏｆｏｒｏｕ、Ｄ．Ｎｉａｒｃｈｏｓ、Ｈ．Ｃｈｉｒｉａｃ、Ｍ．Ｎｅａｇｕの論文「Ａ  ｃｏｉｌｙ  ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｄｅｌａｙ  ｌｉｎｅ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、Ａ  ９１（２００１年）、９１〜９４頁）、及びＨ．Ｃｈｉｒｉａｃ、Ｃ．Ｓ．Ｍａｒｉｎｅｓｃｕの論文「Ｎｅｗ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｕｌｔｒａ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｗａｖｅｓ  ｉｎ  ＦｅＳｉＢ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｗｉｒｅｓ」（Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、８１（２０００年）、１７４〜１７５頁）に記載されている適用例は、これらの適用例のうちの１つである。上に挙げた適用例は、すべて、主として接続ロッド（ステム／ロッド）又は磁気ひずみ材料で構築された導波路を介した音波の伝搬に基づいている。センサ・エレメントは、誘導エレメント又は光エレメントであり、位置は、放出エレメント、ボビン又は磁気エレメント若しくは電磁エレメントの位置に関連する時間間隔を測定することによって決定される。すべて、測定位置に隣接する位置に電子回路が必要であり、３０ｍｍと３００ｍｍの間のダイナミック・レンジを有している。
【０００８】
同様に、特許ＵＳ５，８２１，７４３に記載されている位置測定デバイスは、測定される磁界を通って展開している磁気ひずみ導波路、及び磁石の位置を示す信号を生成する手段を備えたデバイスである。このデバイスは、圧電セラミック素子を備えている。
【０００９】
速度センサを提供している米国特許第５，３９４，４８８号明細書、及びＪ．Ｍｏｒａ、Ａ．Ｄｉｅｚ、Ｊ．Ｌ．Ｃｒｕｚ、Ｍ．Ｖ．Ａｎｄｒｅｓの論文「Ａ  Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ  ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅｄ  ｂｙ  ｆｉｂｅｒ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｆｏｒ  ＤＣ−ｃｕｒｒｅｎｔ  ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ」（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔｅｒｓ  １２（２０００年）、１６８０〜１６８２頁）は、位置の測定には言及していない。彼らが解決したのは、上に挙げた、磁気ひずみ材料とファイバ・ブラッグ回折格子センサの共同使用に基づく問題である。
【００１０】
ファイバ・ブラッグ回折格子センサは、その光スペクタからの情報を含めることにより、従来の知覚システムでは役に立たないことが分かっている適用例に、容易に多重化することができる絶対測値を供給している。ファイバ・ブラッグ回折格子センサの波長変動値は、式
ΔλＢ／λＢ−Ｋ１ΔＴ＋Ｋ２Ｅ      （Ｉ）
で示される温度及びひずみの変動に関係している。λＢはセンサで反射する波長の値（単位はメートル）である。ΔＴは温度の変動（単位は℃）であり、センサが抱えているひずみ（単位はｍ／ｍ）を表している。また、Ｋ１及びＫ２は、個々のアセンブリで決まる定数である。
【００１１】
容量位置変換器、光位置変換器、誘導位置変換器及び光ファイバ位置変換器などの現在知られている様々なタイプの位置変換器には様々な技法が使用されている。
【００１２】
普及している技法には、機能原理として電気変位が使用されている。このタイプの位置変換器の他のタイプの位置変換器に勝る主な利点は、物理的な接触が存在しないため、センサ・エレメントの磨耗がほとんどなく、したがって抵抗品質が優れていることである。このタイプの位置変換器の従来の位置変換器に勝る大きな利点は、苛酷な条件の下で動作し、湿気の多い環境で、且つ、振動した状態でその性能が変化しないその能力である。しかしながら、これらの位置変換器は、電磁干渉の影響を受けやすい。
【００１３】
最近の技術のほとんどは光ファイバに基づいている。測定のために使用されるライト・ガイドとして光ファイバを広く使用している技法には、１つだけではなく、複数の技法が存在している。ブラッグ・ネットワークに基づいている技法も中には存在しているが、これまでのところ、位置変換器には未だ適用されていない。
【００１４】
その性能が良好であり、且つ、構造が単純であることに勝る光ファイバ・センサ及び変換器の大きな利点は、測定ポイントに隣接する位置に電気信号がないことであり、そのために、等級化された領域におけるこれらのセンサ及び変換器の適用が総合的に安全になることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的の１つは、極めて信頼性の高い頑丈な光ファイバを使用して、とりわけ油井内の流出制御弁に適した、ブラッグ・ネットワーク技術に基づく位置変換器を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一態様では、本発明により、ブラッグ・ネットワークを知覚エレメントとして使用した、磁気ひずみ材料の特性に基づく単軸運動のための光ファイバ位置変換器が提供される。
【００１７】
磁界源と磁気ひずみ材料のセグメント（ファイバ・ブラッグ回折格子センサに接続されている）との間の相対位置が変化することにより、このセグメントの大きさが変化し、そのためにファイバ・ブラッグ回折格子センサで反射する波長が変化する。磁界の空間依存性が分かると、生じた変位にセンサで反射する波長を関連付けることができる。また、本発明によれば、光ファイバ位置変換器の位置を較正するための方法が提供される。
【００１８】
本発明によれば、磁気エレメント又は電磁エレメントと、磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントと、少なくとも２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサと、支持部材と、光ファイバとを備えた位置変換器であって、２つのセンサのうちの少なくとも一方が磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントに固定され、磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントが支持部材によって支持され、磁気エレメント又は電磁エレメントに対する支持部材の運動が単一の軸に制限された位置変換器が提供される。
【００１９】
また、本発明によれば、位置変換器を較正するための方法であって、位置変換器が、磁気エレメント又は電磁エレメントと、磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントと、少なくとも２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサと、支持部材と、光ファイバとを備え、２つのセンサのうちの少なくとも一方が磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントに固定され、磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントが支持部材によって支持され、且つ、磁気エレメント又は電磁エレメントに対する支持部材の運動が単一の軸に制限され、磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントの上にそれぞれ固定された少なくとも１つのセンサを使用して、センサの個々の温度較正曲線が磁気ひずみ材料に組み込まれている熱ひずみによる影響を予め有する方法で予備較正を実行する段階と、個々のセンサで反射する波長を使用し、且つ、個々のセンサが遭遇するひずみに関する情報を使用して、センサ毎に、式
ΔλＢ／λＢ−Ｋ１ΔＴ＋Ｋ２Ｅ      （式Ｉ）
を適用する段階とを含む方法が提供される。
【００２０】
本発明によれば、さらに、位置変換器を較正するための方法であって、位置変換器が、磁気エレメント又は電磁エレメントと、磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントと、少なくとも２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサと、支持部材と、光ファイバとを備え、２つのセンサのうちの少なくとも一方が磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントに固定され、磁気ひずみ材料の少なくとも１つのセグメントが支持部材によって支持され、且つ、磁気エレメント又は電磁エレメントに対する支持部材の運動が単一の軸に制限され、複数の波長のうちの１つが磁気エレメント又は電磁エレメントに対する支持部材４の相対位置を関数として取る、温度による可能な影響が取り除かれた値を使用して較正する段階を含む方法が提供される。
【００２１】
本発明のこれら及び他の目的並びに利点については、添付の図面を参照して行う、本発明の現時点における好ましい例示的実施例についての以下のより詳細な説明を慎重に考察することにより、より完全に理解されるであろう。
【実施例】
【００２２】
以下、深い油井の沿岸及び沖合設置における使用に適した、磁気ひずみ材料と流量制御弁（チョーク）内のファイバ・ブラッグ回折格子センサとを備えた光ファイバ位置変換器について詳細に説明する。当然、以下の説明は単なる実施例にすぎず、本発明はそれには限定されない。
【００２３】
位置変換器は、高圧及び高温に耐えることができ、感度が高く、構造が単純で、且つ、コンパクトである。位置変換器には、磁気ひずみ材料を備えたファイバ・ブラッグ回折格子センサ（ＦＢＧ）が使用されている。
【００２４】
本発明の基礎をなしている原理は、磁界源と、１つ又は複数のファイバ・ブラッグ回折格子センサに接続されている磁気ひずみ材料のセグメントとの間の相対変位に関連している。磁界源と磁気ひずみ材料のセグメントとの間の相対位置が変化することにより、このセグメントの大きさが変化し、延いてはセグメントが接続されているセンサの大きさが変化し、そのためにファイバ・ブラッグ回折格子センサで反射する波長が変化する。磁界の空間依存性が分かると、生じた変位にセンサで反射する波長が関連付けられる。
【００２５】
温度は、ファイバ・ブラッグ回折格子センサの波長が変化する原因になり得る要因であるため、本発明は、温度による影響に対する必要な補償を保証するために、少なくとも２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサの使用を特徴としている。
【００２６】
センサは、永久磁石を使用して構築することができ、且つ／又は磁界を印加する（たとえば電磁石を使用して）ことによって構築することができる。
【００２７】
ファイバ・ブラッグ回折格子センサは、同じ光ファイバを使用して構築されることが好ましい。これは、その純粋な単純性によって光接続エレメントを排除することができ、また、この同じファイバ全体を通して他の長さを測定することが可能であるため、有利である。
【００２８】
図１は、本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の図を示したものである。磁気エレメント又は電磁エレメント（以下、磁石１と呼ぶ）は、ＮｄＦｅＢ（ネオジミウム−鉄−ボロン）でできていることが好ましく、また、好ましくは磁界を通さない材料のロッドの形態である支持部材４は、ロッド４のために画定された縦軸に沿ってのみ相対変位するように支持され、且つ、整列している。磁気ひずみ材料のセグメント２は、ロッド４の端部に固定され、たとえばＴＸ、テルフェノール−ＤなどのＴｂＤｙＦｅ（テルビウム−ジスプロシウム−鉄）の金属合金を使用して構築することができる。磁石１及びロッド４の端部は、互いに十分に接近しており、それらの間の相対変位によって磁気ひずみ材料のセグメント２の寸法が読取りシステム６による測定が可能に変化する。ファイバ・ブラッグ回折格子センサ３．１及び３．２は、それぞれλ１及びλ２に等しい異なる波長を有しており、この実施例では同じ光ファイバ５でできている。図１に示す本発明の基本構成の場合、磁気ひずみ材料のセグメント２に固定されているのは、ファイバ・ブラッグ回折格子センサのうちの一方（３．２）のみである。どちらのセンサを固定するかは問題ではなく、第１のセンサであっても或いは第２のセンサであってもよい。固定は、たとえばエポキシ又はシアノアクリルにかわを使用した方法で実施することができ、或いはそのひずみ範囲又は温度範囲を測定したいセグメントにセンサを接続するために使用することができる何らかの他の方法によって実施することができる。単なる一例にすぎないが、図１の場合、センサ３．２が磁気ひずみ材料のセグメント２に固定され、センサ３．１は固定されていない。これは、センサ３．１の波長λ１が温度の変化を関数として変化し、一方、センサ３．２は、このタイプの変化に加えて、磁界の変化に起因する膨張又は収縮によって磁気ひずみ材料のセグメント２が変形すると、同じく波長λ２が修正されることを意味している。
【００２９】
単なる一例にすぎないが、図１の場合、センサ３．２は、軸方向に、ロッド４のために画定された軸と整列するように提供されている。しかしながら、磁気ひずみ材料は、磁気ひずみ材料が置かれている磁界の変化に反応して大きさが変化し、その体積を一定に維持するため、センサ３．２（磁気ひずみ材料のセグメント２に固定されている）は、任意の方向に整列することができる。
【００３０】
読取りシステム６は、光ファイバ５を介して光のビームを送っている。光のビームがセンサ３．１に到達すると、入射光の一部がセンサ３．１のλ１波長で反射し、光の残りの部分が透過してセンサ３．２に到達する。光がセンサ３．２に当たると、同じ過程が生じ、入射光の一部がセンサ３．２のλ２波長で反射し、光の残りの部分が透過して光ファイバ５に沿って進む。センサ（３．１及び３．２）の各々で反射した光は、読取りシステム６によって再捕獲され、そこで解析される。
【００３１】
読取りシステム６のための可能な構成の１つは、広帯域光源、結合器並びに解析及び検出システムを備えている。別法としては、本発明の一実施例による位置変換器は、ファイバ・ブラッグ回折格子センサに呼び掛けるための適用可能な任意の構成に動作接続することができる。
【００３２】
磁石１とロッド４の間に変位が生じると、読取りシステム６は、λ２の異なる読み値を測定することになる。
【００３３】
センサ３．１及び３．２の領域の温度が変化すると、読取りシステム６は、λ１とλ２の両方の異なる読み値を測定することになる。本発明の一実施例によるデバイスは、温度によって予備較正される。つまり、温度によるλ１及びλ２の変化に関する情報を与える曲線が予め分かっている。本発明のこの基本構成の場合、磁気ひずみ材料のセグメント２に固定されているセンサ３．２で、センサ３．２の温度較正曲線に磁気ひずみ材料のセグメント２に対する熱ひずみの影響が予め考慮される方法で予備較正が実行される。センサ３．１と３．２の間の短い距離には、事実上、温度勾配は存在しないため、式（Ｉ）をセンサ３．１及び３．２に連続的に適用することにより、偏に磁界が磁気ひずみ材料のセグメント２に対して有している影響によるλ２部分の変化を温度補償し、且つ、識別することができる。
【００３４】
λ２波長が磁石１に対するロッド４の相対位置を関数として取る、温度による可能な影響が既に取り除かれた値によって、本発明の一実施例による、図１に示す基本構成のデバイスの位置の較正曲線が提供される。
【００３５】
図７に示すグラフは、固体磁石１を使用した本発明の基本構成の一適用例から作成された較正曲線の一例である。磁石１が磁気ひずみ材料のセグメント２に隣接して配置された位置が、位置マークのポイント・ゼロである。このエレメントによって、図８のグラフに示すような、軸方向の距離を関数とした磁界が生成される。この適用例では、軸方向の長さに沿って磁界が減衰するため、ロッド４と磁石１の間の相対距離が長くなると、磁気ひずみ材料のセグメント２の軸方向のサイズが短くなる。温度が一定を維持し、且つ、センサ３．２が軸方向に整列した状態を維持すると、図１で説明したように、λ２の値が小さくなる。図７の曲線はこれを示したもので、既に説明した温度補償が含まれている。
【００３６】
以下で説明する本発明の基本構成の３つの変形態様のすべての事例では、光の通路は、本発明の基本構成に関連して既に説明した通路と同じであり、読取りシステム６によって放出される光の一部が、センサ３．１及び３．２でそれぞれ波長λ１及びλ２で反射し、読取りシステム６へ戻ってそこで解析される。
【００３７】
図２に示す本発明の基本構成の第１の変形態様では、図２に示す基本構成と図１に示す基本構成の間の相違は、２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサ３．１及び３．２がそれぞれ磁気ひずみ材料の同じセグメント２の上に固定されていることだけである。この構成（図２）では、センサ３．１及び３．２は、異なる方向に整列している。これらのセンサは平行であってはならない。この方法によれば、磁石１とロッド４の間に相対変位が生じると、磁気ひずみ材料のセグメント２に対する磁気の影響のため、センサ３．１及び３．２はいずれも別様に変形することになる。センサ３．１及び３．２の各々は、磁気ひずみ材料のセグメント２の、３．１であれ或いは３．２であれ、センサが整列している方向の大きさの変化に影響される。この方法によれば、図２に示す変形態様の場合、磁石１とロッド４の間に変位が生じると、読取りシステム６は、それぞれλ１及びλ２の異なる読み値を測定することになる。また、読取りシステム６は、センサ領域の温度が変化すると、同じく一定の範囲の読み値をλ１及びλ２から測定することになるが、この範囲が追従するパターンは、磁石１とロッド４の間の位置の相対変化による変化のパターンと同じパターンではない。
【００３８】
センサ３．１及び３．２に対する磁気の影響によって生じる固有のひずみは、磁気ひずみ材料のセグメント２の一定の体積によって関連付けられる。上で説明したように、装置は、温度によって予備較正される。本発明の基本構成のこの第１の変形態様（図２）の場合、磁気ひずみ材料のセグメント２に固定されているセンサ３．１及び３．２で、これらのセンサの個々の温度較正曲線に磁気ひずみ材料のセグメント２に対する熱ひずみの影響が予め考慮される方法で予備較正が実行される。センサ３．１及び３．２で反射する波長の値及び個々のセンサが遭遇するひずみに関する情報を使用して、センサ毎に同じ式（Ｉ）が適用され、本発明の基本構成に対する温度の影響を補償するためのプロセスと同じプロセスが実行される。波長λ１及びλ２は、磁気ひずみ材料のセグメント２の体積と関数でリンクしているため、λ１又はλ２のどちらを使用して装置の位置のための較正曲線を作成するかは問題ではない。λ１であれ或いはλ２であれ、磁石１に対するロッド４の位置の関数を仮定して選択される、温度による可能な影響が既に取り除かれた波長値によって、本発明の一実施例による、図２に示す第１の変形態様における装置の位置の較正曲線が提供されることになる。
【００３９】
図３は、本発明の一実施例による装置の基本構成の第２の変形態様を示したものである。この変形態様は、図１では磁気ひずみ材料のセグメント２が１つしか使用されていないが、図３に示すこの変形態様では、それぞれロッド４の一方の端部に固定された２つの全く同じ磁気ひずみ材料のセグメント２．１及び２．２が使用されている点を除き、２つの同じモジュールを図１に示す本発明の基本構成の中で接続した結果と見なすことができる。磁気ひずみ材料のセグメント（２．１及び２．２）の各々の上に、それぞれファイバ・ブラッグ回折格子センサ（３．１及び３．２）が固定されている。図３では、センサ３．１及び３．２は、簡単なアライメント方法の一例にすぎないが、同じ方向に、ロッド４に平行に整列している。センサ３．１及び３．２は、他の方向に配向することも可能であり、また、互いに異なっていてもよい。もっと複雑な選択をしても、これ以上の利点は提供されない。磁石１は、磁石１とロッド４の間の相対変位がロッド４の運動によって決まる１つの方向にのみ生じる方法で、ロッド４に平行に支持され、且つ、配置されている。本発明のこの構成の場合、磁気ひずみ材料のセグメント２．１及び２．２は、磁石１に対して互いに異なる位置の関数で別様にひずむことになる。一方が磁石のより近くへ移動すると、もう一方が磁石から遠ざかる方向に移動し、また、その逆に、一方が磁石から遠ざかる方向に移動すると、もう一方が磁石のより近くへ移動する。
【００４０】
図１に示す本発明の基本構成及び図２に示す第１の変形態様と比較すると、図３に示すこの変形態様は、たとえば磁気ひずみ材料のセグメント２．１と磁石１の間の距離が長いことに起因する、この磁気ひずみ材料のセグメント２．１に対する磁界の影響の減少を、もう一方の磁気ひずみ材料のセグメント（２．２）に対する磁界の影響を大きくすることによって補償することができるため、ダイナミック・レンジを拡張することができる利点を提供している。
【００４１】
また、図３に示す本発明のこの構成によれば、複数のこのようなモジュールを接続することによってダイナミック・レンジをさらに拡張することができる。図４に示すように、波長が異なる複数のファイバ・ブラッグ回折格子センサが、それぞれ、ロッド４に沿って間隔を隔てて配置された磁気ひずみ材料の様々なセグメントのうちの１つの上に固定されている。読取りシステム６によって捕獲される様々なセンサの波長の変化によって、磁石１とロッド４の間の相対変位に関する情報が供給される。使用すべきセンサの数、それらの間の距離及びそれらの波長の値は、所与の特定の適用例の関数として計算することができる。次に、このセットの様々な接続モジュールの位置に対する較正についてより詳細に説明する。
【００４２】
本発明のこの実施例による装置は、既に説明したように、温度によって予備較正される。本発明の基本構成のこの第２の変形態様の場合、磁気ひずみ材料のセグメント（２．１及び２．２）の上に固定された２つのセンサ３．１及び３．２をそれぞれ使用して予備較正が実行される。したがってこれらの温度センサの個々の較正曲線には、磁気ひずみ材料の個々のセグメント（２．１及び２．２）の熱ひずみの影響が既に考慮されている。センサ３．１及び３．２で反射する波長の値及び個々のセンサが遭遇する変形に関する情報を使用して、センサ毎に式（Ｉ）が適用される。次に、装置のこの第２の変形態様の位置を較正するための手順について、本発明の一実施例による装置の第３の変形態様の説明と併せて詳細に説明する。
【００４３】
図５は、本発明の一実施例による装置の基本構成の第３の変形態様を示したものである。この変形態様の場合も、磁気ひずみ材料のセグメント２．１及び２．２並びにファイバ・ブラッグ回折格子センサ３．１及び３．２は、本発明の基本構成の第２の変形態様に関連して既に説明した方法と同じ方法でロッド４の端部の上に置かれている。磁石１とロッド４の間は、同様の方法で、ロッド４によって画定される軸に沿って相対変位することができる。しかしながら、図４に示すこの構成の場合、たとえば円筒状の形態にすることができる磁石１は、中心に位置していることが好ましい孔を有しており、したがってロッド４はその孔を通過することができる。図３に示すように磁石１がロッド４の外側を走っている構成と比較すると、図５に示す構成により、磁石１と磁気ひずみ材料のセグメント（２．１及び２．２）の間がさらに狭くなる利点が提供される。磁石１と磁気ひずみ材料のセグメントの間が狭くなるため、磁界の強度が増し、ダイナミック・レンジが拡張される。さらに、類似の形態が既に第２の変形態様で説明されている。また、図５に示す本発明の基本構成のこの第３の変形態様によれば、複数のこのようなモジュールを接続することによってダイナミック・レンジをさらに拡張することができる。図６は、本発明の基本構成の第３の変形態様に類似したモジュールの接続を線図で示したものである。このセットの様々な接続モジュールの位置の相対較正は、一連の較正曲線によって与えられ、較正曲線の各々は、このように、ロッドの長さ全体をカバーしている一対の連続するセンサを使用して作成される。以下、この一対のセンサ（３．１及び３．２）の較正曲線の作成について詳細に説明する。
【００４４】
本発明の基本構成のこの第３の変形態様の場合、予備較正は温度に基づいており、磁気ひずみ材料のセグメント（２．１及び２．２）の上に固定された２つのセンサ３．１及び３．２をそれぞれ使用して、第２の変形態様に関連して既に説明した方法と同じ方法で実行される。したがってこれらの温度センサの個々の較正曲線には、磁気ひずみ材料の個々のセグメント（２．１及び２．２）の熱ひずみの影響が既に考慮されている。センサ３．１及び３．２で反射する波長の値及び個々のセンサが遭遇する変形に関する情報を使用して、センサ毎に式（Ｉ）が適用される。
【００４５】
しかしながら、もっと複雑な幾何構造の磁石１を使用して、もっと複雑な空間依存性の磁界を得ることも可能である。図９は、本発明による基本構成のこの第３の変形態様の一適用例における、距離による磁界の変化をグラフで示したものである。同じ適用例から得られた測値を使用して作成された図１０から、これらのセンサのうちの一方の波長と、磁石１に対するロッド４の位置との間には、１対１の関係は存在しないことが分かる。この問題は、これらのセンサ（３．１及び３．２）の波長の差（λ１−λ２）と位置の間の関係を確立することによって解決することができる。次に、位置のダイナミック・レンジを最大化し、波長の差と位置の間の１対１の関係を維持するために、センサ３．１と３．２の間の距離を変化させる反復プロセスが実行される。センサ３．１の波長とセンサ３．２の波長のこの差を考慮しても、温度による可能な影響を補償する利点が依然として存在している。図９及び１０に示すグラフを作成するための基礎を形成した同じ適用例から作成された図１１に示すグラフは、本発明の一実施例による基本構成のこの第３の変形態様における、センサ３．１の波長とセンサ３．２の波長の差及び位置を関連付けた一例である。λ１−λ２に対する位置の１対１の有用な関係を見て取ることができる。
【００４６】
既存の位置変換器と比較すると、本発明によれば、光ファイバ技術の恩恵による多くの利点が提供される。たとえば、構造が極めて単純であり、サイズが小さく、且つ、軽量であり、たとえば高温などの苛酷な環境で測定することが可能であり、また、測定ポイントに電子回路を必要とすることなく遠隔で読み値を得ることが可能であるなどの利点が提供される。さらに、電気的な誘導に基づく変換器とは対照的に、本発明によれば、ケーブルの使用が回避され、また、測定場所の近傍における電気回路の使用が回避される。しかしながら、本発明は、磁界源との物理的な接触がなく、そのために知覚エレメントが磨耗することがないため、これらの変換器の方法と同じ方法で、極めて正確な測値及び高い信頼性を供給することができる。
【００４７】
本発明の実施例による装置によれば、既存の光ファイバ変換器の使用による他の利点が提供される。たとえば、容易に多重化することができ、表面がきれいであるか汚れているか、或いは高い反射品質を有しているかどうかという表面に関わる問題が生じることがない。また、光がファイバ内に維持されるため、機械的に整列させる必要がない。
【００４８】
ロッド（たとえば円筒状ロッド）の形態の支持部材が開示され、また、支持部材はロッドの形態であることが好ましい。しかしながら、磁気ひずみ材料を支持し、且つ、磁気ひずみ材料を磁石に対して単一の軸に沿って移動させることができる任意の手段を使用することができる。
【００４９】
以上、本発明について、現時点における最も実用的で、且つ、好ましいと思われる実施例を参照して説明したが、本発明は、開示した実施例に限定されず、それどころか、特許請求の範囲の精神及び範囲には、様々な改変及び等価構造が包含されることが意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の第１の変形形態を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の第２の変形形態を示す図である。
【図４】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の第２の変形形態に従って構築されたモジュールの接続を示す図である。
【図５】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の第３の変形形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の第３の変形形態に従って構築されたモジュールの接続を示す図である。
【図７】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成における、２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサからの波長測値を位置を関数として示すグラフの一例である。
【図８】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の一適用例における磁界の空間依存性を示すグラフの一例である。
【図９】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の第３の変形形態の一適用例における磁界の空間依存性を示すグラフの一例である。
【図１０】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の第３の変形形態の一適用例における、２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサからの波長測値を位置を関数として示すグラフの一例である。
【図１１】本発明の一実施例による位置変換器の基本構成の第３の変形形態の一適用例における、２つのファイバ・ブラッグ回折格子センサからの波長測値の差と位置を関連付けたグラフの一例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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