(57)【要約】  発電機、モータ及び変圧器のような電磁的及び又は電気的な環境や振動が頻発したり連続的に発生したりする環境において動作可能な温度センサーは、少なくとも一つの発光用光ファイバーと、一つの受光用光ファイバーと、温度が変化したとき上記発光用光ファイバーから出射した光を可変的に遮る非導電性の伸張可能な物体と、を含む。上記受光用光ファイバーは、光強度及び光強度変化を、フォトメータ又は光／温度計算装置を含む電子デバイスに送る。
2010513906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサーであって、
光を出射する光伝送体と、
前記光伝送体から出射された光を受けるように配設された第１の受光体と、
前記光伝送体と前記第１の受光体との間の光路に配設され前記光伝送体によって出射された光の少なくとも一部分を可変的に遮る温度感受エレメントと、を備え、
前記温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化する。
【請求項２】
請求項１の温度センサーにおいて、
前記光伝送体及び前記受光体はそれぞれ光ファイバーである。
【請求項３】
請求項１の温度センサーにおいて、
前記温度感受エレメントは、非導電性である。
【請求項４】
請求項１の温度センサーにおいて、
前記温度感受エレメントは、前記温度変化に対して実質的に比例するように変化する形状を有している。
【請求項５】
請求項１の温度センサーにおいて、
前記第１の受光体に接続され前記第１の受光体によって受けた前記光の光強度を分析し前記光強度に基づいて前記温度感受エレメントの温度の前記変化を測定する第１の検出器を、更に備える。
【請求項６】
請求項１の温度センサーにおいて、
前記第１の受光体の横に並べて配設された第２の受光体を更に備え、
前記第２の受光体は、前記光伝送体からの光の遮られなかった部分を受け、
前記第２の受光体によって受けた前記光の遮られなかった部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しない。
【請求項７】
請求項６の温度センサーにおいて、
前記第２の受光体に接続され当該センサーのキャリブレーションに用いられる第２の検出器を、更に備える。
【請求項８】
請求項７の温度センサーにおいて、
前記第２の検出器は、当該センサーのエージングと周囲の温度変化と前記光伝送体又は前記第１の受光体の光伝送性の変化との少なくとも一つによって生じたドリフトに起因した当該センサーのキャリブレーションをできるようにするものである。
【請求項９】
請求項１の温度センサーにおいて、
前記光伝送体は、前記第１の受光体に対して直接的に対向し、
前記光伝送体と前記受光体との間の光路は、前記光伝送体と前記第１の受光体との間の間隙である。
【請求項１０】
請求項１の温度センサーにおいて、
前記光伝送体から受けた入射光を前記第１の受光体に向けて反射するように配設されたターゲットを、更に備える。
【請求項１１】
請求項１０の温度センサーにおいて、
前記ターゲットは、互いの面がなす角度が略９０度になるように配設された第１及び第２の面を有する２面ミラーを含み、
前記第１の面は、前記光伝送体から略４５度の入射角で入射光を受け、前記入射光を略４５度の入射角で前記第２の面に反射し、
前記第２の面は、前記第１の面から受けた前記入射光を前記第１の受光体に反射する。
【請求項１２】
請求項１０の温度センサーにおいて、
前記ターゲットは、曲面ミラー及び平面ミラーの少なくとも一つを含み、
前記平面ミラーの前記ターゲットについては、前記光伝送体は前記第１の受光体に向けて角度が付けられている。
【請求項１３】
請求項１の温度センサーにおいて、
前記光伝送体及び前記第１の受光体に接続され基準信号を用いたフィードバックループに基づき前記光伝送体から出射された前記光の強度を制御するドライバーを含む電子デバイスを、更に備え、
前記電子デバイスは、前記第１の受光体によって受けた前記光の強度の変化を分析し少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの光度分析装置を含む。
【請求項１４】
温度を感知する方法であって、
光を出射する光伝送体を設けることと、
前記光伝送体から出射された光を受ける第１の受光体を設けることと、
前記第１の受光体によって前記光を受ける前に前記前記光伝送体によって出射された前記光の少なくとも一部分が可変的に遮られることと、を含み、
前記可変的に遮られる光の部分は、温度の変化に従って変化する。
【請求項１５】
請求項１４の方法において、
前記基準信号を使ったフィードバックループに従って、前記光伝送体から出射された前記光の強度を制御することを、更に含む。
【請求項１６】
請求項１５の方法において、
第２の受光体によって前記基準信号を受けることを、更に含み、
前記基準信号は、前記温度の変化に実質的に依存しない。
【請求項１７】
請求項１４の方法において、
第１の受光体によって受けた光を分析することと、前記温度変化を測定することと、を更に含む。
【請求項１８】
請求項１４の方法において、
前記光伝送体からの入射光を受け該入射光を前記第１の受光体に反射するターゲットを設けることを、更に含む。
【請求項１９】
温度センサーであって、
光を出射する光伝送体光ファイバーと、
前記光伝送体光ファイバーから受けた入射光を反射するミラーと、
前記ミラーから反射された光を受けるように配設された受光体光ファイバーと、
前記光伝送体光ファイバーと前記第１の受光体光ファイバーとの間の光路に配設され前記光伝送体光ファイバーから出射された前記光の少なくとも一部分を可変的に遮る温度感受エレメントと、を備え、
前記温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化する。
【請求項２０】
請求項１９の温度センサーにおいて、
前記ミラーは、互いの面がなす角度が略９０度になるように配設された第１及び第２の面を有する２面ミラーを含み、
前記第１の面は、前記光伝送体から略４５度の入射角で入射光を受け、前記入射光を略４５度の入射角で前記第２の面に向けて反射し、
前記第２の面は、前記第１の面から受けた前記入射光を前記第１の受光体に反射する。
【請求項２１】
請求項２０の温度センサーにおいて、
前記ミラーは、単一の平面ミラー及び曲面ミラーの少なくとも一つを含む。
【請求項２２】
請求項１９の温度センサーにおいて、
前記光伝送体からの光の遮られなかった部分を受ける基準光ファイバーを、更に備え、
前記基準光ファイバーによって受けた前記光の遮られなかった部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しない。
【請求項２３】
温度を感知する方法であって、
光を出射する光伝送体光ファイバーを設けることと、
前記光伝送体光ファイバーから受けた光を反射するミラーを設けることと、
前記ミラーから出射された光を受ける受光体光ファイバーを設けることと、
前記第１の受光体によって前記光を受ける前に前記前記光伝送体光ファイバーによって出射された前記光の少なくとも一部分が可変的に遮られることと、を含み、
前記可変的に遮られる光の部分は、温度の変化に従って変化する。
【請求項２４】
請求項２３の方法において、
前記光伝送体からの光の遮られなかった部分を受ける基準光ファイバーを設けることを、更に含み、
前記基準光ファイバーによって受けた前記光の遮られなかった部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しない。
【請求項２５】
温度センサーであって、
ハウジングと、
前記ハウジング上の配設された接続インターフェースと、
前記ハウジング内に配設され光を出射する光伝送体と、
前記ハウジング内に配設され前記光伝送体から出射された光を受ける受光体と、
前記光伝送体と前記第１の受光体との間の光路に配設され前記光伝送体によって出射された光の少なくとも一部分を可変的に遮る温度感受エレメントと、
前記ハウジング内に配設され前記受光体に接続され前記接続インターフェースに接続された電子デバイスと、を備え、
前記温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化し、
前記電子デバイスは、前記受光体で受けた光を検出し、前記受光体で受けた光を分析し、光の強度に基づいて温度を示す信号を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照  
本出願は、２００６年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／８７５，７１９号及び２００７年１０月２９日に出願された米国特許出願第１１／９７８，５３８号それぞれの優先権を主張し、これらの米国仮特許出願及び米国特許出願は、本書の記載に参照により組み込まれる。
【０００２】
技術分野  
本出願は、温度センシングの分野に関し、特に、電磁的環境及び／又は電気的環境並びに工業機械における光ファイバー温度センサーを用いた温度センシングの方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景  
電気機械（例えば、発電機、モータ、変圧器等）での温度の測定及びモニターは、電磁場や機械的な振動の存在により、しばしば特別な注意をはらう必要がある。特に、金属製又は導電性の部品が、上記電気機器の内部又は近くにある温度センシングヘッドの部分の中に存在するのを避けなければならない。この金属製又は導電性の部品の存在は、発電機及び／又はモータのステータバーの温度又は変圧器のコイルの温度をモニターする場合に特に避けなければならない。また、金属製又は導電性のコンポーネントは、電界のパスを変えて部分的な放電を発生させてしまう。
【０００４】
更に、そのような電磁的環境における温度のモニターは、コストがかかる誤警報を回避できるよう長期間にわたって信頼性があるセンサーを必要とする。また、これらの温度センサーは、振動が存在する状況下で動作することが要求されるため、丈夫で振動に強いものでなければならない。
【０００５】
そのような応用において、測定される温度は一般的に２００°Ｃよりも低い。多数のセンサーが機械の様々な部分に配置される場合が多いため、装着、測定、メンテナンス及び修理のコスト等のモニターのコストは最小限にする必要があり、そのようなセンサーはできるだけ小さく、機械内でじゃまになるような組み込みスペースもできるだけ最小限に抑える必要がある。
【０００６】
光ファイバーを利用した温度センサーは、温度の変化を光の変化に変換することができ、その光の変化は、センサーヘッド及び電磁的環境から離れたところにある光電変換手段及び／又は電子的手段によって分析することができる。以下、光ファイバーを組み込んだ既知の温度センサーの例について説明する。
【０００７】
本書の記載に参照により組み込まれる、ノーリングに与えられた米国特許第５，０３１，９８７号には、光の出射と受光とを行う単一の光ファイバーの角度がついた端部に対向する光トランスデューサであって、そのトランスデューサの動きが（温度又は圧力によって）光ファイバーに戻る反射光を変化させるもの、について記載されている。このシステムの衝撃及び振動に対する感度を低減するために、ノーリングは、磁気的にラッチされたセンサーエレメントしてのバイメタル熱ストリップと、そのセンサーエレメントの一端にはめ込んだ磁石とを使用することについて開示している。動作時、そのバイメタルストリップは、温度の関数として、磁石によって生じる磁気的な引力に応答する。
【０００８】
本書の記載に参照により組み込まれる、ミシェンコに与えられた米国特許第５，２９５，２０６号には、温度膨張係数が異なる金属シリンダーの中にはめ込まれた温度感受ロッドの相対的な膨張又は収縮によって小さな空隙が増加又は減少する、人体のための温度センサーについて記載されている。上記ロッドの一端の反射面は、光ファイバーを通って出射された入射光を、その光ファイバーに近づけて平行に位置決めされた受光用光ファイバーに向けて反射する。受光される反射光の変化は、温度の変化を示す。しかしながら、この反射光を受光用光ファイバーに到達させる正確なやり方について詳しく記載されていない。特に、光ファイバーセンサーでは、無視できない量の反射光が、出射用光ファイバーと受光用光ファイバーとを隔てている空間の周辺いたるところに到達し、温度変化に対する感度及び温度測定の再現性に影響を及ぼす多くの「ノイズ」を発生させてしまう可能性がある。更に、光ファイバーの移動が温度測定の非再現性の原因になる可能性もある。また、長期間にわたって様々な温度及び振動の状況下における上記ロッドの側面の摩擦を最小限に抑えることを保証しなければならず、非常に高い機械的な精度と微調整のためのコストが必要になる。
【０００９】
本書の記載に参照により組み込まれる、サワタリらに与えられた米国特許第５，８７０，５１１号では、上記ミシェンコに与えられた米国特許第５，２９５，２０６号と同様な可変空隙の原理が使用されている。サワタリの米国特許において、センサーヘッドは、一つの光ファイバーの端部に接続されたセンサーハウジングを備えている。金属製の反射面は、その反射面と上記光ファイバーとの間に所定の長さの間隙を形成するように、上記光ファイバーの端部に近接させて上記ハウジングに接続されている。また、上記反射面から反射された光の干渉パターンからセンサーヘッドでの温度を測定する検出システムも、上記光ファイバーに接続されている。上記ミシェンコの参考文献の中で開示されているデバイスに関して本書で検討した問題のほかに、サワタリの米国特許における干渉パターンの分析のためのかなり高いコストも考慮しなければならない。
【００１０】
本書の記載に参照により組み込まれる、ロバートソンに与えられた米国特許第５，３５９，４４５号には、外部の温度の変化に伴って膨張又は収縮する円筒状のハウジングを有する温度センサーが記載されている。上記ハウジングは、そのハウジングの動きとともに変形する透明でフレキシブルなパターン入りフィルムで隔てられた、二つの光ファイバーを含む。このセンサーは、気体又は液体の中に入れて、その気体又は液体の温度の測定に用いることができるが、そのセンサーの円筒状ハウジングの動き及び上記フィルムのパターンの変形が、固体に対する円筒状ベース部材の摩擦によって妨げられたり又は少なくとも偏ったりするので、固体の温度の測定には適しないと思われる。また、径方向の振動の影響に対応した構成を備えていない。
【００１１】
他の特許（例えば、本書の記載にそれぞれ参照により組み込まれる、ダマンに与えられた米国特許第６，９６０，０１９号、並びに、ベルビールらに与えられた米国特許第５，３９２，１１７号及び第５，２０２，９３９号）には、小型の光ファイバー温度センサーを提案するための光干渉パターンの分析及びファブリー・ペロー干渉法について記載されている。しかしながら、このようなセンサーは、一般的に、複雑で扱いにくく高価な干渉分析装置と一緒に使用する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、電磁的環境及び／又は振動の多い環境における機械又は装置の任意箇所の温度測定に有効に使用することができ、センサーからの情報を分析するために複雑で高価な装置を必要としない、小型で丈夫な光ファイバー温度センサーを提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要  
本書に記載されたシステムによれば、温度センサーは、光を出射する光伝送体と、前記光伝送体から出射された光を受けるように配設された第１の受光体と、を備える。前記光伝送体と前記第１の受光体との間の光路には、前記光伝送体によって出射された光の少なくとも一部分を可変的に遮るように温度感受エレメントが配設され、その温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化する。前記光伝送体及び前記受光体はそれぞれ光ファイバーであってもよい。前記温度感受エレメントは、非導電性であってもよい。前記第１の受光体によって受けた前記光の光強度を分析し前記光強度に基づいて前記温度感受エレメントの温度の前記変化を測定する第１の検出器を、前記第１の受光体に接続してもよい。第２の受光体を前記第１の受光体の横に並べて配設し、その第２の受光体が、前記光伝送体からの光の遮られなかった部分を受け、前記第２の受光体によって受けた前記光の遮られなかった部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しないようにしてもよい。当該センサーのキャリブレーションに用いられる第２の検出器を、前記第２の受光体に接続してもよい。前記第２の検出器は、当該センサーのエージングと周囲の温度変化と前記光伝送体又は前記第１の受光体の光伝送性の変化との少なくとも一つによって生じたドリフトに起因した当該センサーのキャリブレーションをできるようにするものでもよい。基準信号を用いたフィードバックループに基づき前記光伝送体から出射された前記光の強度を制御するドライバーを含む電子デバイスを、前記光伝送体及び前記第１の受光体に接続してもよく、前記電子デバイスは、前記第１の受光体によって受けた前記光の強度の変化を分析し少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの光度分析装置を含んでもよい。前記温度感受エレメントは、前記温度変化に対して実質的に比例するように変化する形状を有してもよい。
【００１４】
前記光伝送体は、前記第１の受光体に対して直接的に対向し、前記光伝送体と前記受光体との間の光路は、前記光伝送体と前記第１の受光体との間の間隙であってもよい。また、それに代えて、前記光伝送体から受けた入射光を前記第１の受光体に向けて反射するようにターゲットを配設してもよい。前記ターゲットは、互いの面がなす角度が略９０度になるように配設された第１及び第２の面を有する２面ミラーを含み、前記第１の面は、前記光伝送体から略４５度の入射角で入射光を受け、前記入射光を略４５度の入射角で前記第２の面に反射し、前記第２の面は、前記第１の面から受けた前記入射光を前記第１の受光体に反射してもよい。前記ターゲットは、曲面ミラーを含んでもよい。前記ターゲットは、平面ミラーを含み、前記光伝送体は前記第１の受光体に向けて角度が付けられていてもよい。
【００１５】
本書に記載された他のシステムによれば、温度を感知する方法は、光を出射する光伝送体を設けることと、前記光伝送体から出射された光を受ける第１の受光体を設けることと、を含む。前記第１の受光体によって前記光を受ける前に前記前記光伝送体によって出射された前記光の少なくとも一部分が可変的に遮られ、その可変的に遮られる光の部分は温度の変化に従って変化してもよい。前記基準信号を使ったフィードバックループに従って、前記光伝送体から出射された前記光の強度を制御してもよい。前記基準信号は、第２の受光体で受けて発生し、その基準信号は、前記温度の変化に実質的に依存しないものでもよい。第１の受光体によって受けた光を分析し、前記温度変化を測定してもよい。前記光伝送体からの入射光を受け該入射光を前記第１の受光体に反射するターゲットを設けてもよい。
【００１６】
本書に記載された更に他のシステムによれば、温度センサーは、光を出射する光伝送体光ファイバーと、前記光伝送体光ファイバーから受けた入射光を反射するミラーと、前記ミラーから反射された光を受けるように配設された受光体光ファイバーと、を含む。前記光伝送体光ファイバーと前記第１の受光体光ファイバーとの間の光路に、前記光伝送体光ファイバーから出射された前記光の少なくとも一部分を可変的に遮る温度感受エレメントを配設してもよい。前記温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化してもよい。前記ミラーは、互いの面がなす角度が略９０度になるように配設された第１及び第２の面を有する２面ミラーを含み、前記第１の面は、前記光伝送体から略４５度の入射角で入射光を受け、前記入射光を略４５度の入射角で前記第２の面に向けて反射し、前記第２の面は、前記第１の面から受けた前記入射光を前記第１の受光体に反射してもよい。また、それに代えて、前記ミラーは、単一の平面ミラー及び曲面ミラーの少なくとも一つを含んでもよい。前記光伝送体からの光の遮られなかった部分を受ける基準光ファイバーを備え、前記基準光ファイバーによって受けた前記光の遮られなかった部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しないようにしてもよい。
【００１７】
本書に記載された更に他のシステムによれば、温度を感知する方法は、光を出射する光伝送体光ファイバーを設けることと、前記光伝送体光ファイバーから受けた光を反射するミラーを設けることと、前記ミラーから出射された光を受ける受光体光ファイバーを設けることと、を含む。前記第１の受光体によって前記光を受ける前に前記前記光伝送体光ファイバーによって出射された前記光の少なくとも一部分が可変的に遮られ、その可変的に遮られる光の部分は、温度の変化に従って変化してもよい。前記光伝送体からの光の遮られなかった部分を受ける基準光ファイバーを設け、前記基準光ファイバーによって受けた前記光の遮られなかった部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しないようにしてもよい。
【００１８】
本書に記載された更に他のシステムによれば、温度センサーは、ハウジングと、前記ハウジング上の配設された接続インターフェースと、前記ハウジング内に配設され光を出射する光伝送体と、前記ハウジング内に配設され前記光伝送体から出射された光を受ける受光体と、を含む。前記光伝送体と前記第１の受光体との間の光路には、前記光伝送体によって出射された光の少なくとも一部分を可変的に遮る温度感受エレメントを配設し、前記温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化してもよい。前記受光体に接続され前記接続インターフェースに接続された電子デバイスを、前記ハウジング内に配設してもよい。前記電子デバイスは、前記受光体で受けた光を検出し、前記受光体で受けた光を分析し、光の強度に基づいて温度を示す信号を出力してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
前記システムの実施形態は、次の図面の各図を参照して説明される。
【図１】図１は、本書に記載のシステムに係る光学式温度センサーの一実施形態の概略図である。
【図２】図２は、本書に記載のシステムに係る光学式温度センサー用センサーヘッドの概略図である。
【図３】図３は、本書に記載のシステムに係る図２に示すセンサーヘッドを異なる方向から見た概略図である。
【図４】図４は、本書に記載のシステムに係る、センサーヘッドに一体形成された２面ミラーの入射光側から見た概略説明図である。
【図５】図５は、本書に記載のシステムに係る、第３の光ファイバーを含む光学式温度センサー他の実施形態の概略図である。
【図６】図６は、本書に記載のシステムの一実施形態に係る、受光体光ファイバーの横に並べて配設した、センサーヘッド内の基準光ファイバーの配置構成を図示している。
【図７】図７は、光伝送体光ファイバーから出射された光をミラーを介さずに受光体光ファイバーで直接受ける、本書に記載のシステムの他の実施形態を示す概略説明図である。
【図８】図８は、光ファイバーに対して横断的に配設された温度感受エレメントによって入射光が遮られている様子を示す、本書に記載のシステムの他の実施形態を示す概略説明図である。
【図９】図９は、光ファイバー及び温度感受エレメントの他の構成を示す、本書に記載のシステムの他の実施形態を示す概略説明図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本書に記載のシステムの他の実施形態に係る、平面ミラーから反射されたとき光伝送体から出射した光を受けるように光伝送体に対して光受光体を位置決めした代替構成を有するセンサーヘッドの概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本書に記載のシステムの他の実施形態に係る、平面ミラーから反射されたとき光伝送体から出射した光を受けるように光伝送体に対して光受光体を位置決めした代替構成を有するセンサーヘッドの概略図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本書に記載のシステムの他の実施形態に係る曲面ミラーを有するセンサーヘッドの概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本書に記載のシステムの他の実施形態に係る曲面ミラーを有するセンサーヘッドの概略図である。
【図１２】図１２は、本書に記載のシステムの一実施形態に係る、光度の変化を温度感受エレメントの温度変化に変換する温度演算コンポーネントを含む光度分析装置を有する光学式温度センサーの概略説明図である。
【図１３】図１３は、本書に記載のシステムの一実施形態に係る光学式温度センサーのセンサーヘッドに接続された電子デバイスの概略回路図である。
【図１４】図１４は、本書に記載のシステムの他の実施形態に係る光学式温度センサーのセンサーヘッドに接続された電子デバイスの概略回路図である。
【図１５】図１５は、本書に記載のシステムの他の実施形態に係る、温度測定のための集積化された小型のセンサーをそれぞれ異なる方向から見た概略図である。
【図１６】図１６は、本書に記載のシステムの他の実施形態に係る、温度測定のための集積化された小型のセンサーをそれぞれ異なる方向から見た概略図である。
【図１７】図１７は、本書に記載のシステムの他の実施形態に係る、温度測定のための集積化された小型のセンサーをそれぞれ異なる方向から見た概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
様々な実施形態の詳細な説明  
以下、図面の各図を参照するが、各図は、本明細書の一部を構成し本書に記載されたシステムの実施形態を例示的に図示するものである。いくつかの事例では本システムの様々な態様が概略的に示され若しくは本システムを容易に理解できるよう誇張又は変更がなされていると、理解されるべきである。
【００２１】
図１は、本書に記載のシステムに係る光学式温度センサー１０の一実施形態の概略説明図である。光ファイバー２０，３０は、光ファイバー温度センサーヘッド１００に接続された管４０内に配設されている。管４０は不透明であってもよい。一方の光ファイバー２０は、発光体又は光伝送体として機能し、光源２２に接続されている。他方の光ファイバー３０は受光体として機能し、フォトメータ等の検出ユニット３２に接続されている。光ファイバー温度センサーヘッド１００は、温度を測定したい対象物に取り付けられている。また、この構成に代えて、他の実施形態においては、一つの光ファイバーに光伝送体及び受光体の両方の機能を持たせることができる。本書の各図において光ファイバーが参照されているが、本書に記載のシステムにおいては他の光伝送体及び受光体も使用できると考えられる。例えば、本システムは、そのシステムの光伝送体が、光ファイバーを介さずにセンサーヘッド１００内にマウントされた直射光源になるように構成してもよい。
【００２２】
図２及び図３は、本書に記載のシステムに係る光学式温度センサー１０のセンサーヘッド１００をそれぞれ異なる方向から見た図を示している。「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」のラベルが付された寸法は、図２及び図３（並びに他の図）の相対的な向きを図示するものである。センサーヘッド１００は、互いに対をなしセンサーヘッド１００内に動かないように埋め込まれた光ファイバー２０，３０それぞれの部分を含む。ファイバー２０，３０の端部は、ミラー１１０等の反射ターゲットに対向している。ファイバー２０，３０は、そのファイバー２０，３０及びミラー１１０の全体が一緒に動くようにミラー１１０に固定してもよい。本実施形態では、図示のように、センサーヘッド１００は、そのセンサーヘッド１００が温度測定の対象物の表面にぴったり接する様々な位置を取り得るような立方形状のプロポーションを有する。他の実施形態では、上記センサーヘッドは、対象物に接する少なくとも一つのフラットな端面を有してもよいし、及び／又は、実質的な形状が対象物とフィットしたりあるいは何らかの方法で対象物と物理的な位置合わせが可能な少なくとも一つの表面を有してもよい。上記センサーヘッドは、対象物に対するセンサーヘッドの最適な位置を示すためのマークを有する、いなかる形状をも含む。上記センサーヘッドは、それを使用する用途のための規格に従って所望のサイズにしてもよい。
【００２３】
所定の光度を有する光は光源２２からファイバー２０を通るように進み、光路１０１に沿ってミラー１１０の第１の反射面１１２に当たる。ミラー１１０の第１の反射面は、入射光の光路１０１に対して略４５度の角度を形成している。入射光は、その後、光路１０２に沿って、ミラー１１０の第１の反射面１１２に略９０度で直交する平面を形成するミラー１１０の第２の反射面１１４に、略９０度の角度で反射される。後述のように、所定の熱特性を有するエレメントを、温度に応答して、光路１０２に沿って伝送される光の少なくとも一部を遮光及び／又は干渉するように、配設してもよい。ミラー１１０の第２の反射面１１４上の入射光は、最初の入射光と平行であって最初の入射光とは逆方向に進む光として、光路１０３に沿って再度反射される。第２のファイバー３０の端部は、光路１０３に沿って第２の反射面１１４から反射された光を受け、ファイバー２０によって伝送される入射光とファイバー３０で受けた反射光との間の光度の差分が測定される。その差分処理は検出器３２で行ってもよく、検出器３２は、フォトメータ、フォトレセプター、又は光度を測定する他のデバイスであってもよい。前記検出器は、本書の他の箇所で記載しているように、光／温度計算装置に接続してもよい。前記フォトメータ及び光／温度計算装置は、光電温度トランスデューサの一部であってもよい。なお、本書で図示されている角度以外の角度を使用してもよいことに留意されたい。
【００２４】
所定の熱膨張係数を有する非導電性材料で作成された堅いストリップのような温度感受エレメント５０は、センサーヘッド１００内の固定支持体６０上に配設してもよく、その温度感受エレメント５０は、ベース及びガイドアーム、及び／又は他のコンポーネントを含んでもよく、また、温度感受エレメント５０は、ミラー１１０の第１の反射面１１２から反射され光路１０２に沿って進む光を部分的に遮る端部５２を有してもよい。図示の実施形態では、光路１０２に沿った光を部分的に遮ることは、温度変化に応答して温度感受エレメント５０がＸ方向に膨張又は収縮することによって発生する。また、ある実施形態においては、温度感受エレメント５０の温度が高くなるほど、温度感受エレメント５０が反射面１１２から反射された光路１０２に沿った入射光とより多く干渉するようになり、ファイバー３０によって受ける光の強度がより小さくなる。様々な実施形態において、温度感受エレメント５０によって可変的に遮られる光の部分は、温度変化に対してほぼリニアに比例する関係に従って、温度変化の二乗に従って、及び／又は他の温度との関係を介して、変化してもよい。このように本システムは温度の変化を光の強度の変化に変換する。
【００２５】
本書に記載のシステムの実施形態においては、ミラーを使用することにより、光を出射する装置と光の強度を分析する装置とを温度センサーの一方の端部側だけに配置するように、光ファイバーを互いに向かい合わせないで平行に配置することができ、前記装置における互いに反対側を向いている二つの面又は温度測定のための部分を貫通させる必要もない。
【００２６】
本書に記載のシステムの配置構成は少なくとも次のような利点、すなわち、非常に小型にすることができるとともに、非導電性の材料で作成することができ、しかも、その移動する部分は温度感受エレメント５０の熱膨張だけである。温度感受エレメント５０の側面の摩擦を最小限にするために、温度感受エレメント５０は最小の幅及び厚さで長い形状にしたものであってもよく、その側面の接触点は、支持体６０上に貼り付け固定されるガイド６２の最小限の数に制限してもよい。また、端部５２で片持ちされた温度感受エレメント５０の長さは、レセプタクル６０の部分を除いて、端部５２に対する振動の影響をなくすようにできるだけ短くしてもよい。
【００２７】
本書に記載のシステムでは、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとを備え、発光用光ファイバーによって出射された光が発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間の光路に位置する不透明な（又は半不透明な）物体によって可変的に遮られたときに受光用光ファイバーで受けた光強度の変化の測定に頼るのが、有利である。このようなシステムは、金属製又は導電性の部品が不要であり、温度センサを電気機械や電気装置のような電磁的及び電気的な環境で使用できる、という利点を有する。更に、光の強度を測定すればよいため、干渉分析、ファブリー・ペロー分析、及び／又は光パターン分析などと比較してより簡易で低コストの光分析装置を使用できる、という利点もある。例えば、本書に記載のシステムによる光強度から温度への変換は、上記受光用光ファイバーの他端部において動作する簡易な受光素子で行ってもよい。
【００２８】
図４は、本書に記載のシステムに係る、入射光の視点から見た、センサーヘッド内に一体形成された２面ミラーの概略説明図である。ミラー１１０の第１の反射面１１２に光が当たると発光スポット１０１ａが形成され、この発光スポット１０１ａは、ファイバー２０からの光をシリンドリカル投影する場合は円形になる。ファイバー２０及びミラー１１０は、ミラー１１０の第２の反射面１１４に反射される発光スポット１０１ａを入射光が生成するように、配置してもよい。第２の反射面１１４に当たった光の部分は、温度感受エレメント５０のＸ方向の動きによって遮られ、一方、その光の他の異なる部分は、発光スポット１０２ａとして反射される。本書中の文脈で使用される「部分」は、一つ又は二以上のエリア又はサブセットと呼ばれるものでもよく、複数のエリア又はサブセットの場合には、一体的に接続されたり互いに分離されたりしてもよい。
【００２９】
ある実施形態において、光源２２からファイバー２０で伝送された入射光とファイバー３０で受けた反射光との光度の差分は、上記面１１４から反射され光ファイバー３０で受けた発光スポット１０２ａのサイズの増加又は減少によって生じる。光路１０２上の光の第１の光量は、温度感受エレメント５０によって遮られ、及び／又は別の状況では抑制され、一方、光路１０２上の光の第２の光量は、発光スポット１０２ａとして伝送される。上記第１の光量が増加するとき上記第２の光量が減少し、また逆の場合も同様になるように、第１の光量は第２の光量と反比例してもよい。第１の光量と第２の光量との総量は、実質的に一定値であってもよい。第１の光量又は第２の光量がゼロの場合もあり得る。
【００３０】
図５は、第３の光ファイバー７０が上記管の中に配置され光ファイバー温度センサーヘッド１００’に接続された光ファイバー温度センサー１０’を示す、本書に記載のシステムの他の実施形態を図示している。光ファイバー７０は、受光用光ファイバー３０の近くに並べて配設され、上記検出ユニット３２と同様なタイプのフォトメータ等の基準検出ユニット７２に接続された、基準光ファイバーであってもよい。本書の他の箇所で検討しているように、基準光ファイバー７０は、検出器３２によって長期間にわたって行われる光強度の測定について連続的に繰り返し行うキャリブレーションを可能にするものであってもよい。
【００３１】
図６は、基準光ファイバー７０が受光用光ファイバー３０と並べて配設されているセンサーヘッド１００’内の基準光ファイバー７０の配置を図示している。基準光ファイバー７０は、温度に関係なく温度感受エレメント５０が基準光ファイバー７０で受けた光と干渉しないように配設してもよい。基準光ファイバー７０を用いた配置構成は、光強度の連続的な繰り返しキャリブレーションにより、光／温度変換トランスデューサが、フォトメータのエージングによる光感度のドリフト、周辺の温度の変動、ファイバー２０及び３０に接続された電子部品の温度変動、及び／又は、光ファイバーのエージング及び／又は発光素子のエージングによる光強度の変動、その他、基準ファイバー７０によって捕らえられたドリフト等を考慮し、ファイバー３０に接続されたフォトメータ３２によって長期間にわたって行われる測定を正しく校正できるようにするものである。
【００３２】
図７は、伝送用光ファイバー２２０から発せられた光を介在ミラーなしに受光用光ファイバー２３０によって直接受ける、本書に記載のシステムのセンサーヘッド２００の概略説明図である。二つの光ファイバー２２０、２３０はそれぞれ、小さな間隙を挟んで互いに対向する一端部を有してもよい。更に本書の他の箇所に記載しているように、ファイバー２２０は光源２２２に接続してもよく、ファイバー２３０は受けた光を検出器２３２、及び／又は本書の他の箇所に記載しているように光度及び温度の分析を行う光度分析装置ユニットに伝送してもよい。検出器２３２は、光の強度を電流に変換し電気を温度に変換する簡易型のフォトメータであってもよい。この場合、光の強度の変化と温度の変化との関係は、本書の他の箇所で説明しているように線形であると近似することができる。ファイバー２２０、２３０の少なくとも一方（例えば、図示のファイバー２２０）は、その端部が他のファイバーの端部に対向するように適宜曲がっていてもよい。
【００３３】
温度感受エレメント２５０は、所定の熱膨張係数を有する非導電性材料で作成された堅いストリップのように、一方の端部２５２が固定支持体２６０上に固定され、他方の端部が熱膨張によって間隙２５４内に入り込んでいる。温度感受エレメント２５０の長さが変化すると、そのエレメント２５０の増大又は縮小をそれぞれ生じさせるエレメント２５０の温度変化に従って、エレメント２５０は、間隙２５４の中まで伸張したり間隙２５４から離れるように引っ込んだりする。例えば、温度が上昇するほどファイバー２３０で受ける光の強度が減少するように、温度感受エレメント２５０はファイバー２２０の端部からの入射光を妨げる。また、本実施形態においても、本書の他の箇所に記載されているように基準光ファイバーを組み込むことができる。
【００３４】
図８は、本書に記載のシステムに係る、光ファイバー３２０、３３０に対して横断的に配設された温度感受エレメント３５０によって入射光が遮られている様子を示す、センサーヘッド３００の他の実施形態の概略説明図である。図８に示すように、ミラー３１０は、互いの面がなす角度が略９０度になるように配設された二つの面３１２、３１４と、ファイバー３２０、３３０に対して横断的に配設された温度感受エレメント３５０とを含んでもよい。また、本実施形態においても、本書の他の箇所に記載されているように基準光ファイバーを組み込むことができる。
【００３５】
図９は、本書に記載のシステムに係る、光ファイバー４２０、４３０、４４０及び温度感受エレメント４５０の他の構成を示すセンサーヘッド４００の他の実施形態の概略説明図である。温度感受エレメント４５０はミラー４１０のミラー面４１４に接し、本書の他の箇所に記載したように、エレメント４５０の一端部４５２は光路４０２に沿った光を遮る。図９に図解されている実施形態に示すように、ファイバー４７０は基準ファイバーであり、温度変化に応じた温度感受エレメント４５０の移動によって遮られない光を受ける基準ファイバー４７０の動作に合わせるよう光伝送用光ファイバー４２０と受光用光ファイバー４３０との間に配設されている。この配置構成は、温度感受エレメント４５０に対するカンチレバー効果が最小限になるので、機械的振動にさらされている環境において利点を有する。
【００３６】
図９に示されている９０度をなしている２面ミラー４２０のもう一つの興味ある特徴は、ファイバー４２０の端面が円形であり、ミラー４１０の面４１２と面４１４との間の光路４０２に沿って反射される光の断面が長円になることである。ミラー面４１２の寸法を適宜制限することにより、温度感受エレメント４５０の伸張又は収縮による光の変化が、長円断面の場合よりも有利なリニアな変化になるように、光路４０２に沿って反射される光の一部を正方形又は長方形に切り取ってもよい。
【００３７】
本書に記載のシステムに合わせて他のセンサーヘッドの構成を用いてもよい。
【００３８】
図１０Ａ及び１０Ｂは、本書に記載のシステムの他の一実施形態に係る、平面ミラー５４０から光が反射されたときに光伝送体５２０から出射した光を受けるように光伝送体５２０について受光体５３０の向きを設定した別の構成を有するセンサーヘッド５００の概略図である。図１０Ａでは、一方向から見たセンサーヘッド５００が示され、図１０Ｂでは、図１０Ａに示すヘッドをそれと直交する方向から見たセンサーヘッド５００が示されている。平面ミラー５４０は、角を有していない単一のエレメントであってもよい。光伝送体５２０は、その光伝送体５２０から出射した光がミラー５４０で一度だけ反射され、その反射光が受光体５３０によって受けられるように光を収束する向きになるよう、受光体５３０に対する向きが設定されている。温度感受エレメント５５０は、本書の他の箇所に記載されているように、受光体５３０で受けた光の少なくとも一部を遮ったり又は干渉したりするように配設されている。温度感受エレメント５５０は、本実施形態ではミラー５４０と受光体５３０との間に配設するように示されているが、他の実施形態では、温度感受エレメント５５０は、光伝送体５２０とミラー５４０との間に、及び／又は、光伝送体５２０と受光体５３０との間に、及び／又は、本書に記載の構成において組み合わせられた様々な箇所に、配設してもよい。また、他の実施形態においては、光伝送体５２０と受光体５３０とは、例えば互いに接するように互いに近接した位置に位置決めし、上記収束の角度を小さくするようにしてもよい。
【００３９】
図１１Ａ及び１１Ｂは、本書に記載のシステムの他の一実施形態に係る、曲面ミラー６４０を有するセンサーヘッド６００の概略図である。図１１Ａでは、一方向から見たセンサーヘッド６００が示され、図１１Ｂでは、図１１Ａに示すヘッドをそれと直交する方向から見たセンサーヘッド６００が示されている。光伝送体６２０は、受光体６３０と平行に位置決めしてもよい。光伝送体６２０から出射した光は、曲面ミラー６４０から受光体６３０に反射される。図示のように、曲面ミラー６４０は、光伝送体６２０と受光体６３０とに対して凹状の形状を有するものであってもよい。また、ミラー６４０は他の変形された形状であってもよい。温度感受エレメント６５０は、本書の他の箇所に記載されているように、受光体６３０で受けた光の少なくとも一部を遮ったり又は干渉したりするように配設されている。温度感受エレメント６５０は、ミラー５４０と受光体６３０との間に配設するように示されているが、他の実施形態では、温度感受エレメント６５０は、光伝送体６２０とミラー６４０との間に、及び／又は、光伝送体６２０と受光体６３０との間に、及び／又は、本書に記載の構成において組み合わせられた様々な箇所に、配設してもよい。
【００４０】
他の実施形態では、ミラー６４０に入射する光の形状及び／又は受光体６３０で受ける光の形状を変形させるために、光を変形させる一つ又は二以上のレンズを光伝送体６２０及び／又は受光体６３０と曲面ミラー６４０との間に配設して温度感受エレメント６５０とともに用いるようにしてもよい。例えば、上記レンズは、円形の入射光の形状を、平らな長方形のような細長い形状を有する光の形状に変換してもよい。これにより、受光体で受ける光の量は、レンズで生じる光ビームの変換後の形状に関連し、温度感受エレメント６５０の移動に応じて変化する。
【００４１】
図１２は、本書の他の箇所で記載されているものと同様なコンポーネントを有し、光度の変化を温度感受エレメント５０の温度の変化に変換する温度計算コンポーネントを含んでもよい光度分析装置８０を追加図示した、光学式温度センサー１０’の概略説明図である。光度分析装置８０は、アナログ・デジタル変換回路、及び／又は、適当な計算回路（例えば、ＰＣのような従来の処理装置）、及び／又は、出力回路（例えば、ディスプレイ、又は、温度の変化を表すデジタル又はアナログの信号を出力する適当な回路）を含んでもよい。
【００４２】
光度分析装置８０は、光源２２から伝送されてきた光と検出器３２で受けた光との差分を分析し光の強度の変化に基づいて温度感受エレメント５０（すなわち、光学式温度センサー取り付けられ又は接続された物体）の温度変化を測定するために検出器３２及び／又は光源２２に接続された、スタンドアローンの計測器及び／又は他の分析装置ユニットであってもよい。また、この構成に代えて、光度分析装置８０は、例えば検出器３２内のプロセッサーコンポーネントのように、検出器３２の一部を構成するものであってもよい。また、光度分析装置８０は、本書に記載されたセンサーのいずれかとともに使用してもよい。
【００４３】
様々な実施形態において、上記センサーは、電界又は電磁界が存在する環境で動作できるように、金属製又は導電性の部品を用いないで作成してもよい。例えば、本書に更に記載されているように、非導電性の光ファイバー材料を上記光伝送体及び受光体に使用し、既知の熱膨張係数を有する非導電性材料を上記温度感受エレメントに使用してもよく、また、他のコンポーネントのために使用される様々なセラミック材料を、用途に対応した特別な基準に応じて選択してもよい。例えば、低温での動作、室温での動作、及び／又は高温での動作に適した材料を選択したり、変化する温度の範囲の全体にわたって適した材料を選択したりしてもよい。特に、例えば、光伝送体と受光体とを含む不透明な管を、市販品として入手可能なセラミックで構成してもよいし、センサーヘッドの外側のハウジングを、市販品として入手可能なセラミックで構成してもよい。本書に記載の実施形態において、他の機械加工可能なガラスセラミック材料のような他の適当な材料のいずれかを使用することもでき、上記セラミック材料は、ニューヨーク州コーニングにあるコーニング社（Corning Incorporated）によって供給されている機械加工可能なガラスセラミックであるマッコール（Macor、登録商標）であってもよい。
【００４４】
様々な実施形態において、上記簡易な遮光原理を利用した本書に記載のシステムの実際上の運用は、後ほど更に検討するように、非導電性を考慮すること、熱伝導性材料を選択すべきであること、全体のサイズを最小にすること、耐久性、特に振動に対する耐性を最大化すること、及び、簡易な構成で低コストの光強度分析装置及び温度計算装置を使用することを含め、様々な設計上の材料及び構成の選択を含んでもよい。
【００４５】
上記温度感受エレメントを構成する材料は、非導電性で堅い材料であり、温度とともに温度感受エレメントの長さの十分に大きな変化を生じさせるのに十分に大きな熱膨張係数を有するものであってもよい。ある実施形態において、好適な材料は、少なくとも一方向に１８．７ｍｍ／ｍの熱膨張係数を有する、ロジャーズ社（Rogers Corporation）から供給されているガラス微小繊維で強化された、RT/duroid（登録商標）5580 PTFE等のテフロン（Teflon、登録商標）であってもよい。なお、材料は、長さ方向、幅方向及び深さ方向等の異なる方向についてそれぞれ異なる熱膨張係数を有してもよく、また、本書に記載のシステムは、一つ又は二以上の方向における熱膨張特性のために選択された材料からなる温度感受エレメントで設計してもよい。
【００４６】
本書に記載のシステムを含むセンサーヘッドは、ほこり、光及び蒸気が入らないように密閉し、温度感受エレメントの温度が速やかに測定対象の温度になる非導電性材料で作成してもよい。また、ある実施形態において、好適な材料はロジャーズ社（Rogers Corporation）から供給されているＦＲ４であることがわかった。
【００４７】
上記センサー全体の寸法は最小化してもよい。ある実施形態において、例えばセンサー１０’を参照した場合、光ファイバー２０、３０、７０は約４２０ミクロンの直径（外側の不透明なクラッドを除く）を有するものでもよく、また、ミラー１１０の面１１２、１１４はそれぞれ、約９２０ミクロンの高さ、約５００ミクロンの厚さ及び約４ｍｍの長さと同程度の小さな寸法を有し、８００乃至８７０ナノメータの波長範囲において４５度の角度で９８％の反射率を有する誘電体の反射コーティングを備えた、アンアクシス・オプティックス社（Unaxis Optics）から入手できるものであってもよい。温度感受エレメント５０は、約−４０°Ｃよりも高く約２００°Ｃよりも低い温度を測定するために約２ｃｍの長さと、約２５０ミクロンの幅と、約７５０ミクロンの厚さとを有するストリップであってもよい。光源２２は、例えば英国のダイアライト社（Dialight PLC）から入手できる発光ダイオード等の、ＬＥＤ及び半導体レーザを含め、本書に記載の機能性を提供することができる適当な光源であってもよい。本書に記載のシステムの動作性能は、約３００ミクロンの温度感受エレメントの変位に起因して生じる光の強度に対応する−４０°Ｃ乃至２００°Ｃの温度を、プラス又はマイナス２°Ｃの精度で測定できるものであってもよい。その結果として得られるセンサーヘッド１００は、約３ｃｍ×１ｃｍ×２ｍｍの寸法を有してもよい。
【００４８】
図１３は、本書に記載のシステムの一実施形態に係る、光学式温度センサー１０のセンサーヘッド１００に接続された電子デバイス７００の概略回路図である。センサーヘッド１００の設計及びコンポーネントは、本書の他の箇所に記載されている。後ほど詳しく検討するように、電子デバイス７００は、例えばセンサーヘッド１００内のターゲットに照射される光の強度を変調することにより、センサーヘッド１００の温度及び／又は温度変化に実質的に依存しないで上記ターゲットに照射される光の量を制御してもよい。電子デバイス７００は、上述の管４０のような管の内部に位置する１組の光ファイバー７２０、７３０を介してセンサーヘッド１００に接続してもよい。他の適当な光伝送体及び／又は受光体のいずれを使用してもよく、ファイバー７２０は、光を伝送する光ファイバーケーブルであってもよく、ファイバー７３０は、光を受ける光ファイバーケーブルであってもよい。発光源７２２は、ファイバー７２０によってセンサーヘッド１００に伝送される光を供給する。発光源ドライバー７１０は、発光源７２２に接続され、本書に更に記載されているように、ローパスフィルターを通したフィードバックループを用いて光源７２２から出射する光を制御してもよい。ファイバー７３０は、センサーヘッド１００から受けた光を、測定光電セル７３２等の測定ユニットに送る。
【００４９】
図１３に示すように、測定光電セル７３２の出力は、入力電圧信号に対する高インピーダンスバッファとして機能する増幅器７４０に接続してもよい。増幅器７４０の出力は、本書に更に記載されているように、バンドパスフィルター７４２とローパスフィルター７５０とに別々に接続してもよい。バンドパスフィルター７４２は、例えば低周波数帯の電圧ドリフトや温度変化とは関係しない高周波信号等の、注目していない信号を除去するように構成してもよい。当然ながら、ローパスフィルター及びハイパスフィルターを含む他のフィルター及びそれらの組み合わせを適宜用いてもよい。バンドパスフィルター７４２の出力は、電子デバイス７００からの出力信号を供給することができる出力コンバーター７４４に接続してもよい。本書の他の箇所に記載されているように、出力コンバーター７４４は、測定対象である物体の温度変化及び／又は他の測定された特性を決定するために信号を分析する分析装置を含んでもよい。出力コンバーター７４４からの出力信号は、上記物体の温度変化の測定を表示するためのディスプレイに送ってもよい。また、それに代えて、出力コンバーター７４４からの出力は、その出力信号を使用する、プロセッサ、分析装置、及び／又は、他のシステムに送ってもよい。
【００５０】
上記システムのフィードバックループにおいて、ローパスフィルター７５０の出力は、入力電圧信号に対する高インピーダンスバッファとして機能する増幅器７５２に接続してもよい。ローパスフィルター７５０は、発光源ドライバー７１０へのフィードバックに使用される基準信号としての平均値信号を取得するために使用してもよい。振動によって生じる移動の基準信号に対する影響は、入力信号にローパスフィルターを適用することによって小さくなる。増幅器７５２からの出力は、一入力として差動増幅器７５６に接続してもよい。差動増幅器７５６に対するもう一方の入力は、基準電圧７１２に接続された入力を有する増幅器７５４の出力であってもよい。増幅器７５４は、入力電圧信号に対する高インピーダンスバッファとして機能してもよい。差動増幅器７５６は、入力信号の差分を出力する。差動増幅器７５６の出力は、発光源７２２から出射する光の強度を制御するために発光源ドライバー７１０に接続してもよい。
【００５１】
本書に記載されたシステムは、ファイバーの切断、光電セルの感度、ファイバーの減衰などの不一致又はばらつきのためのキャリブレーションを行ってもよい。キャリブレーションに加えて、上記フィードバックにより、エージング又は取り扱いによって生じる、ファイバーの特性、発光源、光電セル等の変動に対する補正を行ってもよい。
【００５２】
図１４は、本書の記載のシステムの他の実施形態に係る、光学式温度センサー１０’のセンサーヘッド１００’に接続された電子デバイス８００の概略回路図である。センサーヘッド１００’の設計及びコンポーネントは、本書の他の箇所に記載されている。図示のように、センサーヘッド１００’は、基準光ファイバー８７０と光伝送用光ファイバー８２０と受光用光ファイバー８３０とを介して、電子デバイス８００に電気的に接続してもよい。後で詳しく検討するように、電子デバイス８００は、センサーヘッド１００’内の温度変化に実質的に依存しないでセンサーヘッド１００’内のターゲット上に照射される光の量を変調してもよい。センサーヘッド１００’は、基準ファイバー８７０とあるいは本書に記載された他の異なる構成とが追加された状態で電子デバイス２００に関連して、上述のセンサーヘッド１００と同様なものであってもよい。また、本書の他の箇所に記載されているように、基準光ファイバー８７０は、光伝送体用ファイバー８２０及び／又は他の光源から出射した光を受けるとともに、基準ファイバー８７０からの光の量がセンサーヘッド１００’内の温度変化に実質的に依存しないように、センサーヘッド１００’内に配設してもよい。
【００５３】
発光源８２２は、ファイバー８２０によってセンサーヘッド１００’に伝送される光を供給してもよい。発光源ドライバー８１０は、本書で更に検討されているように、発光源８２２に接続され、光源８２２から出射した光を制御するために基準信号を使用するものであってもよい。ファイバー８３０は、センサーヘッド１００’から受けた光を、測定光電セル８３２等の測定ユニットに送る。ファイバー８７０は、センサーヘッド１００’から受けた光を、基準光電セル８５０等の基準ユニットに送る。なお、ファイバー８２０、８３０、８７０の代わりに、他の適当な光伝送体及び／又は受光体のいずれかを用いることができることに留意されたい。
【００５４】
上記基準光電セル８５０の出力は、入力電圧信号に対する高インピーダンスバッファとして機能する増幅器８５２に接続してもよい。増幅器８５２の出力は、差動増幅器８５６の一入力に接続してもよい。差動増幅器８５６に対するもう一方の入力は、基準電圧入力８１２を有する増幅器８５４の出力であってもよい。増幅器８５４は、入力電圧信号に対する高インピーダンスバッファとして機能してもよい。差動増幅器８５６は、入力信号の差分を出力する。差動増幅器３５６の出力は、発光源８２２から出射する光の強度を制御するために差動増幅器８５６からの出力を用いる発光源ドライバー８１０に接続してもよい。また、他の既知の回路を本書に記載のシステムに使用してもよく、例えば、他の実施形態（不図示）において、基準光電セル８５０の出力はローパスフィルターに接続してもよく、このローパスフィルターは、基準信号の平均値を取得し、それにより、好ましくない高周波信号の基準信号に対する影響を小さくするために使用することができる。
【００５５】
図１４に示すように、測定光電セル８３２の出力は、入力電圧信号に対する高インピーダンスバッファとして機能する増幅器８４０に接続してもよい。増幅器８４０の出力はローパスフィルター８４２に接続してもよい。ローパスフィルター８４２は、例えば温度変化とは関係しない周波数が非常に高い信号等の注目していない信号を除去するように構成してもよい。当然ながら、ローパスフィルター及びハイパスフィルターを含む他のフィルター及びそれらの組み合わせを適宜用いてもよい。ローパスフィルター８４２の出力は、電子デバイス８００からの出力信号を供給することができる出力コンバーター８４４に接続してもよい。本書の他の箇所に記載されているように、出力コンバーター８４４は、測定の対象である物体の測定された特性を決定するために信号を分析する分析装置を含んでもよい。出力コンバーター８４４からの出力信号は、温度を表示するためのディスプレイに送ってもよい。また、それに代えて、出力コンバーター８４４からの出力は、出力信号を使用する、プロセッサ、分析装置、及び／又は、他のシステムに送ってもよい。
【００５６】
ここで、上述した電子デバイス７００、８００はそれぞれ、本書の他の箇所に記載されている、光源２２、検出器３２、基準検出器７２、及び／又は、光度分析装置８０を組み込んでもよい。更に、様々の実施形態において、本書に記載されたシステムの製造のために選択された材料は、測定誤差の原因になる可能性がある変形を特に小さくするように選択された機械的特性を有するものであってもよい。例えば、選択された製造用材料は、本書の他の箇所に記載されている多くの特性のうち、高い圧縮強度と高い曲げ強度と高い連続使用温度と高い誘電率とを有するものであってもよい。また、基準ファイバーは、本書の他の箇所に記載されているように、上述した各種タイプのセンサーに使用してもよい。更に、本書の記載された電子デバイス７００、８００は、上述した各種タイプのセンサーとともに使用してもよい。
【００５７】
図１５、１６及び１７はそれぞれ、本書に記載されたシステムの他の実施形態に係る温度測定のための集積化された小型センサー９００を異なる方向から見た概略図である。小型センサー９００は、他のコンポーネントの中でも、特に、本書の他の箇所に記載された光伝送体２０及び受光体３０のような光伝送体９２０及び受光体９３０と、本書の他の箇所で検討された温度感受エレメント５０のような温度感受エレメント９５０と、本書の他の箇所で検討された電子デバイス７００のような受信信号を分析するための電子デバイス９８０と、を含んでもよい。図解した実施形態に示すように、先に参照したコンポーネントはすべて、センサー９００の単一のハウジング９０４内に集積化してもよい。電子デバイス９８０は、センサー９００内のプリント回路基板上に組み込み、電磁的な輻射から隔離するようにしてもよい。光伝送体９２０からの光は集光器９２２で集光してもよく、及び／又は、受光体９３０で受けた光は集光器９３２で集光してもよい。光伝送体９２０及び受光体９３０は、ハウジング９０４の内部に完全に含まれるようにしてもよい。なお、図解した配置構成は光ファイバーを必要としないという利点を提供するものであるが、図解している実施形態に関して、光伝送体９２０及び受光体９３０のいずれか一方又は両方に光ファイバーを用いてもよいことに留意されたい。光伝送体９２０からの光はミラー９４０に当たって受光体９３０に反射されるようにしてもよく、本書の他の箇所に記載されているように、光の一部が温度変化に応じて温度感受エレメント９５０によって遮られ又は干渉されてもよい。電子デバイス９８０は、本書の他の箇所に記載されているように、その結果生じた光強度の変化を分析してもよい。
【００５８】
光伝送体９２０、集光器９２２、受光体９３０及び集光器９３２は、ハウジング９０４に取り付けてもよいし、あるいは、構造的な支持体９０５によって支持してもよい。温度感受エレメント９５０は、ハウジング９０４に取り付けてもよいし、あるいは、構造的な支持体９１５によって支持してもよい。センサー９００は、コンピュータ、コンピュータネットワーク、又は、センサー９００からの出力を受け測定結果を表示するディスプレイを含む他のデバイスに当該センサーをデジタル的に接続する接続インターフェース９０２とともに図示されている。なお、一つ又は二以上の基準ファイバーを図示されている実施形態に組み込んでもよく、その場合は電子デバイス９８０の電子回路の少なくとも一部は本書で検討した電子デバイス８００であってもよいことに留意されたい。
【００５９】
本明細書又はここに開示された本発明の実施を考慮すると、本発明の他の実施形態は当業者に明らかである。本明細書及び実施例は、たんに例示的なものに過ぎず、以下の特許請求の範囲によって示される本発明の真の範囲及び趣旨とともに考慮されることを意図している。
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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