(57)【要約】  温度センサ・アレイが光ファイバ（１６）を備えており、光ファイバの間隔をおいて位置する部分に複数のブラッグ格子（１８）が形成されている。各部分はハウジング（１４）内に位置しており、ハウジングは、各部分を光ファイバに対して軸方向の歪みを実質的に加えることなく自由に収容することに加えて、ハウジングの外方でファイバに加えられた歪みから前記格子を隔離するようになっている。したがって、実質的に温度の変化のみが各部分のブラッグ格子に影響を与えることになる。この温度センサ・アレイは、とりわけ複合材料部材を形成するためのツール（１２）の温度を検出して制御するために用いられる。
2010517028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
歪み隔離用ハウジングとを備えており、
前記ハウジングには、キャビティが形成され、また、該キャビティへの入口および該キャビティからの出口が形成されており、
前記光ファイバが、前記ハウジングの前記入口から入り前記ハウジングの前記出口から出るように構成されており、前記光ファイバが、前記入口の領域の第一の固定位置と前記出口の領域の第二の固定位置で前記ハウジングに固定されており、
前記光ファイバが、前記ハウジング内にブラッグ格子を有し、固定されていない少なくとも一つの弧状部を有し且つ交差していない経路に沿って前記入口と前記出口との間を延び、該ブラッグ格子が形成されている部分が前記ハウジングの外方の前記光ファイバに加えられた歪みから、前記ハウジング内で隔離されており、実質的に温度の変化のみが前記ブラッグ格子に影響を与えるように構成されている、装置。
【請求項２】
前記ブラッグ格子が前記少なくとも一つの弧状部に形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ハウジングが第一の部分と第二の部分とを有しており、かかる第一の部分と前記第二の部分が該第一の部分および前記第二の部分の少なくとも周縁部において接合されており、前記入口および前記出口が、前記第一の部分および前記第二の部分の周縁部の接続部分の第一の位置および第二の位置に、それぞれ対応して形成されてなる、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記第一の部分および前記第二の部分の各々の周縁部が直線状をしており、前記第一の位置および前記第二の位置が、前記第一の部分および前記第二の部分の直線状をした前記周縁部の異なる各側に形成されている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記ハウジングが矩形状である、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記ハウジングが管状である、請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記第一の部分および前記第二の部分の各々の周縁部が湾曲しており、前記第一の位置および前記第二の位置が、前記第一の部分および前記第二の部分の前記周縁部上にほぼ対向して形成されている、請求項３記載の装置。
【請求項８】
前記第一の部分および前記第二の部分のうちの少なくとも一つの周縁部が周壁を有しており、前記第一の部分および前記第二の部分が前記周壁で接合されている、請求項３乃至７のいずれか１の項に記載の装置。
【請求項９】
前記第一の部分および前記第二の部分の両方の周縁部が周壁を有しており、かかる第一の部分および第二の部分が該第一の部分および第二の部分の前記周壁で接合されている、請求項３乃至７のいずれか１の項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一の部分および前記第二の部分が開かれたキャビティを形成し、該キャビティ内に前記光ファイバが前記入口と前記出口との間で自由に延びている、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第一の部分が、第一のチャネルを具備した第一の面を有し、かかる第一のチャネルは、交差していない経路をたどり前記光ファイバを受容するべく前記入口と前記出口との間に延設されている、請求項１乃至７のいずれ１の項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第二の部分が、前記第一の面と接する第二の面を有する、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第二の面が、第二のチャネルを有し、かかる第二のチャネルは、前記第一のチャネルと同じような経路をたどって前記入口と前記出口との間に、延設されている、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
複数の歪み隔離用ハウジングをさらに備えており、前記光ファイバに間隔をおいて前記ハウジング内に位置するようにブラッグ格子を有しており、各ブラッグ格子はそれに対応するハウジング内に設けられている、請求項１乃至１３のいずれか１の項に記載の装置。
【請求項１５】
前記光ファイバがシングルモードのファイバである、請求項１乃至１４のいずれか１の項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ブラッグ格子うちの一つ又は各ブラッグ格子により検出された温度を求めるように構成されたプロセッサをさら備えてなる、請求項１乃至１５のいずれか１の項に記載の装置。
【請求項１７】
前記光ファイバが、温度以外の変数を検出するように動作可能な少なくとも一つのさらなるブラッグ格子を有している、請求項１乃至１６のいずれか１の項に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも一つのさらなるブラッグ格子が前記光ファイバの歪みを検出するよう動作可能に構成されている、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも一つのさらなるブラッグ格子が化学種を検出するよう動作可能に構成されている、請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
前記プロセッサが、前記少なくとも一つのさらなるブラッグ格子により検出される前記温度以外の変数を求めるようにさらに動作可能に構成されている、請求項１６に従属する前記請求項１７乃至１９のいずれか１の項に記載の装置。
【請求項２１】
前記プロセッサが、波長分割マルチプレックスを用いて、一又は複数の前記ブラッグ格子をアドレスするように動作可能に構成されている、請求項１６又は２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記プロセッサが、時分割マルチプレックスを用いて一又は複数の前記ブラッグ格子をアドレスするように動作可能に構成されている、請求項１６又は２０に記載の装置。
【請求項２３】
複合材料部材を形成するためのツールであって、
少なくとも一つの熱源と、
請求項１乃至２２のいずれか１の項に記載の装置を備えており、
前記装置の各ハウジングが前記ツールの前記材料内に埋め込まれ、各ハウジングが前記ツールの前記材料と相性がよい材料から作られている、ツール。
【請求項２４】
前記熱源のためのコントローラをさらに備えており、該コントローラが、前記装置により測定された一又は複数の温度に応答して前記熱源を制御するように構成されている、請求項２３記載のツール。
【請求項２５】
前記熱源が、前記ツール内に埋め込まれている一又は複数の加熱装置を含んでいる、請求項２４記載のツール。
【請求項２６】
ブラッグ格子を収容している少なくとも一つのハウジングが各加熱装置に関連付けされている、請求項２５記載のツール。
【請求項２７】
請求項１乃至２２のいずれか１の項に記載の装置を備えてなる構造体。
【請求項２８】
乗り物、産業プラント又は土木用構造体の形態を有する、請求項２７記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度検出、例えば、複合材料部材成形用のツールの温度検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複合材料部材を作るのに、内部に埋め込まれた一又は複数のヒータを備えたツールを使用することが知られている。硬化サイクル中、前記ツールの温度を監視及び／又は制御することが必要である。通常、熱電対を使用するが、それらは幾つかの欠点がある。単一の熱電対は局所的な領域しか監視しないし、より大きなツールでは、多くの熱電対が必要となり、配線および接続部が複数必要となる。通常、複数の熱電対は、形成中の複合材料部材の端方の外方の「予備」部材に設けられる。この予備部材は、複合材料部材が成形された後に、複合材料部材から取り除かれる。さらに、複数の熱電対およびそれらの配線を、形成中の材料の中に埋め込むこともできるが、複合材料をツールから取り外すと、配線が損傷し、交換することになり、また、熱電対を再び用いる際に、再び校正を行うこととなる。これらの熱電対は、前記複合材料自体の材料を直接的に監視するようには用いられない。というのは、これらの熱電対が複合材料部材の材料（すなわち、廃棄されない複合材料部材の材料）自体に埋設され又はその他の方法で複合材料部材の表面に傷跡を残すことになってしまうからである。
【０００３】
例えば、温度のような変数又は化学種の濃度を検出するためにブラッグ格子を利用した光ファイバセンサが提案されている。光ファイバの歪みを検出するために、複数のブラッグ格子を光ファイバ上に分布させて配置することは公知である。さらに、ファイバ上の複数の格子を扱う（アドレスする）ために、波長分割マルチプレックス又は時分割マルチプレックスの技術を用いることが知られている。
【０００４】
ＷＯ００／３９５４８には、ファイバに沿ってアレイ状に分布させた格子が開示されている。各格子は、円筒状のガラス筒内に入れられているとともに、それに融合されているファイバの一部分上に配設されており、かかるガラス筒は、ファイバの熱膨張率とは異なる熱膨張率を有し、格子に対して歪みを加えることによって温度変化に対する前記格子の感度を向上させるようになっている。また、前記ガラス筒は、かかる筒の外方のファイバに加えられた軸方向の歪みに対する、前記格子の感度を、低下させるようにもなっている。しかしながら、前記ガラス筒がファイバに融合されているため、ファイバ上の軸方向の歪みは、ガラス筒内のファイバに対して伝達されるので、該ガラス筒内の前記格子によって検知される値は、このファイバ上の軸方向の歪みの影響を受けることになる。
【０００５】
ＷＯ０３／０７６８８７には、船、橋梁、原油採掘、生産設備のような大きな構造体用で、歪みに反応する一又は複数のブラッグ格子を備えた光ファイバの利用について開示されている。また、この文献には、歪応答格子により計測される温度信号を補償するために利用され得る温度測定を行うために、歪みを隔離するパッケージ内にブラッグ格子を配設することが開示されている。したがって、ＷＯ０３／０７６８８７には、実際の温度計測ではなく、むしろ温度補償を実現するためにブラッグ格子を利用することが記載されている。ＷＯ０３／０７６８８７に開示されている歪み隔離用のパッケージの一例は、ディスク内の円形状の溝に光ファイバのループを受容し、かかる光ファイバは、前記円形状の溝に対して接戦方向に沿ってその円形状の溝に入出するようになっている。この歪み隔離用のパッケージは、それ自体比較的大きく、かつ、光ファイバが円形状の溝に入出するところで光ファイバがそれ自体と交差又は横断するという欠点がある。歪み隔離用のパッケージの他の例として、よりコンパクトな構成が開示されている。かかる構成では、光ファイバが直線状に延び、ブラッグ格子が高弾性係数を有する部材、すなわち補強材上に配設され、ブラッグ格子が高弾性係数を有する接着剤を用いてこの補強材に固定されている。前記光ファイバと補強材は、さらに低弾性係数を有するポリマーによって被覆され、前記補強材の両端部に位置する光ファイバに集中応力が作用するのを低減するようになっている。かかる歪み隔離用のパッケージは複雑な構造となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、コンパクトで安価な構造を有し、複合材料部材を成形するためのツールに役立つ温度センサを提供し、アレイ状に配置された温度センサを提供し、上記のような温度センサ又はアレイ状に配置された温度センサを組み入れたツールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様は、光ファイバと歪み隔離用ハウジングとを備えた装置を提供している。かかるハウジングは、キャビティを有し、キャビティへの入口およびキャビティからの出口を有している。光ファイバは入口からハウジングに入り、出口からハウジングを出るように構成されている。また、この光ファイバは、前記入口に位置する第一の固定箇所においてハウジングに固定されているとともに、前記出口に位置する第二の固定箇所においてハウジングに固定されている。かかる光ファイバは、ブラッグ格子を前記ハウジング内に有しているとともに、交差することのない通路に沿って、前記キャビティへの入口と前記キャビティからの出口との間を延びている。前記通路は、前記ハウジングの外方の光ファイバに加えられた歪みから前記ブラッグ格子が形成されている部分を前記ハウジング内に実質的に隔離するように、また、実質的に温度変化のみが前記ブラッグ格子に影響を与えるように、少なくとも一つの固定されていない弧状部を有している。
【０００８】
前記構成により、簡単に製造することができ、コンパクトにすることができ、かつ、構造体の所望の位置に容易に設けて温度測定が可能となるシンプルな構成を得ることができる。前記ハウジングは、センサやアレイ状に配置されたセンサのいかなる個々の用途に対しても適合性を有するいかなる適正な材料から作られてもよい。前記ハウジングは、該ハウジングの外方のファイバに加えられる歪みから前記格子を隔離することにより、ハウジングの外方のファイバに歪みを生じさせないという状態を確保することを必要とすることなく（前記ファイバの破損を回避するのを除いて）、より正確な温度検出を可能とするとともに、装置の簡単なセットアップを可能とする。
【０００９】
また、本発明の一つの態様は、このような装置を組み入れたツール又は他の構造体を提供している。
【００１０】
本発明のさまざまな態様が、本明細書に添付した独立形式のあるいは従属形式の請求項に記載されている。本発明の他の態様は、記載されている実施形態の構成要件、添付の従属形式の請求項に記載されている構成要件および／又は独立形式の請求項に記載されている構成要件のあらゆる組み合わせをも含むものである。したがって、本発明は、単に添付の請求項に明確に記載されている組み合わせに限定されるものではない。
【００１１】
本発明の実施例は単なる例示であって、これらは添付図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、複合材料部材を成形するためのツール上に配置された温度検出のための本発明にかかるアレイ状に配列されたブラッグ格子を示す概略図である。
【図２】光ファイバの一部にブラッグ格子が設けられている、歪み隔離用ハウジングの一例を水平方向に沿って断面して示した概略図である。
【図３】図２の歪み隔離用ハウジングの一例を略式に示した分解斜視図である。
【図４】図２の歪み隔離用ハウジングを鉛直方向に沿って断面して示した概略図である。
【図５】光ファイバの一部にブラッグ格子が設けられている、歪み隔離用ハウジングの他の一例を水平方向に沿って断面して示した概略図である。
【図６】図５の歪み隔離用ハウジングの一例を略式に示した斜視図である。
【図７】図４の歪み隔離用ハウジングの一例を鉛直方向に沿って断面して示した概略図である。
【図８】図２の歪み隔離用ハウジングの他の構成を鉛直方向に沿って断面して示した概略図である。
【図９】図２の歪み隔離用ハウジングのさらに他の構成を鉛直方向に沿って断面して示した概略図である。
【図１０】図４の歪み隔離用ハウジングの他の構成を鉛直方向に沿って断面して示した概略図である。
【図１１】光ファイバの一部にブラッグ格子が設けられている、歪み隔離用ハウジングのさらなる一例を示す水平方向に沿って断面した概略図である。
【図１２】光ファイバの一部にブラッグ格子が設けられている、歪み隔離用ハウジングの他の一例を示す水平方向に沿って断面した概略図である。
【図１３】光ファイバの一部にブラッグ格子が設けられている、歪み隔離用ハウジングのさらなる一例を示す水平方向に沿って断面した概略図である。
【図１４】光ファイバの一部にブラッグ格子が設けられている、歪み隔離用ハウジングの他の一例を略式に示した斜視図である。
【図１５】本発明に従って加熱素子とアレイ状に配列されたブラッグ格子を有する、複合材料部材を成形するためのツールを示した概略図である。
【図１６】本発明にかかるアレイ状に配列されたブラッグ格子を有する構造体を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は種々の形態で実施することができ又その一部を置換することができるものであり、以下にそのうちの幾つかの例を挙げて図面を参照してより詳細に説明する。しかし、これら例示された実施例や図によって本発明が限定されて解釈されるものではなく、反対に、本発明は、発明の精神や範囲に従って、本発明の実施例と均等するあるいは置き換えられたものまで含むものと理解されたい。
【００１４】
本発明の実施例を、高分子樹脂内に予め含浸させた強化ファイバの積層材料を例に挙げて、複合材料からなる部材を成形するためのツールを参照して、説明する。
【００１５】
積層された材料の各薄層は、ファイバの複数の層を含むこともできる。これらのファイバは、例えば、炭素繊維であってもよいし又はケブラーであってもよい。一連の薄層のファイバは、当該技術分野において公知になっているように、異なる向きを有していてもよい。複合材料部材の成形のプロセスには、内部に埋め込まれ得る一又は複数のヒータにより加熱されるツールが必要となる。このツールの温度は、少なくとも監視され、そして、好ましくは制御されることが必要である。このため、アレイ状に配列された温度センサが設けられている。本実施例では、前記のアレイ状の配列は、一本の光ファイバ上に複数のセンサが配置されたものとなっている。
【００１６】
前記ツールは、成形される複合材料と相性の良い材料でできている。例えば、既に述べた実施例では、前記ツールに複合部材と同一の材料が用いられている。
【００１７】
前記光ファイバは、いかなる適切な材料でつくられてもよい。ここに記載の実施例では、前記光ファイバは、ガラス製又はシリカ製の光ファイバであり、かかる光ファイバは、典型的な炭素繊維複合部材の硬化された一層の厚みと同等の直径をしており、ここで、典型的な厚みは、０．２５０ｍｍ（２５０ミクロン）である。ガラス製の光ファイバは、炭素製ファイバと比べて剛性が低いものの、複合材料およびその加工性との相性がよい。かかる光ファイバは、ツールの複合材料の表面から適切な深さに埋め込むことができる。別の実施例では、前記光ファイバが他の材料で作られていてもよい。
【００１８】
図１を参照すると、複合材料部材を成形するためのツール１２内には、それぞれが光ファイバ１６の一部を含んでいる複数のハウジング１４が埋め込まれている。前記ハウジング１４は、前記ツール１２の表面より下（内部方）に埋め込まれることによって一体となっている。例えば、前記ツールが薄層で構成されている場合、前記ハウジングは該ツール表面上の最上面の薄層の真下に位置付けされる。
【００１９】
前記ファイバ１６のうちのハウジング１４内に位置する部分は、それぞれブラッグ格子１８を該ファイバ上に有している。かかる格子１８を、公知の方法によって、前記ファイバ上に書き込むことができる。ブラッグ格子プロセッサ２０、例えばファイバ・センサ・インターロゲータは、前記ファイバ１６に沿って前記格子に適切な波長のレーザ光を伝達するよう構成されている。各格子は、前記プロセッサ２０によって、波長分割マルチプレックス（ＴＤＭ）技術又は時分割マルチプレックス（ＷＤＭ）技術を用いてアドレスされるようになっているが、両者とも当該技術分野において良く知られた技術であるので、これ以上詳しいことはここでは説明しない。温度の変化については、当該技術分野において公知のように、格子１８により前記プロセッサ２０へ戻された信号を適切に処理することにより検知することができる。図１の実施例では、前記アレイ状に配列されたセンサによって検出された温度を解析すべく適切な解析ソフトウェアを実行するようにコンピューター２２を配置することができる。図１５を参照しつつ下記に述べられている如く、検出された温度に応じて一又は複数の加熱素子を制御することができる。
【００２０】
下記に記載されているように、ハウジング１４の各々は、ハウジングの外方のファイバに対して加えられる歪みからハウジング１４内の格子１８を隔離するためにファイバ１６の一部を収容するようになっている。前記ファイバ１６に対しては、ハウジング１４内では軸方向の歪みをできるだけ少なく抑え、理想的には軸方向の歪みを無くすことが望ましい。前記ハウジング１４内の歪みは、一定の基準レベル内にあり、このことから、温度の変化により引き起こされる歪みを検出することができる。前記光ファイバ１６のうちのハウジング１４内に位置する部分は、それぞれ少なくとも一つの弧状部又は湾曲部を有するように形成されている。このことは、このファイバ１６がハウジング１４の入口点とハウジング１４の出口点との間でより長い経路をとることによって歪みから実質的に隔離され得るようになっていることを意味している。なお、入口若しくは入口点又は出口若しくは出口点と記載されているが、このことは移動を示しているのでもなければ入口と出口の機能を示しているのでもなく、これらの用語は、光ファイバが貫通する歪み隔離用ハウジングのポート又は開口部を表すために用いられているに過ぎない。光ファイバ１６のうちの、ハウジング１４とハウジング１４との間にある部分は、ツールの材料内に埋め込まれている。ファイバ１６のうちのハウジング１４とハウジング１４との間の部分は歪みを受けることになるが、ハウジング１４が当該ハウジング１４内の格子１８をその歪みから隔離しているため、かかる格子１８は正確に温度のみを検出することができる。
【００２１】
図２は、図１に示されている歪み隔離用ハウジング１４のうちの一つに対応する歪み隔離用ハウジング３０の一例を水平方向に沿って断面して表した概略図である。図３は、図２の歪み隔離用ハウジングを略式に示す分解斜視図である。図４は、図２の歪み隔離用ハウジング３０を光ファイバ１６の経路をたどって且つ鉛直方向に沿って断面して表した概略図である。なお、本明細書における水平および鉛直という記載は絶対的な方向ではなく相対的な方向を指定するためのものであり、絶対的な方向は、ハウジングの向きに応じて変わるものである。
【００２２】
図３および図４に示されているように、歪み隔離用ハウジングは、ベース部３４とカバー部４４とを備えている。図２、図３および図４に示されている実施例では、歪み隔離用ハウジング３０は、タイルのようなほぼ矩形形状を有している。複合部材用のツールへの使用を意図する一つの実施例では、ハウジングの外寸法は、約２５ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍ（長さ×幅×高さ）である。個々の用途に応じて、他のサイズのハウジングを用いることができる。前記ベース部３４は、ベース部内にキャビティ３６を形成するために底壁３１と周壁３２とを有しており、前記カバー部４４は、このキャビティ３６を覆うためのほぼ平坦な部材である。凹部４６、４８が、周壁において間隔をおいて相互に位置する二つの部位（本実施例では、ほぼ対向する部位４６、４８）に設けられることにより、光ファイバのためのハウジング３０の入口３８およびハウジング３０の出口４０が形成されている。光ファイバ１６が、周壁の凹部４６、４８を貫通しており、また、ハウジング３０の入口３８とハウジング３０の出口４０において、適切な位置に樹脂４２を用いて固定又はシールされている。すなわち、周壁３２の凹部が詰められることによってシールされている。これに用いられる樹脂はツールが加熱される温度に対し耐えることができるようないかなる適切な樹脂であってもよい。カバー部４４にベース部３４を接合する適切な樹脂の一例として、「Duralco 4525-1、高温用の樹脂」を挙げることができる。また、この同一の樹脂をハウジングの壁の穴を詰めるためのシールに用いることができる。センサを埋め込みうる複合材料用のツールを形成する複合材料内の炭素繊維を結合するために、異なるエポキシ樹脂を用いることができる。
【００２３】
本実施例では、光ファイバ１６は、周壁３２の凹部４６、４８内の樹脂により、ハウジング３０の入口３８およびハウジング３０の出口４０で支持（保持）され、キャビティ３６を自由に貫通するようになっている。光ファイバ１６は、凹部内の樹脂によりハウジング３０内に固定されており、光ファイバ１６の長さが、ハウジング３０の入口３８とハウジング３０の出口４０との間の直線距離よりも長いため、光ファイバ１６が少なくとも一つの弧状部１７を呈するようになっている。本実施例では、ブラッグ格子１８は、ハウジング３０内の弧状部１７の途中に形成されている。少なくとも一つの弧状部１７が存在するのは、ファイバの配置される経路がハウジング３０の入口３８とハウジング３０の出口４０との間の直線経路よりも長いからである。例えば、直線経路の長さが２５ｍｍであると仮定すると、ハウジング中で２５．６ｍｍの長さの光ファイバは、３３ｍｍの弧半径に対して４５度の弧角度を形成することになる。
【００２４】
光ファイバ１６の曲率により規定される弧角度および半径は、ハウジング内のファイバを歪みから実質的に隔離させることを可能とするとともに、ファイバの光学パラメータを満たし、ハウジングの寸法をできるだけ小さく維持するように選択されている。例えば、前記弧は、緩やかな弧であり、ファイバのフルループよりも相当下回り、すなわち光ファイバがそれ自体と交差すべくとり得る経路を相当下回るようなものであるように選択される。規定された弧角度は、例えば１０〜９０度の範囲内であり、より有利には３０〜６０度の範囲内にある。上述の一つの実施例では、弧は４５度程度であり、曲率半径は３３ｍｍである。
【００２５】
このことは、光ファイバにそれ自体に対する損傷を回避させ且つブラッグ格子１８の良好な動作を担保させることを可能とする曲率内に含まれ、且つあまり多くのスペースをとらないような緩やかな湾曲を採らせることにより、ハウジング内の光ファイバをハウジングの外方の歪みから実質的に隔離することができるということを意味している。ブラッグ格子１８を、例えば光ファイバのうちのハウジング内に位置する弧形状を有する部分に設けることができる。
【００２６】
図５は、図１に示されている歪み隔離用ハウジングのうちの一つに対応する歪み隔離用ハウジング５０の他の一例を示す、水平方向に沿って断面した概略図である。図６は、図５の歪み隔離用ハウジングを略式に示す分解斜視図である。図７は、図５の歪み隔離用ハウジング５０を光ファイバ１６の経路をたどって且つ鉛直方向に沿って断面したものを示す概略図である。図６および図７に示されているように、歪み隔離用ハウジングはベース部５２とカバー部５６とを備えている。図５、図６および図７に示されている実施例では、歪み隔離用ハウジング５０は、タイルのようなほぼ矩形形状を有している。ベース部５２はチャネル５４から形成されており、このチャネルは、光ファイバ１６を受けるために弧状の経路をたどることができるようなキャビティを形成している。本実施例では、チャネル５４は光ファイバの断面よりも大きな断面を有しているので、光ファイバは、チャネル５４内に完全かつ自由に受けられ、チャネル５４の摩擦による拘束を受けない。光ファイバ１６は、ハウジング５０の入口３８からハウジング５０の出口４０までチャネル５４を貫通して延びている。本実施例では、光ファイバ１６は、樹脂４２を用いて周壁３２の凹部を充填させることで、チャネル内のハウジング５０の入口３８の領域とハウジング５０の出口４０の領域とにおいて保持（固定）されている。図２および図３に示されている実施例と同様に、用いられる樹脂は、前記したように、ツールを加熱する温度に耐えることができるいかなる適切な樹脂であってもよい。
【００２７】
本実施例では、光ファイバ１６は、樹脂４２により、ハウジング５０の入口３８の領域およびハウジング５０の出口４０の領域で支持され、チャネル５４を自由に貫通するようになっている。光ファイバ１６は、樹脂４２によりハウジング５０内に実質的に取り付けられており、チャネル５０をたどる光ファイバ１６の長さは、このチャネルがハウジング５０の入口３８とハウジング５０の出口４０との間の直線経路をたどる場合の直線距離よりも長くなっている。したがって、光ファイバ１６は少なくとも一つの弧状部１７を有している。本実施例では、ブラッグ格子１８は、ハウジング５０のチャネル５４内の弧状部１７の途中に形成されている。少なくとも一つの弧状部１７が存在するのは、ファイバによってとられた経路およびチャネル５４の経路がハウジング５０の入口３８とハウジング５０の出口４０との間の直線距離よりも長くなっているからである。
【００２８】
前記チャネル５４の経路は、図２〜図４を参照して記述されているように、光ファイバ１６の曲率により規定される弧角度および半径が、ハウジング内のファイバを歪みから実質的に隔離させることを可能とするとともに、ファイバの光学パラメータを満たし、ハウジングの寸法をできるだけ小さく維持するように選択されている。
【００２９】
図２〜図４の実施例をさらに参照すると、図８は、ハウジング３０と類似しているものの、図４に示されているハウジングとは幾分異なる構成を有している他のハウジング６０を示す鉛直断面図である。光ファイバ１６を完全に受けるキャビティ３６を有したベース部３４と、ほぼ平坦なカバー４４とを備えた、ハウジング３０というよりは、図８の例示のハウジング６０では、ベース部６２およびカバー部６４は、光ファイバ１６を受けるためのキャビティ６６の一部を形成するような形状に形成されている。図８に示されているように、ベース部６２は、キャビティ６６のうちの一部を形成するための周壁６３を有しており、カバー部６４は、キャビティ６６のうちのさらなる一部を形成するための周壁６５を有している。これらの周壁６３、６５には、ハウジング６０の入口３８およびハウジング６０の出口４０において凹部が形成されている。光ファイバ１６は、ベース部６２およびカバー部６４の周壁６３、６５の入口３８および出口４０凹部の各々により部分的に保持され、図２〜図４に記載されているように、凹部を詰めてシールするための樹脂４２を用いて凹部にシール（固定）されている。また、この樹脂を、ベース部６２をカバー部６４に接合するためにも用いることができる。
【００３０】
本実施例では、図２〜図４に示された実施例と同様に、光ファイバ１６は、周壁６３、６５の凹部内の樹脂４２により、ハウジング３０の入口３８およびハウジング３０の出口４０で支持され、キャビティ６６を自由に貫通するようになっている。また、図２〜図４の実施例と同様に、光ファイバ１６は、凹部内の樹脂によりハウジング６０内に固定されており、光ファイバ１６の長さが、ハウジング６０の入口３８とハウジング６０の出口４０との間の直線距離よりも長いため、光ファイバが、図２〜図４に記載されたような少なくとも一つの弧状部を呈し、光ファイバ１６の弧状部の途中に形成されたブラッグ格子を有するようになっている。
【００３１】
図９は、ハウジング６０と類似しているものの、図８に示されているハウジングとは幾分異なる構成を有している、さらに他の形態のハウジング７０の構成を示す鉛直断面図である。ハウジング７０のベース部７２は、光ファイバを部分的に受けるキャビティ６６を形成する周壁７３を有している。ハウジング７０のカバー部７４はほぼ平坦になっており（すなわち、それは周壁を有していない）、しかし代わりに、それには、光ファイバ１６を部分的に受けるためのチャネル７５が形成されている。チャネル７５は、光ファイバ１６を受けるための弧状の経路をたどるようにカバー内に形成されている。本実施例では、チャネル５４は光ファイバ１６の直径よりも大きな幅寸法を有しているので、光ファイバは、チャネル７５内に部分的にかつ自由に受けられ、チャネル７５との摩擦による拘束を受けないようになっている。光ファイバ１６は、ハウジング７０の入口３８からハウジング７０の出口４０までチャネル７５を貫通して延設されている。本実施例では、光ファイバは、前述したような樹脂４２を用いて、ハウジング内のうちの、ハウジング７０の入口３８の領域とハウジング５０の出口４０の領域において固定されている。前述した実施例と同様に、用いられる樹脂はツールが加熱される温度に耐えることができるいかなる適切な樹脂であってもよい。例えば、「Duralco  4525-1、高温用の樹脂」を用いて、ベース部３４をカバー部４４に接合し、ハウジングの周壁内の穴を詰めてシールすることが可能である。チャネル７５の経路は、図２〜図４を参照して記述されているように、光ファイバ１６の曲率により規定される弧角度および半径が、ハウジング７０内のファイバ１６を歪みから実質的に隔離させることを可能とするとともに、そのファイバの光学パラメータを満たし、ハウジングの寸法をできるだけ小さく維持するように選択されている。ブラッグ格子１８は、光ファイバ１６の弧状部の途中に形成されている。
【００３２】
図１０は、ハウジング５０と類似しているものの、図７に示されているハウジングとは幾分異なる構成を有している、さらに他の形態のハウジング８０の構成を示す鉛直断面図である。この場合、ベース部８２にはチャネル８３が形成されており、カバー部８４にはチャネル８５が形成されている。これらのチャネル８３、８５は、カバー部８４がベース部８２に接合されたとき、該チャネル８３、８５が組み合わされてチャネル８６を形成し、このチャネル８６が、光ファイバ１６を受けるための弧状の経路をたどるキャビティを形成するように構成されている。本実施例では、チャネル８６は光ファイバの断面よりも大きな断面を有しているので、光ファイバは、チャネル８６内に完全かつ自由に受容され、チャネル８６との摩擦による拘束を受けないようになっている。光ファイバ１６は、ハウジング８０の入口３８からハウジング８０の出口４０までチャネル８６を貫通して延びている。本実施例では、光ファイバは、チャネル８６を充填する樹脂４２を用いて、チャネル内のうちの、ハウジング８０の入口３８の領域とハウジング８０の出口４０の領域とにおいて保持（固定）されている。前述したその他の実施例と同様に、用いられる樹脂はツールが加熱される温度に耐えることができる、いかなる適切な樹脂であってもよい。前記チャネル８６の経路は、図２〜図４に記載されているように、光ファイバ１６の曲率により規定される弧角度および半径が、ハウジング内のファイバ１６を歪みから実質的に隔離させることを可能とするとともに、そのファイバの光学パラメータを満たし、ハウジングの寸法をできるだけ小さく維持するように選択されている。ブラッグ格子１８は、光ファイバ１６の弧状部の途中に形成されている。
【００３３】
前述したすべての実施例において、光ファイバ１６の位置決めは図２〜図４に記載されているのと実質的に同様におこなわれ、単一の湾曲を有しているということを前提としている。しかしながら、他の多くの可能性が存在する。
【００３４】
図１１には、図２〜図４のハウジングに類似したハウジング９０に基づいた、一つの可能な他の形態の構成が示されている。しかしながら、図１１に示されているように、ハウジング９０は、周壁９２のほぼ対角線上に対向した位置関係にある入口３８と出口４０とを有している。本実施例では、入口３８と出口４０との間の距離よりも長い光ファイバ１６が、入口３８と出口４０とにおける周壁の凹部に詰め込まれた樹脂４２により、ハウジング９０のベース部９４の周壁９２内に形成されているキャビティ９６内に保持されている。本実施例では、光ファイバの追加の長さは、「Ｓ」状又は曲がりくねった形状、この場合には二つの弓状のものが相互に反対向きになって並んだ形状（形態）に形成されている。ブラッグ格子１８は、曲がりくねった部分に設けられている。ファイバ１６の弧状部と弧状部との間に設けられてもよいし、又は、弧状部上に設けられてもよい。先に述べた実施例と同様に、光ファイバ１６のハウジング９０は、図２〜図４に記載されているように、光ファイバの曲率により規定される弧角度および半径が、ハウジング内のファイバ１６を歪みから実質的に隔離させることを可能とするとともに、そのファイバの光学パラメータを満たし、ハウジングの寸法をできるだけ小さく維持するように選択されている。
【００３５】
上述した実施例では、ハウジング１４はほぼ正方形状又は矩形形状を有している。しかしながら、他の実施例では、他の形状が用いられてもよい。
【００３６】
例えば、図１２には、菱形状のハウジング１００が示されており、この菱形状のハウジング１００は、図２〜図４に例示されたハウジングに類似している。かかるハウジング１００は、このハウジング１００のベース部１０４のほぼ両端における周壁１０２内に入口３８と出口４０とを備えている。この入口３８と出口４０との間の距離よりも長い光ファイバ１６が、入口３８と出口４０における周壁の凹部に詰め込まれた樹脂４２により、ハウジング１００のベース部１０４の周壁１０２内のキャビティ１０６内に、保持（固定）されている。本実施例では、光ファイバがより長い長さを有することにより、弧状又は「Ｃ」形状が形成されている。本実施例の弧状部内にブラッグ格子１８が設けられている。前述した実施例と同様に、光ファイバ１６のハウジング１００は、図２〜図４に記載されているように、光ファイバの曲率により規定される弧角度および半径が、ハウジング内のファイバ１６を歪みから実質的に隔離させることを可能とするとともに、そのファイバの光学パラメータを満たし、ハウジングの寸法をできるだけ小さく維持するように選択されている。
【００３７】
図１３には円状のハウジング１１０が示されており、この円状のハウジング１１０は、その他の点では、図２〜図４に例示されているハウジングに類似している。ハウジング１１０は、ハウジング１１０のベース部１１４の周壁１１２に、ほぼ対向した入口３８および出口４０を備えている。入口３８と出口４０との間の距離よりも長い光ファイバ１６が、入口３８と出口４０における周壁の凹部に詰め込まれた樹脂４２により、ハウジング１１０のベース部１１４の周壁１１２内のキャビティ１１６内に、保持（固定）されている。本実施例では、光ファイバの追加の長さが、弧状又は「Ｃ」形状を形成している。この実施例の弧状部にブラッグ格子１８が設けられている。先の実施例と同様に、光ファイバ１６とハウジング１１０は、図２〜図４に記載されているように、該光ファイバ１６の曲率により規定される弧角度および半径が、前記ハウジング内のファイバ１６を歪みから実質的に隔離させることを可能とするとともに、そのファイバの光学パラメータを満たし、ハウジングの寸法をできるだけ小さく維持するように選択されている。
【００３８】
前述した実施例では、ハウジングは平坦な上側面および下側面を有している。しかしながら、他の実施例としてのハウジングは他の外部形状を有していてもよい。例えば、図１４には、ほぼ円筒形状をしたハウジング１２０の一例が示されている。本実施例は、ハウジング上部１２２とハウジング下部１２４とから形成されている。チャネル１２８の入口３８がハウジング１２０の一方の端部に設けられており、チャネル１２８の出口がハウジング１２０の他方の端部に設けられている。前記チャネル１２８は、入口３８と出口４０との間の直線距離より長い湾曲した経路をたどるように、ハウジング１２４の二つの部分１２２、１２４の各々の一部に形成されている。光ファイバ１６は、前記チャネル１２８内に受容され、ハウジング１２０内のうちの、ハウジング１２０の入口３８の領域および出口４０の領域においてシールされている。本実施例では、ブラッグ格子１８は、光ファイバ１６の弧状部の途中に形成されている先の実施例と同様に、光ファイバ１６とハウジング１２０は、図２〜図４に記載されているように、光ファイバの曲率により規定される弧角度および半径が、ハウジング内のファイバ１６を歪みから実質的に隔離させることを可能とするとともに、そのファイバの光学パラメータを満たし、ハウジングの寸法をできるだけ小さく維持するように選択されている。
【００３９】
なお、ハウジングのさまざまな実施例は、歪み隔離用ハウジングの形状および構成の具体例を表すために選択的に記載されたものである。いうまでもなく、これらの実施例は、例示することのみを意図したものであり、さまざまな実施例の特徴がいかなる適切なコンビネーションで組み合わせられいてもよい。例えば、ハウジングの形状は、記載された実施例ならびに／又は直線の壁および／若しくは湾曲した（例えば、半円状、多角形状の）壁を組み合わせたものを有するハウジングの他の実施例のうちのいずれの形態をとってもよく、これらのハウジングは、図４、図７、図８、図９、図１０、図１４のうちの一又は複数を、参照して記載されているように構成されていてもよい。
【００４０】
図１５には、複合材料部材を形成するためのツール１３２用の温度センサを形成するための、歪み隔離用ハウジングの例示の用途が示されている。この例示のツール１３２は、例えば抵抗性加熱素子たる複数の電気ヒータ１３４をその内部に埋め込んだものである。各ヒータ１３４はツールのあるゾーン（領域）を加熱するようになっている。図１５に示されているように、各ゾーンは、図２〜図１４に例示のみを意図して記載されているように、ブラッグ格子１８が設けられた光ファイバ１６の弧状部を収容しているハウジング１４を含み得る。図１５に示されている実施例では、光ファイバ１６の両端がファイバ・センサ・インターロゲータ２０に接続されている。ファイバ１６の両端をファイバ・センサ・インターロゲータに接続させることの利点は、ファイバが途中で損傷した場合であっても、今までどおりブラッグ格子１８にアクセスすることができるということである。ファイバ・センサ・インターロゲータ２０は、それらの格子１８により検出された温度を求めるためにＴＤＭ又はＷＤＭの技術を用いてブラッグ格子１８をアドレスするようになっている。コンピューター２２は、格子１８からの温度信号を処理し、次いで、本実施例では、ヒータコントローラ１３６に温度データを送信し、このヒータコントローラ１３６は、ハウジング１４内において格子１８により検出された温度に応じて個々のヒータ１３４を制御し、ツール１３２の各領域の温度を制御するようになっている。
【００４１】
例示の実施形態では、光ファイバ１６およびハウジング１４は、ツール上又はツール内のいかなる適切な位置に設けられてもよい。例えば、加熱素子１３４と所望の関係に従って位置決めされもよい。光ファイバ１６およびハウジング１４は、上述の実施例に記載されているようにツールの材料に埋め込まれていてもよいし、又は、例えばツールが中空である場合、光ファイバおよび／又はハウジングは、そのツールの内面に固定されていてもよい。
【００４２】
図１および図１５に記載されているような光ファイバセンサのアレイ配列は、ツール全体にわたる温度を簡単に監視および／又は制御することが可能である。光ファイバ上には複数の格子を設けることができる。例えば、１００以上の格子およびそれらに対応するハウジングを設けることができる。さらに、ハウジング内に設けられた格子付きの複数のファイバが一つのツール上に設けられてもよいし、複数のファイバ・センサ・インターロゲータ２が設けられてもよい。また、一又は複数のヒータコントローラが設けられてもよい。
【００４３】
ブラッグ格子１８を有しているファイバ１６（又は、複数のファイバ）およびハウジング１４は、組立てる工程およびツールから部材を取り外す工程で損傷を受けることは通常ない。したがって、光ファイバおよびハウジングは、ツールから取り外され、また、新しいツールに再利用されることにより、時間および材料の消耗を低減し、生産費を削減することができる。
【００４４】
光ファイバ上の温度センサ（ハウジング内の格子により形成される）は、最初に使用する前に校正される。しかしながら、校正の後、これらのセンサは、形成される部材に適用可能な品質管理基準に従い、続く次の部材形成処置のために再校正される必要はない。したがって、このようなツールの一部の用途、例えば重要ではない部材の製造では、格子を使用毎に再校正する必要はない。しかしながら、重要な部材が、それに関連する品質管理基準を有し得る場合、センサを再校正する必要がある。したがって、このツールの一部の用途、例えば重要な航空機用の部材の製造においては、品質管理および／又は監督機関が、再校正を要求する場合がある。
【００４５】
前述した実施例では、ツールは複合材料から形成されており、このツールの複合材料内に光ファイバを埋め込むことが可能である。また、この複合材料内にハウジングも埋め込んでもよい。しかしながら、他の実施例では、このツールが他の一又は複数の材料から作られていてもよい。一つの実施例では、このツールが成型材料、例えばプラスチックからなっていてもよく、成型プロセス中に、ファイバおよびハウジングが材料内に埋め込まれていてもよい。
【００４６】
上述のハウジングは、複合材料であってもよいし、又は、ツールと相性のよい他の材料であってもよい。他の実施例では、ハウジングは、当該ハウジングの外方のファイバに加えられる歪みから当該ハウジング内のファイバを実質的に隔離するために、ファイバおよびブラッグ格子を実質的に自由にハウジング内に収容することによって、実質的に温度の変化のみがブラッグ格子に対して影響を与えるという限りにおいて、例えば金属の如き他の材料から作ることが可能である。
【００４７】
上述の用途の具体例は、成型ツールの温度の検出に関するものである。しかしながら、上述のようにハウジング内に収容されるブラッグ格子を有する光ファイバの他の用途には、成型するツール以外の構造体の温度を検出することが含まれ得る。このような構造体の例としては、宇宙船、航空機、船および自動車を含む乗り物；パイプライン；化学プラントなどの産業プラント；建物、トンネル、道、橋梁、鉄道および他の土木構造体等が挙げられる。
【００４８】
本発明は、さらに、医学又は獣医学、例えば人又は動物の温度の監視に用いられてもよい。
【００４９】
図１６には、光ファイバを備えた装置１５２が示されており、この光ファイバ上のハウジング１４内に位置する部分にはブラッグ格子１８が設けられ、各ハウジング１４は、当該ハウジング１４の外方のファイバ１６に加えられた歪みからファイバを隔離するためにハウジング１４内にファイバ１６およびブラッグ格子１８を実質的に自由に収容することにより、実質的に温度の変化のみがブラッグ格子１８に対して影響を与えるようになっている。これらのハウジングは前記した通りのものであってもよい。温度検出用のブラッグ格子１８に加えて、ファイバ１６は、上述のようなハウジング１４内には設けられておらず、温度以外の変数を検出するように動作可能な少なくとも一つのブラッグ格子１５４、１５６を有していてもよい。例えば、ファイバ１６上の一又は複数の格子１５４、１５６は、適切な信号プロセッサ１６０と一緒に動作して、歪み、化学種および／又は他の変数若しくは物性を検出できるようになっていてもよい。
【００５０】
図１６の装置１５２は構造体を備えており、この構造体の具体例としては、宇宙船、航空機、船および自動車を含む乗り物；パイプライン；化学プラントなどの産業プラント；建物、トンネル、道、橋梁、鉄道および他の土木用構造体等が挙げられる。装置１５２は温度と化学種を検出するために用いられてもよい。
【００５１】
例えば、図１６の装置が構造体１５２上に設けられ、上述のようなツールになるような場合、格子１５４、１５６は、ツール上で実行される複合材料の硬化プロセス中の例えば硬化品質を検出するために用いることができる。
【００５２】
例えば、構造体１５２が土木用構造体又は乗り物である場合、例えば構造体１５２の温度および歪みを監視するように図１６に図示する装置を構成することができる。例えば、構造体１５２が航空機又は他の乗り物である場合、構造体の疲労の開始を予測および／又は監視するために、その乗り物の構造体の部品の歪みおよび温度変化を監視することが望ましい場合もある。構造体が例えば橋梁である場合、本装置は、例えば橋梁上の道路の温度に加えて、例えば橋梁に作用する負荷を監視することができる。
【００５３】
本装置を、歪み、温度および化学種を監視するために用いることが可能である。このことは、上述のようなツール上で硬化サイクルを監視する際に有益な場合もあれば、又は、化学プラント又は道路のトンネルの内部におけるとりわけ汚染物質の蓄積を監視するのに有益な場合もある。
【００５４】
図１６に示されているように、光ファイバ１６はプロセッサ１６０に接続されている。このプロセッサ１６０は、ブラッグ格子プロセッサ、例えば図１又は図１５に記載されているようなファイバ・センサ・インターロゲータを備えている。プロセッサ１６０は、将来分析するために、格子１８、１５４、１５６により検出されたデータを記録する、参照番号「１６２」で示されたデータ記録装置を、さらに備えていてもよい。これに加えて、又はこれに変えて、プロセッサ１６０は、例えば温度のような検出された変数を制御するためのプロセスコントローラを備えていてもよい。プロセッサ１６０は、遠隔のプロセッサ１６４と通信するデータ発信機を備えていてもよい。この遠隔のプロセッサは、それ自体が、データ記録装置および／又はプロセスコントローラを有していてもよい。
【００５５】
以上のように、光ファイバを有した温度センサ・アレイが記載されている。複数のブラッグ格子が光ファイバ上の間隔をあけて並んだ部位に形成されている。光ファイバのうちのブラッグ格子を有している部分をハウジング内に収容し、このハウジングが、当該ハウジングの外方のファイバに加えられた歪みから格子を実質的に隔離して自由にその部分を収容することにより、温度の変化のみがその部分のブラッグ格子に影響を与えるようになっている。このアレイは、とりわけ複合材料部材を形成するためのツールの、温度を検出して制御するためなどに用いることができる。
【００５６】
前記した実施形態は相当に詳細に記載されているが、いったん前記開示内容が完全に理解されたならば、多数の変更および修正が当業者にとって明らかである。
【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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【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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【国際調査報告】
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