(57)【要約】測定軸の方向に整列させられた少なくとも１つのブラッググレーティングを装備した光ファイバの区分、および測定されるべき変形を受けてこの光ファイバの区分にそれを伝達する試験本体を有する１軸性の変形測定装置であって、負、正、またはゼロの予荷重に前記ファイバの区分を晒すこと、および試験本体の伸長をそれに伝達することが可能である固定点が、測定されるべき変形によって試験本体が応力を受けるときに変動（ΔＬｆｉｂ）を有する距離（Ｌｆｉｂ）で離されることと、測定されるべき変形によって試験本体が応力を受けると試験本体の実効長（Ｌｃｅ）が伸長（ΔＬｃｅ）を有することと、光ファイバの区分の縦方向変形（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）が試験本体の元々の変形（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）よりも完全に大きく、したがって１よりも完全に大きくて第１次の商（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）／（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）に等しい増幅因数Ｋを規定するような光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）および測定本体の実効長（Ｌｃｅ）であることを特徴とする装置。
2006525501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定軸の方向に沿って整列させられた少なくとも１つのブラッググレーティングを装備した光ファイバの区分、および測定されるべき変形を受けて前記光ファイバの区分にそれを伝達する試験本体を有し、このファイバに刻み込まれたブラッググレーティングすべてが達し得るブラッグ波長もしくは複数のブラッグ波長を含む光波によって前記ファイバが励起される動作条件、およびこのファイバがこれらのグレーティングの各々のブラッグ波長を読み取るための手段に接続され、かつ複数のブラッググレーティングがある場合には逆多重化手段を有する動作条件に置かれるように意図される１軸性の変形測定用装置であって、
・負、正、またはゼロの予荷重にこのファイバ区分を晒すこと、および前記試験本体の伸長をそれに伝達することが可能である固定点が、測定されるべき変形によって前記試験本体が応力を受けるときに変動（ΔＬｆｉｂ）を有する距離（Ｌｆｉｂ）で離されることと、
・測定されるべき変形によって前記試験本体が応力を受けると前記試験本体の実効長（Ｌｃｅ）が伸長（ΔＬｃｅ）を有することと、
・前記光ファイバの区分の縦方向変形（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）が前記試験本体の元々の変形（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）よりも完全に大きく、したがって１よりも完全に大きくて第１次の商（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）／（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）に等しい増幅因数Ｋを規定するような前記光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）および測定本体の実効長（Ｌｃｅ）であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）が前記試験本体の長さ（Ｌｃｅ）よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光ファイバの区分の長さの変動（ΔＬｆｉｂ）が前記試験本体の長さの変動（ΔＬｃｅ）に等しいことを特徴とする、請求項１から２の一項に記載の装置。
【請求項４】
前記光ファイバが、同じ試験本体の変形の測定に割り当てられる複数のブラッググレーティングを有し、かつ前記光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）が、これらのブラッググレーティングすべてを含む前記光ファイバに沿った最短距離よりも長いことを特徴とする、請求項１、２、または３に記載の装置。
【請求項５】
予荷重が前記光ファイバの区分を張力下に置き、かつ測定対象の変形がこの張力を増大させることを特徴とする、請求項１、２、３、または４に記載の装置。
【請求項６】
予荷重が前記光ファイバの区分を張力下に置き、測定対象の変形がこの張力を減少させ、かつ初期の予荷重が、たとえ測定範囲のうちの最大変形に晒されても前記光ファイバの区分が常に張力下に留まるために十分であることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
予荷重が前記光ファイバの区分を圧縮下に置き、ファイバのこの区分が抗座屈装置によって取り巻かれることを特徴とする、請求項１、２、３、または４に記載の装置。
【請求項８】
前記抗座屈装置が、前記光ファイバを取り巻き、かつ可能最低限の隙間でその上をスライドする変形可能な剛性クラッド層の少なくとも１つの区分を有し、前記光ファイバの区分がその測定範囲で達し得る最大圧縮変形を可能にするためにこれらの区分が十分に弾性の材料で作製された円筒状もしくは円環状の部分品によって互いから分離されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
力または機械的荷重を測定するための装置であって、これらの力または機械的荷重を請求項１から８のいずれかによる装置によって測定される１軸性の変形へと変換することが可能な手段を有する装置。
【請求項１０】
光ファイバの第２の区分で追加的にブラッググレーティングを有し、このグレーティングが測定対象の外的な機械的荷重に連結されておらず、かつ前記試験本体の変形を生じさせる機械的荷重の測定用に意図された第１の区分の（複数の）ブラッググレーティングと同じ温度に晒されることで測定への熱的影響の補償をもたらすことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
温度を測定するための装置であって、これらの温度を請求項１から８のいずれかによる装置によって測定される１軸性の変形へと変換することが可能な手段を有する装置。
【請求項１２】
同じ試験本体に割り当てられた複数のブラッググレーティングの温度を均一化させることが可能な手段を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
温度を均一化させることが可能な前記手段が冷却剤の自由な循環を可能にすることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
一定の断面を有する試験本体を含むことを特徴とする、請求項１から１３の一項に記載の装置。
【請求項１５】
変化する断面を有する試験本体を含むことを特徴とする、請求項１から１４の一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記試験本体と一体化され、前記光ファイバが固定される少なくとも１つの突起素子を有し、前記試験本体が晒される測定対象の外的な作用に対してこの突起素子が変形不可能であることを特徴とする、請求項１から１５の一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記試験本体、前記光ファイバ、および前記突起素子（もしくは複数の素子）が次式を確認し、
αｃｅＬ０ｃｅ＝αｇＬ０ｇ＋αｆＬ０ｆｉｂ＋αｄＬ０ｄ
ここでαｃｅが前記試験本体の熱膨張係数であり、Ｌ０ｃｅがその長さであり、αｇおよびαｄが前記突起素子もしくは複数素子の熱膨張係数であり、Ｌ０ｇおよびＬ０ｄがそれらの長さであり、αｆが前記光ファイバの熱膨張係数であり、Ｌ０ｆｉｂが２つの固定点の間で機械的な予荷重をかけられるその長さであることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
２つの固定装置の間で予荷重を保たれる光ファイバのいずれかの部分に関して前記試験本体、前記光ファイバ、および前記素子が次式を確認し、
Ｌ０ｇ＝Ｌ０ｄ＝Ｌ０ｆｉｂ／２＝Ｌ０ｃｅ／４
ここでＬ０ｃｅが前記試験本体の実効長であり、Ｌ０ｇおよびＬ０ｄが前記突起素子の長さであり、Ｌ０ｆｉｂが前記２つの突起素子の間で機械的な予荷重をかけられる前記光ファイバの長さであることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
その端部の各々で前記光ファイバの区分が、前記ファイバの軸に同化する主軸（７０２）の周りに配分された少なくとも３つのクランプ用挟持部（７０１）を含む特定のチャック（７００）を有する固定用装置に固定され、各々のクランプ用挟持部が中央部分（７０３）と２つの端部分（７０４）から成る内部表面を有し、前記端部分が前記装置の前記主軸から徐々にそれることによって前記中央部分を広げるように作られ、かつ前記クランプ用挟持部がクランプ位置を占めると前記ファイバ（７１１）の機械的に変形可能なクラッド層（７１０）と接触する少なくとも１つの部分を各々が有することを特徴とする、請求項１から１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
クランプした挟持部によって自由にされる径（７１５）が最大で前記ファイバの単一コア（７１６）の径よりもわずかに大きいことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記試験本体がパンタグラフと一体化されるかまたはその中に組み入れられることを特徴とする、請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記試験本体を構成する材料、および変形を受ける最も短い区分の弾性係数の積が可能最低限であるが、しかし複数の点のいずれでもこの試験本体が塑性方式で歪まされることが可能となることのないことを特徴とする、請求項９または１０の一項に記載の力もしくは機械的荷重を測定するための装置。
【請求項２３】
前記試験本体の熱膨張係数αｃｅが可能最大限であり、特に前記光ファイバの熱膨張係数αｆよりも大きく、かつ前記光ファイバの前記２つの固定用素子（３１０）のそれらαｇおよびαｄよりも大きいことを特徴とする、請求項１１、１２、または１３の一項に記載の温度を測定するための装置。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれかに記載の少なくとも１つの装置を各々が装備した複数の光ファイバを有し、各々のファイバの信号を連続的に読み取ることを可能にする時間的逆多重化装置を有すること、その後、ブラッググレーティングのそれぞれの特性波長を得るためにこれらの信号がスペクトルの逆多重化を受けることを特徴とする変形測定システム。
【請求項２５】
パンタグラフに作用する外的な機械的相互作用の結果を測定することを特徴とする、請求項２２または２３の一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラッググレーティング光ファイバを使用する１軸性の熱的および／または機械的な変形測定用、特に力および／または温度測定用の装置、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ１１０（図１）は、その光学的コア１１４の屈折率ｎｃと光学的クラッド層１１６の屈折率ｎｇとの間の差異に起因して光学的コア１１４の中に保たれる電磁放射を、１．５５μｍの波長を有する伝送に関して０．２０ｄＢ／ｋｍの位数の低い減衰率で伝送する。
さらに、光ファイバ１１０を壊れ易くさせることなくその取り扱いを可能にするために機械的なコーティング１１８が光ファイバ１１０を取り巻く。伝統的に、このコーティング１１８はポリアクリル酸エステルまたはポリイミドで作製される。
光学的コア１１４の屈折率ｎｃは空間的周期Λまたは「ピッチ」に従って局所的に光学的コアの中で縦変調を受ける可能性が高く、それにより、光ファイバは所定の波長λＢで伝搬させられる放射を反射するであろう。屈折率のこの局所的な縦変調はブラッググレーティングを構成し、反射される波長λＢはグレーティングの特性的ブラッグ波長と呼ばれる。
この波長λＢはブラッグ方程式によって予め判定されることが可能であり、それは第１次で次のように書かれ、
波長λＢ＝２Λｎｃ（Ｔ，λ，［ε３×３］）      （１）
ここでΛは光ファイバ内に刻まれたブラッググレーティングの特性ピッチであり、ｎｃは光ファイバの支配的導波モードの実効屈折率であり、Ｔはグレーティング内の光ファイバの温度であり、λは電磁放射の波長であり、［ε３×３］はファイバのグリーンラグランジュ変形の３×３テンソルである。
ファイバのグリーンラグランジュ変形のこの［ε３×３］テンソルはファイバの寸法、例えば長さの局所的ばらつきに応じて決まる。これらの寸法は、例えば、ブラッググレーティングを持つ光ファイバの断面に加えられる静水圧に応じて変わる可能性が高い。
その結果、ブラッググレーティングのブラッグ波長λＢはこのグレーティングに影響を有する物理的、機械的および／または熱的パラメータに応じて決まると考えられる。
したがって、少なくとも１つのブラッググレーティングを備えた光ファイバは、例えばブラッググレーティングの段階で物理的パラメータが光ファイバの長さＬｆｉｂに対して影響を有し、それにより、このパラメータの変動がブラッググレーティングの特性波長λＢの変化につながるときにこれらの物理的パラメータを測定するために使用されることが可能である。
「光ファイバの変形」という語句は機械的変形、例えばファイバに行使される伸長力のような機械的作用によって生じる変形、および温度の変動によって生じる熱的変形を含むと指定されるべきである。例えば、温度の変動はファイバの実効屈折率の変動を生じる可能性が高い。実際に、ブラッググレーティングが晒される温度Ｔは特性波長λＢを変える。
さらに、ブラッググレーティングによって測定される変形の判定は、その変形が均一に残るとき、すなわちグレーティングが静止時のピッチΛから測定されるべき変数の変動の影響下でのピッチΛｍへと移るときに最適であることが知られている。グレーティングに沿って変形の勾配が存在しないことがそのような均一性を保証する。
パラメータの変動は、光ファイバの中でその端部のうちの一方から送られる光ビームによって測定され、このビームは少なくともこの光ファイバに刻まれたブラッググレーティングの波長λＢ、ならびに測定される物理的パラメータの変動に晒されるときのこのグレーティングのブラッグ波長を含む。
さらに正確に述べると、ブラッググレーティングの特性波長λＢは、例えばこの波長λＢを反映するブラッググレーティングに温度の変動ΔＴ、光ファイバの長さの変動ΔＬｆｉｂ、および／または静水圧のΔＰが生じると変動ΔλＢを有する。
ファイバが光伝搬の軸に沿って１軸で歪まされるとき、そのような方程式は温度Ｔ、ブラッググレーティングを含む光ファイバの長さＬｆｉｂ、およびブラッググレーティングの段でこの光ファイバを取り巻く静水圧Ｐに関して式（１）を差別化することによって書かれることが可能である。したがって次式を求め、
Δ’λＢ／λＢ＝ａ’ΔＴ＋ｂ’Δεｆｉｂ＋ｃ’ΔＰ      （２）
ここでａ’、ｂ’、およびｃ’は第１近似で考慮中の光ファイバの性質に特有の定数であり、Δ’λＢはブラッググレーティングの特性波長λＢの変動であり、Δεｆｉｂはファイバの縦方向の機械的変形の変動であって第１次の光ファイバの長さＬｆｉｂの機械的原因による変動ΔＬｆｉｂの商ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂに等しい。
測定装置は概して、測定されるべき変数だけが有効に測定される信号Δ’λＢ／λＢに作用するように設計される。この目的のために、長さＬｆｉｂを有し、少なくとも１つのブラッググレーティング１２４が刻まれたファイバ１１０の区分が２つの固定点１２１および１２５で固定される試験本体１２３（図１ｂ）を使用する。
このケースでは式（２）は以下のように書かれ、
ΔλＢ／λＢ＝ａΔＴ＋ｂΔεｃｅ＋ｃΔＰ      （３）
ここでａ、ｂ、およびｃは試験本体１２３の幾何学形状およびその熱機械的特性を考慮に入れてそれぞれａ’、ｂ’、およびｃ’に応じて決まる定数である。
さらに、Δεｃｅは試験本体１２３の機械的変形の変動を表わし、第１次の試験本体の長さＬｃｅの機械的原因による変動ΔＬｃｅの商ΔＬｃｅ／Ｌｃｅに等しい。
圧力の影響（ｃΔＰ）を無視することによって、この式（３）は光ファイバ１１０のブラッググレーティング１２４によって反映される波長の変動ΔλＢの測定から始まって
・ブラッググレーティング１２４が晒される温度の変動、および／または
・ブラッググレーティング１２４を持つ光ファイバ１１０の区分の固定点１２１と１２５の間の変形ΔＬｃｅ／Ｌｃｅの変動に起因する変形を測定することを可能にする。
試験本体１２３の変形ΔＬｃｅ／Ｌｃｅの変動のそのような測定はこの試験本体１２３に行使される力ΔＦの変動を測定するために使用されることが可能である。実際に、試験本体の熱機械的性質および幾何学形状を知ると、力ΔＦのこの変動の値と、この試験本体の２つの固定点１２１と１２５の間に位置合わせされるいずれかのファイバの１軸性の変形の変動ΔＬｃｅ／Ｌｃｅの値との間の相関性を確立することが可能である。
この範例では、ブラッググレーティング１２４の光ファイバ１１０は試験本体１２３の２つの固定点１２１と１２５の間で張力下に予め荷重される。
その結果、この試験本体１２３に作用が行使されると、試験本体１２３が歪まされ、２つの固定点１２１と１２５の間の距離の変動ΔＬｃｅにつながり、それはブラッググレーティング１２４の光ファイバ１１０によって反映される波長の変動ΔλＢによって測定されることが可能である。
言い換えると、試験本体の長さＬｃｅの変動ΔＬｃｅは光ファイバ１１０内に刻まれたブラッググレーティング１２４によって反映されるブラッグ波長λＢの変動ΔλＢによって測定される。
ブラッググレーティング光ファイバを装備した測定装置は多くの利点を有する。例えばそれは、伝送される放射に関して光ファイバの低いスペクトル減衰のせいで、ブラッグ波長の測定を管理しているスペクトル分析システムを測定地点から遠距離に置くことを可能にする。
そのような遠距離は、例えば都合の悪い環境（高温高湿）または信号処理手段に容易にアクセス不可能な環境で測定が実行されるときに有利である。
他の利点は、光ファイバが外部の電磁気的干渉に影響されにくいかまたは変形の直線的な挙動を示すこと、優れた分解能を得ることを可能にすること、および末端部品（例えばレーザまたは接続光源）の経時的老朽化に影響されず、測定の原理がスペクトル測定、すなわちグレーティングの特性的ブラッグ波長に基づいているという事実にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、いくつかのケースでは伝統的なブラッググレーティング光ファイバ装置の測定感度は、温度および／または力、さらに一般的には変形に関して十分な測定の分解能を有するには不十分である。
例えば、パンタグラフと懸垂ワイヤとの間の接触力を測定してこの力を最小限にし、部品の損耗を減らすように望まれる可能性が高い。
そのような測定は懸垂ワイヤに対して作用中のパンタグラフの変形を検出することによって実行され、それにより、パンタグラフの熱機械的挙動を知ると、中でも懸垂ワイヤによってこのパンタグラフに加えられる垂直方向の荷重が計算されることが可能になる。
このケースでは、先行技術で伝統的に使用されたブラッググレーティング光ファイバを測定または検出するための感度は不十分である。
実際ではパンタグラフは全体として高い剛性と極めて限られた変形を有する寸法である。したがって、第１の範例では、炭素片に加えられる垂直方向の力の１Ｎの変動は３点の撓みで５×１０−５％の位数の縦方向変形の変動を誘発し、この接触力は最大で５００Ｎの範囲の変動範囲に発展する可能性が高い。
言い換えると、１Ｎの接触力の変動を解明するために測定装置によって必要とされる絶対変形分解能は５×１０−５％の位数である。
そのような分解能は抵抗性の電気的変形ゲージによって供給されることは不可能であり、なぜならば実際には懸垂ワイヤによって作り出される電磁場がこれらのゲージによって供給される測定信号と干渉するからである。
他の範例によると、ビルディング、橋、または水力ダムのように変形しないように設計される構造体の測定対象の変形の変動もやはりブラッググレーティング光ファイバを装備した伝統的な装置で十分に測定されることが可能となるには低過ぎる可能性が高い。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、通常のブラッググレーティング光ファイバ装置、システム、または方法のそれらよりも測定感度が高い装置、システム、および方法を提案することによって上述の問題を解決する。
本発明は、図２に示されるように、概して試験本体を形成するために使用される材料、特に金属の縦方向弾性変形限界よりも大きい縦方向変形断裂限界を光ファイバが有するという観察の結果である。
この図２はＸ軸２００に沿って、シリカＳｉＯ２のマトリックスを備えた光ファイバ（曲線２０２）の縦方向変形ε、および標準的な引っ張り／圧縮試験時の金属、すなわちスチール（曲線２０４）およびＨＹＰスチールとも呼ばれる高降伏点スチール（曲線２０６）の変形を、各々の材料が受ける荷重σ（Ｙ軸２０８）への依存性に応じて示している。
そのケースでは、シリカ製光ファイバの変形の範囲（曲線２０２）が張力下で５％の位数の断裂変形限界を有することが観察され、これは０．２％の位数である金属の弾性変形限界よりも明らかに高い。
本発明はまた、後に示されるようにブラッググレーティングの特性波長の相対的移動ΔλＢ／λＢによって測定される信号が、測定を実行するために使用されるブラッググレーティングを持つ光ファイバの区分の試験本体への固定部の２点間の距離Ｌの相対的変動ΔＬ／Ｌに比例して変わるという観察の結果でもある。慣例に従って、そのような相対的変動はこれ以降「変形」と称される。
商ΔＬ／Ｌで、測定を実行するために使用される、すなわち試験本体の２つの取り付け点の間に含まれる光ファイバの区分の長さＬの変動ΔＬだけが測定対象の変数と関連させられることが観察される。
言い換えると、変形の測定を実行するために応力を受けるブラッググレーティング光ファイバの区分の長さＬは、この長さが測定本体の長さＬｃｅよりも因数Ｋで小さくなるように変えられることが可能である。このケースでは、ブラッググレーティングの特性波長の相対的変位ΔλＢ／λＢは因数Ｋで上げられ、その結果、この変動の測定を容易にする。
したがって本発明は、測定軸の方向に沿って整列させられた少なくとも１つのブラッググレーティングを装備した光ファイバの区分と測定されるべき変形を受けて光ファイバのこの区分にそれを伝達する試験本体、このファイバに刻まれたブラッググレーティングすべてが達し得るブラッグ波長を含む光波をファイバ内で送信するための手段、およびこれらのグレーティングの各々のブラッグ波長を読み取るための手段を含む１軸の変形測定用装置であって、
・負、正、またはゼロの予荷重にこのファイバ区分を晒すこと、および試験本体の伸長をそれに伝達することが可能である固定点が、測定されるべき変形によって試験本体が応力を受けるときに変動（ΔＬｆｉｂ）を有する距離（Ｌｆｉｂ）で離されること、
・測定されるべき変形によって試験本体が応力を受けると試験本体の実効長（Ｌｃｅ）が伸長（ΔＬｃｅ）を有すること、
・光ファイバの区分の縦方向変形（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）が試験本体の元々の変形（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）よりも完全に大きく、したがって１よりも完全に大きくて第１次の商（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）／（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）に等しい増幅因数Ｋを規定するように光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）および測定本体の実効長（Ｌｃｅ）がされること、
を特徴とする装置に関する。
高い増幅度、すなわち例えばプラスティックファイバで得ることが可能なそれらのように５％を超える１軸方向の変形については、第１次を超える項もやはり考慮に入れられるべきであり、Ｋの定義は
ｌｎ［１＋（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）］／ｌｎ［１＋（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）］
となる。
実効長Ｌｃｅで範囲を定められ、測定されるべき１軸方向の変形に晒される試験本体の部分とＬｆｉｂで間隔を置かれるファイバ固定点との間には光ファイバの区分の端部のうちの少なくとも一方、同じ変形に晒されることはないが対応する伸長をファイバに伝達する機械的素子がある。この機械的素子は試験本体の全部分であることが可能であり、あるいはこの試験本体から分離した素子であることが可能である。それは一般に突出形状を有する。
したがって、光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）は試験本体の長さ（Ｌｃｅ）よりも小さいことが好ましい。
測定信号の因数Ｋの増幅度は、測定に使用されるファイバの長さＬｆｉｂの変動ΔＬｆｉｂが試験本体の変動ΔＬｃｅからはっきり区別可能であるときに得られる。しかしながら本発明の好ましい実施形態によると、光ファイバの区分の長さの変動（ΔＬｆｉｂ）は試験本体の長さの変動Ｌｃｅに等しい。
実際のところ、本発明は、試験本体の機械的変形ΔＬｃｅ／Ｌｃｅが変形測定を実行するために使用されるブラッググレーティング光ファイバの区分の機械的変形ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂよりも小さくしながらその一方で実行される測定の分解能を上げることを可能にする。
例を挙げると、３に等しい因数Ｋ（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ＝３（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ））については測定される信号ΔλＢ／λＢのダイナミックレンジ、すなわち測定値の範囲は３倍広範囲になり、これは装置の感度がこの因数Ｋで増倍されることにつながる。
値Ｋは１よりも完全に大きく、その高い値は例えば応力を受ける材料と連結される補助の荷重によって制限されるだけである。
因数Ｋはまた、長さＬｆｉｂが決してブラッググレーティングの長さよりも小さくてはならないという事実よって、あるいは試験本体の変形を測定する複数のブラッググレーティングがある場合にこれらすべてのブラッググレーティングを含む光ファイバに沿って測定された最も短い距離によって制限される。
最後に、この因数Ｋは光ファイバの断裂限界が達成されてはならないという事実によってもやはり制限される。
本発明による変形測定装置はまた、力または機械的荷重の測定を実行することも可能にする。これらの力または機械的荷重を本発明による装置によって測定される１軸方向の変形へと変換することが可能な手段を付帯させることがこれのために十分である。このケースでは、Ｋの上の値を制限する補助の荷重は、その寸法および熱機械的性質がＫを決定する機械的断片の熱膨張によって誘発される誤差の限度から結果的に得られることが可能である。
試験本体と同じ変形に晒されることはないが対応する伸長をファイバに伝達する少なくとも１つの機械的素子が実効長Ｌｃｅによって範囲を定められる試験本体の部分とＬｆｉｂで間隔を置かれるファイバの固定点との間に存在することが特定された。力または機械的荷重の測定のケースでは、測定されるべき力または機械的荷重によって作り出されるいずれかの変形にこれらの機械的素子の各々が晒されることは設計によってなくなる。
本発明による変形測定装置はまた、温度測定を実行することも可能にする。これらの温度を本発明による装置によって測定される１軸方向の変形へと変換することが可能な手段を付帯させることがこれのために十分である。
このケースでは、試験本体と同じ変形に晒されることはないが対応する伸長をファイバに伝達する各々の機械的素子は、それが試験本体から隔てられ、必ずしも同じ膨張係数を有するわけではない材料で作られ、したがって必ずしも同じ熱膨張に晒されるわけではないので実効長（Ｌｃｅ）全体にわたって試験本体と同じ変形に晒されない。
本発明による変形測定装置はまた、トルク測定を実行することも可能にする。これらのトルクを、各々が１軸方向の変形を測定し、適切に装備される２つのブラッググレーティングの変形の差へと変換し、それにより、この差が測定対象のトルクに結び付けられることが可能な手段を付帯させることがこれのために十分である。この範例は本発明の範例の実施形態の説明の中で後に詳しく述べられるはずである。このタイプの実施形態の荷重は力と機械的荷重の測定に関連するそれらと同じであり、それに例えば可能な限り互いに類似した関連する２つの素子の重要性のような差分測定の分かっている荷重が追加される。
試験本体によって経験される変形を光ファイバのブラッググレーティング内で増幅することを目的とする本発明の原理は、測定学的特性および耐用年数を保存するために試験本体を構成する変形可能な材料の応力を制限する傾向のある普通の使用法とは対照的である。
各々の試験本体に付随して、各々が少なくとも１つのブラッググレーティングを有し、かつ上記の本発明に従った１つまたは複数の光ファイバの複数の並列の区分は本発明の枠組みを外れるものではないであろう。
端部でのファイバの固定は、例えば、ハンダ付け、接着、キャプスタンへの巻き付けによって為されることが可能である。しかしながら、本発明は先行技術の測定装置よりも強く光ファイバに応力を与える。したがって、本発明は応力を受けるファイバ部分の固定端部で極めて高い変形勾配を生じさせる可能性が高く、これはファイバの損傷あるいは断裂にすらつながりかねない。
これを避けるために、本発明の好ましい実施形態はファイバの各々の端部で、試験本体から隔てられて検討中の光ファイバに特異的な或るタイプのチャックを構成するこのファイバを固定するための装置を用いる。
これらのタイプのチャックはファイバの軸と同化する主軸の周りに配分された少なくとも３つのクランプ用の挟持部を有し、各々のクランプ用挟持部が、中央部分と２つの端部分から成る内部表面を有し、端部分は装置の主軸から徐々にそれることによって中央部分を広げるように作られ、かつ各々が、クランプ用挟持部がクランプ位置を占めると光ファイバの機械的に変形可能なクラッド層と接触する少なくとも１つの部分を有する。
クランプ挟持部によって自由に残される径はファイバの単一コアの径よりもわずかに大きいことが好ましい。その結果、クランプ時に、このコアはファイバの機械的クラッド層よりもはるかに硬く、歪められる方は基本的に後者である。
本発明の別の変形例によれば、「Ｓｔｕｄｙ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ」という表題の１９９９年１１月２４日に主張されたＰａｒｉｓ−Ｓｕｄ大学Ｃｅｎｔｒｅ  ｄ’ＯｒｓａｙのＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅ  Ｍａｒｔｉｎｅｚによる博士論文に述べられているように、標準的なブラッググレーティングの３００ｐｍと比べて２５ｐｍの代表的スペクトル幅をその中央ピークの中間高さで有し、装置の測定分解能を向上させることを可能にするいわゆる位相階段のブラッググレーティングが使用される。
さらに正確に述べると、少なくとも１つの位相階段ブラッググレーティングを含み、かつそのブラッグ波長λＢｓａｕｔの読み取りのためのそのような装置は、そのフィルタ処理用細長片がすべてのブラッグ波長λＢｓａｕｔを含み、位相階段グレーティングがその全測定範囲に取り入れられることが可能な第２のアポダイズされたブラッググレーティングを付随する。
フォトニック結晶ファイバとも呼ばれ、その構造がファイバの区分内に配分されて互いから間隔を置かれ、かつ空であるかまたは微細構造が無いときよりも大きい実効屈折率をこの光ファイバに与えることが可能な材料で充填されるかのどちらかであることが可能な複数の穴を光学軸に対して縦方向に有する微細構造化された光ファイバが他の変形例に従って使用される。そのとき、例えば普通に知られている方法に従って光学的コアがゲルマニウムＧｅＯ２でドープされるときに特性波長λＢでブラッググレーティングをファイバ内に刻み込むことが可能である。
実効屈折率の増大によって得られる利点は、数パーセントであり得るがファイバの実効屈折率を例えば１．４６から１．５０の値へと上げることが可能なこの微細構造によって提供され、こうして刻み込まれたブラッググレーティングの外部パラメータへのいずれかの影響に対する感度を同じ規模で上げることを可能にする。
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を使用して下記に与えられる明細で明らかになるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明に従って力を測定するための装置３００を示す図３を参照しながら第１の実施形態が下記で述べられる。
この装置の試験本体３０２に加えられる力を判定するために、ブラッググレーティング３０６の光ファイバ３０４によって後者の縦方向変形Δεｃｅが測定される。
試験本体の熱機械的性質を知ると、装置に行使される荷重の変動Δσを弾性モードでフックの法則
Δσ＝Ｅ・Δεｃｅ
に従って縦方向の変形Δεｃｅの測定から判定することが可能であり、ここでＥは試験本体に使用される材料の弾性係数である。縦方向変形Δεｃｅが測定される場所にあるこの試験本体の区分Ｓが分かると、そこに行使される力の変動ΔＦは次式
ΔＦ＝Δσ・Ｓ
に従って推定される。
実際では、この試験本体の区分Ｓは必ずしも一定ではない。応力を受けるファイバの区分の方向に整列させられた力または１軸方向の荷重が測定軸に対して直角の２つの平板区分Ｓ１とＳ２の間のこの試験本体の区分に連続的もしくは不連続で加えられることが十分であり、以下のように規定される。
・力または荷重の印加が試験本体のどのような回転モーメントも誘発しないようにそれらは互いに向かい合う。
・これらの区分はファイバの区分を固定するための装置の支持体として使用され、その伸長をファイバに課す。
・Ｓ１とＳ２の間の区分はいずれかの点で弾性的に変形させられるが、塑性変形の範囲に達することは決してない。
Ｌｃｅはこれ以降、応力を受けるファイバ区分の方向に対して直角であるこれら２つの平板区分Ｓ１とＳ２の間の距離と呼ばれる。機能としては、それはこの試験本体の実効長を構成する。
さらに、測定される縦方向変形Δεｃｅが１軸性であること、すなわち多かれ少なかれ光ファイバ３０４の軸に対応する単一軸に沿って測定されることが気付かれるはずである。したがってこの装置は１軸性の変形または荷重を測定するために特に有利である。
したがって、試験本体の実効長の無限小の縦方向変形ｄεｃｅは次式で定義され、
ｄεｃｅ＝ｄＬｃｅ／Ｌｃｅ        （３）
ここでｄＬｃｅは試験本体の実効長の無限小の変動を表わし、Ｌｃｅは引き伸ばし中の試験本体の実効長を表わす。
式（３）を積分することによって
Δεｃｅ＝ｌｎ［１＋（ΔＬｃｅ／Ｌ０ｃｅ）］      （４）
が得られ、ここでΔＬｃｅは試験本体の長さの無限小変動ｄＬｃｅの合計を表わし、Ｌ０ｃｅは引き伸ばしの前の試験本体の実効長を表わし、Δεｃｅは伸長ΔＬｃｅに対応する試験本体の無限小縦方向変形の変動の合計を表わし、ｌｎはｌｎ（ｅ）＝１のような基底ｅ≒２．７１８２８１８２８４６に対する自然対数である。
同様に、変形を測定するために使用されるブラッググレーティングの区分の無限小の縦方向変形ｄεｆｉｂは次式によって定義され、
ｄεｆｉｂ＝ｄＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ        （５）
ここでｄＬｆｉｂは試験本体の実効長の無限小の変動を表わし、Ｌｆｉｂは引き伸ばし中の試験本体の実効長を表わす。
式（５）を積分することによって
Δεｆｉｂ＝ｌｎ［１＋（ΔＬｆｉｂ／Ｌ０ｆｉｂ）］＝ｌｎ［１＋ξ（ΔＬｃｅ／Ｌ０ｆｉｂ）］［原文のまま、（６）？−Ｔｒ．Ｅｄ．］
ここでＬ０ｆｉｂは光ファイバの初期の基本長さであり、ξはほぼ１に近い因数である。
この新たな式（６）は光ファイバの初期長さＬ０ｆｉｂに対する試験本体の初期長さＬ０ｃｅの商に等しい因数Ｋを明らかにするように書かれることもやはり可能であり、この商が因数ξで乗算（Ｋ＝ξ（ΔＬ０ｃｅ／Ｌ０ｆｉｂ））されて
Δεｆｉｂ＝ｌｎ［１＋ξ（ΔＬ０ｃｅ／Ｌ０ｆｉｂ）（ΔＬｃｅ／Ｌ０ｃｅ）］＝ｌｎ［１＋Ｋ（ΔＬｃｅ／Ｌ０ｃｅ）］      （７）
となる。
最後に、試験本体の縦方向の変形Δεｃｅが約１未満であると仮定すると、式（７）の位数１に連続展開を生じさせて下記の式（８）
Δεｆｉｂ＝ＫΔεｃｅ＋Ｏ（ＫΔεｃｅ）      （８）
を得ることが可能である。
このようにして、ブラッググレーティング３０４によって測定された変形は第１次で、試験本体３０２の変形Δεｃｅに対する、測定を実行するために使用される光ファイバ３０４の区分の変形Δεｆｉｂの商に等しい因数Ｋで増幅される。
適切なＫ比を選択することによって、測定される試験本体３０２の変形を光ファイバ３０４によってこの因数Ｋで増幅して向上した測定分解能を得ることがこのようにして可能である。
概して、本発明による装置は下記の条件が確認されるので大きい増幅因数を有するであろう。
・試験本体を構成する材料と変形に晒される最短区分の弾性係数の積が可能最低限であるが、しかしこの試験本体がそのいずれの点でも塑性様式で歪められることはない。
・試験本体の実効長Ｌ０ｃｅはファイバの区分の所定の長さＬ０ｆｉｂにとって可能最大限である。
さらに、一定の区分で試験本体を設計することが当業者にとって自然であるならば、本発明は可変の区分を有する試験本体を使用することもやはり可能にし、なぜならば区分Ｓ１とＳ２の間のいずれの点でのその挙動も塑性変形の範囲に達することなく弾性範囲内に留まるからである。
１よりも大きいＫ比を得るために、装置３００は互いに向き合った２つの突起素子３１０を有し、引き伸ばしを受ける光ファイバの区分の静止時長さＬ０ｆｉｂがこれらの引き伸ばしを生じさせる試験本体の静止時の実効長Ｌ０ｃｅよりも小さくなるように第１の端部３１２と第２の端部３１４で光ファイバ３０４を固定する。
試験本体上に固定される変形ゲージと比べると図３に述べられたような測定装置が、引き伸ばしを受ける光ファイバの長さを削減する突起素子または突起部３１０の使用を可能にするという利点を有することは指摘されるべきである。
この好ましい実施形態では、これらの突起素子は試験本体が受ける測定対象の外的作用に対して変形不可能であり、これが特に、これらの突起を有する材料の性質に関係なくＫ比を固定することを可能にする。
ブラッググレーティング３０６の実効屈折率ｎｅおよびピッチΛは温度によって決まる。スペクトル測定に対する温度の影響を補償するために第２のブラッググレーティング３１６が使用され、それは第１のブラッググレーティング３０６と同じ温度に置かれ、その変形の変動は温度の変動によって誘発される熱膨張のみに起因する。
言い換えると、この第２のブラッググレーティング３１６は試験本体の機械的原因による変形に影響を受けず、それにより、その特性ブラッグ波長のスペクトル測定の情報から、グレーティングの実行屈折率ｎｅおよびピッチΛに対する温度の影響を補償するように第１のブラッググレーティング３０６のスペクトル測定を修正することが可能である。
図４に示された変形例によると、力測定装置４００は装置の中の温度、特に力の測定用に意図されたブラッググレーティング４０４と第１のブラッググレーティングの熱の影響の補償を意図された第２のブラッググレーティング４０６との間の温度を均一化するように意図された空気ダクトのような手段４０２を有する。
図３および４が異なる形状を有する試験本体を示していること、特にそれらがその引き伸ばし長さにわたって同じ区分を有していないことに気付くことが重要である。
さらに、上記に示されたように増幅比Ｋは光ファイバの変形が断裂限界に達しないように選択されなければならない。
この目的のために、１９９４年１２月１日にジャーナルＯｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌｕｍｅ１９，Ｎｏ．２３に出た「Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−ｔｕｎｅｄ  ｓｉｎｇｌｅ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ」という表題のＧ．Ａ．ＢａｌｌとＷ．Ｗ．Ｍｏｒｅｙの論文に特定されるように、シリカＳｉＯ２のマトリックスを備えた光ファイバが張力下で５％の位数、および圧縮下で少なくとも１５％の縦方向変形の弾性限界を有することが思い出される。
さらに、プラスティックの光ファイバは張力下で縦方向変形に概して大きい弾性限界を有し、張力下の断裂限界は現在では１００％を超えることが可能である。そのような弾性は、ポリマーの巨大分子鎖の力の印加方向での好ましい整列によってもたらされるポリマーマトリックスの構造的強化の現象に起因する。
図２を参照して上記で述べられたように、これらの値は、試験本体を構成することが可能であって測定誤差を与えないために変形が弾性範囲に留まらなければならない金属、セラミック、または圧電材料といった化合物のそれらよりも明らかに大きい。
通常では、１軸性変形のこの弾性限界は標準的なスチールについては０．２％、高降伏点スチールについては０．３５％の位数である。その弾性限界が０．２％に近いスチールで作られ、かつブラッググレーティングが刻み込まれるシリカＳｉＯ２マトリックスを備えた光ファイバを装備した試験本体の特定の範例では、張力下のみでの光ファイバの使用については２５よりも大きく（Ｋ≧５／０．２）、このファイバが圧縮下で使用されるのであれば１００よりも大きい（Ｋ≧（５＋１５）／０．２）増幅因数Ｋに達することが可能である。
与えられたよりもなおさら引き伸ばされることが可能なプラスティックの光ファイバの能力のせいで、この増幅因数Ｋはプラスティックの光ファイバを使用するケースではなおも大きくされることが可能である。
さらに、極めて低い変形しか有さない材料で試験本体が作られるとき、これらの測定を実行するために本発明はこの変形を増幅することが可能である。
この第２の範例では、パンタグラフの弓形支持体がそのようなケースであり、特に懸垂ワイヤによってこれに行使される垂直方向の荷重で誘発されるその縦方向の変形は、たとえその弾性限界が０．２％の位数であっても１０−４％の位数、すなわち１メートルの長さに関して１マイクロメートルの伸長である。
別の範例によると、この増幅は、その測定範囲と分解能がポアソンの横縮み効果と無関係の１方向性測定の効果で増幅されることが可能である材料に対する牽引および／または圧縮下での流動学的試験用の装置で使用されるフォースセルに使用されることが可能である。
本発明は測定の感度を上げることを可能にするので、試験本体が伸び測定で普通に使用される範囲の変形を示すことが不可能であるケース、例えば可能最小限の可塑性または脆性を導入することが必要であるときに特に適している。
したがって、試験本体の２点でブラッググレーティング光ファイバを固定することでブラッググレーティング光ファイバに関してこの試験本体の変形の変動が増幅された方式で伝達されることが可能であり、その増幅因数Ｋは光ファイバの断裂限界が達成されないように選択される。
これら２つの素子の間に配置される光ファイバの部分の相対的な縦方向変形は、測定本体の同じ伸長に関すると伝統的な装置のそれよりも広いので、本発明による装置は先行技術の装置と比べて増大した測定分解能を有する。
言い換えると、ブラッググレーティング光ファイバによって経験される変形がその許容限度未満、すなわちその値が装置の所望の耐用年数に応じて決まる受容可能な変形の最大レベル未満となるようにセンサは寸法決定されなければならない。
この値を規定するために、例えばＪｅａｎ  Ｐｈａｌｉｐｐｏｕによる「Ｇｌａｓｓ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」という表題の論文ＡＦ３６０１，「Ｂａｓｉｃ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ」Ｔｒｅａｔｉｓｅ，Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｄｅ  ｌ’Ｉｎｇｅｎｉｅｕｒ，２４９，Ｒｕｅ  ｄｅ  Ｃｒｉｍｅｅ，Ｆ−７５９２５  Ｐａｒｉｓ  Ｃｅｄｅｘ  １９に述べられているようなＷｅｉｂｕｌｌの条件が使用されることが可能である。
装置３００を形成する素子の寸法決定および選択はまた、試験本体に加えられる力の変動ΔＦと光ファイバの機械的変形の変動Δεｆｉｂとの間の関係を考慮に入れることも可能である。
この目的のために、例えば、円筒型幾何学形状の試験本体のチューブに関して光ファイバの機械的変形の変動Δεｆｉｂが以下のタイプの式によって測定されると考えることが可能であり、
Δεｆｉｂ＝ｌｎ［１＋ξ（Ｌ０ｃｅ／Ｌ０ｆｉｂ）（ｅｘｐ（ΔＦ／（πＥｔ（φ０ｔ−ｅ０ｔ）ｅ０ｔ））−１）］      （９）
ここでΔＦは試験本体に加えられる外的力の変動であり、Ｅｔは試験本体のチューブの弾性係数であり、φ０ｔは試験本体に使用されるチューブの外径であり、ｅ０ｔはこのチューブの厚さであり、ξは１未満に等しいと考えられる定数である。
式（９）は２つの変数ｕおよびｖの
ｔ＝ｆ（ｕ，ｖ）
となるような関数ｆ（ｕ，ｖ）であると考えられ、次式に従って定義されるパラメータｔ、ｕ、ｖ、およびｊを考えることによって数学的に調べられることが可能である。
ｔ＝Δεｆｉｂ、ｕ＝ξ（Ｌ０ｃｅ／Ｌ０ｆｉｂ）＝Ｋ、ｖ＝ΔＦ／［（Ｅｔ（φ０ｔ−ｅ０ｔ）ｅ０ｔ）］
ｊは、組み立てを可能にする試験本体とファイバの支持装置との間の隙間を表わす。
そのような調査は関数ｆの定義範囲Ｄｆ｛ｕ，ｖ｝、すなわちｕおよびｖに関して受容可能な値の範囲で次式で実行された。
【０００６】
【数１】
2006525501.tif 000003
本願明細書の最後にある表１および２に示される値を考慮することによって、この関数の調査は光ファイバの縦方向変形Δεｆｉｂが最大となる最適条件の｛ｕ，ｖ｝ｏｐｔを判定して試験本体の機械的変形の最大増幅条件を表わす、すなわち
【０００７】
【数２】
2006525501.tif 000004
とすることを可能にした。
したがって、光ファイバの縦方向の機械的変形の最大値は
【０００８】
【数３】
2006525501.tif 000005
といった条件について得られる。
この関数の調査の数字結果は、ｕ＝Ｋ（軸５００）、ｖ（軸５０２）の関数および得られた機械的変形Δεｆｉｂの値として図５ａに示される。
式（１３）は、所定の特定の用途のための候補材料の中で、ブラッググレーティング光ファイバの縦方向変形の増幅に関する最適条件、すなわち
・可能最小限の弾性係数Ｅｔを有する試験本体チューブ、
・試験本体チューブの可能最大限の実効長Ｌ０ｃｅ、
・試験本体チューブの可能最小限の外径φ０ｔ、
・試験本体チューブの可能最小限の厚さｅ０ｔ、
を本発明に従って定義することを可能にする。
さらに、上記で示された関数は対｛ｕ，ｖ｝のセットを判定することを可能にし、機械的な等変形曲線の範例である図５ｂに示されるように、所定の増幅因数Ｋを前提として光ファイバの変形Δεｆｉｂを得ることを可能にする。
光ファイバを固定するための２つの突起素子３１０の長さＬ０ｇおよびＬ０ｄ、試験本体のＬ０ｃｅならびに光ファイバの長さＬ０ｆｉｂは、試験本体の膨張係数もしくは熱膨張係数αｃｅ、左手側突起素子３１０のαｇ、右手側突起素子３１０のαｄ、および光ファイバのαｆのように特に最適な方式で決定されることが可能である。
実際では、センサの多様な部品類の熱膨張を起源として有する機械的荷重の補償は次式
αｃｅＬ０ｃｅ＝αｇＬ０ｇ＋αｆＬ０ｆｉｂ＋αｄＬ０ｄ
を最もよく満たす熱膨張係数を選択することにつながる。
他方で、光ファイバの保護ポリマーのクラッド層が張力下もしくは圧縮下で機械的変形を受けて突起の固定用素子３１０にクランプされ続けるときにその再生不可能な剪断性の機械的挙動によって生じる測定誤差を制限するために、試験本体の長さＬ０ｃｅ、左と右の光ファイバ固定用素子のＬ０ｇとＬ０ｄ、および光ファイバのＬ０ｆｉｂは次式を最もよく満たさなければならない。
Ｌ０ｇ＝Ｌ０ｄ＝Ｌ０ｆｉｂ／２＝Ｌ０ｃｅ／４
実際では、そのような式は光ファイバのポリマークラッド層、さらに一般的にはいずれかの変形可能なコーティングの剪断効果を最小限にすること、および既に述べたＷｅｉｂｕｌｌの条件を満たしながらこの光ファイバの耐用年数を上げることを可能にする。
例を挙げると、上述の判定基準を満たす装置はジュラルミンＡＵ４Ｇ（Ｅｔ≒７３ＧＰａ）で作製された試験本体を有し、２０ｍｍの試験本体実効長（Ｌ０ｃｅ）、６．２ｍｍの試験本体外径（φ０ｔ）、１ｍｍの試験本体厚さ（ｅ０ｔ）、３ｍｍの光ファイバ長さ（Ｌ０ｆｉｂ）、および各々８．５ｍｍの試験本体固定用突起素子長さ（Ｌ０ｇとＬ０ｄ）を有することが可能である。
本発明による装置の別の使用法によると、試験本体および２つの支持装置によって光ファイバに誘導される熱的原因による機械的伸長が増幅されることで温度変動の測定分解能を向上させるように条件が決定される。
このようにして、機械的変形または力の好ましい測定のために装置が構成されるときに求められる構成ではない、温度の変動によって光ファイバ上に誘導される機械的効果を減衰させる構成ではなく、本装置は温度変動のケースに光ファイバが機械的原因による変形の強力な変動を有するような条件に従って構成される。
それを目的にして、試験本体は可能最大限の、特に光ファイバの熱膨張係数αｆよりも大きく、かつ光ファイバの２つの固定用素子３１０のそれらαｇとαｄよりも大きい熱膨張係数αｃｅを有さなければならない。
ブラッググレーティング光ファイバの総合的変形、すなわち機械的原因と熱的原因による変形の合計は試験本体の熱的変形のこうして増幅された結果であり、したがって、ブラッググレーティングによるさらに優れた温度測定の分解能を可能にする。
さらに、この増幅が同じ装置の幾何学形状に関して可能最大限となるように、光ファイバの２つの固定用素子の熱膨張係数αｇとαｄが等しく、かつ可能な限り低いことが必要である。
温度の測定だけが求められるこの特定のケースでは、図６ｃに示されるように、装置に図４で示されるような熱的補償用のブラッググレーティングを設けることは必須条件ではない。
この構成はそのような複数の温度センサの直列的使用、単一のファイバの使用によって得られる利点を活用することを可能にし、光ファイバを通して伝達される合計の光パワーを分岐の各々の中に光学回路の各区分で分ける効果を有する並列で示される各々のセンサに特有の分岐をもたらす光カプラのような装置を使用する必要がない。
本発明の一実施形態では、様々な測定を生じさせるために並列に配列された本発明による多様な装置６０２を有する測定システム６００（図６ａ）が使用される。そのような応用法は、異なる波長に従って電磁放射が内部で伝送され、各々の装置６０２に特有の分岐６０６を有する単一の光ファイバ６０４によって遂行されることが可能となる利点を有する。
したがって、各々の装置が少なくとも１つの独特のブラッグ波長を有すると考えると、各々の装置６０２に関連するスペクトル多重化データを同じスペクトル分析システム６０８（詳細には示されていない）によって処理することが可能である。このシステム６０８は測定地点から遠方へと移されることが可能である。
各々が少なくとも１つの本発明による装置を有する複数の異なった光ファイバを含む測定システムを具現化することもやはり可能である。このケースでは、様々なファイバを読み取る処理は時間的に逆多重化することによって順々に遂行され、それらのブラッググレーティングの各々の特性波長を読み取る処理は既に述べたようなスペクトルの逆多重化によって遂行される。
装置の製造工程の中のばらつきからくる可能性の高い装置間の熱機械的な挙動のばらつきを補償するために、外的な機械的荷重から絶縁され、基準装置として温度の変動だけを受ける装置６１０を使用することで測定対象の外的荷重または変形を受ける他の装置によって供給される測定の参照とすることが可能である。
本発明の一実施形態によると、複数のブラッググレーティングが試験本体の中で使用されることで各々のブラッググレーティングによって測定される縦方向の変形の平均値からこの試験本体の変形を規定する。
そのような実施形態は、ｎが検討中のブラッググレーティングの数である場合に比１／√ｎで求められる値のさらに良好な分解能の測定を提供するという利点を有する。
この実施形態は複数のブラッググレーティングを有する光ファイバの区分によって、あるいはブラッググレーティング光ファイバの複数の区分によって導入されることが可能である。
後者のケースで、図６ｂに示される力測定装置によると、もしもこれらのブラッググレーティング光ファイバが同じ方向に従って整列させられ、同一平面内にある場合、光ファイバによって規定される平面に対して直角に試験本体に行使されるトルクの値を判定するためにブラッググレーティングの各々の測定値を使用することが可能である。
それを目的として、一方ではすべての光ファイバに関してこれらのブラッググレーティングの各々によって測定された平均の機械的変形がこの平均の機械的変形に結び付いた１軸性の荷重の値を見積もることを可能にし、他方では各々のファイバによって測定された各々の変形の、この平均値からの偏差が光ファイバによって規定される平面に対して直角に試験本体に行使されるトルクの値を見積もることを可能にする。
試験本体への光ファイバの固定は測定の信頼性およびその再現性にとって極めて重要である。それを目的として、機械的な挟み付けによる試験本体への光ファイバの固定の方法を使用することが好ましいと思われ、それはクランプゾーンの保守管理、例えば正確な方式で光ファイバに機械的に予荷重をかけ、それゆえに光ファイバを不必要で耐用年数にとって有害な機械的変形に晒すことを回避するための容易な固定解除、装置の小型サイズ、およびファイバを詰め込むための様々な溝のプロファイルの使用の可能性といった様々な利点を有する。
さらに、クランプ用装置の端部で漸進的曲率を有する３つのクランプ用挟持部４を含む特定の固定用チャック７００（図７ａおよび７ｂ）の使用はスライドさせることなく光ファイバをこれに行使される特に高い張力もしくは圧縮力でもって損傷を与えずに保持することを可能にする。
この特定の装置７００はファイバの軸に同化する主軸７０２の周りに配分された少なくとも３つのクランプ用挟持部７０１を有し、各々のクランプ用挟持部は中央部分７０３と２つの端部分７０４から成る内部表面を有し、この端部分は装置の主軸から徐々にそれることによって中央部分を広げるように作られ、かつクランプ用挟持部がクランプ位置を占めるとファイバ７１１の機械的に変形可能なクラッド層７１０と接触する少なくとも１つの部分を各々が有する。
その最大にクランプする位置で、この装置はクランプしたクランプ用挟持部で自由にされた径７１５を有し、それは最大でファイバの単一コア７１６の径よりもわずかに大きい。
同じファイバ内に複数のブラッググレーティングが連続して刻み込まれることが可能である。これらのグレーティングのブラッグ波長λＢ１、λＢ２．．．λＢｎは互いから十分に離して間隔を置かれ、これらの波長λＢ１、λＢ２．．．λＢｎは単一のファイバを使用して様々な測定を実行するために互いと干渉することなく容易に引き離されることが可能である。
光源に向けてブラッググレーティングによって反射される光の波長を検出する（反射による検出）かまたは光ファイバの遠端部に伝達される光の中の短い波長を検出する（伝送の検出）かのどちらかによって測定は実行される。
光ファイバを保持するために使用されることが可能な溝の基本プロファイルは、望ましい順で理想的には円形プロファイルであり、機械加工の難度およびコストを考慮に入れると作製が一層容易であるという利点を有する正方形のプロファイル（図８ａ）、等辺形のプロファイル（図８ｂ）、および直角のプロファイル（図８ｃ）である。
いずれかの他のさらに複雑な基本プロファイル（例えばＮ辺を伴なう）が使用されることが可能であるが、しかし機械的保守管理および光ファイバへの低い機械的損傷の観点で見るとその利点は上記の基本プロファイルと比較すると限られている。
検討中の光ファイバの部分または区分の塑性変形は、もしもそれが生じ得るのであればそのような装置では許容されるが、しかしながらこのようにして歪められた光ファイバのこの部分が、光ファイバが常に張力下で応力を受けるケースである座屈を示さないことが前提である。
これは、そのマトリックスが本来、非脆性の材料で作製され、かつその塑性変形の範囲が極めて広いプラスティックの光ファイバのケースで特に有利である可能性が高い。
もしも光ファイバのこの部分の機械的張力が試験本体の弾性復帰中、またはその逆の機械的応力（張力または圧縮力）印加中にゼロを通過し、かつ座屈の始まりを示す場合、ブラッググレーティングによってこのようにして作り出される測定はもはや試験本体のそれに関するものではなくなり、関心の対象とならない。
もはや座屈を生じ得ないように、機械的変形の測定に意図された少なくとも１つのブラッググレーティングを含む光ファイバの部分６５６を変形可能なガイド装置６５２、例えば光ファイバの外径に近い内径を有するチューブ内に詰め込むことはそのとき依然として可能であり、圧縮下でその縦方向機械的変形を連続的に引き伸ばすことを可能にする。このケースでは、光ファイバはその同じ軸に沿って常に機械的にガイドされ、その変形は試験本体６５３のそれとの関係で常に因数Ｋで同じ方向にある。
圧縮下での応力印加を可能にするこの特定の光ファイバ詰め込み処理は、張力下での縦方向変形の範囲に加えて光ファイバの圧縮下での縦方向変形の範囲も有効活用することが可能になるという利点を有し、したがって到達可能な測定の範囲を増大させる。
例えば、シリカＳｉＯ２マトリックスを備えた光ファイバの圧縮下での弾性変形の範囲は張力下での弾性変形の範囲よりも少なくとも３倍広く、因数Ｋで潜在的に到達可能な測定範囲、したがって装置の測定分解能を少なくとも４で乗算することを可能にする。
ブラッググレーティング光ファイバの残留塑性変形の存在可能性が第１近似で増幅因数Ｋを損なうことはないが、しかし光ファイバのこの部分の座屈が含まれなければ測定範囲の中点が移動する可能性が高い。
機械的原因による変形の測定に意図されることが好ましい装置の別の実施形態（図６ｄ）によると、光ファイバ６４４は
・熱的影響の補償に意図された装置に行使される外的な機械的作用から絶縁された少なくとも１つのブラッググレーティング６４２、および少なくとも１つが突き出している２つの支持装置６４０と６４１の間で機械的張力下に保たれるためのパッケージ、
・少なくとも１つが突き出している２つの支持装置６４９および６５０によって負、正、またはゼロの機械的予荷重の下に保たれ、かつ２つの固定点６４７および６４８と位置合わせされた少なくとも１つのブラッググレーティング６４６を装備し、このファイバの部分が図６ｅで述べられるような抗座屈支持装置の中に導かれて保たれることが可能であることを特徴とする。
この装置構成は次の二重の利点、すなわち
・熱的影響の補償に意図されたブラッググレーティング６４２が装置に行使される外的な機械的作用から完全に絶縁されるのでそのような複数の装置を直列的に多重化することを可能にし、それが、単一のファイバの使用といった使用法によって得られる固有の利点を活用することを可能にし、光ファイバを通して伝達される合計の光パワーを分岐の各々の中に光学回路の各区分で分ける効果を有する並列で示される各々のセンサに特有の分岐をもたらす光カプラのような装置を使用する必要がない、
・そのような装置の熱的補償が、構造６４３による前の解決策に加えて、機械的変形の測定に意図された（複数の）ブラッググレーティング６４６に対して同様の方式で行使される試験本体の熱膨張の影響を一体化させるので装置の精度を向上させる、
という利点を有する。
本発明の実体的な適用例はパンタグラフの中でのその使用にあって、懸垂線への作用によってパンタグラフに行使される力の測定のためにある。
実際に、パンタグラフへの懸垂線の作用は低い変形につながり、それが本発明のおかげで、この作用をチェックし、その結果、パンタグラフと懸垂線の間の最適の接触を確実化するために測定にとって十分に増幅されることが可能である。
要約すると、
１．このようにして本発明は、測定軸の方向に沿って整列させられた少なくとも１つのブラッググレーティングを装備した光ファイバの区分、および測定されるべき変形を受けて光ファイバのこの区分にそれを伝達する試験本体を有し、このファイバに刻み込まれたブラッググレーティングすべてが達し得るブラッグ波長もしくは複数のブラッグ波長を含む光波によってファイバが励起される動作条件、およびこのファイバがこれらのグレーティングの各々のブラッグ波長を読み取るための手段に接続され、かつ複数のブラッググレーティングがある場合には逆多重化手段を有する動作条件に置かれるように意図される１軸性の変形測定用装置であって、
・負、正、またはゼロの予荷重にこのファイバ区分を晒すこと、および試験本体の伸長をそれに伝達することが可能である固定点が、測定されるべき変形によって試験本体が応力を受けるときに変動（ΔＬｆｉｂ）を有する距離（Ｌｆｉｂ）で離されること、
・測定されるべき変形によって試験本体が応力を受けると試験本体の実効長（Ｌｃｅ）が伸長（ΔＬｃｅ）を有することと、
・光ファイバの区分の縦方向変形（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）が試験本体の元々の変形（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）よりも完全に大きく、したがって１よりも完全に大きくて第１次の商（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）／（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）に等しい増幅因数Ｋを規定するような光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）および測定本体の実効長（Ｌｃｅ）であること、
を特徴とする装置に関する。
本装置は以下の特徴もやはり有する。
２．光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）が試験本体の長さ（Ｌｃｅ）よりも短い。
３．光ファイバの区分の長さの変動（ΔＬｆｉｂ）が試験本体の長さの変動（ΔＬｃｅ）に等しい。
４．光ファイバが、同じ試験本体の変形の測定に割り当てられる複数のブラッググレーティングを有し、かつ光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）が、これらのブラッググレーティングすべてを含む光ファイバに沿った最短距離よりも長い。
５．予荷重が光ファイバの区分を張力下に置き、かつ測定対象の変形がこの張力を増大させる。
６．予荷重が光ファイバの区分を張力下に置き、測定対象の変形がこの張力を減少させ、かつ初期の予荷重が、たとえ測定範囲のうちの最大変形に晒されても光ファイバの区分が常に張力下に留まるために十分である。
７．予荷重が光ファイバの区分を圧縮下に置き、ファイバのこの区分が抗座屈装置によって取り巻かれる。
８．抗座屈装置は、光ファイバを取り巻き、かつ可能最低限の隙間でその上をスライドする変形可能な剛性クラッド層の少なくとも１つの区分を有し、光ファイバの区分がその測定範囲で達し得る最大圧縮変形を可能にするためにこれらの区分が十分に弾性の材料で作製された円筒状もしくは円環状の部分品によって互いから分離される。
９．力または機械的荷重を測定するための装置は、これらの力または機械的荷重を１項から８項のいずれかによる装置によって測定される１軸性の変形へと変換することが可能な手段を有する。
１０．９項による装置は光ファイバの第２の区分で追加的にブラッググレーティングを有し、このグレーティングが測定対象の外的な機械的荷重に連結されておらず、かつ試験本体の変形を生じさせる機械的荷重の測定用に意図された第１の区分の（複数の）ブラッググレーティングと同じ温度に晒されることで測定への熱的影響の補償をもたらす。
１１．温度を測定するための装置は、これらの温度を１項から８項のいずれかによる装置によって測定される１軸性の変形へと変換することが可能な手段を有する。
１２．この装置は、同じ試験本体に割り当てられた複数のブラッググレーティングの温度を均一化させることが可能な手段を有する。
１３．温度を均一化させることが可能なこの手段が冷却剤の自由な循環を可能にする。
１４．試験本体が一定の断面を有する。
１５．試験本体が変化する断面を有する。
１６．装置が、試験本体と一体化され、光ファイバがそれに固定される、少なくとも１つの突起素子を有し、試験本体が晒される測定対象の外的な作用に対してこの突起素子が変形不可能である。
１７．試験本体、光ファイバ、および突起素子（もしくは複数の素子）が次式を確認し、
αｃｅＬ０ｃｅ＝αｇＬ０ｇ＋αｆＬ０ｆｉｂ＋αｄＬ０ｄ
ここでαｃｅが試験本体の熱膨張係数であり、Ｌ０ｃｅはその長さであり、αｇおよびαｄが突起素子もしくは複数素子の熱膨張係数であり、Ｌ０ｇおよびＬ０ｄがそれらの長さであり、αｆは光ファイバの熱膨張係数であり、Ｌ０ｆｉｂが２つの固定点の間で機械的な予荷重をかけられるその長さである。
１８．２つの固定装置の間で予荷重を保たれる光ファイバのいずれかの部分に関して試験本体、光ファイバ、およびこれらの素子が次式を確認し、
Ｌ０ｇ＝Ｌ０ｄ＝Ｌ０ｆｉｂ／２＝Ｌ０ｃｅ／４
ここでＬ０ｃｅが試験本体の実効長であり、Ｌ０ｇおよびＬ０ｄが突起素子の長さであり、Ｌ０ｆｉｂが２つの突起素子の間で機械的な予荷重をかけられる光ファイバの長さである。
１９．その端部の各々で光ファイバの区分が、ファイバの軸に同化する主軸（７０２）の周りに配分された少なくとも３つのクランプ用挟持部（７０１）を含む特定のチャック（７００）を有する固定用装置に固定され、各々のクランプ用挟持部が中央部分（７０３）と２つの端部分（７０４）から成る内部表面を有し、この端部分が装置の主軸から徐々にそれることによって中央部分を広げるように作られ、かつクランプ用挟持部がクランプ位置を占めるとファイバ（７１１）の機械的に変形可能なクラッド層（７１０）と接触する少なくとも１つの部分を各々が有する。
２０．クランプした挟持部によって自由にされる径（７１５）が最大でファイバの単一コア（７１６）の径よりもわずかに大きい。
２１．試験本体がパンタグラフと一体化されるかまたはその中に組み入れられる。
２２．試験本体を構成する材料、および変形を受ける最も短い区分の弾性係数の積が可能最低限であるが、しかし複数の点のいずれでもこの試験本体が塑性方式で歪まされることが可能となることのない９項または１０項による力もしくは機械的荷重を測定するための装置。
２３．試験本体の熱膨張係数αｃｅが可能最大限であり、特に光ファイバの熱膨張係数αｆよりも大きく、かつ光ファイバの２つの固定用素子（３１０）のそれらαｇおよびαｄよりも大きい、１１項、１２項、または１３項の１つによる温度を測定するための装置。
２４．１項から２３項の１つによる少なくとも１つの装置を各々が装備した複数の光ファイバを有し、各々のファイバの信号を連続的に読み取ることを可能にする時間的逆多重化装置を有し、その後、ブラッググレーティングそれぞれの特性波長を得るためにこれらの信号がスペクトルの逆多重化を受ける変形測定システム。
２５．パンタグラフに作用する外的な機械的相互作用の結果を測定する、２２項または２３項の１つによる装置。
【０００９】
【表１】
2006525501.tif 000006
【００１０】
【表２】
2006525501.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】光ファイバと以前から知られている力センサでのその使用法を示す図である。
【図１ｂ】光ファイバと以前から知られている力センサでのその使用法を示す図である。
【図２】様々な材料に関して縦方向の弾性変形曲線を示すグラフである。
【図３】力を測定するために設計される、本発明による第１の測定装置を示す図である。
【図４】本発明による第２の測定装置を示す図である。
【図５ａ】とりわけ懸垂線によってパンタグラフに行使される力の測定のための本発明によるセンサの使用法を示す図である。図５ａは増幅因数Ｋ＝ｕおよび試験本体の機械的変形の変動ｖ＝Δεｃｅに応じて決まる光ファイバの機械的変形の変動ｔ＝Δεｆｉｂの関数ｔ＝ｆ（ｕ，ｖ）の３Ｄ表面を示す図であって、対｛ｕ，ｖ｝のセットはパンタグラフの中のセンサ用途に受容可能である。
【図５ｂ】とりわけ懸垂線によってパンタグラフに行使される力の測定のための本発明によるセンサの使用法を示す図である。図５ｂはパンタグラフの中のセンサ用途に受容可能である対｛ｕ，ｖ｝のセットに関して曲線５ａで示される表面の機械的な等変形の曲線を示す図である。
【図６ａ】本発明による複数のセンサを有する力測定システムを概略的に示す図である。
【図６ｂ】本発明による、同じ軸で整列させられた複数の光ファイバを有する力測定装置を概略的に示す図であって、機械的変形の測定用に意図されたそのブラッググレーティングは同じ平面内にあり、さらに、トルク測定を可能にする。
【図６ｃ】予荷重を保たれ、試験本体と一体になった単一のブラッググレーティングを備えた温度測定装置を概略的に示す図である。
【図６ｄ】機械的原因による変形を測定するように意図されることが好ましい測定装置を概略的に示す図であって、熱的影響を補償するように意図されたそのブラッググレーティングが予荷重を保たれ、試験本体と一体にされる。
【図６ｅ】変形の測定用に意図されることが好ましい測定装置を概略的に示す図であって、機械的原因による変形の測定を意図されたそのブラッググレーティングがクラッド層の中に保たれ、座屈を防止する。
【図７ａ】測定対象の変形に晒される光ファイバの区分の端部を固定することを好ましい実施形態に従って可能にする特定のチャックの断面を概略的に示す図である。
【図７ｂ】図７ａによる特定のチャックの平面ＩＩＩ−ＩＩＩによる軸方向断面を概略的に示す図である。
【図８ａ】光ファイバをその支持装置内に機械的に封鎖するために本発明で使用されることが可能な様々な溝の基本的プロファイルを示す図である。
【図８ｂ】光ファイバをその支持装置内に機械的に封鎖するために本発明で使用されることが可能な様々な溝の基本的プロファイルを示す図である。
【図８ｃ】光ファイバをその支持装置内に機械的に封鎖するために本発明で使用されることが可能な様々な溝の基本的プロファイルを示す図である。
【図１ａ】
2006525501.tif 000008
【図１ｂ】
2006525501.tif 000009
【図２】
2006525501.tif 000010
【図３】
2006525501.tif 000011
【図４】
2006525501.tif 000012
【図５ａ】
2006525501.tif 000013
【図５ｂ】
2006525501.tif 000014
【図６ａ】
2006525501.tif 000015
【図６ｂ】
2006525501.tif 000016
【図６ｃ】
2006525501.tif 000017
【図６ｄ】
2006525501.tif 000018
【図６ｅ】
2006525501.tif 000019
【図７ａ】
2006525501.tif 000020
【図７ｂ】
2006525501.tif 000021
【図８ａ】
2006525501.tif 000022
【図８ｂ】
2006525501.tif 000023
【図８ｃ】
2006525501.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月10日(2005.8.10)
【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】
測定軸の方向に沿って整列させられた少なくとも１つのブラッググレーティングを装備した光ファイバの区分、および測定されるべき変形を受けて前記光ファイバの区分にそれを伝達する試験本体を有し、このファイバに刻み込まれたブラッググレーティングすべてが達し得るブラッグ波長もしくは複数のブラッグ波長を含む光波によって前記ファイバが励起され、このファイバがグレーティングまたは複数のグレーティングの各々のブラッグ波長を読み取るための手段に接続され、複数のブラッググレーティングがある場合には追加的に逆多重化手段を有する動作条件に置かれるように意図される１軸性の変形測定用装置であって、
・負、正、またはゼロの予荷重にこのファイバ区分を晒すこと、および前記試験本体の伸長をそれに伝達することが可能である固定点が、測定されるべき変形によって前記試験本体が応力を受けるときに変動（ΔＬｆｉｂ）を有する距離（Ｌｆｉｂ）で離されることと、
・測定されるべき変形によって前記試験本体が応力を受けると前記試験本体の実効長（Ｌｃｅ）が伸長（ΔＬｃｅ）を有することと、
・前記光ファイバの区分の縦方向変形（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）が前記試験本体の元々の変形（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）よりも完全に大きく、したがって１よりも完全に大きくて第１次の商（ΔＬｆｉｂ／Ｌｆｉｂ）／（ΔＬｃｅ／Ｌｃｅ）に等しい増幅因数Ｋを規定するような前記光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）および測定本体の実効長（Ｌｃｅ）であることを特徴とし、
かつ
・測定対象の外的な機械的荷重に連結されておらず、かつ前記試験本体の変形を生じさせる機械的荷重の測定用に意図された第１の区分の（複数の）ブラッググレーティングと同じ温度に晒されることで測定への熱的影響の補償をもたらす光ファイバの第２の区分の補償用ブラッググレーティングと、
・この補償用ブラッググレーティングおよび（複数の）測定用グレーティングの温度を均一化することが可能な手段とを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
温度を均一化させることが可能な前記手段が、好ましくは空気ダクトからの液体冷却剤の自由な循環を可能にする手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）が前記試験本体の長さ（Ｌｃｅ）よりも短いことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記光ファイバの区分の長さの変動（ΔＬｆｉｂ）が前記試験本体の長さの変動（ΔＬｃｅ）に等しいことを特徴とする、請求項１から２の一項に記載の装置。
【請求項５】
前記光ファイバが、同じ試験本体の変形の測定に割り当てられる複数のブラッググレーティングを有し、かつ前記光ファイバの区分の長さ（Ｌｆｉｂ）が、これらのブラッググレーティングすべてを含む前記光ファイバに沿った最短距離よりも長いことを特徴とする、請求項１から４の一項に記載の装置。
【請求項６】
予荷重が前記光ファイバの区分を張力下に置き、かつ測定対象の変形がこの張力を増大させることを特徴とする、請求項１から５の一項に記載の装置。
【請求項７】
予荷重が前記光ファイバの区分を張力下に置き、測定対象の変形がこの張力を減少させ、かつ初期の予荷重が、たとえ測定範囲のうちの最大変形に晒されても前記光ファイバの区分が常に張力下に留まるために十分であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
予荷重が前記光ファイバの区分を圧縮下に置き、ファイバのこの区分が抗座屈装置によって取り巻かれることを特徴とする、請求項１から５の一項に記載の装置。
【請求項９】
前記抗座屈装置が、前記光ファイバを取り巻き、かつ可能最低限の隙間でその上をスライドする変形可能な剛性クラッド層の少なくとも１つの区分を有し、前記光ファイバの区分がその測定範囲で達し得る最大圧縮変形を可能にするためにこれらの区分が十分に弾性の材料で作製された円筒状もしくは円環状の部分品によって互いから分離されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
一定の断面を有する試験本体を含むことを特徴とする、請求項１から９の一項に記載の装置。
【請求項１１】
変化する断面を有する試験本体を含むことを特徴とする、請求項１から１０の一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記試験本体と一体化され、前記光ファイバが固定される少なくとも１つの突起素子を有し、前記試験本体が晒される測定対象の外的な作用に対してこの突起素子が変形不可能であることを特徴とする、請求項１から１１の一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記試験本体、前記光ファイバ、および前記突起素子（もしくは複数の素子）が次式を確認し、
αｃｅＬ０ｃｅ＝αｇＬ０ｇ＋αｆＬ０ｆｉｂ＋αｄＬ０ｄ
ここでαｃｅが前記試験本体の熱膨張係数であり、Ｌ０ｃｅがその長さであり、αｇおよびαｄが前記突起素子もしくは複数素子の熱膨張係数であり、Ｌ０ｇおよびＬ０ｄがそれらの長さであり、αｆが前記光ファイバの熱膨張係数であり、Ｌ０ｆｉｂが２つの固定点の間で機械的な予荷重をかけられるその長さであることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
２つの固定装置の間で予荷重を保たれる光ファイバのいずれかの部分に関して前記試験本体、前記光ファイバ、および前記素子が次式を確認し、
Ｌ０ｇ＝Ｌ０ｄ＝Ｌ０ｆｉｂ／２＝Ｌ０ｃｅ／４
ここでＬ０ｃｅが前記試験本体の実効長であり、Ｌ０ｇおよびＬ０ｄが前記突起素子の長さであり、Ｌ０ｆｉｂが前記２つの突起素子の間で機械的な予荷重をかけられる前記光ファイバの長さであることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
その端部の各々で前記光ファイバの区分が、前記ファイバの軸に同化する主軸（７０２）の周りに配分された少なくとも３つのクランプ用挟持部（７０１）を含む特定のチャック（７００）を有する固定用装置に固定され、各々のクランプ用挟持部が中央部分（７０３）と２つの端部分（７０４）から成る内部表面を有し、前記端部分が前記装置の前記主軸から徐々にそれることによって前記中央部分を広げるように作られ、かつ前記クランプ用挟持部がクランプ位置を占めると前記ファイバ（７１１）の機械的に変形可能なクラッド層（７１０）と接触する少なくとも１つの部分を各々が有することを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
クランプした挟持部によって自由にされる径（７１５）が最大で前記ファイバの単一コア（７１６）の径よりもわずかに大きいことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
力または機械的荷重を測定するための装置であって、これらの力または機械的荷重を請求項１から１６のいずれかによる装置によって測定される１軸性の変形へと変換することが可能な手段を有する装置。
【請求項１８】
前記試験本体を構成する材料、および変形を受ける最も小さい区分の弾性係数の積が可能最低限であるが、しかし複数の点のいずれでもこの試験本体が塑性方式で歪まされることが可能となることのないことを特徴とする、請求項１７に記載の力もしくは機械的荷重を測定するための装置。
【請求項１９】
温度を測定するための装置であって、これらの温度を請求項１から１６のいずれかによる装置によって測定される１軸性の変形へと変換することが可能な手段を有する装置。
【請求項２０】
前記試験本体の熱膨張係数αｃｅが可能最大限であり、特に前記光ファイバの熱膨張係数αｆよりも大きく、かつ前記光ファイバの前記２つの固定用素子（３１０）のそれらαｇおよびαｄよりも大きいことを特徴とする、請求項１９に記載の温度を測定するための装置。
【請求項２１】
前記試験本体がパンタグラフと一体化されるかまたはその中に組み入れられることを特徴とする、請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれかに記載の少なくとも１つの装置を各々が装備した複数の光ファイバを有し、各々のファイバの信号を連続的に読み取ることを可能にする時間的逆多重化装置を有すること、その後、ブラッググレーティングのそれぞれの特性波長を得るためにこれらの信号がスペクトルの逆多重化を受けることを特徴とする変形測定システム。
【請求項２３】
パンタグラフに作用する外的な機械的相互作用の結果を測定することを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【国際調査報告】
2006525501.tif 000025
2006525501.tif 000026
2006525501.tif 000027
2006525501.tif 000028
2006525501.tif 000029
2006525501.tif 000030