(57)【要約】【課題】センサー組立物及び光ファイバー組立物に関する方法と装置を提供する。【解決手段】一例として、対象となる構造体（１００）に関連する性質を感知するためのセンサー組立物（１）を展開する方法を記載する。センサー組立物（１）はコイル状態と伸長状態との間に設定可能な伸長部材（２）と、伸長部材の長手方向のうち少なくとも一部分に沿って配置されている少なくとも１つのセンサー（３）と、を含む。方法は、伸長部材（２）のコイル状態を解き、センサー組立物（１）を配置する工程、および、その後センサー組立物（１）の周りに対象の構造体を形成する工程、もしくはセンサー組立物が構造体に連結され、対象の構造体がセンサー（３）により感知されることができるようセンサー組立物（１）と対象の構造との間の空間にフィラー材料を導入する工程、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の構造体に関する性質を感知するセンサー組立物を配置する方法であって、
前記センサー組立物は、
伸張部材と、
少なくとも１つのセンサーと、を備え、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記センサーは前記伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、前記センサーの少なくとも一部は、感知の必要に応じて前記伸張部材にかかるひずみが前記センサーに伝達されるように、前記展開状態の前記伸張部材が前記センサーの前記一部の位置および／または引っ張り具合を制御するように固定されており、
前記方法は、
前記伸張部材のコイルを解き、前記センサー組立物を配置する工程；および
上記工程の後で、前記センサー組立物が前記構造体に連結して前記構造体の性質が前記センサーにより感知されるように、前記対象の構造体を前記センサー組立物の周りに形成する工程、またはフィラー材料を前記センサー組立物と前記構造体との間の空間に導入する工程、
を備える、センサー組立物の配置方法。
【請求項２】
前記対象となる構造体を形成する工程が前記センサー組立物の周りに硬化材料または微粒子材料を流し込む工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フィラー材料を導入する工程が前記構造体と前記センサー組立物との間に硬化材料または微粒子材料を導入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記センサーが光ファイバーセンサーである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記伸張部材は、該伸張部材が前記展開状態のとき長手方向に折りたたまれ管または管の長手部分を形成する、第一と第二の長手方向端部を備えるシート状材料により形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記伸張部材は前記コイル状態のときにおける第一安定形状と前記展開状態における第二安定形状を備える双安定材料により形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記伸張部材は少なくとも２つの層を備える積層体により形成されており、前記センサーは前記層のうち２つの間に固定されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記伸張部材の長手方向経路は自然に前記対象の構造体の形状に一致している、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記伸張部材に固定された前記センサーの一部は前記伸張部材が展開されたときはピンと張っている、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記伸張部材に沿って配置されている前記センサーの他の部分、または前記伸張部材に沿って配置されている他のセンサーの少なくとも一部は、前記伸張部材に対応して動けるように、前記伸張部材が展開されたときにピンと張っておらず、前記伸張部材に固定されていない、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記伸張部材は少なくとも２つの層を備える積層体により形成されており、前記センサーは前記層のうち２つの間に固定されており、前記積層体は前記層が積層されておらず、内部においてセンサーがピンと張らずに前記伸張部材に対応して動くことのできる、少なくとも１つのポケットを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ピンと張っておらず前記伸張部材に対応して動くことのできる前記センサーの前記部分は輪またはコイルを形成する、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサーは前記伸張部材に沿って前記輪またはコイルを間隔を空けて形成し、前記輪またはコイルの各々の間がピンと張っている複数の部分を備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記伸張部材に固定されている前記センサーの前記部分は前記伸張部材の長手軸に対して平行である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記センサーのピンと張っている前記部分は、ピンと張っておらず前記伸張部材に対応して動くことのできる前記センサーの前記部分と比べ、前記伸張部材の長手方向に対しより大きな角度がつけられている、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサーの部分は、前記伸張部材の長手方向に対する角度が小さい前記センサーの他の部分に比べ、前記伸張部材の長手方向に対しより大きな角度がつけられており、より大きい角度で前記センサーが固定されている前記伸張部材の長手方向の部分はより小さい角度で前記センサーが固定されている前記伸張部材の長手方向の他の部分に比べ弾性率が小さい、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記センサーは前記伸張部材の長手軸に対し周期的な湾曲経路を描く、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
ｉ）センサーからの読み取りを可能にし、記録システムとなるデータロギングシステム、ｉｉ）センサーからの読み取りを可能にし、遠隔で伝達できるデータ伝達システム、のうち少なくとも一つを提供する、センサー組立物にセンサーと通信する電子装置を取り付ける工程を含んでもよい、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
センサー組立物を用いて対象の構造体に関する性質を感知する方法であって、
請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法によって対象の構造体にセンサー組立物を配置する工程、および
前記構造体に関連する性質を感知する工程、を含む
感知方法。
【請求項２０】
前記センサーにより感知を行う工程が、前記構造体の
ａ）温度の感知、
ｂ）圧力の感知、
ｃ）振動の感知、
ｄ）応力の感知、および
ｅ）ひずみの感知
のうち少なくとも一つを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記部材に固定されている前記センサーの少なくとも一部と、前記部材に対し動くことのできる前記センサーの一部または他のセンサーによる感知により、温度変化の影響を構造体に関連する温度以外の性質の影響と分離する工程を含む、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
センサー組立物が埋め込まれているか連結されている構造体であって、
前記センサー組立物は、
伸長部材と、
少なくとも１つのセンサーを備え、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記センサーは前記伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、前記センサーの少なくとも一部は、感知の必要に応じて前記伸張部材にかかるひずみが前記センサーに伝達されるように、前記展開状態の前記伸張部材が前記センサーの前記一部の位置および／または引っ張り具合を制御するように固定されており、
対象となる前記構造体は前記センサー組立物の周りに形成されているか、前記センサー組立物が前記構造体に連結され前記センサーにより前記構造体の性質が感知されるように、フィラー材料が前記センサー組立物と対象となる前記構造体との間の空間を占めている、構造体。
【請求項２３】
コミュニケーション通信用の光ファイバー組立物を配置する方法であって、
前記光ファイバー組立物は、
伸長部材と、
少なくとも１つの光ファイバーと、を備え、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記光ファイバーの少なくとも一部分は前記伸長部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って前記伸長部材と連結されており、
前記方法は、
前記伸長部材のコイルを解く工程；および
前記光ファイバー組立物を配置する工程、を含む、方法。
【請求項２４】
前記伸長部材は展開された状態で前記光ファイバーの前記部分の位置および／または張り具合を統制する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記光ファイバー組立物を配置した後に、前記光ファイバー組立物の周りを埋める工程を含む、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記埋める工程において前記伸長部材の剛性により前記光ファイバーがほぼ真っ直ぐな位置に保たれている、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記光ファイバー組立物を配置する工程が前記光ファイバー組立物を限定されたスペースに押し込む工程を含み、前記伸長部材の剛性により前記光ファイバー組立物が配置場所に押し込まれる、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記光ファイバー組立物を次第に解く工程と、前記光ファイバー組立物を配置位置に押し込む工程と、を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記光ファイバー組立物を配置する工程は、前記光ファイバー組立物を、少なくとも第一と第二の位置の間にある前記光ファイバー組立物が支持されていないように、前記第一と第二の位置で支持する工程を含み、前記部材の剛性により前記光ファイバー組立物が前記第一と第二の位置の間で垂れ下がるのを防止する、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記伸長部材は繊維強化複合材料を含む、請求項２３から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記伸長部材は伸長した状態の時に長手方向に折りたたまれて管もしくは管の長手部分を形成する、第一の長手方向端部と第二の長手方向端部を備えるシート状材料で構成されている、請求項２３から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記伸長部材はコイル状態を第一の安定形状、伸長状態を第二の安定形状とする双安定材料により構成されている、請求項２３から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記伸長部材は少なくとも２層からなり、前記光ファイバーが前記層のうち２つの間に固定されている、請求項２３から３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記光ファイバーはポケット内において、前記伸長部材に沿って少なくとも１つの輪状またはコイル状になった部分を備え、前記輪またはコイルは前記伸長部材に連結されていない、請求項２３から３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
無線で発見できるタグまたはマーカーが前記伸長部材の前記輪またはコイルの近傍に固定されている、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
弾性材料が前記光ファイバーと前記伸長部材との間に設けられ、前記光ファイバーを前記伸長部材に弾性的に連結している、請求項２３から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
通信ネットワークと連絡するための光インターフェースが前記光ファイバーの一つまたは両方の自由端に取り付けられている、請求項２３から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
通信ネットワークにおいて通信する方法において、請求項３７に記載の方法にかかる前記光ファイバー組立物を配置する工程と、ネットワークにより通信を行う工程を含む、通信方法。
【請求項３９】
少なくとも１つの光ファイバー組立物を備える通信ネットワークを構成する方法であって、
前記光ファイバー組立物は、
伸長部材と、
少なくとも１つの光ファイバーと、を備え、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記光ファイバーは前記伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、前記光ファイバーの少なくとも一部は、前記伸長部材に沿ってポケットの中で少なくとも１つの輪またはコイルを形成し、前記輪またはコイルは前記伸長部材には連結されておらず、前記輪またコイルの場所は無線で発見できるタグまたはマーカーにより位置を示されており、
前記方法は、
無線で前記タグまたはマーカーを検出する工程、
無線で前記タグまたはマーカーを検出することにより位置を発見された前記輪またはコイルにアクセスする工程、および
前記光ファイバーを前記輪またはコイルの部分で破線し、前記光ファイバーの一つまたは両方の端部を接続する工程、を含む、方法。
【請求項４０】
伸長部材と、
少なくとも１つの光ファイバーと、
を備える光ファイバー組立物であって、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記光ファイバーは前記伸長部材の長手方向の各部分に沿って部分的に前記伸長部材に連結されており、
前記光ファイバーの他の部分は輪またはコイルを形成し、前記輪またはコイルは前記光ファイバーのうち前記伸長部材と連結されている部分の間で前記伸長部材と連結されていない、光ファイバー組立物。
【請求項４１】
前記伸長部材は少なくとも２つの層からなる積層体で構成されており、前記光ファイバーは前記層のうち２つの間に固定されており、前記積層体は、前記層が積層されておらず内部で前記光ファイバーが前記伸長部材に連結されていない少なくとも１つのポケットを備えている、請求項４０に記載の光ファイバー組立物。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの光ファイバーは前記伸長部材に沿って前記輪またはコイルを形成する部分を間隔を空けて複数備える、請求項４０または４１に記載の光ファイバー組立物。
【請求項４３】
１以上の輪またはコイルの一つずつの近傍で、前記伸長部材に固定された１以上のタグまたはマーカーを備え、前記タグまたはマーカーは、無線で検知され前記輪やコイルの場所がわかるよう構成、配置されている、請求項４２に記載の光ファイバー組立物。
【請求項４４】
展開された状態の前記伸長部材は前記光ファイバーの連結部の位置および／または張り具合を制御する、請求項４０から４３のいずれか一項に記載の光ファイバー組立物。
【請求項４５】
前記光ファイバーの連結部は、前記伸長部材にかかるひずみが感知のため必要に応じ前記光ファイバーセンサーに伝達するように前記伸長部材に固定されている、請求項４４に記載の光ファイバー組立物。
【請求項４６】
弾性部材が前記光ファイバーと前記伸長部材の間に配置されている、請求項４０から４４のいずれか一項に記載の光ファイバー組立物。
【請求項４７】
前記光ファイバーのうち前記伸長部材と連結している部分は、前記伸長部材に沿って前記伸長部材の軸に平行に直線的に伸びている、請求項４０から４６のいずれか一項に記載の光ファイバー組立物。
【請求項４８】
伸長部材と、
少なくとも１つのセンサーと、
を備えるセンサー組立物であって、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記センサーは前記伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、
前記センサーの第一部分は、前記伸長部材の長手軸に対し、前記センサーの第二部分よりも相対的に大きな角度がつけられており、
前記センサーの少なくとも前記第一部分は、展開状態の前記伸長部材が前記センサーの前記第一部分の位置および／または張り具合を制御して、前記伸長部材にかかるひずみが感知のため必要に応じて前記センサーへ伝達されるよう、前記伸長部材に固定されており、
（ｉ）前記第二部分は緩んでおらず前記伸長部材に対して動くことができ、
または
（ｉｉ）前記第二部分は前記伸長部材に固定されており、前記伸長部材の長手方向のうち前記第二部分が固定されている部分は前記第一部分が固定されている部分よりも弾性率が高い、センサー組立物。
【請求項４９】
前記第一部分と前記第二部分がそれぞれ複数備えられ、前記第一部分と前記第二部分は、センサーが前記伸長部材の軸に対し前記伸長部材に沿って非直線に配置されるよう、交互に存在する、請求項４８に記載のセンサー組立物。
【請求項５０】
前記センサーは前記伸長部材の軸に対し正弦曲線を描く、請求項４９に記載のセンサー組立物。
【請求項５１】
前記センサーの前記第二部分は前記伸長部材のポケットの中に形成されている、請求項４８に記載のセンサー組立物。
【請求項５２】
請求項４１に記載の光ファイバー組立物または請求項５１に記載のセンサー組立物を製造する方法において、
前記ポケットの部分における、前記伸長部材を形成する層の対向する面にリリースフィルムを付ける工程；
前記層の間に前記光ファイバーまたは前記センサーを配置する工程；および
前記層を積層する工程、を含み、
前記層が前記ポケットの部分に共に積層されないように前記リリースフィルムが配置され、それにより前記光ファイバーまたは前記センサーがポケット内で前記伸長部材に連結されていない、方法。
【請求項５３】
請求項４０に記載の光ファイバー組立物または請求項５１に記載のセンサー組立物を製造する方法において、
前記伸長部材のうちポケットに一致する部分を切断する工程；
前記切断の際、前記ポケットから前記光ファイバーまたはセンサーの前記輪状またはコイル状の部分を分離する工程；および
前記輪またはコイルの端部を光インターフェースまたは電気的インターフェースと接続する工程、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー組立物を配置する方法と光ファイバー組立物に関し、センサー組立物を配置する方法、構造体とセンサー組立物を組み合わせて感知する方法、通信ネットワーク用に光ファイバー組立物を配置する方法、光ファイバー組立物を備える通信ネットワークを構成する方法、および通信方法を含む。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーは様々な場面において有用である。しかし、現在光ファイバーを使用するにあたり、光ファイバーの配置が難しいことが主な問題として挙げられる。これには概して熟練した操作者による時間のかかる作業が必要となる。特に、通常は位置および／または光ファイバーに沿ってかかる張力をコントロールして、例えば、光ファイバーが部分的に、狭い半径に曲がったりねじれたりしないようにしておくことや、光ファイバーが周囲の環境から好ましくない影響を受けないよう保護しておくことが好ましい。そのようにしなければ、光ファイバーの性能が低下するおそれがある。これはとりわけ相対的に長い光ファイバーを使用する際の問題であり、光ファイバーが注意深く配置されなければ非常に多くの量の光が失われる可能性がある。光ファイバーの接合および／または接続もまた難しい問題である。現在、光ファイバーをその丈に沿ってどこかに接合したり接続したりする場合には、ケーブルを切断し、溶媒を使用したり燃やすなどして保護層を除去しファイバーの端部を露出させ、接続する前に露出した部分の汚れを落とす必要がある。現行の方法は時間がかかり、適用も困難である。様々な態様に含まれる本発明は、光ファイバーシステムの配置を向上させることを目指したものである。
【０００３】
例えば、光ファイバーの公知の使用方法の一つとして、感知がある。梁、パイプ、けた等の構造、またはコンクリート構造体、ビルの一部、インフラ整備等に関連した構造体の性質の計測が望まれる際に多く活用されている。例えば、構造体の温度計測に求められることもあるだろうし、構造体にかかる圧力や、構造体にかかる応力、ひずみ、振動の計測に求められることもある。これは構造体の作動条件を確認するためや、構造体のダメージや差し迫った故障のサインを監視する方法としてなどに用いられる。
【０００４】
このために、従来では熟練した操作者が構造体を訪れ、例えば構造体に光ファイバーセンサーを取り付けたり、構造体で光ファイバーケーブルを囲むなど、何らかの方法によって一または複数の光ファイバーケーブルを構造体に結合し、光ファイバーを構造体に設置する。光ファイバーセンサーは構造体の性質の変化によって引き起こされる応力／ひずみを感知する。性質の変化はファイバー内の光の伝達の仕方に影響する。計測システムは光ファイバー内を通る光を監視し、計算を行って光ファイバーケーブルが結合している構造体の様々な性質、例えば温度、圧力、ずれなどを検知することができる。
【０００５】
このタイプのセンサー配置における問題として、正確な計測を行うためには光ファイバーケーブルの位置および／または張り具合を細かくコントロールする必要があることが挙げられる。さらに、ケーブルはデリケートで、傷つきやすくわずかに引っ張っただけで壊れることがあるため、取り扱いに注意が必要である。現在のところ、ケーブルは構造体を感知することが望まれる場所で、ありのままの状態で配置される必要がある。例えば、公知の方法として、光ファイバーケーブルを二つの支持具の間に取り付け自然の位置で引っ張り、その状態で空間をコンクリート等の建築材料で埋めるというものがある。これにより、光ファイバーはコンクリートが固まって形成された構造体を感知することができる。しかし、この設置方法は非常に熟練した者でも長時間の作業を要することがあり、建設工事を停滞させてしまう。主要なインフラ整備では非常に多くのセンサーの配置が望まれることもある。そのため、このタイプの感知方法を採ることは大きく不利となる。同様の問題が、電気ひずみゲージなど、ひずみを基とした他のセンサーおいても知られている。
【０００６】
本発明に係る態様は、よりよくセンサー組立物を配置する方法、感知方法、センサー組立物、及びセンサー組立物を含む構造体を提供することを課題とする。
【０００７】
光ファイバーの他の公知の使用法として通信ネットワークが挙げられる。光ファイバーは多くの電気通信ネットワークに使用され、電話信号、インターネット通信、ケーブルテレビ電波等を送信する。通常そのようなネットワークに配置されている光ファイバーはプラスチックに覆われ保護されており、一または複数の光ファイバー紐でケーブルを構成している。減衰や干渉がずっと少なくなっているので、光ファイバーは現存する銅線に比べ長距離や需要が多いものへの適用において優位性がある。しかし、光ファイバーシステムは現在複雑で設置や操作に費用がかかり、取り込みに制限がある。現存するシステムの多くでは光ファイバーをネットワークの長距離区間のみに使用し、個々の建造物への接続や建造物内部においては銅線を用いている。
【０００８】
当業者に知られるように、光ファイバー内で鋭い曲げやねじれが生じると光の損失が増加する。どのファイバーにも最小曲げ半径があり、そのポイントでは光の損失が極めて大きい。これは例えば音楽システムのオーディオデバイス間など、ケーブルが短い場合は問題とならないが、長距離ケーブルにおいては重大な問題となり、信号がケーブルの長さに到達できないほど低下してしまうことがある。この問題に対して通常は増幅器や信号再生器を長いケーブルに沿って一定の距離ごとに取り入れる必要があるが、これは大幅な費用の増大を招く。そのため、長距離用としては、一般的にはケーブルの位置および／または張り具合を慎重にコントロールして、ケーブルをできるだけ真っ直ぐするなどして総じて鋭く曲がることのないように保ち、損失を限定してケーブルのルートに沿って必要とされる増幅器や信号再生器の数を減らすことが望まれる。
【０００９】
光ファイバーネットワークを長距離にわたり設置する場合、一般的には設置場所へ光ファイバーケーブルのリールを輸送し、例えば道や線路の脇でケーブル用の溝を掘り、リールから光ファイバーケーブルを延ばして設置し、ケーブルが埋まるように溝を埋め直すという作業を含むことがある。しかし、当初はケーブルが慎重に配置されていたとしても、溝を埋め直す作業によってケーブルが移動し望まれる位置から外れることもある。さらには、光ファイバーネットワークが契約者の建物に直接延びている場合は、ネットワークに新たな使用者を加える際にケーブルを使用者の建物の近くで接合し、使用者の建物とつながるように光信号分配器を設置し、アクセスボックスを設置して将来的に光信号分配器がアクセスできるようにする必要がある。光ファイバーケーブルを任意のポイントで接合することにはさらなる課題が生じる。
【００１０】
光ファイバーケーブルが建造物内に設置されネットワークを形成する場合、現存するケーブルはさらに制限される。特に、多くの場合はケーブルを保護しその位置で支持するための、配管などのケーブル用支持構造を備える必要がある。特に、ケーブルの性質として柔軟性があることは自分の重さをうまく支えることができないということであり、多くの場合実用的でないケーブルの“自由空間の”伸びが生まれる。床板の下など、障害物がありアクセスが難しい空間にケーブルを通すことも、ケーブルを“押し”たり効果的に誘導することができないため厄介である。
【００１１】
本発明の態様は、よりよく通信ネットワーク用の光ファイバー組立物を配置する方法、通信ネットワークにおける通信方法、少なくとも一つの光ファイバー組立物を含む通信ネットワークを構成する方法、光ファイバー組立物、及び光ファイバー組立物の製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
本発明の第一実施形態は、
対象の構造体に関する性質を感知するセンサー組立物を配置する方法であって、
センサー組立物は、
伸張部材と、
少なくとも１つのセンサーと、を備え、
伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、コイル状態では伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、展開状態では伸張部材が展開状態で弾性的にバイアスされており、
センサーは伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、センサーの少なくとも一部は、感知の必要に応じて伸張部材にかかるひずみがセンサーに伝達されるように、展開状態の伸張部材がセンサーの一部の位置および／または引っ張り具合を制御するように伸長部材に固定されており、
方法は、
伸張部材のコイルを解き、センサー組立物を配置する工程；および
上記工程の後で、センサー組立物が構造体に連結して構造体の性質がセンサーにより感知されるように、対象の構造体をセンサー組立物の周りに形成する工程またはフィラー材料をセンサー組立物と構造体との間の空間に導入する工程、
を備える、センサー組立物の配置方法である。
【００１３】
伸長部材はコイル状に巻くことができ、これにより、長いセンサーを配置する前に保管や輸送のためにコイル状にすることができる。センサー組立物は配置場所で伸ばすことができる。センサー組立物を伸ばすことにより、伸長部材は弾性的にバイアスされた状態で展開される。センサーの少なくとも一部は部材との間に、好ましくはセンサーの固定部分の全長において強い機械的結合が生じるように固定され、それによりひずみと応力が部材からセンサーへと伝達され、センサーによる感知が行われる。センサーと伸長部材との間の強い連結により、センサーの位置および／または張り具合を望み通りに自動的にコントロールすることができる。例えば、センサーの一部が直線状または部材の縦軸に対し平行線となるように、または局所的に鋭く曲がることなく伸長部材に沿って配置されるよう“引っ張られ”てもよく、つまり緩みを取りセンサーがピンと張っているようにする。このことは通常、正確な測定を行うにあたり望ましい。
【００１４】
伸長部材は表面や本体に鋭い局所的な屈曲や凹凸がないようにして、センサーを支持するための滑らかな基板を提供するように高度な直線性があることが好ましい。伸長された時の伸長部材の剛性はセンサーの位置および／または張り具合を望み通りにすることができるのに十分なものである。
【００１５】
センサー組立物と構造体の間の連結により、構造体において測定された、ずれ、温度、振動等の性質をセンサー組立物も同様に感知する。それら性質はセンサー組立物へ伝達され、より具体的には伸長部材を介してセンサーへと伝達される。これにより、作業が単純になり、対象の構造体に関連する性質を感知するセンサー組立物の配置作業の費用が抑えられる。これはとりわけ、構造体や計画（地）の地盤部分の性質を感知することが望まれる、大規模な建造物や土木計画において有利である。
また、伸長部材はデリケートなセンサーを保護する。保護されたセンサーは相対的に熟練でない者にでも素早く、センサーへのダメージのリスクも少なく配置することができる。
【００１６】
伸長部材が伸長されているとは、構造体と係合する状態にある時に、横幅より十分に大きい伸長部材の縦幅により、構造体がその長さに沿って感知されることができるということを意味する。これは一回の取り付け作業を要する一つのセンサー組立物により、相当な長さの構造体を一定期間監視することができるということである。具体的な伸長部材の縦幅はセンサー部材を何に適用しようとするかによる。とはいえ、好ましい実施形態においては、伸長部材の縦幅は構造体に係合する状態で横幅より少なくとも５倍、または少なくとも１０倍、または少なくとも１００倍大きい。例えば伸長部材は数十メートルまたは数百メートルの長さでよい。
【００１７】
これにより、構造体の全長を監視するのに都合が良い方法を提供することができ、センサー組立物を望み通りに構造体に新しく設置したり、構造体の導入の際に設置したり、さらには構造体の建設時に組み込んだりすることができる。
【００１８】
原則として、どのような好ましいタイプのセンサーも使用することができる。例えば、それ自体が公知である光ファイバーセンサーシステムや下記のものなどである。ひずみゲージや他の好ましいセンサーなど、他の種類のセンサーは他の態様において用いることができる。センサーはセンサー組立物の長さいっぱいまで、もしくは少なくともその大部分にわたるまで伸ばすことができる。センサーは伸長部材または伸長部材の一部分（例えば光ファイバーセンサーの一連の丈）の長手方向に沿って連続的に伸ばすことができる。センサーは伸長部材に沿って軸方向に伸ばすこともできるし、伸長部材の軸に対して湾曲してもよい。
【００１９】
一つの実施形態においては、伸長部材はコイル状では横断面が相対的に平坦であり、伸長された時には横断面が相対的に平坦でなく剛性によりセンサーを引っ張る。
【００２０】
対象の構造体の形成にはセンサー組立物の周りに硬化材料や粒子材料を流し込む工程を含んでもよい。あるいは、もしくはそれに加え、フィラー材料の導入が硬化材料や粒子材料の構造体とセンサー組立物との間への導入する工程を含んでもよい。好ましい材料の例として、硬化材料にはコンクリート、セメント、マスチック樹脂が挙げられ、粒子材料として砂や土、砂利が挙げられる。よって、これらの実施形態においては、構造体が建造されるにつれ構造体に取り入れられているコンクリート構造や土の動きをモニターすることができる。もしくは、既に建設された構造体にシャフトを形成し、その中にセンサー組立物を導入して埋め戻すこともできる。これらの実施形態においては、伸長部材は対象の構造体に留められてはおらず、構造体に連結される前に埋め込まれる工程で配置される。
【００２１】
好ましい実施形態においては、伸長部材は繊維強化複合材料を含んでいる。これにより、センサー組立物のとりわけ便利な作成方法を提供することができる。
【００２２】
伸長部材は、伸長した状態の時に長手方向に折りたたまれて管もしくは管の長手部分を形成する、第一と第二の長手方向端部を備えるシート状材料で構成されてもよい。
【００２３】
伸長部材は、横断面において、伸長された状態が広範囲の角度に対するよう形成されてもよい。理解されるように、その角度は相対的に小さく、しかし伸長部材に沿って配置されたセンサーの配置や位置および／または張り具合をコントロールするのを助けるために、展開された部材に剛性を持たせるに十分な大きさであるべきである。例えば、大抵の場合２０度より大きい角度が好ましい。さらに剛性を持たせるためにはより大きな角度が便利な場合もある。角度は３６０度以上であってもよく、それにより端部が接触するか重なって“閉じた”管を形成してもよく、これが好ましい場合もある。しかし、いくつかの実施形態においては、角度は４５度以上１７０度以下でもよい。好ましくは、横断面において、伸長部材が展開された形はおおまかに湾曲しているのがよい。
【００２４】
伸長部材は、コイル状態を第一の安定形状、伸長状態を第二の安定形状とする双安定材料により構成されてもよい。
【００２５】
実施形態においては、伸長部材は少なくとも２層からなる積層体で構成され、センサーが２つの層の間に固定されている。もしくは、センサーは伸長部材の適当な位置に接着させられているか巻かれていてもよい。
【００２６】
一つの実施形態では、伸長部材の長手方向は自然に対象の構造体の形に一致している。言い換えると、センサー組立物の形はその形を変形させるよう外力を加えられることなく、構造体の形と一致している。長手方向は直線、長手方向に湾曲、螺旋形、円形、楕円形でもよい。例えば、トンネルの円周構造をモニターするためには円形や螺旋形のセンサー組立物が用いられるであろうし、トンネルの長手方向の範囲をモニターするためには直線状や湾曲したセンサー組立物が用いられるであろう。
【００２７】
一つの実施形態では、センサーのうち伸長部材に固定されている部分は伸長部材が伸びた時はピンと張っている。そのため、センサーには当初から“たるみ”がなく、伸長部材におけるひずみの増加はすぐにセンサーにおけるひずみの増加へと転じ、直ちに測定される。いくつかの実施形態においては、センサー組立物の製造時など、センサーにあらかじめ張りを与えておき、配置された時に伸長部材に生じる逆方向のひずみがたるみを生じさせることなく測定されることが望ましい。
【００２８】
一つの実施形態においては、伸長部材に沿って配置されたセンサーの他の部分や伸長部材に沿って配置された他のセンサーの少なくとも一部分は伸長部材が伸ばされた時ゆるんでおらず、伸長部材に固定されておらず、伸長部材に応じて動くことができる。ここに述べられているように、これにより、センサーをつなぐのに都合のよいポイントができたり、温度以外の性質の測定値から温度の影響を相殺することができるなど、様々な点で有利となる。
【００２９】
伸長部材は少なくとも２つの層からなる積層体で構成され、センサーが２つの層の間に固定されており、積層体は層が積層されていないポケットを少なくとも１つ備え、そこでセンサーはピンと張られることなく伸長部材に関連して動けるようにされていてもよい。これによりひずみが伝達するようにセンサーのいくつかの部分が伸長部材に強く連結していることが望ましく、センサーの他の部分はセンサーが動けるよう連結されていないかゆるく連結されていることが望ましい、センサー組立物の便利な製造方法が提供される。
【００３０】
センサーのうちピンと張っておらず伸長部材に応じて動くことのできる部分は輪状でもよく、コイル状でもよい。
【００３１】
センサーのうち伸長部材に固定されている部分は伸長部材の縦軸に対し平行でもよい。
【００３２】
他の実施形態においては、センサーのうちピンと張っている部分は、センサーのうちピンと張っておらず伸長部材に応じて動くことのできる部分と比べて伸長部材の縦軸に対しより大きな角度が付けられている。これによりセンサーの異なる部分が、伸長部材の縦軸に対する傾きに応じて、伸長部材にかかる全体の長手方向のひずみに対し、異なるひずみを受ける。
【００３３】
センサーは伸長部材の縦軸に対し繰り返し湾曲して配置される。センサーは伸長部材の縦軸に対し正弦曲線を描いてもよい。これはセンサーがスムーズで周期的な湾曲を伸長部材の丈に沿って描くのに都合が良い。
【００３４】
一つの実施形態においては、センサーの部分は、伸長部材の縦軸に対し角度の小さい部分と比べ、伸長部材の縦軸に対し大きく角度がつけられており、センサーのより大きい角度が付けられている部分が固定されている伸長部材の長手方向の部分は、角度の小さい部分が固定されている伸長部材の長手方向の部分よりも弾性率が小さい。伸長部材の縦軸に対しセンサーの角度が大きくなるに従い、伸長部材の軸荷重に対しセンサーが受けるひずみは小さくなる。そのため、角度が相対的に大きい部分は縦軸に配列された場合よりもひずみが小さい。角度が相対的に小さい部分（縦軸に平行に近くなる部分）は伸長部材の弾性率がより大きい部分と一致する。
そのため、公知の“弾性率＝応力／ひずみ”の関係によれば、伸長部材のこれらの部分は弾性率の相対的に小さい部分よりも小さなひずみを受ける。つまり、次には、センサーの角度が相対的に小さい部分は、伸長部材のこれらの部分の弾性率がより大きくない場合よりも小さなひずみを受ける。このように、必要に応じて、与えられた荷重に対しセンサーの両方の部分にかかるひずみをコントロールし、センサーが壊れるほどの過度のひずみからセンサーを守ることができる。さらに、センサーの異なる部分が伸長部材に与えられた全体のひずみに対し異なる反応をするため、他の測定値における温度変化への影響を相殺したり、温度を測定する時に他の要因を相殺したりすることができる。
【００３５】
センサーは、伸長部材に沿って間隔を空けて複数の部分が輪状またはコイル状になり、輪のそれぞれの間にピンと張った部分があってもよい。例えば、センサー組立物が５０ｃｍから１０ｍ、例えば１ｍの間隔を空けて輪やコイルを形成してもよい。それゆえ、センサー組立物は長い丈で製造され、事前にまたは必要とされる場所で使用される大きさに切断することができ、これにより製造コストと貯蔵スペースの削減ができる。実際の使用では、間隔は使用方法によって最適化されたり、不規則であったりしてもよい。例えば１ｍの間隔を空けた後に１０ｍの間隔が来るような長さでもよいし、輪を形成することなく著しく長くしてもよい。
【００３６】
この方法はセンサー組立物に、センサーと通信する電子装置を取り付けｉ）センサーからの読み取りを可能にし、記録システムとなるデータロギングシステム、ｉｉ）センサーからの読み取りを可能にし、遠隔で伝達できるデータ伝達システム、のうち少なくとも一つを備える工程を含んでもよい。
【００３７】
本発明の第二実施形態は、センサー組立物を用いて対象の構造体に関する性質を感知する方法であって、
上記した方法によって対象の構造体にセンサー組立物を配置する工程、および、
構造体に関連する性質を感知する工程、を含む感知方法である。
【００３８】
センサーによる感知は、構造体の
ａ）  温度の感知；
ｂ）  圧力の感知；
ｃ）  振動の感知；
ｄ）  応力の感知；および
ｅ）  ひずみの感知
のうち少なくとも一つを含む。
【００３９】
この方法は伸長部材に固定されたセンサーの少なくとも一部分と、伸長部材に応じて動くことのできるセンサーの一部分または他のセンサーと、によって感知を行うことで、温度変化の効果を構造体に関連する温度以外の他の性質から分ける工程を含んでもよい。
【００４０】
本発明の第三実施形態は、
センサー組立物が埋め込まれているか連結されている構造体であって、
センサー組立物は、
伸長部材と、
少なくとも１つのセンサーを備え、
伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、コイル状態では伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、展開状態では伸張部材が展開状態で弾性的にバイアスされており、
センサーは伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、センサーの少なくとも一部は、感知の必要に応じて伸張部材にかかるひずみがセンサーに伝達されるように、展開状態の伸張部材がセンサーの一部の位置および／または引っ張り具合を制御するように固定されており、
対象となる構造体はセンサー組立物の周りに形成されているか、センサー組立物が構造体に連結されセンサーにより構造体の性質が感知されるように、フィラー材料がセンサー組立物と対象となる構造体との間の空間を占めている。
【００４１】
本発明の第四実施形態は、
コミュニケーション通信用の光ファイバー組立物を配置する方法であって、
光ファイバー組立物は、
伸長部材と、
少なくとも１つの光ファイバーと、を備え、
伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、コイル状態では伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、展開状態では伸張部材が展開状態で弾性的にバイアスされており、
光ファイバーの少なくとも一部分は伸長部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って伸長部材と連結されており、
方法は、
伸長部材のコイルを解く工程、および
光ファイバー組立物を配置する工程、を含む。
【００４２】
これにより便利で費用効率の高い、通信システム用の光ファイバー設置方法を提供することができる。この組立物はコイル状態、つまりコンパクトな状態で保管され、設置場所に輸送することができる。そしてこの組立物は伸長部材を伸ばすことで配置され、光ファイバーがどのような環境に設置されようとも光ファイバーを支持し保護する基板となる。
【００４３】
一つの実施形態では、伸ばされた状態の伸長部材により、その位置にある光ファイバーの位置および／または張り具合が制御される。光ファイバーは伸長部材の縦軸に沿って直線状に配置されることもできるし、湾曲することもできる。光ファイバーはピンと張ったままの状態にされてもよいし、必要であれば前もって張力を与えられてもよい。伸長部材の表面は好ましくは均一／直線で光ファイバー用の直線的な基板となり、特定の用途のために望ましい剛性を持って光ファイバーが望ましい位置および／または張り具合で保たれるようにしておくのがよい。
【００４４】
この方法は、光ファイバー組立物を配置した後、光ファイバー組立物の周囲を塞ぐ工程を含んでもよい。伸長部材はこの実施形態において光ファイバーの位置取りを補助し光ファイバーを保護する。
【００４５】
光ファイバー組立物の配置は、光ファイバー組立物を限られたスペースに押し込む工程を含み、その工程において伸長部材の剛性によって光ファイバー組立物が配置場所に押し込まれてもよい。これにより光ファイバー組立物が配置されるべきスペースにたどりつくために、現存するインフラを破壊する必要が減る。
【００４６】
この方法は、光ファイバー組立物のコイル状態を次第に解いて配置場所に押し込む工程を含んでもよい。これは、光ファイバー組立物がコイル状であり都合よくコンパクトなので、配置場所に行きつくのが制限されているような場面で有用である。
【００４７】
光ファイバー組立物を配置する工程は、第一と第二の位置において、その間にある光ファイバー組立物の少なくとも一部分が支持されていないような状態で光ファイバー組立物を支持する工程を含み、その工程において伸長部材の剛性によって光ファイバー組立物が第一と第二の位置の間で垂れ下がらないようにされていてもよい。これにより、ケーブルとは異なり、光ファイバー組立物は垂れ下がることなく、引っかかったり損傷するリスクなしに“自由空間に”渡されることができる。
【００４８】
一つの実施形態においては、伸長部材は繊維強化複合材料を含んでもよい。
【００４９】
一つの実施形態においては、伸長部材が伸長した状態の時に長手方向に折りたたまれて管もしくは管の長手部分を形成する、第一と第二の長手方向端部を備えるシート状材料で構成されている。
【００５０】
一つの実施形態においては、伸長部材はコイル状態を第一の安定形状、伸長状態を第二の安定形状とする双安定材料により構成されている。
【００５１】
一つの実施形態においては、伸長部材は少なくとも２つの層からなる積層体で構成され、光ファイバーは２つの層の間に配置されている。
【００５２】
一つの実施形態においては、光ファイバーは伸長部材に沿ってポケットの中で少なくとも一つの輪もしくはコイルを形成する部分を含み、輪やコイルは伸長部材とは連結されていない。
【００５３】
一つの実施形態においては、無線で発見できるタグまたはマーカーが伸長部材の輪またはコイルの近傍に固定されている。
【００５４】
一つの実施形態においては、弾性材料が光ファイバーと伸長部材との間に設けられ、光ファイバーを伸長部材に弾性的に連結している。弾性材料は光ファイバーを弾性的に連結する。これは、伸長部材が望み通りに光ファイバーを配置しおよび／またはピンと張ったままにしておくことができるということである。しかし通信システムにおいては、上記した感知の場面とは異なり、環境からの応力／ひずみが光ファイバーに影響を与え光ファイバーの光を伝達する能力に影響することは一般的に望まれていない。弾性的に連結することで、伸長部材にかかるひずみの伝達を弱めるかもしくは消失させ、光ファイバーに届かないようにすることができる。
【００５５】
一つの実施形態においては、通信ネットワークと連絡するための光インターフェースが光ファイバーの一つまたは両方の自由端に取り付けられている。
【００５６】
本発明の第五実施形態は、通信ネットワークにおいて通信する方法において、上記した方法にかかる光ファイバー組立物を配置する工程と、ネットワークにより通信を行う工程を含む。
【００５７】
本発明の第六実施形態は、
少なくとも１つの光ファイバー組立物を備える通信ネットワークを構成する方法であって、
光ファイバー組立物は、
伸長部材と、
少なくとも１つの光ファイバーと、を備え、
伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、コイル状態では伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、展開状態では伸張部材が展開状態で弾性的にバイアスされており、
光ファイバーは伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、光ファイバーの少なくとも一部は、伸長部材に沿ってポケットの中で少なくとも１つの輪またはコイルを形成し、輪またはコイルは伸長部材には連結されておらず、輪またコイルの場所は無線で発見できるタグまたはマーカーにより位置を示されており、
方法は、
無線でタグまたはマーカーを検出する工程、
無線でタグまたはマーカーを検出することにより位置を発見された輪またはコイルにアクセスする工程、および
光ファイバーを輪またはコイルの部分で破線し、光ファイバーの一つまたは両方の端部を接続する工程、を含む。
【００５８】
これにより、例えば既に配置されている光ファイバーネットワークに受信契約者を追加したり、光ファイバーが分化したり結合したりする場所を提供したり、光ファイバーが埋められているか隠されている場所を特定したりしてケーブルの露出範囲を最小限に抑える便利な方法を提供することができる。
【００５９】
本発明の第七実施形態は、
伸長部材と、
少なくとも１つの光ファイバーと、
を備える光ファイバー組立物であって、
伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、コイル状態では伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、展開状態では伸張部材が展開状態で弾性的にバイアスされており、
光ファイバーは伸長部材の長手方向の各部分に沿って部分的に伸長部材に連結されており、
光ファイバーの他の部分は輪またはコイルを形成し、輪またはコイルは光ファイバーのうち伸長部材と連結されている部分の間で伸長部材と連結されていない。
【００６０】
輪状やコイル状とすることは、コイルと一致する伸長部材を切断して光ファイバーのゆるんだ連結されていない端部を露出させることで光ファイバーを分化したり結合したりするのに有用である。連結されていない輪やコイルは光ファイバーを本明細書に記載されているセンサーとして使用し、測定時の温度を相殺するために使用されてもよい。
【００６１】
伸長部材は少なくとも２つの層からなる積層体で構成されてもよく、光ファイバーは層のうち２つの間に固定されており、積層体は、層が積層されておらず光ファイバーが伸長部材に連結されていない少なくとも１つのポケットを備えてもよい。
【００６２】
一つの実施形態において、光ファイバーは輪状またはコイル状である複数の部分を伸長部材に沿って各々間隔を空けて備え、輪状またはコイル状の間で伸長部材に固定されている。
【００６３】
一つの実施形態において、光ファイバー組立物は、１以上の輪またはコイルのそれぞれの近傍で伸長部材に固定された１以上のタグまたはマーカーを備え、該タグまたはマーカーは、無線で検知され輪やコイルの場所がわかるよう構成、配置されている。
【００６４】
一つの実施形態において、伸長された状態の伸長部材は光ファイバーの連結部の位置および／または張り具合を制御する。
【００６５】
一つの実施形態において、光ファイバーの連結部は、伸長部材にかかるひずみが感知のため必要に応じ光ファイバーセンサーに伝達するように伸長部材に固定されている。これにより光ファイバー組立物をセンサー組立物として使用することができる。以下の記述から理解されるように、いくつかの実施形態では光ファイバーの全長が伸長部材に連結されていてもよい。もしくは、他の実施形態において、光ファイバーは部分的に伸長部材に連結されてもよい。光ファイバーを部分的に改良し、改良部がファイバー・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）のように伸長部材に連結されてもよい。または光ファイバーを改良せずに伸長部材に連結してもよく、そのようなものはレーザー光のラマン後方散乱、レイリー後方散乱、ブリルアン後方散乱の技術に使用できる。
【００６６】
一つの実施形態において、弾性部材が光ファイバーと伸長部材との間に配置されている。
【００６７】
一つの実施形態において、光ファイバーのうち伸長部材と連結している部分は、伸長部材に沿って伸長部材の軸に対し平行に直線的に伸びている。
【００６８】
本発明の第八実施形態は、
伸長部材と、
少なくとも１つのセンサーと、
を備えるセンサー組立物であって、
伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、コイル状態では伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、展開状態では伸張部材が展開状態で弾性的にバイアスされており、
センサーは伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、
センサーの第一部分は、伸長部材の長手軸に対し、センサーの第二部分よりも相対的に大きな角度がつけられており、
センサーの少なくとも第一部分は、展開状態の伸長部材がセンサーの第一部分の位置および／または張り具合を制御して、伸長部材にかかるひずみが感知のため必要に応じてセンサーへ伝達されるよう、伸長部材に固定されており、
（ｉ）第二部分は緩んでおらず伸長部材に対して動くことができ、
または
（ｉｉ）第二部分は伸長部材に固定されており、伸長部材の長手方向のうち第二部分が固定されている部分は第一部分が固定されている部分よりも弾性率が高い。
【００６９】
センサーのこのような配置により、組立物の全体がセンサー自体の過度の破断ひずみによって曲がる。センサーのうち角度をつけられている部分は、縦のひずみ軸に対し角度が付けられているためひずみが小さい。角度が相対的に小さい部分は、伸長部材から分離したり、伸長部材のその部分により大きな弾性率をかけることにより、さらにひずみの影響から守られる。センサーが伸長部材から分離されると、センサーの異なる部分が温度変化や環境による応力／ひずみに対し異なった反応をとり、それにより組立物が連結されている構造体の振動、応力、ひずみ等の他の測定と分けて、一つのセンサーを温度測定用に使用することができる。
【００７０】
それゆえ、センサーの破断ひずみが過度となった場合に伸長部材にひずみがかかることが予想される場合に、センサーの両方の部分に伸長部材に加えられた軸荷重の相対的に小さなひずみがかかり、センサー破断ひずみ（光センサーが使用される場合、通常２％程度）を上回るのを防ぐ。これは、センサー組立物を埋めたり周囲を塞いだりして対象の構造体に組立物が連結されている場合に感知の用途で使用することができる。また、例えばＷＯ２０１０／１３９９８３やＷＯ２０１２／０５９７３６に記載されているように、センサー組立物が採油用ライザーなど、対象の構造体に留められている場合にも使用できる。
【００７１】
一つの実施形態において、センサー組立物は複数の第一部分と複数の第二部分を備え、第一部分と第二部分はセンサーが伸長部材の軸に対し伸長部材に沿って非直線に配置されるように、交互に存在する。
【００７２】
一つの実施形態において、センサーは伸長部材の軸に対し正弦曲線を描く。
【００７３】
一つの実施形態において、センサーの第二部分は伸長部材のポケットの中に形成されている。
【００７４】
本発明の第九実施形態は、
上記の光ファイバー組立物またはセンサー組立物を製造する方法において、
ポケットの部分における、伸長部材を形成する層の対向する面にリリースフィルムを付ける工程；
層の間に光ファイバーまたはセンサーを配置する工程；および
層を積層する工程、を含み、
層がポケットの部分に共に積層されないようにリリースフィルムが配置され、それにより光ファイバーまたはセンサーがポケット内で伸長部材に連結されていない。
【００７５】
本発明の第十実施形態は、
上記の光ファイバー組立物またはセンサー組立物を製造する方法において、
伸長部材のうちポケットに一致する部分を切断する工程；
切断の際、ポケットから光ファイバーまたはセンサーの輪状またはコイル状の部分を分離する工程；および
輪またはコイルの端部を光インターフェースまたは電気的インターフェースと接続する工程、を含む。
【００７６】
ここで“例中”、“一つの形態において”備えられている、または“備えられてもよい”、または“好ましい”と表現されている特徴はどれも本発明の１以上の態様のいずれかと共に、他の１以上の特徴と組み合わせて提供されてもよい。
【００７７】
本発明の実施形態を例と共に、図面に言及しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】いくつかの態様における、本発明の一つの実施形態に係るセンサー組立物の一例である。
【図２】図１のセンサー組立物の断面図である。
【図３】配置されたセンサー組立物の一例である。
【図４】配置されたセンサー組立物の他の例である。
【図５】センサー組立物の伸長部材における光ファイバーセンサーの配置の例である。
【図６】センサー組立物の伸長部材における光ファイバーセンサーの配置の例である。
【図７】図６のセンサー組立物を線９に沿って切断した切断部である。
【図８】いくつかの態様における、本発明の一つの実施形態に係る光ファイバー通信システムの一例である。
【図９】いくつかの態様における、本発明の一つの実施形態に係る光ファイバー通信システムの他の例である。
【図１０】センサー組立物の他の例である。
【図１１】センサー組立物の別の他の例である。
【００７９】
図１を参照しつつ、例えば検知や通信など、態様において様々な適用が可能な、本発明の一つの実施形態に係る光ファイバー組立物１の例を示す。装置１は伸長部材２を備える。伸長部材は細長いシート状材料により構成されており、そのため断面は薄くなっている。材料の薄さは実際には光ファイバー組立物１を何に適用するかで決まる。しかし、好ましい形態においては、伸長部材の断面の厚さは５ｍｍより薄く、または２ｍｍより薄く、または１ｍｍより薄い。多くの場面では配置された時の伸長部材の薄さは幅の４％より薄いことが予想される。いくつかの例（不図示）においては、浮遊層、衝撃損傷からの保護のための層など、追加の層が様々な用途のために伸長部材２に備えられえてもよい。これら追加の層によって光ファイバー組立物１の全体の厚さが増加してもよい。
【００８０】
図示のような伸長部材２は展開部４とコイル部５とを備える。伸長部材２は完全なコイル状と完全に展開された状態との間で次第に変形することができる。伸長部材２が完全に展開された時の長さ（長手方向の大きさ）はその幅（横の大きさ）よりも十分に大きい。実際は、好ましい長さは光ファイバー組立物１の用途により決まるが、好ましい形態においては、伸長部材２の長さは幅の少なくとも５倍、または少なくとも１０倍、または少なくとも５０倍、そしてまたは少なくとも１００倍である。
【００８１】
図２は展開部４の断面を示す。この例では２本の光ファイバーが用いられているが、１以上の光ファイバー３が伸長部材の丈に沿って備えられ、伸長部材２に連結されている。
【００８２】
図２により詳細に表れているように、展開部４は弾性的に偏向され断面が部分円を形成するように湾曲している。そのため、展開部はスリットチューブを形成している。部分円は１８０度程度の角度８を形成している。言い換えると、円７の中心から、伸長部材２は１８０度程度の角度８を超える部分円を除いたものである。しかし、別の角度であってもよい。理解されるように、角度は相対的に小さくてもよいが、伸長部材の展開に役立ち伸長部材に沿って走る光ファイバーを真っ直ぐ伸ばすのに足りる剛性を備えるのに十分な角度でなくてはならない。例えば、多くの場合では角度は２０度より大きいことが好ましい。場合によってはさらに剛性を与えるためより大きな角度を用いることが有用である。角度は３６０度以上でもよく、その場合端同士が接触するか重なって“閉じた”管を形成し、このような状態が好ましい場合もある。しかし、実施形態においては、角度は４５度以上１７５以下で、剛性を確保しかつ材料を無駄にしないよう妥当なバランスがとれていてよい。
【００８３】
断面は必ずしも円形である必要はなく、直線部を備えていてもよいが概して湾曲している。楕円や他の連続的な、円形でない孤を描いてもよい。
【００８４】
伸長部材２は展開された時にその形で弾性的に偏向され、それにより伸長部材に固定された光ファイバー用の堅い基板となる。このため、この配置によって光ファイバーにおける所望の程度の直線性、湾曲および／または張り具合を保つことができ、後で張りを加えたり光ファイバーをそのままの状態で局所的に配置する必要なく、手元で最適化される。下記のように、光ファイバーを伸長部材に結合、固定する様々な方法を用いて、目的とする光ファイバーの用途に応じて光ファイバーと伸長部材との間の機械的連結を高程度にしたり低程度にしたりすることができる。例えば、感知用としては、高程度の連結が光ファイバーの少なくともある部分にもたらされ、伸長部材にかかる応力やひずみが光ファイバーのその部分に伝達して測定される。
【００８５】
当業者から理解されるように、多くの用途においては光ファイバーケーブルに張りを与え、最高の性能を得られるよう光ファイバー３が取りうるたるみを取ることが望ましい。伸長部材の曲げ剛性により光ファイバー３もしくは伸長部材の丈に沿って走る光ファイバーの部分がピンと張ってもよい。これは光ファイバーが製造時に伸長部材に組み込まれる際に、光ファイバーに所望のプレテンションを与えることでなされる。あるいは、光ファイバー組立物をコイル状態から伸ばす際にたるみを取るように、または光ファイバーを前もって引っ張るように、光ファイバーを伸長部材の内部または中立軸に配置することができる。
【００８６】
伸長部材を用いることで、先行技術で用いられているような時間と労力を要する手作業を必要とせず、このような光ファイバーの迅速で単純な展開方法や光ファイバー３を所望の位置および／または張り具合にする方法を提供することができる。光ファイバー組立物１の伸長部材２は様々な形状をとることができる。例えば、伸長部材２は展開時には直線でもよく、長手方向に湾曲、螺旋状、円形、楕円でもよい。形状は光ファイバー組立物１が配置される場所においてスペースや構造の形状に合うよう選択してよい。
【００８７】
伸長部材２としては、原則として、可逆的にコイル状にしたり伸ばしたりすることができ、伸長された状態の時に曲げ剛性を保って光ファイバー３をピンと張るのに十分な弾性の材料であればどのようなものを用いてもよい。例えば、弾性重合体や、使用時のひずみが小さい場合は、ばねの金属でさえも伸長部材２に用いることができる。実際には、金属は弾性率が他の重合体と比べ著しく高いため好ましくない。
【００８８】
いくつかの実施形態においては、コイル状態の組立物１を収納する筐体やディスペンサーを備え、コイルされた伸長部材２に貯められているエネルギーを拘束し、伸長部材が自然にコイル状態から伸長してしまうことを防ぐことが望ましい場合もある。
【００８９】
光ファイバー３が薄層の間に埋め込まれている積層構造を用いることで、ひずみの伝達と衝撃や摩耗等からの光ファイバーの保護との有益な組み合わせを得ることができる。薄層の層は重合体やエラストマー、さらには金属でもよく、接着により積層したり、積層構造が繊維強化複合材（ＦＲＣ）である場合は処理によりセンサーの接着を行うことができる。ひずみの伝達がより弱くなるように光ファイバーと伸長部材の間の機械的連結をより弱くすることが望まれる場合は、ポケットや溝を層の間の伸長部材内部に形成し、光ファイバー３を収納すればよい。弾性のある、例えばゲル状の物質を光ファイバーと伸長部材との間に配置して伸長部材と光ファイバー間の応力やひずみの伝達をさらに制御してもよい。
【００９０】
原理上は光ファイバー組立物１を組み立てるのに好適な方法はたくさんある。とりわけ好ましい方法として、光ファイバー３を繊維強化ポリマー（以下“ＦＲＰ”）の層の間に積層することが挙げられる。ＦＲＰは本来公知であるのでここでは詳述しない。しかし、手短に述べると、ＦＲＰは繊維により強化されたポリマーマトリクスによる複合材料である。その繊維は通常繊維ガラス、カーボン、アラミドであり、ポリマーは通常エポキシ、ビニルエステル、若しくはポリエステル熱硬化性プラスチックである。繊維質の材料を使用することでプラスチックの強度と弾性が機械的に高められている。繊維強化なしの元のプラスチック材料はマトリクスとして知られている。マトリクスは頑丈だが、相対的には弱いプラスチックであり、より強く堅い強化フィラメントや強化繊維により強化されている。繊維強化プラスチックにおいてどの程度強度と弾性が高められているかは、繊維とマトリクス両方の機械的性質、体積の比、マトリクス内での繊維の長さや向きによる。
【００９１】
光ファイバー３はそれらを統合する時に組み込むか、後で２以上のＦＲＰ殻の層を接着材により接着し、薄層の層間に光ファイバー３とともに殻を留めることで積層することができる。ＦＲＰを用いることにより、光ファイバー組立物１の特定の用途の必要に適合したものとなるように、異なる層の光ファイバーの重さや方向を異にすることで殻の機械的性質を操作することができる。
【００９２】
それゆえ、ＦＲＰは例えば層の繊維含有量や角度を変えることにより、軸方向／ねじり／輪状の剛性をうまく同調させることができるため、部材２を作製するにあたり特に好ましい材料である。とはいえ、他の材料も用いることができる。例えば、金属を帯状にしたものを用いて、そこに穴を空けたり溝を付けたりしてその特性を調整することができる。複合材料や双安定部材の作製には従来の方法を用いることができる。複合材料の都合よく機械化された製造方法は出願人による２０１３年１月３０日出願の英国特許出願番号１３０１６３７．３に開示されている。
【００９３】
一つの好ましい実施形態においては、伸長部材に用いられる材料は双安定材料もしくはＦＲＰにより形成されたものである。そのような双安定部材は、コイル状または収縮状態から展開状態へと再構成することのできる、伸縮可能でコイル状にすることのできる部材を備える。図１に示されている光ファイバー組立物１は、コイル状で部材の断面が通常平坦となる第一の安定状態となり、展開した状態で部材の断面が上述したように湾曲している第二の安定状態となるように、任意に双安定材料から構成することができる。好ましくは、双安定部材２は複数回にわたりコイル状と展開状の間が可逆的になるよう設定されていてもよい。好ましい構造は国際公開公報  第  ８８／０８６２０、国際公開公報  第  ９７／３５７０６、国際公開公報  第  ９９／６２８１１、国際公開公報  第  ９９／６２８１２に開示されており、それぞれここに参照により包含されている。このような双安定構造は英国ＬｙｍｉｎｇｔｏｎのＲｏｌａＴｕｂｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｉｍｉｔｅｄから入手可能である。
【００９４】
上記に参照されている特許出願に記述されているように、このような双安定部材は通常部材を展開状態に（例えば本例においては円形の断面を持つように）するためのバイアスを作る材料を備えおり、また最初のバイアスと反対のバイアス（例えば部材を平坦、伸縮、もしくはコイル状へとバイアスするもの）を作る材料も備えられている。双安定部材は例えば金属製の、弾性のある基板を備えてもよく、基板は展開状態へとバイアスされており（例えば双安定部材が円形の断面を持つように）、双安定部材を伸縮状態（例えば双安定部材が平坦な断面を持つような状態）へとバイアスする傾向のあるプラスチック層と積層されている。あるいは、部材はひも状またはシート状でプレストレス力手段が取り付けられているか埋め込まれている熱可塑性材料を備えてもよい。具体例の一つとしてはプレストレス力の付与された繊維を含む熱可塑性のひも（ガラス、カーボン、高分子の材料からなる繊維など）が挙げられる。この繊維は、例えば繊維のひと束が長手方向の伸び、別の繊維の束が横方向に伸びるなど、コイルされた部材の面において互いに異なった角度に配置されてもよい。このような繊維強化複合部材（ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂に、ガラス、カーボン、アラミド等他の材料の繊維が埋め込まれているものなど）は本発明に好ましく用いられる。しかし、ここに記載されている繊維は光ファイバー３とは異なるということに注意が必要である。
【００９５】
双安定部材２をこのように用いることは光ファイバー組立物１がコイル状態で安定している、つまり、取り扱いや保管などがより簡単であるということである。例えばコイル状態の組立物１を拘束しておく筐体やディスペンサーなどがいらないということである。しかし、これらは必要ならば使用してもよい。
【００９６】
よって、光ファイバー組立物１は完全にコイル状態を解かれて設置される前に、配置される場所に輸送することができる。伸長部材２が展開している状態での弾性力／剛性もまた、伸長部材２と光ファイバー３が連結している範囲において光ファイバー３が好ましい所定の位置および／または張り具合となるよう作用する。このことは光ファイバーが曲がることによるロスを減らす点において、また望まれるところでは光ファイバーへの外部応力／ひずみを伝達する点において重要となりうる。光ファイバー組立物１の様々な形態と使用について以下に述べる。
【００９７】
図３、４は図１、２に示されている光ファイバー組立物によるセンサー組立物１の配置の例を示している。図１，２において光ファイバー３は対象となる構造物の性質を感知するセンサーとして用いられている。
【００９８】
光ファイバーのセンサーとしての使用は、例えば柔軟性のあるパイプの監視のためなどにおいてよく知られている。ファイバー・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）は、特定の波長を反射し他の波長を透過する光ファイバーの小区間に構築される、分散型のブラッグ反射器のタイプの一つである。これは繊維芯の屈折率の周期的な変化によって可能となる。これにより波長の特定の誘電体反射鏡が作られる。ファイバー・ブラッグ・グレーティングはそれゆえ特定の波長をブロックするインライン光学フィルター、もしくは特定の波長の反射器として用いられることができる。ファイバー・ブラッグ・グレーティングはひずみを感知できるのと同様、温度の感知もできる。これは、ファイバー・ブラッグ・グレーティングを光ファイバーセンサーにおける感知要素として使用することも可能であるということである。ＦＢＧセンサーにおいては、レーザーによって光を繊維芯へ取り入れ、対象物の性質の変化により、測定、分析可能なファイバー・ブラッグ・グレーティングのずれが生じる。加えて、アンモディファイド光ファイバーの丈全体または一部を用いて同様に感知を行うことができる。例えば、レイザー光のラマン、レイリー、ブリルアン散乱を用いることは、温度、ひずみ、また振動を測定する技術によく取り入れられている。
【００９９】
感知の場面で用いられる場合、光ファイバー組立物１において、応力やひずみが部材から光ファイバーセンサー３へと伝達するよう、光ファイバー３の少なくともいくつかの部分が部材２の丈に沿って接着されているか強く連結されていることが好ましい。それゆえ、例えば温度、ひずみ、振動など測定されている特性の変化により、対象の構造体から伸長部材へと誘導されたひずみや応力は光ファイバーセンサー３へと伝達され、測定、分析されることができる。また、光ファイバー３の接着、連結されている部分は配置された時には引っ張られ、それゆえピンと張っていることが好ましい。よって、光ファイバー部分には“緩んだ”所がなく、つまり、光ファイバー部分の部分的な伸長部材のひずみは直ちに光ファイバーのひずみへと伝達される。同時に、ほとんどの光ファイバーは壊れる前に２％程度しかひずみを許容しない。よって、少しプレテンションが付与されていることが通常好ましい。起こりうる破損に対する様々な保護方法について以下に述べる。
【０１００】
センサー組立物１はコイル状態を完全に解かれる前に配置場所に輸送され、性質を測定しようとする構造体１００に連結することが好ましい。
【０１０１】
電気システム１０（図３、４参照）が用意され、コネクターを経由してセンサー組立物１の端部に取り付けられている。通常、市場で入手可能な多くの機械的接続のうちどれを採用して接続してもよい。電気システム１０はセンサー３に接続されているデータロガー、電源および関係する器具類９を備えてもよい。データロガーはセンサー３の出力を記録する。あるいは、もしくはそれに加え、システム１０は分析のためセンサーのデータを遠隔のレシーバーに中継するためのトランスミッターを備えてもよい。ワイヤーやコネクターは構造体から伸ばされたままとなっており、電気システム１０からセンサーへと接続されるようになっている。
【０１０２】
図３は構造１００が筒状のコンクリート製環状要素からなるトンネル１００ａである例を表す。本例におけるセンサー組立物１は全体もしくは一部が円形または螺旋状でよく、トンネル１００ａの形状に合うようになっている。センサー組立物１を配置する際、センサー組立物１は最初にコイル状態を解かれトンネル１００ａを形成するコンクリート環の外周のまわりに配置される。コンクリート環の周りのスペースは土、コンクリート、または他の微粒子材料もしくは硬化材料１０１で満たされる。このようにして、センサー組立物１はトンネルに連結され、トンネル１００ａに関連する力や性質は同じようにセンサー組立物１によって感知される。それゆえ、センサー組立物１の光ファイバーセンサー３はトンネル１００ａの局所的な性質や局所的な性質における変化を測定することができる。
【０１０３】
例えば、トンネル１００ａの丈に沿ったずれを測定することが望まれることもある。この場合、センサー組立物１とトンネル１００ａとの間のフィラー材料１０１による連結によって、センサー組立物１がトンネル１００ａと同様のずれを経験する。センサー組立物１はこれらのずれを光ファイバーセンサー３におけるひずみの変化具合によって測定することができる。同様に、センサー組立物１はトンネル１００ａへの水の進入やダメージを示す場合がある、温度の局所的な変化を測定することができる。圧力、振動、騒音、流量、応力など他の様々な性質もそのようなセンサーを用いて測定することができる。
【０１０４】
図４は構造体１００ｂの一例を示している。構造体１００ｂにおいては、センサー組立物１は直線で、基礎を掘ったり建物の内部など何らかの物体に穴を空けることなどにより形成された空間に固定されている。この空間はコンクリートや他の硬化材料または粒子材料により満たされ、センサー組立物１の周りに対象となる構造体が形成される。センサー組立物１はコンクリートに覆われ、構造体１００ｂに連結して構造体１の性質を監視することができるようにされている。構造体１００ｂはコンクリート製であれば何でもよく、例えば基礎、トンネル、壁、柱、アーチなどが挙げられる。あるいは、フィラーにより空間が満たされる前に、展開されたセンサー部材１が配置されている現存の構造体や物体の中に穴を設けてもよい。
【０１０５】
それゆえ、センサー組立物１は構造体や建物、他の物質体などを単純に、また費用を抑えて監視することが望まれる多くの土木計画で、大規模にわたって、または長期間にわたって都合よく用いられることができる。センサー組立物１はコイル状にすることができるため、相対的に小さくして保管や輸送される。そしてセンサー組立物１は単純に展開され、それにより自動的に光ファイバーセンサー３が引っ張られ、測定のため張り具合が調整され、繊細な光ファイバーの保護にもなる。センサー組立物１は次に対象の構造体や物体に連結され、測定が行われる。このことを、空間をコンクリートや似たような建築材料で満たす前に、通常熟練した作業者が２つのブラケットの間でそのままの状態で引っ張られている光ファイバーセンサーを取り付けるという現行の光ファイバーセンサー３の配置と比べてみると、現行の配置は不便で時間がかかり、費用もかかる。
【０１０６】
１以上の光ファイバー３もしくは光ファイバー３の部分は接着されていない状態か伸長部材２に強く連結されている光ファイバー３の他の部分に比べ弱く伸長部材２と連結されており、光ファイバー３のコントロール部となっている。このコントロール部３には、コントロール部が伸長部材２に対して滑ることができるほどには応力やひずみが伝達されない。例えば、光ファイバーセンサー３は伸長部材に形成された“ポケット”や溝に位置し、および／または例えばジェルのような弾性部材に埋め込まれている。その弾性部材により、光ファイバーが展開した時は光ファイバーをまっすぐ保ち、張り具合が弱まった時だけそれを伝達するのに十分な連結ができている。
【０１０７】
通常のセンサーに加えコントロールセンサーを用いることで、温度変化の効果を構造体の他の性質を測定する際に補正することができる。強く連結された光ファイバーは温度変化と同様に構造体内の応力やひずみに影響される。ゆるく連結されたコントロールセンサーは伸長部材を展開したり曲げたりする構造体内の応力やひずみに影響されず、影響されたとしても伸長部材に対して滑ることができるため光ファイバーよりは影響の度合いが少ない。しかし、温度変化の影響は受ける。そこで、計算が行われる時は、コントロールセンサーによる測定は強く接着されたセンサーと組み合わされて、応力、ひずみ、振動などの構造体の性質が測定されるが、同時に測定の経路全体のセンサーが感知した温度変化を補正する。反対に、計算を調整することによって、温度の読み取りはゆるく連結されたセンサーを用いて行うこともできるが、応力やひずみの変化の効果は強く連結されたセンサーによる測定を用いることによって補正される。上述したように、光ファイバーを用いた応力、ひずみ、温度等の計算は公知のものであり、ここでは詳述しない。
【０１０８】
通常光ファイバーは相対的に最大ひずみが小さい。例えば多くの繊維は２％程度のひずみで壊れる。このことは光ファイバーの最大ひずみが見込まれる構造体においてひずみを測定する際に問題となりうる。図１０はセンサー組立物１の他の例を示し、この問題に対処するために用いることのできる、伸長部材２に対して光ファイバーセンサー３を配置する他の方法を示している。ここでは光ファイバーセンサー３は伸長部材２に沿った正弦曲線に配置されている。他の繰り返しの湾曲した経路を用いることもできる。
【０１０９】
伸長部材２は補強された領域２ｂを備え、領域２ｂは正弦の交差と一致している。そのため、伸長部材２は少なくともその領域２ｂにおいて長手方向により堅い（弾性率がより高い）。領域２ｂは、光ファイバー３ｂが長手軸５０に対しより斜めに配置されている他の部分２ａと比べ、光ファイバー３ａが伸長部材２の長手軸に最も近づいて配置されている。このことは、伸長部材に付与された長手方向の応力や曲げモーメントに対し、補強された領域２ａが受ける長手方向のひずみが他の領域２ｂが受けるひずみより少ないということである。
【０１１０】
この配置では、長手方向のひずみ軸に対する角度により、光ファイバーの傾斜部分３ｂが受けるひずみは伸長部材の下部よりも小さい。より整列した部分３ｂはより多くのひずみを受けるが、上述したように伸長部材のこの部分におけるひずみは補強のためより小さくなっている。このため、領域２ａ、２ｂ両方における光ファイバーは、補強がなく光ファイバーが伸長部材の軸を真っ直ぐ降りる場合と比べ、受けるひずみが小さい。この技術は、光ファイバーが壊れるほどのひずみを上回ることなく、伸長部材が受ける全体のひずみを増加させるために用いることもできる。
【０１１１】
図１１にセンサー組立物１の他の例を示す。図１０に表れているように、光ファイバー３は伸長部材２に沿って走る正弦曲線に配置されている。この例では、光ファイバーの整列された部分３ａは伸長部材とは連結されていないが、傾斜部分３ｂは光ファイバーに接着されている。この例では、図１０とは異なり、伸長部材に補強された部分はない。
【０１１２】
このため、長手方向のひずみ軸に対する角度により、光ファイバーの傾斜部分３ｂが受けるひずみは伸長部材の基本的部分よりも少ない。この例では、より整列された部分３ｂは伸長部材２に連結されていないためひずみを受けない。光ファイバーのこれらの部分３ａは湾曲し、伸長部材に対して動くことができるため、伸長部材がひずみを受けるのに従い、伸長部材に内在するひずみを受けている光ファイバーの部分よりもむしろ光ファイバー３ａのこれらの部分における“緩み”が取りこまれる。よって、図１０の例にあるように、領域２ａ、２ｂの両方の光ファイバーが受けるひずみは伸長部材にかかる全体のひずみに比べ少ない。この技術は、光ファイバーが壊れるひずみを上回ることなく、伸長部材が受けることのできる全体のひずみを増加させるためにも用いることができる。
【０１１３】
図１１の配置が温度の補正に用いられるということにも注目すべきである。他の例（図５から図７）に関係して上述したように、光ファイバーの連結されていない部分は伸長部材にかかるひずみを受けないが、光ファイバーの連結された部分はひずみを受ける。両方の部分は温度変化の影響を受ける。これにより測定において温度の影響が構造体による伸長部材におけるひずみや応力の影響と別になるよう計算をすることができる。言い換えると、適切な補正により、このように配置された１本の光ファイバーから、測定されたひずみ／応力がどの程度温度変化に起因するのか、どの程度測定した構造体における振動や移動など他の要素に起因するのかを決定することができる。
【０１１４】
図１１を再度参照してみると、長手方向のポケット２１ａ、２１ｂを伸長部材２内に設け、その中に光ファイバーの整列された部分３ａを光ファイバーが伸長部材と連結しないように配置することができる。製造時、層間の光ファイバーとともに積層する前に、ポケットの部分に対応する部分の複合材料の対向する層にはリリースフィルム等を用いることができる。このようにして、光ファイバーは伸長部材が積層されている部分において伸長部材と連結され、リリースフィルムにより伸長部材が局所的に積層されていない長手方向２１ａ、２１ｂにおいては連結されていない。
【０１１５】
このため、図１０、１１の組立物においては、光ファイバーのうち装置の予測されるピークのひずみにおいて、問題となる光ファイバーの設計荷重を超える可能性のある部分は、伸長部材の弾性率を増加させたり、それらの部分において光ファイバーを伸長部材から離したりすることにより、ひずみがそれらの部分が許容できる範囲のひずみに減少させるように配置される。好ましい例においては、光ファイバーのそうした部分は長手軸の少なくとも３０度、または４５度、またはそれ以上の範囲内に配置され、受けるはずのひずみを少なくしている。伸長部材の弾性率が増加している例では、必要に応じ２より多くの異なった部分が用いられ、つまり光ファイバーの傾斜の違いに応じた３以上の異なったレベルの弾性率を用いて光ファイバーが受ける全体のひずみをコントロールしている。伸長部材２の弾性率は光ファイバーの傾斜に合わせなだらかに変化が付けられていてもよい。
【０１１６】
図１０，１１における例では、測定されるシステムの予測されるひずみの形状に応じて、湾曲の振幅とピッチに変化をつけ光ファイバーのひずみの減少に変化を付けてもよい。上述したように、正弦曲線に配置されている光ファイバーによって、光ファイバーが壊れなることなく過度のひずみに対して組立物全体が伸びるようにすることができる。光ファイバーにより記録されたひずみは、レーザーによる測定機器が識別できる範囲にわたる、装置全体の長さにおける光ファイバーのひずみの平均である。そのため、光ファイバーが感知する平均のひずみは正弦曲線の周期と振幅の関数である。長い周期の振幅が低い湾曲では光ファイバーの正味のひずみにおける減少は少なく、短い周期の振幅が高い湾曲では全体としての装置よりも光ファイバーが感知するひずみは比例的に少ない。湾曲の周期と振幅を変化させ、許容できるピークよりも大きなひずみを受けるはずの光ファイバーの部分をひずみから守ることにより、光ファイバーのひずみの減少に比例して感度が減少することから、どの程度の正味のひずみの測定が望まれたとしても装置を選ぶことができる。
【０１１７】
理解されるように、図１０，１１の例においては光ファイバーの経路は正弦曲線から他の湾曲形状にまで変化させることができる。上述のテクニックは光ファイバーの部分が長手軸に対しより大きい角度や小さい角度で配置されており、小さい角度で配置されている部分が伸長部材の部分により高い弾性率で固定されているような経路においても用いることができる。周期的な曲線が好ましい。正弦曲線は、周期的であり、湾曲が徐々に変化することから都合が良い。
【０１１８】
図８は光ファイバー３が通信用に用いられている図１、２に示されている光ファイバー組立物１の配置の例を示す。溝１５１が線路または道１５０のそばに沿って単純に掘られてもよく、コイルが解かれた光ファイバー組立物１が溝に配置され、その後溝は埋め戻され組立物１が埋められる。伸長部材の剛性によって光ファイバーセンサー３はフィラー材料１５２から荷重が付加されたとしても真っ直ぐに保たれる。ケーブル組立物の端部では、この例では地面の高さのキャビネット２０１に接続している地域電話２００のように、光ファイバーの長さが送信器／受信機に端部で接続される。分配器、リピーターおよび／または増幅器を光ファイバーの丈に沿って周期的に備える必要がある場合もある。
【０１１９】
光ファイバー組立物１によって光ファイバーを所望の場所および／または張り具合で配置することができるので、ロスを減らすことができる。このことはひいては光ファイバーの長い丈に沿ってシグナルを修復するリピーターなどの数を減らすことができるということである。つまり、これは特に数十メートル、１００メートルまたは１ｋｍ以上などの長い光ファイバーに都合よく用いることができるということである。この場合、光ファイバーと伸長部材との連結はセンサー組立物の連結よりゆるくてよい。これは、通信システムにおいて、光ファイバーに外部からの力が伝達されるのは好ましくないからである。言い換えると、安定した状態が望まれるため、光ファイバー内の光の伝達が通信システム内において環境条件に影響されるのは好ましくないということである。このため、光ファイバー３は光ファイバーの位置や張り具合をコントロールするのに十分な連結をもたらすと共に光ファイバーに対し環境からくる大きなひずみ等を伝達しないようなジェル状物質で満たされた伸長部材２内の溝やポケットに配置されてもよい。
【０１２０】
同様に、光ファイバー組立物は建物内で使用し迅速、単純に光ファイバーネットワークをダクトや天井スペース等に配置することができる。図９は最初の光ファイバー組立物１が屋根裏空間に配置されている建物３００を示す。伸張部材２の剛性によって、例えば光ファイバーが支持されていない部分を含みつつ屋根のジョイント３０１に配置されている場合であっても、伸張部材に沿ってまっすぐもしくは概して軸方向になるように、光ファイバーの位置や張り具合がコントロールされている。これにより、通常のケーブルであれば垂れ下がって性能が落ちるような、展開された伸張部材２の弾力が光ファイバーにかかる外部の力（この場合は自身の重さ）に抵抗することによる曲げが生じても、光ファイバーの性能が低下することがない。
【０１２１】
図９はまた床板３０３の下に配置されている光ファイバー１ｂ、１ｃも示す。伸張部材２の剛性により、組立物がジョイント３０２の間のスペースに押し入れられ、摩擦抵抗を克服し配置経路において障害となりうるものの回りに配置される。これにより、取り除かれなければならなかった床板３０３の数が最小限に抑えられる。原理上は、組立物の最初と終わりのポイントにある２枚の床板だけを取り除けばよい。組立物１は次第にコイル状態５からコイルを解かれ、床板３０３の下のスペースに配置される。このことは限られたスペースでの作業に有利である。必要ならば、組立物を必要な長さだけ切ってもよい。展開したら、ケーブル組立物１の両端部をネットワーク５００の残りの部分や周辺機器５０１等と接続する。理解されるように、上述した有利な点は、床板の下に光ファイバーを配置する場合だけでなく、空間へのアクセスが限定されている他の状況においても同じく発揮される。
【０１２２】
図５は光ファイバー組立物１の他の例を示す。本例においては、“ポケット”８（破線で示されている）が伸張部材内に形成され、その中では光ファイバー３は伸張部材に強く連結されていないので伸張部材に沿って動くようには設計されていない。ポケット８における光ファイバーの部分３ｂはポケット８の外側で伸張部材２に固定されている部分３ａのように緩んでも真っ直ぐでもない。本例においては、強く連結されていない部分３ｂは輪状かコイル状になっている。
【０１２３】
図６はポケット８（破線で示されている）が伸張部材２の丈に沿って形成されている他の例を示す。光ファイバー３はポケット８内で周期的に輪を形成し伸張部材２に連結されていない部分３ｂと伸張部材２に連結されている部分３ａとを形成している。
【０１２４】
図５、６のポケットは単純に製造時ポケットの部分の部材を形成する層の対向する面にリリースフィルムを用いて、ポケット部分において互いが積層されないようにすることで作られる。図５、６の配置には以下の有利な点がある。
【０１２５】
最初に、伸張部材２のひずみが伸張部材２と強く連結されてピンと張っている光ファイバー３の部分３ａに伝達されるが、伸張部材２にゆるく連結されているか固定されていないポケット内の部分３ｂには伝達されない。これは光ファイバー組立物１がセンサー組立物１として用いられ、光ファイバー３の測定値を分析する際に温度とひずみとを分けて測定する際に有益である。伸張部材２からどのように光ファイバーを離してコントロールすることで伸張部材２に強く連結されている他の光ファイバーが読み取った温度変化の影響を消し去るまたは弱めることができるのかについては、本願において先に述べた。本例においては、先の例にあるように別個の“コントロール”ファイバーを設ける代わりに、実際はひずみに影響されない“コントロール”部を光ファイバーに設けることで、似たようなプロセスを用いることができる。
【０１２６】
次に、図５，６の配置は伸張部材２の丈に沿って複数のポケット８や輪状の光ファイバーセンサー部分３ｂを設けることができるという点でさらに有利である。これによりポケット８に一致するどんなポイント９においても伸張部材２を所望のサイズに切ることができる。例えば、ポケット８は１ｍの長さごとに備えられてもよい。図７は部分９に沿って切断された図６の光ファイバー組立物１を示す。ポケット８内の光ファイバー３の輪状の部分３ｂを展開して外に出し、測定システム１０によって接続されることのできる部分３ｃを形成することができる。通常は、光ファイバーはコーティングされ、接続するためにはその部分を適当な化学物質か機械的手段、または熱を加えることでそぐ必要がある。このため、光ファイバー組立物１は長尺で光ファイバー３に簡単に接続できるように必要に応じたサイズに切ることができるように製造される。この技術は組立物１がセンサーや通信用、また可能な他の用途のために使用される場合であっても用いることができる。
【０１２７】
さらに、光ファイバー組立物１を配置するときには、ポケット８によってケーブルを分岐させ新しい接続を行うのに都合のいい場所を作ることができる。このことはケーブルネットワーク加入者を加える場合に便利である。
【０１２８】
ＲＦＩＤタグや磁気マーカーや同様の無線トランスポンダーやマーカーを伸張部材２のポケット８の近くに固定し、タグやマーカー、トランスポーダーを検知器で検知することでポケット８の場所をすぐに特定できるようにしてもよい。これは例えば地面などに組立物１が配置されたときに、ポケットを探し、ポケット部において新しい接続を行う際などに便利である。
【０１２９】
理解されるように、光ファイバーには、それ未満では効果的に機能しないかまたは全く機能しなくなるような、上述した最小の曲げ半径がある。よって、ここで開示されている態様における光ファイバーのコイル部、輪状部、湾曲した部分は、曲げにおける光ファイバー特有の制約に注意して形成され、許容できないほどの損失がないようにされている。
【０１３０】
本発明の態様は、図示された例に特に言及し記載されている。しかし、本発明の範囲内に記述された例に対し、変更や改良が加えられてもよいことは理解されることである。
【図１】
2017515098.tif 000003
【図２】
2017515098.tif 000004
【図３】
2017515098.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017515098.tif 000009
【図８】
2017515098.tif 000010
【図９】
2017515098.tif 000011
【図１０】
2017515098.tif 000012
【図１１】
2017515098.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月7日(2016.11.7)
【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】
対象の構造体に関する性質を感知するセンサー組立物を配置する方法であって、
前記センサー組立物は、
伸張部材と、
少なくとも１つのセンサーと、を備え、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記センサーは前記伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、前記センサーの少なくとも一部は、感知の必要に応じて前記伸張部材にかかるひずみが前記センサーに伝達されるように、前記展開状態の前記伸張部材が前記センサーの前記一部の位置および／または引っ張り具合を制御するように固定されており、
前記方法は、
前記伸張部材のコイルを解き、前記センサー組立物を配置する工程；および
上記工程の後で、前記センサー組立物が前記構造体に連結して前記構造体の性質が前記センサーにより感知されるように、前記対象の構造体を前記センサー組立物の周りに形成する工程、またはフィラー材料を前記センサー組立物と前記構造体との間の空間に導入する工程、
を備える、センサー組立物の配置方法。
【請求項２】
前記対象となる構造体を形成する工程が前記センサー組立物の周りに硬化材料または微粒子材料を流し込む工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フィラー材料を導入する工程が前記構造体と前記センサー組立物との間に硬化材料または微粒子材料を導入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記センサーが光ファイバーセンサーである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記伸張部材に固定された前記センサーの一部は前記伸張部材が展開されたときはピンと張っている、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記伸張部材に沿って配置されている前記センサーの他の部分、または前記伸張部材に沿って配置されている他のセンサーの少なくとも一部は、前記伸張部材に対応して動けるように、前記伸張部材が展開されたときにピンと張っておらず、前記伸張部材に固定されていない、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記伸張部材は少なくとも２つの層を備える積層体により形成されており、前記センサーは前記層のうち２つの間に固定されており、前記積層体は前記層が積層されておらず、内部においてセンサーがピンと張らずに前記伸張部材に対応して動くことのできる、少なくとも１つのポケットを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ピンと張っておらず前記伸張部材に対応して動くことのできる前記センサーの前記部分は輪またはコイルを形成する、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記センサーは前記伸張部材に沿って前記輪またはコイルを間隔を空けて形成し、前記輪またはコイルの各々の間がピンと張っている複数の部分を備える、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記伸張部材に固定されている前記センサーの前記部分は前記伸張部材の長手軸に対して平行である、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサーのピンと張っている前記部分は、ピンと張っておらず前記伸張部材に対応して動くことのできる前記センサーの前記部分と比べ、前記伸張部材の長手方向に対しより大きな角度がつけられている、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記センサーの部分は、前記伸張部材の長手方向に対する角度が小さい前記センサーの他の部分に比べ、前記伸張部材の長手方向に対しより大きな角度がつけられており、より大きい角度で前記センサーが固定されている前記伸張部材の長手方向の部分はより小さい角度で前記センサーが固定されている前記伸張部材の長手方向の他の部分に比べ弾性率が小さい、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサーは前記伸張部材の長手軸に対し周期的な湾曲経路を描く、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ｉ）センサーからの読み取りを可能にし、記録システムとなるデータロギングシステム、ｉｉ）センサーからの読み取りを可能にし、遠隔で伝達できるデータ伝達システム、のうち少なくとも一つを提供する、センサー組立物にセンサーと通信する電子装置を取り付ける工程を含んでもよい、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記構造体の
ａ）温度の感知、
ｂ）圧力の感知、
ｃ）振動の感知、
ｄ）応力の感知、および
ｅ）ひずみの感知
のうち少なくとも一つを含む、前記構造体に関連する性質を感知する工程、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記部材に固定されている前記センサーの少なくとも一部と、前記部材に対し動くことのできる前記センサーの一部または他のセンサーによる感知により、温度変化の影響を構造体に関連する温度以外の性質の影響と分離する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
コミュニケーション通信用の光ファイバー組立物を配置する方法であって、
前記光ファイバー組立物は、
伸長部材と、
少なくとも１つの光ファイバーと、を備え、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記光ファイバーの少なくとも一部分は前記伸長部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って前記伸長部材と連結されており、
前記方法は、
前記伸長部材のコイルを解く工程；および
前記光ファイバー組立物を配置する工程、を含む、方法。
【請求項１８】
前記伸長部材は展開された状態で前記光ファイバーの前記部分の位置および／または張り具合を統制する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記光ファイバー組立物を配置した後に、前記光ファイバー組立物の周りを埋める工程を含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記埋める工程において前記伸長部材の剛性により前記光ファイバーがほぼ真っ直ぐな位置に保たれている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記光ファイバー組立物を配置する工程が前記光ファイバー組立物を限定されたスペースに押し込む工程を含み、前記伸長部材の剛性により前記光ファイバー組立物が配置場所に押し込まれる、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記光ファイバー組立物を配置する工程は、前記光ファイバー組立物を、少なくとも第一と第二の位置の間にある前記光ファイバー組立物が支持されていないように、前記第一と第二の位置で支持する工程を含み、前記部材の剛性により前記光ファイバー組立物が前記第一と第二の位置の間で垂れ下がるのを防止する、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記光ファイバーはポケット内において、前記伸長部材に沿って少なくとも１つの輪状またはコイル状になった部分を備え、前記輪またはコイルは前記伸長部材に連結されていない、請求項１７から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
無線で発見できるタグまたはマーカーが前記伸長部材の前記輪またはコイルの近傍に固定されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
伸長部材と、
少なくとも１つの光ファイバーと、
を備える感知用または通信アプリケーション用の光ファイバー組立物であって、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記光ファイバーは前記伸長部材の長手方向の各部分に沿って部分的に前記伸長部材に連結されており、
前記光ファイバーの他の部分は輪またはコイルを形成し、前記輪またはコイルは前記光ファイバーのうち前記伸長部材と連結されている部分の間で前記伸長部材と連結されていない、光ファイバー組立物。
【請求項２６】
前記伸長部材は少なくとも２つの層からなる積層体で構成されており、前記光ファイバーは前記層のうち２つの間に固定されており、前記積層体は、前記層が積層されておらず内部で前記光ファイバーが前記伸長部材に連結されていない少なくとも１つのポケットを備えている、請求項２５に記載の光ファイバー組立物。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの光ファイバーは前記伸長部材に沿って前記輪またはコイルを形成する部分を間隔を空けて複数備える、請求項２５または２６に記載の光ファイバー組立物。
【請求項２８】
１以上の輪またはコイルの一つずつの近傍で、前記伸長部材に固定された１以上のタグまたはマーカーを備え、前記タグまたはマーカーは、無線で検知され前記輪やコイルの場所がわかるよう構成、配置されている、請求項２７に記載の光ファイバー組立物。
【請求項２９】
展開された状態の前記伸長部材は前記光ファイバーの連結部の位置および／または張り具合を制御する、請求項２５から２８のいずれか一項に記載の光ファイバー組立物。
【請求項３０】
伸長部材と、
少なくとも１つのセンサーと、
を備えるセンサー組立物であって、
前記伸張部材はコイル状態と展開状態との間に構成可能に組み立て、配置され、前記コイル状態では前記伸張部材の長手方向の丈に対して横方向に伸びる軸に沿って巻回され、前記展開状態では前記伸張部材が前記展開状態で弾性的にバイアスされており、
前記センサーは前記伸張部材の長手方向の丈の少なくとも一部に沿って配置され、
前記センサーの第一部分は、前記伸長部材の長手軸に対し、前記センサーの第二部分よりも相対的に大きな角度がつけられており、
前記センサーの少なくとも前記第一部分は、展開状態の前記伸長部材が前記センサーの前記第一部分の位置および／または張り具合を制御して、前記伸長部材にかかるひずみが感知のため必要に応じて前記センサーへ伝達されるよう、前記伸長部材に固定されており、
（ｉ）前記第二部分は緩んでおらず前記伸長部材に対して動くことができ、
または
（ｉｉ）前記第二部分は前記伸長部材に固定されており、前記伸長部材の長手方向のうち前記第二部分が固定されている部分は前記第一部分が固定されている部分よりも弾性率が高い、センサー組立物。
【国際調査報告】
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