JP2004506869A - ブラッグ回折格子圧力センサ - Google Patents
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Abstract
ファイバ回折格子圧力センサは、光検出素子（２０，６０）を備えており，この光検出素子は、ブラッグ回折格子（１２）が内部に刻み込まれた光ファイバ（１０）がガラス製毛管（２０）の少なくとも一部に収容されかつ融接されたもの、および／またはコアおよび大きなクラッディングを備えた大直径型導波路回折格子（６００）である。この検出素子（２０，６０）の外側寸法は、少なくとも０．３ｍｍである。光（１４）が、回折格子（１２）に入射し、反射波長λ１を有する光（１６）が、回折格子（１２）で反射する。前記検出素子（２０，６０）は、それ自体で利用することも、ハウジング（４８，６０，９０，２７０，３００）内部に配置することも可能である。外部圧力Ｐが増大すると、回折格子（１２）が圧縮され、これによって、反射波長λ１が変化する。
Description
【０００１】
【関連出願とのクロスリファレンス】
本願は、１９９８年１２月４日に出願された米国特許出願第０９／２０５，９４４号を一部継続する、１９９９年９月２０日に出願された米国特許出願第０９／３９９，４０４号の内容を一部継続するものである。さらに、本願と同時に出願された「管に収容されたファイバ回折格子」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−００７８Ｂ）号、「歪み隔離型ブラッグ回折格子」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１２８Ｂ）号、「圧縮同調式ブラッグ回折格子およびレーザ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１２９Ｂ）号、「圧力隔離型ブラッグ回折格子温度センサ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１４６Ｂ）号、「光ファイバブラッグ回折格子圧力センサ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−００１４）号、「大直径型光導波路、回折格子およびレーザ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０２３０）号、および１９９８年１２月４日に出願された「管に収容されたブラッグ回折格子を形成する方法および装置」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１３０）号は、全て、本願に開示された内容を含むものである。
【０００２】
【技術分野】
本発明は、光ファイバ圧力センサに関し、特に、ブラッグ回折格子圧力センサに関する。
【０００３】
【背景技術】
圧力および温度といった様々な物理的パラメータを測定するためのセンサは、多くの場合、弾性構造（例えば、ダイアフラム、ベローズなど）から検出素子への歪みの伝達を利用している。圧力センサの場合、検出素子を適した接着剤によって弾性構造に結合させることができる。
【０００４】
弾性構造への検出素子の取り付けが堅固に行われなかった場合は、このような取り付けに起因して大きな誤差が生じる可能性がある。静的パラメータもしくは変化速度が非常に小さいパラメータをセンサによって測定する場合は、構造への取り付け状態を長期間安定させることが重要となる。このようにセンサが長期間安定しないことの主な原因は、「クリープ」として知られる現象（つまり、弾性構造に加えられる荷重が変化しない状態での、検出素子の歪みの変化）であり、これによって、検出信号のＤＣシフトつまりドリフトエラーが生じる。
【０００５】
静的パラメータおよび／または準静的パラメータを測定するための特定のタイプの光ファイバセンサの場合、弾性構造への光ファイバの取付け状態の安定性が高く、かつクリープが小さいことが必要である。クリープを抑制するようにファイバを構造に取り付けるためには、様々な技術（例えば、接着剤、結合剤、エポキシ、セメントおよび／またははんだ）が存在する。しかし、これらの技術を利用しても、長時間および／または高温での用途では、クリープおよび／またはヒステリシスが生じる。
【０００６】
光ファイバを用いたセンサの一例として、ロバート Ｊ マロンに付与された「厳しい環境で利用される高感度光ファイバ圧力センサ」という名称の米国特許出願第０８／９２５，５９８号に開示されたものが挙げられる。この特許出願は、全体に亘ってこれについて開示している。この場合、光ファイバが、その一部で圧縮可能なベローズに取り付けられ、かつ第２の位置で剛性構造に取り付けられており、これらの２つのファイバ取付け位置の間にブラッグ回折格子が埋め込まれているとともにこの回折格子に引張力が加えられている。外部圧力が変化することによってベローズが圧縮された場合、ファイバ回折格子に加わる引張力が減少し、これによって、回折格子により反射される光の波長が変化する。この構造へのファイバの取り付けが堅固でない場合、ファイバが、取り付けられている構造に対して移動（つまりクリープ）することによって、上述したように、測定が不正確となる可能性がある。
【０００７】
他の例として、引張力が加えられた状態でファイバがＵＶセメントによってガラス製球状部材に固定されている光ファイバ回折格子圧力センサが、Ｘｕ、Ｍ．Ｇ．，ベイジャー（Ｂｅｉｇｅｒ），Ｈ．，ダケイン（Ｄａｋｅｉｎ），Ｊ．Ｐ．の「ガラス製球状ハウジングを用いた高感度ファイバ回折格子圧力センサ」（エレクトロニックレターズ、１９９６年、第３２巻、１２８〜１２９ページ）に開示されている。
【０００８】
しかし、上述したように、このような取付け技術によっても、長時間および／または高温の用途では、クリープおよび／またはヒステリシスが生じる可能性があり、さらに、製造が困難であるとともに製造コストが高くなる可能性がある。
【０００９】
【発明の開示】
本発明の目的は、クリープが抑制された光ファイバ圧力センサを提供することである。
【００１０】
本発明によると、圧力センサが、長手方向軸に沿って少なくとも１つの圧力反射素子を備えた光検出素子を備えており、前記圧力反射素子が、圧力反射波長を有する。前記検出素子は、外部圧力の変化に起因して軸方向に歪むものである。このような軸方向の歪みによって、前記圧力反射波長が変化し、この圧力反射波長の変化量によって、圧力の変化量が示される。前記検出素子の少なくとも一部の断面は連続しており、かつ同じ材料から形成されている。さらに、前記検出素子の外径寸法は、少なくとも０．３ｍｍである。
【００１１】
さらに本発明によると、検出素子が、反射素子が内部に埋め込まれた光ファイバと、長手方向軸に沿って光ファイバおよび反射素子を収容している管と、を備えており、前記管が、光ファイバの少なくとも一部に融接されている。さらに本発明によると、検出素子が、外側クラッディングおよび内側コアを有する大きな直径を有する光導波路であり、この導波路の外側の寸法は、少なくとも３ｍｍである。
【００１２】
さらに本発明によると、反射素子はブラッグ回折格子である。さらに本発明によると、検出素子は、ドッグボーン形状を有する。さらに本発明によると、検出素子は、ドッグボーン形状を有しており、反射素子のそれぞれ反対側の軸方向側部における、このドッグボーン形状の拡大部分の少なくとも一部に融接された外側管を備えている。
【００１３】
本発明は、光検出素子内部に配置されたファイバ回折格子を提供する。この光検出素子は、ガラス製毛管の少なくとも一部に融接された光ファイバ（管収容型ファイバ／回折格子）および／または光学的コアおよび大きなクラッディングを有する大きな直径の導波路型回折格子を備えている。この導波路型回折格子は、圧力が加えられた場合に弾性変形し得るものである。本発明は、クリープを実質的に防止するとともに、光ファイバの取付けに関する他の問題を回避する。このような検出素子は、シリカといったガラス材料から形成することができる。さらに、本発明によって、検出のヒステリシスを非常に小さくすることができる。本発明によって、検出素子の端面に対して荷重を軸方向に加えることが可能となり、これによって、検出の感度が向上される。本発明は、さらに、圧縮した状態で利用する場合のセンサの信頼性を向上する。さらに、１つもしくは複数の回折格子、ファイバレーザ、もしくは複数のファイバを検出素子内部に備えることが可能である。
【００１４】
ファイバの回折格子領域、および／または回折格子領域の両側の軸方向側部における回折格子に隣接した位置もしくは回折格子から所定距離だけ離間された位置に、管を融接することによって、１つもしくは複数の回折格子もしくはレーザを管に「収容する」ことができる。１つもしくは複数の回折格子もしくはレーザは、管の内部に融接するか、一部だけを管内部に融接するか、もしくは、管の外側表面に融接することが可能である。さらに、１つもしくは複数の導波路および／または管収容型ファイバ／回折格子を軸方向に融接することによって、検出素子を構成することも可能である。
【００１５】
さらに、本発明は、独立した（一点用）センサとして利用することが可能であり、もしくは複数のセンサを分散させて多重化（多点用）センサとして利用することもできる。さらに、本発明では、貫通型もしくは非貫通型の設計を用いることができる。検出素子の形状を、荷重に対する波長シフトの感度を向上させることができるとともに所望の感度を得るために拡大縮小することが容易な他の形状（例えばドッグボーン形状）とすることも可能である。
【００１６】
本発明は、油井および／またはガス井、エンジン、燃焼室の内部といった厳しい環境（高温および／または高圧）で利用することが可能である。例えば、本発明は、高圧（１５ｋｐｓｉより大きい圧力）および高温（１５０℃より高い温度）の環境で動作可能な、全体がガラスからなるセンサとして構成することができる。本発明は、環境に拘わらず、他の用途においても同様に動作し得る。
【００１７】
本発明の上述した目的および他の目的、特徴および利点は、実施例についての以下の詳細な説明によってより明確となるだろう。
【００１８】
【発明を実施するための最良の形態】
図１に示されているように、圧縮同調式ブラッグ回折格子は、周知の光導波路１０（例えば、標準的な通信用単一モード光ファイバ）にブラッグ回折格子１２が刻み込まれたもの（もしくは、埋め込まれたり、描かれたもの）から構成されている。ファイバ１０は、外径が約１２５ミクロンであり、周知のように適したドーパントを含むシリカガラス（ＳｉＯ２）からなることによって、ファイバ１０に沿って光１４を伝搬させることが可能となっている。ブラッグ回折格子１２は、周知のように、光導波路の有効屈折率および／または有効光学吸収係数の周期的もしくは非周期的なばらつきである。このような回折格子１２は、グレン等に付与された「光ファイバ内部に回折格子を刻み込む方法」という名称の米国特許第４，７２５，１１０号および第４，８０７，９５０号、グレンに付与された「光ファイバ内部に非周期的回折格子を形成する方法および装置」という名称の米国特許第５，３８８，１７３号に開示されたものと同様なものである。これらの特許は、この点について開示しており、本発明の理解するために参照することができる。しかし、いかなるタイプの、波長同調が可能な回折格子もしくは反射素子がファイバ１０内部に埋め込まれたり、エッチングされたり、描かれたり、もしくは他の方法で形成されたものも、所望により利用することができる。本願では、「回折格子」という用語は、これらの反射素子を全て示している。さらに、反射素子（つまり回折格子）１２は、光の反射および／または透過を行うために利用することができる。
【００１９】
所望により、光ファイバもしくは光導波路１０の材料および寸法を別のものにすることも可能である。例えば、ファイバ１０は、ガラス、シリカ、燐酸塩ガラス、もしくは他のガラスから形成することが可能であり、ガラスおよび合成樹脂から形成したり、合成樹脂のみから形成したり、もしくは、光ファイバを形成するのに用いられている他の材料から形成することも可能である。高温の用途では、ガラス材料からなる光ファイバが望ましい。さらに、光ファイバ１０の外径を、８０ミクロンもしくはこれ以外の大きさにすることもできる。さらに、光ファイバの代わりに、いかなる光導波路を用いることもできる。例えば、多モード（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ）導波路、複屈折性（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ）導波路、偏光維持型（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｎｉｎｇ）導波路、偏光（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）導波路、複数のコアを有する光導波路、複数のクラッディングを有する光導波路、平形導波路、プレーナ型光導波路（矩形形状の導波路）もしくは他の光導波路を利用することもできる。本願では、「ファイバ」という用語には、これらの光導波路が含まれる。
【００２０】
光１４は、回折格子１２に入射し、ここで、反射波長λｂを中心とする所定の光波長帯域を有するその一部がライン１６に示されるように反射し、入射光１４の残りの波長（所定の波長領域内にある）がライン１８に示されるように透過する。
【００２１】
回折格子１２を内部に備えたファイバ１０は、以下で管と称する弾性変形可能な圧力検出素子２０（例えば、ガラス製の円筒状毛管）の少なくとも一部に収容され、かつ融接されている。管２０は、外径ｄ１が約２ｍｍであり、長さＬ１が約１２ｍｍである。回折格子１２の長さＬｇは、約５ｍｍである。代わりの実施例として、回折格子の長さを大きくしたり、短い管を用いることなどによって、管２０の長さＬ１を、回折格子１２の長さＬｇとほぼ同じにすることも可能である。管２０および回折格子１２の寸法および長さを、別の大きさにすることも可能である。また、光ファイバ１０および回折格子１２を管２０の中心部に融接する必要はなく、管２０のどの部分に融接することもできる。また、管２０の全長Ｌ１に亘ってファイバ１０を溶融する必要はない。
【００２２】
管２０は、ガラス材料からなる。このようなガラス材料の例として、天然水晶、合成水晶、溶融シリカ、シリカ（ＳｉＯ２）、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）社製のパイレックス（登録商標）（ホウ珪酸）、コーニング社製のバイコール（登録商標）（９５％のシリカおよび５％の他の構成要素（例えば、酸化ホウ素）からなる）などが挙げられる。管の材料としては、管２０の内径とファイバ１０の外径との間に境界面が生じない（すなわち、管２０の内径が、ファイバ１０のクラッディングと識別され得ず、その一部となる）ように、管２０（つまり、管２０に設けられた孔の内径面）を光ファイバ１０の外側表面（つまりクラッディング）に融接する（分子結合を形成する、すなわち共に溶融させる）ことができるものを利用すべきである。
【００２３】
広い温度範囲に亘って管２０の熱膨張をファイバ１０と整合させるためには、管２０の材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）をファイバ１０の材料のＣＴＥとほぼ整合させる必要がある。概して、ガラス材料は、溶融温度が低いほど、ＣＴＥは大きい。従って、シリカファイバ（溶融温度が高く、ＣＴＥが小さい）と、パイレックス（登録商標）やバイコール（登録商標）（溶融温度が低く、ＣＴＥが大きい）といった別のガラス材料からなる管と、を用いた場合には、広い温度範囲に亘って管２０とファイバ１０との間で熱膨張を整合させることができない。しかし、本願では、ファイバ１０のＣＴＥと管２０のＣＴＥとを整合させる必要はない（以下でより詳細に説明する）。
【００２４】
ファイバ１０に融接することができるものであれば、弾性変形可能な他の材料からなる管２０を、ガラス材料からなる管２０の代わりに用いることもできる。例えば、光ファイバが合成樹脂（ｐｌａｓｔｉｃ）からなる場合には、合成樹脂材料からなる管を用いることができる。
【００２５】
管２０の軸方向端部（ファイバ１０が管２０から出る部分）には、ファイバ１０の歪みを開放するため、もしくは他の理由により、内側方向にテーパ状（つまりフレア状）とされることによりファイバ１０から離された内側領域２２を設けることができる。このような場合、管２０とファイバ１０との間の領域１９に、歪み開放用充填材料（例えば、ポリイミド、シリコンなど）を充填することが可能である。さらに、他の部材（図示せず）と係合させるためのシート部（ｓｅａｔ）を管２０に設けるため、および／または管２０に荷重がかかる角度（ｆｏｒｃｅ ａｎｇｌｅ）を調整するため、もしくは他の理由により、テーパ状の（つまり面取りされている、もしくは傾斜した）外側コーナ部（つまり端部）２４を管２０に設けることも可能である。面取りコーナ部２４の角度は、所望の機能が得られるように決定される。さらに、管２０の断面形状を、円形以外の形状（例えば、正方形、矩形、楕円形、クラムシェル形など）とすることも可能であり、側断面形状を方形以外の形状（例えば、円形、正方形、楕円形、クラムシェル形など）とすることもできる。
【００２６】
外側リングつまりスリーブ２９を、管２０の内側テーパ状領域２２の外径の周囲に配置することによって、軸方向荷重が管２０に加えられた場合に、ポアッソン効果（以下で説明する）もしくは他の荷重の影響により、管２０とファイバ１０との接合部でファイバ１０の亀裂が生じることを防止することができる。
【００２７】
代わりの実施例として、内側テーパ状領域２２を設ける代わりに、管の軸方向端部（ファイバ１０が管２０から出る部分）に、破線２７により示されたような、外側にテーパ状（つまり、フルート状（ｆｌｕｔｅｄ）、円錐状、ニップル状）とされた部分を設けることもできる。このようなテーパ状部分は、ファイバ１０を中心に除々に小さくなる外形を有する（図１２に関して以下で詳細に説明する）。このようなフルート状部分２７が設けられることによって、ファイバ１０がその長手方向軸に沿って引っ張られる場合の、ファイバ１０と管２０との間の境界部およびこの近傍の引張り強度が、増大する（例えば、６ｌｂｆ以上となる）ことがわかっている。
【００２８】
ファイバ１０を管２０よりも突出させる場合は、外側保護緩衝層２１をファイバ１０に設けることによって、ファイバ１０の外側表面の損傷を防止することができる。このような緩衝層２１は、ポリイミド、シリコン、テフロン（登録商標）（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｏｕｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、炭素、金、および／またはニッケルから形成することができ、その厚さは約２５ミクロンである。緩衝層２１の厚さおよび緩衝材料を、他のものにすることもできる。内側テーパ状領域２２が設けられ、かつこれが十分大きい場合は、緩衝層２１をこの領域２２に挿入することによって、露出されたファイバから保護されたファイバに変えることができる。代わりの実施例として、この領域に外側テーパ状部分２７を設ける場合は、管２０からファイバが出る位置からこの緩衝層２１が始まる。ファイバが出る位置から離間された位置からバッファが設けられる場合は、ファイバ１０に、付加的な緩衝層（図示せず）を更に被覆することが可能である。このような付加的な緩衝層は、融接部分の外側における露出されたファイバを覆うことが可能であるとともに、緩衝層２１および／または管２０のテーパ状部分２７もしくは端部に重ねることが可能なものである。
【００２９】
ガラスに収容されたファイバ回折格子２０は、それ自体で利用することも、圧力を測定するための大型構成の内部の部材として利用することも可能である。例えば、図１の実施例のガラス収容型回折格子管２０は、それ自体で、直接に、圧力センサとして利用することが可能である（図９，１０に関して以下で更に説明する）。このような場合、管２０の直径、長さおよび材料によって、回折格子１２の反射波長λ１が増大する方向にシフトするか小さくなる方向にシフトするかが決まるとともに、波長のシフト量が決まる。さらに、ボアッソン比（外部荷重により生じる、ロッドの長さ変化と直径変化との関係）、およびヤング率（すなわち、ロッドの軸方向の圧縮率をロッド長さの関数として表したもの）といった管２０の材料特性によっても、波長シフトが決まる。
【００３０】
特に、管２０を圧力Ｐが加わる環境に置いた場合、軸方向圧力２６および径方向圧力２８が加わる。圧力Ｐとしては、流体の圧力（流体は、液体、気体もしくはこれらの混合物）を用いることができる。管２０のポアッソン比およびヤング率（つまり軸方向の圧縮性）、およびこれら以外の材料特性に応じて、圧力が増加した場合に管２０を軸方向に圧縮したり引張ることが可能である。管２０がガラス材料もしくは金属材料（およびポアッソン比が小さい他の材料）からなる場合、管２０の周囲で軸方向の圧力場が均一である状態では、圧力が上昇するに従って、Ｌ１が減少し、つまり軸方向に圧縮され（管２０の長さＬ１および直径ｄ１とは無関係に）、これによって、回折格子１２の反射波長λ１が小さくなる。これに対して、軸方向圧力２６が径方向圧力２８よりも所定量だけ小さい場合は、管２０が軸方向に伸長し、これによって、Ｌ１が増大して回折格子１２の反射波長λ１が大きくなる。所定圧力Ｐ（単位面積当たりの荷重）に対する軸方向長さの変化量もまた、管２０の軸方向の圧縮性によって決まる。特に、管２０の材料の軸方向の圧縮性が大きいほど、管２０の所定の初期長さに対する長さＬ１の変化量（ΔＬ１／Ｌ１）が大きくなる。さらに、温度が変化した場合、管２０の長さが、周知の熱膨張係数（ＣＴＥつまりαＬ）に基づいて変化する。
【００３１】
管２０に用いられる特定のガラス材料のポアッソン比、ヤング率、および熱膨張係数（ＣＴＥ）として一般的に適した値が、以下の表１に示されている。
【００３２】
【表１】
【００３３】
ブラッグ回折格子１２は、毛管２０がファイバ１０および回折格子１２の周囲に配置される前もしくはこの後に、ファイバ１０内部に刻み込むことができる。
【００３４】
１９９８年１２月４日に出願された「管に収容されたブラッグ回折格子を形成する方法および装置」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−０１３０号）に開示されているように、管２０を回折格子１２の周囲に配置した後で回折格子１２をファイバ１０内部に刻み込む場合は、回折格子１２を、管２０を通してファイバ１０内部に描くことができる。
【００３５】
本願と同時に出願された「管に収容されたファイバ回折格子」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００７８Ａ号）に開示されているように、ファイバ１０を管２０に収容するために、レーザ、フィラメント、火炎などによって、管２０を加熱して潰し、回折格子１２に融接することができる。この特許出願は、この点について開示している。他の技術を用いて、管２０をファイバ１０に融接することもできる。他の方法としては、ダック等に付与された「光ファイバを収容する方法」という名称の米国特許第５，７４５，６２６号、および／またはベーキーに付与された「一体型の精密な連結ウェルを備えたファイバカプラを形成する方法」という名称の米国特許第４，９１５，４６７号に開示されているものが挙げられる。これらは、この点について開示しており、本発明もしくは他の技術を理解するために参照することができる。代わりの実施例として、シリカはんだ（粉末もしくは固体）などの高温用ガラスはんだを用いて、ファイバ１０、管２０およびこのようなはんだを互いに融接させたり、レーザー溶接／レーザー融接を用いたり、他の融接技術を利用することなどによっても、ファイバ１０を管２０に融接することもできる。また、ファイバは、管内部に融接したり、その一部のみを管内部に融接したり、もしくは管の外側表面に融接することが可能である（図２４に関して以下で説明する）。
【００３６】
本願に開示された全ての実施例において、回折格子１２に初期歪み（圧縮もしくは引張り）が加えられた状態でこれを管２０に収容することが可能であり、もしくは初期歪みが加えられていない状態でこれを収容することもできる。例えば、パイレックス（登録商標）、もしくはファイバ１０よりも熱膨張係数が大きい他のガラスが管２０に用いられる場合は、管２０が加熱されてファイバに融接され、続いて冷却される際に、管２０によって回折格子１２が圧縮される。代わりの実施例として、加熱工程中および融接工程中に回折格子に引張力を加えることによって、引張力が加わった状態でファイバ回折格子１２を管２０に収容することもできる。このような場合、管２０が圧縮された状態で、回折格子１２に加わっている引張力が減少する。さらに、ファイバ回折格子１２を管２０に収容することによって、外部荷重が管２０に加えられていない状態では、回折格子１２に引張力および圧縮力のいずれも加わることがなくなる。
【００３７】
上述した同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００７８号）に開示されているように、ファイバ１０が管２０に取り付けられるフルート状部分２７は、様々な方法で形成することができる。例えば、管２０を加熱し、かつ／または管２０および／またはファイバ１０を引っ張ることによって、端部にフルート状部分２７を形成することができる。代わりの実施例として、フルート状端部２７は、別のガラス成形技術（例えば、研磨、エッチング、グラインディングなど）を用いて形成することができる。他の技術を用いて部分２７を形成することも可能である。
【００３８】
さらに、上述した同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００７８号）に開示されているように、内側領域２２は、多数の技術により形成することができる。例えば、この領域２２において管２０をファイバ１０に融接せずに、つまり管２０の内径よりも大きい領域２２を形成するために、管２０の所望の領域を加熱して膨張させ、内部圧力を管２０に加えることによって、形成することができる。
【００３９】
図２を参照すると、代わりの実施例として、毛管２０の形状を変えることによって、感度を増大させることが可能であることがわかっている。特に、管２０の形状を、細い中心部３０および拡大外側部分３２（つまりピストン）を有する「ドッグボーン」形状とすることができる。細い部分３０は、外径ｄ２が約２ｍｍであり、長さＬ２が約９．５ｍｍである。拡大部分３２は、それぞれ、外径ｄ３が約４ｍｍであり、長さＬ３が約６．３５ｍｍである。座屈を防止することができる大きさであれば、これらの部分３０，３２の長さＬ１，Ｌ３を別の値にすることもできる。例えば、長さＬ３を、６．３６ｍｍよりもはるかに大きく（例えば、２５．４ｍｍより大きく）したり、もしくは６．３６ｍｍよりもはるかに小さくすることも可能である。管２０の軸方向端面と細い部分３０の軸方向端面の断面積（πｄ２）の比率によって、荷重／面積の利得が４となる。
【００４０】
さらに、管２０の部分３２の端部には、上述したような、内側テーパ状部分２２もしくは外側テーパ状部分２７を設けることができる。さらに、部分３２には、上述したようなテーパ状の（つまり面取りされた）外側コーナ部２４を設けることができる。拡大部分３２の内側移行領域３３は、鋭利な垂直端部もしくは傾斜した端部として形成することが可能であり、もしくは、破線３９で示されているように湾曲させることもできる。湾曲形状３９の場合は、鋭利な端部つまりコーナ部よりも、立ち上がり部分に加わる応力が小さいため、破損する可能性が低い。
【００４１】
また、ドッグボーン形状は、対称形状とする必要はない。例えば、所望により、２つの部分３２のＬ３をそれぞれ異なる大きさにすることができる。代わりの実施例として、片側だけをドッグボーン形状とすることも可能である。すなわち、拡大部分３２を２つ設ける代わりに、細い部分３０の一方の側部にのみ拡大部分３２を設け、他方の側部を直線状端部３７とすることができる。この直線状端部３７には、上述したような面取りコーナ部２４を設けることができる。このような場合、このドッグボーン形状は、Ｔ字を横にしたような形状となる。歪みの感度を改善したり、管２０に荷重がかかる角度（ｆｏｒｃｅ ａｎｇｌｅ）を調整したり、もしくは他の所望の特性を得ることができるものであれば、ドッグボーン形状の代わりに、他の形状を用いることも可能である。
【００４２】
拡大部分３２の直径ｄ３と細い部分３０の直径ｄ２とがこのように異なることによって、歪みが増幅されるため、荷重に対する回折格子の波長シフトの感度（つまりゲインもしくは目盛係数）が増大することがわかっている。さらに、本願に記載されたドッグボーンの寸法は、所望の感度が得られるように拡大縮小することが容易である。
【００４３】
歪みの感度を改善したり、管２０に荷重がかかる角度（ｆｏｒｃｅ ａｎｇｌｅ）を調整したり、もしくは他の所望の特性を得ることができるものであれば、所望により、ドッグボーン形状の代わりに、他の形状を用いることも可能である。
【００４４】
このようなドッグボーン形状による感度の増大は、寸法ｄ３と寸法ｄ２との差によって歪みが増幅されることに起因する。ドッグボーン形状の感度を最適化するためには、内側移行部分３３に加わるそれぞれ反対方向の軸方向荷重３５から拡大部分３２を隔離し、かつ細い部分３０を径方向荷重３７から隔離する必要がある。このことは、以下で説明するように、円筒状部材、膜、壁部もしくは他の境界部によりドッグボーン形状を包囲することによって達成できる。細い部分３０に径方向荷重が加わった場合、ポアッソン効果によって、軸方向荷重により生じるシフトが小さくなるため、センサの感度が劣化する。
【００４５】
ドッグボーン形状は、管２０の中央部をエッチング、グラインディング、もしくは研磨して細い直径ｄ２を設けることによって、形成することができる。化学的エッチング（例えば、フッ化水素酸によるエッチングや他の化学的エッチング）、レーザーエッチング、もしくはレーザにより促進された化学的エッチングを利用した場合、グラインディングや研磨のように直接に荷重を加えることなく、外径が小さな領域３０を形成することができる。他の技術を用いて外径が小さな部分３０を形成することも可能である。表面の不純物を取り除くため、強度を増大させるため、もしくは他の理由により、管２０をドッグボーン形状（もしくは他の形状）とした後で、管２０の表面に火仕上げ（ｆｉｒｅ ｐｏｌｉｓｈ）を行うことも可能である。
【００４６】
図３に示されているように、代わりの実施例として、ドッグボーン形状を、複数の部材から形成することも可能である。例えば、図１のガラス収容型回折格子２０と同様な中央部材４０を、２つの端部部材４２（図２の拡大部分３２と同様なもの）によって包囲することによって、形成することができる。端部部材４２を、ファイバ１０上で滑らせて、中央部材４０に押し付けることが可能となっている。中央部材４０を２つの端部部材４２に嵌合させたり、挿入することが可能であり（図３に示されているように）、もしくは端部部材４２と面一に接触させることも可能である。
【００４７】
図４に示されているように、ドッグボーン形状をセンサ４８として利用するための１つの方法は、外側円筒状部材つまり外側管５０によりドッグボーンを包囲するものである。円筒状部材５０によって、圧力Ｐに起因して径方向荷重３７が中央の細い部分３０に直接に加わることがなくなるとともに、それぞれ反対方向の軸方向荷重３５が拡大部分３２に加わることがなくなる。円筒状部材５０の材料および特性によって、所望の用途のために評価および選択すべき装置に、荷重（軸方向および／または径方向）がさらに加わるようにすることも可能である。円筒状部材５０は、部分３２と同じ材料（例えば、ガラス）から形成することが可能であり、もしくは他の材料（例えば、金属）から形成することも可能である。部分３２および円筒状部材５０を両方ともガラス材料から形成する場合、管２０をファイバ１０に融接する場合と同様な方法で、円筒状部材５０を部分３２に融接することができる。代わりの実施例として、はんだ、溶接、溶融、接着剤、エポキシもしくは他の適した取付技術によって、円筒状部材５０を管２０の拡大部分３２の外径に取り付けることも可能である。円筒状部材５０は、管２０の細い部分３０との間に気密的にシールされた隔室（つまり空隙）３４を形成する。線２６により示されているように圧力Ｐが加えられた場合、径方向圧力２８によって円筒状部材５０が隔室３４内部に向かって径方向に歪曲し、かつ軸方向圧力２６が部分３２および円筒５０の軸方向端面に作用する。これによって、部分３０，３２および円筒５０が軸方向に圧縮される。部材３０，３２，５０の軸方向への圧縮量および径方向への歪曲量は、これらの材料特性および寸法に依存する。また、上述したように、ドッグボーン形状の管２０は、１つもしくは複数の部材から形成することが可能である。
【００４８】
代わりの実施例として、外側円筒状部材５０を、直線状の円筒形状以外の形状とすることも可能であり、さらに、外側円筒状部材５０のコンプライアンスおよび弾性が変化するような形状とすることも可能である。例えば、外側円筒状部材５０を、破線で示されたような波形（つまりベローズ形）としたり、もしくは、破線４７，５１でそれぞれ示されたように内側もしくは外側に湾曲させたり、または、他の形状とすることも可能である。ベローズ形状とした場合は、円筒状部材の径方向の破壊強度および破壊圧力（ｍａｘｉｍｕｍ ｒａｄｉａｌ ｂｒｅａｋ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が減少することなく、軸方向のコンプライアンスが増大する。
【００４９】
図２６に示されているように、代わりの実施例として、管２０の内側移行領域３３から離間した位置および／または軸方向端部４６の近傍で、外側管５０を管２０に融接することも可能である。このような場合、円筒状部材５０の内径とドッグボーンの拡大部分３２（つまりピストン）の外径との間にギャップｇ２が生じる。また、外側管５０の厚さＴ２は、約０．５ｍｍである。さらに、ドッグボーンの細い部分３０の長さＬ２は約７．０ｍｍであり、管５０とピストン３２とが融接される部分の間の長さ（２＊Ｌ３＋Ｌ２）が約３．５６ｃｍであり、部分３０，３２の直径ｄ２，ｄ３の直径が、それぞれ、約１．０ｍｍおよび３．０ｍｍである。このような形状がガラス材料（溶融シリカや天然水晶）から形成される場合、センサ４８の、圧力に対する回折格子の波長シフトの感度つまり比率が約０．５ピコメートル／ｐｓｉつまり２．０ｐｓｉ／ｐｍとなり、このようなセンサ４８は、長時間動作用の０〜５０００ｐｓｉの動作範囲のセンサとして利用することができる。上述した寸法を有する図２６の構造が、１５ｋｐｓｉまでの外部圧力に耐え得ることがわかっている。
【００５０】
動作範囲が０〜１５０００ｐｓｉであるセンサ（感度が０．３８４６ｐｍ／ｐｓｉつまり２．６ｐｓｉ／ｐｍ）を形成するためには、寸法を以下のようにする。壁部の厚さｔ１を約１ｍｍ、直径ｄ２を約１．１２ｍｍ、外径ｄ９を約６ｍｍ、長さＬ２を約７．４ｍｍ、長さ（２＊Ｌ３＋Ｌ２）を約４９ｍｍとし、全長Ｌ１を約５９ｍｍとする。このような１５Ｋｐｓｉセンサは、破壊圧力が約４５Ｋｐｓｉより大きいことがわかっている。所望により、所定の寸法に対して動作範囲を別のものにすることも可能である。
【００５１】
代わりの実施例として、軸方向に延びた部分４４として示されているように、ピストン３２を、外側管５０の端部よりも長く軸方向に延ばすことも可能である。このような場合、用途に応じて、領域４４を、軸方向に対称とすることも非対称とすることも可能である。一方の端部のみを有する１５Ｋｐｓｉセンサを形成するためには、部分４４の長さＬ２０を約２０ｍｍとする。さらに、軸方向に延びた部分３６（図８に関して以下でまた説明する）を、一方もしくは両方の軸方向端部に設けることができる。軸方向に延びた部分３６の長さＬ２１は、設計基準に基づいて、所望の大きさ（例えば１２ｍｍ）にすることが可能である。これ以外の長さにすることも可能である。
【００５２】
代わりの実施例として、片側ドッグボーンに関して上述したように、ドッグボーンのピストン３２の長さをそれぞれ異なる大きさにすることも可能であり、もしくは、２つのピストンの長さ（２＊Ｌ３）を有するピストン３２を１つだけ管／回折格子３０の片側に設け、他方の側には端部キャップ４６を備えることも可能である。後者の場合、１つのピストン３２の長さが増大されるため、その圧縮量がより大きくなる。また、センサが貫通型でない場合（つまり一方の端部のみを有する場合）は、破線５９で示されているように、一方の端部をある角度で切断することによって（例えば１２度）、垂直方向からの光学的な後方反射を減少させることができる。この角度をこれ以外の大きさにすることも可能である。
【００５３】
さらに、このような構成の場合、全長Ｌ１（すなわち、ピストン３２および外側管５０の長さＬ３）を変えることにより感度を調節することができる。特に、（ピストン３２および管５０の所定長さを有する場合に）、圧力変化に起因する、長さＬ１の変化量ΔＬの大部分ΔＬ’が、回折格子１２が存在する細い部分３０の長さＬ２で生じる（残りの変化分は、拡大ピストン３２で生じる）。従って、ピストン３２および管５０の長さを増大させると、同じ圧力変化に対して管５０がより大きく圧縮されるか歪曲される（すなわち、ΔＬが大きくなる）（所定の荷重に対する圧縮量が、長さとともに増減されるため）。このようなΔＬの増大は、この長さＬ２全体に亘って生じるため、感度ΔＬ／Ｌ２が増大する（図７に関して以下で詳細に説明する）。
【００５４】
所望により、ギャップｇ２、厚さＴ２、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３および直径ｄ２，ｄ３を、設計仕様および用途に応じて、他の値にすることも可能である。例えば、感度（ｐｍ／ｐｓｉ）を増大させるためには、様々な方法がある。この方法の例として、壁部の厚さＴ２を減少させたり（かつ必要な最大外部圧力に耐え得るようにする）、ギャップｇ２を増大させたり、外側管５０とピストン３２とが融接される位置の間の全長Ｌ１を増大させたり（例えば、管５０の長さおよびピストンの長さＬ３を増大させたり）、ドッグボーンの細い部分の直径ｄ２を減少させたり、もしくはドッグボーンの拡大部分３２（つまりピストン）の直径ｄ３を増大させることなどが挙げられる。特に、約０．６ピコメートル／ｐｓｉの感度を得るためには、全長Ｌ１を約３．５６ｃｍ（１．４インチ）から約５．０８ｃｍ（２．０インチ）まで増大させる。
【００５５】
また、このような場合、隔室３４はＩ字型（つまり回転されたＨ字型）隔室とされる。さらに、外側管５０が内側管２０に融接される部分の近傍に隆起部５２を設けることも可能である。
【００５６】
図５に示されているように、本発明の代わりの実施例として、圧力ポート６２および内側隔室６４を備えたハウジング６０を利用することもできる。圧力ボート６２によって隔室６４内部が圧力Ｐ１に設定される。ファイバ１０が、気密貫通接続部６７を介してハウジング６０の前方壁部（つまり端部キャップ）６６を貫通しており、かつ気密貫通接続部６９を介してハウジング６０の後方壁部（つまり端部キャップ）６８を通して外部に出されている。ベローズ７０が、隔室６４内部に配置されており、その一端がハウジング後方壁部６８に連結され、その他端がベローズ板７２に連結されている。管２０は、ベローズ７０内部で、軸方向に自由に移動し得るベローズ板６２とハウジング後方壁部６８との間に配置されている。ファイバ１０の、ベローズ７０外部にある部分７３に撓みを設けることによって、ファイバ１０のこの部分７３に張力が加わることなく、ベローズ７０の圧縮とともにファイバ１０が撓むようにすることも可能である。このような撓みは、湾曲させたり、らせん状に巻き付けたり、もしくはファイバの応力を開放するための他の技術を用いることにより設けることができる。板７２および壁部６８によって、軸方向荷重が、ベローズ７０間の回折格子／管２０に加わる。ベローズ隔室７４内部の圧力Ｐ２は、絶対値センサの場合は０ｐｓｉとするが、大気圧（例えば、１４．７ｐｓｉつまり１ａｔｍ）もしくは別の一定圧力にすることも可能である。デルタＰ（ｄｅｌｔａ−Ｐ）圧力センサが望まれる場合は、圧力ポート７６を設けることによって、ベローズ隔室７４内部を第２の圧力Ｐ２に設定することが可能である。管２０の軸方向端部は、図５に示されているように板７２および壁部６８の内部に挿入するか、もしくは板７２および／または壁部６８と面一にすることが可能である。
【００５７】
圧力Ｐ１がベローズ７０外部で増大すると、ベローズ７０が短くなり、つまり圧縮され（かつ板７２が右方に移動し）、これによって、管２０および回折格子１２が圧縮されることによって、回折格子１２の反射波長λ１が小さくなる。ベローズ７０のばね定数は、管２０のばね定数よりも小さく、かつ圧力が加えられた状態で破壊しないほど大きくなるように選択される。このようにすることによって、大きなソース圧力を管２０に加えた場合にクリープにより生じる誤差が減少する。所望により、管２０の形状を、ドッグボーン形状、もしくは本願に記載されている他の形状とすることも可能である。代わりの実施例として、圧力Ｐ２をＰ１よりも所定量だけ大きくする場合、管２０（およびベローズ７０）は軸方向に膨張し、これによって回折格子１２の反射波長が大きくなる。
【００５８】
図６に示されているように、本発明の代わりの実施例として、２つの収容型回折格子をプッシュ／プル構成に用いることも可能である。特に、この構成は、図５に示された構成に第２の回折格子８０を加えたものとほぼ同じである。第２の回折格子８０は、第１の管２０と同様な第２の管８２に収容されているとともに、第２の反射波長λ２を有している。回折格子を収容した管８２は、板６２とハウジング６０の前方壁部６６との間に配置されている。このような設計では、加えられる圧力Ｐ１が「零」の場合、ベローズ７０のばねの力により歪みが第２の回折格子８０全体に加わるが、第１の回折格子１２には、歪みが加わらないまま維持される（もしくは小さな歪みが加わる）。圧力Ｐ１が上昇すると、ベローズ７０が圧縮されることによって、第２の回折格子８０に加わっていた歪みが開放されるとともに、第１の回折格子１２が圧縮される。所望により、これ以外のプッシュプル式歪み状態およびプッシュプル構成を回折格子１２，８０に利用することも可能である。代わりの実施例として、圧力Ｐ２をＰ１よりも所定量だけ大きくする場合は、管２０（およびベローズ７０）が軸方向に膨張して、回折格子１２の反射波長が大きくなる。
【００５９】
このような構成では、圧力が変化した場合に、２つの回折格子の波長λ１，λ２がそれぞれ反対方向にシフトするため、２つの回折格子１２，８０の反射波長λ１，λ２の差を測定することによって圧力を決定することができる。従って、所定の波長シフト量（Δλ）を得るために必要な荷重は、１つの回折格子変換器に要する荷重の半分である。すなわち、所定の荷重に対して、波長シフト量は、１つの回折格子変換器の場合の２倍である。また、温度が変化した場合は、２つの回折格子波長λ１，λ２は、同一方向にシフトする。従って、２つの反射波長λ１，λ２の平均値のシフト量を測定することによって温度を検出することが可能であり、これによって、温度を補償することができる。また、クリープが発生する場合は、クリープによる最大誤差を決定することができる。特に、所定の温度および圧力に対してクリープが発生しない場合は、これらの２つの回折格子の反射波長の平均値が同じ値で維持される。
【００６０】
図７に示されているように、本発明の他の実施例として、円筒状ハウジング９０を用いることも可能である。円筒状ハウジング９０は、外側円筒状壁部（つまり外側管）９８、２つの端部キャップ９５、および２つの内側円筒状部材（つまりピストン）９２を備えており、これらの一端が、それぞれ、一方の端部キャップ９５に連結されている。管２０（回折格子１２を内部に収容している）は、２つのピストンの他端に接触し、かつこれらの間に配置されている。所望により、ハウジング９０の部材９８，９５，９２の断面および／または側断面を、別の形状にすることも可能である。端部キャップ９５は、独立した部材とすることも、ピストン９２および／または外側円筒９８と連続した部材とすることも可能である。圧力Ｐ（２６，２８）は、ハウジング９０の外側壁部９８，９５に加えられる。ピストン９２は、直径ｄ８を有する孔９４を備えており、ファイバ１０がこれに通されている。ハウジング９０の端部キャップ９５にテーパ状領域９６を設けることによって、上述したような応力開放部を設けることも可能である。さらに、端部キャップ９５は、ファイバ１０を外部に出すための貫通接続部１０６を備えているが、この貫通接続部１０６を、気密的にシールされた貫通接続部とすることができる。いかなる周知の光ファイバ用気密貫通接続部も、貫通接続部１０６として利用できる。例えば、ファイバ１０に金属メッキを施してこれを貫通接続部１０６に溶接することが可能である。管２０と貫通接続部１０６との間で、上述したような外部保護緩衝層２１をファイバ１０に施すことによって、ファイバ１０の外側表面の損傷を防止することもできる。さらに、ファイバ１０を更に保護するよう機能し、かつ／または熱伝導性であり、もしくは別の機能を有する液体材料もしくは固体材料（例えばシリコンゲル）を、ファイバ１０と孔９４の内径との間の領域８８に充填することも可能である。充填される材料が熱伝導性である場合は、温度回折格子２５０（以下で説明する）によって圧力回折格子１２の温度変化を迅速に検出することが可能となる。
【００６１】
壁部９８の内径と管２０の外径との間は、Ｉ字型（もしくは回転されたＨ字型）の隔室１００となっている。さらに、ピストン９２の熱膨張に適合させるため、もしくは他の理由により、ピストン９２内部に中空領域９９を設けることによって、管２０とハウジング９０の端部１０６との間におけるファイバ１０に幾つかの撓みもしくはサービスループ（ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏｏｐ）１０１を設けることも可能である。ピストン９２、外側円筒状壁部９８、端部キャップ９５、および管２０は、同じ材料から形成することも、異なる材料から形成することも可能である。さらに、これらのピストン９２の長さをそれぞれ異なる大きさとすることも可能であり、もしくは、２つのピストン９２の長さを有するピストンを１つだけ管２０の一方の側部に配置し、他方の側部には端部キャップ９５を備えることも可能である。後者の場合、１つのピストン９２の長さが増大するため、その圧縮量がより大きくなる。
【００６２】
ハウジング９０の利用可能な寸法の例を以下に挙げる。他の寸法を用いることも可能である。管２０は、外径ｄ２が約２ｍｍ（０．０７インチ）であり、長さＬ１が約１２．５ｍｍ（０．５インチ）である。各ピストン９２は、外径ｄ５が約１９．１ｍｍ（０．７５インチ）であり、長さＬ５が約６．２５ｃｍ（２．５インチ）である。ピストン９２の孔９４の直径は、約１ｍｍ（１０００ミクロン）であり、ハウジング９０の全長Ｌ４は、約１２．７ｃｍ（５インチ）である。外側壁部９８の厚さｔ１は、約１．０ｍｍ（０．０４インチ）であり、外側壁部９８の内径とピストン９２の外径との間のギャップｇ１は、約１．５２ｍｍ（０．０６インチ）である。壁部９８の材料および厚さは、ハウジング９０に加えられる外部圧力Ｐに耐え得るものとしなければならない。
【００６３】
特定の圧力Ｐ（つまり単位面積当たりの外部荷重）によって所望の歪みが毛管２０に生じるように、壁部９８およびピストン９２の寸法、材料および材料特性（例えば、ポアッソン比、ヤング率、熱膨張係数および他の周知の特性）を、選択することができる。反射波長を設定する際の分解能および設定範囲は、これらのパラメータを制御することによって、決定することができる。例えば、全長Ｌ４を増大させると、感度ΔＬ／Ｌが増大する。
【００６４】
具体的には、圧力Ｐが増大すると、外側壁部９８が圧縮および／または歪曲することによって、ハウジング９０の軸方向長さＬ４が所定量ΔＬだけ減少する。この場合、管が圧縮されるため、軸方向長さの全変化量のうちの所定部分ΔＬ’が、管２０に現れる。管２０が圧縮されることによって、回折格子１２のブラッグ反射波長λ１が所定量だけ小さくなり、これによって、圧力Ｐを示す波長シフトが生じる。ピストン９２のばね定数がガラス管２０よりも大きい場合は、所定の荷重に対する管２０の圧縮量は、ピストン９２の圧縮量よりも大きくなる。さらに、所定の外部荷重が加えられる場合、この外部荷重のうちの所定量の荷重が外側壁部９８に加わり、残りの荷重は管２０に加わる。
【００６５】
ハウジング９０は、強度が大きく、ポアッソン比が小さく、かつヤング率が小さい材料（例えば、チタン）から形成することができる。例えば、壁部９８、ピストンおよび端部キャップ９５が、全てチタンからなり、かつ上述した寸法を有する場合、２２００ｌｂｆの外部荷重が加えられた状態では、２０００ｌｂｆの荷重が外側壁部９８に加わり（つまり外側壁部９８を圧縮し、かつ／または歪曲させ）、２００ｌｂｆの荷重が管２０に加わる。円筒状壁部９８は、外部圧力が増大した場合に圧縮もしくは歪曲するダイアフラム（ｄｉａｐｈｒａｍ）もしくはベローズのように機能する。ハウジング９０の部材９２，９８，９５の幾つかもしくは全てを、他の金属や金属合金から形成することも可能である。例えば、ステンレス鋼、チタン、ニッケルベース合金（例えば、様々な量のニッケル、炭素、クロム、鉄、モリブデンおよびチタン（例えば、インコネル６２５）を含有するインコネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）、ニモニック（登録商標））、もしくは、他の高強度、耐腐食性、耐熱性の金属もしくは合金から形成することができる。管２０を圧縮するのに十分な強度を有するものであれば、他の材料を利用することも可能である。インコネル、インコロイおよびニモニックは、インコアロイインターナショナル（Ｉｎｃｏ Ａｌｌｏｙｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．）社の登録商標である。所望により、用途に応じて、他の特性を有する他の材料を利用することも可能である。
【００６６】
一般的に適した値として、チタンのポアッソン比、ヤング率および熱膨張係数（ＣＴＥ）が、以下の表２に示されている。
【００６７】
【表２】
【００６８】
代わりの実施例として、ハウジング９０の部材９２，９５，９８の１つもしくは複数を、ガラス材料から形成することが可能である。このような場合、所望により、表１に示された１種類もしくは複数の種類のガラス材料および特性を、用途および設計上の要求に応じて、利用することができる。
【００６９】
管２０は、図２，３に関して上述されたドッグボーン形状とすることができる。また、センサハウジング９０を、横方向に分割された２つの半分の部材とし、図示されているように取付部１０４で組み立てることも可能である。代わりの実施例として、ハウジング９０を長手方向に分割することも可能である。さらに、スペーサつまりディスク９７を備えることによって、組み立て、整列および／または管２０への初期歪みの印加を容易とすることも可能である。所望により、他の組み立て技術を用いることも可能である。
【００７０】
さらに、管２０の軸方向端面および／またはピストン９２のシートに、応力を減少させたり、管２０とピストン９２のシート面との係合状態を改善する材料のめっきを施すことができる。
【００７１】
デルタＰセンサを形成する場合は、圧力ポート１０２を一方もしくは両方のピストン９２に設け、内側Ｉ字型隔室１００内部を第２の圧力Ｐ２に設定することができる。
【００７２】
図７の構成の場合は、ベローズが必要とならないため、ベローズを用いた設計よりも、製造が容易であり、かつ製造コストが低い。さらに、このような構成は、厳しい環境に耐え得る頑強なものである。
【００７３】
図８に示されているように、代わりの実施例として、ファイバ１０と管２０との間の境界部でファイバ１０に加わる歪みを減少させるために、ファイバ１０に沿って軸方向に延びた部分３６を管２０に設けることも可能である。このような部分３６は、拡大部分３２においてピストン９２（もしくは、上述したような他の端部部材）により圧力（つまり荷重）が加えられる領域の軸方向外側の位置に取り付けられる。図２６に関して上述したように、この部分の軸方向長さは、用途に応じて決定することができる。さらに、部分３６は、軸方向に対称とする必要はなく、さらに、管２０の両側の軸方向端部に設ける必要もない。上述したように、部分３２におけるファイバと管２０との境界部に、内側テーパ状部分２２もしくは外側フルート状部分２７を設けることも可能である。代わりの実施例として、部分３６の一部を階段状部分３９とすることもできる。このような場合、破線３８で示されているように、階段状部分３９の範囲内もしくはこの近傍に領域２２を設けることができる。領域１０６には、空気、接着剤もしくは充填材を充填することが可能である。さらに、ドッグボーン形状とする代わりに、上述され、かつ破線１０７で示されているように、管２０を直線状の一定の断面形状を有するものとすることも可能である。さらに、破線１０９で示されているように、ピストン９２を通る孔１０８の直径を、その全長に亘って、もしくはその一部で、大きくすることも可能である。
【００７４】
図１２に示すように、複数の同心状管をともに融接することによって、本発明の管２０を形成することができる。例えば、外径ｄ４が約０．５ｍｍ（０．０２インチ）である細い内側毛管１８０を、上述した直径ｄ１を有する太い外側毛管１８２の内部に配置して、これらの管１８０，１８２を互いに融接することができる。細い管１８０の一端もしくは両端を、除々に細くしてファイバ１０に融接することによって、フルート状部分２７を構成することができる。所望により、内側管８０および外側管１８２の直径ｄ１，ｄ４を他の大きさにすることもできる。さらに、３つ以上の同心状の毛管を利用することもできる。これらの管の材料を同じものにすることによって、広い温度範囲に亘って熱膨張の不整合を抑制することができる。外側管１８２の形状を、破線１８４で示されているようなドッグボーン形状、もしくはこれ以外の上述したような形状とすることもできる。代わりの実施例として、破線１８６で示されているように、２つの独立した管１８８，１９０を、回折格子１２の両側の軸方向側部で内側管１８０に融接することによって、ドッグボーン形状を形成することができる。
【００７５】
図１３および図１４に示されているように、代わりの実施例として、回折格子１２の両側の軸方向端部において、回折格子１２に隣接した位置、もしくは回折格子１２から所定距離Ｌ１０だけ離間した位置で、管２０をファイバ１０に融接することができる。Ｌ１０は、所望の長さにすることが可能であり、回折格子１２の端部に一致させる（Ｌ１０＝０）こともできる。特に、管２０の領域２００はファイバ１０に融接するが、回折格子１２を取り囲んでいる中央部２０２はファイバ１０に融接しない。回折格子１２の周囲の領域２０２には、大気を封入したり、もしくは真空状態（もしくは他の圧力）にすることが可能である。また、接着剤（例えばエポキシ）、他の充填材料（例えばポリマやシリコン）もしくは他の材料により、その一部もしくは全体を充填することも可能である。管２０の内径ｄ６は、光ファイバ１０の直径よりも約０．０１〜１０ミクロンだけ大きい（例えば、１２５．０１〜１３５ミクロンである）。内径を他の大きさにすることもできるが、管２０が軸方向に圧縮された場合にファイバの座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）が生じないように、内径ｄ６をファイバ１０の外径に可能な限り近づけることによって、融接点の間における回折格子１２およびファイバ１０の径方向の移動を制限する必要がある。さらに、回折格子１２の両側において、距離Ｌ１０は対称とする必要はない。
【００７６】
図７に示されているように、代わりの実施例として、２つの独立した管２１０，２１２を回折格子１２の両側で融接した後に、外側管２１４を管２１０，２１２に亘って融接することによっても、同様な結果が得られる。代わりの実施例として、破線２１６に示されているように、管２１０，２１２を外側管２１４の端部よりも突出させることもできる。代わりの実施例として、管２０を、管２１２，２１４と同様な形状を有する単一部材として形成することもできる。
【００７７】
図７，８，１５，１７，１９を参照する。周知のように、回折格子１２の反射波長は、温度とともに変化する（Δλ／ΔＴ）。また、管２０とファイバ１０との間の温度特性の不整合により、回折格子１２に加わる歪みが、広い温度範囲に亘って変化する可能性がある。さらに、ハウジング９０の膨張収縮により、管２０に加わる荷重が広い温度範囲に亘って変化する可能性がある。このような場合、温度回折格子２５０を別個に用いて温度を測定することによって、温度に起因する、圧力回折格子１２の反射波長λ１のシフトを較正することができる。温度回折格子２５０の反射波長λ３は、圧力回折格子１２の反射波長とは異なっており、これが、温度とともに変化するが、圧力Ｐの変化によっては変化しないようにする。このことは、温度回折格子２５０を、圧力回折格子１２と熱的に近接させるとともに、管２０の圧力−歪み領域の外部に配置するか、もしくは測定される圧力から隔離して配置することによって可能となる。具体的には、温度回折格子２５０は、ファイバ１０の、管と貫通接続部１０６との間の部分に配置することができる。代わりの実施例として、図８に示されているように、ピストン９２によって圧縮される領域の外側で、ファイバ１０の、ガラス製管２０の軸方向突出部２７，３６，２５１に収容および融接されている部分に、温度回折格子２５０を配置することも可能である。代わりの実施例として、温度回折格子２５０を、センサハウジング９０の近傍もしくはこの内部に配置された別個の光ファイバ（図示せず）に設けることも可能であり、さらに、ファイバ１０と光学的に結合することも、ファイバ１０から分離させることも可能である。代わりの実施例として、温度回折格子２５０を、別個の管の内部に配置された歪み隔離型温度センサとすることも可能である。このような温度センサの例として、本願と同時に出願され、本出願人が所有する「歪み隔離型ファイバ回折格子温度センサ」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−０１２８Ｂ）号に開示されているものが挙げられる。さらに、本願に示されているどの実施例においても、温度回折格子２５０に予め初期歪み（圧縮もしくは引張り）を加えた状態でこれを管２０に収容することが可能であり、もしくは初期歪みを加えずにこれを収容することもできる。
【００７８】
図２８に示されているように、代わりの実施例として、温度回折格子２５０を延びた部分２５１に配置して第２の外側管４００に収容することによって、圧力隔離型温度センサを構成することができる。このような構成は、「圧力隔離型ファイバ回折格子温度センサ」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−０１４６）号に開示されており、この点について参照することができる。特に、第２の管４００は、部分２５１と、端部キャップ管４０２の外径と、に融接される。管４０２は、管２０と同じ材料から形成することができる。ファイバ１０は、端部管４０２を貫通しているとともに、管２０に融接される場合と同様な方法でこれに融接されている。シールされた隔室４０６が、部分２５１と、端部管４０２と、外側管４００と、の間に存在する。さらに、幾つかの撓み部分４０４がファイバ１０に設けられていることによって、隔室４０６が膨張し得るようになっている。外部圧力が変化した場合、外側管４００が圧縮もしくは歪曲することによって、端部キャップ４０２および／または部分２５１が互いに近づき、ファイバ１０が隔室４０６内部で湾曲する。しかし、温度回折格子２５０が存在する部分２５１は、圧力変化の影響を受けない。従って、温度回折格子２５０の反射波長は、温度変化によっては変化しない。さらに、外側管５０および第２の外側管４００を１つの管とし、これを内側管２０，４０２に融接することも可能である。圧力隔離型温度センサの他の実施例および構成を用いることも可能である。例えば、上述した特許出願（シドラ明細書ＣＣ−０１４６）号に開示されたものを用いることができる。さらに、非貫通型センサを構成する場合は、ファイバ１０を隔室４０６および端部キャップ４０２に貫通させる代わりに、ファイバ１０を部分２５１内部における温度回折格子２５０の左側まで延ばす。また、端部キャップ４０２を用いる代わりに、管４００自体をつぶして隔室４０６を構成することも可能である。
【００７９】
図２９に示されているように、代わりの実施例として、温度回折格子２５０を、圧力が隔離されていない領域、例えばドッグボーン形状の拡大領域３２、に配置することも可能である。このような場合、回折格子１２，２５０は、両方とも、圧力変化および温度変化の影響を受けるが、回折格子１２，２５０の圧力−波長シフトの感度はそれぞれ異なる。従って、圧力および温度を、解析的に検出することができる。代わりの実施例として、両方の回折格子１２，２５０の、温度に起因した波長変化が同じ（もしくは予想可能）であり、かつ、これらの回折格子１２，２５０の、圧力による波長変化がそれぞれ異なる場合は、温度が補償された状態で圧力を解析的に（例えば、これらの２つの波長を減算することによって）測定することができる。代わりの実施例として、温度回折格子４５０を、外側管５０が内側管２０に融接される領域に配置したり、温度回折格子４５２を、軸方向に延びた部分２５１に配置することも可能である。これらの領域では、、圧力変化に対する温度回折格子４５０，４５２の感度が、温度回折格子２５０よりも低くなるため、温度補償の精度を向上させることができる。
【００８０】
代わりの実施例として、ファイバ回折格子を用いて圧力回折格子１２の温度を測定する代わりに、他の技術によって圧力回折格子１２の温度を測定することも可能である。例えば、電子式手段、熱電対、光学的手段を利用することができる。
【００８１】
図７を再び参照すると、広い温度範囲に亘って管１０の圧縮の変化が最小となるように、ハウジング９０を設計することが可能となっている。特に、壁部９８およびピストン９２が同じ材料（例えばチタン）から形成され、管２０が、ＣＴＥが小さい異なる材料（例えばガラス）から形成されている場合、温度が上昇するに従って、ピストン９２の長さは外側壁部９８と同様に増大するが、ピストン９２の端部間の領域８６の長さは同様には増大しない（ＣＴＥの不整合が生じる）。結果として、温度が上昇するに従って、管２０に加わる荷重が減少する。代わりの実施例として、一方もしくは両方のピストン９２の部分２３を、部分８６の膨張量を補うことができるようなＣＴＥを有する材料から形成することによって、広い温度範囲に亘って実質的に一定の荷重が管２０に加わるようにすることも可能である。代わりの実施例として、外側壁部９８を、管２０に加わる荷重を広い温度範囲に亘ってほぼ一定となるようなＣＴＥを有する材料から形成したり、もしくは広い温度範囲に亘って所定量の荷重変化を補償することも可能である。
【００８２】
図１５に示されているように、代わりの実施例として、毛管２０の形状を、一方の軸方向端部２５１が他方の軸方向端部よりも長く延びたものとすることも可能である。このような場合、温度補償回折格子２５０を、ファイバ１０において長い軸方向端部２５１内にある部分に配置することができる。図１５の管２０の寸法の例を以下に挙げるが、別の寸法を用いることもできる。具体的には、Ｌ６が約１．０５インチ、Ｌ７が約０．４５９インチ、Ｌ８が約０．５インチ、Ｌ９が約０．０９インチ、ｄ７が約０．０３２インチである。長い軸方向端部２５１は、部分２５１を位置２５３で部分３２に融接する（ファイバ１０を管２０に収容する前もしくは後に）か、もしくはドッグボーン形状もしくは他の形状の管２０を形成するための上述した方法によって、形成することができる。代わりの実施例として、図１５に示された、部分２５１を有する管２０を、２つの管を用いて形成することが可能である。つまり、長さＬ６を有するとともにドッグボーンの部分３０，３２を通して滑動される内側管（破線２５８により示されている）と、図１２に関して説明されるものと同様な、これらの部分３０，３２に融接されている管と、を用いて形成することができる。
【００８３】
図１７に示されているように、ファイバ１０において温度回折格子２５０が存在する部分では長い軸方向端部２５１を潰して融接するが、部分２５１の端部近傍にある部分ではこれを潰さないようにすることができる。このような場合、領域２９０に、エポキシもしくは他の充填材を充填することができる。上述したように、部分２９０における管２０の内径ｄ６は、約１２５〜１３５ミクロンであり、孔９４の直径ｄ８は、約１ｍｍ（１０００ミクロン）である。直径および寸法を、別の大きさにすることも可能である。延びた領域２５１からファイバ１０が突出する場合は、上述したように、ファイバ１０に外部保護緩衝層２１を設けることによって、ファイバ１０の外側表面が損傷しないようにすることができる。
【００８４】
図１９，２０に示されているように、一方もしくは両方のピストン９２に、中空部３１０を設け、端部キャップ９５における孔３１１を介してこの中空部３１０に外部圧力Ｐを加えることも可能である。中空部３１０は、外側壁部３１２および内側壁部３１４を有する。感度を増大させるため、もしくは他の理由により、このような構成を用いることができる。壁部３１２，３１４の長さおよび厚さによって、感度の増大量が決まる。例えば、圧力Ｐが増大すると、壁部３１２，３１４に引張力が加わり、ピストン９２が伸びる。代わりの実施例として、内側壁部３１４を、ピストン９２の残りの部分とは異なる材料からなる管として構成し、点３１８でピストン９２に取り付けることも可能である。また、壁部３１４に隆起部３１６を設けることによって、ファイバ１０に撓み部分を設けることも可能である。代わりの実施例として、所望により、内側壁部３１４を省くことも可能である。このような場合、ファイバ１０に圧力Ｐが加わる。上述したように、ファイバ１０に外部保護緩衝コーティング２１を施すことも可能である。図２０に示されているように、端部キャップ９５に孔３１１もしくは支持梁３２０を備えることによって、壁部および／またはファイバ１０出口の安定性を向上させることも可能である。
【００８５】
図１６に示されているように、代わりの実施例として、ハウジング２７０にダイアフラム２７４を備え、管２０の一端に連結させることも可能である。管２０の他端は、剛性の後方壁部２７８に連結される。ハウジング２７０の内側は、隔室（つまり空隙）２７２となる。隔室２７２は、真空状態もしくは大気圧力とすることが可能であり、圧力差を利用する（つまりデルタＰ）測定の場合は第２の圧力Ｐ２を加えることができる。圧力Ｐ１が上昇すると、破線２７７で示されているようにダイアフラム２７４が隔室２７２内部に向かって歪曲し、これによって、管２０および回折格子１２が圧縮され、波長がシフトする。代わりの実施例として、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも上回った場合は、破線２７９で示されているようにダイアフラム２７４が外側に歪曲する。
【００８６】
図１８に示されているように、本発明の代わりの実施例として、ハウジング３００の側断面を円形とし、かつこのハウジング３００に内側隔室３０６を備えることも可能である。ハウジング３００全体の形状は、球状、円筒状、もしくは断面が円形である別の形状とすることができる。ファイバ１０および回折格子１２を収容した管２０は、ハウジング３００の内径に取り付けられる。ファイバ１０は、貫通接続部３１６を介してハウジング３００外部に出されるが、上述したように、この貫通接続部３１６を、気密貫通接続部とすることができる。外部圧力Ｐ１が増大するに従って、ハウジング３００の直径が減少して管２０が圧縮され、これによって、上述したように、回折格子１２の反射波長がシフトする。上述したように、所定の荷重変化に対する波長シフト量は、ハウジング３００および管２０の材料特性（例えば、ポアッソン比、ヤング率など）によって決まる。ハウジング３００および管２０が同じ材料（例えばガラス）からなる場合、破線３０２で示されたように、管２０をハウジング３００の一部とすること、つまりハウジング３００に融接することができる。このような場合、ハウジング３００と管２０との間の応力が減少することが予想される。また、管２０を、破線３０４で示されたようなドッグボーン形状もしくは本願に記載された別の形状とすることもできる。
【００８７】
図１１に示されているように、本願に開示されている全ての実施例において、回折格子を１つだけ管２０に収容する代わりに、複数の回折格子１５０，１５２を、管２０に収容されたファイバ１０に埋め込むことができる。回折格子１５０，１５２の反射波長および／または反射プロファイルを、同じにすることも可能であり、それぞれ異なるものとすることも可能である。複数の回折格子１５０，１５２を、個々に、周知のファブリペロー構成に利用することもできる。さらに、「能動型多点ファイバレーザセンサ」という名称の米国特許第５，５１３，９１３号、「複屈折能動型ファイバレーザセンサ」という名称の米国特許第５，５６４，８３２号、「圧縮同調式ファイバレーザ」という名称の米国特許第５，６６６，３７２号に開示されているような１つもしくは複数のファイバレーザを、管２０内部のファイバ１０に埋め込むこともできる。これらの特許は、この点について開示しており、本発明を理解するために参照することができる。このような場合、回折格子１５０，１５２によって光学的間隙を構成し、少なくとも回折格子１５０，１５２の間における光ファイバ１０に（所望により、回折格子１５０，１５２および／または回折格子の外側における光ファイバ１０にも）、希土類のドーパント（例えば、エルビウムおよび／またはイットリウム）をドープする。レーザ波長は、圧力の変化に従って同調される。
【００８８】
図３０を参照すると、利用することができる他のタイプの同調可能型のファイバレーザとして、同調可能型の分布帰還型（ＤＦＢ）ファイバレーザ２３４が示されている。このようなレーザの例として、Ｖ．Ｃ．ラウリドセン等の「ＤＦＢファイバレーザの設計」（エレクトロニックレターズ、１９９８年１０月１５日、第３４巻２１号，ｐｐ２０２８−２０３０）、Ｐ．バーミング等の「ＵＶ後処理による永久的なπ／２位相シフトを有する、エルビウムがドープされたファイバＤＦＢレーザ」（ＩＯＯＣ’９５，テックダイジェスト，第５巻，ＰＤ１−３，１９９５年）、クリングルボトン等に付与された「光ファイバ分布帰還型レーザ」という名称の米国特許第５，７７１，２５１号、ディアマト等に付与された「偏光型ファイバレーザ光源」という名称の米国特許第５，５１１，０８３号に開示されたものが挙げられる。このような場合、希土類がドープされたファイバの内部に回折格子１２が描かれ、回折格子１２の中央部近傍における所定位置１８０でλ／２（λはレーザ波長）の位相シフトが生じるように構成される。これによって、周知のように、長手方向に単一モードの動作中に、モードホッピングを起こすことなく連続的に同調することができる確実な共振状態を得ることができる。代わりの実施例として、回折格子を１つだけ設ける代わりに、２つの回折格子１５０，１５２を、長さが（Ｎ＋１／２）λである空隙を構成することができるほど近接させて配置することもできる。ここで、Ｎは整数（０を含む）であり、回折格子１５０，１５２は、希土類がドープされたファイバである。
【００８９】
代わりの実施例として、ＤＦＢレーザ１５４を、ファイバ１０における一対の回折格子１５０，１５２（図１１）の間に配置することができる。この場合、回折格子１５０，１５２間の少なくとも一部に、希土類ドーパントをドープする。Ｊ．Ｊ．パン等の「ノイズが少なく、かつ出力が制御された相互干渉型ファイバレーザ」（Ｅ−テックダイナミクス社、サンジョーズ、ＣＡ、インターネットウェブサイトｗｗｗ．ｅ−ｔｅｋ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｗｈｉｔｅｐａｐｅｒｓ）に記載されているように、このような構成は、「相互干渉型ファイバレーザ（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ）」と呼ばれる。所望により、これ以外の１つもしくは複数のファイバレーザ構成を、ファイバ１０に配置することもできる。
【００９０】
図２１に示されているように、複数の、本願に記載された圧力センサ２０，１１０，１１２（少なくとも１つの回折格子を備えている）を共通の光ファイバ１０により直列に連結させて分散型センサを構成し、複数の圧力点を測定することも可能である。いかなる周知の多重化技術によって１つのセンサ信号を他のセンサ信号から識別することも可能である。例えば、波長分割多重化技術（ＷＤＭ）、時間分割多重化技術（ＴＤＭ）などを利用することが可能である。このような場合、各センサ内部の回折格子１２の反射波長をそれぞれ別の大きさにする。
【００９１】
図２２および図２３に示されているように、代わりの実施例として、少なくとも１つの回折格子１２，３５２を有する複数のファイバ１０，３５０を管２０内部に収容することも可能である。このような場合、加熱および融接を行う前の段階で、管２０の孔の形状を、円形以外の形状（例えば、正方形、三角形など）とすることもできる。また、管２０の孔は、管２０の中心線に沿って中心に設ける必要はない。
【００９２】
図２４を参照すると、代わりの実施例として、図２３に示されたようにファイバ１０，３５０を互いに接触させる代わりに、管２０内部でこれらを所定距離だけ離間させることも可能となっている。ファイバ１０，３５０の間の距離は、所望の大きさにすることが可能である。さらに、本願に開示されているどの実施例においても、上述したように、光ファイバおよび／または回折格子の一部もしくは全体を管の内部に融接することが可能であり、もしくは、これらの一部のみを管２０の内部に融接したり、これらを管２０の外側表面に融接することも可能である（ファイバ５００，５０２，５０４としてそれぞれ図示されている）。
【００９３】
図２５に示されているように、代わりの実施例として、ファイバ１０において回折格子１２が存在する部分でのみ管２０を潰して融接することも可能である。このような実施例では、管２０が回折格子１２よりも長い場合は、上述した内側テーパ状部分もしくはフレア状部分２２を設けることができ、さらに、管２０とファイバ１０との間の領域１９に、上述したような充填材料を充填することができる。
【００９４】
図９，１０に示されているように、本願に開示された全てのセンサ構成（センサ１１０として集合的に示されている）を、圧力ポート１１４を備えたハウジング１１２内部に配置することができる。圧力ポート１１４によって、隔室１１６内部が圧力Ｐ１に設定され、これによって、センサ１１０が圧力Ｐ１を受ける。図９に示されているように、センサ１１０は、ハウジング１１２の少なくとも１つの壁部１１８に取り付けることができる。
【００９５】
図１０に示されているように、センサ１１０の一方の側部をハウジング１１２の壁部に取り付ける代わりに、支持部材１２０，１２２によってセンサ１１０をハウジング１１２内部に吊り下げることも可能である。支持部材１２０，１２２は、ハウジング１１２の１つもしくは複数の壁部と、センサ１１０の一端（もしくは、センサ１１０の中央部や所望の位置）と、に連結されている。ファイバ１０は、２つの気密貫通接続部１１１，１１３を貫通している。また、センサ１１０と貫通接続部１１１，１１３との間で、ファイバ１０に撓み部分を幾つか設けることも可能である。また、線１２４で示されているように、第２の圧力Ｐ２がセンサ１１０に加えられる場合は、センサ１１０をデルタＰセンサとすることもできる。
【００９６】
代わりの実施例として、支持部材１２０，１２２を用いる代わりに、センサ１１０を隔室１１６内部の流体（例えば、粘性流体、グリース、シリコン油、もしくは、衝撃および／または振動を隔離してセンサ１１０がハウジング１１２の内側壁部に衝突することを防止するよう機能する他の流体）によって吊り下げることもできる。センサ１１０を吊り下げるための流体を付加的に利用する代わりに、径方向および／または軸方向の可撓性スペーサ（つまりシート）１３０，１３１を、それぞれ、センサ１１０とハウジング１１２の内側壁部との間に備えることも可能である。スペーサ１３０，１３１は、フローティング状態にするか、もしくはハウジング内側壁部に取り付けることができる。また、微小固体粒子もしくはゲルカプセル（可撓性の小さな泡状膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｂｕｂｂｌｅ）に液体が封入されたもの）を用いることもできる。スペーサ１３０，１３１、もしくは粒子／カプセル１３２は、可撓性材料（例えば、テフロン（登録商標）、ポリイミド、シリコンなど）から形成することができる。代わりの実施例として、漁業用ネットやソック状格子支持部材（ｓｏｃｋ−ｌｉｋｅ ｌａｔｔｉｃｅ ｓｕｐｐｏｒｔ）１３４を、センサ１１０の両方の軸方向側部において、ハウジング１１２のそれぞれ反対側の壁部に取り付けることによって、センサ１１０をハウジング１１２の内側壁部間に把持しながら、センサ１１０が幾らか移動し得るようにするとともに、圧力がセンサ１１０に加わるようにすることも可能である。また、径方向スペーサ１３０を用いる代わりに、所望により、保護層として機能する流体の層や膜をセンサ１１０とハウジング１１２の内側壁部との間に配置することによって、これらの間の径方向のスペースＤｓを小さく（例えば約３ｍｍ）することも可能である。衝撃および振動を隔離しながら圧力Ｐ１をセンサ１１０に加えることが可能なものであれば、他の技術によって、センサ１１０をハウジング１１２内部に吊り下げることも可能である。
【００９７】
図２７に示されているように、代わりの実施例として、センサ１１０の一部を加圧された隔室１１６内部に配置し、一部をこの隔室１１６外部に配置することも可能である。このような場合、センサ１１０の圧力露出部分４８には圧力Ｐ１が加わるが、温度回折格子２５０が設けられた軸方向に延びた部分２５１は、隔室１１６外部に配置されることにより圧力Ｐ１から隔離される。さらに、このような場合、軸方向に延びた部分２５１を保護する部分１２１を任意でハウジング１１２に設けることによって隔室１２５を形成し、貫通接続部１２３を介してファイバ１０を外部に出すことも可能である。代わりの実施例として、上述したように、温度回折格子２５０に圧力Ｐ１を加えることも可能である。
【００９８】
本発明の、ガラスに収容されたファイバ回折格子圧力センサは、構成に応じて、圧縮つまり圧縮歪みを加えた状態（例えば、圧力を増大させることによって軸方向に圧縮させることにより）、もしくは引張りつまり引張り歪みを加えた状態（例えば、圧力を増大させることにより軸方向に伸長させる（引張力を増大させる）か、もしくは短くする（引張力を減少させる）ことにより）で利用することができる。引張力を用いるシステムの一例として、引張力を用いる変換器構成に管２０を取り付けて軸方向に引っ張る場合が挙げられる。例えば、ドッグボーン形状（図８のような形状）の場合、部分３２の内側面をそれぞれ軸方向の反対方向に引っ張ることによって、回折格子１２に引張力を加えることができる。引張力を用いる構成は、ロバート Ｊ マロンに付与され、本出願人が所有する「厳しい環境で使用するための高感度光ファイバ圧力センサ」という名称の同時係属中の米国特許出願第０８／９２５，５９８号にも開示されている。この特許出願は、「背景技術」で挙げられたものであり、この点について開示している（この場合は、回折格子に引張力が加えられることによって初期歪みが加えられ、圧力が上昇するに従ってこの引張力が減少するようになっている）。引張力を用いる他の構成に、本願に開示された管収容型回折格子を用いることも可能である。代わりの実施例として、軸方向荷重が径方向荷重より所定量（材料特性によって決まる）だけ小さくなる構成の場合は、管２０に引張力を加えた状態で動作させることも可能である（例えば、図５、図６および図１６に関して説明されたように、管２０の軸方向端部が圧力場の外部に配置される場合）。
【００９９】
さらに、本願に記載された弾性部材（例えば、ベローズやダイアフラム）の剛性が管２０よりもはるかに小さい場合は、このような弾性部材に加わる荷重の量が僅かとなる。このような場合、センサを荷重変換器（ｌｂｆ）として利用することができる。
【０１００】
さらに、本願に記載されているどの実施例においても、ファイバ１０をハウジングもしくは管２０に貫通させる代わりに、ファイバ１０に一方の端部のみを設けること、つまりファイバ１０の一方の端部のみをハウジングもしくは管２０から突出させることもできる。このような場合、ファイバ１０の一端を、ファイバ１０が管２０から出る位置もしくはこれより前の部分に配置する。代わりの実施例として、ファイバ１０を管２０の両側から出し、ファイバ１０の一端をハウジングから出る前の位置に配置することもできる。
【０１０１】
さらに、回折格子からの反射光および透過光のどちらが測定量の測定に利用されるかに依存して、本発明の回折格子を反射および／または透過を行うものとすることができることは認識すべきである。さらに、本願では、「管」という用語は、本願に記載された特性を有する材料からなるブロックをも意味する。
【０１０２】
本願に記載された隔室もしくは領域３４，６４，７４，１００，１１６，２０２，３０６，４０６には、大気を封入したり、真空状態（もしくは他の圧力）としたり、その一部もしくは全体に流体（液体もしくは気体）、例えば油、を充填することができる。充填する流体のタイプは、所望の熱時定数、粘性、および所望の用途に基づく他の流体特性によって決まる。
【０１０３】
また、動作中は、光ファイバ１０に連結された装置ボックス（図示せず）を利用して入射光１４を発生させ、本願のセンサからの戻り光（反射光１６および／または透過光１８）の波長もしくは他の光学的パラメータのシフトを復調して検出することができる。装置ボックスは、広帯域光源、走査型レーザ光源、もしくは他の適した周知の光源を備えているとともに、適したスペクトラムアナライザもしくはこれ以外の周知の光−電子測定装置を備えている。これらは、全て、当該技術分野で周知のものである。このことについては、米国特許第５，４０１，９５６号、米国特許第５，４２６，２９７号および米国特許第５，５１３，９１３号に開示されており、さらに、他の周知の光学機器の技術分野でも開示されている。
【０１０４】
図３１に示されているように、代わりの実施例として、管に収容されたファイバ回折格子２０の一部もしくは全体を、大きな直径を有するシリカ製の導波路回折格子６００と置き換えることも可能である。このような導波路回折格子の例として、「大きな直径を有する光導波路、回折格子およびレーザ」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−０２３０号）号に記載されているものが挙げられる。この特許出願は、この点について開示している。導波路６００は、コア６１２（光ファイバ１０のコアと同様なもの）およびクラッディング６１４（管２０とファイバ１０のクラッディングとを融接したものと同様なもの）を有し、回折格子１２がこれに埋め込まれている。導波路６００の全長Ｌ１および導波路の直径ｄ２は、管２０に関して以上で記載された値と同じにする（すなわち、回折格子の所望の波長同調範囲内で管２０の座屈が生じないようにする）。導波路の外径は、少なくとも０．３ｍｍとする。クラッディング６２６と、光信号１４を伝搬させるコア６２５と、を有する光ファイバ６２２（図１のファイバ１０と同様なもの）を、導波路６００の一方もしくは両方の軸方向端部６２８に結合させるか、もしくは光学的に連結させる。このことは、ファイバを結合するか、もしくは光ファイバから大きな導波路へと光を結合するための、この用途に対して許容可能な光学的損失を有する周知の技術もしくはこれから開発されるべき技術によって、行う。
【０１０５】
回折格子６００を備えているとともに直径が大きな導波路６００は、管に収容された回折格子２０と同様に利用することができる。この場合、ファイバ１０が導波路６００のコア６１２に相当する（かつコア６１２と交換することが可能である）。例えば、導波路６００にエッチング、グラインディング、もしくは研磨を行うことによって、管２０に関して上述した「ドッグボーン」形状とすることができる。代わりの実施例として、図２に関して上述したように、２つの外側管６４０，６４２を加熱して、導波路６００の両端部にこれらを融接することによって、「ドッグボーン」形状を形成することができる。管２０および管収容型回折格子に関して本願に記載された代わりの実施例も、全て、導波路６００に適用することができる。例えば、ファイバレーザ、ＤＦＢファイバレーザを構成したり、複数のファイバ（もしくはコア）を配置したり、もしくは様々な形状を用いることが可能である。
【０１０６】
本願では、管収容型ファイバ回折格子２０および大きな直径を有する導波路型回折格子６００を、両方とも、「同調可能な光学的素子」と称する。管収容型回折格子２０および大きな直径を有する導波路型回折格子６００は、管２０がファイバ１０に融接される部分における構成および特性が同じである。管収容型回折格子２０および大きな直径を有する導波路型回折格子６００は、断面が連続的であり（つまり一体となっており）、さらに、この断面に亘って、ガラス材料（例えば、ドープされたシリカおよびドープされていないシリカ）といった実質的に同じ材料から構成されているためである。さらに、このような部分では、これらの両方が、光学的コアおよび大きなクラッディングが存在するためである。
【０１０７】
さらに、導波路６００および管収容型回折格子２０をともに利用して、本願に記載された実施例の検出素子を構成することができる。特に、検出素子の１つもしくは複数の軸方向部分を、管に収容された回折格子もしくはファイバとし、かつ／または１つもしくは複数の他の軸方向部分を導波路６００とし、前記導波路のコアが管に融接されたファイバのコアと整列するように、これらを軸方向に結合したり、融接したり、もしくは他の方法で機械的もしくは光学的に結合することができる。例えば、破線６５０，６５２で示されているように、検出素子の中央領域を大きな導波路とし、一方もしくは両方の軸方向端部を管収容型ファイバとし、これらをともに融接することが可能である。もしくはこの逆にすることも可能である。
【０１０８】
本願の全ての実施例に開示された寸法、形状、および材料は、単に例示的なものであり、用途、寸法、性能、製造もしくは設計に関する必要性に応じて、所望により、寸法、形状、もしくは材料を、他のものにすることも可能である。
【０１０９】
本願には記載しなかったが、特定の実施例に関して説明された特徴、特性、変更および改善を、本願に記載された他の実施例に、適用したり、利用したり、導入することができることは理解されるべきである。さらに、付随の図面は、一定の縮尺で示されていない。
【０１１０】
本発明は、実施例に関して説明および図示が行われたが、上述した変更および省略、他の変更および省略を、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図３】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図４】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図５】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図６】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図７】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図８】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図９】
ハウジング壁部に取りつけられた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図１０】
ハウジング内部に吊り下げられた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図１１】
管に収容されたファイバ内部に２つの回折格子が配置されている本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１２】
２つの毛管を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１３】
回折格子の両側で毛管が潰されてファイバに融接されている本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１４】
本発明の図１３の管収容型回折格子の他の実施例を示す側面図。
【図１５】
軸方向に長く突出した部分を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１６】
ダイアフラムを備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１７】
軸方向に延びた部分を備えており、その一部がファイバ上で潰されていない本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１８】
ハウジングの断面が円形である本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１９】
圧力が加えられる中空部を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図２０】
図９の他の実施例を示す側面図。
【図２１】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサが複数直列に接続されたものを示すブロック図。
【図２２】
２つの独立した光ファイバが共通の管に収容されている本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２３】
図２１の実施例を示す端面図。
【図２４】
２つの独立した光ファイバが共通の管に収容されている本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２５】
回折格子が設けられている部分でのみ管が潰されている、本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２６】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図２７】
一部がハウジングの圧力領域に配置され、一部が圧力領域の外部に配置された、本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２８】
圧力から隔離された温度回折格子を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図２９】
圧力が加えられた温度回折格子を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図３０】
管収容型の同調可能な分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを備えた、本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図３１】
回折格子が内部に埋め込まれた、本発明の大直径型光導波路を示す側面図。
【関連出願とのクロスリファレンス】
本願は、１９９８年１２月４日に出願された米国特許出願第０９／２０５，９４４号を一部継続する、１９９９年９月２０日に出願された米国特許出願第０９／３９９，４０４号の内容を一部継続するものである。さらに、本願と同時に出願された「管に収容されたファイバ回折格子」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−００７８Ｂ）号、「歪み隔離型ブラッグ回折格子」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１２８Ｂ）号、「圧縮同調式ブラッグ回折格子およびレーザ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１２９Ｂ）号、「圧力隔離型ブラッグ回折格子温度センサ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１４６Ｂ）号、「光ファイバブラッグ回折格子圧力センサ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−００１４）号、「大直径型光導波路、回折格子およびレーザ」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０２３０）号、および１９９８年１２月４日に出願された「管に収容されたブラッグ回折格子を形成する方法および装置」という名称の米国特許出願第（シドラ明細書第ＣＣ−０１３０）号は、全て、本願に開示された内容を含むものである。
【０００２】
【技術分野】
本発明は、光ファイバ圧力センサに関し、特に、ブラッグ回折格子圧力センサに関する。
【０００３】
【背景技術】
圧力および温度といった様々な物理的パラメータを測定するためのセンサは、多くの場合、弾性構造（例えば、ダイアフラム、ベローズなど）から検出素子への歪みの伝達を利用している。圧力センサの場合、検出素子を適した接着剤によって弾性構造に結合させることができる。
【０００４】
弾性構造への検出素子の取り付けが堅固に行われなかった場合は、このような取り付けに起因して大きな誤差が生じる可能性がある。静的パラメータもしくは変化速度が非常に小さいパラメータをセンサによって測定する場合は、構造への取り付け状態を長期間安定させることが重要となる。このようにセンサが長期間安定しないことの主な原因は、「クリープ」として知られる現象（つまり、弾性構造に加えられる荷重が変化しない状態での、検出素子の歪みの変化）であり、これによって、検出信号のＤＣシフトつまりドリフトエラーが生じる。
【０００５】
静的パラメータおよび／または準静的パラメータを測定するための特定のタイプの光ファイバセンサの場合、弾性構造への光ファイバの取付け状態の安定性が高く、かつクリープが小さいことが必要である。クリープを抑制するようにファイバを構造に取り付けるためには、様々な技術（例えば、接着剤、結合剤、エポキシ、セメントおよび／またははんだ）が存在する。しかし、これらの技術を利用しても、長時間および／または高温での用途では、クリープおよび／またはヒステリシスが生じる。
【０００６】
光ファイバを用いたセンサの一例として、ロバート Ｊ マロンに付与された「厳しい環境で利用される高感度光ファイバ圧力センサ」という名称の米国特許出願第０８／９２５，５９８号に開示されたものが挙げられる。この特許出願は、全体に亘ってこれについて開示している。この場合、光ファイバが、その一部で圧縮可能なベローズに取り付けられ、かつ第２の位置で剛性構造に取り付けられており、これらの２つのファイバ取付け位置の間にブラッグ回折格子が埋め込まれているとともにこの回折格子に引張力が加えられている。外部圧力が変化することによってベローズが圧縮された場合、ファイバ回折格子に加わる引張力が減少し、これによって、回折格子により反射される光の波長が変化する。この構造へのファイバの取り付けが堅固でない場合、ファイバが、取り付けられている構造に対して移動（つまりクリープ）することによって、上述したように、測定が不正確となる可能性がある。
【０００７】
他の例として、引張力が加えられた状態でファイバがＵＶセメントによってガラス製球状部材に固定されている光ファイバ回折格子圧力センサが、Ｘｕ、Ｍ．Ｇ．，ベイジャー（Ｂｅｉｇｅｒ），Ｈ．，ダケイン（Ｄａｋｅｉｎ），Ｊ．Ｐ．の「ガラス製球状ハウジングを用いた高感度ファイバ回折格子圧力センサ」（エレクトロニックレターズ、１９９６年、第３２巻、１２８〜１２９ページ）に開示されている。
【０００８】
しかし、上述したように、このような取付け技術によっても、長時間および／または高温の用途では、クリープおよび／またはヒステリシスが生じる可能性があり、さらに、製造が困難であるとともに製造コストが高くなる可能性がある。
【０００９】
【発明の開示】
本発明の目的は、クリープが抑制された光ファイバ圧力センサを提供することである。
【００１０】
本発明によると、圧力センサが、長手方向軸に沿って少なくとも１つの圧力反射素子を備えた光検出素子を備えており、前記圧力反射素子が、圧力反射波長を有する。前記検出素子は、外部圧力の変化に起因して軸方向に歪むものである。このような軸方向の歪みによって、前記圧力反射波長が変化し、この圧力反射波長の変化量によって、圧力の変化量が示される。前記検出素子の少なくとも一部の断面は連続しており、かつ同じ材料から形成されている。さらに、前記検出素子の外径寸法は、少なくとも０．３ｍｍである。
【００１１】
さらに本発明によると、検出素子が、反射素子が内部に埋め込まれた光ファイバと、長手方向軸に沿って光ファイバおよび反射素子を収容している管と、を備えており、前記管が、光ファイバの少なくとも一部に融接されている。さらに本発明によると、検出素子が、外側クラッディングおよび内側コアを有する大きな直径を有する光導波路であり、この導波路の外側の寸法は、少なくとも３ｍｍである。
【００１２】
さらに本発明によると、反射素子はブラッグ回折格子である。さらに本発明によると、検出素子は、ドッグボーン形状を有する。さらに本発明によると、検出素子は、ドッグボーン形状を有しており、反射素子のそれぞれ反対側の軸方向側部における、このドッグボーン形状の拡大部分の少なくとも一部に融接された外側管を備えている。
【００１３】
本発明は、光検出素子内部に配置されたファイバ回折格子を提供する。この光検出素子は、ガラス製毛管の少なくとも一部に融接された光ファイバ（管収容型ファイバ／回折格子）および／または光学的コアおよび大きなクラッディングを有する大きな直径の導波路型回折格子を備えている。この導波路型回折格子は、圧力が加えられた場合に弾性変形し得るものである。本発明は、クリープを実質的に防止するとともに、光ファイバの取付けに関する他の問題を回避する。このような検出素子は、シリカといったガラス材料から形成することができる。さらに、本発明によって、検出のヒステリシスを非常に小さくすることができる。本発明によって、検出素子の端面に対して荷重を軸方向に加えることが可能となり、これによって、検出の感度が向上される。本発明は、さらに、圧縮した状態で利用する場合のセンサの信頼性を向上する。さらに、１つもしくは複数の回折格子、ファイバレーザ、もしくは複数のファイバを検出素子内部に備えることが可能である。
【００１４】
ファイバの回折格子領域、および／または回折格子領域の両側の軸方向側部における回折格子に隣接した位置もしくは回折格子から所定距離だけ離間された位置に、管を融接することによって、１つもしくは複数の回折格子もしくはレーザを管に「収容する」ことができる。１つもしくは複数の回折格子もしくはレーザは、管の内部に融接するか、一部だけを管内部に融接するか、もしくは、管の外側表面に融接することが可能である。さらに、１つもしくは複数の導波路および／または管収容型ファイバ／回折格子を軸方向に融接することによって、検出素子を構成することも可能である。
【００１５】
さらに、本発明は、独立した（一点用）センサとして利用することが可能であり、もしくは複数のセンサを分散させて多重化（多点用）センサとして利用することもできる。さらに、本発明では、貫通型もしくは非貫通型の設計を用いることができる。検出素子の形状を、荷重に対する波長シフトの感度を向上させることができるとともに所望の感度を得るために拡大縮小することが容易な他の形状（例えばドッグボーン形状）とすることも可能である。
【００１６】
本発明は、油井および／またはガス井、エンジン、燃焼室の内部といった厳しい環境（高温および／または高圧）で利用することが可能である。例えば、本発明は、高圧（１５ｋｐｓｉより大きい圧力）および高温（１５０℃より高い温度）の環境で動作可能な、全体がガラスからなるセンサとして構成することができる。本発明は、環境に拘わらず、他の用途においても同様に動作し得る。
【００１７】
本発明の上述した目的および他の目的、特徴および利点は、実施例についての以下の詳細な説明によってより明確となるだろう。
【００１８】
【発明を実施するための最良の形態】
図１に示されているように、圧縮同調式ブラッグ回折格子は、周知の光導波路１０（例えば、標準的な通信用単一モード光ファイバ）にブラッグ回折格子１２が刻み込まれたもの（もしくは、埋め込まれたり、描かれたもの）から構成されている。ファイバ１０は、外径が約１２５ミクロンであり、周知のように適したドーパントを含むシリカガラス（ＳｉＯ２）からなることによって、ファイバ１０に沿って光１４を伝搬させることが可能となっている。ブラッグ回折格子１２は、周知のように、光導波路の有効屈折率および／または有効光学吸収係数の周期的もしくは非周期的なばらつきである。このような回折格子１２は、グレン等に付与された「光ファイバ内部に回折格子を刻み込む方法」という名称の米国特許第４，７２５，１１０号および第４，８０７，９５０号、グレンに付与された「光ファイバ内部に非周期的回折格子を形成する方法および装置」という名称の米国特許第５，３８８，１７３号に開示されたものと同様なものである。これらの特許は、この点について開示しており、本発明の理解するために参照することができる。しかし、いかなるタイプの、波長同調が可能な回折格子もしくは反射素子がファイバ１０内部に埋め込まれたり、エッチングされたり、描かれたり、もしくは他の方法で形成されたものも、所望により利用することができる。本願では、「回折格子」という用語は、これらの反射素子を全て示している。さらに、反射素子（つまり回折格子）１２は、光の反射および／または透過を行うために利用することができる。
【００１９】
所望により、光ファイバもしくは光導波路１０の材料および寸法を別のものにすることも可能である。例えば、ファイバ１０は、ガラス、シリカ、燐酸塩ガラス、もしくは他のガラスから形成することが可能であり、ガラスおよび合成樹脂から形成したり、合成樹脂のみから形成したり、もしくは、光ファイバを形成するのに用いられている他の材料から形成することも可能である。高温の用途では、ガラス材料からなる光ファイバが望ましい。さらに、光ファイバ１０の外径を、８０ミクロンもしくはこれ以外の大きさにすることもできる。さらに、光ファイバの代わりに、いかなる光導波路を用いることもできる。例えば、多モード（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ）導波路、複屈折性（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ）導波路、偏光維持型（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｎｉｎｇ）導波路、偏光（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）導波路、複数のコアを有する光導波路、複数のクラッディングを有する光導波路、平形導波路、プレーナ型光導波路（矩形形状の導波路）もしくは他の光導波路を利用することもできる。本願では、「ファイバ」という用語には、これらの光導波路が含まれる。
【００２０】
光１４は、回折格子１２に入射し、ここで、反射波長λｂを中心とする所定の光波長帯域を有するその一部がライン１６に示されるように反射し、入射光１４の残りの波長（所定の波長領域内にある）がライン１８に示されるように透過する。
【００２１】
回折格子１２を内部に備えたファイバ１０は、以下で管と称する弾性変形可能な圧力検出素子２０（例えば、ガラス製の円筒状毛管）の少なくとも一部に収容され、かつ融接されている。管２０は、外径ｄ１が約２ｍｍであり、長さＬ１が約１２ｍｍである。回折格子１２の長さＬｇは、約５ｍｍである。代わりの実施例として、回折格子の長さを大きくしたり、短い管を用いることなどによって、管２０の長さＬ１を、回折格子１２の長さＬｇとほぼ同じにすることも可能である。管２０および回折格子１２の寸法および長さを、別の大きさにすることも可能である。また、光ファイバ１０および回折格子１２を管２０の中心部に融接する必要はなく、管２０のどの部分に融接することもできる。また、管２０の全長Ｌ１に亘ってファイバ１０を溶融する必要はない。
【００２２】
管２０は、ガラス材料からなる。このようなガラス材料の例として、天然水晶、合成水晶、溶融シリカ、シリカ（ＳｉＯ２）、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）社製のパイレックス（登録商標）（ホウ珪酸）、コーニング社製のバイコール（登録商標）（９５％のシリカおよび５％の他の構成要素（例えば、酸化ホウ素）からなる）などが挙げられる。管の材料としては、管２０の内径とファイバ１０の外径との間に境界面が生じない（すなわち、管２０の内径が、ファイバ１０のクラッディングと識別され得ず、その一部となる）ように、管２０（つまり、管２０に設けられた孔の内径面）を光ファイバ１０の外側表面（つまりクラッディング）に融接する（分子結合を形成する、すなわち共に溶融させる）ことができるものを利用すべきである。
【００２３】
広い温度範囲に亘って管２０の熱膨張をファイバ１０と整合させるためには、管２０の材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）をファイバ１０の材料のＣＴＥとほぼ整合させる必要がある。概して、ガラス材料は、溶融温度が低いほど、ＣＴＥは大きい。従って、シリカファイバ（溶融温度が高く、ＣＴＥが小さい）と、パイレックス（登録商標）やバイコール（登録商標）（溶融温度が低く、ＣＴＥが大きい）といった別のガラス材料からなる管と、を用いた場合には、広い温度範囲に亘って管２０とファイバ１０との間で熱膨張を整合させることができない。しかし、本願では、ファイバ１０のＣＴＥと管２０のＣＴＥとを整合させる必要はない（以下でより詳細に説明する）。
【００２４】
ファイバ１０に融接することができるものであれば、弾性変形可能な他の材料からなる管２０を、ガラス材料からなる管２０の代わりに用いることもできる。例えば、光ファイバが合成樹脂（ｐｌａｓｔｉｃ）からなる場合には、合成樹脂材料からなる管を用いることができる。
【００２５】
管２０の軸方向端部（ファイバ１０が管２０から出る部分）には、ファイバ１０の歪みを開放するため、もしくは他の理由により、内側方向にテーパ状（つまりフレア状）とされることによりファイバ１０から離された内側領域２２を設けることができる。このような場合、管２０とファイバ１０との間の領域１９に、歪み開放用充填材料（例えば、ポリイミド、シリコンなど）を充填することが可能である。さらに、他の部材（図示せず）と係合させるためのシート部（ｓｅａｔ）を管２０に設けるため、および／または管２０に荷重がかかる角度（ｆｏｒｃｅ ａｎｇｌｅ）を調整するため、もしくは他の理由により、テーパ状の（つまり面取りされている、もしくは傾斜した）外側コーナ部（つまり端部）２４を管２０に設けることも可能である。面取りコーナ部２４の角度は、所望の機能が得られるように決定される。さらに、管２０の断面形状を、円形以外の形状（例えば、正方形、矩形、楕円形、クラムシェル形など）とすることも可能であり、側断面形状を方形以外の形状（例えば、円形、正方形、楕円形、クラムシェル形など）とすることもできる。
【００２６】
外側リングつまりスリーブ２９を、管２０の内側テーパ状領域２２の外径の周囲に配置することによって、軸方向荷重が管２０に加えられた場合に、ポアッソン効果（以下で説明する）もしくは他の荷重の影響により、管２０とファイバ１０との接合部でファイバ１０の亀裂が生じることを防止することができる。
【００２７】
代わりの実施例として、内側テーパ状領域２２を設ける代わりに、管の軸方向端部（ファイバ１０が管２０から出る部分）に、破線２７により示されたような、外側にテーパ状（つまり、フルート状（ｆｌｕｔｅｄ）、円錐状、ニップル状）とされた部分を設けることもできる。このようなテーパ状部分は、ファイバ１０を中心に除々に小さくなる外形を有する（図１２に関して以下で詳細に説明する）。このようなフルート状部分２７が設けられることによって、ファイバ１０がその長手方向軸に沿って引っ張られる場合の、ファイバ１０と管２０との間の境界部およびこの近傍の引張り強度が、増大する（例えば、６ｌｂｆ以上となる）ことがわかっている。
【００２８】
ファイバ１０を管２０よりも突出させる場合は、外側保護緩衝層２１をファイバ１０に設けることによって、ファイバ１０の外側表面の損傷を防止することができる。このような緩衝層２１は、ポリイミド、シリコン、テフロン（登録商標）（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｏｕｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、炭素、金、および／またはニッケルから形成することができ、その厚さは約２５ミクロンである。緩衝層２１の厚さおよび緩衝材料を、他のものにすることもできる。内側テーパ状領域２２が設けられ、かつこれが十分大きい場合は、緩衝層２１をこの領域２２に挿入することによって、露出されたファイバから保護されたファイバに変えることができる。代わりの実施例として、この領域に外側テーパ状部分２７を設ける場合は、管２０からファイバが出る位置からこの緩衝層２１が始まる。ファイバが出る位置から離間された位置からバッファが設けられる場合は、ファイバ１０に、付加的な緩衝層（図示せず）を更に被覆することが可能である。このような付加的な緩衝層は、融接部分の外側における露出されたファイバを覆うことが可能であるとともに、緩衝層２１および／または管２０のテーパ状部分２７もしくは端部に重ねることが可能なものである。
【００２９】
ガラスに収容されたファイバ回折格子２０は、それ自体で利用することも、圧力を測定するための大型構成の内部の部材として利用することも可能である。例えば、図１の実施例のガラス収容型回折格子管２０は、それ自体で、直接に、圧力センサとして利用することが可能である（図９，１０に関して以下で更に説明する）。このような場合、管２０の直径、長さおよび材料によって、回折格子１２の反射波長λ１が増大する方向にシフトするか小さくなる方向にシフトするかが決まるとともに、波長のシフト量が決まる。さらに、ボアッソン比（外部荷重により生じる、ロッドの長さ変化と直径変化との関係）、およびヤング率（すなわち、ロッドの軸方向の圧縮率をロッド長さの関数として表したもの）といった管２０の材料特性によっても、波長シフトが決まる。
【００３０】
特に、管２０を圧力Ｐが加わる環境に置いた場合、軸方向圧力２６および径方向圧力２８が加わる。圧力Ｐとしては、流体の圧力（流体は、液体、気体もしくはこれらの混合物）を用いることができる。管２０のポアッソン比およびヤング率（つまり軸方向の圧縮性）、およびこれら以外の材料特性に応じて、圧力が増加した場合に管２０を軸方向に圧縮したり引張ることが可能である。管２０がガラス材料もしくは金属材料（およびポアッソン比が小さい他の材料）からなる場合、管２０の周囲で軸方向の圧力場が均一である状態では、圧力が上昇するに従って、Ｌ１が減少し、つまり軸方向に圧縮され（管２０の長さＬ１および直径ｄ１とは無関係に）、これによって、回折格子１２の反射波長λ１が小さくなる。これに対して、軸方向圧力２６が径方向圧力２８よりも所定量だけ小さい場合は、管２０が軸方向に伸長し、これによって、Ｌ１が増大して回折格子１２の反射波長λ１が大きくなる。所定圧力Ｐ（単位面積当たりの荷重）に対する軸方向長さの変化量もまた、管２０の軸方向の圧縮性によって決まる。特に、管２０の材料の軸方向の圧縮性が大きいほど、管２０の所定の初期長さに対する長さＬ１の変化量（ΔＬ１／Ｌ１）が大きくなる。さらに、温度が変化した場合、管２０の長さが、周知の熱膨張係数（ＣＴＥつまりαＬ）に基づいて変化する。
【００３１】
管２０に用いられる特定のガラス材料のポアッソン比、ヤング率、および熱膨張係数（ＣＴＥ）として一般的に適した値が、以下の表１に示されている。
【００３２】
【表１】
ブラッグ回折格子１２は、毛管２０がファイバ１０および回折格子１２の周囲に配置される前もしくはこの後に、ファイバ１０内部に刻み込むことができる。
【００３４】
１９９８年１２月４日に出願された「管に収容されたブラッグ回折格子を形成する方法および装置」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−０１３０号）に開示されているように、管２０を回折格子１２の周囲に配置した後で回折格子１２をファイバ１０内部に刻み込む場合は、回折格子１２を、管２０を通してファイバ１０内部に描くことができる。
【００３５】
本願と同時に出願された「管に収容されたファイバ回折格子」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００７８Ａ号）に開示されているように、ファイバ１０を管２０に収容するために、レーザ、フィラメント、火炎などによって、管２０を加熱して潰し、回折格子１２に融接することができる。この特許出願は、この点について開示している。他の技術を用いて、管２０をファイバ１０に融接することもできる。他の方法としては、ダック等に付与された「光ファイバを収容する方法」という名称の米国特許第５，７４５，６２６号、および／またはベーキーに付与された「一体型の精密な連結ウェルを備えたファイバカプラを形成する方法」という名称の米国特許第４，９１５，４６７号に開示されているものが挙げられる。これらは、この点について開示しており、本発明もしくは他の技術を理解するために参照することができる。代わりの実施例として、シリカはんだ（粉末もしくは固体）などの高温用ガラスはんだを用いて、ファイバ１０、管２０およびこのようなはんだを互いに融接させたり、レーザー溶接／レーザー融接を用いたり、他の融接技術を利用することなどによっても、ファイバ１０を管２０に融接することもできる。また、ファイバは、管内部に融接したり、その一部のみを管内部に融接したり、もしくは管の外側表面に融接することが可能である（図２４に関して以下で説明する）。
【００３６】
本願に開示された全ての実施例において、回折格子１２に初期歪み（圧縮もしくは引張り）が加えられた状態でこれを管２０に収容することが可能であり、もしくは初期歪みが加えられていない状態でこれを収容することもできる。例えば、パイレックス（登録商標）、もしくはファイバ１０よりも熱膨張係数が大きい他のガラスが管２０に用いられる場合は、管２０が加熱されてファイバに融接され、続いて冷却される際に、管２０によって回折格子１２が圧縮される。代わりの実施例として、加熱工程中および融接工程中に回折格子に引張力を加えることによって、引張力が加わった状態でファイバ回折格子１２を管２０に収容することもできる。このような場合、管２０が圧縮された状態で、回折格子１２に加わっている引張力が減少する。さらに、ファイバ回折格子１２を管２０に収容することによって、外部荷重が管２０に加えられていない状態では、回折格子１２に引張力および圧縮力のいずれも加わることがなくなる。
【００３７】
上述した同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００７８号）に開示されているように、ファイバ１０が管２０に取り付けられるフルート状部分２７は、様々な方法で形成することができる。例えば、管２０を加熱し、かつ／または管２０および／またはファイバ１０を引っ張ることによって、端部にフルート状部分２７を形成することができる。代わりの実施例として、フルート状端部２７は、別のガラス成形技術（例えば、研磨、エッチング、グラインディングなど）を用いて形成することができる。他の技術を用いて部分２７を形成することも可能である。
【００３８】
さらに、上述した同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−００７８号）に開示されているように、内側領域２２は、多数の技術により形成することができる。例えば、この領域２２において管２０をファイバ１０に融接せずに、つまり管２０の内径よりも大きい領域２２を形成するために、管２０の所望の領域を加熱して膨張させ、内部圧力を管２０に加えることによって、形成することができる。
【００３９】
図２を参照すると、代わりの実施例として、毛管２０の形状を変えることによって、感度を増大させることが可能であることがわかっている。特に、管２０の形状を、細い中心部３０および拡大外側部分３２（つまりピストン）を有する「ドッグボーン」形状とすることができる。細い部分３０は、外径ｄ２が約２ｍｍであり、長さＬ２が約９．５ｍｍである。拡大部分３２は、それぞれ、外径ｄ３が約４ｍｍであり、長さＬ３が約６．３５ｍｍである。座屈を防止することができる大きさであれば、これらの部分３０，３２の長さＬ１，Ｌ３を別の値にすることもできる。例えば、長さＬ３を、６．３６ｍｍよりもはるかに大きく（例えば、２５．４ｍｍより大きく）したり、もしくは６．３６ｍｍよりもはるかに小さくすることも可能である。管２０の軸方向端面と細い部分３０の軸方向端面の断面積（πｄ２）の比率によって、荷重／面積の利得が４となる。
【００４０】
さらに、管２０の部分３２の端部には、上述したような、内側テーパ状部分２２もしくは外側テーパ状部分２７を設けることができる。さらに、部分３２には、上述したようなテーパ状の（つまり面取りされた）外側コーナ部２４を設けることができる。拡大部分３２の内側移行領域３３は、鋭利な垂直端部もしくは傾斜した端部として形成することが可能であり、もしくは、破線３９で示されているように湾曲させることもできる。湾曲形状３９の場合は、鋭利な端部つまりコーナ部よりも、立ち上がり部分に加わる応力が小さいため、破損する可能性が低い。
【００４１】
また、ドッグボーン形状は、対称形状とする必要はない。例えば、所望により、２つの部分３２のＬ３をそれぞれ異なる大きさにすることができる。代わりの実施例として、片側だけをドッグボーン形状とすることも可能である。すなわち、拡大部分３２を２つ設ける代わりに、細い部分３０の一方の側部にのみ拡大部分３２を設け、他方の側部を直線状端部３７とすることができる。この直線状端部３７には、上述したような面取りコーナ部２４を設けることができる。このような場合、このドッグボーン形状は、Ｔ字を横にしたような形状となる。歪みの感度を改善したり、管２０に荷重がかかる角度（ｆｏｒｃｅ ａｎｇｌｅ）を調整したり、もしくは他の所望の特性を得ることができるものであれば、ドッグボーン形状の代わりに、他の形状を用いることも可能である。
【００４２】
拡大部分３２の直径ｄ３と細い部分３０の直径ｄ２とがこのように異なることによって、歪みが増幅されるため、荷重に対する回折格子の波長シフトの感度（つまりゲインもしくは目盛係数）が増大することがわかっている。さらに、本願に記載されたドッグボーンの寸法は、所望の感度が得られるように拡大縮小することが容易である。
【００４３】
歪みの感度を改善したり、管２０に荷重がかかる角度（ｆｏｒｃｅ ａｎｇｌｅ）を調整したり、もしくは他の所望の特性を得ることができるものであれば、所望により、ドッグボーン形状の代わりに、他の形状を用いることも可能である。
【００４４】
このようなドッグボーン形状による感度の増大は、寸法ｄ３と寸法ｄ２との差によって歪みが増幅されることに起因する。ドッグボーン形状の感度を最適化するためには、内側移行部分３３に加わるそれぞれ反対方向の軸方向荷重３５から拡大部分３２を隔離し、かつ細い部分３０を径方向荷重３７から隔離する必要がある。このことは、以下で説明するように、円筒状部材、膜、壁部もしくは他の境界部によりドッグボーン形状を包囲することによって達成できる。細い部分３０に径方向荷重が加わった場合、ポアッソン効果によって、軸方向荷重により生じるシフトが小さくなるため、センサの感度が劣化する。
【００４５】
ドッグボーン形状は、管２０の中央部をエッチング、グラインディング、もしくは研磨して細い直径ｄ２を設けることによって、形成することができる。化学的エッチング（例えば、フッ化水素酸によるエッチングや他の化学的エッチング）、レーザーエッチング、もしくはレーザにより促進された化学的エッチングを利用した場合、グラインディングや研磨のように直接に荷重を加えることなく、外径が小さな領域３０を形成することができる。他の技術を用いて外径が小さな部分３０を形成することも可能である。表面の不純物を取り除くため、強度を増大させるため、もしくは他の理由により、管２０をドッグボーン形状（もしくは他の形状）とした後で、管２０の表面に火仕上げ（ｆｉｒｅ ｐｏｌｉｓｈ）を行うことも可能である。
【００４６】
図３に示されているように、代わりの実施例として、ドッグボーン形状を、複数の部材から形成することも可能である。例えば、図１のガラス収容型回折格子２０と同様な中央部材４０を、２つの端部部材４２（図２の拡大部分３２と同様なもの）によって包囲することによって、形成することができる。端部部材４２を、ファイバ１０上で滑らせて、中央部材４０に押し付けることが可能となっている。中央部材４０を２つの端部部材４２に嵌合させたり、挿入することが可能であり（図３に示されているように）、もしくは端部部材４２と面一に接触させることも可能である。
【００４７】
図４に示されているように、ドッグボーン形状をセンサ４８として利用するための１つの方法は、外側円筒状部材つまり外側管５０によりドッグボーンを包囲するものである。円筒状部材５０によって、圧力Ｐに起因して径方向荷重３７が中央の細い部分３０に直接に加わることがなくなるとともに、それぞれ反対方向の軸方向荷重３５が拡大部分３２に加わることがなくなる。円筒状部材５０の材料および特性によって、所望の用途のために評価および選択すべき装置に、荷重（軸方向および／または径方向）がさらに加わるようにすることも可能である。円筒状部材５０は、部分３２と同じ材料（例えば、ガラス）から形成することが可能であり、もしくは他の材料（例えば、金属）から形成することも可能である。部分３２および円筒状部材５０を両方ともガラス材料から形成する場合、管２０をファイバ１０に融接する場合と同様な方法で、円筒状部材５０を部分３２に融接することができる。代わりの実施例として、はんだ、溶接、溶融、接着剤、エポキシもしくは他の適した取付技術によって、円筒状部材５０を管２０の拡大部分３２の外径に取り付けることも可能である。円筒状部材５０は、管２０の細い部分３０との間に気密的にシールされた隔室（つまり空隙）３４を形成する。線２６により示されているように圧力Ｐが加えられた場合、径方向圧力２８によって円筒状部材５０が隔室３４内部に向かって径方向に歪曲し、かつ軸方向圧力２６が部分３２および円筒５０の軸方向端面に作用する。これによって、部分３０，３２および円筒５０が軸方向に圧縮される。部材３０，３２，５０の軸方向への圧縮量および径方向への歪曲量は、これらの材料特性および寸法に依存する。また、上述したように、ドッグボーン形状の管２０は、１つもしくは複数の部材から形成することが可能である。
【００４８】
代わりの実施例として、外側円筒状部材５０を、直線状の円筒形状以外の形状とすることも可能であり、さらに、外側円筒状部材５０のコンプライアンスおよび弾性が変化するような形状とすることも可能である。例えば、外側円筒状部材５０を、破線で示されたような波形（つまりベローズ形）としたり、もしくは、破線４７，５１でそれぞれ示されたように内側もしくは外側に湾曲させたり、または、他の形状とすることも可能である。ベローズ形状とした場合は、円筒状部材の径方向の破壊強度および破壊圧力（ｍａｘｉｍｕｍ ｒａｄｉａｌ ｂｒｅａｋ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が減少することなく、軸方向のコンプライアンスが増大する。
【００４９】
図２６に示されているように、代わりの実施例として、管２０の内側移行領域３３から離間した位置および／または軸方向端部４６の近傍で、外側管５０を管２０に融接することも可能である。このような場合、円筒状部材５０の内径とドッグボーンの拡大部分３２（つまりピストン）の外径との間にギャップｇ２が生じる。また、外側管５０の厚さＴ２は、約０．５ｍｍである。さらに、ドッグボーンの細い部分３０の長さＬ２は約７．０ｍｍであり、管５０とピストン３２とが融接される部分の間の長さ（２＊Ｌ３＋Ｌ２）が約３．５６ｃｍであり、部分３０，３２の直径ｄ２，ｄ３の直径が、それぞれ、約１．０ｍｍおよび３．０ｍｍである。このような形状がガラス材料（溶融シリカや天然水晶）から形成される場合、センサ４８の、圧力に対する回折格子の波長シフトの感度つまり比率が約０．５ピコメートル／ｐｓｉつまり２．０ｐｓｉ／ｐｍとなり、このようなセンサ４８は、長時間動作用の０〜５０００ｐｓｉの動作範囲のセンサとして利用することができる。上述した寸法を有する図２６の構造が、１５ｋｐｓｉまでの外部圧力に耐え得ることがわかっている。
【００５０】
動作範囲が０〜１５０００ｐｓｉであるセンサ（感度が０．３８４６ｐｍ／ｐｓｉつまり２．６ｐｓｉ／ｐｍ）を形成するためには、寸法を以下のようにする。壁部の厚さｔ１を約１ｍｍ、直径ｄ２を約１．１２ｍｍ、外径ｄ９を約６ｍｍ、長さＬ２を約７．４ｍｍ、長さ（２＊Ｌ３＋Ｌ２）を約４９ｍｍとし、全長Ｌ１を約５９ｍｍとする。このような１５Ｋｐｓｉセンサは、破壊圧力が約４５Ｋｐｓｉより大きいことがわかっている。所望により、所定の寸法に対して動作範囲を別のものにすることも可能である。
【００５１】
代わりの実施例として、軸方向に延びた部分４４として示されているように、ピストン３２を、外側管５０の端部よりも長く軸方向に延ばすことも可能である。このような場合、用途に応じて、領域４４を、軸方向に対称とすることも非対称とすることも可能である。一方の端部のみを有する１５Ｋｐｓｉセンサを形成するためには、部分４４の長さＬ２０を約２０ｍｍとする。さらに、軸方向に延びた部分３６（図８に関して以下でまた説明する）を、一方もしくは両方の軸方向端部に設けることができる。軸方向に延びた部分３６の長さＬ２１は、設計基準に基づいて、所望の大きさ（例えば１２ｍｍ）にすることが可能である。これ以外の長さにすることも可能である。
【００５２】
代わりの実施例として、片側ドッグボーンに関して上述したように、ドッグボーンのピストン３２の長さをそれぞれ異なる大きさにすることも可能であり、もしくは、２つのピストンの長さ（２＊Ｌ３）を有するピストン３２を１つだけ管／回折格子３０の片側に設け、他方の側には端部キャップ４６を備えることも可能である。後者の場合、１つのピストン３２の長さが増大されるため、その圧縮量がより大きくなる。また、センサが貫通型でない場合（つまり一方の端部のみを有する場合）は、破線５９で示されているように、一方の端部をある角度で切断することによって（例えば１２度）、垂直方向からの光学的な後方反射を減少させることができる。この角度をこれ以外の大きさにすることも可能である。
【００５３】
さらに、このような構成の場合、全長Ｌ１（すなわち、ピストン３２および外側管５０の長さＬ３）を変えることにより感度を調節することができる。特に、（ピストン３２および管５０の所定長さを有する場合に）、圧力変化に起因する、長さＬ１の変化量ΔＬの大部分ΔＬ’が、回折格子１２が存在する細い部分３０の長さＬ２で生じる（残りの変化分は、拡大ピストン３２で生じる）。従って、ピストン３２および管５０の長さを増大させると、同じ圧力変化に対して管５０がより大きく圧縮されるか歪曲される（すなわち、ΔＬが大きくなる）（所定の荷重に対する圧縮量が、長さとともに増減されるため）。このようなΔＬの増大は、この長さＬ２全体に亘って生じるため、感度ΔＬ／Ｌ２が増大する（図７に関して以下で詳細に説明する）。
【００５４】
所望により、ギャップｇ２、厚さＴ２、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３および直径ｄ２，ｄ３を、設計仕様および用途に応じて、他の値にすることも可能である。例えば、感度（ｐｍ／ｐｓｉ）を増大させるためには、様々な方法がある。この方法の例として、壁部の厚さＴ２を減少させたり（かつ必要な最大外部圧力に耐え得るようにする）、ギャップｇ２を増大させたり、外側管５０とピストン３２とが融接される位置の間の全長Ｌ１を増大させたり（例えば、管５０の長さおよびピストンの長さＬ３を増大させたり）、ドッグボーンの細い部分の直径ｄ２を減少させたり、もしくはドッグボーンの拡大部分３２（つまりピストン）の直径ｄ３を増大させることなどが挙げられる。特に、約０．６ピコメートル／ｐｓｉの感度を得るためには、全長Ｌ１を約３．５６ｃｍ（１．４インチ）から約５．０８ｃｍ（２．０インチ）まで増大させる。
【００５５】
また、このような場合、隔室３４はＩ字型（つまり回転されたＨ字型）隔室とされる。さらに、外側管５０が内側管２０に融接される部分の近傍に隆起部５２を設けることも可能である。
【００５６】
図５に示されているように、本発明の代わりの実施例として、圧力ポート６２および内側隔室６４を備えたハウジング６０を利用することもできる。圧力ボート６２によって隔室６４内部が圧力Ｐ１に設定される。ファイバ１０が、気密貫通接続部６７を介してハウジング６０の前方壁部（つまり端部キャップ）６６を貫通しており、かつ気密貫通接続部６９を介してハウジング６０の後方壁部（つまり端部キャップ）６８を通して外部に出されている。ベローズ７０が、隔室６４内部に配置されており、その一端がハウジング後方壁部６８に連結され、その他端がベローズ板７２に連結されている。管２０は、ベローズ７０内部で、軸方向に自由に移動し得るベローズ板６２とハウジング後方壁部６８との間に配置されている。ファイバ１０の、ベローズ７０外部にある部分７３に撓みを設けることによって、ファイバ１０のこの部分７３に張力が加わることなく、ベローズ７０の圧縮とともにファイバ１０が撓むようにすることも可能である。このような撓みは、湾曲させたり、らせん状に巻き付けたり、もしくはファイバの応力を開放するための他の技術を用いることにより設けることができる。板７２および壁部６８によって、軸方向荷重が、ベローズ７０間の回折格子／管２０に加わる。ベローズ隔室７４内部の圧力Ｐ２は、絶対値センサの場合は０ｐｓｉとするが、大気圧（例えば、１４．７ｐｓｉつまり１ａｔｍ）もしくは別の一定圧力にすることも可能である。デルタＰ（ｄｅｌｔａ−Ｐ）圧力センサが望まれる場合は、圧力ポート７６を設けることによって、ベローズ隔室７４内部を第２の圧力Ｐ２に設定することが可能である。管２０の軸方向端部は、図５に示されているように板７２および壁部６８の内部に挿入するか、もしくは板７２および／または壁部６８と面一にすることが可能である。
【００５７】
圧力Ｐ１がベローズ７０外部で増大すると、ベローズ７０が短くなり、つまり圧縮され（かつ板７２が右方に移動し）、これによって、管２０および回折格子１２が圧縮されることによって、回折格子１２の反射波長λ１が小さくなる。ベローズ７０のばね定数は、管２０のばね定数よりも小さく、かつ圧力が加えられた状態で破壊しないほど大きくなるように選択される。このようにすることによって、大きなソース圧力を管２０に加えた場合にクリープにより生じる誤差が減少する。所望により、管２０の形状を、ドッグボーン形状、もしくは本願に記載されている他の形状とすることも可能である。代わりの実施例として、圧力Ｐ２をＰ１よりも所定量だけ大きくする場合、管２０（およびベローズ７０）は軸方向に膨張し、これによって回折格子１２の反射波長が大きくなる。
【００５８】
図６に示されているように、本発明の代わりの実施例として、２つの収容型回折格子をプッシュ／プル構成に用いることも可能である。特に、この構成は、図５に示された構成に第２の回折格子８０を加えたものとほぼ同じである。第２の回折格子８０は、第１の管２０と同様な第２の管８２に収容されているとともに、第２の反射波長λ２を有している。回折格子を収容した管８２は、板６２とハウジング６０の前方壁部６６との間に配置されている。このような設計では、加えられる圧力Ｐ１が「零」の場合、ベローズ７０のばねの力により歪みが第２の回折格子８０全体に加わるが、第１の回折格子１２には、歪みが加わらないまま維持される（もしくは小さな歪みが加わる）。圧力Ｐ１が上昇すると、ベローズ７０が圧縮されることによって、第２の回折格子８０に加わっていた歪みが開放されるとともに、第１の回折格子１２が圧縮される。所望により、これ以外のプッシュプル式歪み状態およびプッシュプル構成を回折格子１２，８０に利用することも可能である。代わりの実施例として、圧力Ｐ２をＰ１よりも所定量だけ大きくする場合は、管２０（およびベローズ７０）が軸方向に膨張して、回折格子１２の反射波長が大きくなる。
【００５９】
このような構成では、圧力が変化した場合に、２つの回折格子の波長λ１，λ２がそれぞれ反対方向にシフトするため、２つの回折格子１２，８０の反射波長λ１，λ２の差を測定することによって圧力を決定することができる。従って、所定の波長シフト量（Δλ）を得るために必要な荷重は、１つの回折格子変換器に要する荷重の半分である。すなわち、所定の荷重に対して、波長シフト量は、１つの回折格子変換器の場合の２倍である。また、温度が変化した場合は、２つの回折格子波長λ１，λ２は、同一方向にシフトする。従って、２つの反射波長λ１，λ２の平均値のシフト量を測定することによって温度を検出することが可能であり、これによって、温度を補償することができる。また、クリープが発生する場合は、クリープによる最大誤差を決定することができる。特に、所定の温度および圧力に対してクリープが発生しない場合は、これらの２つの回折格子の反射波長の平均値が同じ値で維持される。
【００６０】
図７に示されているように、本発明の他の実施例として、円筒状ハウジング９０を用いることも可能である。円筒状ハウジング９０は、外側円筒状壁部（つまり外側管）９８、２つの端部キャップ９５、および２つの内側円筒状部材（つまりピストン）９２を備えており、これらの一端が、それぞれ、一方の端部キャップ９５に連結されている。管２０（回折格子１２を内部に収容している）は、２つのピストンの他端に接触し、かつこれらの間に配置されている。所望により、ハウジング９０の部材９８，９５，９２の断面および／または側断面を、別の形状にすることも可能である。端部キャップ９５は、独立した部材とすることも、ピストン９２および／または外側円筒９８と連続した部材とすることも可能である。圧力Ｐ（２６，２８）は、ハウジング９０の外側壁部９８，９５に加えられる。ピストン９２は、直径ｄ８を有する孔９４を備えており、ファイバ１０がこれに通されている。ハウジング９０の端部キャップ９５にテーパ状領域９６を設けることによって、上述したような応力開放部を設けることも可能である。さらに、端部キャップ９５は、ファイバ１０を外部に出すための貫通接続部１０６を備えているが、この貫通接続部１０６を、気密的にシールされた貫通接続部とすることができる。いかなる周知の光ファイバ用気密貫通接続部も、貫通接続部１０６として利用できる。例えば、ファイバ１０に金属メッキを施してこれを貫通接続部１０６に溶接することが可能である。管２０と貫通接続部１０６との間で、上述したような外部保護緩衝層２１をファイバ１０に施すことによって、ファイバ１０の外側表面の損傷を防止することもできる。さらに、ファイバ１０を更に保護するよう機能し、かつ／または熱伝導性であり、もしくは別の機能を有する液体材料もしくは固体材料（例えばシリコンゲル）を、ファイバ１０と孔９４の内径との間の領域８８に充填することも可能である。充填される材料が熱伝導性である場合は、温度回折格子２５０（以下で説明する）によって圧力回折格子１２の温度変化を迅速に検出することが可能となる。
【００６１】
壁部９８の内径と管２０の外径との間は、Ｉ字型（もしくは回転されたＨ字型）の隔室１００となっている。さらに、ピストン９２の熱膨張に適合させるため、もしくは他の理由により、ピストン９２内部に中空領域９９を設けることによって、管２０とハウジング９０の端部１０６との間におけるファイバ１０に幾つかの撓みもしくはサービスループ（ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏｏｐ）１０１を設けることも可能である。ピストン９２、外側円筒状壁部９８、端部キャップ９５、および管２０は、同じ材料から形成することも、異なる材料から形成することも可能である。さらに、これらのピストン９２の長さをそれぞれ異なる大きさとすることも可能であり、もしくは、２つのピストン９２の長さを有するピストンを１つだけ管２０の一方の側部に配置し、他方の側部には端部キャップ９５を備えることも可能である。後者の場合、１つのピストン９２の長さが増大するため、その圧縮量がより大きくなる。
【００６２】
ハウジング９０の利用可能な寸法の例を以下に挙げる。他の寸法を用いることも可能である。管２０は、外径ｄ２が約２ｍｍ（０．０７インチ）であり、長さＬ１が約１２．５ｍｍ（０．５インチ）である。各ピストン９２は、外径ｄ５が約１９．１ｍｍ（０．７５インチ）であり、長さＬ５が約６．２５ｃｍ（２．５インチ）である。ピストン９２の孔９４の直径は、約１ｍｍ（１０００ミクロン）であり、ハウジング９０の全長Ｌ４は、約１２．７ｃｍ（５インチ）である。外側壁部９８の厚さｔ１は、約１．０ｍｍ（０．０４インチ）であり、外側壁部９８の内径とピストン９２の外径との間のギャップｇ１は、約１．５２ｍｍ（０．０６インチ）である。壁部９８の材料および厚さは、ハウジング９０に加えられる外部圧力Ｐに耐え得るものとしなければならない。
【００６３】
特定の圧力Ｐ（つまり単位面積当たりの外部荷重）によって所望の歪みが毛管２０に生じるように、壁部９８およびピストン９２の寸法、材料および材料特性（例えば、ポアッソン比、ヤング率、熱膨張係数および他の周知の特性）を、選択することができる。反射波長を設定する際の分解能および設定範囲は、これらのパラメータを制御することによって、決定することができる。例えば、全長Ｌ４を増大させると、感度ΔＬ／Ｌが増大する。
【００６４】
具体的には、圧力Ｐが増大すると、外側壁部９８が圧縮および／または歪曲することによって、ハウジング９０の軸方向長さＬ４が所定量ΔＬだけ減少する。この場合、管が圧縮されるため、軸方向長さの全変化量のうちの所定部分ΔＬ’が、管２０に現れる。管２０が圧縮されることによって、回折格子１２のブラッグ反射波長λ１が所定量だけ小さくなり、これによって、圧力Ｐを示す波長シフトが生じる。ピストン９２のばね定数がガラス管２０よりも大きい場合は、所定の荷重に対する管２０の圧縮量は、ピストン９２の圧縮量よりも大きくなる。さらに、所定の外部荷重が加えられる場合、この外部荷重のうちの所定量の荷重が外側壁部９８に加わり、残りの荷重は管２０に加わる。
【００６５】
ハウジング９０は、強度が大きく、ポアッソン比が小さく、かつヤング率が小さい材料（例えば、チタン）から形成することができる。例えば、壁部９８、ピストンおよび端部キャップ９５が、全てチタンからなり、かつ上述した寸法を有する場合、２２００ｌｂｆの外部荷重が加えられた状態では、２０００ｌｂｆの荷重が外側壁部９８に加わり（つまり外側壁部９８を圧縮し、かつ／または歪曲させ）、２００ｌｂｆの荷重が管２０に加わる。円筒状壁部９８は、外部圧力が増大した場合に圧縮もしくは歪曲するダイアフラム（ｄｉａｐｈｒａｍ）もしくはベローズのように機能する。ハウジング９０の部材９２，９８，９５の幾つかもしくは全てを、他の金属や金属合金から形成することも可能である。例えば、ステンレス鋼、チタン、ニッケルベース合金（例えば、様々な量のニッケル、炭素、クロム、鉄、モリブデンおよびチタン（例えば、インコネル６２５）を含有するインコネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）、ニモニック（登録商標））、もしくは、他の高強度、耐腐食性、耐熱性の金属もしくは合金から形成することができる。管２０を圧縮するのに十分な強度を有するものであれば、他の材料を利用することも可能である。インコネル、インコロイおよびニモニックは、インコアロイインターナショナル（Ｉｎｃｏ Ａｌｌｏｙｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．）社の登録商標である。所望により、用途に応じて、他の特性を有する他の材料を利用することも可能である。
【００６６】
一般的に適した値として、チタンのポアッソン比、ヤング率および熱膨張係数（ＣＴＥ）が、以下の表２に示されている。
【００６７】
【表２】
代わりの実施例として、ハウジング９０の部材９２，９５，９８の１つもしくは複数を、ガラス材料から形成することが可能である。このような場合、所望により、表１に示された１種類もしくは複数の種類のガラス材料および特性を、用途および設計上の要求に応じて、利用することができる。
【００６９】
管２０は、図２，３に関して上述されたドッグボーン形状とすることができる。また、センサハウジング９０を、横方向に分割された２つの半分の部材とし、図示されているように取付部１０４で組み立てることも可能である。代わりの実施例として、ハウジング９０を長手方向に分割することも可能である。さらに、スペーサつまりディスク９７を備えることによって、組み立て、整列および／または管２０への初期歪みの印加を容易とすることも可能である。所望により、他の組み立て技術を用いることも可能である。
【００７０】
さらに、管２０の軸方向端面および／またはピストン９２のシートに、応力を減少させたり、管２０とピストン９２のシート面との係合状態を改善する材料のめっきを施すことができる。
【００７１】
デルタＰセンサを形成する場合は、圧力ポート１０２を一方もしくは両方のピストン９２に設け、内側Ｉ字型隔室１００内部を第２の圧力Ｐ２に設定することができる。
【００７２】
図７の構成の場合は、ベローズが必要とならないため、ベローズを用いた設計よりも、製造が容易であり、かつ製造コストが低い。さらに、このような構成は、厳しい環境に耐え得る頑強なものである。
【００７３】
図８に示されているように、代わりの実施例として、ファイバ１０と管２０との間の境界部でファイバ１０に加わる歪みを減少させるために、ファイバ１０に沿って軸方向に延びた部分３６を管２０に設けることも可能である。このような部分３６は、拡大部分３２においてピストン９２（もしくは、上述したような他の端部部材）により圧力（つまり荷重）が加えられる領域の軸方向外側の位置に取り付けられる。図２６に関して上述したように、この部分の軸方向長さは、用途に応じて決定することができる。さらに、部分３６は、軸方向に対称とする必要はなく、さらに、管２０の両側の軸方向端部に設ける必要もない。上述したように、部分３２におけるファイバと管２０との境界部に、内側テーパ状部分２２もしくは外側フルート状部分２７を設けることも可能である。代わりの実施例として、部分３６の一部を階段状部分３９とすることもできる。このような場合、破線３８で示されているように、階段状部分３９の範囲内もしくはこの近傍に領域２２を設けることができる。領域１０６には、空気、接着剤もしくは充填材を充填することが可能である。さらに、ドッグボーン形状とする代わりに、上述され、かつ破線１０７で示されているように、管２０を直線状の一定の断面形状を有するものとすることも可能である。さらに、破線１０９で示されているように、ピストン９２を通る孔１０８の直径を、その全長に亘って、もしくはその一部で、大きくすることも可能である。
【００７４】
図１２に示すように、複数の同心状管をともに融接することによって、本発明の管２０を形成することができる。例えば、外径ｄ４が約０．５ｍｍ（０．０２インチ）である細い内側毛管１８０を、上述した直径ｄ１を有する太い外側毛管１８２の内部に配置して、これらの管１８０，１８２を互いに融接することができる。細い管１８０の一端もしくは両端を、除々に細くしてファイバ１０に融接することによって、フルート状部分２７を構成することができる。所望により、内側管８０および外側管１８２の直径ｄ１，ｄ４を他の大きさにすることもできる。さらに、３つ以上の同心状の毛管を利用することもできる。これらの管の材料を同じものにすることによって、広い温度範囲に亘って熱膨張の不整合を抑制することができる。外側管１８２の形状を、破線１８４で示されているようなドッグボーン形状、もしくはこれ以外の上述したような形状とすることもできる。代わりの実施例として、破線１８６で示されているように、２つの独立した管１８８，１９０を、回折格子１２の両側の軸方向側部で内側管１８０に融接することによって、ドッグボーン形状を形成することができる。
【００７５】
図１３および図１４に示されているように、代わりの実施例として、回折格子１２の両側の軸方向端部において、回折格子１２に隣接した位置、もしくは回折格子１２から所定距離Ｌ１０だけ離間した位置で、管２０をファイバ１０に融接することができる。Ｌ１０は、所望の長さにすることが可能であり、回折格子１２の端部に一致させる（Ｌ１０＝０）こともできる。特に、管２０の領域２００はファイバ１０に融接するが、回折格子１２を取り囲んでいる中央部２０２はファイバ１０に融接しない。回折格子１２の周囲の領域２０２には、大気を封入したり、もしくは真空状態（もしくは他の圧力）にすることが可能である。また、接着剤（例えばエポキシ）、他の充填材料（例えばポリマやシリコン）もしくは他の材料により、その一部もしくは全体を充填することも可能である。管２０の内径ｄ６は、光ファイバ１０の直径よりも約０．０１〜１０ミクロンだけ大きい（例えば、１２５．０１〜１３５ミクロンである）。内径を他の大きさにすることもできるが、管２０が軸方向に圧縮された場合にファイバの座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）が生じないように、内径ｄ６をファイバ１０の外径に可能な限り近づけることによって、融接点の間における回折格子１２およびファイバ１０の径方向の移動を制限する必要がある。さらに、回折格子１２の両側において、距離Ｌ１０は対称とする必要はない。
【００７６】
図７に示されているように、代わりの実施例として、２つの独立した管２１０，２１２を回折格子１２の両側で融接した後に、外側管２１４を管２１０，２１２に亘って融接することによっても、同様な結果が得られる。代わりの実施例として、破線２１６に示されているように、管２１０，２１２を外側管２１４の端部よりも突出させることもできる。代わりの実施例として、管２０を、管２１２，２１４と同様な形状を有する単一部材として形成することもできる。
【００７７】
図７，８，１５，１７，１９を参照する。周知のように、回折格子１２の反射波長は、温度とともに変化する（Δλ／ΔＴ）。また、管２０とファイバ１０との間の温度特性の不整合により、回折格子１２に加わる歪みが、広い温度範囲に亘って変化する可能性がある。さらに、ハウジング９０の膨張収縮により、管２０に加わる荷重が広い温度範囲に亘って変化する可能性がある。このような場合、温度回折格子２５０を別個に用いて温度を測定することによって、温度に起因する、圧力回折格子１２の反射波長λ１のシフトを較正することができる。温度回折格子２５０の反射波長λ３は、圧力回折格子１２の反射波長とは異なっており、これが、温度とともに変化するが、圧力Ｐの変化によっては変化しないようにする。このことは、温度回折格子２５０を、圧力回折格子１２と熱的に近接させるとともに、管２０の圧力−歪み領域の外部に配置するか、もしくは測定される圧力から隔離して配置することによって可能となる。具体的には、温度回折格子２５０は、ファイバ１０の、管と貫通接続部１０６との間の部分に配置することができる。代わりの実施例として、図８に示されているように、ピストン９２によって圧縮される領域の外側で、ファイバ１０の、ガラス製管２０の軸方向突出部２７，３６，２５１に収容および融接されている部分に、温度回折格子２５０を配置することも可能である。代わりの実施例として、温度回折格子２５０を、センサハウジング９０の近傍もしくはこの内部に配置された別個の光ファイバ（図示せず）に設けることも可能であり、さらに、ファイバ１０と光学的に結合することも、ファイバ１０から分離させることも可能である。代わりの実施例として、温度回折格子２５０を、別個の管の内部に配置された歪み隔離型温度センサとすることも可能である。このような温度センサの例として、本願と同時に出願され、本出願人が所有する「歪み隔離型ファイバ回折格子温度センサ」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−０１２８Ｂ）号に開示されているものが挙げられる。さらに、本願に示されているどの実施例においても、温度回折格子２５０に予め初期歪み（圧縮もしくは引張り）を加えた状態でこれを管２０に収容することが可能であり、もしくは初期歪みを加えずにこれを収容することもできる。
【００７８】
図２８に示されているように、代わりの実施例として、温度回折格子２５０を延びた部分２５１に配置して第２の外側管４００に収容することによって、圧力隔離型温度センサを構成することができる。このような構成は、「圧力隔離型ファイバ回折格子温度センサ」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−０１４６）号に開示されており、この点について参照することができる。特に、第２の管４００は、部分２５１と、端部キャップ管４０２の外径と、に融接される。管４０２は、管２０と同じ材料から形成することができる。ファイバ１０は、端部管４０２を貫通しているとともに、管２０に融接される場合と同様な方法でこれに融接されている。シールされた隔室４０６が、部分２５１と、端部管４０２と、外側管４００と、の間に存在する。さらに、幾つかの撓み部分４０４がファイバ１０に設けられていることによって、隔室４０６が膨張し得るようになっている。外部圧力が変化した場合、外側管４００が圧縮もしくは歪曲することによって、端部キャップ４０２および／または部分２５１が互いに近づき、ファイバ１０が隔室４０６内部で湾曲する。しかし、温度回折格子２５０が存在する部分２５１は、圧力変化の影響を受けない。従って、温度回折格子２５０の反射波長は、温度変化によっては変化しない。さらに、外側管５０および第２の外側管４００を１つの管とし、これを内側管２０，４０２に融接することも可能である。圧力隔離型温度センサの他の実施例および構成を用いることも可能である。例えば、上述した特許出願（シドラ明細書ＣＣ−０１４６）号に開示されたものを用いることができる。さらに、非貫通型センサを構成する場合は、ファイバ１０を隔室４０６および端部キャップ４０２に貫通させる代わりに、ファイバ１０を部分２５１内部における温度回折格子２５０の左側まで延ばす。また、端部キャップ４０２を用いる代わりに、管４００自体をつぶして隔室４０６を構成することも可能である。
【００７９】
図２９に示されているように、代わりの実施例として、温度回折格子２５０を、圧力が隔離されていない領域、例えばドッグボーン形状の拡大領域３２、に配置することも可能である。このような場合、回折格子１２，２５０は、両方とも、圧力変化および温度変化の影響を受けるが、回折格子１２，２５０の圧力−波長シフトの感度はそれぞれ異なる。従って、圧力および温度を、解析的に検出することができる。代わりの実施例として、両方の回折格子１２，２５０の、温度に起因した波長変化が同じ（もしくは予想可能）であり、かつ、これらの回折格子１２，２５０の、圧力による波長変化がそれぞれ異なる場合は、温度が補償された状態で圧力を解析的に（例えば、これらの２つの波長を減算することによって）測定することができる。代わりの実施例として、温度回折格子４５０を、外側管５０が内側管２０に融接される領域に配置したり、温度回折格子４５２を、軸方向に延びた部分２５１に配置することも可能である。これらの領域では、、圧力変化に対する温度回折格子４５０，４５２の感度が、温度回折格子２５０よりも低くなるため、温度補償の精度を向上させることができる。
【００８０】
代わりの実施例として、ファイバ回折格子を用いて圧力回折格子１２の温度を測定する代わりに、他の技術によって圧力回折格子１２の温度を測定することも可能である。例えば、電子式手段、熱電対、光学的手段を利用することができる。
【００８１】
図７を再び参照すると、広い温度範囲に亘って管１０の圧縮の変化が最小となるように、ハウジング９０を設計することが可能となっている。特に、壁部９８およびピストン９２が同じ材料（例えばチタン）から形成され、管２０が、ＣＴＥが小さい異なる材料（例えばガラス）から形成されている場合、温度が上昇するに従って、ピストン９２の長さは外側壁部９８と同様に増大するが、ピストン９２の端部間の領域８６の長さは同様には増大しない（ＣＴＥの不整合が生じる）。結果として、温度が上昇するに従って、管２０に加わる荷重が減少する。代わりの実施例として、一方もしくは両方のピストン９２の部分２３を、部分８６の膨張量を補うことができるようなＣＴＥを有する材料から形成することによって、広い温度範囲に亘って実質的に一定の荷重が管２０に加わるようにすることも可能である。代わりの実施例として、外側壁部９８を、管２０に加わる荷重を広い温度範囲に亘ってほぼ一定となるようなＣＴＥを有する材料から形成したり、もしくは広い温度範囲に亘って所定量の荷重変化を補償することも可能である。
【００８２】
図１５に示されているように、代わりの実施例として、毛管２０の形状を、一方の軸方向端部２５１が他方の軸方向端部よりも長く延びたものとすることも可能である。このような場合、温度補償回折格子２５０を、ファイバ１０において長い軸方向端部２５１内にある部分に配置することができる。図１５の管２０の寸法の例を以下に挙げるが、別の寸法を用いることもできる。具体的には、Ｌ６が約１．０５インチ、Ｌ７が約０．４５９インチ、Ｌ８が約０．５インチ、Ｌ９が約０．０９インチ、ｄ７が約０．０３２インチである。長い軸方向端部２５１は、部分２５１を位置２５３で部分３２に融接する（ファイバ１０を管２０に収容する前もしくは後に）か、もしくはドッグボーン形状もしくは他の形状の管２０を形成するための上述した方法によって、形成することができる。代わりの実施例として、図１５に示された、部分２５１を有する管２０を、２つの管を用いて形成することが可能である。つまり、長さＬ６を有するとともにドッグボーンの部分３０，３２を通して滑動される内側管（破線２５８により示されている）と、図１２に関して説明されるものと同様な、これらの部分３０，３２に融接されている管と、を用いて形成することができる。
【００８３】
図１７に示されているように、ファイバ１０において温度回折格子２５０が存在する部分では長い軸方向端部２５１を潰して融接するが、部分２５１の端部近傍にある部分ではこれを潰さないようにすることができる。このような場合、領域２９０に、エポキシもしくは他の充填材を充填することができる。上述したように、部分２９０における管２０の内径ｄ６は、約１２５〜１３５ミクロンであり、孔９４の直径ｄ８は、約１ｍｍ（１０００ミクロン）である。直径および寸法を、別の大きさにすることも可能である。延びた領域２５１からファイバ１０が突出する場合は、上述したように、ファイバ１０に外部保護緩衝層２１を設けることによって、ファイバ１０の外側表面が損傷しないようにすることができる。
【００８４】
図１９，２０に示されているように、一方もしくは両方のピストン９２に、中空部３１０を設け、端部キャップ９５における孔３１１を介してこの中空部３１０に外部圧力Ｐを加えることも可能である。中空部３１０は、外側壁部３１２および内側壁部３１４を有する。感度を増大させるため、もしくは他の理由により、このような構成を用いることができる。壁部３１２，３１４の長さおよび厚さによって、感度の増大量が決まる。例えば、圧力Ｐが増大すると、壁部３１２，３１４に引張力が加わり、ピストン９２が伸びる。代わりの実施例として、内側壁部３１４を、ピストン９２の残りの部分とは異なる材料からなる管として構成し、点３１８でピストン９２に取り付けることも可能である。また、壁部３１４に隆起部３１６を設けることによって、ファイバ１０に撓み部分を設けることも可能である。代わりの実施例として、所望により、内側壁部３１４を省くことも可能である。このような場合、ファイバ１０に圧力Ｐが加わる。上述したように、ファイバ１０に外部保護緩衝コーティング２１を施すことも可能である。図２０に示されているように、端部キャップ９５に孔３１１もしくは支持梁３２０を備えることによって、壁部および／またはファイバ１０出口の安定性を向上させることも可能である。
【００８５】
図１６に示されているように、代わりの実施例として、ハウジング２７０にダイアフラム２７４を備え、管２０の一端に連結させることも可能である。管２０の他端は、剛性の後方壁部２７８に連結される。ハウジング２７０の内側は、隔室（つまり空隙）２７２となる。隔室２７２は、真空状態もしくは大気圧力とすることが可能であり、圧力差を利用する（つまりデルタＰ）測定の場合は第２の圧力Ｐ２を加えることができる。圧力Ｐ１が上昇すると、破線２７７で示されているようにダイアフラム２７４が隔室２７２内部に向かって歪曲し、これによって、管２０および回折格子１２が圧縮され、波長がシフトする。代わりの実施例として、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも上回った場合は、破線２７９で示されているようにダイアフラム２７４が外側に歪曲する。
【００８６】
図１８に示されているように、本発明の代わりの実施例として、ハウジング３００の側断面を円形とし、かつこのハウジング３００に内側隔室３０６を備えることも可能である。ハウジング３００全体の形状は、球状、円筒状、もしくは断面が円形である別の形状とすることができる。ファイバ１０および回折格子１２を収容した管２０は、ハウジング３００の内径に取り付けられる。ファイバ１０は、貫通接続部３１６を介してハウジング３００外部に出されるが、上述したように、この貫通接続部３１６を、気密貫通接続部とすることができる。外部圧力Ｐ１が増大するに従って、ハウジング３００の直径が減少して管２０が圧縮され、これによって、上述したように、回折格子１２の反射波長がシフトする。上述したように、所定の荷重変化に対する波長シフト量は、ハウジング３００および管２０の材料特性（例えば、ポアッソン比、ヤング率など）によって決まる。ハウジング３００および管２０が同じ材料（例えばガラス）からなる場合、破線３０２で示されたように、管２０をハウジング３００の一部とすること、つまりハウジング３００に融接することができる。このような場合、ハウジング３００と管２０との間の応力が減少することが予想される。また、管２０を、破線３０４で示されたようなドッグボーン形状もしくは本願に記載された別の形状とすることもできる。
【００８７】
図１１に示されているように、本願に開示されている全ての実施例において、回折格子を１つだけ管２０に収容する代わりに、複数の回折格子１５０，１５２を、管２０に収容されたファイバ１０に埋め込むことができる。回折格子１５０，１５２の反射波長および／または反射プロファイルを、同じにすることも可能であり、それぞれ異なるものとすることも可能である。複数の回折格子１５０，１５２を、個々に、周知のファブリペロー構成に利用することもできる。さらに、「能動型多点ファイバレーザセンサ」という名称の米国特許第５，５１３，９１３号、「複屈折能動型ファイバレーザセンサ」という名称の米国特許第５，５６４，８３２号、「圧縮同調式ファイバレーザ」という名称の米国特許第５，６６６，３７２号に開示されているような１つもしくは複数のファイバレーザを、管２０内部のファイバ１０に埋め込むこともできる。これらの特許は、この点について開示しており、本発明を理解するために参照することができる。このような場合、回折格子１５０，１５２によって光学的間隙を構成し、少なくとも回折格子１５０，１５２の間における光ファイバ１０に（所望により、回折格子１５０，１５２および／または回折格子の外側における光ファイバ１０にも）、希土類のドーパント（例えば、エルビウムおよび／またはイットリウム）をドープする。レーザ波長は、圧力の変化に従って同調される。
【００８８】
図３０を参照すると、利用することができる他のタイプの同調可能型のファイバレーザとして、同調可能型の分布帰還型（ＤＦＢ）ファイバレーザ２３４が示されている。このようなレーザの例として、Ｖ．Ｃ．ラウリドセン等の「ＤＦＢファイバレーザの設計」（エレクトロニックレターズ、１９９８年１０月１５日、第３４巻２１号，ｐｐ２０２８−２０３０）、Ｐ．バーミング等の「ＵＶ後処理による永久的なπ／２位相シフトを有する、エルビウムがドープされたファイバＤＦＢレーザ」（ＩＯＯＣ’９５，テックダイジェスト，第５巻，ＰＤ１−３，１９９５年）、クリングルボトン等に付与された「光ファイバ分布帰還型レーザ」という名称の米国特許第５，７７１，２５１号、ディアマト等に付与された「偏光型ファイバレーザ光源」という名称の米国特許第５，５１１，０８３号に開示されたものが挙げられる。このような場合、希土類がドープされたファイバの内部に回折格子１２が描かれ、回折格子１２の中央部近傍における所定位置１８０でλ／２（λはレーザ波長）の位相シフトが生じるように構成される。これによって、周知のように、長手方向に単一モードの動作中に、モードホッピングを起こすことなく連続的に同調することができる確実な共振状態を得ることができる。代わりの実施例として、回折格子を１つだけ設ける代わりに、２つの回折格子１５０，１５２を、長さが（Ｎ＋１／２）λである空隙を構成することができるほど近接させて配置することもできる。ここで、Ｎは整数（０を含む）であり、回折格子１５０，１５２は、希土類がドープされたファイバである。
【００８９】
代わりの実施例として、ＤＦＢレーザ１５４を、ファイバ１０における一対の回折格子１５０，１５２（図１１）の間に配置することができる。この場合、回折格子１５０，１５２間の少なくとも一部に、希土類ドーパントをドープする。Ｊ．Ｊ．パン等の「ノイズが少なく、かつ出力が制御された相互干渉型ファイバレーザ」（Ｅ−テックダイナミクス社、サンジョーズ、ＣＡ、インターネットウェブサイトｗｗｗ．ｅ−ｔｅｋ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｗｈｉｔｅｐａｐｅｒｓ）に記載されているように、このような構成は、「相互干渉型ファイバレーザ（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ）」と呼ばれる。所望により、これ以外の１つもしくは複数のファイバレーザ構成を、ファイバ１０に配置することもできる。
【００９０】
図２１に示されているように、複数の、本願に記載された圧力センサ２０，１１０，１１２（少なくとも１つの回折格子を備えている）を共通の光ファイバ１０により直列に連結させて分散型センサを構成し、複数の圧力点を測定することも可能である。いかなる周知の多重化技術によって１つのセンサ信号を他のセンサ信号から識別することも可能である。例えば、波長分割多重化技術（ＷＤＭ）、時間分割多重化技術（ＴＤＭ）などを利用することが可能である。このような場合、各センサ内部の回折格子１２の反射波長をそれぞれ別の大きさにする。
【００９１】
図２２および図２３に示されているように、代わりの実施例として、少なくとも１つの回折格子１２，３５２を有する複数のファイバ１０，３５０を管２０内部に収容することも可能である。このような場合、加熱および融接を行う前の段階で、管２０の孔の形状を、円形以外の形状（例えば、正方形、三角形など）とすることもできる。また、管２０の孔は、管２０の中心線に沿って中心に設ける必要はない。
【００９２】
図２４を参照すると、代わりの実施例として、図２３に示されたようにファイバ１０，３５０を互いに接触させる代わりに、管２０内部でこれらを所定距離だけ離間させることも可能となっている。ファイバ１０，３５０の間の距離は、所望の大きさにすることが可能である。さらに、本願に開示されているどの実施例においても、上述したように、光ファイバおよび／または回折格子の一部もしくは全体を管の内部に融接することが可能であり、もしくは、これらの一部のみを管２０の内部に融接したり、これらを管２０の外側表面に融接することも可能である（ファイバ５００，５０２，５０４としてそれぞれ図示されている）。
【００９３】
図２５に示されているように、代わりの実施例として、ファイバ１０において回折格子１２が存在する部分でのみ管２０を潰して融接することも可能である。このような実施例では、管２０が回折格子１２よりも長い場合は、上述した内側テーパ状部分もしくはフレア状部分２２を設けることができ、さらに、管２０とファイバ１０との間の領域１９に、上述したような充填材料を充填することができる。
【００９４】
図９，１０に示されているように、本願に開示された全てのセンサ構成（センサ１１０として集合的に示されている）を、圧力ポート１１４を備えたハウジング１１２内部に配置することができる。圧力ポート１１４によって、隔室１１６内部が圧力Ｐ１に設定され、これによって、センサ１１０が圧力Ｐ１を受ける。図９に示されているように、センサ１１０は、ハウジング１１２の少なくとも１つの壁部１１８に取り付けることができる。
【００９５】
図１０に示されているように、センサ１１０の一方の側部をハウジング１１２の壁部に取り付ける代わりに、支持部材１２０，１２２によってセンサ１１０をハウジング１１２内部に吊り下げることも可能である。支持部材１２０，１２２は、ハウジング１１２の１つもしくは複数の壁部と、センサ１１０の一端（もしくは、センサ１１０の中央部や所望の位置）と、に連結されている。ファイバ１０は、２つの気密貫通接続部１１１，１１３を貫通している。また、センサ１１０と貫通接続部１１１，１１３との間で、ファイバ１０に撓み部分を幾つか設けることも可能である。また、線１２４で示されているように、第２の圧力Ｐ２がセンサ１１０に加えられる場合は、センサ１１０をデルタＰセンサとすることもできる。
【００９６】
代わりの実施例として、支持部材１２０，１２２を用いる代わりに、センサ１１０を隔室１１６内部の流体（例えば、粘性流体、グリース、シリコン油、もしくは、衝撃および／または振動を隔離してセンサ１１０がハウジング１１２の内側壁部に衝突することを防止するよう機能する他の流体）によって吊り下げることもできる。センサ１１０を吊り下げるための流体を付加的に利用する代わりに、径方向および／または軸方向の可撓性スペーサ（つまりシート）１３０，１３１を、それぞれ、センサ１１０とハウジング１１２の内側壁部との間に備えることも可能である。スペーサ１３０，１３１は、フローティング状態にするか、もしくはハウジング内側壁部に取り付けることができる。また、微小固体粒子もしくはゲルカプセル（可撓性の小さな泡状膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｂｕｂｂｌｅ）に液体が封入されたもの）を用いることもできる。スペーサ１３０，１３１、もしくは粒子／カプセル１３２は、可撓性材料（例えば、テフロン（登録商標）、ポリイミド、シリコンなど）から形成することができる。代わりの実施例として、漁業用ネットやソック状格子支持部材（ｓｏｃｋ−ｌｉｋｅ ｌａｔｔｉｃｅ ｓｕｐｐｏｒｔ）１３４を、センサ１１０の両方の軸方向側部において、ハウジング１１２のそれぞれ反対側の壁部に取り付けることによって、センサ１１０をハウジング１１２の内側壁部間に把持しながら、センサ１１０が幾らか移動し得るようにするとともに、圧力がセンサ１１０に加わるようにすることも可能である。また、径方向スペーサ１３０を用いる代わりに、所望により、保護層として機能する流体の層や膜をセンサ１１０とハウジング１１２の内側壁部との間に配置することによって、これらの間の径方向のスペースＤｓを小さく（例えば約３ｍｍ）することも可能である。衝撃および振動を隔離しながら圧力Ｐ１をセンサ１１０に加えることが可能なものであれば、他の技術によって、センサ１１０をハウジング１１２内部に吊り下げることも可能である。
【００９７】
図２７に示されているように、代わりの実施例として、センサ１１０の一部を加圧された隔室１１６内部に配置し、一部をこの隔室１１６外部に配置することも可能である。このような場合、センサ１１０の圧力露出部分４８には圧力Ｐ１が加わるが、温度回折格子２５０が設けられた軸方向に延びた部分２５１は、隔室１１６外部に配置されることにより圧力Ｐ１から隔離される。さらに、このような場合、軸方向に延びた部分２５１を保護する部分１２１を任意でハウジング１１２に設けることによって隔室１２５を形成し、貫通接続部１２３を介してファイバ１０を外部に出すことも可能である。代わりの実施例として、上述したように、温度回折格子２５０に圧力Ｐ１を加えることも可能である。
【００９８】
本発明の、ガラスに収容されたファイバ回折格子圧力センサは、構成に応じて、圧縮つまり圧縮歪みを加えた状態（例えば、圧力を増大させることによって軸方向に圧縮させることにより）、もしくは引張りつまり引張り歪みを加えた状態（例えば、圧力を増大させることにより軸方向に伸長させる（引張力を増大させる）か、もしくは短くする（引張力を減少させる）ことにより）で利用することができる。引張力を用いるシステムの一例として、引張力を用いる変換器構成に管２０を取り付けて軸方向に引っ張る場合が挙げられる。例えば、ドッグボーン形状（図８のような形状）の場合、部分３２の内側面をそれぞれ軸方向の反対方向に引っ張ることによって、回折格子１２に引張力を加えることができる。引張力を用いる構成は、ロバート Ｊ マロンに付与され、本出願人が所有する「厳しい環境で使用するための高感度光ファイバ圧力センサ」という名称の同時係属中の米国特許出願第０８／９２５，５９８号にも開示されている。この特許出願は、「背景技術」で挙げられたものであり、この点について開示している（この場合は、回折格子に引張力が加えられることによって初期歪みが加えられ、圧力が上昇するに従ってこの引張力が減少するようになっている）。引張力を用いる他の構成に、本願に開示された管収容型回折格子を用いることも可能である。代わりの実施例として、軸方向荷重が径方向荷重より所定量（材料特性によって決まる）だけ小さくなる構成の場合は、管２０に引張力を加えた状態で動作させることも可能である（例えば、図５、図６および図１６に関して説明されたように、管２０の軸方向端部が圧力場の外部に配置される場合）。
【００９９】
さらに、本願に記載された弾性部材（例えば、ベローズやダイアフラム）の剛性が管２０よりもはるかに小さい場合は、このような弾性部材に加わる荷重の量が僅かとなる。このような場合、センサを荷重変換器（ｌｂｆ）として利用することができる。
【０１００】
さらに、本願に記載されているどの実施例においても、ファイバ１０をハウジングもしくは管２０に貫通させる代わりに、ファイバ１０に一方の端部のみを設けること、つまりファイバ１０の一方の端部のみをハウジングもしくは管２０から突出させることもできる。このような場合、ファイバ１０の一端を、ファイバ１０が管２０から出る位置もしくはこれより前の部分に配置する。代わりの実施例として、ファイバ１０を管２０の両側から出し、ファイバ１０の一端をハウジングから出る前の位置に配置することもできる。
【０１０１】
さらに、回折格子からの反射光および透過光のどちらが測定量の測定に利用されるかに依存して、本発明の回折格子を反射および／または透過を行うものとすることができることは認識すべきである。さらに、本願では、「管」という用語は、本願に記載された特性を有する材料からなるブロックをも意味する。
【０１０２】
本願に記載された隔室もしくは領域３４，６４，７４，１００，１１６，２０２，３０６，４０６には、大気を封入したり、真空状態（もしくは他の圧力）としたり、その一部もしくは全体に流体（液体もしくは気体）、例えば油、を充填することができる。充填する流体のタイプは、所望の熱時定数、粘性、および所望の用途に基づく他の流体特性によって決まる。
【０１０３】
また、動作中は、光ファイバ１０に連結された装置ボックス（図示せず）を利用して入射光１４を発生させ、本願のセンサからの戻り光（反射光１６および／または透過光１８）の波長もしくは他の光学的パラメータのシフトを復調して検出することができる。装置ボックスは、広帯域光源、走査型レーザ光源、もしくは他の適した周知の光源を備えているとともに、適したスペクトラムアナライザもしくはこれ以外の周知の光−電子測定装置を備えている。これらは、全て、当該技術分野で周知のものである。このことについては、米国特許第５，４０１，９５６号、米国特許第５，４２６，２９７号および米国特許第５，５１３，９１３号に開示されており、さらに、他の周知の光学機器の技術分野でも開示されている。
【０１０４】
図３１に示されているように、代わりの実施例として、管に収容されたファイバ回折格子２０の一部もしくは全体を、大きな直径を有するシリカ製の導波路回折格子６００と置き換えることも可能である。このような導波路回折格子の例として、「大きな直径を有する光導波路、回折格子およびレーザ」という名称の同時係属中の米国特許出願第（シドラ明細書ＣＣ−０２３０号）号に記載されているものが挙げられる。この特許出願は、この点について開示している。導波路６００は、コア６１２（光ファイバ１０のコアと同様なもの）およびクラッディング６１４（管２０とファイバ１０のクラッディングとを融接したものと同様なもの）を有し、回折格子１２がこれに埋め込まれている。導波路６００の全長Ｌ１および導波路の直径ｄ２は、管２０に関して以上で記載された値と同じにする（すなわち、回折格子の所望の波長同調範囲内で管２０の座屈が生じないようにする）。導波路の外径は、少なくとも０．３ｍｍとする。クラッディング６２６と、光信号１４を伝搬させるコア６２５と、を有する光ファイバ６２２（図１のファイバ１０と同様なもの）を、導波路６００の一方もしくは両方の軸方向端部６２８に結合させるか、もしくは光学的に連結させる。このことは、ファイバを結合するか、もしくは光ファイバから大きな導波路へと光を結合するための、この用途に対して許容可能な光学的損失を有する周知の技術もしくはこれから開発されるべき技術によって、行う。
【０１０５】
回折格子６００を備えているとともに直径が大きな導波路６００は、管に収容された回折格子２０と同様に利用することができる。この場合、ファイバ１０が導波路６００のコア６１２に相当する（かつコア６１２と交換することが可能である）。例えば、導波路６００にエッチング、グラインディング、もしくは研磨を行うことによって、管２０に関して上述した「ドッグボーン」形状とすることができる。代わりの実施例として、図２に関して上述したように、２つの外側管６４０，６４２を加熱して、導波路６００の両端部にこれらを融接することによって、「ドッグボーン」形状を形成することができる。管２０および管収容型回折格子に関して本願に記載された代わりの実施例も、全て、導波路６００に適用することができる。例えば、ファイバレーザ、ＤＦＢファイバレーザを構成したり、複数のファイバ（もしくはコア）を配置したり、もしくは様々な形状を用いることが可能である。
【０１０６】
本願では、管収容型ファイバ回折格子２０および大きな直径を有する導波路型回折格子６００を、両方とも、「同調可能な光学的素子」と称する。管収容型回折格子２０および大きな直径を有する導波路型回折格子６００は、管２０がファイバ１０に融接される部分における構成および特性が同じである。管収容型回折格子２０および大きな直径を有する導波路型回折格子６００は、断面が連続的であり（つまり一体となっており）、さらに、この断面に亘って、ガラス材料（例えば、ドープされたシリカおよびドープされていないシリカ）といった実質的に同じ材料から構成されているためである。さらに、このような部分では、これらの両方が、光学的コアおよび大きなクラッディングが存在するためである。
【０１０７】
さらに、導波路６００および管収容型回折格子２０をともに利用して、本願に記載された実施例の検出素子を構成することができる。特に、検出素子の１つもしくは複数の軸方向部分を、管に収容された回折格子もしくはファイバとし、かつ／または１つもしくは複数の他の軸方向部分を導波路６００とし、前記導波路のコアが管に融接されたファイバのコアと整列するように、これらを軸方向に結合したり、融接したり、もしくは他の方法で機械的もしくは光学的に結合することができる。例えば、破線６５０，６５２で示されているように、検出素子の中央領域を大きな導波路とし、一方もしくは両方の軸方向端部を管収容型ファイバとし、これらをともに融接することが可能である。もしくはこの逆にすることも可能である。
【０１０８】
本願の全ての実施例に開示された寸法、形状、および材料は、単に例示的なものであり、用途、寸法、性能、製造もしくは設計に関する必要性に応じて、所望により、寸法、形状、もしくは材料を、他のものにすることも可能である。
【０１０９】
本願には記載しなかったが、特定の実施例に関して説明された特徴、特性、変更および改善を、本願に記載された他の実施例に、適用したり、利用したり、導入することができることは理解されるべきである。さらに、付随の図面は、一定の縮尺で示されていない。
【０１１０】
本発明は、実施例に関して説明および図示が行われたが、上述した変更および省略、他の変更および省略を、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図３】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図４】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図５】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図６】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図７】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図８】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図９】
ハウジング壁部に取りつけられた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図１０】
ハウジング内部に吊り下げられた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図１１】
管に収容されたファイバ内部に２つの回折格子が配置されている本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１２】
２つの毛管を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１３】
回折格子の両側で毛管が潰されてファイバに融接されている本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１４】
本発明の図１３の管収容型回折格子の他の実施例を示す側面図。
【図１５】
軸方向に長く突出した部分を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１６】
ダイアフラムを備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１７】
軸方向に延びた部分を備えており、その一部がファイバ上で潰されていない本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１８】
ハウジングの断面が円形である本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図１９】
圧力が加えられる中空部を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図２０】
図９の他の実施例を示す側面図。
【図２１】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサが複数直列に接続されたものを示すブロック図。
【図２２】
２つの独立した光ファイバが共通の管に収容されている本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２３】
図２１の実施例を示す端面図。
【図２４】
２つの独立した光ファイバが共通の管に収容されている本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２５】
回折格子が設けられている部分でのみ管が潰されている、本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２６】
本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図２７】
一部がハウジングの圧力領域に配置され、一部が圧力領域の外部に配置された、本発明の管収容型ファイバ回折格子センサを示す側面図。
【図２８】
圧力から隔離された温度回折格子を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図２９】
圧力が加えられた温度回折格子を備えた本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図３０】
管収容型の同調可能な分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを備えた、本発明の管収容型ファイバ回折格子センサの他の実施例を示す側面図。
【図３１】
回折格子が内部に埋め込まれた、本発明の大直径型光導波路を示す側面図。
Claims (62)
- 圧力センサであって、
圧力反射波長を有する少なくとも１つの圧力反射素子を内部に備えた光検出素子を備えており、
前記検出素子は、外部圧力の変化に起因して軸方向に歪むものであり、前記軸方向の歪みによって、前記圧力反射波長が変化し、前記圧力反射波長の前記変化によって、前記圧力変化が示されるようになっており、
前記検出素子の少なくとも一部の断面は、連続しているとともに、実質的に同じ材料から形成されており、前記検出素子の外側寸法は、少なくとも０．３ｍｍであることを特徴とする圧力センサ。 - 前記検出素子が、前記反射素子が内部に埋め込まれた光ファイバと、長手方向軸に沿って前記光ファイバおよび前記反射素子を収容している管と、を備えており、前記管が、前記光ファイバの少なくとも一部に融接されていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、外側クラッディングおよび内側コアを内部に備えた大直径型光導波路であり、前記導波路の外側寸法は、少なくとも３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、
長手方向軸に沿って光ファイバの少なくとも一部に融接された管と、
外側クラッディングおよび内側コアを内部に備えた大直径型光導波路と、を備えており、
前記管および前記導波路が、軸方向にともに融接されているとともに光学的に結合されていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。 - 前記反射素子が、前記ファイバ内部に埋め込まれているとともに、前記管の長手方向軸に沿って前記管に収容されていることを特徴とする請求項４記載の圧力センサ。
- 前記反射素子が、前記光導波路内部に配置されていることを特徴とする請求項４記載の圧力センサ。
- 前記材料が、ガラス材料であることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子の少なくとも一部にハウジングが取り付けられていることによって、前記圧力変化に起因して前記検出素子に軸方向歪みが加わるようになっていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、圧縮されることにより歪むようになっていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記管が、前記光ファイバにおいて前記反射素子が配置されている領域に融接されていることを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
- 前記管が、前記反射素子のそれぞれ反対側の軸方向側部で前記光ファイバに融接されていることを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
- 前記反射素子が、ブラッグ回折格子であることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記反射素子が、固有波長を有しており、前記検出素子が、前記管に加わる荷重の変化に対する前記波長のシフトの感度が所望のものになるような形状を有していることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、ドッグボーン形状を有することを特徴とする請求項１３記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、ドッグボーン形状を有しているとともに、前記反射素子のそれぞれ反対側の軸方向側部における、前記ドッグボーン形状の拡大部分の少なくとも一部に融接された外側管を備えていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子の少なくとも一部が、円筒状であることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、シリカからなることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子の少なくとも一部の周りにスリーブが配置されていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、軸方向に延びた端部を少なくとも１つ備えていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、少なくとも１つの外側テーパ状部分を軸方向に備えていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、少なくとも１つの内側テーパ状部分を軸方向に備えていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 温度反射素子が、前記圧力反射素子に近接させて前記検出素子内部に配置されているとともに、温度とともに変化する温度反射波長を有していることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記温度反射波長は、前記圧力変化に起因する前記圧力波長の変化に応じては変化しないことを特徴とする請求項２２記載の圧力センサ。
- 前記温度反射波長は、前記圧力変化に起因する前記圧力波長の変化に応じて変化し、このとき、同じ圧力変化に対する前記温度反射波長の変化率は、前記圧力波長の変化率とは異なることを特徴とする請求項２２記載の圧力センサ。
- 前記管は、複数の前記光ファイバを内部に収容していることを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
- 前記導波路が、複数の前記光学的コア内部に収容していることを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、複数の反射素子を内部に備えていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記検出素子が、少なくとも一対の反射素子を内部に備えており、前記検出素子において前記の一対の反射素子の間の部分に希土類ドーパントがドープされていることによって、レーザが構成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記レーザのレーザ波長が、前記検出素子に加わる荷重の変化とともに変化することを特徴とする請求項２８記載の圧力センサ。
- 前記検出素子において前記反射素子が配置されている部分に希土類ドーパントがドープされており、これによって、前記反射素子によりＤＦＢレーザが構成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記ＤＦＢレーザのレーザ波長が、前記検出素子に加わる荷重の変化とともに変化することを特徴とする請求項３０記載の圧力センサ。
- 前記検出素子を包囲している外側ハウジングと、前記検出素子を前記ハウジング内部で吊り下げるために前記検出素子と前記外側ハウジングとの間に配置された吊り下げ手段と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
- 前記吊り下げ手段が、流体であることを特徴とする請求項３２記載の圧力センサ。
- 前記吊り下げ手段が、流体内部のスペーサであることを特徴とする請求項３２記載の圧力センサ。
- 圧力の検出方法であって、
圧力反射波長を有する圧力反射素子を長手方向軸に沿って少なくとも１つ内部に備えた光検出素子を提供するステップと、
圧力変化によって前記検出素子に軸方向歪みを加えるステップと、を有し、前記軸方向歪みによって前記圧力反射波長が変化し、前記圧力反射波長の前記変化によって前記圧力変化が示されるようになっており、
前記検出素子の少なくとも一部の断面が、連続的であるとともに、実質的に同じ材料からなり、前記検出素子の外側寸法が少なくとも０．３ｍｍであることを特徴とする圧力の検出方法。 - 前記検出素子が、前記圧力反射素子が内部に埋め込まれた光ファイバと、長手方向軸に沿って前記光ファイバおよび前記反射素子を収容している管と、を備えており、前記管が、前記光ファイバの少なくとも一部に融接されていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記検出素子が、外側クラッディングおよび内側コアを内部に備えた大直径型光導波路であり、前記導波路の外側寸法は、少なくとも３ｍｍであることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記の歪みを加えるステップでは、前記検出素子を軸方向に圧縮することを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記管が、前記光ファイバにおいて前記反射素子が配置されている領域に融接されていることを特徴とする請求項３６記載の方法。
- 前記管が、前記反射素子のそれぞれ反対側の軸方向側部で前記光ファイバに融接されていることを特徴とする請求項３６記載の方法。
- 前記反射素子が、ブラッグ回折格子であることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記反射素子が、固有波長を有しており、前記検出素子が、前記検出素子に加わる荷重の変化に対する前記波長のシフトの感度が所望のものになるような形状を有していることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記検出素子が、ドッグボーン形状を有することを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記検出素子が、ドッグボーン形状を有しているとともに、前記反射素子のそれぞれ反対側の軸方向側部における、前記ドッグボーン形状の拡大部分の少なくとも一部に融接された外側管を備えていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記検出素子の少なくとも一部が、円筒状であることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記検出素子が、ガラス材料からなることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記検出素子が、軸方向に延びた端部を少なくとも１つ備えていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記検出素子が、少なくとも１つの外側テーパ状部分を軸方向に備えていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記検出素子が、少なくとも１つの内側テーパ状部分を軸方向に備えていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 温度反射素子が、前記圧力反射素子に熱的に近接して前記検出素子内部に配置されているとともに、温度とともに変化する温度反射波長を有していることを特徴とする請求項３５記載の方法。
- 前記温度反射波長は、前記圧力変化に起因する前記圧力波長の変化に応じては変化しないことを特徴とする請求項５０記載の方法。
- 前記温度反射波長が、前記圧力変化に起因する前記圧力波長の変化に応じて変化し、このとき、同じ圧力変化に対する前記温度反射波長の変化率は、前記圧力波長の変化率とは異なることを特徴とする請求項５０記載の方法。
- 前記検出素子は、複数の前記光ファイバを内部に収容していることを特徴とする請求項３３記載の方法。
- 前記導波路が、複数の前記光学的コアを内部に収容していることを特徴とする請求項３４記載の方法。
- 前記検出素子が、複数の反射素子を内部に備えていることを特徴とする請求項３２記載の方法。
- 前記検出素子が、少なくとも一対の反射素子を内部に備えており、前記検出素子において前記の一対の反射素子の間の部分に希土類ドーパントがドープされていることによって、レーザが構成されていることを特徴とする請求項３２記載の方法。
- 前記レーザのレーザ波長が、前記検出素子に加わる荷重の変化とともに変化することを特徴とする請求項５３記載の方法。
- 前記検出素子において前記反射素子が配置されている部分に希土類ドーパントがドープされており、これによって、前記反射素子によりＤＦＢレーザが構成されていることを特徴とする請求項３２記載の方法。
- 前記ＤＦＢレーザのレーザ波長が、前記検出素子に加わる荷重の変化とともに変化することを特徴とする請求項５５記載の方法。
- 前記検出素子を外側ハウジング内部に吊り下げるステップを有することを特徴とする請求項３２記載の方法。
- 前記の吊り下げるステップでは、流体中に吊り下げることを特徴とする請求項５７記載の方法。
- 前記の吊り下げるステップでは、流体中のスペーサ間に吊り下げることを特徴とする請求項５７記載の方法。
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