JP2007333717A - Fiber anchoring method for optical sensor - Google Patents

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JP2007333717A JP2006206591A JP2006206591A JP2007333717A JP 2007333717 A JP2007333717 A JP 2007333717A JP 2006206591 A JP2006206591 A JP 2006206591A JP 2006206591 A JP2006206591 A JP 2006206591A JP 2007333717 A JP2007333717 A JP 2007333717A
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optical fiber
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Inventor
Stephen K Ferguson
ステファン・ケー・ファーグソン
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Micron Optics Inc
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Micron Optics Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber anchoring method for an optical sensor. <P>SOLUTION: The optical sensor imparts physical strain to an optical fiber by varying the tension applied axially to the fiber, which causes changes in the optical properties of the light transmitted through the fiber and provides a fiber holder, capable of retaining fiber under tension with almost no creep or entirely without creeps, even at high temperatures and high-humidity environment. This exemplary fiber holder provides superior retention properties over epoxy and other adhesives, while preserving the tensile strength of the original fiber. A fiber holder and a sensor that are particularly useful for monitoring ambient conditions and measuring physical properties and mechanical phenomena are also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2005年6月10日付けで提出された米国特許仮出願第60/689、246号の利益を請求するものである。この出願は、全体が参照してここに組み込まれる。
(Cross-reference of related applications)
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 689,246, filed June 10, 2005. This application is incorporated herein by reference in its entirety.

過去数年間で、光ファイバベースのセンサは、従来の電気センサの代替品として市場に受け入れられるようになった。土木構造物監視、石油およびガスのダウンホール、海洋、宇宙といった多くの用途において、光ファイバセンサは従来のセンサにはない利点をいくつか提供する。電子センサと違い、ファイバベースのセンサは、電磁干渉の影響を受けず、電気的に乱れのある環境に適している。さらに、ファイバベースのセンサは、容易に多重化することができるので、長距離に亘り、1本のファイバ上で多数のセンサを動作することを可能にする。ファイバベースのセンサは、限られた空間内で使用するために、超小型化および超軽量化することができる。ファイバベースのセンサは、高温および腐食性の環境に耐えるよう製造することができる。   In the past few years, fiber optic based sensors have become accepted on the market as an alternative to traditional electrical sensors. In many applications, such as civil structure monitoring, oil and gas downholes, ocean and space, fiber optic sensors offer several advantages over traditional sensors. Unlike electronic sensors, fiber-based sensors are unaffected by electromagnetic interference and are suitable for electrically disturbed environments. Furthermore, fiber based sensors can be easily multiplexed, allowing multiple sensors to operate on a single fiber over long distances. Fiber-based sensors can be ultra-small and ultra-light for use in limited spaces. Fiber-based sensors can be manufactured to withstand high temperatures and corrosive environments.

関心の物理的性質を測定するために、様々な光学性質を利用した幅広い光センサが利用可能である。このセンサは、ファイバ内を伝播する光の振幅、位相、偏光、またはこれ以外の光学性質を変更することで、測定する物理的性質に反応するように設計されている。センサ設計に応じて、これらの光学性質の1つ以上を、信号応答機によって監視し、関心の物理的性質に変換することができる。   A wide range of optical sensors utilizing a variety of optical properties are available to measure the physical properties of interest. This sensor is designed to react to the physical properties to be measured by changing the amplitude, phase, polarization, or other optical properties of the light propagating in the fiber. Depending on the sensor design, one or more of these optical properties can be monitored by a signal responder and converted to the physical property of interest.

既知の発明は、ファイバに軸方向に付加される引張を変更して、ファイバを通って伝播する光の光学性質を変化させることにより、ファイバに物理的ひずみを付与するセンサタイプに注目している。このタイプのセンサでは、多くの場合、ファイバは機械的固定具内に取り付けられており、このファイバは、測定する物理的性質を、ファイバ内のひずみの量を変更する機械的変位量に変換する。センサを長時間に亘って精密に維持する必要がある場合には、ファイバを機械的固定具に取り付ける方法は非常に重要である。機械的固定具に対するファイバの任意の滑りまたはクリープにより、測定にドリフトが生じてしまう。   Known inventions focus on sensor types that impart physical strain to the fiber by altering the tensile force applied axially to the fiber to change the optical properties of light propagating through the fiber. . In this type of sensor, the fiber is often mounted in a mechanical fixture, which translates the physical property to be measured into a mechanical displacement that changes the amount of strain in the fiber. . The method of attaching the fiber to a mechanical fixture is very important when it is necessary to maintain the sensor precisely over time. Any slip or creep of the fiber relative to the mechanical fixture will cause the measurement to drift.

ファイバベースのセンサでは、ファイバを機械的固定具に取り付けるために、様々なエポキシおよびその他の接着剤を使用する。これらの接着剤は、適温および低湿度において使用する分には適切に機能するが、しかし、環境条件が悪化するに従って、接着剤が上手く広がらないクリープが生じる傾向にある。適度な条件下であっても、長期間に亘る耐久性を要する用途ではクリープは問題である。   Fiber-based sensors use various epoxies and other adhesives to attach the fiber to a mechanical fixture. These adhesives function properly for use at moderate temperatures and low humidity, but as environmental conditions worsen, they tend to produce creep where the adhesive does not spread well. Creep is a problem in applications that require long-term durability, even under moderate conditions.

米国特許第6,317,555号は、耐クリープ性の光ファイバ取り付け機構に関し、この場合、光ファイバのクラディングが「外部寸法の変化領域(拡張または後退する)」を有する。光ファイバのクラディングの直径が変化することで、フェルールの一部分と係合する変化領域が提供され、これにより、光ファイバがフェルール内に取り付けられる。ファイバは、相対動作またはクリープが最小の状態で、フェルールに対抗する引張下にて維持されると考えられている。フェルールは、例えばハウジングのような、より大きな構造またはその一部に取り付けることができる。バッファ層を、クラディングとフェルールの間に配置することで、ファイバを保護し、フェルール内へのファイバの固定を補助することができる。   U.S. Pat. No. 6,317,555 relates to a creep-resistant optical fiber attachment mechanism, in which the optical fiber cladding has an "external dimension change region (expand or retract)". Changing the diameter of the optical fiber cladding provides a variable region that engages a portion of the ferrule, thereby mounting the optical fiber within the ferrule. The fiber is believed to be maintained under tension against the ferrule with minimal relative motion or creep. The ferrule can be attached to a larger structure or part thereof, such as a housing. A buffer layer can be placed between the cladding and the ferrule to protect the fiber and assist in securing the fiber within the ferrule.

米国特許第6,768,825号は、米国特許第6,317,555号の耐クリープ性の光ファイバ取り付け機構を採用した光センサについて記述している。この光センサは、特徴的な波長にて光信号を少なくとも部分的に反射させるためのブラッグ回折格子をファイバのコア内に設けた光ファイバを含む。このセンサ装置は、光ファイバのクラディング内の、ブラッグ回折格子の両側に配置された、光ファイバの取り付けを可能にするための2つの変化領域を有する。このファイバ取り付け部は、特徴的波長が圧力環境に従って変化できるよう、感圧構造に取り付けられている。   US Pat. No. 6,768,825 describes an optical sensor employing the creep-resistant optical fiber attachment mechanism of US Pat. No. 6,317,555. The optical sensor includes an optical fiber having a Bragg diffraction grating in the core of the fiber for at least partially reflecting an optical signal at a characteristic wavelength. This sensor arrangement has two transition regions to allow attachment of the optical fiber, located on either side of the Bragg grating in the optical fiber cladding. The fiber attachment is attached to the pressure sensitive structure so that the characteristic wavelength can vary according to the pressure environment.

米国特許第6,726,371号は、コーティング被覆した光ファイバを光ファイバ固定具に固定するための機器に関する。この固定構造は、光ファイバが挿入される1つの穴を設けたフェルールを備えている。このフェルールはさらに、フェルールの側から光ファイバ挿入穴内へ貫通した開口部を備えている。   US Pat. No. 6,726,371 relates to an apparatus for securing a coated optical fiber to an optical fiber fixture. This fixing structure includes a ferrule having one hole into which an optical fiber is inserted. The ferrule further includes an opening penetrating from the ferrule side into the optical fiber insertion hole.

光ファイバクランプ留め部分を有する、側溝状の光ファイバ固定構成要素がこの開口部内に挿入され、光ファイバ上にクランプ留めされることで、フェルール内に保持される。   A side groove-like optical fiber fixing component having an optical fiber clamping portion is inserted into the opening and clamped onto the optical fiber to be retained in the ferrule.

米国特許第6,668,105号は、非常に高感度のひずみ測定が可能と報告された光ファイバセンサ・フラットパックに関する。この特許は、苛酷な環境条件に耐性を有する気密パッケージを提供するために、プラスチック材料とラミネート製造技術を採用したパッケージングおよびパッケージング方法を提供する。   US Pat. No. 6,668,105 relates to a fiber optic sensor flat pack that has been reported to be capable of very sensitive strain measurements. This patent provides packaging and packaging methods that employ plastic materials and laminate manufacturing techniques to provide a hermetic package that is resistant to harsh environmental conditions.

米国特許第5,337,387号は、金属構成要素に気密光ファイバを作成する方法に関する。金属シェルと金属被覆した光ファイバとの間にガラス気密密封が形成される。この方法は、耐久性に優れた高気密密封を形成するものとして便利であると記述されているが、光ファイバが引張下に置かれる感知用途にて使用するための、金属取り付け具への機械的耐久性に優れたファイバを形成するために、この方法を採用できるとの教示または示唆はない。   U.S. Pat. No. 5,337,387 relates to a method of making a hermetic optical fiber in a metal component. A glass hermetic seal is formed between the metal shell and the metal-coated optical fiber. Although this method is described as convenient to form a durable and airtight seal, it is a machine to metal fixture for use in sensing applications where the optical fiber is under tension. There is no teaching or suggestion that this method can be employed to form a highly durable fiber.

米国特許第4,357,072号は、光ファイバを発光ダイオードパッケージ内に密封する装置に関する。金属カラーの仲介を有する金属化したファイバが、ファイバ周囲に設けた半田のような低溶融点物質を溶融することにより、ホルダ内に固定される。仲介の金属カラーは、ファイバを発光ダイオードに関連して位置決め上で便利であると記述されている。この特許は、「比較的短い非金属化ファイバを使用でき、この場合には、低溶融点ガラスを環帯の材料として使用する」と記述している。しかしながら、非金属化ファイバの採用時にどのようにしてカラーを提供するかについての記述はない。ファイバの位置決めを迅速化し、曲げ力に対する強度を提供するために、ファイバをより硬質化かつ重量化するために、カラーは特に利益が多いと記述されている。この発明の密封方法および装置は、光ファイバを発光ダイオードに関連して取り付けし、整列させるために便利であると述べられている。しかし、採用するこの方法および装置が、光ファイバが引張下に置かれる感知用途に使用する金属取り付け具への機械的耐久性に優れたファイバを形成するために採用できるという教示または示唆はない。
米国特許第6,317,555号 米国特許第6,768,825号 米国特許第6,726,371号 米国特許第6,668,105号 米国特許第5,337,387号 米国特許第4,357,072号
U.S. Pat. No. 4,357,072 relates to an apparatus for sealing an optical fiber in a light emitting diode package. A metallized fiber having a metal collar mediation is secured in the holder by melting a low melting point material such as solder provided around the fiber. The intermediary metal collar is described as convenient in positioning the fiber relative to the light emitting diode. This patent states that "relatively short non-metalized fibers can be used, in which case low melting point glass is used as the material for the annulus." However, there is no description of how to provide a collar when employing non-metallic fibers. Collars have been described as particularly beneficial to make the fibers stiffer and heavier in order to speed fiber positioning and provide strength against bending forces. The sealing method and apparatus of the present invention is said to be convenient for attaching and aligning optical fibers in relation to light emitting diodes. However, there is no teaching or suggestion that the method and apparatus employed can be employed to form a mechanically durable fiber for metal fittings used in sensing applications where the optical fiber is under tension.
US Pat. No. 6,317,555 US Pat. No. 6,768,825 US Pat. No. 6,726,371 US Pat. No. 6,668,105 US Pat. No. 5,337,387 U.S. Pat. No. 4,357,072

光ファイバに密封を提供するいくつかの装置および方法が当技術分野において知られているが、光ファイバを、特にセンサ用途で使用する固定具内に取り付けるための、クリープを排除または最小化する代替的な方法および装置への必要性が当技術分野において依然として存在する。   Although several devices and methods for providing a seal to an optical fiber are known in the art, an alternative to eliminate or minimize creep for mounting the optical fiber in a fixture, particularly for use in sensor applications There remains a need in the art for efficient methods and apparatus.

本発明は、光ファイバ保持装置であり、ボアまたはスロットを有するファイバホルダを備え、ボアまたはスロットは、ファイバホルダの縦軸に沿って延びており、光ファイバをさらに備え、光ファイバは、ファイバホルダ内部のボアまたはスロット内を通り、ファイバホルダの縦軸と平行に向いており、光ファイバとホルダの間に形成され、ファイバホルダのボアまたはスロット内に少なくとも一部分が形成されるガラスまたは金属密封をさらに備える。密封はガラスで形成することができる。特定の実施形態では、光ファイバは保護コーティングを有する。   The present invention is an optical fiber holding device comprising a fiber holder having a bore or slot, the bore or slot extending along the longitudinal axis of the fiber holder, further comprising an optical fiber, the optical fiber comprising a fiber holder A glass or metal seal that passes through an internal bore or slot and is oriented parallel to the longitudinal axis of the fiber holder, formed between the optical fiber and the holder, and at least partially formed within the bore or slot of the fiber holder. Further prepare. The seal can be formed of glass. In certain embodiments, the optical fiber has a protective coating.

特定の実施形態では、光ファイバとファイバホルダの間に形成された密封は、ファイバの保護コーティングの上に形成される。特定の実施形態では、ガラス密封材料は、光ファイバの熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する。さらなる実施形態では、ファイバホルダ材料の熱膨張係数は、ガラス密封材料の熱膨張係数よりも大きい。特定の実施形態では、圧縮密封が形成される。別の実施形態では、ファイバホルダ材料の熱膨張係数は、ガラス密封材料の熱膨張係数とほぼ一致する。ファイバホルダは、ステンレス鋼、コバール(Kovar)、またはインバール(Invar)で製造することができる。特定の実施形態では、ファイバホルダは、少なくとも一部分がホルダのボアまたはスロット内に形成された密封保持空洞を有する。ファイバは、ポリイミド、カーボン/ポリイミド、またはカーボン/シリコン/PFAの保護コーティングを有することができる。ファイバは、金、銅、またはアルミニウムからなる金属保護コーティングを有することができる。特に保護コーティングが金属である場合には、密封材料を金属合金であってよい。密封材料は、鉛、スズ、銀、インジウム、金、銅を備える金属合金半田であってよい。   In certain embodiments, the seal formed between the optical fiber and the fiber holder is formed over the protective coating of the fiber. In certain embodiments, the glass sealing material has a coefficient of thermal expansion that is greater than the coefficient of thermal expansion of the optical fiber. In a further embodiment, the coefficient of thermal expansion of the fiber holder material is greater than the coefficient of thermal expansion of the glass sealing material. In certain embodiments, a compression seal is formed. In another embodiment, the coefficient of thermal expansion of the fiber holder material approximately matches that of the glass sealing material. The fiber holder can be made of stainless steel, Kovar, or Invar. In certain embodiments, the fiber holder has a hermetic retaining cavity formed at least in part in the bore or slot of the holder. The fiber can have a protective coating of polyimide, carbon / polyimide, or carbon / silicon / PFA. The fiber can have a metal protective coating made of gold, copper, or aluminum. The sealing material may be a metal alloy, particularly when the protective coating is a metal. The sealing material may be a metal alloy solder comprising lead, tin, silver, indium, gold, copper.

光ファイバ保持装置は、ボアまたはスロットを有する第2ファイバホルダをさらに備え、ボアまたはスロットは、ファイバホルダの縦軸に沿って延びており、保護コーティングを設けた光ファイバは、第2ファイバホルダ内のボアまたはスロット内部を通り、第2ファイバホルダの縦軸と平行に向いており、第2のガラスまたは金属密封が光ファイバの周囲に形成され、また、少なくとも一部分がファイバホルダのボアまたはスロット内に形成され、コーティング被覆した光ファイバと第2ファイバホルダの間に密封を形成しており、第1および第2ファイバホルダは、ファイバに沿って2つの引き留め点を形成しながら、光ファイバに沿って離間している。   The optical fiber holding device further includes a second fiber holder having a bore or slot, the bore or slot extending along the longitudinal axis of the fiber holder, and the optical fiber provided with the protective coating is in the second fiber holder. The second glass holder is oriented parallel to the longitudinal axis of the second fiber holder, a second glass or metal seal is formed around the optical fiber, and at least a portion is within the bore or slot of the fiber holder. Forming a seal between the coated optical fiber and the second fiber holder, the first and second fiber holders along the optical fiber while forming two anchor points along the fiber. Are separated.

光ファイバ保持装置は、さらに、1つ以上の追加のファイバホルダを備え、追加のファイバホルダの各々は、ファイバホルダの縦軸に沿って延びたボアまたはスロットを有し、保護コーティングを設けた光ファイバは、追加のファイバホルダの各々のボアまたはスロットを通り、追加のファイバホルダの各々の縦軸と平行に向いており、追加のファイバホルダの各々について、追加のファイバホルダの各々のための追加のガラスまたは金属密封が光ファイバの周囲に、また、少なくとも一部分が、追加のファイバホルダのボアまたはスロット内に形成され、コーティング被覆した光ファイバと追加のファイバホルダの各々との間に密封を形成しており、ファイバホルダは、光ファイバに沿って複数の引き留め点を形成しながら、光ファイバに沿って離間している。   The optical fiber holding device further comprises one or more additional fiber holders, each of the additional fiber holders having a bore or slot extending along the longitudinal axis of the fiber holder and provided with a protective coating. The fiber is directed through each bore or slot of the additional fiber holder and parallel to the longitudinal axis of each of the additional fiber holders, and for each additional fiber holder, an additional for each additional fiber holder. A glass or metal seal is formed around the optical fiber and at least partially in the bore or slot of the additional fiber holder to form a seal between the coated optical fiber and each of the additional fiber holders The fiber holder is formed on the optical fiber while forming a plurality of retaining points along the optical fiber. They are spaced apart from me.

光ファイバ保持装置の光ファイバは、2つの引き留め点の間にファイバ格子、特にファイバブラッグ回折格子を設けることができる。保持装置の光ファイバは、1つ以上の引き留め点の間にファイバ格子を設けることができる。ファイバ格子は、ファイバブラッグ回折格子、またはより詳細には長期間格子であってよい。   The optical fiber of the optical fiber holding device can be provided with a fiber grating, in particular a fiber Bragg grating, between the two anchor points. The optical fiber of the holding device can be provided with a fiber grating between one or more anchor points. The fiber grating may be a fiber Bragg grating, or more particularly a long-term grating.

本発明は、本発明の光ファイバ保持装置、および第1ファイバホルダと第2ファイバホルダを、整列したこれらの軸方向ボアと共に維持する固定具を備え、固定具の少なくとも一部分は、縦軸に沿った膨張、圧縮、またはこれらの両方に関連して弾性であり、光ファイバの1つ以上の光性質は、軸ひずみに晒されると変化する、光センサを提供する。本発明の光センサは、ひずみを測定する、変位を測定する、温度を測定する、圧力を測定する、加速を測定する装置であってよい。   The present invention includes an optical fiber holding device of the present invention and a fixture that maintains the first and second fiber holders with their aligned axial bores, at least a portion of the fixture being along the longitudinal axis. One or more optical properties of the optical fiber that are elastic in relation to expansion, compression, or both, change when exposed to axial strain. The optical sensor of the present invention may be a device that measures strain, measures displacement, measures temperature, measures pressure, and measures acceleration.

本発明はさらに、本発明の光センサを採用する、光ファイバ内のひずみを測定する方法を提供する。   The present invention further provides a method for measuring strain in an optical fiber employing the optical sensor of the present invention.

本発明はさらに、保護コーティングを有する光ファイバをファイバホルダ内に取り付ける方法を提供し、この方法は、ファイバホルダとコーティング被覆した光ファイバの間にガラスまたは金属密封を提供するステップを備える。ガラスまたは金属密封は、少なくとも一部分がファイバホルダのボアまたはスロット内に形成された密封保持空洞内に形成されている。特定の実施形態では、光ファイバは、光ファイバのボアまたはスロットの全長にかけて延びている。   The present invention further provides a method of mounting an optical fiber having a protective coating in a fiber holder, the method comprising providing a glass or metal seal between the fiber holder and the coated optical fiber. The glass or metal seal is formed in a hermetic retention cavity that is at least partially formed in the bore or slot of the fiber holder. In certain embodiments, the optical fiber extends over the entire length of the bore or slot of the optical fiber.

本発明のこれ以外の態様は、以下の詳細な説明および図面を考慮することで明白になる。   Other aspects of the invention will become apparent by consideration of the following detailed description and drawings.

本発明は、ファイバに引張力が付加され、センサが温度および湿度に晒された場合に、ファイバの滑りを最小化または防止する形で、光ファイバを光センサの機械取り付け部内に保持する方法を提供する。本発明はさらに、光ファイバ保持装置と、この本発明による光ファイバ保持装置を採用した1本以上の光ファイバを装置内に取り付けた光センサとを提供する。本発明はまたさらに、光ファイバ、特に、本発明のファイバホルダ内に取り付けられ、カラスまたは金属半田で形成した密封部を採用してホルダと機械的に結合された保護コーティングを保持する光ファイバを提供する。一般に、ガラス密封技術は、金属パッケージに設けた穴を貫通するファイバの周囲に気密密封を形成するために使用されている。これらの応用において、ファイバはそのポリマーコーティングが剥離され、ガラス密封がファイバと金属パッケージの間に形成される。多くの場合、剥離および密封工程によってファイバ表面を損傷した結果、ファイバが脆くなってしまう。   The present invention provides a method for holding an optical fiber within the optical sensor's mechanical mount in a manner that minimizes or prevents fiber slippage when a tensile force is applied to the fiber and the sensor is exposed to temperature and humidity. provide. The present invention further provides an optical fiber holding device and an optical sensor in which one or more optical fibers employing the optical fiber holding device according to the present invention are mounted in the device. The present invention still further provides an optical fiber, particularly an optical fiber mounted within the fiber holder of the present invention, which employs a seal formed of crow or metal solder to hold a protective coating mechanically coupled to the holder. provide. In general, glass sealing techniques are used to form a hermetic seal around a fiber that penetrates a hole in a metal package. In these applications, the fiber is stripped of its polymer coating and a glass seal is formed between the fiber and the metal package. In many cases, the fiber surface becomes brittle as a result of damaging the fiber surface by a stripping and sealing process.

本発明で使用するアプローチは、ファイバを表面損傷から保護するために、ファイバの保護コーティングを好ましく適所に残すものである。或る実施形態では、この工程は低温ガラスを使用してファイバコーティングの直ぐ上に密封を形成し、ファイバを金属ハウジングに引き留めている。ファイバコーティングは、ファイバ表面の表面損傷を防止するだけでなく、ファイバがガラス密封から出る範囲においていくらかのひずみ解放を提供する。コーティングを無傷のまま残すことにより、ファイバがこれの引張力のほとんどを保持することができる。ファイバコーティングがポリイミドのようなポリマーである場合には、密封は完全に気密にはならないが、しかし、多くの用途では完全な気密を必要としていない。   The approach used in the present invention preferably leaves the protective coating of the fiber in place to protect the fiber from surface damage. In some embodiments, this process uses low temperature glass to form a seal just above the fiber coating and keeps the fiber in a metal housing. The fiber coating not only prevents surface damage to the fiber surface, but also provides some strain relief to the extent that the fiber exits the glass seal. By leaving the coating intact, the fiber can retain most of its tensile force. If the fiber coating is a polymer such as polyimide, the seal will not be completely airtight, but many applications do not require complete airtightness.

ファイバを金属ハウジングに引き留めるには、整合密封および圧縮密封の2タイプのガラス/金属密封を採用することができる。整合密封は、実質的に整合した熱膨張係数(CTE)を有するシーリングガラスと金属ホルダとを使用する。「実質的に整合した」という用語は、この説明においては、異なる材料のCTEがそれぞれ最大約+/−15%異なることを意味する。7ppm/C(μm/mKまたは10−6/K)のCTEを有する材料は、7+/−1.05ppm/CのCTEを有する材料に実質的に整合されている。特定の実施形態では、CTEの差異が10%またはこれ未満、あるいは5%またはこれ未満の材料を採用している。整合密封は、シーリングガラスと金属の表面上に存在する酸化物との間の化学結合の組成に依存している。CTEが15%以上異なる2つの材料は実質的に整合しない。 Two types of glass / metal seals can be employed to keep the fiber in the metal housing, a matched seal and a compression seal. Aligned seals use sealing glass and metal holders that have a substantially matched coefficient of thermal expansion (CTE). The term “substantially matched” in this description means that the CTEs of different materials differ by up to about +/− 15% each. A material having a CTE of 7 ppm / C (μm / mK or 10 −6 / K) is substantially matched to a material having a CTE of 7 +/− 1.05 ppm / C. Certain embodiments employ materials with a CTE difference of 10% or less, or 5% or less. An alignment seal relies on the composition of chemical bonds between the sealing glass and the oxide present on the metal surface. Two materials that differ by 15% or more in CTE are not substantially matched.

一方、圧縮密封は、密封材料(例えばガラス)とホルダ材料(例えば金属)の間のCTEの差異を利用して圧縮密封を形成するというものである。圧縮密封は、互い違いのCTEで設計される。低CTEファイバの周囲を高CTEファイバシーリングガラスで包囲し、次にこれをより高いCTE金属で包囲する。例えば、CTEが1ppm/℃のファイバ、CTEが7ppm/℃のガラス密封材料、および、CTEが16ppm/℃のステンレス鋼ファイバ取り付けディスクは、互い違いのCTEを有する密封を提供する。組み立て品が密封温度から冷却するに従い、金属がシーリングガラスの周囲で収縮し、次に、ファイバ周囲で収縮することにより、ファイバ周囲に圧縮応力が生じる。圧縮密封では、いくつかの化学結合も発生する。本発明に採用する密封は、圧縮力によって提供される追加の保持力を利用する圧縮タイプの密封で或ることが好ましい。CET値の差異に適用している、よりも大きい(または、よりも高い)、あるいは、よりも小さい(または、よりも低い)という用語は、好ましくは実質的な整合範囲外の差異を意味し、すなわち、CETにおける差異が+/−15%よりも大きい場合を示す。   On the other hand, a compression seal uses a CTE difference between a sealing material (eg, glass) and a holder material (eg, metal) to form a compression seal. The compression seal is designed with an alternating CTE. The low CTE fiber is surrounded by a high CTE fiber sealing glass, which is then surrounded by a higher CTE metal. For example, a fiber with a CTE of 1 ppm / ° C., a glass sealing material with a CTE of 7 ppm / ° C., and a stainless steel fiber mounting disk with a CTE of 16 ppm / ° C. provide a seal with an alternating CTE. As the assembly cools from the sealing temperature, the metal shrinks around the sealing glass and then shrinks around the fiber, creating a compressive stress around the fiber. In compression sealing, some chemical bonds also occur. The seal employed in the present invention is preferably a compression type seal that utilizes the additional holding force provided by the compressive force. The term larger (or higher) or smaller (or lower) as applied to CET value differences preferably means a difference outside the substantial alignment range. That is, the case where the difference in CET is greater than +/− 15% is shown.

250C〜100Cの軟化点を設けたシーリングガラスが一般に市販されている。好ましいシーリングガラスは、光ファイバの保護コーティングに使用される材料の溶融温度よりも低い軟化点を有するものある。特定の実施形態では、低温シーリングガラス(つまり、300Cまたはこれ未満の軟化点を有するもの)を、樹脂で被覆した光ファイバ(例えば、典型的に、継続的には300C、短期間では400Cの値を有する、ポリイミド被覆したファイバ)と共に採用している。典型的な樹脂ファイバコーティングには、ポリイミド、カーボン/ポリイミドが含まれる。ファイバ保護コーティングはさらに、銅、アルミニウム、金のコーティングを含む金属コーティングであってもよい。本発明は、これらのコーティングと適合する。   Sealing glass having a softening point of 250C to 100C is generally commercially available. Preferred sealing glasses are those having a softening point below the melting temperature of the material used for the protective coating of the optical fiber. In certain embodiments, a low temperature sealing glass (ie, having a softening point of 300 C or less) with a resin coated optical fiber (eg, typically has a value of 300 C on a continuous basis and 400 C for a short period of time). And polyimide coated fiber). Typical resin fiber coatings include polyimide, carbon / polyimide. The fiber protective coating may further be a metal coating including a copper, aluminum, gold coating. The present invention is compatible with these coatings.

銅または金のような金属、あるいは金属合金を光ファイバ上の保護コーティングとして使用する場合、合金半田は、鉛、スズ、銀、インジウム、金を備え、もしくは、ファイバをファイバホルダに固定するために、銅を密封材料として使用してもよい。本発明では、当技術分野において知られている様々な合金半田を使用することができる。   When using a metal such as copper or gold, or a metal alloy as a protective coating on an optical fiber, the alloy solder comprises lead, tin, silver, indium, gold, or to secure the fiber to the fiber holder Copper may be used as the sealing material. In the present invention, various alloy solders known in the art can be used.

本発明の光ファイバ、光ファイバ保持装置、光センサを取り付けたファイバホルダは、様々な装置内に直接または間接的に組み込むことができ、これら様々な装置には、ひずみ計、伸縮計、温度トランスデューサ、圧力トランスデューサ、加速計が含まれるが、これに限定しない。光ファイバと、1本以上の光ファイバを光ファイバセンサ内またはこれの上に取り付けるための光ファイバ保持装置とが取り付けられたファイバホルダと共に採用することが可能な多数の光ファイバセンサ形状が当技術分野において知られている。当業者は、ここにおける記述と、当技術分野において知られている事実を斟酌して、この説明において光センサ形状として既知の装置を採用するか、またはこの説明における装置をこのようなセンサ形状に容易に適合することができる。図3Aは、光ファイバセンサ形状内への、ファイバブラッグ回折格子を設ける光ファイバの例証的な取り付けを提供する。   The optical fiber, the optical fiber holding device, and the fiber holder to which the optical sensor of the present invention is attached can be directly or indirectly incorporated into various devices, and these various devices include strain gauges, extensometers, temperature transducers. , Pressure transducers, accelerometers, but not limited to. There are a number of optical fiber sensor shapes that can be employed with fiber holders that are mounted with an optical fiber and an optical fiber holding device for mounting one or more optical fibers in or on the optical fiber sensor. Known in the field. Those skilled in the art, given the description herein and the facts known in the art, will adopt a device known as an optical sensor shape in this description or make the device in this description into such a sensor shape. Can be easily adapted. FIG. 3A provides an exemplary attachment of an optical fiber that provides a fiber Bragg grating into a fiber optic sensor geometry.

或る光ファイバ感知システムは、光源、光ファイバ、感知要素またはトランスデューサ、および検出器を備える。ファイバセンサの動作原理は、トランスデューサが、光学システムのいくつかのパラメータ(強度、波長、偏光、位相、その他)を変調することで、検出器で受信された光信号の特徴に検出可能な変化が生じる。光ファイバセンサは、(ファイバ自体がトランスデューサである)ファイバ内にて変調が直接生じる固有センサ、または、ファイバに作用するいくつかの外部トランスデューサによって変調が実行される付帯センサのいずれかであってよい。光ファイバ内に導入されたファイバブラッグ回折格子は、例証的なトランスデューサである。ひずみまたは温度によって生じるファイバのモード指数または格子ピッチにおけるあらゆる変化により、特徴的ブラッグ波長がシフトする。ファイバブラッグ回折格子は、ひずみまたは温度感知において、特に、過酷な環境(例えば、高EMI、高温、または高度に腐食している環境)において多く使用される。ファイバブラッグ回折格子に作用するトランスデューサをさらに使用することで、その他の、圧力化学反応のような環境パラメータを感知するために、ファイバブラッグ回折格子を使用することも可能になる。   Some fiber optic sensing systems include a light source, a fiber optic, a sensing element or transducer, and a detector. The principle of operation of a fiber sensor is that the transducer modulates several parameters of the optical system (intensity, wavelength, polarization, phase, etc.), so that there is a detectable change in the characteristics of the optical signal received by the detector. Arise. The fiber optic sensor can be either a native sensor where modulation occurs directly in the fiber (where the fiber itself is a transducer) or an incidental sensor where modulation is performed by some external transducer acting on the fiber. . A fiber Bragg grating introduced in an optical fiber is an illustrative transducer. Any change in fiber mode index or grating pitch caused by strain or temperature shifts the characteristic Bragg wavelength. Fiber Bragg gratings are often used in strain or temperature sensing, especially in harsh environments (eg, high EMI, high temperature, or highly corrosive environments). By further using a transducer acting on the fiber Bragg grating, it is also possible to use the fiber Bragg grating to sense other environmental parameters such as pressure chemical reactions.

圧力用途では、ファイバブラッグ回折格子を設けた光ファイバを、例えば圧力変化によって影響を受ける形状のダイアフラムに取り付けることができる。あるいは、ファイバ自体を、ファイバ内のファイバ格子に圧力が作用すると3次元ひずみモードを生じる圧力トランスデューサとして使用することもできる。   For pressure applications, an optical fiber provided with a fiber Bragg grating can be attached to a diaphragm shaped to be affected by, for example, pressure changes. Alternatively, the fiber itself can be used as a pressure transducer that produces a three-dimensional strain mode when pressure is applied to the fiber grating in the fiber.

ファイバブラッグ回折格子を設けた光ファイバを感知する磁気および電気領域を、強磁性コーティングで被覆することができる。被覆されたファイバが強磁領域にある場合、この領域が被覆されたファイバ内の格子を拡張または収縮させる。化学感知では、ファイバブラッグ回折格子を設けた光ファイバを、特定の化学物質(化学的に敏感なコーティング)の存在によって影響を受ける材料で被覆することにより、コーティングが、存在する化学物質の量に、または化学物質を生成する反応に比例するファイバブラッグ回折格子内のひずみを生じさせることができる。例えば、パラジウムを伴うファイバブラッグ回折格子を設けるパラジウム被覆したファイバを使用して、水素生成を監視することができる。パラジウムは水素を吸収してファイバ格子内にひずみを引き起こす。   The magnetic and electrical regions that sense an optical fiber provided with a fiber Bragg grating can be coated with a ferromagnetic coating. When the coated fiber is in the strong magnetic region, this region expands or contracts the grating in the coated fiber. In chemical sensing, an optical fiber with a fiber Bragg grating is coated with a material that is affected by the presence of certain chemicals (chemically sensitive coatings) so that the coating is reduced to the amount of chemical present. Or strain in the fiber Bragg grating that is proportional to the reaction that produces the chemical. For example, palladium production can be used to monitor hydrogen production using a fiber Bragg grating with palladium. Palladium absorbs hydrogen and causes strain in the fiber lattice.

光ファイバセンサ形状、動作、使用、およびこのようなセンサの用途は当技術分野において既知である。本発明によるファイバホルダとファイバ保持装置を採用できるセンサ形状の詳細を、センサの動作、使用、用途の詳細と共に提供するべく、以下の参考文献を引用する。Farhad Ansari(Ed.)(1993)「エンジニアリング技法における光ファイバセンサの適用(Applications of Fiber Optic Sensors in Engineering Mechanics)」,米国土木学会(American Society of Civil Engineers)。   Fiber optic sensor shape, operation, use, and applications of such sensors are known in the art. The following references are cited to provide details of sensor shapes that can employ fiber holders and fiber holding devices according to the present invention, as well as details of sensor operation, use, and application. Farhad Ansari (Ed.) (1993) “Applications of Fiber Sensors in Engineering Mechanics”, American Society of Civil Science.

Eric Udd(Ed.)(1995)「光ファイバのスマート構造(Fiber Optic Smart Structures)」,ジョン・ウィレー・アンド・サンズ・インク(John Wiley & Sons Inc.),Regis J.Van Steenkiste and George S.Springer(1997)「光ファイバセンサを用いたひずみ及び温度の測定(Strain and Temperature Measurement with Fiber Optic Sensors)」,テクノミックパブリッシング社(Technomic Publishing Co);Farhad Ansari(Ed.)(1998)「構成材料及びブリッジのための光ファイバセンサ(Fiber Optic Sensors for Construction Materials and Bridges)」テクノミックパブリッシング社(Technomic Publishing Co);Raymond M.Measures(2001)「光ファイバ技術を用いた構造モニタリング(Structural Monitoring with Fiber Optic Technology)」,アカデミックプレス(Academic Press);Jose Miguel Lopez−Higuera(Ed.)(2002)「光ファイバ検出技術のハンドブック(Handbook of Optical Fiber Sensing Technology)」,ジョン・ウィレー・アンド・サンズ・インク(John Wiley &Sons Inc.);「光ファイバセンサのガイド原理と応用(Optical Fiber Sensor Guide Fundamentals and Applications)」(2005),マイクロン オプティクス社(Micron Optics)のhttp://www.micronoptics.com/pdfs/より購入可能;Morey W.et al.,「ユーティリティ産業応用のためのファイバ回折格子センサにおける近年の発展(Recent Advannces in Fiber Grating Sensors for Utility Industry Applications)」,国際光工学会議事録(Proc.SPIE) vol.2594,1995;Kashyap,R.,「感光性の光ファイバ;装置及び応用(Photosensitive Optical Fibers;Devices and Applications)」,Op.Fiber Tech.,Vol.1,pp 17−34,1994;Morey,W.W.,Meltz,G.,and Glen,W.H.,「光ファイバブラッグ回折格子センサ(Fiber Optic Bragg Grating Sensors)」,国際光工学会議事録(SPIE Proc.),Vol.1169,pp 98−107,1989;G.Meltz,「ファイバ回折格子ベースのセンサの概説(Overview of fiber grating−based sensors)」,国際光工学会議事録(Proc.SPIE),「分散化及び多重化された光ファイバセンサVI(Distributed and Multiplexed Fiber Optic Sensors Vl)」コロラド州デンバー(Denver,CO),vol.2838,pp.1−21,1996;Patric,H.J.;Williams,G.M.;Kersey,A.D.,Pedrazaani,J.R.,Vengsarkar,A.M.「ハイブリッドファイバブラッグ回折格子/ひずみのための長期ファイバ回折格子センサ/温度識別(Hybrid fiber Bragg grating/long period fiber grating sensor for strain/temperature discrimination)」,米国電気電子学会フォトニクステクノロジーレターズ(Photonics Technology Letters,IEEE),Volume 8,Issue 9,Sept.1996 page(s):1223−1225およびMore,W.W.,「ユーティリティ用途のためのファイバブラッグ回折格子センサの開発(Development of Fiber Bragg Grating Sensors for Utility Applications)」,米国電力研究所レポート(EPRI,Report)TR−105190,September 1995。   Eric Udd (Ed.) (1995) “Fiber Optic Smart Structures”, John Wiley & Sons Inc., Regis J. et al. Van Steenkiste and George S. Springer (1997) “Strain and Temperature with Fiber Optical Sensors”, Technological Publishing Co. (Technical Publishing Co.); And Fiber Optic Sensors for Bridges (Technical Publishing Co.); Raymond M., Fiber Optics Sensors for Construction Materials and Bridges; Measurements (2001) “Structural Monitoring with Fiber Optical Technology” (Academic Press); Jose Miguel Lopez-Higer Technology (book) “Handbook of Optical Fiber Sensing Technology”, John Wiley & Sons Inc. (“Optical Fiber Sensor Guide Funds and Optical Fiber Sensor Guide Funds”). , Micron Optics, Inc. (Micron Optics) http: // www. microoptics. com / pdfs /; et al. , “Recent Advances in Fiber Sensors for Utility Industry Applications”, Proc. SPIE vol., “Recent Advances in Fiber Grading Sensors for Utility Industries Applications”. 2594, 1995; Kashap, R .; , “Photosensitive Optical Fibers; Apparatus and Applications”, Ops. Fiber Tech. , Vol. 1, pp 17-34, 1994; Morey, W .; W. Meltz, G .; , And Glen, W .; H. , “Fiber Optic Bragg Grating Sensors”, International Optical Engineering Minutes (SPIE Proc.), Vol. 1169, pp 98-107, 1989; Meltz, “Overview of fiber-grading-based sensors”, International Optical Engineering Proceedings (Proc. SPIE), “Distributed and Multiplexed Optical Fiber Sensors VI (Distributed and Multiplexed)”. Fiber Optic Sensors Vl) "Denver, CO, vol. 2838, pp. 1-21, 1996; Patric, H. et al. J. et al. Williams, G .; M.M. Kersey, A .; D. , Pedrazaani, J. et al. R. , Vengsarkar, A .; M.M. "Hybrid fiber Bragg grating / long period fiber grating sensor for strain / temperture discriminating", American Institute of Electronics Photonics Technologies, Ltd. IEEE), Volume 8, Issue 9, Sept. 1996 page (s): 1223-1225 and More, W. et al. W. "Development of Fiber Bragg Grating Sensors for Utility Applications", US Electric Power Research Institute Report (EPRI, Report) TR-105190, September 1995.

本願明細書では次の定義が適用される。   The following definitions apply herein.

「クリープ」とは、圧力、温度上昇、または高湿度に晒した際の、2つの物体の相対位置における穏やかな変化、または材料のゆっくりとした穏やかな変形を意味する。   “Creep” means a gentle change in the relative position of two objects or a slow and gentle deformation of a material upon exposure to pressure, elevated temperature, or high humidity.

「弾性」とは、装置または装置構成要素のような材料または物体が、1つ以上の物理的寸法に関連してこれのサイズを増減する機能を意味する。弾性材料は、拡張可能、圧縮可能、またはこれら両方であってよい。弾性とは、弾性を有する材料、物体、装置または装置構成要素の特徴を意味する。   “Elastic” means the ability of a material or object, such as a device or device component, to increase or decrease its size in relation to one or more physical dimensions. The elastic material may be expandable, compressible, or both. By elasticity is meant a characteristic of an elastic material, object, device or device component.

「ガラス密封」、「シーリングガラス」、および「ガラス密封材料」は、金属気密電気パッケージを貫通したピンの周囲に絶縁密封を形成するために一般に使用される低温溶融ガラス材料を意味する。多くの場合、密封ガラスは、密封工程中の流れおよび湿性質を向上させるために、様々な結合剤および粘性変化剤と共に使用される。本発明の密封形成への使用に適したシーリングガラスは、市販されている、望ましい様々な形状のプレフォームの形態であってよい。特定の実施形態では、以下の性質を有するガラスプレフォームを採用することができる。ガラス遷移温度225℃、軟化点276℃、CTE7.5ppm/℃。例えば、OD=0.044インチ、ID=0.016インチ、長さ=0.03インチのガラスプレフォームを、図1Aにて例証したフェルールホルダに使用することができる。   “Glass seal”, “sealing glass”, and “glass seal material” mean a low temperature molten glass material commonly used to form an insulating seal around a pin that penetrates a metal-tight electrical package. Often, sealing glass is used with various binders and viscosity modifiers to improve flow and wet properties during the sealing process. Sealing glasses suitable for use in the sealing formation of the present invention may be in the form of various desired preforms that are commercially available. In certain embodiments, a glass preform having the following properties can be employed. Glass transition temperature 225 ° C., softening point 276 ° C., CTE 7.5 ppm / ° C. For example, a glass preform with OD = 0.044 inch, ID = 0.016 inch, and length = 0.03 inch can be used for the ferrule holder illustrated in FIG. 1A.

「光ファイバ」は、最も一般的には、当技術分野において周知のコアおよびクラディングを有する光ファイバの任意の形態を意味する。本発明の方法および装置は、ガラス(シリカ)からなるファイバを金属ファイバホルダに引き留めする際に有効である。感知用途において有効な光ファイバには、シングルモードおよび複数モードのファイバが含まれる。本発明において有効な光ファイバには、クラディング直径が均一な光ファイバ、多様なクラディング直径を有する光ファイバが含まれる。多様なクラディング直径を有する光ファイバを本発明の装置に採用した場合、これらの多様性は、光ファイバをファイバホルダまたはこれらの内部に引き留めする、あるいは取り付けるための唯一の機構ではない。   “Optical fiber” most generally refers to any form of optical fiber having a core and cladding as is well known in the art. The method and apparatus of the present invention are effective in securing a fiber made of glass (silica) to a metal fiber holder. Optical fibers useful in sensing applications include single mode and multimode fibers. Optical fibers useful in the present invention include optical fibers having a uniform cladding diameter and optical fibers having various cladding diameters. When optical fibers having various cladding diameters are employed in the apparatus of the present invention, these variations are not the only mechanism for securing or attaching the optical fibers to the fiber holders or their interior.

本発明の光ファイバは、ファイバの外面に沿って、ファイバを損傷から保護する保護コーティングを有する、コーティング被覆した光ファイバであることが好ましい。保護コーティングの存在により、光ファイバの動作寿命が拡大する。典型的な非金属性ファイバコーティングには、樹脂、ポリマ、またはこのような材料を、カーボン、とりわけポリイミド、カーボン/ポリイミド、カーボン/シリコン/PFA(パーフルオロアルコキシエチレン)と混合したものが含まれる。保護コーティングはさらに、銅、アルミニウム、金のような金属コーティングも含まれる。センサ用途では、光ファイバは、トランスデューサとして機能するファイバブラッグ回折格子のような、1つ以上のファイバ格子を含むことができる。   The optical fiber of the present invention is preferably a coated optical fiber having a protective coating along the outer surface of the fiber that protects the fiber from damage. The presence of the protective coating increases the operating life of the optical fiber. Typical non-metallic fiber coatings include resins, polymers, or such materials mixed with carbon, especially polyimide, carbon / polyimide, carbon / silicon / PFA (perfluoroalkoxyethylene). The protective coating further includes metal coatings such as copper, aluminum and gold. For sensor applications, the optical fiber may include one or more fiber gratings, such as a fiber Bragg grating that functions as a transducer.

ファイバブラッグ回折格子(FBG)は、光ファイバのコア内に周期屈折率構造を導入して形成された波長依存型のフィルタ/反射装置である。ブロードスペクトル光ビームが格子と衝突すると、これのエネルギーの一部がファイバを介して伝播され、エネルギーの別の部分が反射される。反射された光信号は、非常に狭帯域であり、周期ユニット空間の2倍である特徴的なブラッグ波長に集中する。従来のFBGは、約数百ナノメートルの格子周期を有する。さらに、約数百ミクロン、つまり数センチメールの長期間ブラッグ回折格子(LPG、A.M.Vengsarkarら、「帯域阻止フィルタとしての長期ファイバブラッグ回折格子(Long−period fiber Bragg gratings as band−rejection filters)」,光波テクノロジージャーナル(J.Lightwave Technol.)14,58(1996))を、センサ用途、および本発明の装置に採用することができる。   A fiber Bragg diffraction grating (FBG) is a wavelength-dependent filter / reflector formed by introducing a periodic refractive index structure in the core of an optical fiber. When a broad spectrum light beam collides with a grating, some of its energy propagates through the fiber and another part of the energy is reflected. The reflected optical signal is very narrowband and concentrates on a characteristic Bragg wavelength that is twice the periodic unit space. Conventional FBGs have a grating period of about several hundred nanometers. Further, long-term Bragg gratings (LPG, AM Vengsarkar et al., “Long-period fiber Bragg gratings as band-rejection filters, about several hundred microns, or several centimeters,” ) ", Lightwave Technology Journal (J. Lightwave Technol.) 14, 58 (1996)) can be employed in sensor applications and devices of the present invention.

ひずみまたは温度によって生じたファイバのモード指数または格子ピッチにおいて任意の変化が生じた結果、ブラッグ波長がシフトする。ひずみは、光ファイバを関心の基板上に正確に取り付ける、またはこれの内部に組み込むことにより、FBGを有する光ファイバを有するセンサを用いて測定することができる。この技術の利点の1つは、検出された信号はスペクトル的に暗号化されているため、ファイバ内の送信損失を心配する必要がないという事実である。ひずみは、ひずみ光学効果による機械的なひずみおよび屈折率の変化によって、格子空間を物理的に拡大または縮小することで、特徴的なブラッグ波長をシフトさせる。軸負荷では、波長変化は、典型的には約1.2pm/マイクロひずみ、または1%のひずみにつき12nmである。   Any change in fiber mode index or grating pitch caused by strain or temperature results in a shift of the Bragg wavelength. Strain can be measured using a sensor having an optical fiber with an FBG by accurately mounting the optical fiber on or incorporating within the substrate of interest. One advantage of this technique is the fact that the detected signal is spectrally encrypted, so there is no need to worry about transmission loss in the fiber. Strain shifts the characteristic Bragg wavelength by physically expanding or contracting the grating space due to mechanical strain and refractive index changes due to strain optical effects. At axial loading, the wavelength change is typically about 1.2 pm / micro strain, or 12 nm per 1% strain.

さらに、非周期的屈折率構造のファイバ格子を、本発明の光ファイバおよび光センサに採用することもできる。例えば、チャープファイバグレーティングを使用することができる。チャープファイバグレーティングは、内部格子感知において特に関心が高い。   Further, a fiber grating having an aperiodic refractive index structure can be employed in the optical fiber and the optical sensor of the present invention. For example, a chirped fiber grating can be used. Chirped fiber gratings are of particular interest in internal grating sensing.

「一体型本体」とは、連続した1つの材料からなる、動作的に相互に取り付けられた別個の構成要素からなる本体または物体を意味する。一体型本体は、物理的に分離した、断続的な要素を備えていない。好ましい一体型本体は1つの材料から製造される。しかし、一体型本体は、溶接継手、接着材、エポキシ、ねじ、ボルト、クランプ、クラスプ、またはこれらの任意の周知の同等物のような1つ以上の固定具によって接続した複数の構成要素を備えていてよい。   By “integral body” is meant a body or object that consists of discrete components that are operatively attached to each other, made of one continuous material. The monolithic body does not include physically separated, intermittent elements. A preferred monolithic body is made from one material. However, the unitary body comprises a plurality of components connected by one or more fasteners such as welded joints, adhesives, epoxies, screws, bolts, clamps, clasps, or any known equivalent thereof. It may be.

「熱膨張係数」(CET)とは、所与の温度変化によって生じた、材料の長さまたは容量における僅かな変更を意味する。通常は、長さ/長さ/ユニット温度(m/m/’C)に関連して表現される。   “Coefficient of thermal expansion” (CET) means a slight change in the length or volume of a material caused by a given temperature change. Usually expressed in terms of length / length / unit temperature (m / m / 'C).

「縦軸に対して垂直」とは、縦軸に対して90度の角度で位置決めされた軸によって定義された方向を意味する。同様に、「縦軸と平行」とは、縦軸に対して0度または180度の角度で位置決めされた軸によって定義される方向を意味する。当業者にとっては、ここで示す装置および装置構成要素において、垂直または平行からのいくらかの逸脱が、これの逸脱によって装置または装置要素の動作が著しく悪影響を受けない限り、許容されることが明白であろう。   “Vertical to the vertical axis” means a direction defined by an axis positioned at an angle of 90 degrees with respect to the vertical axis. Similarly, “parallel to the vertical axis” means a direction defined by an axis positioned at an angle of 0 or 180 degrees with respect to the vertical axis. It will be apparent to those skilled in the art that in the apparatus and apparatus components shown herein, any deviation from vertical or parallel is permissible as long as this deviation does not significantly adversely affect the operation of the apparatus or apparatus element. I will.

本願明細書中における「好ましい実施形態」、「代替的な実施形態」、または「例証的な実施形態」の表現は、実施形態に関連して記述された特定の特徴、構造、または特徴が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれることを意味する。本願明細書中の様々な箇所において見られる「好ましい実施形態」、「代替的な実施形態」、または「例証的な実施形態」の表現は、必ずしも同一の実施形態を参照するとは限らない。   As used herein, the expression “preferred embodiment”, “alternative embodiment”, or “exemplary embodiment” refers to a particular feature, structure, or feature described in connection with an embodiment. It is meant to be included in at least one embodiment of the present invention. The expressions “preferred embodiment”, “alternative embodiment”, or “exemplary embodiment” found in various places in the specification do not necessarily refer to the same embodiment.

次に、図面を参照して本発明をさらに説明するが、図面中、同様の要素には同一の符号を付しており、2つ以上の図面に同一の符号が付されていれば、同一の要素を参照していることになる。   Next, the present invention will be further described with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the same reference numerals are given to two or more drawings. This refers to the element.

図1は、ファイバとファイバホルダの間にクリープをほとんどまたは全く有することなく、光ファイバを引張下にて保持することが可能な、本発明の装置を保持する光ファイバの例証的な実施形態を示す。例証したこのファイバホルダ(100)は、一体型本体(101)を備える。一体型本体(101)は、ファイバホルダの円筒形内壁(106)によって形成された、縦軸(103)に沿って延びた軸方向ボアを有する。シリカファイバ(コアおよびクラディング)(104a)と保護コーティング(104b)とからなる光ファイバ(104)が、ファイバホルダ(100)内の軸方向ボア内部を通って、縦軸(103)に沿って延びている。光ファイバ(104)は、ファイバホルダ(100)内に、ガラス(または、金属半田)で形成された密封(105)と共に保持されている。密封工程中に、例えばガラスプレフォーム形態のガラス密封材料をこれの溶融温度にまで加熱し、これを固体化することで、ファイバコーティング(104b)周囲に付着した密封を形成する。密封(105)は、挿入した光ファイバと軸方向ボア(102)との間に形成された空洞内部に捕獲され、ファイバコーティングとファイバホルダの間に密封を形成しながら、ファイバコーティング(104b)とファイバホルダの内壁(106)の間の間隙を充填することで、ファイバがファイバホルダに機械的に結合され、引き留めされ、取り付けられる。   FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of an optical fiber holding an apparatus of the present invention that can hold the optical fiber under tension with little or no creep between the fiber and the fiber holder. Show. The illustrated fiber holder (100) comprises an integral body (101). The integral body (101) has an axial bore extending along the longitudinal axis (103) formed by the cylindrical inner wall (106) of the fiber holder. An optical fiber (104) consisting of silica fibers (core and cladding) (104a) and protective coating (104b) passes along the longitudinal axis (103) through the interior of the axial bore in the fiber holder (100). It extends. The optical fiber (104) is held in a fiber holder (100) with a seal (105) formed of glass (or metal solder). During the sealing process, the glass sealing material, for example in the form of a glass preform, is heated to its melting temperature and solidified to form a seal attached around the fiber coating (104b). The seal (105) is trapped within a cavity formed between the inserted optical fiber and the axial bore (102) to form a seal between the fiber coating and the fiber holder, while the fiber coating (104b) By filling the gap between the inner walls (106) of the fiber holder, the fiber is mechanically coupled, clamped and attached to the fiber holder.

空洞102は、密封形成材料を維持および保持し、ファイバとホルダの間に形成される密封の形状を少なくとも部分的に画定する空洞である。或る例証的な実施形態では、ファイバホルダ(101)の熱膨張係数は、密封(105)を形成するために使用される密封材料の熱膨張係数よりも大きく、したがって、ファイバ(104)の熱膨張係数よりも大きい。組み立て品が上昇した密封温度から冷却されるに従い、密封材料(105)がファイバ(104)よりも速い速度で収縮し、シーリングガラスとファイバの間に圧縮応力が発生する。これと同時に、ファイバホルダ(100)内の軸方向ボア(102)が、シーリングガラス(105)よりも速い速度で収縮することにより、ファイバホルダ(100)とガラス密封(105)の間に圧縮応力が発生する。一般に、ファイバ上の保護コーティングは、ファイバ(ベアファイバの直径〜125μm)と比べて非常に薄いため(10〜20μm)、保護コーティングのCETが密封の圧縮に著しく影響することはない。   Cavity 102 is a cavity that maintains and holds the seal-forming material and at least partially defines the shape of the seal formed between the fiber and the holder. In one illustrative embodiment, the coefficient of thermal expansion of the fiber holder (101) is greater than the coefficient of thermal expansion of the sealing material used to form the seal (105), and thus the heat of the fiber (104). Greater than expansion coefficient. As the assembly is cooled from the elevated sealing temperature, the sealing material (105) shrinks at a faster rate than the fiber (104), creating a compressive stress between the sealing glass and the fiber. At the same time, the axial bore (102) in the fiber holder (100) shrinks at a faster rate than the sealing glass (105), thereby compressing the stress between the fiber holder (100) and the glass seal (105). Occurs. In general, the protective coating on the fiber is very thin (10-20 μm) compared to the fiber (bare fiber diameter—125 μm), so the CET of the protective coating does not significantly affect the compression of the seal.

図1Bに示す特定の実施形態では、ホルダ(101)の軸方向ボアの壁(106)は、ボアの直径の変化によって形成された水平出張りを含んでいる。この水平出張りの存在により、これと関連したリップ部が密封105内に作成される。ボア内の水平出張りと対抗して形成された密封内のリップ構造は、密封にさらなる機械強度を提供し、また、軸と平行に、リップ部/水平出張り係合から下方向(図1Bに示す)に付加された力への抵抗性を増加させる。この構造により、ファイバが下方向に移動するとき、ボアおよびファイバの相対動作の可能性が低くなる(図1A参照)。   In the particular embodiment shown in FIG. 1B, the wall (106) of the axial bore of the holder (101) includes a horizontal ledge formed by a change in the bore diameter. Due to the presence of this horizontal ledge, a lip associated therewith is created in the seal 105. The lip structure within the seal formed against the horizontal ledge in the bore provides additional mechanical strength to the seal and is parallel to the axis and downward from the lip / horizontal ledge engagement (FIG. 1B). Increase the resistance to the force applied. This structure reduces the possibility of relative motion of the bore and fiber as the fiber moves downward (see FIG. 1A).

図1C、図1Dに、ファイバホルダの密封とボア構造のさらなる形状を示す。図1Cは、直径が均一なボアを示している(実線106)。代替的な、先細りしたボアを破線106aで示す。先細りしたボアは、ファイバのホルダ(101)に対する(図1Bに示す)下方向の動作への抵抗性を増加させる。図1Dに、ボアの壁に窪みを付けたさらなる代替的なボア構造を示す。破線110aは、湾曲状に窪みをつけたボアを示し、破線100bは、V字型の窪みを示す。ホルダ101の軸方向ボアを形成する壁は、窪みをつけた1つ以上の領域を有する形で窪ませるか、あるいは、1つ以上の突起を設けることができる。本願明細書中で使われる「ボア」という用語は、ボアを形成するホルダ内壁の任意の構造を示唆するものではない。ホルダの内壁は、縦軸103に対して対称なボア構造を形成するか、あるいは、壁は、軸に対して非対称な窪みまたは突起を含むことができる。特定の実施形態では、ホルダの壁は、軸103に対して対称な突起の窪みを1つ含んでいる。別の実施形態では、ホルダの壁は、軸103に対して対称的に配置できる、あるいは非対称的に配置できる複数の窪みまたは突起を含んでいる。   1C and 1D show a further shape of the fiber holder seal and bore structure. FIG. 1C shows a bore of uniform diameter (solid line 106). An alternative tapered bore is indicated by dashed line 106a. The tapered bore increases the resistance to downward movement (shown in FIG. 1B) of the fiber holder (101). FIG. 1D shows a further alternative bore structure with a recess in the bore wall. A broken line 110a indicates a bore having a curved recess, and a broken line 100b indicates a V-shaped recess. The wall forming the axial bore of the holder 101 can be recessed with one or more recessed areas, or can be provided with one or more protrusions. The term “bore” as used herein does not imply any structure of the inner wall of the holder that forms the bore. The inner wall of the holder may form a bore structure that is symmetric with respect to the longitudinal axis 103, or the wall may include a recess or protrusion that is asymmetric with respect to the axis. In a particular embodiment, the wall of the holder includes a single recess in the projection that is symmetrical about the axis 103. In another embodiment, the wall of the holder includes a plurality of indentations or protrusions that can be arranged symmetrically or asymmetrically with respect to the axis 103.

図2Aは、ファイバホルダ(100)の代替的な実施形態を示す。図示のファイバホルダ(200)は、一体型本体(201)を備える。一体型本体(201)は、縦軸(103)と平行に延び、光ファイバを受容する寸法および形状を有する縦スロット(202)を有する。スロット(202)は、ホルダの3つの内壁(つまり、2つの側壁206、1つの底部壁207)によって形成された状態で図示されている。スロット(202)は矩形形状にて図示されているが、例えば円筒形のような様々な形状であってよい。シリカファイバ(104a)と保護コーティング(104b)からなる光ファイバ(104)はスロット(202)内に位置決めされ、縦軸(103)に沿って延びている。一体型本体(201)は空洞(203)を有し、この空洞は、縦軸(103)に対して垂直であり、スロットの側壁の一部を窪ませる、または拡張することで形成されている。空洞(203)は、ファイバとファイバホルダの間に密封105を形成するために、密封材料を配置することができるポケットを形成する。空洞(203)は密封材料を含んでおり、この密封材料は、溶融し、冷却時に、空洞203を形成している壁がファイバ(104)に対抗する圧縮応力を付加する形で空洞を好ましく封鎖する。空洞203は、密封形成材料を維持および保持し、ファイバとホルダの間の密封の形状を少なくとも部分的に画定する空洞である。密封材料は、空洞(203)内部に捕獲されて、ファイバコーティング(104b)と、空洞(203)を形成する壁との間の間隙を充填する。   FIG. 2A shows an alternative embodiment of the fiber holder (100). The illustrated fiber holder (200) includes an integral body (201). The unitary body (201) has a longitudinal slot (202) extending parallel to the longitudinal axis (103) and having a size and shape for receiving an optical fiber. The slot (202) is illustrated as formed by the three inner walls of the holder (ie, two side walls 206, one bottom wall 207). The slot (202) is illustrated in a rectangular shape, but may have various shapes, such as a cylindrical shape. An optical fiber (104) consisting of silica fiber (104a) and protective coating (104b) is positioned in slot (202) and extends along longitudinal axis (103). The integral body (201) has a cavity (203) that is perpendicular to the longitudinal axis (103) and is formed by recessing or expanding a portion of the side wall of the slot. . The cavity (203) forms a pocket in which sealing material can be placed to form a seal 105 between the fiber and the fiber holder. Cavity (203) includes a sealing material that preferably seals the cavity in such a manner that when melted and cooled, the walls forming cavity 203 add a compressive stress against fiber (104). To do. Cavity 203 is a cavity that maintains and holds the seal-forming material and at least partially defines the shape of the seal between the fiber and the holder. The sealing material is trapped inside the cavity (203) and fills the gap between the fiber coating (104b) and the wall forming the cavity (203).

例証的な実施形態では、ファイバホルダ(200)の熱膨張係数は、例えば密封(105)を形成するシーリングガラスのような密封材料の熱膨張係数よりも大きく、したがって、ファイバ(104)の熱膨張係数よりも大きい。組み立て品が上昇した密封温度から冷却するに従い、空洞203内の密封材料がファイバ(104)よりも速い速度で収縮するため、密封105を形成する密封材料間に圧縮応力が発生する。これと同時に、ファイバホルダ(200)の穴(203)の壁が密封材料よりも速い速度で収縮することで、ファイバホルダ(200)と密封(105)の間に圧縮応力が生じる。図2Bは、密封105をより詳細に図示している。   In an exemplary embodiment, the coefficient of thermal expansion of the fiber holder (200) is greater than the coefficient of thermal expansion of a sealing material such as, for example, a sealing glass that forms the seal (105), and thus the thermal expansion of the fiber (104). Greater than the coefficient. As the assembly cools from the elevated sealing temperature, a compressive stress is generated between the sealing materials forming the seal 105 because the sealing material in the cavity 203 shrinks at a faster rate than the fiber (104). At the same time, the wall of the hole (203) of the fiber holder (200) shrinks at a faster rate than the sealing material, thereby creating a compressive stress between the fiber holder (200) and the seal (105). FIG. 2B illustrates the seal 105 in more detail.

図2Bは、図2Aのホルダの、空洞203を形成する窪み部分における断面図である。この図は、空洞203を作成するスロットの1つ以上の壁の形状を示す。スロットの壁(207、206)は、1つの窪み(図2Bに示す)、1つの突起(図示せず)、または複数の窪みまたは突起を含むことができ、これらの窪みと突起は空洞203の形状を形成するものであり、したがって、密封105の形状の少なくとも部分的に決定する。   FIG. 2B is a cross-sectional view of the holder of FIG. 2A at a recessed portion forming the cavity 203. This figure shows the shape of one or more walls of the slot that creates the cavity 203. The slot walls (207, 206) can include one depression (shown in FIG. 2B), one protrusion (not shown), or multiple depressions or protrusions, which are formed in the cavity 203. It forms the shape and therefore at least partially determines the shape of the seal 105.

図2Bに示すように、密封105は、ホルダスロット202内のファイバとスロットの壁との間に形成されているため、ファイバとホルダが機械的に結合される。   As shown in FIG. 2B, the seal 105 is formed between the fiber in the holder slot 202 and the wall of the slot so that the fiber and the holder are mechanically coupled.

本発明のホルダ内に形成された密封は、ファイバとホルダの耐久性に優れた機械結合を提供し、これによりクリープ(つまり、ファイバとホルダの相対動作)が最小化または排除されるため、センサ用途において特に有利である。   The seal formed in the holder of the present invention provides a durable mechanical connection between the fiber and the holder, thereby minimizing or eliminating creep (ie, relative movement of the fiber and the holder), thus It is particularly advantageous in applications.

図1A、図2Aに示す好ましい実施形態では、一体型本体は、ガラス密封材料の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料で製造されることが好ましい。例えば、一体型本体の製造時に約9.9ppm/℃の直線的な熱膨張係数を好ましく有するステンレス鋼合金を、7.1ppm/℃の直線的な熱膨張係数を有するガラスシーリング材料と共に使用することが望ましい。あるいは、鉄/ニッケル合金であるインバール(Invar)(商標)(アンフィ社(Imphy S.A.Corp.)、フランス、パリ)や、鉄/ニッケル/コバルト合金であるコバール(Kovar)(商標)(CRSホールディングス(CRS Holdings,Inc.)、デラウェア州ウイルミントン)のような低膨張電子合金を一体型本体の製造に使用することは、低い熱膨張係数を有するより高温のシーリングガラスと共に使用する上で望ましい。   In the preferred embodiment shown in FIGS. 1A and 2A, the unitary body is preferably made of a material having a coefficient of thermal expansion greater than that of the glass sealing material. For example, using a stainless steel alloy that preferably has a linear thermal expansion coefficient of about 9.9 ppm / ° C. in the manufacture of an integral body with a glass sealing material having a linear thermal expansion coefficient of 7.1 ppm / ° C. Is desirable. Alternatively, Invar (TM), an iron / nickel alloy (Imphy SA Corp., Paris, France) or Kovar (TM), an iron / nickel / cobalt alloy ( The use of low expansion electronic alloys, such as CRS Holdings, Inc., Wilmington, Delaware, in the manufacture of monolithic bodies is for use with higher temperature sealing glasses having a low coefficient of thermal expansion. desirable.

図1A、図2Aに示す光ファイバ(100、200)を取り付けたファイバホルダは、本発明によるファイバ引き留め手段の例である。当業者には、様々なファイバホルダ構造によって、光ファイバを受容し、シーリングガラスを受容するための穴または空洞が提供されることを理解するだろう。本発明では、ファイバが内部を通過でき、液化した密封材料を内容できる空洞を提供する、任意のファイバホルダ形状を採用することが可能である。密封材料を封鎖する空洞は、冷却中に膨張する際に密封材料を封鎖し、また、密封を作り出すために好ましくは圧縮応力を生じる任意の形状のものであってよい。   The fiber holder to which the optical fibers (100, 200) shown in FIGS. 1A and 2A are attached is an example of the fiber holding means according to the present invention. Those skilled in the art will appreciate that various fiber holder structures provide holes or cavities for receiving optical fibers and receiving sealing glass. The present invention can employ any fiber holder shape that provides a cavity through which the fiber can pass and contain the liquefied sealing material. The cavity that seals the sealing material may be of any shape that seals the sealing material as it expands during cooling and that preferably produces compressive stress to create a seal.

図3Aは、図1Aに図示したタイプのファイバホルダ(101)を利用するひずみセンサ(300)の例証的な実施形態を示す。或る好ましい実施形態では、2つのファイバホルダ(101)が、単体の光ファイバに、或る距離で離間して取り付けられている。2つのファイバホルダ(101)の間に配置されたファイバ(305)の長さの1つ以上の光学特性は、ファイバに軸方向へのひずみが付加されると変化する。好ましい実施形態では、ファイバホルダ間に配置されたファイバ(305)の長さには、1つ以上のファイバ格子、特に、反射された光スペクトルの中心波長をシフトすることで軸方向へのひずみに反応するファイバブラッグ回折格子が含まれている。図3Bは、図3Aのセンサのファイバにおける1つ以上のブラッグ回折格子を概略的に示す。   FIG. 3A shows an illustrative embodiment of a strain sensor (300) that utilizes a fiber holder (101) of the type illustrated in FIG. 1A. In one preferred embodiment, two fiber holders (101) are attached to a single optical fiber separated by a distance. One or more optical properties of the length of the fiber (305) disposed between the two fiber holders (101) change when axial strain is applied to the fiber. In a preferred embodiment, the length of the fiber (305) placed between the fiber holders is subject to axial strain by shifting one or more fiber gratings, particularly the center wavelength of the reflected light spectrum. A reactive fiber Bragg grating is included. FIG. 3B schematically illustrates one or more Bragg gratings in the fiber of the sensor of FIG. 3A.

取り扱いおよび取り付けを容易にするために、フェルール(302)内部にファイバホルダ(101)が取り付けられている。保護カバー管(303)がフェルール(302)の上を滑動することで、光ファイバを保護する。フェルール(302)は、保護管(303)内を、縦軸(103)に沿って自由に滑動することができる。特定の実施形態では、取り付けブラケット(301)がフェルール(302)に固定されているが、これをボルトで留めることもできる。特定の実施形態では、取り付けブラケット(301)をフェルール(302)に固定し、ボルト留め、溶接、接着するか、または、これ以外の任意の適切な手段によって被検物(304)に固定ことができる。ブラケット間でフェルールを取り付けまたは固定するために、例えば、各々のフェルール(302)に、取り付けブラケット301の対応するスロット(307)と係合する溝(306)を設けることができる(溝(306)の取り付けブラケット溝(307)との係合については、図4中でも図示している)。被検物304はブラケット301に機械的に結合し、次にこれがフェルール302に機械的に結合し、さらにホルダ101に機械的に結合し、これが光ファイバ104上の2つの場所において機械的に結合している。被検物304に生じるひずみは、取り付けた光ファイバにひずみが発生する際に検出可能となる。   A fiber holder (101) is attached inside the ferrule (302) for ease of handling and attachment. The protective cover tube (303) slides on the ferrule (302) to protect the optical fiber. The ferrule (302) can slide freely along the longitudinal axis (103) in the protective tube (303). In a particular embodiment, the mounting bracket (301) is secured to the ferrule (302), but it can also be bolted. In certain embodiments, the mounting bracket (301) can be secured to the ferrule (302) and bolted, welded, glued, or secured to the specimen (304) by any other suitable means. it can. To attach or secure the ferrule between the brackets, for example, each ferrule (302) can be provided with a groove (306) that engages a corresponding slot (307) in the mounting bracket 301 (groove (306). The engagement with the mounting bracket groove (307) is also shown in FIG. The specimen 304 is mechanically coupled to the bracket 301, which is then mechanically coupled to the ferrule 302 and further mechanically coupled to the holder 101, which is mechanically coupled at two locations on the optical fiber 104. is doing. The strain generated in the test object 304 can be detected when the attached optical fiber is strained.

図3Aのセンサの保護管(303)は、センサにひずみが付加されると伸張して、保護管(303)をフェルール(302)に直接結合することを可能にする従順な材料から製造してもよい。この形状では、保護管(303)がフェルール(302)の上を滑動する必要はない。   The protective tube (303) of the sensor of FIG. 3A is fabricated from a compliant material that stretches when strain is applied to the sensor, allowing the protective tube (303) to be directly coupled to the ferrule (302). Also good. In this configuration, the protective tube (303) does not need to slide over the ferrule (302).

当業者は、当技術分野において知られているように、動作時において、図3Aのセンサを光学的に光源および検出器と結合させられることを理解するだろう。   One skilled in the art will appreciate that in operation, the sensor of FIG. 3A can be optically coupled to a light source and detector, as is known in the art.

図4は、図3Aのセンサの例証的なフェルール形状の断面を示す略図である。図4は、コーティング被覆した光ファイバ(104)に密封(105)を介して引き留めされたファイバホルダ(100)をひずみセンサ内部に取り付けた、1つの例証的な方法を示す。フェルール302は軸方向ボア(402)を有し、このフェルールの軸方向ボア(402)は直径の異なる内部(402a)と外部(402b)を備え、これにより、フェルールのボア内に肩部(404)が形成されている。軸方向ボアの小さな内径部分(402a)は、コーティング被覆した光ファイバを受容するように寸法されている。軸方向ボアの大きな外径(402b)は、ファイバホルダ(100)(例えば、図1の円形のファイバホルダ)を受容する寸法および形状に作られている。ファイバホルダ(100)を取り付けたファイバがフェルールの軸方向ボア内を通ることで、ファイバホルダが肩部404と係合できる。図3Aに示すように、第2ファイバホルダ(100)が、コーティング被覆した光ファイバに取り付けられ、ガラス密封を使用して密封され、選択されたファイバ長さで第1ファイバホルダから離間している。第2ファイバホルダは、ひずみセンサの第2フェルール内に形成された肩部(404)と係合するように、ファイバ上に位置決めされている(図3Aに示すとおり)。ファイバホルダどうしは、センサの2つのフェルールの軸方向ボア内における肩部間の引張力によって、2つのファイバホルダ間の光ファイバがセンサ内の適所に保持される形で離間している。光ファイバに密封された、離間したファイバホルダを、適切な接着剤を使用して、2つのフェルールに各々交互に結合し、2つのファイバホルダ間のファイバが2つのフェルールの間に位置するようにすることができる。あるいは、ファイバホルダをフェルールに溶接または半田付けするか、もしくは、ねじ、ボルト、クランプ、その他のような様々な固定装置を用いてフェルールに機械的に固定してもよい。センサ組み立て品内部に機械的な停止部(図示せず)を設置し、ファイバの破損を防止することができる。取り付けブラケット301の空間を調整することで、ファイバ内の実引張が設定される。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a cross-section of an exemplary ferrule shape of the sensor of FIG. 3A. FIG. 4 illustrates one exemplary method of attaching a fiber holder (100) secured to a coated optical fiber (104) via a seal (105) within a strain sensor. The ferrule 302 has an axial bore (402) that includes an inner diameter (402a) and an outer diameter (402b) of different diameters, thereby providing a shoulder (404) within the ferrule bore. ) Is formed. A small inner diameter portion (402a) of the axial bore is dimensioned to receive the coated optical fiber. The large outer diameter (402b) of the axial bore is sized and shaped to receive the fiber holder (100) (eg, the circular fiber holder of FIG. 1). The fiber holder (100) attached fiber passes through the ferrule axial bore, allowing the fiber holder to engage the shoulder 404. As shown in FIG. 3A, a second fiber holder (100) is attached to the coated optical fiber, sealed using a glass seal, and spaced from the first fiber holder by a selected fiber length. . The second fiber holder is positioned on the fiber (as shown in FIG. 3A) to engage a shoulder (404) formed in the second ferrule of the strain sensor. The fiber holders are separated such that the optical fiber between the two fiber holders is held in place in the sensor by the tensile force between the shoulders in the axial bores of the two ferrules of the sensor. Separated fiber holders sealed to optical fibers are alternately coupled to the two ferrules using a suitable adhesive so that the fibers between the two fiber holders are located between the two ferrules. can do. Alternatively, the fiber holder may be welded or soldered to the ferrule, or mechanically secured to the ferrule using a variety of fastening devices such as screws, bolts, clamps, and the like. A mechanical stop (not shown) can be installed inside the sensor assembly to prevent fiber breakage. By adjusting the space of the mounting bracket 301, the actual tension in the fiber is set.

或る例証的な実施形態では、ステンレス鋼ファイバホルダ、ポリイミドで被覆したシリカファイバ、低温密封ガラスを有するひずみセンサは、高温、高湿に晒された場合の波長ドリフトが、従来のファイバ取り付け方法を用いた比較可能なセンサと比べて著しく低い。図5のグラフに示すように、本発明のひずみ計の或る例証的な実施形態の性能が、製造方法の異なる3つのひずみ計と比較される。3つのひずみ計(V1からV3)の全てにおいて、ファイバの取り付けまたは引き留めは、エポキシのような接着剤を採用して行われている。V1、V3では、ベアファイバを接着剤で取り付けている。V2では、保護コーティングを装備したファイバを接着剤で取り付けている。全てのひずみ計が、プレテンションを施され、一定のひずみにて維持された状態で、75℃および75%の相対湿度に晒される。波長は一定に維持されることが理想的である。本発明のひずみ計は、他の製造による3つのひずみ計と比較して、遥かに改善された波長耐久性を呈した。   In one illustrative embodiment, a strain sensor having a stainless steel fiber holder, a silica fiber coated with polyimide, and a low temperature sealed glass has a wavelength drift when exposed to high temperatures and high humidity, resulting in a conventional fiber attachment method. It is significantly lower than the comparable sensor used. As shown in the graph of FIG. 5, the performance of an exemplary embodiment of the strain gauge of the present invention is compared to three strain gauges with different manufacturing methods. In all three strain gauges (V1 to V3), the fiber is attached or secured using an adhesive such as epoxy. In V1 and V3, the bare fiber is attached with an adhesive. In V2, a fiber equipped with a protective coating is attached with an adhesive. All strain gauges are exposed to 75 ° C. and 75% relative humidity while being pre-tensioned and maintained at a constant strain. Ideally, the wavelength is kept constant. The strain gauge of the present invention exhibited much improved wavelength durability compared to three strain gauges from other manufactures.

本発明のひずみセンサの耐久性を実証するために、ライフサイクル検査を実施した。この検査を実施するために、図3A、3B中のセンサを、1つの固定された支持部と、1つの移動する支持部を有する検査用の固定具にボルト留めした。移動支持部はモータ駆動式であり、センサの軸と平行な方向に6Hzの速度で遷移する。移動支持部を、0〜200のマイクロひずみで変化するセンサ上にひずみを発するように調整する。図6に、このライフサイクル検査を示すが、この場合、時間は周期化されている。センサを、合計で25、476,300サイクルにかけて引張した結果、失敗、および疲労によるドリフトの徴候は見られなかった。図6のグラフは、0〜2000マイクロひずみで上方境界と下方境界の間で発振するセンサの波長を示す。検査中の温度変化によって、上方境界と下方境界に若干の変化が生じる。ファイバ取り付け点における任意の滑りまたはクリープにより、データ中に下方トレンドとして表示されたゼロシフトが生じる。図6では、このようなゼロシフトは観察されなかったが、これはつまり、検査期間中、このひずみセンサ内には測定可能なクリープが存在しなかったことを意味する。   In order to demonstrate the durability of the strain sensor of the present invention, a life cycle inspection was conducted. To perform this inspection, the sensor in FIGS. 3A and 3B was bolted to an inspection fixture having one fixed support and one moving support. The movement support unit is motor-driven, and transitions in a direction parallel to the sensor axis at a speed of 6 Hz. The moving support is adjusted to produce a strain on the sensor that varies with a micro strain of 0-200. FIG. 6 shows this life cycle inspection, where the time is periodic. The sensor was pulled over a total of 25,476,300 cycles, and showed no signs of failure and fatigue drift. The graph in FIG. 6 shows the wavelength of the sensor that oscillates between the upper and lower boundaries at 0-2000 microstrain. Due to temperature changes during the inspection, some changes occur at the upper and lower boundaries. Any slip or creep at the fiber attachment point results in a zero shift displayed as a downward trend in the data. In FIG. 6, no such zero shift was observed, which means that there was no measurable creep in the strain sensor during the inspection period.

マルクーシュ(Markush)グループまたはこれ以外のグループを使用する場合には、グループ中の全ての独立部材と、グループの全ての組み合わせおよび可能である準組み合わせが、独立的に本開示に含まれるものとする。ここで記述または説明する構成要素の全ての組み合わせは、特に指示の記述がない限りは、本発明を実施するために使用できる。当業者は、本発明を実施する上で、特別に例証されたもの以外の方法、装置要素、材料を、過度な実験に頼ることなく採用できることを理解するだろう。あらゆるこのような方法、装置要素、材料の、当技術分野において周知である全ての機能的同等物は、本発明に包括されるものとする。本願明細書中で、例えば温度範囲、周波数範囲、時間範囲、組成範囲のように範囲が付与されている場合には、常に、付与された範囲内に含まれる全ての中間範囲、全ての準範囲、さらに全ての独立値は、本開示に包括されるものとする。ここで開示されている範囲またはグループの任意の、1つ以上の独立部材は、本発明の請求項から除外することができる。ここで例証的に説明した本発明は、ここで特に開示していない任意の1つの要素または複数の要素、1つまたは複数の制限を用いなくても、適切に実施することができる。   If a Markush group or any other group is used, all independent members in the group and all combinations and possible subcombinations of the group shall be independently included in this disclosure. . All combinations of components described or illustrated herein can be used to practice the invention unless otherwise indicated. Those skilled in the art will appreciate that methods, apparatus elements, and materials other than those specifically illustrated can be employed in practicing the present invention without resorting to undue experimentation. All functional equivalents, known in the art, of any such methods, device elements, materials are intended to be embraced by the present invention. In the present specification, when a range is given such as a temperature range, a frequency range, a time range, and a composition range, all intermediate ranges and all sub-ranges included in the given range are always used. All further independent values are intended to be encompassed by this disclosure. Any one or more independent members of the scope or group disclosed herein may be excluded from the claims of the present invention. The invention described herein by way of example can be suitably practiced without the use of any one or more elements, one or more limitations not specifically disclosed herein.

ここで使用しているように、「備えている」は、「含んでいる」、「含有している」、または「によって特徴付けられる」と同義語であり、追加の、引用されていない要素または方法ステップを包括し、制約せず、また、これらを除外することはない。ここで使用しているように「からなる」は、請求要素に指定されていない任意の要素、ステップ、または成分を除外するものである。ここで使用するように、「から本質的になる」は、請求項の基本および新規的特徴に著しく影響しない材料またはステップを除外しない。特に組成の構成要素の記述、あるいは装置の要素の記述における、「備えている」という用語の列挙を、「から本質的になる」または「からなる」に交換することができる。   As used herein, “comprising” is synonymous with “contains”, “contains”, or “characterized by” and is an additional, unquoted element Or encompass method steps, do not constrain them, and do not exclude them. As used herein, “consisting of” excludes any element, step, or ingredient not specified in the claim element. As used herein, “consisting essentially of” does not exclude materials or steps that do not materially affect the basic and novel characteristics of the claim. In particular, the description of the term “comprising” in the compositional component description or in the device element description may be replaced with “consisting essentially of” or “consisting of”.

ここでの記述には多くの詳細が含まれているが、これらは、本発明の範囲を規制するものとして解釈されるべきでなく、単に、本発明のいくつかの実施形態の例証を提供するものとして解釈されるべきである。ここで引用している各々の参考文献は、全体が参照してここに組み込まれる。しかし、引用した参考文献と本開示の間に何らかの矛盾が生じた場合には、本開示が優先するものとする。ここに提供されているいくつかの参考文献は、本出願の出願以前における従来技術に関する詳細を提供するために、参照してここに組み込まれたものであり、他の参考文献は、本発明の分析または使用の追加的または代替的な装置要素、追加的または代替的な材料、追加的または代替的な方法を提供するために引用されたものである。本願明細書中で述べている全ての特許および刊行物は、本発明が関連する当業者の技術レベルを示すものである。ここで引用している参考文献は、本出願の出願以前における従来技術を示すために、本願明細書中においてこれらの全体が参照してここに組み込まれたものであり、また、従来技術における特定の実施形態を除外するために、この情報を、必要に応じて本発明に採用することができるものとする。当業者は、特別に例証されたもの以外の装置要素、および装置要素の材料、形状、寸法、さらに方法を、過度な実験に頼ることなく、本発明を実施するために採用できることを理解するだろう。任意のこのような材料および方法の、当技術分野において周知である全ての機能同等物は、本発明に包括されるものとする。採用された用語および表現は、規制の用語としてではなく、説明の用語として使用されており、このような用語および表現を用いたからといって、図示および説明した特徴のあらゆる同等物またはその一部を除外するものではなく、しかし、請求する本発明の範囲内での様々な改良が可能であると認識される。したがって、本発明を好ましい実施形態およびオプションの特徴によって特定的に開示しているが、当業者は、ここで開示されている概念の改良および応用を用いることが可能であり、また、このような改良および応用は本発明の範囲内に包括される旨が理解されるべきである。   While the description herein includes many details, these should not be construed as limiting the scope of the invention, but merely provide an illustration of some embodiments of the invention. Should be interpreted as things. Each reference cited herein is hereby incorporated by reference in its entirety. However, in the event of any conflict between the cited references and the present disclosure, the present disclosure shall prevail. Some references provided herein are incorporated herein by reference to provide details regarding prior art prior to the filing of this application, and other references are incorporated herein by reference. References are made to provide additional or alternative instrument elements, additional or alternative materials, additional or alternative methods of analysis or use. All patents and publications mentioned in the specification are indicative of the levels of skill of those skilled in the art to which this invention pertains. The references cited herein are incorporated herein by reference in their entirety to indicate prior art prior to the filing of this application, and are identified in the prior art. In order to exclude this embodiment, this information can be employed in the present invention as needed. Those skilled in the art will understand that device elements other than those specifically illustrated, and the materials, shapes, dimensions, and methods of the device elements can be employed to practice the present invention without undue experimentation. Let's go. All functional equivalents of any such materials and methods well known in the art are intended to be encompassed by the present invention. The terms and expressions employed are used as descriptive terms, not as regulatory terms, and the use of such terms and expressions is equivalent to any equivalent or part of the features shown and described. However, it will be recognized that various modifications are possible within the scope of the claimed invention. Thus, although the present invention is specifically disclosed by means of preferred embodiments and optional features, those skilled in the art are able to use modifications and applications of the concepts disclosed herein, and It should be understood that improvements and applications are encompassed within the scope of the invention.

ファイバホルダを示す平面略図である。1 is a schematic plan view showing a fiber holder. 図1Aの光ファイバの或る実施形態の断面図であり、ホルダの軸方向ボアは、水平出張りが形成されたために直径が異なる2つの部分を有する。1B is a cross-sectional view of an embodiment of the optical fiber of FIG. 1A, in which the axial bore of the holder has two portions that differ in diameter due to the formation of a horizontal ledge. 図1Aのファイバホルダのさらなる実施形態の断面図である。或る実施形態では、ホルダの軸方向ボアは均等なシリンダであり、別の実施形態では、ホルダの軸方向ボアは先細りしている。1B is a cross-sectional view of a further embodiment of the fiber holder of FIG. 1A. FIG. In some embodiments, the axial bore of the holder is a uniform cylinder, and in another embodiment, the axial bore of the holder is tapered. 図1Aのファイバホルダのさらなる実施形態の断面図である。この図は、ホルダの軸方向ボアの2つの異なる形状を示す。1B is a cross-sectional view of a further embodiment of the fiber holder of FIG. 1A. FIG. This figure shows two different shapes of the axial bore of the holder. ファイバホルダの代替的な設計を示す平面略図である。この場合、光ファイバは軸方向スロットまたはチャネル内に位置決めされ、スロットまたはチャネルの壁は、密封材料を受容するための空洞を形成するべく成形されている。Fig. 6 is a schematic plan view showing an alternative design of a fiber holder. In this case, the optical fiber is positioned within the axial slot or channel, and the slot or channel wall is shaped to form a cavity for receiving the sealing material. 図2Aのファイバホルダの或る実施形態の断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view of an embodiment of the fiber holder of FIG. 2A. 図1Aのファイバホルダを採用したひずみセンサを示す平面略図である。装置の内部要素を見るために、外部要素の各部分は取り除かれている。1B is a schematic plan view showing a strain sensor employing the fiber holder of FIG. 1A. In order to see the internal elements of the device, parts of the external elements have been removed. 図3Aのひずみセンサの光ファイバの拡大図であり、ファイバ内の1つ以上のブラッグ回折格子ファイバを概略的に示している。FIG. 3B is an enlarged view of the optical fiber of the strain sensor of FIG. 3A schematically illustrating one or more Bragg grating fibers in the fiber. 図3Aのひずみセンサの一部分の略断面図であり、金属フェルール内におけるファイバホルダの位置を示している。3B is a schematic cross-sectional view of a portion of the strain sensor of FIG. 3A showing the position of the fiber holder within the metal ferrule. FIG. 本発明のひずみセンサの時間の関数としての波長ドリフト(MOI、ステンレス鋼ファイバホルダ内にポリイミド被覆したシリカファイバと低温密封ガラスを有する)を、3つの異なる製造による光ファイバベースのひずみ計(V1、V2、V3)と比較するグラフである。3つのひずみ計(V1からV3)の全てにおいて、エポキシのような接着剤を採用して、ファイバ取り付けまたは引き留めが作成されている。V1およびV3では、ベアファイバに対して接着剤取り付けを行っている。V2では、保護コーティングを設けたファイバに対して接着剤取り付けを行っている。The wavelength drift as a function of time of the strain sensor of the present invention (MOI, having a polyimide-coated silica fiber and a low temperature sealed glass in a stainless steel fiber holder) is measured by three different manufactured optical fiber based strain gauges (V1, It is a graph compared with V2, V3). In all three strain gauges (V1 to V3), an adhesive such as epoxy is employed to create the fiber attachment or retention. In V1 and V3, adhesive is attached to the bare fiber. In V2, adhesive is attached to the fiber provided with the protective coating. 図3Aのひずみセンサに関連して以降で説明するライフサイクル検査の結果を示すグラフである。時間は時間サイクルの単位である。このセンサを、25,476、300サイクルにかけて検査した結果、失敗、および疲労によるドリフトの徴候は見られなかった。It is a graph which shows the result of the life cycle test | inspection demonstrated below regarding the strain sensor of FIG. 3A. Time is a unit of time cycle. The sensor was tested over 25,476, 300 cycles and showed no signs of failure or drift due to fatigue.

符号の説明Explanation of symbols

100、200 ファイバホルダ
100b、110a、210 破線
101、201 一体型本体
102 軸方向ボア
103 縦軸
104 光ファイバ
104a シリカファイバ
104b 保護コーティング
105 密封
106 ファイバホルダの内壁
202 縦スロット
203 空洞
206 側壁
207 壁
209 窪んだ壁
300 ひずみセンサ
302 フェルール
303 保護カバー管
304 被検物
305 ファイバの長さ
306 溝
307 スロット
402 軸方向ボア
402a 内部
402b 外部
404 肩部
100, 200 Fiber holder 100b, 110a, 210 Broken line 101, 201 Integrated body 102 Axial bore 103 Vertical axis 104 Optical fiber 104a Silica fiber 104b Protective coating 105 Sealing 106 Inner wall of fiber holder 202 Vertical slot 203 Cavity 206 Side wall 207 Wall 209 Recessed wall 300 Strain sensor 302 Ferrule 303 Protective cover tube 304 Test object 305 Fiber length 306 Groove 307 Slot 402 Axial bore 402a Internal 402b External 404 Shoulder

Claims (32)

光ファイバ保持装置であって、
ボアまたはスロットを有するファイバホルダを備え、前記ボアまたはスロットは、前記ファイバホルダの縦軸に沿って延びており、
光ファイバをさらに備え、前記光ファイバは、前記ファイバホルダ内部の前記ボアまたはスロット内を通り、前記ファイバホルダの縦軸と平行に向いており、
前記光ファイバと前記ホルダの間に形成され、前記ファイバホルダの前記ボアまたはスロット内に少なくとも一部分が形成されるガラスまたは金属密封をさらに備える、光ファイバ保持装置。
An optical fiber holding device,
A fiber holder having a bore or slot, the bore or slot extending along a longitudinal axis of the fiber holder;
Further comprising an optical fiber, the optical fiber passing through the bore or slot within the fiber holder and oriented parallel to the longitudinal axis of the fiber holder;
An optical fiber holding device further comprising a glass or metal seal formed between the optical fiber and the holder and at least partially formed within the bore or slot of the fiber holder.
前記密封はガラス密封である、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the seal is a glass seal. 前記光ファイバは保護コーティングを有する、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the optical fiber has a protective coating. 前記光ファイバと前記ファイバホルダの間の前記密封は、前記ファイバの前記保護コーティングの上に形成されている、請求項1に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holder of claim 1, wherein the seal between the optical fiber and the fiber holder is formed on the protective coating of the fiber. 前記光ファイバは、前記密封工程の最中に除去されない保護コーティングを有する、請求項1に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holder of claim 1, wherein the optical fiber has a protective coating that is not removed during the sealing process. 前記ガラス密封材料は、前記光ファイバの熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する、請求項2に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 2, wherein the glass sealing material has a thermal expansion coefficient larger than a thermal expansion coefficient of the optical fiber. 前記ファイバホルダ材料は、前記ガラス密封材料の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する、請求項2に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 2, wherein the fiber holder material has a thermal expansion coefficient larger than that of the glass sealing material. 圧縮密封が形成される、請求項2に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device of claim 2, wherein a compression seal is formed. 前記ファイバホルダ材料は、前記ガラス密封材料の熱膨張係数と実質的に一致する熱膨張係数を有する、請求項2に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 2, wherein the fiber holder material has a thermal expansion coefficient that substantially matches a thermal expansion coefficient of the glass sealing material. 前記ファイバホルダは、ステンレス鋼、コバール(Kovar)、またはインバール(Invar)で製造される、請求項1に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 1, wherein the fiber holder is made of stainless steel, Kovar, or Invar. 前記ファイバホルダは、少なくとも一部分が前記ホルダの前記ボアまたはスロット内に形成された密封保持空洞を有する、請求項1に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 1, wherein the fiber holder has a sealed holding cavity formed at least in part in the bore or slot of the holder. 前記ファイバは、ポリイミド、カーボン/ポリイミド、またはカーボン/シリコン/PFAからなるポリイミド保護コーティングを有する、請求項1に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 1, wherein the fiber has a polyimide protective coating made of polyimide, carbon / polyimide, or carbon / silicon / PFA. 前記ファイバは、金、銅、またはアルミニウムからなる金属保護コーティングを有する、請求項1に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 1, wherein the fiber has a metal protective coating made of gold, copper, or aluminum. 前記密封材料は金属合金である、請求項13に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 13, wherein the sealing material is a metal alloy. 前記密封材料は、鉛、スズ、銀、インジウム、金、または銅を備える金属合金半田である、請求項14に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device according to claim 14, wherein the sealing material is a metal alloy solder including lead, tin, silver, indium, gold, or copper. ボアまたはスロットを有する第2ファイバホルダをさらに備え、前記ボアまたはスロットは、前記ファイバホルダの縦軸に沿って延びており、
保護コーティングを設けた前記光ファイバは、前記第2ファイバホルダ内の前記ボアまたはスロット内部を通り、前記第2ファイバホルダの前記縦軸と平行に向いており、
第2のガラスまたは金属密封をさらに備え、前記第2のガラスまたは金属密封は、前記光ファイバの周囲に形成され、また、少なくとも一部分が前記ファイバホルダの前記ボアまたはスロット内に形成され、前記コーティング被覆した光ファイバと前記第2ファイバホルダの間に密封を形成しており、
前記第1および第2ファイバホルダは、前記ファイバに沿って2つの引き留め点を形成しながら、前記光ファイバに沿って離間している、請求項1に記載の光ファイバ保持装置。
A second fiber holder having a bore or slot, the bore or slot extending along a longitudinal axis of the fiber holder;
The optical fiber provided with a protective coating passes through the bore or slot in the second fiber holder and is oriented parallel to the longitudinal axis of the second fiber holder;
A second glass or metal seal, wherein the second glass or metal seal is formed around the optical fiber, and at least a portion is formed in the bore or slot of the fiber holder; Forming a seal between the coated optical fiber and the second fiber holder;
2. The optical fiber holding device according to claim 1, wherein the first and second fiber holders are spaced along the optical fiber while forming two securing points along the fiber.
1つ以上の追加のファイバホルダをさらに備え、前記追加のファイバホルダの各々は、前記ファイバホルダの前記縦軸に沿って延びたボアまたはスロットを有し、
前記保護コーティングを設けた光ファイバは、前記追加のファイバホルダの各々の前記ボアまたはスロットを通り、前記追加のファイバホルダの各々の前記縦軸と平行に向いており、
前記追加のファイバホルダの各々について、前記追加のファイバホルダの各々のための追加のガラスまたは金属密封が前記光ファイバの周囲に、また、少なくとも一部分が、前記追加のファイバホルダの前記ボアまたはスロット内に形成され、前記コーティング被覆した光ファイバと前記追加のファイバホルダの各々との間に密封を形成しており、
前記ファイバホルダは、前記光ファイバに沿って複数の引き留め点を形成しながら、前記光ファイバに沿って離間している、請求項16に記載の光ファイバ保持装置。
One or more additional fiber holders, each of the additional fiber holders having a bore or slot extending along the longitudinal axis of the fiber holder;
An optical fiber provided with the protective coating passes through the bore or slot of each of the additional fiber holders and is oriented parallel to the longitudinal axis of each of the additional fiber holders;
For each of the additional fiber holders, an additional glass or metal seal for each of the additional fiber holders is around the optical fiber and at least partially within the bore or slot of the additional fiber holder. Forming a seal between the coated optical fiber and each of the additional fiber holders;
The optical fiber holding device according to claim 16, wherein the fiber holders are spaced along the optical fiber while forming a plurality of retaining points along the optical fiber.
前記ファイバは、前記2つの引き留め点の間に配置されたブラッグ回折格子を含む、請求項16に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holder of claim 16, wherein the fiber includes a Bragg grating disposed between the two anchor points. 前記ファイバは、1つ以上の引き留め点の間にブラッグ回折格子を含む、請求項17に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holder of claim 17, wherein the fiber includes a Bragg grating between one or more anchor points. 前記ファイバは、前記2つの引き留め点の間に長期間格子を含む、請求項16に記載の光ファイバ保持装置。   The optical fiber holding device of claim 16, wherein the fiber includes a long-term grating between the two anchor points. 光センサであって、
請求項16に記載の光ファイバ保持装置を備え、
さらに第1ファイバホルダと第2ファイバホルダを、整列したこれらの軸方向ボアと共に維持する固定具を備え、
前記固定具の少なくとも一部分は、前記縦軸に沿った膨張、圧縮、またはこれらの両方に関連して弾性であり、前記光ファイバの1つ以上の光性質は、軸ひずみに晒されると変化する、光センサ。
An optical sensor,
An optical fiber holding device according to claim 16,
A fixture for maintaining the first fiber holder and the second fiber holder with their axial bores aligned;
At least a portion of the fixture is elastic in relation to expansion, compression, or both along the longitudinal axis, and one or more optical properties of the optical fiber change when subjected to axial strain. , Light sensor.
前記密封はガラス密封である、請求項21に記載の光センサ。   The optical sensor of claim 21, wherein the seal is a glass seal. 前記密封は、金属合金半田で形成されている、請求項21に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 21, wherein the seal is made of metal alloy solder. ひずみを測定するための装置である、請求項21に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 21, which is an apparatus for measuring strain. 変位を測定するための装置である、請求項21に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 21, wherein the optical sensor is a device for measuring displacement. 温度を測定するための装置である、請求項21に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 21, wherein the optical sensor is a device for measuring temperature. 圧力を測定するための装置である、請求項21に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 21, which is a device for measuring pressure. 加速を測定するための装置である、請求項21に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 21, which is an apparatus for measuring acceleration. 請求項21に記載の前記光センサを採用する、光ファイバにおけるひずみを測定するための方法。   A method for measuring strain in an optical fiber employing the optical sensor of claim 21. 保護コーティングを有する光ファイバをファイバホルダ内に取り付ける方法であり、前記ファイバホルダと前記コーティング被覆した光ファイバの間にガラスまたは金属密封を提供するステップを備える、方法。   A method of mounting an optical fiber having a protective coating in a fiber holder, the method comprising providing a glass or metal seal between the fiber holder and the coated optical fiber. 前記ガラスまたは金属密封は、少なくとも一部分が前記ファイバホルダのボアまたはスロット内に形成された密封保持空洞内に形成されている、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the glass or metal seal is formed in a sealed retention cavity formed at least in part in a bore or slot in the fiber holder. 前記光ファイバ全体は、前記ファイバホルダの前記ボアまたはスロットの全長にかけて延びている、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the entire optical fiber extends over the entire length of the bore or slot of the fiber holder.
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JP2010079061A (en) * 2008-09-26 2010-04-08 Nagano Keiki Co Ltd Mounting structure of optical fiber
CN113865555A (en) * 2021-10-18 2021-12-31 中建材科创新技术研究院(山东)有限公司 Vacuum-packaged fiber grating tilt angle sensor, manufacturing method and application
KR102505409B1 (en) * 2021-09-07 2023-03-06 주식회사 카이스 Bracket for optical fiber sensor

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