KR20160002949A

KR20160002949A - 길이방향-변형-유도 자켓들 및 센서 시스템들 및 이러한 센서들을 포함하는 구조들을 구비하는 섬유-격자 센서들

Info

Publication number: KR20160002949A
Application number: KR1020157032874A
Authority: KR
Inventors: 에릭 우디
Original assignee: 비코 홀딩 아게
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2016-01-08
Also published as: US20140321799A1; CN105143833B; EP2989428A1; WO2014176522A1; AU2014256932A1; PT2989428T; CN105143833A; MX349921B; PL2989428T3; EP2989428B1; MX2015014857A; HRP20171329T1; AU2014256932B2; US9453771B2; CA2909544A1

Abstract

센서는 횡 하중, 즉 압력 혹은 힘의 기능으로써 광섬유 내로 길이방향 변형을 유도하기 위한 길이방향-변형-유도(LSI) 자켓 및 브래그 격자를 포함하는 광섬유를 포함한다. LSI 자켓이 광섬유 내로 변형을 유도할 시, 섬유 격자 변형은 그것에 의해 격자로부터 반사되는 빛의 특성이 변화한다. 반사된 빛의 특성에서 변화들은 알맞을 수 있는 광학 기기(instrumentation)를 이용하여 측정할 수 있다. 추가적인 물리적 특성들은 습도 컨텐츠/존재, 화학적 컨텐츠/존재, 및 온도를 포함하는 LSi-재킷-기반의 센서를 이용하여 측정/감지할 수 있다. 횡-하중-센싱 센서는 제어할 수 있게 연장되도록 재킷을 야기하는 횡하중 하에 LSI 재킷을 가압하는 횡-하중-적용 구조물들을 포함할 수 있고, 그것으로부터 광섬유 내로 횡 방향으로 변형을 유도한다. 화학 및 습도 LSI 재킷들은 습도 또는 화학의 존재에서 팽창하는(swell) 물질들을 포함할 수 있다.

Description

길이방향-변형-유도 자켓들 및 센서 시스템들 및 이러한 센서들을 포함하는 구조들을 구비하는 섬유-격자 센서들{FIBER-GRATING SENSORS HAVING LONGITUDINAL-STRAIN-INDUCING JACKETS AND SENSOR SYSTEMS AND STRUCTURES INCLUDING SUCH SENSORS}

본 출원서 청구범위는 2014년 4월 26일 본원의 참조로 인용되어 있는 미국 임시 특허 출원 우선권 U.S. 61/819,466 및 명칭 "TRANSVERSE FORCE SENSOR WITH TEMPERATURE COMPENSATION" 으로 개시되었다.

본 발명은 일반적으로 섬유-격자 센서들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 길이방향-변형-유도 자켓들 및 센서 시스템 및 이러한 센서들을 포함하는 구조를 구비하는 섬유-격자 센서들에 관한 것이다.

섬유 격자들은 잘 알려지고, 횡 및 축 방향 하중을 측정하기 위해 이용된다. 섬유 격자들의 적용들은 점착성(adhesive)의 조인트들 및 합성 물질들에서 변형 필드(fields)를 측정하도록 첫째로 이용된다. 횡 방향 하중들을 측정 하도록, 몇몇 종래의 센서들은 광섬유 상에 횡 방향 하중이 적용되는 실시예들에 의존(rely)한다. 횡방향 하중은 광코어(optical core)를 가로지르는 차등(differential) 변형을 포함한다. 이것은 유도된 굴절 차이의 지수(index) 대해 이격되는 두 " 효과적인" 섬유 격자들 및 두 다른 효과적인(two different effective) 굴절 지수들이 명백하도록 광 코어를 야기한다. 이러한 원리들(principals)은 적용들의 변화에서 횡방향 변형/하중을 측정하도록 적용된다.

그것은 횡 방향 하중을 측정하는 종래의 센서들을 얼마간의 실질적인(significant) 문제들이다. 하나의 문제는 매우 작은 횡 하중들이 완화(moderate)되도록 작음으로 인해 유도되는 복굴절(birefringence)의 양이다. 실질적인 노력들(efforts)은 이러한 차이를 정확하게 읽고, 비용을 다시(in turn) 올리는 것(drives up)이 요구된다. 대안은 횡 방향 하중을 기계적으로 확대하는 것이다. 더 큰 센서들에서 이러한 결과들은 제작 방법들 및 조정에서 높은 정확도를 위해 필요한 몇몇 경우에서 비용이 증가된다. 횡 방향 하중 센서들의 몇몇 적용들이 높은 전기장들을 받고, 이것은 공기 틈들을 제거하는 것이 중요하다. 이러한 요구는 사이드-홀(side- hole) 광섬유들을 이용하는 형상들을 포함하는 몇몇 종래의 형상(geometries)들을 사용하여 더 다른 것을 만든다.

하나의 구현에서, 본 원은 압축 하중을 측정하기 위한 센서로 지시되고, 센서의 이용 동안 압축 하중이 수직으로 향해지도록 구성되고 설계된 길이방향 축을 구비하는 제 1 광섬유를 포함한다; 제 1 브래그 격자(Bragg grating)는 제1 광섬유에 적용되고; 제1 길이-변형-유도 재킷은 제1 광섬유와 연결되고 길이방향 축을 따라 연장하며, 제1 길이방향-변형-유도 재킷은 압축 하중의 증가하는 크기(magnitude)의 기능으로써 제1 브래그 격자에서 광섬유 내에 증가하는 축 방향 인장 변형을 유도하도록 구성되고 선택될 수 있다.

다른 구현에서, 본원은 조임 하중을 받는 전기 와인딩(electrical winding)을 포함하는 전기 변압기에 관한 것이다; 그리고 횡 방향-압력 센서는 조임 하중의 측정을 위해 전기 와인딩과 결합된다. 횡 방향-압력 센서는 : 각각, 제1 및 제2 하중 부재들 사이에서 틈을 정의하는 제1 및 제2 직면하는 면들을 구비하는 제1 및 제2 하중 부재; 길이방향 축을 구비하고 틈에 위치되는 횡-하중-센싱 구역을 구비한 제1 광섬유; 횡-하중-센싱 구역에서 제1 광섬유에 적용되는 제1 브래그 격자; 및 길이방향 축을 따라 연장하고 횡 방향-하중-센싱 구역에서 제1 광섬유로 연결되는 제1 길이방향-변형-유도 재킷;을 포함하고, 제1 길이-방향-유도 재킷은 조임 하중에서 변화의 기능으로써 제1 브래그 격자에서 제1 광섬유 내 축 방향 변형을 유도하도록 구성되고 선택된다.

본 명세서에 포함되어 있음.

본 발명 설명의 목적을 위하여, 도면들은 본 발명의 실시예의 하나 또는 이상의 양태들을 도시한다. 그러나, 본 발명이 도면들에 도시된 정확한 수단들 및 배열들에 한정되지 않는 것은 이해되어야 한다.
도1A는 단일 모드(mode) 광섬유 상에 작성된 종래의 균일한 섬유격자의 다이어그램이고, 균일한 횡 하중을 받는 광섬유를 도시한다.
도1B는 단일-모드 광섬유 상에 작성된 종래의 균일한 섬유 격자의 다이어그램이고, 불-균일한 횡 방향 하중을 받는 광섬유를 도시한다.
도2는 코팅되지 않은 섬유 격자들을 이용하는 두-섬유 V-그루브-기반 횡-하중 센서 조립체의 횡단면도이다.
도3은 도 2에서 도시된 센서들과 유사한 10mm x 4mm 섬유-격자 횡-하중 센서의 스펙트랄 반응의 그래프이고, 상기 센서는 400psi의 횡 하중을 가하는 2인치 직경의 실린더에 의해 결합된다.
도 4A는 광섬유 내에서 축 방향 변형으로 횡 하중이 변화하는 길이방향-변형-유도(LSI) 재킷을 구비하는 광섬유를 포함하는 횡-하중 센서 조립체의 횡단면도이다.
도 4B는 도4A의 횡-하중-센서의 길이 방향 단면 도이고, 조립체의 작동하는 원리를 도시한다.
도 5A는 100°C에서 하중이 없는, 도 4A 및 도 4B의 센서 조립체의 예시의 스펙트럼 반응의 그래프이다.
도 5B는 100°C에서, 200 psi (~1.379 MPa)에서 2인치 직경의 실린더로 인해 하중이 가해진, 도 5A에 대응하는 센서-조립체 예시의 스펙트랄 반응의 그래프이다.
도 5C는 100°C에서, 400 psi (~2.758 MPa)에서 2인치 직경의 실린더로 인해 하중이 가해진, 도 5A에 대응하는 센서-조립체 예시의 스펙트랄 반응의 그래프이다.
도 5D는 100°C에서, 600 psi (~4.137 MPa)에서 2인치 직경의 실린더로 인해 하중이 가해진, 도 5A에 대응하는 센서-조립체 예시의 스펙트랄 반응의 그래프이다.
도 5E는 100°C에서, 800 psi (~5.516 MPa)에서 2인치 직경의 실린더로 인해 하중이 가해진, 도 5A에 대응하는 센서-조립체 예시의 스펙트랄 반응의 그래프이다.
도 5F는 100°C에서, 1000 psi (~6.895 MPa)에서 2인치 직경의 실린더로 인해 하중이 가해진, 도 5A에 대응하는 센서-조립체 예시의 스펙트랄 반응의 그래프이다.
도 6은 52°C에서 0 psi (0 MPa)부터 1500 psi (~10.342 MPa)로 증가하고, 1500 psi (~10.342 MPa)부터 0 psi (0 MPa)로 감소하는 횡 방향 하중들을 위한,도 4A 및 도 4B의 센서 조립체의 예시를 위한 횡 방향 하중 대 파장의 그래프이다.
도 7은 100°C에서 0 psi (0 MPa)부터500 psi (~10.342 MPa)로 증가하는 횡 방향 하중을 위한, 도6에 대응하는 예시들을 위한 횡 방향 하중 대 파장의 그래프이다.
도8은 V-모양 단면 대신에 아치형 횡 방향 단면을 구비하는 리세스들을 이용하는 본 발명의 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서 조립체의 횡단면도이다.
도9는 제 1 및 제2 횡-하중-적용 구조들 둘 모두 상의 리세스들이 이용되는 본 발명의 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서 조립체의 횡단면도이고, 상기 리세스들은 V-모양 횡단면을 구비한다.
도 10은 제 1 및 제2 횡-하중-적용 구조들 둘 모두 상의 리세스들이 이용되는 본 발명의 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서 조립체의 횡단면도이고, 상기 리세스들은 아치형 횡단면을 구비한다.
도 11은 복수의 재킷-섬유-타입 하중-균형 스페이서들을 이용하는 본 발명의 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서 조립체의 횡단면도이다.
도 12는 비-섬유-타입 하중-균형 스페이서들을 이용하는 본 발명의 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서 조립체의 횡단면도이다.
도 13은 변형 완화(relief) 튜브 내의 제2 섬유 격자를 포함하는(incorporates) LSI-재킷-기반 횡 하중 센서의 등축도(isometric view)이다.
도 14는 물 또는 화학적 컨텐츠를 측정하도록 온도 보정 및 능력(ability)을 구비하도록 설계된 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서의 평면도이다.
도 15는 광 측정을 제공하기 위한 스펙트랄인 광범위 광원(spectrally broad band light source)을 포함하는 LSI-재킷-기반 센서 시스템의 개략적인 다이어그램이다.
도 16은 광 측정을 제공하기 위한 폭을 조정할 수 있는 범위의 광원(tunable narrow band light source)을 포함하는 LSI-재킷-기반 센서 시스템의 개략적인 다이어그램이다.
도 17은 LSI-재킷-기반 횡-하중/온도/습도 센서 시스템을 포함하는 전기 변압기의 단순화된 단면/개략 도이다.
도 18은 본 발명에 따라 만들어진 대안적인 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서의 횡단면도이다.
도19는 본 발명에 따라 만들어진 섬유-격자-기반 온도 센서의 횡단면도이다.
도 20은 본 발명에 따라 만들어진 대안적인 LSI-재킷-기반 습도/화학 센서의 횡단면도이다.
도 21은 물 또는 화학적 컨텐츠를 측정하도록 온도 보정 및 능력을 구비하여 설계된 대안적인 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서의 평면도이다.

몇몇 양태들에서, 본 발명은 광섬유, 광섬유에 적용되는 적어도 하나의 브래그 격자, 및 하나 또는 이상의 길이 방향-변형-유도(LSI)코팅, 또는 광섬유에 적용되는 다른 재킷(들)을 포함하는 광-섬유-기반 센서에 관한 것이다. 각각 LSI재킷은 브래그 격자에 대응에서 광섬유 내로 길이 방향 변형 유도로 인해 특정 물리적 특성(physical characteristic)을 측정하기 위해 결정된다. 횡 방향 하중의 경우에, 재킷은 적당하게(appropriately) 설계된 변환기(transducer)의 작동을 통해 길이방향 변형을 야기하도록 연장한다. 본원의 센서인 물리적 특성들의 예시들은 횡방향 광섬유가 적용된 하중, 온도, 및 존재 및/또는 습도 또는 특별한 화학 분해물질(chemical analyte) 및 그것들의 어떠한 결합물과 같은 물질의 양을 포함, 하지만 제한되지 않게, 측정하도록 구성되고 설계될 수 있다. 각 LSI-재킷 물질 스스로의 성질(nature)의 및/또는 LSI 재킷을 결합하는 물리적 구조(들)의 성질의 장점에 의해, LSI 재킷은 대응하는 브래그 격자의 구역에서 광섬유 내보 축 방향 변형을 유도하고, 축 방향으로 유도된 변형의 결과인 브래그 격자의 변형(deformation)에 의한 광섬유의 출력(output)에서 변화가 구성되도록 광-기반의 측정들을 허용한다. 특히 바람직한 횡 방향 축 방향 변형을 측정하기 위한 및 습도의 존재를 측정하기 위한 LSI 재킷들은 본 원에 기술된다. 그러나, 어떻게 다른 LSI 재킷들을 이용하는 다른 센서들을 고안(devise)하도록 광대한 기능들을 가진 근본적인(underlying) 이러한 센서들을 적용하는지를 당업자들은 이해하기 용이하다.

본원의 다른 양태들은 그 측정이 만들어질 때, 센서의 현재온도가 조정되도록 LSI재킷으로 인해 유도되는 축 변형을 기반으로 어떠한 측정도 허락하도록 온도 조정(temperature compensation) 기능(functionality)을 내장하는 LSI-기반 센서들을 제공하는 것에 관한 것이다. 본원의 더 나은 양태들은 본 발명에 따라 만들어진 LSI-재킷-기반 센서들을 포함하는 센서 시스템에 관한 것이다. 여전히 본 발명의 더 나은 양태들은 그 가운데 통합된 이러한 센서들 및/또는 센서 시스템들을 포함하는 예를 들어 전기 변압기 및 변압기 와인딩들과 같은 구조들을 포함한다. 이것들 및 본원의 다른 양태들은 특정 예시들뿐만 아니라 본 발명의 광범위한 근본적인 특성들 및 기능들도 도시하는 몇 가지 바람직한 실시예들에 대하여 상세히 아래 기술된다. 이 바람직한 실시예로 돌아가기 전에, 그러나 섬유-격자-타입 횡 하중 센서들의 간결한 배경은 먼저 제공된다.

섬유-기반의 브래그 격자들은 잘 알려지고 횡 방향 및 축 방향 하중을 측정하기 위해 이용된다. 예를 들어 도1a는 그것의 코어(18) 내로 작성된 균일한 섬유 격자(14)를 구비하는 광섬유(10)를 도시한다. 광섬유(10)의 어떠한 횡 하중의 부재(absence) 및 넓은-스펙트랄-범위 광원, 평면(flat)으로 인한 섬유 격자(14)의 조명(illumination)에서, 섬유 격자로부터 반사(reflection)는 단일 스펙트랄 피크(22)이다. 섬유 격자(14)가 도 1a에서와 같이 균일한 횡 방향 하중(26)으로 인해 충분히 하중이 부가 될 때, 단일 스펙트랄 피크(spectral peak 22)는 횡 하중으로 인해 유도되는 광섬유(10)의 복굴절(birefringence)에 기인하여 두 스펙트랄 피크들(30)내로 분할한다. 그것은 횡 하중이 광코어(18)을 가로질러 차등 변형을 유도하는 것이다. 이것은 유도된 다른 굴절의 지수에 의존하는(depends on)이격을 구비한 코어(18)에서 두 "효과적인" 섬유 격자들 및 두 다른 효과적인 굴절의 지수들 내의 다시 결과된다. 이러한 원리들은 접착성 조인트(들) 내부에 및 합성 물질(들)내부에 변형의 현저히(notably) 측정, 적용들의 변화에서 횡 방향 변형/하중을 측정하도록 공급되었다.

도 1b는 횡 방향 하중(34)이 균일하지 않은 곳의 경우를 도시한다. 결과는 다양한 광섬유(10)의 길이를 따른 굴절지수 및, 그 결과, 분할된(split) 스펙트랄 피크(38)의 스펙트럼이다. 스펙트랄 분할들은 다양한 적용들을 위한 충분한 정확도를 구비한 측정들을 만들도록 높은 해상도(resolution)를 구비한 분광계들을 요구할 수 있고, 매우 작을 수 있는 종래의 섬유 브래그 격자들과 관련될(associated) 수 있다. 신호를 높이는 대안적인 방법들은 복잡성 및 비용을 증가시키는 기계적인 향상 방법들 및 특별한 광섬유 형상을 포함할 수 있다.

저비용 및 효과적인 횡-하중 센서를 만들도록, 본 발명자는 횡 하중센서들을 위한 통신 산업과 관련된 V-그루브 조립체들을 이용한 조사를 실시하였다. 도2는 이 조사에서 이용된 횡-하중 센서 조립체(200)를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이 조립체(200)는 제1 횡-하중-적용 구조(여기서, 제1 플레이트 transverse-load-applying structure　204), 제1 광섬유(208), 하중-균형 스페이서(여기서, 제2 광섬유 load-balancing spacer 212), 제2 횡-하중-적용 구조(여기서, 제2 플레이트 216), 및 예를 들어 에폭시와 같은 접착 물질(bonding material 220)을 포함한다. 제1 및 제2 하중 구조들(loading structures　204, 216)이 플레이드들과 같이 도시되는 동안, 그들이 블록들(blocks), 패드들 등과 같이 다른형성이 될 수 잇는 것은 게시된다. 몇몇 실시예들에서 제1 및 제2 하중 구조들(204, 216)은 제1 광섬유(208)를 통합할 수 있고, 센서 조립체(sensor assembly 200) 단일 유닛(monolithic unit)을 만드는 하중-균형 스페이서(212)는 이용되는 조립체들을 구비한 어떠한 구조(들)로부터 각각 적용된다. 다른 실시예들에서 제1 및 제2 하중 구조들(204, 216)은 만들어진 측정들인 구조의 중요한 부분 일 수 있다. 예를 들어, 교량(bridge) 또는 공공 인프라(public infrastructure)의 다른 일부(piece)를 위한 베어링(bearing) 조립체는(미도시된) 베어링 조립체 내로 통합된 하중-균형 스페이서(212) 및 제1 광섬유(208)인 방법에서 만들어질 수 있다. 본원의 통합된 센서들을 포함할 수 있는 다른 많은 구조들은 당업자에게 인정받기 용이할 것이다.

도시된 실시예에서, 제1 횡-하중-적용 구조(204)는 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(204, 206) 사이의 틈(232)를 제공하는, 적어도 하중이 가해지지 않은 상태인, 방법에서 각각의 제1 광섬유(208) 및 하중-균형 스페이서(212)를 수용하는 쌍의 리세스들(여기서, 연장한 V-그루브들 a pair of recesses 224, 228)을 포함한다. 초기의 테스트들은 제1 횡-하중-적용 구조(204)를 위한 쿼츠(quartz) 이용이 실시된다. 그러나, 예를 들어 어떠한 다양한 세라믹들 같은, 쿼츠 이외의 물질들은 대안적으로 이용될 수 있다. 한 예에서, 제1 광섬유(208)은 횡 하중(236)이 센서 조립체(200)에 제공될 때, 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(204, 216)로 인한 제1 광섬유의 균일한 횡 하중을 보증을 돕도록 균형을 제공하는 하중-균형 스페이서(212) 및, 섬유 브래그 격자(미도시된)을 수용한다. 하중-균형 스페이서(212)가 제2 광섬유일 때 게시되고, 여분(redundancy) 및 매우 민감한 차등 측정들(measurements) 둘 모두를 제공하는 확실한(certain) 경우들일 수 있는 높은 비용에서 광섬유(208)및 제2 광섬유 둘 모두 내의 섬유 브래그 격자들을 놓는(put) 것은 가능하다. 바람직해질 수 있는 둘(또는 이상)의 광섬유들 내에 횡-하중-센싱 섬유 브래그 격자들에서 바람직한 적용들은 엄격한(severe) 온도 구배(gradients)가 존재하는 상황(situations)이다. 도 2에 도시된 구성(configuration)에서 리세스들(224, 228)은 V-모양 횡단면을 구비하지만, 다른 실시예들에서 곡선형(curved)같은 다른 횡 단면 모양들이 이용될 수 있다. 하중-균형 스페이서(212) 및 광섬유(208)의 직경들은 틈(232)을 제공하는 제1 횡-하중-적용 구조(204)의 표면(240)을 넘어(beyond) 각각 연장하여 충분히 클 수 있다. 리세스들(224, 228)을 위한 V-모양 횡단면들은, 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(204, 216) 사이의 결과일 수 있는 세-지점(three-point) 접촉에 의해 바람직해질 수 있다. 접착 물질(220)은, 예를 들어 에폭시 또는 다른 알맞은 물질일 수 있다.

횡 하중(236)이 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(204, 216)을 가로질러 적용될 때, 갈라지는 스펙트랄은 횡 하중을 측정하도록 다시(in turn) 이용될 수 있게 발생한다. 예를 들어, 횡-하중을 구비하는 매우 뚜렷한(distinct) 스펙트랄 분할을 구비하기 위해, 하중과 같은, 가능한 한 부드럽고 균일한 제1 및 제2 리세스들(224, 228) 및 매우 균일한 틈(232)은 중요하다. 외부에서 발생한(Extraneous) 스펙트랄 분할은 도1B에 의해 도시된 바와 같이 횡 하중이 섬유 길이를 따라 균일하지 않는다면 발생할 것이다.

본 발명자는 광섬유(208) 및 하중-균형-스페이서(212)를 위한 기본적인(bare) 광섬유를 이용하는 도2의 센서 조립체(200)에 기초하는 센서들을 제작했다. 도3은 센서 조립체가 대략 400psi(~2.758　MPa)로 2-인치-직경의 실린더에 하중이 더해질 때, 및 평면 부분에서(예를 들어, 면(240)의 평판에서) 대략 4 mm x 10 mm인 제2 횡-하중-적용 구조(216)인 센서 어셈블리(200)의 예시의 스펙트랄 반응의 그래프이다. 스펙트랄 반응곡선(300)의 이중-피크 성질은 명백하고, 전체(overall) 피크와 피크의 분리(304)는 횡 하중 측정을 추출하도록 이용될 수 있다. 비록 평탄성(flatness)을 보증하는 것은 보호(care)되지만, 결과의 해석(interpretation)을 복잡하게(complicate) 할 수 있는 횡 변형 필드들이 균일하지 않는 것은 명백하다.

도 4A 및 4B는 도2의 센서 조립체(200)의 기본 구성으로 주요한 새로운 개선들을 구비한 대안적인 횡 하중-센싱 센서 조립체(400)를 도시한다. 도 4A 및 4B의 실시예에서, 센서 조립체(400)는, 각각, 재킷 섬유(404, 408)로 인해 대체된 하중-균형 스페이서(212)의 제1 광섬유(208) 및 제2 광섬유의 기본 광학 섬유들을 제외한 도2의 조립체(200)와 유사한 요소들을 구비하고, 광학 섬유들(404B, 408B)을 감싸는(encasing) 대응하는 LSI 재킷(404A, 404B)를 각각 구비하며, 각각 하중 베어링 채널들(424, 428)은 설계되고 구성되어서, 횡 방향 힘(440)이 축 방향으로(axially) 연장한 코팅(408, 404)을 야기한다. 명명 실시예들에서, 각 광섬유(404B, 408B)는 쿼츠 피복(cladding)을 구비하는 단일-모드 섬유가 될 수 있다. 특히, 예시를 비-제한하는, 각 광섬유(404B, 408B)는 125-마이크론 직경 및 8-마이크론 내지 10-마이크론의 직경코어를 구비하는 whdfom이 광섬유가 될 수 있다. 다른 치수들 및 구성들을 구비하는 광섬유들도 이용될 수 있다. LSI 재킷들(404A, 408A)은 각각 광섬유들(404B, 408B)에 적용될 수 있다. 특히 하나에서, 예시를 비-제한하는, 각 재킷(404A, 408A)는 약 35마이크론의 두께를 구비한다. 다른 두께는 각 재킷을 위해 선택된 특별한 물질 및 특별한 적용에 맞도록 이용된다. 예를 들어, 각 재킷(404A, 408A)의 두께 및 물질은 {1}측정하기 위해 설계된 센서 조립체(400)인 하중들의 범위, {2}제1 및 제2 횡 하중-적용 구조들(412, 416)과 같은 센서 조립체의 다른 구성요소들의 구성들, 및 재킷들을 위해 선택된 물질(들)의 탄성계수(modulus of elasticity)와 같은 기계적 특성들의 기능으로써 선택될 수 있다. 또한, 재킷들(404A, 408B)의 물질(들)은 또한 제1 및 제2 횡 하중-적용 구조들(412, 416)의 구성들 및 측정하기 위하여 설계된 센서 조립체(400)인 하중의 범위의 기능과 같이 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각 LSI 재킷(404A, 408A)은 유기적으로 수정된 세라믹 물질과 같은 세라믹 코팅을 포함할 수 있고, 예를 들어 유기적으로 변형된 세라믹 물질은 독일, Munich, Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der angewandten Forschung e.V .이 소유하는 상표 ORMOCER®하에서 참고될 수 있다.

도2의 센서 조립체(200)와 같이, 도 4의 센서 조립체(400)는 다른 하나와 함께 조립체의 모든 구성요소들을 접착하는 접착 물질(420) 및 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(412, 416)을 포함한다. 제 1 횡-하중-적용 구조(412)가, 각각 재킷 광섬유들(404, 408)을 수용하는 여기서 V-모양 그루브들, 리세스들(424, 428)의 쌍을 포함하고 설계되어서, 재킷 섬유들이 제1 횡-하중-적용 구조의 면(432)을 넘어서 연장하는 방법에서 재킷 섬유들을 수용하도록 충분한 너비 및 깊이를 구비함으로써, 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(412, 416)는 센서 조립체(400)에 적용되는, 예를 들어 횡 하중(440)과 같은 임의의 횡 하중의 실질적인 양을 견디도록 제1 및 제2 재킷들(404A, 408A)을 허용하는 틈(436)을 정의한다. 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(412, 416)의 구성 및 물질들은 상기 언급된 도 2와 연결에서, 비슷하거나 같은 물질들이 될 수 있다.

횡 하중(440)이 센서 조립체(400)에 적용될 때, 각각의 LSI재킷들(404A, 404B)은 광섬유들(404B, 408B)에 대응 상의 길이방향 변형을 가하거나 변형할 수 있다. 도 4B에서 재킷 섬유(404)에 대해 도시된 바와 같이, 횡 하중(404)의 적용은 압축하는 LSI 재킷(404A)을 야기하고, 그 결과, 알맞은 섬유 브래그 격자(도4B에서 도시된, 404C)을 포함하는 코어(404B) 내로 그것에 의한 인장 변형을 포함하는 제 1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(화살표 444(1) 및 444(2)로 도시된 바와 같이, 412, 416) 사이로부터 약간 밖으로 재킷의 물질을 억압(squash)한다. 섬유 코어(404B)에서 유도된 인장 변형은 측정될 수 있는 더 긴 파장들의 전방으로 측정 빛(미도시된)에서 스펙트랄 변화(shift)의 결과로 변형되도록 브래그 격자(404C)를 야기한다.

몇몇의 주기들(cycles)은 횡 하중(440)을 위해 1500psi의 값(values)까지 실행하여 센서 조립체(400)의 예시에서 만들어진다. 이러한 예에서, 광섬유들(404B, 404A)의 직경은 125마이크론이고, 각 섬유는 변형완화를 위해 설계되는 평면부분을 구비하는 ORMOCER®세라믹의 35-마이크론스틱 코팅(micronsthick coating)의 LSI 재킷(404A, 404B), 8-mm-길이인 섬유 브래그 격자(404C) 쿼츠인 제 1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(412, 416), 10mm x 4mm인 제2 횡-하중-적용 구조(412)의 평면부분, 및 대략 14mm x4mm인 제1 횡-하중-적용 구조(412)의 평면부분에 대응하여 구비한다. 테스트 예시에서, 각각의 제1 및 제2 V-모양 리세스들(424, 428)의 깊이는 기본적인(bare) 광섬유와 접촉에서 단지 제2 횡-하중-적용의 면(448) 및 대응하는 V-모양 리세스에 단지 수용되는 125-마이크론-직경 기본적인 광섬유의 결과인 깊이를 구비하도록 설계된다. 횡 하중(440)하에서 대응하는 세라믹-코팅 재킷(ceramic-coating jacket 404A, 408A)을 구비하는 각 재킷 섬유(404, 408)의 작동은 브래그 격자(404C) 및 재킷 섬유들 상의 길이방향 변형을 그곳에 가하는 V-그루브 조립체(다시, 도 4B의 화살표 444(1) 및 (444)로 표시된)의 길이를 따라 연장된 세라믹 재킷들이다. 테스트 동안, 횡-하중 센서 조립체(400)의 기술된 예시는 각 25°C, 50°C, 및 100°C에서 테스트를 실행하도록 이용되는 온도-제어 상부 및 하부 플레이트들을 구비하는 유압 로더(미도시된, hydraulic loader)에 위치된다. 로더는 2-인치 직경 실린더 상에 2000 psi (13.79 MPa)까지 하중을 가하도록 이용된다. 차례로(in turn) 로더는 테스트된 센서 조립체(400)의 더 작은 크기에 기인하여 센서 조립체(400) 상의 가장 높은 횡 하중이 가해지는 평탄한 알루미늄 플레이트들에 작동된다.

도 5A 내지 도 5F는 도 4A 및 도 4B의 횡-하중 센서 조립체(400)의 만들어진 예시에서 다양한 테스트의 실행으로부터 수집된 스펙트라(spectra)를 도시한다. 도 5A는 100°C에서 하중이 없는(unloaded) 센서 조립체(400)의 그래프(500)이다. 도 5B는 센서 조립체(400)가100°C에서 및 200psi에서 작동하는 2인치 직경의 실린더로 인해 하중이 가해질 때의 그래프(510)이다. 도 5C는 100°C 및 400psi에서 작동하는 2인치 실린더로 인해 하중이 가해지는 센서 조립체의 그래프(520)이다. 도 5D는 100°C에서 및 600psi에서 작동하는 2인치 직경 실린더로 인해 하중이 가해지는 센서 조립체(400)의 그래프(530)이다. 도 5E는 100°C에서 800psi에서 작동하는 2인치 직경 실린더로 인해 하중이 가해지는 센서 조립체(400)의 그래프(540)이다. 도 5F는 100°C에서 1000psi에서 2 인치 직경 실린더로 인해 하중이 가해지는 센서 조립체(400)의 그래프(550)이다. 각각의 경우에서 그것들은 길이방향 변형에 기초되는 빠르고 정확한 횡 방향 하중 측정들을 허용하는 매우 명확한 단일 스펙트랄 피크이다.

도6은 0　psi (0 MPa)로부터 1500　psi (~10.342 MPa)로 증가되고, 그 후 1500 psi (~10.342 MPa)로부터 0　psi (0 MPa)로 다시 돌아가 감소하는 52°C에서 2-인치 직경 로더로 인해 적용된 횡 하중을 구비하는 도 4A 및 도 4B의 센서 조립체(400)의 테스트 예시를 위한 하중 대 파장의 그래프(600)를 도시한다. 상부방향 주기 상에 적용된 하중은 1500 psi (~10.342 MPa) 상부방향으로 증가되게 조정되고 계속적으로 적용된다. 하부 방향 주기에서, 완벽히 각 압력 하중을 위한 센서에 하중이 가해지지 않고(unload) 다시 하중이 가해(reload)지는 것이 필요하다는 것은 발견된다. 도7은 0 psi (0 MPa)로부터 1500　psi (~10.342 MPa)까지 증가되고 100°C에서 적용되는 횡 하중을 구비한 도 4A 및 도 4B의 센서 조립체(400)의 동일한 테스트 예시를 위해 하중 대 파장의 그래프(700)를 도시한다. 그래프(700)의 곡선(704)이 생성되도록 이용된 알고리즘은 15000카운츠의 전력단위에서 파장의 단순평균이다. 곡선(704) 아래 통합한 더 정교한 알고리즘들은 결과들을 개선할 것이다.

도 4A 및 도 4B에 도시된 센서 조립체(400)의 구성 및 형상들로부터 다른 구성 및/또는 형상들을 이용하여 또한 실현될 수 있는 길이방향 변형으로 횡 하중을 "변화"하는 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서들은 게시된다. 제1 예와 같이 도8은 도8의 각각 아치형 리세스들(804, 808)로 인해 대체된 도 4A의 센서 조립체(400)의 V-모양 리세스들(424, 428)인 LSI-재킷-기반 횡-하중을 도시한다. 센서 조립체(800)의 특징 및 다른 구성요소들은 도 4A 및 4B의 센서 조립체(400)와 유사하거나 같을 수 있다. 다른 예시들 같이, 도9는 제1 및 제2 광섬유들 중 대응하는 각각의 하나들의 일부들을 수용하는 쌍의 리세스들(912A, 912B, 916A, 916B)을 각각 포함하는 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(912, 916) 및 제1 및 제2 재킷 광섬유들(904, 908)을 포함하는 LSI-제킷-기반 횡-하중 센서 조립체(900)를 도시한다. 리세스들(912A, 912B, 916A, 916B)의 깊이는 특별한 환경적인 조건들 하에 최적의 성능을 위해 가능한 많은 다른 결합들 및 또다른 하나와 동일하게 할 수 없다. 도 9의 횡-하중 센서 조립체(900)는V-모양 횡 단면을 구비하는 대응하는 리세스를 포함할 수 있는 LSI-재킷 섬유 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들 둘 모두를 위해 도시한다. 유사하게, 도10은 각 재킷 섬유(1012, 1016)를 위한 두 리세스들(1004A, 1008A, 1004B, 1008B)를 또한 구비하는 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서 조립체(1000)를 도시하지만, 도 10에서 리세스들은 각각 아치형 횡 단면 모양들을 구비한다. 리세스들(1004A, 1008A, 1004B, 1008B)의 곡률(Curvatures)은 대응하는 재킷(1012B, 1016B)의 작동을 통해 각 광섬유(1012A, 1016A) 상의 길이방향 변형으로 횡 방향 하중의 다양한 변화를 조정할 수 있다. 특별하게 지정되거나 기술되지 않은 구성요소들이 도 4A 및 4B의 센서 조립체(400)의 구성요소들과 같이 유사하고나 동일할 수 있는 것은 도 9 및 10의 센서 조립체들(900, 1000)에서 알려진다.

구성 및/또는 형상들의 다양한 다른 예시들과 같이, 도 11은 도 2, 4A, 4B 및 8 내지 10의 실시예들에서 드러난 바와 같이 오직 둘 대신에 다섯 LSI-재킷 광섬유들(1104, 1108, 1112, 1116, 1120)를 포함하는 LSI-재킷_기반 횡방향-힘 센서 조립체(1100)를 도시한다. 적어도 하나의 재킷 광 섬유들(1104, 1108, 1112, 1116, 1120)은 도 4A 및 4B의 센서 조립체(400)에 대하여 상기 기술된 방법에서 센서 조립체(1100)에 적용된 횡 하중(미도시된)으로 인한 광섬유 내로 유도된 변형을 측정하는 목적을 위해 섬유 브래그 격자(미도시된)를 포함한다. 각 재킷 광섬유(1104, 1108, 1112, 1116, 1120)는 조정되도록 두 횡-하중-적용 구조물들(1124, 1128)사이의 광섬유들로 인해 전해진 하중을 허용함으로써 센서 조립체(1100)의 성능(performance)을 선택적으로 조정하기 위해 제공될 수 있는 섬유 브래그 격자를 포함할 수 없다. 예를 들어, 하중이 센서 조립체(1100)에서 광 섬유들의 수 및 횡-하중-적용 구조물들 사이에서 광섬유들(1104, 1108, 1112, 1116, 1120)의 전부 또는 어느 것 에서 횡 하중 센싱 섬유 격자 및/또는 온도-센싱 섬유 격자를 배치하는 것이 가능하다는 것은 게시된다. 그러나 여분(redundancy) 및 성능 문제들은 몇몇 적용들에서 횡-하중 및/또는 온도 센싱을 위한 바람직한 추가적인 섬유 격자들을 만들 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 횡-하중-적용 구조(1124)는 각각의 재킷 광섬유들(1104, 1108, 1112, 1116, 1120)을 위한 하나, (여기서 V-모양인), 다섯 리세스들(1124A, 1124B, 1124C, 1124D, 1124E)을 포함한다. 당업자들에서 쉽게 인식 되는 바와 같이, 다섯보다 더 많은 또는 더 적은 재킷 섬유들(1104, 1108, 1112, 1116, 1120) 및 /또는 대응하는 리세스들(1124A, 1124B, 1124C, 1124D, 1124E)은 특정한 적용을 위해 바람직/필요할 때 이용될 수 있다.

도 12는 둘 이상의 재킷 광섬유들을 이용하는 도 4A, 4B 및 8내지 11의 예시들과는 달리, 단일 LSI-재킷 섬유(1204)를 이용하는 LSI-재킷-기반 횡-하중 센서 조립체(1200)를 도시한다. 단일 재킷 광섬유(1204)뿐만 아니라(In addition to), 센서 조립체(1200)는 예를 들어, V-모양 횡 단면을 구비할 수 있는 리세스(1216)에 결한된 재킷 광섬유(12040를 구비한 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(1208, 1212)을 포함할 수 있다. 재킷 광섬유(1204)는 예를 들어 하중-균형 스페이서들(1124)를 수용하는 에폭시와 같은 점착성 물질(1220)로 인한 위치에서 고정될 수 있다. 하나의 실시예에서 하중-균형 스페이서들(1225)는 같은 또는 다른 직경들을 구비하는 예를 들어 유리로 제작된 구형 공들일 수 있다. 하중-균형 스페이서(1224)는 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들(1208, 1212) 사이 최소한의 이격에서 결정되도록 이용될 수 있다. 재킷(1204A)의 두께, 리레스(1216)의 깊이, 및 광섬유 코어(1204B)의 직경과 결합에서 이러한 이격작동은 센서 조립체(1200)의 반응의 범위를 결정할 수 있다. 단일 광 섬유 격자가 비용을 최소로 이용할 수 있는 반면, 하나 또는 이상의 추가적은 섬유 격자들은 횡-하중-적용 구조들의 쌍 사이에서 다중의 하중을 측정하도록 이용될 수 있다.

온도 측정 및 보정(compensation)능력들은 본원에 개시된 여러 방법들을 따라 만들어진 LSI-재킷-기반 센서 내로 또한 설계될 수 있다. 행동의 하나의 방법은, 다른 파장들 및 또 다른 하나(one another)를 구비한 선에서(in line) 광섬유 코어 내에 두 섬유 격자들을 구성하는 것이다. 격자들 중 하나는 위치되어서, 횡 하중이 상기 기술된 바와 같이 제2 격자가 횡 하중으로부터 격리되도록 위치되는 동안 센서로 적용될 때, 하중 하에 있게 된다. 이러한 예시는 도13과 연계되어 아래에 기술된다. 온도 측정 및 보정을 통합의 제2 방법은, 예를 들어 Fibercore, Southampton Science Park, United Kingdom 및 Nufern, East Granby, Connecticut 중의 다른 제조업자(manufacturers)에 의해 만들어진 바와 같은 상업적인 극성-유지 광섬유 일 수 있는 복굴절 광섬유 내로 단일 섬유격자를 작성(write)한다. 이것은 두 스펙트랄 피크들을 구비하는 섬유 격자의 결과이다. 축 방향 변형이 광섬유의 이러한 타입에 적용될 때, 두 스펙트랄 피크들의 위치는 결정될 수 있고, 길이방향 변형 및 온도는 측정될 수 있다. 이것이 도 4A, 4B, 8 내지 12에 관련된 설계들에서 횡 하중 하에 섬유의 타입에 위치됨으로써, 상기, 복굴절 광 섬유코어를 구비한 횡-하중 센싱 섬유 광코어들의 각각을 대체함으로써, 길이방향 변형은 동시에(simultaneously) 온도 및 횡방향 하중을 측정하도록 이용될 수 있다. 2002년 1월 1일에 개시된 Udd와 Weisshaar의 "섬유 광격자 셈서들을 위한 높은-속도의 복조 시스템(HIGH-SPEED DEMODULATION SYSTEMS FOR FIBER OPTIC GRATING SENSORS)" 명칭의 미국특허, 6,335,524번은 이것의 특허를 교육하기 위한 참조로 본원에 결합되었고, 축 변형 및 온도의 동시에 일어난 측정을 위한 경우를 포함하는 다-차원(dimensional) 변형 및 온도 측정들을 만드는 극성 유지(polarization preserving) 광섬유를 어떻게 이용하는지 기술을 제공한다. 두 매트릭스(matrix)로 인한 두 반전을 위한 계수들(Coefficients)은 상업적인 섬유 코어 극성-유지 광학 섬유를 위하여 이러한 특허에서 주어진 온도 및 축 방향 변형 내로 스펙트랄 측정들을 변환할 필요가 있다.

도13은 상기 게시된 제1 방법에 따른 보정 특성 및 온도 측정을 통합하는 본 발명의 LSI-재킷-기반 횡 하중 센서(1300)을 도시한다. 이러한 예에서, 센서(1300)는 광섬유(1312A) 내로 작성된 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들 여기서 제1 및 제2 하중 플레이트들(1304, 1308), LSI재킷 광섬유(1312), 및 제1 섬유격자(1316)을 포함하고, 그것은 광 섬유 내에 위치된 및 제1 파장을 작동하도록 설계되어서, 그것은 제2 로드 플레이트에서 V-그루브(1320) 내에 포함되고 제1 및 제2 하중 플레이트들 사이에 있게 된다. 횡 하중이 포함된 제1 하중 플레이트(1304)를 구비한 제2 하중 플레이트(1308)에 적용될 때, 재킷 광섬유(1312)의 LSI 재킷(1312B)은 특히 횡 하중 하부로 압출되고(extruded), 그 결과 횡 하중에 비례하는 길이방향 변형을 제1 섬유 격자(1316)에서 광섬유 내로 유도한다. 제2 섬유격자(1328)는 횡 하중(1324)로 인해 광섬유(1312A) 내로 유도된 변형으로부터 격리(isolate)하도록 위치된 작성된 광섬유(1312A) 상에 및 제1 파장으로부터 다른 제2 파장에서 작동되도록 구성되고 설계된다. 도시된 실시예에서, 제2 섬유 격자(1328)는, 예를 들어 에폭시를 이용하는(1336) 제1 하중 플레이트(1304)에 부착된 이러한 예시인 보호적인 변형-완화 튜브(1332)에 위치된다. 완화된-변형(strain-relieved)으로 재킷 광 섬유(1312)를 따르는 흐름으로부터 이전의 에폭시 또는 다른 접착 에이전트(agents)를 위하여, 밀봉 에이전트(1340)는 센서(1300)의 제작 동안 흐름을 억제하도록(inhibit)이용된다. 밀봉 에이전트(1340)과 같이 이용될 수 있는 예시 물질은 Michigan, Midland, Dow Corning Corporation으로부터 이용 가능한 공간-온도-경화(room-temperature-vulcanizing, RTV)경화제이다. 본원에서 개시된 다른 실시예와 같이, 제2 LSI-재킷 광 섬유(1344)는 제1 및 제2 하중 플레이트들(1304, 1308)의 하중이 균형되는 LSI-재킷 광섬유(1312)를 센싱하는 것에 필적하게 제공된다.

또한, 대안적으로 횡 하중 또는 횡 하중과 온도를 측정하도록, 본 발명의 센서는 예를 들어 화학적 존재/컨텐츠 및/또는 습도 존재/컨텐츠를 감지(detect)/측정하도록 구성될 수 있다. 도14는 횡 하중, 온도, 습도 컨텐츠를 측정하도록 구성되고 설계된 센서(1400)을 도시한다. 그것은 언급(said)하고 단지 암시(alluded)하는 바와 같이, 본 발명의 센서는 이러한 세 물리적 특성들을 보다 적게 측정되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 센서는 요구할 수 있는 이러한 세 특성들 둘 오직 하나 또는 특정한 적용들과 같이 세 특성들 외로 어떠한 둘을 측정하도록 구성되고 설계될 수 있다. 도14를 다시 참조하여, 도시된 실시예에서, LSI-재킷-기반 센서(1400)는 세 섬유 격자들, 물 또는 화학적 컨텐츠를 측정하기 위한 제1 격자(1416), 그리고 횡 하중을 측정하기 위한 제2 격자(1420), 및 온도 보정을 위해 허락되고 온도를 측정하기 위한 데3 섬유 격자(1424)를 포함하는 광 섬유를 포함하는 제1 및 제2 횡-하중-적용 구조들, 여기서 하중 플레이트들(1404, 1408) 및 LSI-재킷 광 섬유(1412)를 포함한다. 각 섬유 격자들(1416, 1420, 1424)은 제1, 제2, 및 제3 파장들 중 다른 둘로부터 구별하고 분리되는 각의 제1, 제2, 또는 제3 파장을 작동하도록 설계된다. 제1, 제2 및 제3 파장들은 충분히 분리되어서, 작동 동안 환경 효과들(environmental effects)에 기인한 파장 변화들은 중복되는 스펙트랄 컨텐츠를 구비하는 섬유 격자들(1416, 1420, 1424)를 야기하지 않는다. 횡-하중-센싱, 제2 섬유 격자(1420) 및 격리된 온도-센싱, 제3 격자(1424)는 도 4A, 4B, 및 8 내지 13에 관해서 상기 기술된 방법들과 유사한 방법들에서 작용(behave)한다. 예를 들어, 제2 섬유 격자(1420)는 상기 기술된 바와 같이 ORMOCER®물질과 같은 제1 LSI재킷(1412B)을 형상하는 알맞은 제1 LSI-재킷 물질로 인해 재킷되고, 제1 및 제2 하중 플레이트들(1404, 1408) 사이에 위치되며, 제 3 섬유 격자(1424)는 예를 들어 변형-격리 튜브(1432)에 위치됨과 같은 횡 하중(1428)으로 인해 재킷 광섬유(1412) 내로 유도될 수 있는 어떠한 변형으로부터 격리되도록 위치된다.

습도- 또는 화학적-센싱, 제1 섬유 격자(1416)는 센서(1400)가 그것의 작동하는 환경(미도시된)에 설치될(installed) 때, 바람직하게 감지(sensed)되도록 화학물 또는 습도가 노출되는 위치에서 및 제1 및 제2 하중 플레이트들(1404, 1408) 사이로부터 밖으로 위치된다. 제1 섬유 격자(1416)는 광섬유 코어(1412A) 내로 길이방향 변형을 유도하도록 하기 위하여(so as) 화학물 또는 습도의 존재에서 연장한 물질과 같은 제2 LSI재킷 (1412C)을 형성하는 알맞을 수 있는 제2 LSI-재킷 물질으로 인해 재킷 되고, 그것에 의해 제1 섬유 격자(1416)를 연장하거나 압축한다. 특별한 예시에서, 제2 LSI 재킷(1412C)는 물 컨텐츠의 변화들과 같이 연장되고 줄어드는 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있다. 제2 LSI 재킷(1412C)의 이러한 작동은 물 또는 화학적 컨텐츠를 측정하도록 이용될 수 있는 제1 파장의 빛에서 파장의 변화 및 길이방향 하중의 변호를 야기한다. 폴리이미드 물질은 코팅에 적용될 수 있는 ORMOCER®물질에 유사하거나 같은 좋은(good) 변형 전송 특성을 구비할 수 있는 코팅의 경우에서 또는, 제1 섬유 격자(1416)의 구역에서 이미 어떠한 코팅을 제거함으로(stripping off)인해 광코어(1412A)에 적용될 수 있다. 예를 들어RTV밀폐제와 같은 배리어(1436)은 제1 섬유 격자(1416), 습도- 또는 화학적- 민감성으로 접착함으로부터 제1 및 제2 하중 플레이트들(1404 및 1408) 사시로부터 점착성(미도시된)을 방지하도록 제공될 수 있다. 본원에 개시된 다른 횡-힘-센싱 센서들의 방법에서, 횡-하중-균형 광섬유(1440)은 하중 균형을 위해 제1 및 제2 하중 플레이트들(1404, 1408)사이에 위치될 수 있다.

도 15는 본 발명의 양태들을 따라 만들어진 측정시스템(1500) 및 LSI-재킷-기반 센서를 도시한다. 시스템(1500)은 다른 것들 사이에서 예를 들어, 도 4A, 4B, 및 8내지14와 연결된 상기 기술된 센서들 중 어느 하나 일 수 있는 광원(1504)및 LSI-재킷-기반 센서(1508)을 포함한다. 이러한 실시예에서 광원(1504)은, 여기서 광섬유(1524)를 통해, 센서(1508)로 광선(1516)을 조사하고, 다른 것들 사이에서 빔 조작기(1520)로 광선(1516)을 제공하도록 광섬유(1512)의 말단(1512A)로 광학적으로 연결된 및 최소 극성 선호(minimal polarization preference) 및 낮은 간섭성(coherence)을 구비한 스펙트럼처럼 광범위한 광원(spectrally broadband light source)이다. 광 조작기(1520)은 예를 들어 섬유 써큘레이터(circulator) 또는빔 스플리터(beamsplitter)일 수 있다. 광선(1516)의 일부는 광 조작기(1520)로 돌아가는(back to) 행동을 하는(conducts) 광섬유(1524)인 신호를-옮기는(signal-carrying) 광선(1528)과 같은 광섬유(1524) 내로 돌아가는 센서(1508) 내에 반사된다. 광 조작기(1520)은 그후 신호를-옮기는 관성(1528)의 파장 컨텐츠 및 넓이를 측정하도록 이용되는 광학 분광계(optical spectrometer 1536)로 그것을 이끄는(guides) 광섬유(1532)로 광선(1528)을 재 조사(redirects)시킨다. 광학 분광계(1536)의 출력(1540)은 출력 프로세서(1548)로 무선링크, 전기케이블, 또는 광케이블일 수 있는 전달 링크(transmission link 1652)를 통해 조사된다. 당업자에게 쉽게 인식되는 바와 같이, 출력 프로세서(1656)는 어떠한 알맞은 프로세스, 예를 들어 일반적인 목적의 컴퓨터, 주문형 반도체(application-specific integrated circuit), 시스템-온-칩(system-on-chip) 등과 같을 수 있고, 이것은 예를 들어 말단 사용자(end user)를 위해 맞춰질 수 있는 형상 내의 출력 정보(1648)을 변환의 알맞은 프로그래밍 및/또는 하드웨어 일 수(capable) 있다.

도 16은 본 발명의 양태들을 따라서 만들어진 또 다른 LSI-재킷-기반 센서들 및 시스템을 도시한다. 시스템(1600)은 다른 것들 사이에서, 예를 들어 도 4A, 4B 및 8 내지 14와 연결하는 상기 기술된 센서들 중 어느 하나가 될 수 있는 LSI-재킷-기반 센서(1608) 및 광원(1604)를 포함할 수 있다. 도 16의 실시예에서와 도 15의 시스템(1500)의 차이에서, 광원(1604)은 여기서 광섬유(1624)를 통해, 다른 것들 중, 센서(1608)로 향하는(directs) 광선(1616)인 빔 조작기(beam director　1620) 로 광선(1616)을 제공하도록 광섬유(1612)의 말단(end 1612A)와 광학적으로(optically) 결합되고, 좁은(narrow) 스펙트랄 출력을 구비할 수 있는 조정 가능한(tunable) 광원이다. 광 조작기(1620)은 그후 포토다이오드(photodiode)와 같은 광검출기(optical detector 1636)로 그것을 이끄는(guides) 광섬유(1632)로 광선(1628)을 다시 조사(redirects)한다. 광검출기(1636)의 출력(output 1640)은 그후 이 컨텐츠에 관한 출력정보(1648) 및 광선(1628)의 파장 컨텐츠 및 넓이(amplitude)를 특정하도록 이용되는 방충 프로세서(1644)로 조사된다(directed). 출력 정보(1648)는 말단-사용자 프로세서(end-user processor 1656)로 무선링크, 전기케이블, 또는 광케이블일 수 있는 전달 링크(transmission link 1652)를 통해 조사될 수 있다. 당업자에게 쉽게 인식되는 바와 같이, 말단-사용자 프로세서(1656)은 어떠한 알맞은 프로세스, 예를 들어 일반적인 목적의 컴퓨터, 주문형 반도체(application-specific integrated circuit), 시스템-온-칩(system-on-chip) 등과 같을 수 있고, 이것은 예를 들어 말단 사용자(end user)를 위해 맞춰질 수 있는 형상 내의 출력 정보(1648)을 변환의 알맞은 프로그래밍 및/또는 하드웨어 일 수(capable) 있다.

온도 보정된 LSI-재킷-기반 횡-하중 섬유 격자 센서, 이용된 LSI 물질의 타입, 및 광섬유의 설계의 기계적인 구조의 정확한(exact) 설계에 의존하여(Depending), 계수들은 바꿀 수 있는 온도 및 변형으로 이중 스펙트랄 피크들의 변화하는 위치들에 관한것이다. 그러나, 이러한 계수들이 결정되면, 센서와 관련된 전체 비용들은 매우 낮아질 수 있다. 이는 저렴한 비용으로 적당한 코팅들을 구비한 비슷한 타워(draw tower) 상의 알맞을 수 있는 섬유 격자들을 작성하는(write) 능력 및 높은 정밀도(precision) 및 반복성(repeatability)을 구비한 대량 생산이(mass producible)가능한 모드 덕분이다. 섬유 격자들은 전자통신 산업을 위한 V-그루브 구조들에 관한 기술들을 제조하는, 하지만 저-비용인, 정밀도를 이용하여 제작될 수 있는 하중 구조에 위치될 수 있다. 장소에 마지막 정착물(fixture)을 접착 및 준비의 단계들은 이러한 관련된 저-비용 전자통신 섬유 커넥터 조립체들과 유사하다.

상기 게시된 바와 같이, LSI-재킷-기반 센서들 및 센서 시스템들은 본 발명에 따라 만들어진 센서 시스템들, 예들 들어 도 4A, 4B, 및 8 내지 14 및 도 15및 16의 센서시스템은 다양할 적용들에서 이용될 수 있다. LSI-재킷-기반 횡-하중/온도/습도 센서, 예를 들어 도 14의 센서(1400)와 같이, 와인딩 코어들의 유전체 물질들에서 습도 및 변압기 와인딩 코어들에서 조임 하중들을 측정하기 위한 특히 전력 및 분포(distribution) 변압기들인, 전기 변압기들에서 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 당업자들이 인식하고 있는 바와 같이, 조임 하중은 제조 공정 동안 전력 변압기 와인딩 조립체에서 설정된다. 전역 변압기의 수직 와인딩 스택은 높은 밀도의 셀룰로오스 절연 스페이서들로 인해 분리된(디스크와 디스크) 및 (낮은 유전체) 종이의 몇몇 층들이 포장(wrapped)될 수 있는 구리 컨덕터(conductor)로 구성된다. 낮은-전압(low-voltage), 정격전압, 높은 전압 와인딩에 따라, 30% 내지 70% 사이에서 바뀌는(vary) 구리에 절연 물질의 비율은 및 제조하는 동안의 작업(task)은 옳은(correct) 조임 압력을 이루도록(accomplish) 각각 개인적인(individual) 와인딩 스택을 메움(shimming)으로 인해 최소 건조(dryness (in an oven) 오븐에서) 및 조임 조립체를 향하는(reach) 것이다.

절연물질은 탄성이고, 압력하에 조여질 때, 이것은 정적인 상황에서 사전 설정한(preset) 조임 힘을 유지한다. 그러나, 전력-분배 격자 상의 변압기의 주기적으로 하중이 가해지는 짧은-기간(short-term)과 같은, 또는 환경 작동 온도(ambient operating temperature)에서 매일/계절마다 변화를 구비하는, 동적인 상황에서 조임 힘은 종이 및 구리(copper) 사이의 열 팽창(thermal expansion) 차이에 기인하여 증가하거나 감소한다. 또한, 짧은-기간 하중이 가해지는 상황에서, 셀룰로오스(cellulose) 내의 습도는 와인딩 절연 스택(winding insulation stack)의 밖으로 및 안으로 구동되고, 즉 방사상 방향 스페이서들의 확장과 두께수축의 결과이며, 그 결과는 더 높은 또는 더 낮은 동적인 힘이다. 장기간에서, 변압기에서 모든 습도 컨텐츠는 공장 사전설정에서 남아있는 조임 힘을 돕는 경향(tending)이 증가할 것이다. 그러나, 주기적인 짧은-순환(short-circuit) 힘들의 효과 및 수명(age)과 두께 수축에 기인하여, 사전 설정된 조임 힘은 감소되는 경향이 있다.

횡 방향-힘 센서의 온도-보정에서, 하중 하의 공장에서 두 정적인 상황 및 동적인 상황 모두의 실제 변화는 측정될 수 있다. 그러나, 와인딩들에서 바로 습도 컨텐츠가 측정되도록 주어진 추가적은 능력은, 장소(site) 상에 요구되어야 하는 재처리(refurbishing)의 일부로써 변압기 와인딩들을 다시 조이도록(re-clamp) 시도할 때, 및 장소 상에 변압기를 초기 고갈(initial dryout) 이전에(prior to) 활성화하고 제조 동안, 실제(actual) 조임 힘을 표준으로(benchmark) 하는 능력을 제공한다. 그 결과, 횡-힘/온도/습도 센서를 포함하는 광-섬유-기반 센서 시스템, 예를 들어 본 발명의 LSI-재킷-기반 센서는 전기 변압기에서 이용하기 위하여 특히 맞춰진 전기 및 마그네틱 간섭에 면역이며, 이러한 간섭들은 존재할 수 있다.

이러한 연결에서, 도 17은 LSI-재킷-기반 횡-하중/온도/습도 센싱 시스템(1704)를 통합하는 예시의 전기 변압기를 도시한다. 변압기(1700)은 셀룰로오스 및 변압기 오일과 같은 하나 이상의 유전체 물질들을 포함하고, 조임 힘(1712)을 받는(subjected) 적어도 하나의 와인딩 스택(1708)을 포함하는 전력 또는 변압기와 같은 어떠한 알맞은 변압기가 될 수 있다. 센싱 시스템(1704)는 측정하도록 구성되고 설계된 센서인, 횡 하중 시 센서에서 조임 하중(1720)의 측정을 위해 허락하는 방법들에서 와인딩 스택(1708)에 결합한다. 센서(1716)는 감추는(submerging) 와인딩 스택 및/또는 내에 유전체 물질들에서 습도의 컨텐츠를 측정하는 센서의 습도-센싱 특성들을 허용하는 방법에서 와인딩 스택을 또한 결합한다. 일례로, 횡 방향-힘/온도/습도 센서(1716)은 도 14의 횡 방향-힘/온도/습도 센서(1400)과 유사하거나 같을 수 있다. 이러한 예시에서 센싱 시스템(1704)은 와인딩 스택(1708)의 횡 하중, 온도, 및 습도 컨텐츠에 관한 결정 및 출력하는 각각 측정 정보(1752)를 위하여 다른 장치들(예를 들어 유선 포트(들), 무선 트랜지스터들, 전자 디스플레이(들), 등 및 어떠한 이것과의 결합, 1748) 및/또는 하나 이상의 프로세서들(processors 1744) 및 섬유 격자들로 인해 반사되는(reflected) 표시 빛(reading light) 중 일부(1740)를 분석하기 위한 하나 이상의 광학 분석기들(optical analyzers), 센서 내에(1716) 존재하는(present) 다양한 광 섬유들(미도시된)로 표시 빛을 적용하기 위한 하나 이상의 알맞은 광원들(1728)을 포함하는 측정 시스템(1724)을 또한 포함한다. 온도정보가 습도 컨텐츠 또는 온도 측정들 또는 둘 모두 및/도는 횡 하중의 온도 보정된 측정들 일 수 있는 것은 게시된다. 조임-힘 센서를 포함하는 변압기의 상세한 예시는 Woodcock으로부터 2013년 9월 3일 개시된 미국 특허 8,522,626의 제목 "변압기 열화를 감시하기 위한 조임 힘 센서 조립체(CLAMPING FORCE SENSOR ASSEMBLY FOR MONITORING TRANSFORMER DEGRADATION)"에 개시되고, 이는 변압기에 조임 힘 센서를 사용하여 그 모든 그것들의 개시를 위하여 참조로 본원에 포함된다. 물론, 센서 및 센서 시스템은 본원에 따라 만들어진 LSI-재킷-기반 센서 및 센서 시스템이 대체되어 그곳에 기술된다.

도 18은 본 발명에 따라 제작된 다른 횡-하중 섬유-격자 센서(1800)를 도시한다. 도 18을 참조하여 센서(1800)는, 예를 들어 ORMOCER® 물질이 될 수 있는 LSI코팅(1808) 및 섬유 격자(미도시된)를 포함하는 광섬유(1804)를 포함한다. 이것은 도18에서 도시되지 않을 동안 게시되고, 섬유 격자는 예를 들어 도4B의 격자(404C)와 같이 본원에서 기술되고 도시된 다른 섬유 격자들과 같을 수 있다. 센서(1800)는 광섬유(1804) 및 재킷(1808) 주위에 위치된 변형가능한 변형 완화 튜브(1812)를 또한 포함한다. 재킷(1808) 및 광섬유(1804)의 인입된 일부와 마찬가지로 튜브(1812)는 횡 하중(미도시된, 하지만 예를 들어 도 4A본원에 기술되고 도시된 다른 횡 하중의 방법에서)을 받고, 두 표면들 사이에 위치된다. 표면들(1816, 1820)은 변형재킷(1808)에 의한 튜브(1812)를 직접 결합할 수 있어서, 그것은 광섬유(1804)의 길이방향 축을 따라 길이방향으로 움직일 수 있다. 스페이서(1924, 1828)의 설치(set)는 표면들(1816, 1820) 사이의 이격을 제한하도록 이용될 수 있다. 그 결과 스페이서(S)는, 예를 들어 광섬유(1804)의 직경(D)와 동일하게 선택될 수 있다. 예를 들어 도17에 관현된 상기 기술된 바와 같은, 전기 변압기 적용을 위해, 표면들(1816, 1820)은 문제에서 변압기의 일부를 형성하는 전기적 절연물질의 표면들이 될 수 있다.

도 19는 도18에서 도시된 횡-하중 섬유-격자 센서(1800)와 유사한 섬유-격자 센서(1900)를 도시한다. 도19의 온도 센서(1900)는 광섬유를 보호하도록 제공하는 광섬유(1904), 변형 완화 튜브 및 ORMOCER®물질일 수 있는 LSI 코팅(1908)을 포함한다. 쌍의 상부 및 하부 표면들(1916, 1920)은 각각, 스페이서들(1924, 1928)의 설치로 인해 분리되어서, 코팅(1908)은 센서가 횡 하중을 받을 때, 표면들로 인해 결합되지 않는다. 이러한 방법에서, 스페이서들(1924, 1928) 사이에 위치된 섬유 격자는 온도로부터 영향을 받지만 횡-하중-유도 변형으로부터 격리된다. 예를 들어 도 17에서 도시된 바와 같이 전기 변압기 적용을 위해, 튜브(1912)는 슬릿처럼 구멍이 나거나, 온도 센서의 열린 구조(open structure)로 인해 강화된(enhanced) 섬유 격자의 범위 내에 변압기 유전체 오일의 자유로운 흐름을 위해 허락되도록 구성된다. 변압기의 적용에서, 표면들(1916 및 1920)은 방법에서 변압기의 일부를 형상하는 전기적인 절연 물질의 표면들일 수 있다.

도 20은 도 19에 도시된 온도 섬유-격자-센서(1900)와 유사한 섬유-격자 센서(2000)를 도시하지만, 물 또는 화학 컨텐츠의 측정을 지지하도록 구성되고 설계된다. 도 20의 센서(2000)는 하나 이상의 코팅들을 구비할 수 있는 광 섬유(2004)를 포함한다. 제1 코팅(2008)은 예를 들어 물을 위한 폴리이미드와 같은 물 또는 화학적 컨텐츠에 반응하는 물질의 LSI 재킷일 수 있거나 물 및 화학적 컨텐츠에서 상대적으로 둔감하게(unresponsive) 변화하는 유사한 물질 또는 ORMOCER®일 수 있다. 만일 제1 코팅(2008)이 물 또는 화학적 컨텐츠에 반응하지 않는다면, 물 또는 화학적 컨텐츠의 변화에 반응하는 LSi 재킷 물질인 제2 코팅(2012)은 제1 코팅 위에 제공될 수 있다. 습도 센서의 경우에, LSi코팅(2012)는 폴리이미드일 수 있다. 변형-완화 튜브(2016)은 보호를 제공하도록 광섬유(2004) 주위에 위치될 수 있다. 쌍의 표면들(2020, 2024)은 스페이서들(2028, 2032)의 설치로 인해 분리되어서, 광섬유(2004)는 센서(2000)에 제공된 어떠한 횡 하중으로부터 격리된다. 전기 변압기로 센서(2000)의 적용을 위하여, 변형 완화 튜브(2016)은 슬릿처럼(slit) 관통되거나, 그렇지 않으면 단일 코팅이 이용될 때 코팅(2008)과, 이중 코팅이 이용될 때 코팅(2012)과 연결 내로 및 주위로 흐르도록 예를 들어 물 및 바람직하지 않은 화학물들과 같은 오염물들 및 변압기 유전 오일의 자유로운 흐름을 허용하도록 구성되어서, 대응하는 코팅은 물- 또는 화학-컨텐츠의 변화에 반응할 수 있다. 변압기 적용들에서, 표면들(202, 2024)은 문제에서 변압기의 일부를 형성하는 전기적인 절연물질의 표면들이 될 수 있다.

도 21는 횡 하중, 온도, 및 물/화학적 컨텐츠를 측정하도록 이용되는 센서(2100)를 도시한다. 도21에 도시된 실시예에서, 세 라인 내의 광섬유들(in line fiber gratings 2104, 2108, 2112)은 파장에서 충분한 다름을 구비하고, 광 섬유(2116)에 위치되어서, 그 신호들은 중첩(overlap)되지 않는다. 제1 구역(2120)은 도 20에서 도시된 물/화학적 컨텐츠와 유사한 물/화학 컨텐츠 센서를 포함한다. 구역(2120) 내의 LSI 코팅은 물/화학적 컨텐츠 내의 변화에 반응하도록 설계/선택된다. 일례로, LSI코팅(2124)는 물 컨텐츠 측정들을 위한 폴리이미드가될 수 있다. 상부 및 하부 표면들(미도시된, 하지만 도 20의 표면들(2020, 2024)와 유사한)사이의 이격(도 21에서 미도시된)은 구역(2120) 내에 횡-하중-유도 변형으로부터 광섬유(2116)를 격리하기 충분하다. 이러한 실시예에서, 제2 구역(2128)은 도 18의 횡-하중센서(1800)와 유사한 횡-하중 센서를 포함한다. 상부 및 하부 표면들(미도시된, 하지만 도 18의 표면들(1816, 1820)와 유사한)사이의 이격(도 21에서 미도시된)은 배열되어서, 횡하중(미도시된)은 결합되고, 구역(2128)에서 LSI코팅(2132) 횡하중의 변화와 함께 연장한다. 코팅(2132)은 ORMOCER® 또는 유사한 물질일 수 있다. 제3 구역(2136)은 도19의 온도센서(1900)와 유사하게 구성된 온도센서를 포함한다. 상부 및 하부 표면들(미도시된, 하지만 도19의 표면들(1916, 1920)과 유사한)은 충분히 분리되어서, 구역(2136)에서 LSI코팅(2140) 은 센서(2100)에 적용된 어떠한 횡 하중으로 인해 결합되지 않는다. 단지 바람직하게 도시되고 변화될 수 있는 센서의 횡-하중-센싱 구역(2128), 온도-센싱 구역(2136), 및 습도-센싱 구역(2120)을 위한 구체는 게시된다. 또한, 단일 변형-완화 튜브는 전기 변압기 적용들을 위한 변압기 유전 오일 흐름을 지지하도록 슬릿, 구멍들(perforations) 또는 다른 수단들을 구비하는 모든 세 센서들을 지지하도록 이용될 수 있다. LSI 코팅은 물-컨텐츠 측정을 지지하도록 이용될 수 있는 유사한 재킷 또는 ORMOCER® 넘어서 폴리이미드의 코팅 및 ORMOCER® 또는 유사한 물질들일 수 있다. 대안적으로 제1 구역(2120)에서 ORMOCER®재킷은 재코팅을 위해 이용되는 폴리이미트 및 제거될 수 있다. 조립체의 상부 및 하부 표면들은, 예를 들어 수치 가공 방법들(numerical machining methods)을 이용하는 단일 조각 없이 전기적 절연 물질 내로 즉시 형성될 수 있다. 이러한 순서들은 저렴한 비용이고, 전기 변압기내로 인입 및 조립을 단순화한다.

바람직한 실시예들은 동봉한 도면들에서 도시되고 상기 기술된다. 이것은 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어남 없이 명확하게 본원에 개시되어 있는 것이 이루어 질 수 있는 다양한 변형, 누락, 추가들은 당업자에게 이해될 것이다.

10 : 광섬유
14 : 섬유 격자
18 : 코어
22 : 스펙트랄 피크
26 : 횡 방향 하중
30 : 스펙트랄 피크
34 : 횡 방향 하중
38 : 스펙트랄 피크
200 : 조립체
204 : 제1 횡-하중-적용-구조
208 : 광섬유
212 : 하중-균형 스페이서
216 : 횡-하중-적용 구조
220 : 접착 물질
224 : 리세스
228 : 리세스
232 : 틈
236 : 횡하중
300 : 스펙트랄 응답 곡선
304 : 분리점
400 : 센서 조립체
404 : 재킷 섬유
404A : LSI 재킷
404B : 광섬유
404C : 재킷 섬유
408 : 재킷 섬유
408A : LSI 재킷
408B : 광섬유
408C : 재킷 섬유
412 : 로드 적용 구조
416 : 로드 적용 구조
420 : 접착 물질
424 : 하중 베어링 채널
428 : 하중 베어링 채널
440 : 횡 방향 힘
444 : 화살표

Claims

압축 하중 측정을 위한 센서에 있어서,
센서를 이용하는 동안 압축 하중이 수직으로 향해지도록 구성되고 설계된 길이방향 축을 구비하는 제1 광섬유;
상기 제1 광섬유에 적용되는 제1 브래그 격자; 및
상기 길이방향 축을 따라 연장하고 상기 제1 광학섬유와 연결되는 제1 길이방향-변형-유도 재킷, 상기 길이방향-변형-유도 재킷은 압축하중의 크기(magnitude) 증가의 기능으로써 상기 제1 브래그 격자에서 상기 제1 광섬유 내에 증가하는 축 방향 인장 변형을 유도하도록 구성되고 선택됨;
을 포함하는 센서.
제 1항에 있어서,
상기 제1 광섬유에 적용되는 제2 브래그 격자를 더 포함하고, 상기 제2 브래그 격자는 상기 제1 브래그 격자를 이용하는 측정의 온도보정을 위해 제공되고 상기 제1 브래그 격자로부터 이격되는 센서.
제1 항에 있어서,
상기 제1 광섬유는 길이방향-변형-유도 재킷의 적어도 일부로 인하여 둘러 쌓여지고, 상기 제1 브래그 격자를 포함하는 횡-하중-센싱 구역을 포함하고, 센서는 상기 횡-하중-센싱 구역 그곳 사이 속에 끼우는 횡-하중-적용 구조들을 더 포함하는 센서.
제 3항에 있어서,
상기 횡-하중-적용 구조들의 쌍은 횡 방향 압축 하중 내에 상기 횡-하중-적용 구조들 사이에서 틈을 정의하는 직면하는 면들의 쌍을 포함하고, 상기 틈은 상기 횡-하중-센서 구역을 포함하는 센서.
제 4 항에 있어서,
상기 틈은 상기 직면하는 면들을 연장하고 상기 횡-하중-센서를 둘러 싸는 에폭시를 포함하는 센서.
제 4항에 있어서,
제1 상기 직면하는 면들 중 하나는 압축하중의 적용에 반응하게 상기 제1 길이방향-변형-유도 재킷의 연장을 최적화하도록 구성되고 설계되며 상기 횡-하중-센서 구역을 수용하는 제1 리세스를 포함하는 센서.
제 6항에 있어서,
상기 제1 리세스는 V-모양의 횡단면 모양을 구비하는 센서.
제 6항에 있어서,
상기 제1 리세스는 아치형 횡 단면 모양을 구비하는 센서.
제 6항에 있어서,
제2 상기 직면하는 면들 중 하나는 상기 제1 리세스에 대응하여 위치한 제2 리세스를 구비하고, 상기 제2 리세스는 압축하중의 적용에 반응하게 상기 제 1 길이방향-변형-유도 재킷의 연장을 최적화하도록 구성되며 설계되며 상기 횡-하중-선서 구역을 수용하는 센서.
제 4항에 있어서,
상기 횡-하중-센싱 구역에 대해 이격되게 상기 틈에 위치된 적어도 하나의 하중-균형 스페이서를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 하중-균형 스페이서는 상기 횡-하중-센싱 구역의 기능과 같이 치수화 되는 센서.
제 10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하중-균형 스페이서는 상기 제1 광섬유의 상기 제1 길이방향-변형-유도 재킷에 실질적으로 필적하도록 재킷에 코팅되는 제2 광섬유를 포함하는 센서.
제 3항에 있어서,
센서는 외부 구조와 이용되도록 구성되고 설계되고, 상기 횡-하중-적용 구조들은 상기 외부 구조와 결합되도록 구성되고 설계된 단일 유닛을 형성하도록 다른 하나를 구비하여 통합되는 센서.
제 3항에 있어서,
상기 제1 브래그 격자에 대해 이격되게 상기 제1 광섬유에 적용되는 제2 브래그 격자를 더 포함하고, 상기 제2 브래그 격자가 상기 횡-하중-적용 구조들의 쌍 사이 내로부터 밖으로 위치되는 센서.
제 13항에 있어서,
상기 제2 브래그 격자는 온도-센싱 격자로써 제공되는 센서.
제 14항에 있어서,
센서는 제2 물리적 특성을 측정하기 위해 구성되고 설계되며,
상기 제 1 브래그 격자 및 상기 제2 브래그 격자 각각에 대해 이격되게 상기 제1 광학섬유에 적용되는 제3 브래그 격자, 상기 제 3 브래그 격자는 상기 횡-하중-적용 구조들의 쌍 사이 내로부터 밖으로 위치됨; 및
상기 길이방향 축을 따라 연장하고 상기 제1 광섬유와 연결되는 제 2 길이방향-변형-유도 재킷, 상기 제2 길이방향-변형-유도 재킷은 제2 물리적 특성 내에 변화의 기능으로서 상기 제3 브래그 격자에서 상기 제1 광섬유 내에 축 변형을 유도하도록 구성 및 선택됨;
을 더 포함하는 센서.
제 13항에 있어서,
상기 제2 브래그 격자는 상기 길이방향 축을 따라 연장하고 상기 제1 광섬유에 연결되며 제2 길이 방향-변형-유도 재킷을 포함하는 센서 및 물질-센싱 격자로 제공되며, 상기 제2 길이방향-변형-유도 재킷은 물질의 존재의 기능으로써 상기 제2 브래그 격자에서 상기 제1 광섬유 내에 축 방향 변형을 유도하도록 구성되고 선택되는 센서.
제 16항에 있어서,
상기 제2 브래그 격자는 습기-센싱 격자로서 제공되고 상기 제2 길이방향-변형-유도 재킷은 습기의 존재의 기능으로서 상기 제2 브래그 격자에서 상기 제1 광섬유 내 길이방향 변형을 유도하도록 선택되고 구성되는 센서.
조임 하중을 받는 전기 와인딩; 및
조임 하중을 측정하기 위한 상기 전기 와인딩과 결합하는 횡-압력 센서;
를 포함하고,
상기 횡-압력 센서는
각각, 제1 및 제2 하중 부재들 사이의 틈을 정의하는 제 1 및 제2 직면하는 면들을 구비하는 제 1 및 제2 하중 부재들;
길이방향 축을 구비하고 상기 틈에 위치된 횡-하중-센싱 구역을 구비하는 제1 광섬유;
상기 횡-하중-센싱 구역에서 상기 제1 광섬유에 적용되는 제1 브래그 격자; 및
상기 길이방향 축을 따라 연장하고 상기 횡-하중-센싱 구역 내의 상기 제1 광섬유에 연결되는 제1 길이방향-변형-유도 재킷, 상기 제1 길이방향-변형-유도 재킷은 조임 하중에서 변화의 기능으로써 상기 제1 브래그 격자에서 상기 제1 광섬유 내에 축 방향 변형을 유도하도록 구성되고 선택됨;
을 포함하는,
전기 변압기.
제 18항에 있어서,
제1 상기 직면하는 면들 중 하나는 압축하중의 적용에 반응하게 상기 제1 길이방향-변형-유도 재킷의 연장을 최적화하도록 구성되고 설계되며 상기 횡-하중-센서 구역을 수용하는 제1 리세스를 포함하는 변압기.
제 19항에 있어서,
상기 제1 리세스는 V-모양 횡 단면 모양을 구비하는 변압기.
제 19항에 있어서,
상기 제1 리세스는 아치형 횡 단면 모양을 구비하는 변압기.
제 19항에 있어서,
상기 제1 상기 직면하는 면들 중 하나는 상기 제1 리세스에 대응하게 위치된 제2 리세스를 구비하고, 상기 제2 리세스는 압축하중의 적용에 반응하게 상기 제 1 길이방향-변형-유도 재킷의 연장을 최적화하도록 구성되고 설계되며 상기 횡-하중-센서 구역을 수용하는 변압기.
제 18항에 있어서,
상기 횡-하중-센싱 구역에 대해 이격되게 상기 틈에 위치된 적어도 하나의 하중-균형 스페이서를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 하중-균형 스페이서는 상기 횡-하중-센싱 구역의 기능과 같이 치수화 되는 변압기.
제 23항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하중-균형 스페이서는 상기 광섬유의 상기 제1 길이방향-변형-유도 재킷에 실질적으로 필적하도록 재킷이 코팅되는 제 2 광섬유를 포함하는 변압기.
제 28항에 있어서,
상기 제1 브래그 격자에 대해 이격되게 상기 제1 광섬유에 적용되는 제2 브래그 격자를 더 포함하고, 상기 제2 브래그 격자는 상기 횡-하중-적용 구조들의 쌍 사이 내로부터 밖으로 위치되는 변압기.
제 25항에 있어서,
상기 제2 브래그 격자는 온도-센싱 격자로 제공되는 변압기.
제 25항에 있어서,
상기 제2 브래그 격자는 습기의 존재의 기능으로써 상기 제2 브래그 격자에서 상기 제1 광섬유 내에 축 방향 변형을 유도하도록 구성되고 선택되는 제2 길이방향-변형-유도 재킷을 더 포함하는 상기 센서 및 습기-센싱 격자로 제공되는 변압기.
제 26항에 있어서,
상기 센서는 상기 전기 와인딩에서 습기를 특정하기 위해 더 구성되고 설계되며,
상기 제2 브래그 격자 및 상기 제2 브래그 격자 각각에 대해 이격되게 상기 제1 광섬유에 적용되는 제3 브래그 격자, 상기 제 3 브래그 격자는 상기 횡-하중-적용 구조들의 쌍 사이 내로부터 밖으로 위치됨;
상기 길이방향 축을 따라 연장하고 상기 제2 광섬유와 연결되는 제2 길이방향-변형-유도 재킷, 상기 제2 길이방향-변형-유도 재킷은 습기에서 변화의 기능으로써 상기 제3 브래그 격자에서 상기 제1 광섬유 내에 축 방향 변형을 유도하도록 구성되고 선택됨;
을 더 포함하는 변압기.