光ファイバ検出システム
【課題】相対的に小型のより優れた流体又は気体の流れの流速、圧力、温度、質量流量等のパラメータを測定する検出装置を得る。
【解決手段】光ファイバ検出システム１０は、流路１２に配置されるハウジング１４と、光ファイバセンサ１６とからなり、この光ファイバセンサ１６は、ハウジング１４内において固定される光ファイバ２８と、ブラッグ格子３６と、光を光ファイバに送る光源３８と、光ファイバ２８のブラッグ格子３６によりろ過される光を検出するとともに検出される光の波長変化を監視する検出器３９とからなる。光ファイバ２８は、実質的に流路１２に対して垂直をなし、流路１２を通る流れが、光ファイバ２８に圧力を加えるとともにブラッグ格子３６の変形を引き起こすことを可能にする。
【解決手段】光ファイバ検出システム１０は、流路１２に配置されるハウジング１４と、光ファイバセンサ１６とからなり、この光ファイバセンサ１６は、ハウジング１４内において固定される光ファイバ２８と、ブラッグ格子３６と、光を光ファイバに送る光源３８と、光ファイバ２８のブラッグ格子３６によりろ過される光を検出するとともに検出される光の波長変化を監視する検出器３９とからなる。光ファイバ２８は、実質的に流路１２に対して垂直をなし、流路１２を通る流れが、光ファイバ２８に圧力を加えるとともにブラッグ格子３６の変形を引き起こすことを可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に検出技術に関し、特に光ファイバ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体又は気体の流れの流速、圧力、温度、質量流量等のパラメータを測定する様々な検出装置が知られている。しかし、冷却流又はシールを介した漏洩流等の接近困難な通路を介した流れを測定する場合、従来の検出装置は実施するのが面倒である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，７１２，０８４号
【特許文献２】米国特許第６，８１３，９６２号
【特許文献３】米国特許第６，７４０，８６６号
【特許文献４】米国特許第６，９２３，０４８号
【特許文献５】米国特許第７，１４９，３７４号
【特許文献６】米国特許第７，２０７，２１４号
【特許文献７】米国特許第６，９８１，４０６号
【特許文献８】米国特許第７，３２２，２４７号
【特許文献９】米国特許出願公開第２００４／００３１３２６Ａ１号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００６／０１７０９０９Ａ１号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００３／０２０６６７７Ａ１号
【特許文献１２】欧州特許第１０１２５５３Ｂ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
相対的に小型のより優れた検出装置を得ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示の実施形態によれば、光ファイバ検出システムが得られる。この光ファイバ検出システムは、流路に配置されるハウジングと光ファイバセンサとからなる。光ファイバセンサは、ハウジング内に固定される光ファイバと、ブラッグ格子と、光ファイバに光を送る光源と、光ファイバのブラッグ格子によりろ過される光を検出するとともに検出される光の波長変化を監視する検出器とからなる。ファイバは、実質的に流路に対して垂直をなす。ハウジングは、上流側において開口を形成して、流路を通る流れが光ファイバに圧力を加えるとともにブラッグ格子の変形を引き起こすことを可能にする。
【０００６】
本明細書に開示の他の実施形態によれば、光ファイバ検出システムが得られる。この光ファイバ検出システムは、流路に配置されるハウジングと光ファイバセンサとからなる。光ファイバセンサは、ハウジング内に固定される光ファイバからなる。光ファイバは、実質的に流路に対して垂直をなすとともに、流路内における差圧を測定する第１のブラッグ格子を含む第１の部分と、流路内における全圧を測定する第２のブラッグ格子を含む第２の部分と、流路内における温度を測定する第３のブラッグ格子を含む第３の部分とからなる。光ファイバセンサは、さらに、ファイバを介して光を送る光源と、光ファイバのブラッグ格子によりろ過される光を検出するとともに検出される光の波長変化を監視する検出器とを含む。
【０００７】
本発明の上記及びその他の特徴と態様と利点とは、図面全体を通して同じ参照符号が同じ部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に従った、流れの差圧を測定する光ファイバ検出システムの断面図である。
【図２】光ファイバに加えられる圧力によるブラッグ格子の波長変化を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に従った、流れの差圧と静圧とを測定する光ファイバ検出システムの断面図である。
【図４】図３の光ファイバ検出システムの空洞部内における光の反射と透過とを示す拡大図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に従った、流れの全圧と静圧とを測定する光ファイバ検出システムの断面図である。
【図６】本発明のさらにまた他の実施形態に従った、流れの流動方向と全圧とを測定する光ファイバ検出システムの断面図である。
【図７】図６の線７−７における光ファイバ検出システムの断面図である。
【図８】本発明のまた別の実施形態に従った、流れの全圧と差圧と温度とを測定する光ファイバ検出システムの側面図である。
【図９】図８の線９−９における断面図である。
【図１０】それぞれ図８及び９の実施形態を通る流れの全圧と差圧と温度との変化による３個のブラッグ格子の波長変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、流体（液体又は気体）の流れのパラメータを測定する光ファイバ検出システムを開示するものである。これらの光ファイバ検出システムは、ブラッグ格子を有する各光ファイバセンサを含む。検出される光の波長の変化を監視することにより、流れの差圧、静圧、流速及び／又は温度を測定することができる。説明を簡単にするために、異なる実施形態にわたって共通する要素は同じ参照符号を共有する。
【００１０】
図１に、流路１２に配置されるハウジング１４と光ファイバセンサ１６とからなる光ファイバ検出システム１０が図示されている。光ファイバセンサ１６は、ハウジング１４内に固定される光ファイバ２８からなるとともに、該ファイバ上にブラッグ格子３６を有する。ファイバ２８は、実質的に流路に対して垂直をなし、ハウジング１４は、上流側において開口を形成して、流路を通る流れがファイバ１４に圧力を加えるとともにブラッグ格子３６の変形を引き起こすことを可能にする。光ファイバセンサ１６は、さらに、ファイバ２８を介して光を送る光源３８と、光ファイバのブラッグ格子によりろ過される光を検出するとともに検出される光の波長変化を監視する検出器３９とを含む。
【００１１】
図１は、さらに、流路１２内における差圧を測定する例示的な光ファイバ検出システム１０の図である。流路１２を通る流体の流れは、一般に流動方向Ｄに向かい、従って、以下に用いられる場合、「下流」及び「上流」という用語は、いずれも流動方向Ｄに対して定義されている。図１の実施形態において、ハウジング１４は、流動方向Ｄの上流チャネル２０と流動方向Ｄに対して実質的に垂直をなす下流チャネル２２とを有する実質的に直角なトンネル１８を含む。上流及び下流チャネル２０及び２２は、それぞれハウジング１４の前面の上流側開口２４とハウジング１４の底面の下流側開口２６とを含む。図１の実施形態において、光ファイバセンサ１６は、ハウジング１４内において固定されかつ密封されてファイバ端部が流路１２と接触しないようになっている上側及び下側端部を有する、流動方向Ｄに対して略垂直に配置される光ファイバ２８を含む。ファイバ２８は、コア部２７とコア部２７を取り巻く外側層２９とを含み、ファイバ２８の中間部分３０は、上流チャネル２０内において、下流チャネル２２に隣接して配置される。
【００１２】
これにより、流体は、上流側開口２４からトンネル１８内に流入するとともに、下流側開口２６からトンネル１８外に流出して、ファイバ２８の中間部分３０は、流体流の全圧Ｐｔに関連ある一方の側部３２と流体流の静圧Ｐｓを受けるもう一方の側部３４とを有する。流れ１２によりファイバ２８に加えられる全圧Ｐｔと静圧Ｐｓとは、下記のベルヌーイの方程式に従う。
Pt = Ps + Pd
ここで、「Ｐｄ」は、下式に従って流速の二乗に比例する動圧又は差圧である。
【００１３】
【数１】
【００１４】
ここで、ρは、ｋｇ／ｍ３の単位で表される流体密度であり、ｕは、ｍ・ｓ−１の単位で表される流速である。従って、ファイバ２８の偏向は、差圧Ｐｄに比例し、さらに流速ｕの指標となる。
【００１５】
引き続き図１を参照すると、光ファイバセンサ１６は、さらに、ファイバ２８内のブラッグ格子３６と、ファイバ２８に光を放射する光源３８と、ブラッグ格子３６から反射される光を受ける検出器３９とを含む。一実施形態において、ブラッグ格子３６は、ファイバ２８の中間部分３０内の分布周期格子からなる一方で、他の実施形態では、ブラッグ格子３６は、ファイバ２８内において中間部分３０より下又は上に配置される。光源３８は、例えば一般に１４００〜１５００ナノメートルの波長範囲にわたって走査され得る同調可能レーザ、ＬＥＤ、レーザーダイオード又は何らかのその他の準単色光源からなり得る。
【００１６】
ブラッグ格子３６は、当該技術分野において周知の何らかの方法によりファイバ２８上に形成され得、一例では、このような製作には、紫外光の干渉縞を用いて永久的な屈折率変調を創出する方法が含まれる。光源３８からの光がファイバ２８を通ってブラッグ格子３６に送られると、光エネルギーは、下式により与えられる対応するブラッグ波長でブラッグ格子により反射される。
λB= 2neff Λ
ここで、「λB」は、ブラッグ波長を表し、「ｎｅｆｆ」は、屈折率であり、「Λ」は、格子の周期である。格子３６の屈折率ｎｅｆｆと周期Λとのいずれもが温度及び歪みの関数である。このため、ブラッグ格子３６に加えられる差圧Ｐｄは、３６上において、反射光のブラッグ波長の変化を招く歪みを誘導する。
【００１７】
図２に示されるように、実線の波形は、ファイバ２８に垂直に加えられる圧力がない場合の原波形λであり、破線の波形は、差圧Ｐｄによりもたらされるシフト後の波形λである。従って、ブラッグ波長のシフトΔλと差圧Ｐｄとを相関させることにより、ブラッグ波長シフトΔλを監視することによって差圧Ｐｄを得ることができる。光ファイバセンサは、相対的に小型であり、かつ歪みに対して鋭敏であるため、有用である。このため、光ファイバ検出システム１０は、ガスタービン装置における冷却流又はシールを介した漏洩流等の接近困難な流動部分に用いられ得る。
【００１８】
図３に、差圧Ｐｄと静圧Ｐｓとの両方を測定する、本発明のまた他の実施形態に従った光ファイバ検出システム４０が示されており、光ファイバセンサ４２は、ハウジング１４の下端部分かつファイバ２８の下に固定される誘電体膜４４を含むファブリー・ペロー光センサからなる。ファイバ２８は、下側端部４６を含む。膜４４は、ファイバ２８に面する内面４７と、流路１２に露出されるとともに静圧Ｐｓを受ける外面４９とを含む。距離ｄを有する空洞部４８は、ファイバ２８の下側端部４６と膜４４の内面４７との間に形成される。
【００１９】
図４を参照すると、光源３８（図３）からの光は、ファイバ２８を透過するとともに、部分的に空洞部４８内へと発せられる。ファイバ２８の下側端部及び膜４４は、それぞれ反射率ｎ１及びｎ２を有し、一実施形態では、ｎ１＝ｎ２である。空洞部４８は、反射率ｎ１及びｎ２とは異なる反射率ｎｃを有する。空洞部４８内に発せられる光は、空洞部４８内においてファイバ２８の下側端部４６と膜４４との間で反射される反射光成分５０と、ファイバ２８の下側端部４６を通って空洞部４８の外に送られるとともに検出器３９により受けられる透過光成分５２とを含む。通常の反射条件であれば、透過光成分５２は、空洞部４８とさらに相互作用することはない。膜４４の外面４９は、測定対象の静圧Ｐｓにさらされる。静圧Ｐｓの増加は、膜４４を空洞部４８の方へと偏向させる。膜４４の内面は、圧力上昇の結果として湾曲して、膜４４の内面上において反射される光の反射角が変化するようになる。空洞部４８内における光の強度に対する検出器３９に到達する光の強度は、膜４４の外面４９に作用する圧力（静圧Ｐｓ）と相関関係にある。従って、空洞部４８からの光の強度を測定することにより、静圧Ｐｓを測定することができる。
【００２０】
図５に、流路１２内における全圧Ｐｔと静圧Ｐｓとの両方を測定する、本発明のまた他の実施形態に従った光ファイバ検出システム６０が図示されている。この図の光ファイバ検出システム６０は、自身内に中央スロット６６を有する長手ハウジング６４と、ハウジング６４の中央スロット６６内に固定される光ファイバセンサ６２とを含む。光ファイバセンサ６２は、図３の光ファイバセンサ４２と同様の構成を有するとともに、ハウジング６４の中央スロット６６内に固定されるファイバ２８と、ファイバ２８内のブラッグ格子３６と、ファイバ２８の下側端部４６より下の膜４４と、下側端部４６と膜４４との間の空洞部４８とを有する。
【００２１】
ハウジング６４は、流路１２内において、流動方向Ｄに対して実質的に垂直な方向に配置される。ハウジング６４は、自身の上流側を貫通して中央スロット６６と連通する上流側開口６８を有する。全圧Ｐｔは、開口６８を介してファイバ２８に作用し、ファイバ２８の変形を引き起こすとともに、さらに、上述のようにブラッグ格子３６を通る光の波長シフトを引き起こす。ブラッグ格子３６の波長シフトを監視することにより、流れ１２の全圧Ｐｔを得ることができる。ある実施形態において、光ファイバ検出システム６０は、さらに、流れ１２が開口６８を介して中央スロット６６内に流入することを防ぐ一方で流れ１２の全圧Ｐｔをファイバ２８に伝える封止膜６７を含む。ある実施形態では、溝６９が、ファイバ２８内においてファイバ２８の下流側部に隣接して形成されて、全圧Ｐｔ下におけるファイバ２８の変形を可能にする。
【００２２】
膜４４は、ハウジング６４の下端部に固定されるとともに、静圧Ｐｓを受ける。上述のように、空洞部４８の距離ｄの変化は、静圧Ｐｓと相関関係にある空洞部４８の強度変化を引き起こす。従って、空洞部４８の強度変化を監視することにより、流れ１２の静圧Ｐｓを得ることができる。
【００２３】
図６及び７に、流れ１２の流動方向と全圧Ｐｔとを測定する、本発明のまた他の実施形態に従った光ファイバ検出システム７０が図示されている。図６を参照すると、光ファイバ検出システム７０は、光ファイバセンサ７１と、光ファイバセンサ７１を保持するハウジング７２とを含む。一実施形態において、光ファイバセンサ７１は、第１、第２及び第３のファイバ７３、７４、及び７５を含む少なくとも３個のファイバを含む。一実施形態において、ハウジング７２は、流路１２を通る流れに一般に直面する頂点と、一般的な流動方向に対して対称に配置される２辺とを有する二等辺三角形の断面を有する。第１の開口７６は、ハウジング７２の頂点に形成され、第２及び第３の開口７７及び７８は、２辺上において対称に配置される。第１、第２及び第３のファイバ７３、７４及び７５は、ハウジング７２内において固定されるとともに、各々がそれぞれ第１、第２及び第３の開口７６、７７及び７８に露出される部分を有する。また他の実施形態では、ハウジングは、奇数個の辺を有する多角形の断面を有し得る。流れは、流路１２を通って多角形の頂点に取り付けられるセンサ上に入射する。少なくとも１対の辺は、一般的な流動方向に対して対称に配置され、各辺が開口を形成する。さらに他の実施形態において、ハウジング７２は、また他の断面形状を有し得る。第１、第２及び第３の各ファイバ７３、７４及び７５は、開口７６、７７及び７８に露出される測定面を有し、これらの測定面の配向は、互いに角度をなす。
【００２４】
各々のファイバ７３、７４及び７５は、ブラッグ格子３６を含む。一部の実施形態において、各ブラッグ格子３６は同じである。図５に関する上述の説明を参照すると、各々のファイバ７３、７４及び７５は、流路１２を通る流体の流れによって変形する。流れが正確に流動方向Ｄに向かう場合は、第１のファイバ７３における透過光又はブラッグ格子３６からの反射光の波長は、全圧Ｐｔの指標となる一方で、第２及び第３のファイバ７４及び７５のブラッグ格子３６に作用する圧力は、この全圧を下回るとともに、同じ波長シフトをもたらす。流動方向が変化すると、第１のファイバ７３のブラッグ格子３６に作用する検出全圧が低下し、第２及び第３のファイバ７４及び７５により検出される圧力が変化する。例えば、事前の較正とルックアップ表の作成とにより、流動方向と全圧とを推論することができる。一実施形態において、光ファイバセンサ７１は、さらに、検出器３９から信号を受けるとともに流動方向を推定する制御装置７９（図７）を含む。また他の実施形態において、制御装置７９は、検出器３９内に埋め込まれて、検出器３９が推定機能を果たすようになっている。さらにまた他の実施形態では、速度とその方向とが、光ファイバセンサ７１の較正時に作成されるアルゴリズムを手段として判断され得、このアルゴリズムは、コンピュータ又は同様のデータ収集システムにおいて実行され得る。
【００２５】
図６の線７−７における断面図である図７を参照すると、一実施形態において、封止膜６７は、第１のファイバ７３と第１の開口７６との間に設けられて、流れ１２がハウジング７２内に第１の開口７６を通って流入することを防ぐ一方で流れ１２の圧力が第１のファイバ７３に届くことを可能にする。ある実施形態において、開口７６は、第１のファイバ７３のブラッグ格子３６に隣接しないように配置されて、ブラッグ格子３６が損傷から保護される。一実施形態において、溝６９は、ブラッグ格子３６に対して下流方向に設けられて、流れ１２の圧力下における第１のファイバ７３の十分な変形を可能にする。ある実施形態では、ハウジング７２は、図７の第１のファイバ７３のためのものと同様の、第２及び第３のファイバ７４及び７５を保持する構成を有する。
【００２６】
図８及び９に、流路１２内における全圧Ｐｔと差圧Ｐｄと温度とを測定する、本発明のまた他の実施形態に従った光ファイバ検出システム８０が図示されている。光ファイバ検出システム８０は、ファイバ８２と、ファイバ８２を保持するハウジング８４と、それぞれ差圧Ｐｄと全圧Ｐｔと温度とを測定する、ファイバ８２内の第１、第２及び第３のブラッグ格子８６、８７及び８８とを含む。一実施形態において、ブラッグ格子８６、８７及び８８は、１個の共通のファイバ８２である。図８及び９を参照すると、ハウジング８４は、流路１２内に配置されるとともに、ファイバ８２がハウジング８４内において流動方向に対して実質的に垂直な方向に維持される態様に構成される。ファイバ８２は、それぞれ第１、第２及び第３のブラッグ格子８６、８７及び８８を保持する第１、第２及び第３の部分９０、９１及び９２を含む。ハウジング８４は、一般に流動方向に向くとともにファイバ８２の第１の部分９０に隣接する側部貫通穴９４を含む。流路１２からの流れは、部分的に貫通穴９４を通って流れる。従って、差圧Ｐｄは、ファイバ９２の第１の部分９０上において歪みを引き起こして、下流方向に向かって変形させる。第１のブラッグ格子８６の波長変化は、流れ１２の差圧Ｐｄと相関関係にある。第１のブラッグ格子８６の波長変化を監視することにより、差圧Ｐｄを得ることができる。ある実施形態において、ブラッグ格子８６は、貫通穴９４より低又は高位置に配置され、ブラッグ格子８６が損傷するのを保護する。一実施形態では、溝１００が、ブラッグ格子８６の下流側に設けられて、流れの差圧下における第１の部分９０の十分な変形を可能にする。
【００２７】
ハウジング８４は、ファイバ２８の第２の部分９１に隣接する側部開口９６を形成する。封止膜６７は、ファイバ８２と側部開口９６との間に設けられて、流れ１２がハウジング８４内に側部開口９６を介して流入することを防ぐ一方で流れ１２の全圧をファイバ８２の第２の部分９１に伝えることができる。従って、ファイバ２８の第２の部分９４は、流れ１２の全圧Ｐｔを受け、このため、第２のブラッグ格子８７の波長変化は、流れ１２の全圧Ｐｔと相関関係にある。第２のブラッグ格子８７の波長変化を監視することにより、流れ１２の全圧Ｐｔを得ることができる。
【００２８】
ある実施形態において、第１及び第２の部分９０及び９１は、それぞれ支持部によりハウジング８４に固定される上側及び下側端部を有し、このため、第１及び第２の部分９０及び９１の偏向が互いに伝わることはない。
【００２９】
第３のブラッグ格子８８の温度が増加ΔＴを有すると、第３のブラッグ格子８８のブラッグ波長は、第３のブラッグ格子８８の屈折率変調と格子周期とに対する熱膨張効果により、より長い波長の方向に移動する。このため、流路１２内における温度変化は、第３のブラッグ格子８８の波長シフトを監視することによって監視可能である。ハウジング８４は、空洞部９８を形成し、空洞部９８内のブラッグ格子８８は、温度変化に対して鋭敏である。一実施形態において、剛性カバー１０２が空洞部９８内に配置されて、流路１２からのあらゆる圧力がファイバ８２の第３の部分９２に作用することがさらに防がれる。
【００３０】
ある実施形態において、流れにおける温度変動による第１及び第２のブラッグ格子８６及び８７の波長変化は、第３のブラッグ格子８８の測定に基づいてさらに較正される。
【００３１】
図１０を参照すると、一実施形態において、第１、第２及び第３組のブラッグ格子８６、８７及び８８は、異なる反射スペクトルを有するとともに、異なる波長λＢ１、λＢ２及びλＢ３で反射を行う。このため、検出器３９は、第１、第２及び第３の格子８６、８７及び８８の３つの全ての波長λＢ１、λＢ２及びλＢ３を受けるとともに、その変化をそれぞれ監視する。
【００３２】
別段の記載がない限り、本明細書において用いられる専門用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野における通常の熟練者が共通に理解する意味と同じ意味を有する。「第１」、「第２」等の用語は、本明細書において用いられる場合、何らかの順序、数量又は重要性を示すのではなく、むしろ各要素を互いに区別するために用いられる。さらにまた、「ひとつ」及び「１個」という用語は、数量の制限を示すのではなく、むしろ当該のものが少なくとも１個存在することを示し、「前」、「後」、「底」及び／又は「上」等の用語は、別段の断りがない限り、単に説明の便宜のために用いられるとともに、何らかのひとつの位置又は空間的配向に制限されるわけではない。
【００３３】
例示的実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、かつこれらの実施例の要素を等価物に置き換え得ることが理解されよう。また、多くの改変を行って、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適応させることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示された特定の実施形態に制限されるのではなく、本発明は添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むことが意図されている。
【００３４】
上述のこうした全ての目的又は利点が必ずしも何らかの特定の実施形態に従って達成され得るわけではないことを理解されたい。このため、例えば、当業者には、本明細書に記載のシステム及び技術は、本明細書に教示又は示唆され得るその他の目的又は利点を必ずしも達成することなく、本明細書に記載の１個の利点又は１組の利点を達成又は最適化する態様で具体化又は実施され得ることが認識されよう。
【００３５】
さらにまた、当業者には、異なる実施形態の様々な特徴の互換性が認識されよう。当業者には、記載の様々な特徴及び各特徴のその他の周知の等価物を組み合せ、又は結合して、本開示の原則に従ってさらに他のシステム及び技術を構成することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 光ファイバ検出システム
１２ 流路
１４ ハウジング
１６ 光ファイバセンサ１６
１８ 直角なトンネル
２０、２２ 上流及び下流チャネル
２４ 上流側開口
２６ 下流側開口
２８ ファイバ
２７、２９ ファイバ２８のコア部及び外側層
３０ ファイバ２８の中間部分３０
３２、３４ 全圧Ｐｔ及び静圧Ｐｓを受ける２つの側部
３６ ブラッグ格子
３８ 光源
３９ 検出器
４０ 光ファイバ検出システム
４２ 光ファイバセンサ
４４ 誘電体膜
４６ ファイバ２８の下側端部
４８ 空洞部
４７、４９ 膜４４の内面及び外面
５０ 反射光成分
５２ 透過光成分
６０ 光ファイバ検出システム
６２ 光ファイバセンサ
６４ ハウジング
６６ 中央スロット
６８ ハウジング６４の上流側開口
６７ 封止膜
６９ 溝
７０ 光ファイバ検出システム
７１ 光ファイバセンサ
７２ ハウジング
７３、７４、７５ 第１、第２及び第３のファイバ
７６、７７、７８ ハウジングの第１、第２及び第３の開口
７９ 制御装置
８０ 光ファイバ検出システム
８２ ファイバ
８４ ハウジング
８６、８７、８８ 第１、第２及び第３のブラッグ格子
９０、９１、９２ ファイバ８２の第１、第２及び第３の部分
９４ 貫通穴
９６ 側部開口
９８ 空洞部
１００ 溝
１０２ 剛性カバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に検出技術に関し、特に光ファイバ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体又は気体の流れの流速、圧力、温度、質量流量等のパラメータを測定する様々な検出装置が知られている。しかし、冷却流又はシールを介した漏洩流等の接近困難な通路を介した流れを測定する場合、従来の検出装置は実施するのが面倒である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，７１２，０８４号
【特許文献２】米国特許第６，８１３，９６２号
【特許文献３】米国特許第６，７４０，８６６号
【特許文献４】米国特許第６，９２３，０４８号
【特許文献５】米国特許第７，１４９，３７４号
【特許文献６】米国特許第７，２０７，２１４号
【特許文献７】米国特許第６，９８１，４０６号
【特許文献８】米国特許第７，３２２，２４７号
【特許文献９】米国特許出願公開第２００４／００３１３２６Ａ１号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００６／０１７０９０９Ａ１号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００３／０２０６６７７Ａ１号
【特許文献１２】欧州特許第１０１２５５３Ｂ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
相対的に小型のより優れた検出装置を得ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示の実施形態によれば、光ファイバ検出システムが得られる。この光ファイバ検出システムは、流路に配置されるハウジングと光ファイバセンサとからなる。光ファイバセンサは、ハウジング内に固定される光ファイバと、ブラッグ格子と、光ファイバに光を送る光源と、光ファイバのブラッグ格子によりろ過される光を検出するとともに検出される光の波長変化を監視する検出器とからなる。ファイバは、実質的に流路に対して垂直をなす。ハウジングは、上流側において開口を形成して、流路を通る流れが光ファイバに圧力を加えるとともにブラッグ格子の変形を引き起こすことを可能にする。
【０００６】
本明細書に開示の他の実施形態によれば、光ファイバ検出システムが得られる。この光ファイバ検出システムは、流路に配置されるハウジングと光ファイバセンサとからなる。光ファイバセンサは、ハウジング内に固定される光ファイバからなる。光ファイバは、実質的に流路に対して垂直をなすとともに、流路内における差圧を測定する第１のブラッグ格子を含む第１の部分と、流路内における全圧を測定する第２のブラッグ格子を含む第２の部分と、流路内における温度を測定する第３のブラッグ格子を含む第３の部分とからなる。光ファイバセンサは、さらに、ファイバを介して光を送る光源と、光ファイバのブラッグ格子によりろ過される光を検出するとともに検出される光の波長変化を監視する検出器とを含む。
【０００７】
本発明の上記及びその他の特徴と態様と利点とは、図面全体を通して同じ参照符号が同じ部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に従った、流れの差圧を測定する光ファイバ検出システムの断面図である。
【図２】光ファイバに加えられる圧力によるブラッグ格子の波長変化を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に従った、流れの差圧と静圧とを測定する光ファイバ検出システムの断面図である。
【図４】図３の光ファイバ検出システムの空洞部内における光の反射と透過とを示す拡大図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に従った、流れの全圧と静圧とを測定する光ファイバ検出システムの断面図である。
【図６】本発明のさらにまた他の実施形態に従った、流れの流動方向と全圧とを測定する光ファイバ検出システムの断面図である。
【図７】図６の線７−７における光ファイバ検出システムの断面図である。
【図８】本発明のまた別の実施形態に従った、流れの全圧と差圧と温度とを測定する光ファイバ検出システムの側面図である。
【図９】図８の線９−９における断面図である。
【図１０】それぞれ図８及び９の実施形態を通る流れの全圧と差圧と温度との変化による３個のブラッグ格子の波長変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、流体（液体又は気体）の流れのパラメータを測定する光ファイバ検出システムを開示するものである。これらの光ファイバ検出システムは、ブラッグ格子を有する各光ファイバセンサを含む。検出される光の波長の変化を監視することにより、流れの差圧、静圧、流速及び／又は温度を測定することができる。説明を簡単にするために、異なる実施形態にわたって共通する要素は同じ参照符号を共有する。
【００１０】
図１に、流路１２に配置されるハウジング１４と光ファイバセンサ１６とからなる光ファイバ検出システム１０が図示されている。光ファイバセンサ１６は、ハウジング１４内に固定される光ファイバ２８からなるとともに、該ファイバ上にブラッグ格子３６を有する。ファイバ２８は、実質的に流路に対して垂直をなし、ハウジング１４は、上流側において開口を形成して、流路を通る流れがファイバ１４に圧力を加えるとともにブラッグ格子３６の変形を引き起こすことを可能にする。光ファイバセンサ１６は、さらに、ファイバ２８を介して光を送る光源３８と、光ファイバのブラッグ格子によりろ過される光を検出するとともに検出される光の波長変化を監視する検出器３９とを含む。
【００１１】
図１は、さらに、流路１２内における差圧を測定する例示的な光ファイバ検出システム１０の図である。流路１２を通る流体の流れは、一般に流動方向Ｄに向かい、従って、以下に用いられる場合、「下流」及び「上流」という用語は、いずれも流動方向Ｄに対して定義されている。図１の実施形態において、ハウジング１４は、流動方向Ｄの上流チャネル２０と流動方向Ｄに対して実質的に垂直をなす下流チャネル２２とを有する実質的に直角なトンネル１８を含む。上流及び下流チャネル２０及び２２は、それぞれハウジング１４の前面の上流側開口２４とハウジング１４の底面の下流側開口２６とを含む。図１の実施形態において、光ファイバセンサ１６は、ハウジング１４内において固定されかつ密封されてファイバ端部が流路１２と接触しないようになっている上側及び下側端部を有する、流動方向Ｄに対して略垂直に配置される光ファイバ２８を含む。ファイバ２８は、コア部２７とコア部２７を取り巻く外側層２９とを含み、ファイバ２８の中間部分３０は、上流チャネル２０内において、下流チャネル２２に隣接して配置される。
【００１２】
これにより、流体は、上流側開口２４からトンネル１８内に流入するとともに、下流側開口２６からトンネル１８外に流出して、ファイバ２８の中間部分３０は、流体流の全圧Ｐｔに関連ある一方の側部３２と流体流の静圧Ｐｓを受けるもう一方の側部３４とを有する。流れ１２によりファイバ２８に加えられる全圧Ｐｔと静圧Ｐｓとは、下記のベルヌーイの方程式に従う。
Pt = Ps + Pd
ここで、「Ｐｄ」は、下式に従って流速の二乗に比例する動圧又は差圧である。
【００１３】
【数１】
【００１４】
ここで、ρは、ｋｇ／ｍ３の単位で表される流体密度であり、ｕは、ｍ・ｓ−１の単位で表される流速である。従って、ファイバ２８の偏向は、差圧Ｐｄに比例し、さらに流速ｕの指標となる。
【００１５】
引き続き図１を参照すると、光ファイバセンサ１６は、さらに、ファイバ２８内のブラッグ格子３６と、ファイバ２８に光を放射する光源３８と、ブラッグ格子３６から反射される光を受ける検出器３９とを含む。一実施形態において、ブラッグ格子３６は、ファイバ２８の中間部分３０内の分布周期格子からなる一方で、他の実施形態では、ブラッグ格子３６は、ファイバ２８内において中間部分３０より下又は上に配置される。光源３８は、例えば一般に１４００〜１５００ナノメートルの波長範囲にわたって走査され得る同調可能レーザ、ＬＥＤ、レーザーダイオード又は何らかのその他の準単色光源からなり得る。
【００１６】
ブラッグ格子３６は、当該技術分野において周知の何らかの方法によりファイバ２８上に形成され得、一例では、このような製作には、紫外光の干渉縞を用いて永久的な屈折率変調を創出する方法が含まれる。光源３８からの光がファイバ２８を通ってブラッグ格子３６に送られると、光エネルギーは、下式により与えられる対応するブラッグ波長でブラッグ格子により反射される。
λB= 2neff Λ
ここで、「λB」は、ブラッグ波長を表し、「ｎｅｆｆ」は、屈折率であり、「Λ」は、格子の周期である。格子３６の屈折率ｎｅｆｆと周期Λとのいずれもが温度及び歪みの関数である。このため、ブラッグ格子３６に加えられる差圧Ｐｄは、３６上において、反射光のブラッグ波長の変化を招く歪みを誘導する。
【００１７】
図２に示されるように、実線の波形は、ファイバ２８に垂直に加えられる圧力がない場合の原波形λであり、破線の波形は、差圧Ｐｄによりもたらされるシフト後の波形λである。従って、ブラッグ波長のシフトΔλと差圧Ｐｄとを相関させることにより、ブラッグ波長シフトΔλを監視することによって差圧Ｐｄを得ることができる。光ファイバセンサは、相対的に小型であり、かつ歪みに対して鋭敏であるため、有用である。このため、光ファイバ検出システム１０は、ガスタービン装置における冷却流又はシールを介した漏洩流等の接近困難な流動部分に用いられ得る。
【００１８】
図３に、差圧Ｐｄと静圧Ｐｓとの両方を測定する、本発明のまた他の実施形態に従った光ファイバ検出システム４０が示されており、光ファイバセンサ４２は、ハウジング１４の下端部分かつファイバ２８の下に固定される誘電体膜４４を含むファブリー・ペロー光センサからなる。ファイバ２８は、下側端部４６を含む。膜４４は、ファイバ２８に面する内面４７と、流路１２に露出されるとともに静圧Ｐｓを受ける外面４９とを含む。距離ｄを有する空洞部４８は、ファイバ２８の下側端部４６と膜４４の内面４７との間に形成される。
【００１９】
図４を参照すると、光源３８（図３）からの光は、ファイバ２８を透過するとともに、部分的に空洞部４８内へと発せられる。ファイバ２８の下側端部及び膜４４は、それぞれ反射率ｎ１及びｎ２を有し、一実施形態では、ｎ１＝ｎ２である。空洞部４８は、反射率ｎ１及びｎ２とは異なる反射率ｎｃを有する。空洞部４８内に発せられる光は、空洞部４８内においてファイバ２８の下側端部４６と膜４４との間で反射される反射光成分５０と、ファイバ２８の下側端部４６を通って空洞部４８の外に送られるとともに検出器３９により受けられる透過光成分５２とを含む。通常の反射条件であれば、透過光成分５２は、空洞部４８とさらに相互作用することはない。膜４４の外面４９は、測定対象の静圧Ｐｓにさらされる。静圧Ｐｓの増加は、膜４４を空洞部４８の方へと偏向させる。膜４４の内面は、圧力上昇の結果として湾曲して、膜４４の内面上において反射される光の反射角が変化するようになる。空洞部４８内における光の強度に対する検出器３９に到達する光の強度は、膜４４の外面４９に作用する圧力（静圧Ｐｓ）と相関関係にある。従って、空洞部４８からの光の強度を測定することにより、静圧Ｐｓを測定することができる。
【００２０】
図５に、流路１２内における全圧Ｐｔと静圧Ｐｓとの両方を測定する、本発明のまた他の実施形態に従った光ファイバ検出システム６０が図示されている。この図の光ファイバ検出システム６０は、自身内に中央スロット６６を有する長手ハウジング６４と、ハウジング６４の中央スロット６６内に固定される光ファイバセンサ６２とを含む。光ファイバセンサ６２は、図３の光ファイバセンサ４２と同様の構成を有するとともに、ハウジング６４の中央スロット６６内に固定されるファイバ２８と、ファイバ２８内のブラッグ格子３６と、ファイバ２８の下側端部４６より下の膜４４と、下側端部４６と膜４４との間の空洞部４８とを有する。
【００２１】
ハウジング６４は、流路１２内において、流動方向Ｄに対して実質的に垂直な方向に配置される。ハウジング６４は、自身の上流側を貫通して中央スロット６６と連通する上流側開口６８を有する。全圧Ｐｔは、開口６８を介してファイバ２８に作用し、ファイバ２８の変形を引き起こすとともに、さらに、上述のようにブラッグ格子３６を通る光の波長シフトを引き起こす。ブラッグ格子３６の波長シフトを監視することにより、流れ１２の全圧Ｐｔを得ることができる。ある実施形態において、光ファイバ検出システム６０は、さらに、流れ１２が開口６８を介して中央スロット６６内に流入することを防ぐ一方で流れ１２の全圧Ｐｔをファイバ２８に伝える封止膜６７を含む。ある実施形態では、溝６９が、ファイバ２８内においてファイバ２８の下流側部に隣接して形成されて、全圧Ｐｔ下におけるファイバ２８の変形を可能にする。
【００２２】
膜４４は、ハウジング６４の下端部に固定されるとともに、静圧Ｐｓを受ける。上述のように、空洞部４８の距離ｄの変化は、静圧Ｐｓと相関関係にある空洞部４８の強度変化を引き起こす。従って、空洞部４８の強度変化を監視することにより、流れ１２の静圧Ｐｓを得ることができる。
【００２３】
図６及び７に、流れ１２の流動方向と全圧Ｐｔとを測定する、本発明のまた他の実施形態に従った光ファイバ検出システム７０が図示されている。図６を参照すると、光ファイバ検出システム７０は、光ファイバセンサ７１と、光ファイバセンサ７１を保持するハウジング７２とを含む。一実施形態において、光ファイバセンサ７１は、第１、第２及び第３のファイバ７３、７４、及び７５を含む少なくとも３個のファイバを含む。一実施形態において、ハウジング７２は、流路１２を通る流れに一般に直面する頂点と、一般的な流動方向に対して対称に配置される２辺とを有する二等辺三角形の断面を有する。第１の開口７６は、ハウジング７２の頂点に形成され、第２及び第３の開口７７及び７８は、２辺上において対称に配置される。第１、第２及び第３のファイバ７３、７４及び７５は、ハウジング７２内において固定されるとともに、各々がそれぞれ第１、第２及び第３の開口７６、７７及び７８に露出される部分を有する。また他の実施形態では、ハウジングは、奇数個の辺を有する多角形の断面を有し得る。流れは、流路１２を通って多角形の頂点に取り付けられるセンサ上に入射する。少なくとも１対の辺は、一般的な流動方向に対して対称に配置され、各辺が開口を形成する。さらに他の実施形態において、ハウジング７２は、また他の断面形状を有し得る。第１、第２及び第３の各ファイバ７３、７４及び７５は、開口７６、７７及び７８に露出される測定面を有し、これらの測定面の配向は、互いに角度をなす。
【００２４】
各々のファイバ７３、７４及び７５は、ブラッグ格子３６を含む。一部の実施形態において、各ブラッグ格子３６は同じである。図５に関する上述の説明を参照すると、各々のファイバ７３、７４及び７５は、流路１２を通る流体の流れによって変形する。流れが正確に流動方向Ｄに向かう場合は、第１のファイバ７３における透過光又はブラッグ格子３６からの反射光の波長は、全圧Ｐｔの指標となる一方で、第２及び第３のファイバ７４及び７５のブラッグ格子３６に作用する圧力は、この全圧を下回るとともに、同じ波長シフトをもたらす。流動方向が変化すると、第１のファイバ７３のブラッグ格子３６に作用する検出全圧が低下し、第２及び第３のファイバ７４及び７５により検出される圧力が変化する。例えば、事前の較正とルックアップ表の作成とにより、流動方向と全圧とを推論することができる。一実施形態において、光ファイバセンサ７１は、さらに、検出器３９から信号を受けるとともに流動方向を推定する制御装置７９（図７）を含む。また他の実施形態において、制御装置７９は、検出器３９内に埋め込まれて、検出器３９が推定機能を果たすようになっている。さらにまた他の実施形態では、速度とその方向とが、光ファイバセンサ７１の較正時に作成されるアルゴリズムを手段として判断され得、このアルゴリズムは、コンピュータ又は同様のデータ収集システムにおいて実行され得る。
【００２５】
図６の線７−７における断面図である図７を参照すると、一実施形態において、封止膜６７は、第１のファイバ７３と第１の開口７６との間に設けられて、流れ１２がハウジング７２内に第１の開口７６を通って流入することを防ぐ一方で流れ１２の圧力が第１のファイバ７３に届くことを可能にする。ある実施形態において、開口７６は、第１のファイバ７３のブラッグ格子３６に隣接しないように配置されて、ブラッグ格子３６が損傷から保護される。一実施形態において、溝６９は、ブラッグ格子３６に対して下流方向に設けられて、流れ１２の圧力下における第１のファイバ７３の十分な変形を可能にする。ある実施形態では、ハウジング７２は、図７の第１のファイバ７３のためのものと同様の、第２及び第３のファイバ７４及び７５を保持する構成を有する。
【００２６】
図８及び９に、流路１２内における全圧Ｐｔと差圧Ｐｄと温度とを測定する、本発明のまた他の実施形態に従った光ファイバ検出システム８０が図示されている。光ファイバ検出システム８０は、ファイバ８２と、ファイバ８２を保持するハウジング８４と、それぞれ差圧Ｐｄと全圧Ｐｔと温度とを測定する、ファイバ８２内の第１、第２及び第３のブラッグ格子８６、８７及び８８とを含む。一実施形態において、ブラッグ格子８６、８７及び８８は、１個の共通のファイバ８２である。図８及び９を参照すると、ハウジング８４は、流路１２内に配置されるとともに、ファイバ８２がハウジング８４内において流動方向に対して実質的に垂直な方向に維持される態様に構成される。ファイバ８２は、それぞれ第１、第２及び第３のブラッグ格子８６、８７及び８８を保持する第１、第２及び第３の部分９０、９１及び９２を含む。ハウジング８４は、一般に流動方向に向くとともにファイバ８２の第１の部分９０に隣接する側部貫通穴９４を含む。流路１２からの流れは、部分的に貫通穴９４を通って流れる。従って、差圧Ｐｄは、ファイバ９２の第１の部分９０上において歪みを引き起こして、下流方向に向かって変形させる。第１のブラッグ格子８６の波長変化は、流れ１２の差圧Ｐｄと相関関係にある。第１のブラッグ格子８６の波長変化を監視することにより、差圧Ｐｄを得ることができる。ある実施形態において、ブラッグ格子８６は、貫通穴９４より低又は高位置に配置され、ブラッグ格子８６が損傷するのを保護する。一実施形態では、溝１００が、ブラッグ格子８６の下流側に設けられて、流れの差圧下における第１の部分９０の十分な変形を可能にする。
【００２７】
ハウジング８４は、ファイバ２８の第２の部分９１に隣接する側部開口９６を形成する。封止膜６７は、ファイバ８２と側部開口９６との間に設けられて、流れ１２がハウジング８４内に側部開口９６を介して流入することを防ぐ一方で流れ１２の全圧をファイバ８２の第２の部分９１に伝えることができる。従って、ファイバ２８の第２の部分９４は、流れ１２の全圧Ｐｔを受け、このため、第２のブラッグ格子８７の波長変化は、流れ１２の全圧Ｐｔと相関関係にある。第２のブラッグ格子８７の波長変化を監視することにより、流れ１２の全圧Ｐｔを得ることができる。
【００２８】
ある実施形態において、第１及び第２の部分９０及び９１は、それぞれ支持部によりハウジング８４に固定される上側及び下側端部を有し、このため、第１及び第２の部分９０及び９１の偏向が互いに伝わることはない。
【００２９】
第３のブラッグ格子８８の温度が増加ΔＴを有すると、第３のブラッグ格子８８のブラッグ波長は、第３のブラッグ格子８８の屈折率変調と格子周期とに対する熱膨張効果により、より長い波長の方向に移動する。このため、流路１２内における温度変化は、第３のブラッグ格子８８の波長シフトを監視することによって監視可能である。ハウジング８４は、空洞部９８を形成し、空洞部９８内のブラッグ格子８８は、温度変化に対して鋭敏である。一実施形態において、剛性カバー１０２が空洞部９８内に配置されて、流路１２からのあらゆる圧力がファイバ８２の第３の部分９２に作用することがさらに防がれる。
【００３０】
ある実施形態において、流れにおける温度変動による第１及び第２のブラッグ格子８６及び８７の波長変化は、第３のブラッグ格子８８の測定に基づいてさらに較正される。
【００３１】
図１０を参照すると、一実施形態において、第１、第２及び第３組のブラッグ格子８６、８７及び８８は、異なる反射スペクトルを有するとともに、異なる波長λＢ１、λＢ２及びλＢ３で反射を行う。このため、検出器３９は、第１、第２及び第３の格子８６、８７及び８８の３つの全ての波長λＢ１、λＢ２及びλＢ３を受けるとともに、その変化をそれぞれ監視する。
【００３２】
別段の記載がない限り、本明細書において用いられる専門用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野における通常の熟練者が共通に理解する意味と同じ意味を有する。「第１」、「第２」等の用語は、本明細書において用いられる場合、何らかの順序、数量又は重要性を示すのではなく、むしろ各要素を互いに区別するために用いられる。さらにまた、「ひとつ」及び「１個」という用語は、数量の制限を示すのではなく、むしろ当該のものが少なくとも１個存在することを示し、「前」、「後」、「底」及び／又は「上」等の用語は、別段の断りがない限り、単に説明の便宜のために用いられるとともに、何らかのひとつの位置又は空間的配向に制限されるわけではない。
【００３３】
例示的実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、かつこれらの実施例の要素を等価物に置き換え得ることが理解されよう。また、多くの改変を行って、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適応させることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示された特定の実施形態に制限されるのではなく、本発明は添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むことが意図されている。
【００３４】
上述のこうした全ての目的又は利点が必ずしも何らかの特定の実施形態に従って達成され得るわけではないことを理解されたい。このため、例えば、当業者には、本明細書に記載のシステム及び技術は、本明細書に教示又は示唆され得るその他の目的又は利点を必ずしも達成することなく、本明細書に記載の１個の利点又は１組の利点を達成又は最適化する態様で具体化又は実施され得ることが認識されよう。
【００３５】
さらにまた、当業者には、異なる実施形態の様々な特徴の互換性が認識されよう。当業者には、記載の様々な特徴及び各特徴のその他の周知の等価物を組み合せ、又は結合して、本開示の原則に従ってさらに他のシステム及び技術を構成することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 光ファイバ検出システム
１２ 流路
１４ ハウジング
１６ 光ファイバセンサ１６
１８ 直角なトンネル
２０、２２ 上流及び下流チャネル
２４ 上流側開口
２６ 下流側開口
２８ ファイバ
２７、２９ ファイバ２８のコア部及び外側層
３０ ファイバ２８の中間部分３０
３２、３４ 全圧Ｐｔ及び静圧Ｐｓを受ける２つの側部
３６ ブラッグ格子
３８ 光源
３９ 検出器
４０ 光ファイバ検出システム
４２ 光ファイバセンサ
４４ 誘電体膜
４６ ファイバ２８の下側端部
４８ 空洞部
４７、４９ 膜４４の内面及び外面
５０ 反射光成分
５２ 透過光成分
６０ 光ファイバ検出システム
６２ 光ファイバセンサ
６４ ハウジング
６６ 中央スロット
６８ ハウジング６４の上流側開口
６７ 封止膜
６９ 溝
７０ 光ファイバ検出システム
７１ 光ファイバセンサ
７２ ハウジング
７３、７４、７５ 第１、第２及び第３のファイバ
７６、７７、７８ ハウジングの第１、第２及び第３の開口
７９ 制御装置
８０ 光ファイバ検出システム
８２ ファイバ
８４ ハウジング
８６、８７、８８ 第１、第２及び第３のブラッグ格子
９０、９１、９２ ファイバ８２の第１、第２及び第３の部分
９４ 貫通穴
９６ 側部開口
９８ 空洞部
１００ 溝
１０２ 剛性カバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路（１２）に配置されるハウジング（１４）と、光ファイバセンサ（１６）とを備え、
前記光ファイバセンサ（１６）は、
前記ハウジング内において固定されるとともに、ブラッグ格子（３６）からなり、前記流路に対して実質的に垂直をなし、前記ハウジングは上流側において開口を形成して、前記流路を通る流れが光ファイバに圧力を加えるとともに前記ブラッグ格子の変形を引き起こすことを可能にする光ファイバ（２８）と、
前記光ファイバに光を送る光源（３８）と、
前記光ファイバの前記ブラッグ格子によりろ過される光を検出するとともに、前記検出される光の波長変化を監視する検出器と
を備える光ファイバ検出システム（１０）。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記流路の初期流動方向の上流チャネルと、前記上流チャネルに対して実質的に垂直をなすとともに自身の下流側端部において下流側開口を有する下流チャネルとを有する実質的に直角のトンネルを含む、請求項１に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項３】
前記ファイバは、一方の側部が前記流れの全圧を受け、もう一方の側部は流れの静圧を受ける状態で、前記上流チャネル内に配置される、請求項２に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項４】
前記光ファイバセンサはさらに、前記ハウジングに固定されるとともに前記ファイバの端部に面する膜を、前記ハウジング内において前記膜と前記ファイバの前記端部との間に空洞部が形成される状態で含み、前記膜は前記静圧を受ける、請求項３に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項５】
前記光ファイバはさらに、前記流路内の流れが、前記開口から前記ハウジング内に流入することを防ぐ封止膜を含む、請求項１に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項６】
前記ハウジングは、前記流路に一般に直接面する頂点と少なくとも１対の辺とを有する多角形の断面を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項７】
前記ハウジングは、実質的に前記流路に面する頂点と１対の辺とを有する三角形の断面を有し、第１、第２及び第３の開口が前記頂点と前記１対の辺とに形成される、請求項６に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項８】
前記ファイバは、それぞれ前記第１、第２及び第３の開口に面する部分を有する第１、第２及び第３のファイバを含む、請求項７に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項９】
前記光ファイバセンサはさらに、検出器（３９）から信号を受けるとともに流動方向を推定する制御装置を含む、請求項８に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項１０】
前記ブラッグ格子は前記開口の下流に配置される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光ファイバ検出装置。
【請求項１】
流路（１２）に配置されるハウジング（１４）と、光ファイバセンサ（１６）とを備え、
前記光ファイバセンサ（１６）は、
前記ハウジング内において固定されるとともに、ブラッグ格子（３６）からなり、前記流路に対して実質的に垂直をなし、前記ハウジングは上流側において開口を形成して、前記流路を通る流れが光ファイバに圧力を加えるとともに前記ブラッグ格子の変形を引き起こすことを可能にする光ファイバ（２８）と、
前記光ファイバに光を送る光源（３８）と、
前記光ファイバの前記ブラッグ格子によりろ過される光を検出するとともに、前記検出される光の波長変化を監視する検出器と
を備える光ファイバ検出システム（１０）。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記流路の初期流動方向の上流チャネルと、前記上流チャネルに対して実質的に垂直をなすとともに自身の下流側端部において下流側開口を有する下流チャネルとを有する実質的に直角のトンネルを含む、請求項１に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項３】
前記ファイバは、一方の側部が前記流れの全圧を受け、もう一方の側部は流れの静圧を受ける状態で、前記上流チャネル内に配置される、請求項２に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項４】
前記光ファイバセンサはさらに、前記ハウジングに固定されるとともに前記ファイバの端部に面する膜を、前記ハウジング内において前記膜と前記ファイバの前記端部との間に空洞部が形成される状態で含み、前記膜は前記静圧を受ける、請求項３に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項５】
前記光ファイバはさらに、前記流路内の流れが、前記開口から前記ハウジング内に流入することを防ぐ封止膜を含む、請求項１に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項６】
前記ハウジングは、前記流路に一般に直接面する頂点と少なくとも１対の辺とを有する多角形の断面を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項７】
前記ハウジングは、実質的に前記流路に面する頂点と１対の辺とを有する三角形の断面を有し、第１、第２及び第３の開口が前記頂点と前記１対の辺とに形成される、請求項６に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項８】
前記ファイバは、それぞれ前記第１、第２及び第３の開口に面する部分を有する第１、第２及び第３のファイバを含む、請求項７に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項９】
前記光ファイバセンサはさらに、検出器（３９）から信号を受けるとともに流動方向を推定する制御装置を含む、請求項８に記載の光ファイバ検出システム。
【請求項１０】
前記ブラッグ格子は前記開口の下流に配置される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光ファイバ検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１３３９６２（Ｐ２０１０−１３３９６２Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７５０２２（Ｐ２００９−２７５０２２）
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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