高温環境用光ファイバセンサ
【課題】箱体で一体化されていて高温環境での使用にも適う光ファイバセンサを実現。
【解決手段】 箱体１１と、一対のファイバ保持具２０，３０と、両保持具間に張られた部分が内部空間１２に収容されその張設部分にＦＢＧ８ａが形成されている光ファイバ８とを備え、ファイバ保持具２０，３０が離接方向への相対移動を許容する形で箱体１１に装着されており、巻付部材からなるファイバ係止部２１，３１と被測定物に対する取付部２６，３６との間の中継部２３〜２５，３３〜３５に断熱材が組み込まれており、箱体１１には冷却手段１５が付設されている。中継部２３〜２５が上層断熱板２３と中層連結板２４と下層断熱板２５とを具備し、ファイバ係止部２１と中層連結板２４とが上層断熱板２３を挟んで断熱性締結具２８にて連結され、中層連結板２４と取付部２６とが下層断熱板２５を挟んで耐熱性締結具２７にて連結される。ファイバ保持具３０も同様である。
【解決手段】 箱体１１と、一対のファイバ保持具２０，３０と、両保持具間に張られた部分が内部空間１２に収容されその張設部分にＦＢＧ８ａが形成されている光ファイバ８とを備え、ファイバ保持具２０，３０が離接方向への相対移動を許容する形で箱体１１に装着されており、巻付部材からなるファイバ係止部２１，３１と被測定物に対する取付部２６，３６との間の中継部２３〜２５，３３〜３５に断熱材が組み込まれており、箱体１１には冷却手段１５が付設されている。中継部２３〜２５が上層断熱板２３と中層連結板２４と下層断熱板２５とを具備し、ファイバ係止部２１と中層連結板２４とが上層断熱板２３を挟んで断熱性締結具２８にて連結され、中層連結板２４と取付部２６とが下層断熱板２５を挟んで耐熱性締結具２７にて連結される。ファイバ保持具３０も同様である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＦＢＧ(Fiber Bragg Grating，ファイバ・ブラッグ・グレーティング，ブラッグ回折格子）を形成した光ファイバが歪み測定部材として組み込まれている光ファイバセンサに関し、詳しくは、歪みが集中的に生じる溶接箇所など局所的な歪を近傍域内で且つ高温環境下で測定するのに好適な高温環境用光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバにＦＢＧを形成し、その光ファイバを被測定物に張設して、張設範囲の歪を測定する技術が知られている（例えば特許文献１，５参照）。光ファイバに送光してＦＢＧからの反射光を測りそのピーク波長のシフト量から歪みを算出するものである。
ＦＢＧを形成した光ファイバは折れやすく切れやすいので、巻付部材に巻き付けてから引っ張って支持するようになったものもある（例えば特許文献１，４参照）。巻付部材は円柱状や円筒状で縦置きか横置きで支持され、巻き量は半周もあれば数周もあるが、巻き方は右巻きであれ左巻きであれ総ての巻付部材で同じに向きになっている。
【０００３】
金属部材の使用中にその表面歪を測定して金属部材のクリープ余寿命を予測する方法が知られており（例えば特許文献２参照）、火力発電用ボイラ高温蒸気配管の溶接部の歪を長時間計測できる歪計や歪測定装置も開発されている（例えば特許文献３，非特許文献１参照）。これは、スライド式静電容量型ひずみ計と呼ばれ、測定対象物の歪に応じて第二電極が第一電極の内側へ進退移動することにより、コンデンサの静電容量が変化するのを利用して歪みを測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平１１−５１３８０６号公報
【特許文献２】特開２００７−３０３９８０号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５８５３号公報
【特許文献４】特開２００８−２２４６３５号公報
【特許文献５】特願２００８−１３２５４９号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】西田秀高著「高温ひずみ計によるクリープ損傷オンラインモニタリングシステムの開発」日本機械学会論文集（Ａ編）７５巻７５３号（２００９−５）ｐ．１４８−１５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したスライド式静電容量型ひずみ計は、加工や組立ばかりか取付にも高い精度が求められるため、コストダウンが難しいうえ、取付先の形状や状態が制約されるので、適用範囲も限定されがちである。
これに対し、ＦＢＧを形成した光ファイバを歪み測定部材として用いれば、そのような不都合はなく、光ファイバやファイバ保持具を箱体・筐体にて纏めて一体化・ユニット化すれば、光ファイバを保護しつつ取り扱い易くすることができる。
【０００７】
しかしながら、光ファイバは、耐熱温度があまり高くないため、そのままでは高温環境下で使用できない。例えば、上述した火力発電用ボイラ高温蒸気配管などのように、被測定物の表面温度が６００℃を超える高温になる場合、被測定物に従来の遣り方で取り付けたのでは、長期間の歪測定に耐えられない。
そこで、箱体で一体化するに際して高温環境での使用にも適うように、高温環境用光ファイバセンサの構造を工夫することが、技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、内部空間を囲う箱体と、ファイバ係止部が前記内部空間に収まっており且つ被測定物への取付部が前記箱体の外に出ている一対のファイバ保持具と、前記両ファイバ係止部間に張られた部分が前記内部空間に収容されており且つその部分にＦＢＧが形成されている光ファイバとを備えた高温環境用光ファイバセンサであって、前記両ファイバ保持具が前記光ファイバの伸縮に基づく歪測定を可能とする範囲で離接方向への相対移動を許容する形で前記箱体に装着されており、前記ファイバ保持具それぞれにおいて前記ファイバ係止部と前記取付部との間の中継部に断熱材が組み込まれており、前記箱体には冷却手段が付設されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段２）、上記解決手段１の高温環境用光ファイバセンサであって、前記中継部が上層断熱板と中層連結板と下層断熱板とを具備したものであり、前記ファイバ係止部と前記中層連結板とが（直に又は他部材の介在にて間接的に）前記上層断熱板を挟んで断熱性締結具にて連結され、前記中層連結板と前記取付部とが（直に又は他部材の介在にて間接的に）前記下層断熱板を挟んで耐熱性締結具にて連結され、前記断熱性締結具は前記耐熱性締結具よりも断熱性に優れており、前記耐熱性締結具は前記断熱性締結具よりも耐熱性に優れており、前記中層連結板における前記断熱性締結具の位置と前記耐熱性締結具の位置とが離隔していることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段３）、上記解決手段１，２の高温環境用光ファイバセンサであって、前記取付部から前記箱体を迂回して前記冷却手段に至る熱流路を形成する迂回伝熱部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段４）、上記解決手段１〜３の高温環境用光ファイバセンサであって、前記内部空間が粘液で満たされていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段５）、上記解決手段１〜４の高温環境用光ファイバセンサであって、前記冷却手段が、前記内部空間に流体を流す強制冷却手段を含んでいることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段６）、上記解決手段５の高温環境用光ファイバセンサであって、前記冷却手段が、前記強制冷却手段に加え、外気に触れる多数の放熱フィンを具備した放熱部材も含んでいて、何れも着脱可能になっていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段７）、上記解決手段１〜６の高温環境用光ファイバセンサであって、前記取付部が前記箱体に関して可動部材になっていて、前記被測定物の歪発生部に対する前記箱体の向きを変えても前記取付部を反対側に動かすことにより前記歪発生部に対する前記取付部の向きは同じに維持されるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このような本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段１）、被測定物の歪発生部で生じた歪が離接方向相対移動可能な両ファイバ保持具と張設状態の光ファイバとを介してＦＢＧに伝わるので、その歪が測定可能となる。また、両ファイバ保持具が歪発生部の両側に分かれていれば離隔距離は比較的自由でかなり小さくすることも可能である。さらに、各部材を箱体にて一体化したことにより、現場での設置作業が容易かつ迅速に行えることとなる。そして、このような高温環境用光ファイバセンサは、溶接部などの局所的な歪を近傍域内で測定するのに適した態様でＦＢＧ形成済み光ファイバを組み込んだものとなる。
【００１６】
また、ファイバ保持具には箱体の内側のファイバ係止部と箱体の外側の取付部との間の中継部が介在しているが、その中継部には断熱材が組み込まれているので、被測定物からファイバ保持具に流入してからファイバ保持具において取付部から中継部を経てファイバ係止部へ向かう熱の流れが、断熱材によって抑制される。しかも、ファイバ係止部を収容している箱体には冷却手段が付設されていて、箱体からは効率良く熱が流出する。そして、それらが相まって、箱体の中へ流れ込む総熱量が小さく抑えられる。これにより、被測定物が高温になっても、歪み測定に供される光ファイバ及びＦＢＧは適温に保たれる。
したがって、この発明によれば、箱体で一体化されていて高温環境での使用にも適う高温環境用光ファイバセンサを実現することができる。
【００１７】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段２）、ファイバ保持具の中継部に断熱材を組み込むに際して、断熱材を上層断熱板と下層断熱板との上下二層に分けたうえで、その中間層に中層連結板を介在させ、高温になる取付部に寄っている下層断熱板は耐熱性締結具にて連結した中層連結板と取付部とで挟みつけて固定するとともに、高温にはならないファイバ係止部に寄っている上層断熱板は断熱性締結具にて連結して中層連結板とファイバ係止部とで挟みつけて固定している。このような間接的な締結により直接締結に不向きな断熱材を簡便な締結にて固定するとともに、耐熱性締結具だけでは断熱性能が不足し断熱性締結具だけでは耐熱性が不足するのに対して両締結具を適材適所に配したことにより締結具の貫通による断熱材の機能不全化が防止される。
【００１８】
しかも、そのような多層構造と締結構造を中継部に採用したファイバ保持具では、取付部から中継部を経てファイバ係止部へ向かう熱の流れが、下層断熱板と中層連結板と上層断熱板とを貫く最短経路を従たる熱流路にとどめ、耐熱性締結具と中層連結板と断熱性締結具とを繋ぐ経路を主たる熱流路とする。そして、この主熱流路では、途中の中層連結板にて経路が曲げられて経路長が長くなって伝熱の抵抗が増すうえ、経路が小断面の締結具から中層連結板の板面全域に広げられて伝熱と共に熱が拡散するため、中層連結板における耐熱性締結具から断熱性締結具への伝熱の過程でも相当の降温が期待できる。
これにより、耐熱性締結具を用いて断熱板を固定しても、ファイバ保持具が不所望に高くなるのを回避することができるので、その結果、箱体で一体化されていて高温環境での使用にも適う小形の高温環境用光ファイバセンサを簡便に実現することができる。
【００１９】
さらに、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段３）、被測定物から取付部を介して冷却手段に至る熱の主な流れが、取付部から箱体を介して冷却手段に至る熱流路だけでなく、取付部から箱体を迂回して冷却手段に至る熱流路をも流れる。このように熱流路を分岐させて箱体に流れ込む熱量を減らしたことにより、箱体の内部空間の中の光ファイバ及びＦＢＧの不所望な昇温を良く抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段４）、両ファイバ係止部間に張られた光ファイバ部分の揺れや振れが粘液の粘性抵抗により抑制されるので光ファイバが折切しにくいうえ、一般に空気より液体の方が伝熱性に優れているので、冷却手段の付設された箱体を介して光ファイバ及びＦＢＧが良く冷却されることとなる。
【００２１】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段５）、箱体の内部空間に流体を流すことにより、そこに収容されている光ファイバ及びＦＢＧが直接的かつ強制的に冷却されるので、かなり高温の環境の中でも不都合なく使用することができる。
【００２２】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段６）、流体による強制冷却手段を使用するか否かも、フィンによる放熱を使用するか否かも、着脱にて簡便に選択できるので、被測定物の形状や周囲の温度などに応じて適当な冷却方式が使い分けられる。
【００２３】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段７）、箱体で一体化されていても、設置に際して被測定物への取り付け向きを変えるのが自在にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１について、高温環境用光ファイバセンサの構造を示し、（ａ）が全体の縦断面図、（ｂ）がファイバ保持具の縦断面図、（ｃ）及び（ｄ）がファイバ保持具の斜視図である。
【図２】上記光ファイバセンサの使い方を示し、（ａ）が被測定物に取り付けたところの側面図、（ｂ）がその正面図、（ｃ）が要部だけの平面図である。
【図３】本発明の実施例２について、光ファイバセンサの縦断面図である。
【図４】本発明の実施例３について、光ファイバセンサの縦断面図である。
【図５】本発明の実施例４について、光ファイバセンサの構造を示し、（ａ），（ｂ）何れも縦断面図である。
【図６】本発明の実施例５について、高温環境用光ファイバセンサの構造や使い方を示し、（ａ）がファイバ保持具の縦断面図、（ｂ）がファイバ保持具の下半分の縦断面図、（ｃ）及び（ｄ）がファイバ保持具の中継板の平面図、（ｅ）が全体の斜視図、（ｆ）が要部だけの平面図である。
【図７】本発明の実施例６について、高温環境用光ファイバセンサの巻付部材の構造例を幾つか示しており、（ａ）が一溝形の巻付部材の正面図と断面図、（ｂ）が対をなす二溝形の巻付部材の正面図、（ｃ）が対をなす螺旋溝形の巻付部材の正面図である。
【図８】本発明の実施例７について、光ファイバの巻付部材への取付構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が斜視図、（ｃ），（ｄ）が平面図、（ｅ），（ｆ）が溝部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
このような本発明の高温環境用光ファイバセンサについて、これを実施するのに好適な幾つかの実施形態を説明する。
実施形態１の高温環境用光ファイバセンサは、前記ファイバ保持具が巻付部材の周面に前記光ファイバを巻き付けた状態で張ることにより光ファイバを保持するものであり、両巻付部材に対する前記光ファイバの巻き方が一方は右巻きで他方は左巻きの逆巻きになっている、というものである。
【００２６】
この場合、光ファイバは、巻付部材の周面に巻き付けられて張られているので、両巻付部材を近づけて設置しても、光ファイバに無理な曲げ力や引っ張り力が掛かる可能性は設置時も設置後も小さい。しかも、両巻付部材で光ファイバが逆巻きになっているので、両巻付部材を単純に歪方向へ離しておく基本的な配置状態でさえ自然に光ファイバと歪拡大方向とが斜交する。そのため、歪発生部の歪量がそのまま光ファイバの歪量になるのでなく、光ファイバには射影成分に低減された歪が生じるだけなので、両巻付部材を接近させて配置せざるを得ないような場合でも、両巻付部材の近接配置による光ファイバの歪の過大化を回避できる余地が広い。
【００２７】
また、実施形態２の高温環境用光ファイバセンサは、前記巻付部材の周面に前記光ファイバの巻き付け位置を規定する溝が形成されている、というものである。
この場合、溝で光ファイバの巻き付け位置が案内されるので巻付作業が遣りやすいうえ、巻き付けた光ファイバが溝で移動を規制されて安定する。
【００２８】
さらに、実施形態３の高温環境用光ファイバセンサは、前記巻付部材の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が接着にて固定され、その接着程度が接着始端から徐々に若しくは段階的に又は間欠的に上がっている、というものである。
また、実施形態４の高温環境用光ファイバセンサは、前記接着程度の上がるのが、接着剤の接着力の強弱と接着剤の弾性率の大小と接着剤の塗布幅の拡縮と接着剤の断面積の増減とのうち何れか一つ又は複数のものによって実現されている、というものである。
【００２９】
また、実施形態５の高温環境用光ファイバセンサは、前記巻付部材の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が、前記周面に８分の１周以上巻き付いてから接着にて固定されている、というものである。
これらの実施形態３〜５の場合、光ファイバの巻き付け部分を巻付部材の周面に対して接着にて止めるに際し、巻付始端からいきなり固く止めるのでなく、最初は緩くて途中から固くなるようにしたことにより、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能が更に高まることとなる。
【００３０】
このような解決手段や実施形態からなる本発明の高温環境用光ファイバセンサについて、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜７により説明する。
図１〜２に示した実施例１は、上述した解決手段１〜２（出願当初の請求項１〜２）を具現化したものであり、図３に示した実施例２や，図４に示した実施例３は、上述した解決手段３〜４（出願当初の請求項３〜４）を具現化したものであり、図５に示した実施例４は、上述した解決手段５〜６（出願当初の請求項５〜６）を具現化したものであり、図６に示した実施例５は、上述した解決手段７（出願当初の請求項７）を具現化したものであり、図７の実施例６や図８の実施例７は、上記実施形態を具現化した変形例である。
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、仮止め部材や治具等の一時的部材，高温環境用光ファイバセンサを使用する測定器，冷却用流体を供給する冷却ユニットなどは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。
【実施例１】
【００３１】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、（ａ）が高温環境用光ファイバセンサ１０全体の縦断面図、（ｂ）がファイバ保持具２０，３０の縦断面図、（ｃ）及び（ｄ）がファイバ保持具３０の斜視図である。
【００３２】
高温環境用光ファイバセンサ１０は、歪み測定のためにＦＢＧ８ａが形成されている光ファイバ８と、それを両側から引っ張るようにして歪み測定可能に保持する一対のファイバ保持具２０，３０と、それらを纏めて一体化するとともに光ファイバ８及びＦＢＧ８ａを囲って保護する箱体１１と、高温環境下で過熱から光ファイバ８及びＦＢＧ８ａを保護するために組み込まれた断熱材（１７，２３，２５，３３，３５）及び冷却手段（１５）とを具備している。断熱材には或る程度の剛性を具えた例えばケイ酸カルシウム板が用いられる。
【００３３】
光ファイバ８は、ＦＢＧ８ａを形成できて歪測定に適したものであれば市販の汎用品でも特注品でも良く、例えばガラス製の光ファイバ裸線にプラスチック被覆を強接着した光ファイバ素線で良く、典型的な直径は２４５μｍ〜２５０μｍであるが、それより細くても太くても良い。ＦＢＧ８ａは、標準温度かつ無歪み状態でピーク波長（反射光のスペクトル中心波長）が例えば１５４０nmになるものが形成され、一つだけでも間に合うが、複数形成する場合はピーク波長が例えば１５３５nmや１５４５nmなど適宜ずらされる。
【００３４】
箱体１１は、光ファイバ８のうち歪み測定に供される張設ファイバ部分とそこに形成されているＦＢＧ８ａを収容するための内部空間１２を囲っており、例えば、頑丈で熱伝導性の良いアルミニウム等の金属を機械加工して作られた下側の底板と横四方の側板と天板とからなり、箱形に組み立てられている。箱体１１の底板には、ファイバ保持具３０を遊挿させるための貫通穴１３が穿孔形成されている。貫通穴１３の形成位置は箱体１１の底板において片寄っており、箱体１１の底板において貫通穴１３の形成されていない方にはファイバ保持具２０が取り付けられるようになっている。この箱体１１の典型的サイズは７０ｍｍ×１３２ｍｍ×４０ｍｍであるが、それより小さくても大きくても良い。
【００３５】
両ファイバ保持具２０，３０は、箱体１１の底板を取り込んで箱体１１に固定されているファイバ保持具２０と、箱体１１の貫通穴１３に遊挿されて箱体１１に対して可動部材となっているファイバ保持具３０とに分かれ、それらがほぼ平行に並んだ状態で立っている。ファイバ保持具２０は、ファイバ係止部である巻付部材２１と、箱体１１の底板と、断熱材からなる上層断熱板２３と、締結と耐熱に適う例えばステンレス製の中層連結板２４と、断熱材からなる下層断熱板２５と、被測定物１に溶接等で固定される取付部２６とを、上から下へその順に並べて連結したものである。そのうち上層断熱板２３と中層連結板２４と下層断熱板２５が、巻付部材２１と取付部２６との中継部となっている。
【００３６】
ファイバ保持具３０も概ね同様であるが、箱体１１の底板でなく延長部３２が組み込まれている。すなわち、ファイバ保持具３０は、ファイバ係止部である巻付部材３１と、それを下方へ延長して貫通穴１３に遊挿される延長部３２と、断熱材からなる上層断熱板３３と、締結と耐熱に適う例えばステンレス製の中層連結板３４と、断熱材からなる下層断熱板３５と、被測定物１に溶接等で固定される取付部３６とを、上から下へその順に並べて連結したものである。そのうち上層断熱板３３と中層連結板３４と下層断熱板３５が、巻付部材３１と取付部３６との中継部となっている。
【００３７】
このような両ファイバ保持具２０，３０にあっては、両巻付部材２１，３１（ファイバ係止部）が内部空間１２に収まっているのに対し、両取付部２６，３６は箱体１１の外に出ていて被測定物１に取り付けられるようになっており、しかもファイバ保持具３０が貫通穴１３に遊挿されていてその遊びの範囲内なら両ファイバ保持具２０，３０の離接方向への相対移動が許容されるようにもなっているので、被測定物１のうち両取付部２６，３６の間の部分（歪発生部４）が歪んで伸縮すると、それに応じて両ファイバ保持具２０，３０の離隔距離が変化する。この離隔距離の変化が両ファイバ保持具２０，３０にて張られた光ファイバ８に及んでその張設ファイバ部分とそこのＦＢＧ８ａも伸縮し、この伸縮に基づいて歪測定がなされるので、その測定を可能にするよう箱体１１の底板の貫通穴１３におけるファイバ保持具３０の延長部３２の遊びの上下限が決められている。
【００３８】
巻付部材２１と巻付部材３１は、何れも、光ファイバ８に無理のかからない穏やかな曲率で光ファイバ８を巻付けられる外周面が形成されたものであり、そのような周面が形成されていれば、円柱状部材でも、円筒状部材でも、環状部材でも、良い。外周面の横断面形状も、円形に限らず、楕円形でも、長円形でも、卵形でも、良い。金属製でも、非金属製でも良い。典型的な直径を挙げると３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であるが、計器が測定可能な光強度を得られる程度の曲率より太ければ良い。
両巻付部材２１，３１が内部空間１２に収められ、光ファイバ８が両巻付部材２１，３１の間に張られているので、その張設ファイバ部分は内部空間１２に収容されている。
【００３９】
また、その張設ファイバ部分にＦＢＧ８ａが形成されているので、ＦＢＧ８ａも内部空間１２に収容されている。
さらに、巻付部材２１に対する光ファイバ８の巻き方と巻付部材３１に対する光ファイバ８の巻き方が逆巻きになっている。具体的には、光ファイバ８を一方から他方へ巻き進めるとして、例えば、一方の巻付部材２１には右巻き即ち平面視では時計回りで光ファイバ８を巻付けたら、他方の巻付部材３１には左巻き即ち平面視では反時計回りで光ファイバ８を巻付ける、といったことで逆巻きが実現されている。これにより、両ファイバ保持具２０，３０の離接方向（すなわち被測定物１の歪発生部４の歪方向）と張設ファイバ部分の方向とが平面視で斜交して、該当部分の光ファイバ８の長さが両巻付部材２１，３１の離隔距離より長くなっている。
【００４０】
両取付部２６，３６は、いずれも、肉盛り溶接などで被測定物の表面に固定しやすいよう、例えば金属製で角度の広い楔状に形成されている。
巻付部材２１と取付部２６との中継部２３〜２５は、箱体１１の外に出ており、そこでは、箱体１１の底板のうち巻付部材２１を固定された部分と中層連結板２４とが上下から上層断熱板２３を挟んで断熱性締結具２８にて連結され、中層連結板２４と取付部２６とが上下から下層断熱板２５を挟んで耐熱性締結具２７にて連結されている。中層連結板２４における断熱性締結具２８の位置と耐熱性締結具２７の位置は離隔している。
【００４１】
巻付部材３１と取付部３６との中継部３３〜３５も、箱体１１の外に出ており、そこでは、巻付部材３１を下方へ延長した延長部３２と中層連結板３４とが上下から上層断熱板３３を挟んで断熱性締結具３８にて連結され、中層連結板３４と取付部３６とが上下から下層断熱板３５を挟んで耐熱性締結具３７にて連結されている。中層連結板３４における断熱性締結具３８の位置と耐熱性締結具３７の位置も離隔している。
断熱性締結具２８，３８には断熱性重視で熱伝導率の特に小さな例えば樹脂製ボルトが採用され、耐熱性締結具２７，３７には耐熱性と強度を兼備したなかでは比較的熱伝導率の小さな例えばセラミック製ボルトが採用されて、断熱性締結具２８，３８は耐熱性締結具２７，３７よりも断熱性に優れたものとなり、耐熱性締結具２７，３７は断熱性締結具２８，３８よりも耐熱性に優れたものとなっている。
【００４２】
箱体１１の上には、伝熱性と強度と兼備した例えば金属製の天板１６が載せられ、さらに、その天板１６の上には、外気に触れる多数の放熱フィンを具備した放熱部材１５が載せられ、それらが例えば適宜な止めネジ等で箱体１１に固定されている。このような放熱部材１５は、天板１６を介して箱体１１に付設された冷却手段となっている。また、箱体１１の外側面は四方とも断熱材からなる外側部材１７で覆われており、外側部材１７は天板１６と下方の底板１８とで上下から挟んで保持されている。なお、外側部材１７や箱体１１の側板を貫いて、光ファイバ８の両端が、箱体１１の外へ引き出されている。
【００４３】
この実施例１の高温環境用光ファイバセンサ１０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図２は、（ａ）が高温環境用光ファイバセンサ１０を被測定物１に取り付けたところの側面図、（ｂ）がその正面図、（ｃ）が要部だけの平面図である。
【００４４】
高温環境用光ファイバセンサ１０は、図示しないＦＢＧ光スペクトラム解析装置の歪測定用センサとしてその解析装置に接続されるとともに、歪測定の対象である被測定物１〜３に取り付けて用いられる
被測定物１は、安価な板巻き溶接管を火力発電用のボイラ配管に採用した高温蒸気配管が典型例であり、一方側２と他方側３とが歪発生部４を挟んで両側に分かれている。歪発生部４は、歪の生じやすい溶接部であり、直線状や曲線状に延びていて、その直交方向・幅方向が主たる歪方向になっている。
【００４５】
使用に先立ち、被測定物１の仕様や設置状況から被測定物１に対する高温環境用光ファイバセンサ１０の設置条件が定まり、その条件によって巻付部材２１と巻付部材３１との離隔距離の下限と上限とが定まり、その条件を満たす範囲内の離隔距離で歪発生部４の両側に分かれて両ファイバ保持具２０，３０が設置される。
具体的には、ファイバ保持具２０の取付部２６が歪発生部４の一方側２に溶接で固定され、ファイバ保持具３０の取付部３６が歪発生部４の他方側３に溶接で固定される。
【００４６】
両ファイバ保持具２０，３０は接近しているが、両巻付部材２１，３１に対する光ファイバ８の巻き付け方が逆巻きなので、光ファイバ８のうち両巻付部材２１，３１間に張られた部分とその離接方向に合わせられた歪発生部４の歪方向とが平面視で斜交して（図２（ｃ）参照）、該当部分の光ファイバ８の長さが両巻付部材２１，３１の離隔距離より長くなる。そのため、両巻付部材２１，３１間に張られた光ファイバ８ひいてはそこのＦＢＧ８ａに生じる歪みは、歪発生部４に生じる歪みと同じではなく斜交角度に対応した射影成分に低減される。
【００４７】
こうして高温環境用光ファイバセンサ１０が被測定物１に取り付けられたら、光ファイバ８を光コネクタ等で図示しないＦＢＧ光スペクトラム解析装置に接続して送受光を行わせ、歪を測定する（例えば特許文献４や特許文献５参照）。歪発生部４が横幅を広げる態様で歪む場合は、すなわち線状の歪発生部４が割れるかのように横幅拡大態様で歪むだけの場合は、センサ組み立て段階で巻付部材２１，３１間の光ファイバ８を弛まないよう張っておけば歪測定を継続することができるが、歪発生部４の横幅が縮むこともある場合は、センサ組み立て段階で予め巻付部材２１，３１間の光ファイバ８に適度な例えば０．５％程度の伸びを付与しておけば歪測定を継続することができる。
【００４８】
こうして、被測定物１の歪発生部４の歪みが高温環境用光ファイバセンサ１０を用いて長時間に亘って検出されるが、光ファイバ８が巻付部材２１，３１の周面に巻き付けられて張られているので、両巻付部材２１，３１が近接設置されていても、光ファイバ８に無理な曲げ力や引っ張り力が掛かることがない。しかも、両巻付部材２１，３１で光ファイバ８が逆巻きになっているため、光ファイバ８の張設方向と歪発生部４の歪方向とが平面視で斜交していて、光ファイバ８に生じる歪が射影成分に低減されるので、両巻付部材２１，３１が近接設置されていても、その割には光ファイバ８の歪が過大にならない。そのため、両巻付部材２１，３１を寄せて、高温環境用光ファイバセンサ１０を小形化しても、容易かつ的確に歪を測定することができる。
【００４９】
また、被測定物１が高温になると、被測定物１から両ファイバ保持具２０，３０に熱が伝えられて両取付部２６，３６も高温になるが、光ファイバ８やＦＢＧ８ａの温度が歪み測定に支承がでるほど高くなることはない。すなわち、被測定物１から両取付部２６，３６に流入した熱は、下層断熱板２５，３５を介して中層連結板２４，３４には少ししか伝わらず、耐熱性締結具２７，３７を介して中層連結板２４，３４に伝わる方が多いが、耐熱性締結具２７，３７によって熱流束が細く絞られているため、熱流量は比較的少ない。しかも、耐熱性締結具２７，３７から中層連結板２４，３４の全域に広がるときに熱が拡散するので、中層連結板２４，３４では、耐熱性締結具２７，３７から離れるにつれて温度が下がるが、その降下したところに断熱性締結具２８，３８が位置している。
【００５０】
そして、中層連結板２４，３４より上方でも、中層連結板２４，３４から上層断熱板２３，３３を介して箱体１１更には巻付部材２１や延長部３２更には巻付部材３１に伝わる熱量に比べて、中層連結板２４，３４から断熱性締結具２８，３８を介して両巻付部材２１，３１に伝わる熱量の方が多くなるが、ここでも断熱性締結具２８，３８によって熱流束が細く絞られているため熱流量が多くないうえ、断熱性締結具２８，３８は断熱性に優れているので、上に行くほど温度は急激に低下する。しかも、そうして箱体１１側に流入した熱が放熱部材１５によって更に上方へ取り去られているうえ、四方の側面から箱体１１に流れ入ろうとする熱も外側部材１７によって流入が断たれる。そのため、箱体１１の内部空間１２に収まっている光ファイバ８やＦＢＧ８ａは、温度が歪み測定に叶う範囲内に何時も維持される。
【実施例２】
【００５１】
図３に縦断面図を示した本発明の高温環境用光ファイバセンサ４０が上述した実施例１の高温環境用光ファイバセンサ１０と相違するのは、箱体１１に粘液４４が充填されて内部空間１２が粘液４４によって満たされている点と、粘液４４の漏れを防止するシール部材としてパッキン４１が追加された点と、熱流路を分岐させて冷却性能を向上させるため耐熱性締結具２７，３７より熱伝導率の大きい迂回伝熱部材４２，４３が追加された点と、放熱部材１５から一部の放熱部材１５ａ，１５ｂが切り離された点である。
【００５２】
粘液４４は、例えばＪＩＳ Ｋ２２２０−２００３規定の混和ちょう度が３１０〜３４０（ｌ／１０ｍｍ）程度の適度な粘性を示す液体であり、好適な例としてはシリコングリースやベントングリースが挙げられる。
パッキン４１は、貫通穴１３を封止するものであり、粘液４４と同程度の耐熱性があれば市販のＯリングで足りる。図示は割愛したが、箱体１１の側板のファイバ挿通穴も適宜なガスケット等のシール部材で封止されている。
【００５３】
放熱部材１５は箱体１１の天板に連結されているが、放熱部材１５ａ，１５ｂと箱体１１との間には、外側部材１７を箱体１１の天板上に延長した断熱材が介在している。
迂回伝熱部材４２は、耐熱性にも伝熱性にも優れた例えば金属製ボルトであり、外側部材１７を貫通して放熱部材１５ａと取付部２６とを連結することにより、取付部２６から箱体１１を迂回して冷却手段のうち専用の放熱部材１５ａに至る熱流路を形成する。
迂回伝熱部材４３も、耐熱性と伝熱性を兼備したものであり、別部位の外側部材１７を貫通して放熱部材１５ｂと取付部３６とを連結することにより、取付部３６から箱体１１を迂回して冷却手段のうち専用の放熱部材１５ｂに至る熱流路を形成している。
【００５４】
この場合、箱体１１に固定されているファイバ保持具２０の取付部２６に係合する迂回伝熱部材４２は緊結合しても良いが、箱体１１に固定されていないファイバ保持具３０の取付部３６に係合する迂回伝熱部材４３はファイバ保持具３０の移動を妨げない程度に緩く取付部３６と結合していて外側部材１７の脱落防止と熱流迂回に専念する。このように迂回伝熱部材４２，４３が取付部３６の移動を妨げないうえ、パッキン４１も巻付部材３１の横移動を妨げないので、両ファイバ保持具２０，３０の相対移動に基づく歪み測定は上述したのと同様にして適切に行われる。
【００５５】
また、迂回伝熱部材４２，４３の導入により、被測定物１から取付部２６，３６を介して放熱部材１５，１５ａ，１５ｂに至る熱の流れが分岐するうえ、取付部２６，３６から中継部２３〜２８，３３〜３８と箱体１１を介して放熱部材１５に至る熱流路を流れる熱量は少なくなり、取付部２６，３６から迂回伝熱部材４２，４３を通ることにより箱体１１を迂回して放熱部材１５ａ，１５ｂに至る熱流路を流れる熱量の方が多くなる。
このように熱流路を分岐させて箱体１１に流れ込む熱量を減らしたことにより、箱体１１の内部空間１２の中の光ファイバ８及びＦＢＧ８ａの不所望な昇温を良く抑制することができる。換言すると、同程度の昇温を許すなら、より小形にすることができる。
【００５６】
さらに、箱体１１の内部空間１２への粘液４４の充填により、被測定物１に高温環境用光ファイバセンサ４０を設置する作業時やその後に、高温環境用光ファイバセンサ４０に打撃等の衝撃を与えたとしても、光ファイバ８が、粘液４４の中に入っているため、振れにくく、振れても直ぐに収まるので、折損や破損することはめったにない。
しかも、粘液４４の熱伝達によって箱体１１の内部温度が両巻付部材２１，３１も含めて均一化されるので、不所望な局所的昇温まで防止されることとなる。
【実施例３】
【００５７】
図４に縦断面図を示した本発明の高温環境用光ファイバセンサ４５が上述した実施例２の高温環境用光ファイバセンサ４０と相違するのは、迂回伝熱部材４２の係合先が取付部２６から中層連結板２４に替わった点と、迂回伝熱部材４３の係合先が取付部３６から中層連結板３４に替わった点である。熱流路の分岐点が両取付部２６，３６から中層連結板２４，３４に変更されているが、両取付部２６，３６から箱体１１を迂回して放熱部材１５ａ，１５ｂに至る熱流路が迂回伝熱部材４２，４３によって形成されていることに変わりはなく、高温環境下でも不都合なくＦＢＧ利用の歪み計測を継続することができる。
【００５８】
なお、各部材の熱伝導率は、迂回伝熱部材４２，４３が最も大きく、次ぎに耐熱性締結具２７，３７が大きく、断熱性締結具２８，３８が小さく、断熱材１７，２３，２５，３３，３５が最も小さくなっているのが望ましい。そのような条件を満たす材質の具体例を挙げると、迂回伝熱部材４２，４３にはＳＣＭ４３５を採用し、耐熱性締結具２７，３７にはセラミックス（例えばジルコニアやアルミナ）を採用し、断熱性締結具２８，３８には耐熱樹脂（例えばポリベンゾイミダゾール）を採用し、断熱材１７，２３，２５，３３，３５にはケイ酸カルシウム板を採用すると良い。
【実施例４】
【００５９】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例４について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図５は、（ａ），（ｂ）何れも縦断面図であり、（ａ）が放熱部材１５を選択した状態、（ｂ）が強制冷却を選択した状態を示している。
【００６０】
この高温環境用光ファイバセンサ５０が上述した実施例１の高温環境用光ファイバセンサ１０と相違するのは、箱体１１の内部空間１２に流体を流して通過させる強制冷却手段（５２，５３，５５，５６）が追加された点と、流体の流入出を止める盲栓５１が装着可能になっている点と、底板１８と被測定物１との間にも断熱材５４が介挿されている点である。
なお、流体の漏れ防止のためパッキン４１等が設けられている点は、上述した実施例２の高温環境用光ファイバセンサ４０と同様である。
【００６１】
断熱材５４は、高温環境用光ファイバセンサ５０を被測定物１に取り付けた後で付加的に追加されるものなので、現場合わせの容易な例えばケイ酸カルシウム板が良い。
強制冷却手段は、箱体１１の一側方に穿孔形成されて内外貫通している流入孔５２と、箱体１１の他側方に穿孔形成されて内外貫通している流出孔５３と、流入孔５２に接続された送給管５５と、流出孔５３に接続された排出管５６とからなり、図示しない別体の冷却ユニットから送給管５５を介して冷却用の流体を供給されると同時に排出管５６から流体を排出して送り返すようになっている。
【００６２】
この場合、箱体１１の内部空間１２を流体が通過するのに連れて、そこの熱が流体によって強制的に取り去られる。そして、内部空間１２に収容されている両巻付部材２１，３１も光ファイバ８の張設ファイバ部分もＦＢＧ８ａも、流体に触れる部材は総て、直接的かつ強制的に冷却される。しかも、断熱材５４の存在により底板１８に流入する熱量も低減される。
そのため、この高温環境用光ファイバセンサ５０は、かなり高温の環境の中でも不都合なく使用することができる。
【００６３】
また、強制冷却の不要なときには、送給管５５と排出管５６を取り外し、流入孔５２と流出孔５３に盲栓５１を装着して、そこを塞いでおけば良い。その際、内部空間１２を空にして空気で満たせば高温環境用光ファイバセンサ５０が高温環境用光ファイバセンサ１０と同等品になり、内部空間１２に粘性流体を満杯に残せば、上述した粘液４４の作用効果まで享受することができる。さらに、放熱部材１５もネジ止め等で着脱容易にしておけば、放熱部材１５による安価で簡便な冷却手段も選択可能になるため、流体を利用した強力な強制冷却手段が選択可能なことと合わせると、何れか適当な冷却手段の単独採用も異質な冷却手段の併用も可能なので、応用目的や価格制約などに応じて最適の冷却手段を用いることができる。
【実施例５】
【００６４】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例５について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図６は、（ａ）がファイバ保持具２０，３０の縦断面図、（ｂ）がファイバ保持具２０，３０の下半分の縦断面図、（ｃ）及び（ｄ）がファイバ保持具２０，３０の中継板２４，３４の平面図、（ｅ）が全体の斜視図、（ｆ）が要部だけの平面図である。
【００６５】
この高温環境用光ファイバセンサが上述した実施例のものと相違するのは、現場でも簡単に取付部２６，３６の向きを変えられるよう両取付部２６，３６が箱体１１に対して可動部材である取付部６１になった点である。具体的には、取付部２６，３６に代わる取付部６１が縦軸周り・鉛直軸周りに軸回転しうるようになっていて、被測定物１の歪発生部４に対する箱体１１の向きを変えても取付部６１を反対側に動かすことにより被測定物１の歪発生部４に対する箱体１１の向きは同じに維持することができるようになっている。
【００６６】
図６（ａ）の高温環境用光ファイバセンサは、取付部６１と下層断熱板２５，３５との間に軸受部６２を介在させることにより、取付部６１を軸回転可能にしたものである。
図６（ｂ）の高温環境用光ファイバセンサは、耐熱性締結具２７に代えて回転軸６３を導入するとともに、回転軸６３の軸端張出部６４の揺動角度を中層連結板２４，３４の変形ザグリ６７で規制することにより（図６（ｃ），（ｄ）参照）、取付部６１が適切な範囲内に限って軸回転できるようにしたものである。
図６（ｅ）の高温環境用光ファイバセンサは、被測定物１が曲管や分岐管であっても容易に設置できるように、点接触式で高さ固定の錐状部６５や点接触式で高さ可変の螺状部６６を取付部６１の先端・下端に設けたものである。
【００６７】
この場合、現場でも箱体１１や両ファイバ保持具２０，３０を分解することなく簡単に取付部６１を軸回転させられるので、被測定物１に高温環境用光ファイバセンサを設置する際、歪発生部４ひいては歪方向に対して箱体１１の向きを所定角度だけ変えて斜めにしたときには（図６（ｆ）参照）、両ファイバ保持具２０，３０の取付部６１，６１を反対向きに軸回転させることにより、しかも現場で箱体１１の位置決めを済ませた後であっても取付部６１，６１を動かすことにより、歪発生部４に対する取付部６１，６１の向きが、標準方向のままで箱体１１の向きを変えずに設置したときの両取付部２６，３６と（図２（ｃ）参照）、同じに維持される（図６（ｆ）参照）。
【００６８】
すなわち、両ファイバ保持具２０，３０の取付部６１，６１の長手方向が線状の歪発生部４とほぼ平行になる。しかも、高温環境用光ファイバセンサが箱体１１を利用してユニット化されているので、所定角度だけ向きを変えることを守れば簡単かつ迅速に設置作業を遂行することができ、的確な歪測定に適う設置作業が完了する。なお、製造組立段階等で予め向き変更の調整を済ませた場合は適当な仮止めを行っておき設置後に仮止めを外すと良い。
そして、このような強調的使用向け設置状態では（図６（ｆ）参照）、光ファイバ８の張設方向と歪発生部４の歪方向との斜度が増して、両巻付部材２１，３１間に張られた光ファイバ８及びＦＢＧ８ａに生じる歪みが更に低減される。
【実施例６】
【００６９】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例６について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図７は、巻付部材２１，３１の構造例を幾つか示しており、（ａ）が一溝形の巻付部材２１の正面図と断面図、（ｂ）が対をなす二溝形の巻付部材２１，３１の正面図、（ｃ）が対をなす螺旋溝形の巻付部材２１，３１の正面図である。
【００７０】
この高温環境用光ファイバセンサの巻付部材２１，３１が上述した実施例１〜５のものと相違するのは、光ファイバ８を巻付ける周面に溝７１が彫り込み形成されている点である。
溝７１は、周面において光ファイバ８の巻き付け位置を規定することができれば、閉じた輪状でも良く（図７（ａ），（ｂ）参照）、開いた螺旋状でも良く（図７（ｃ）参照）、光ファイバ８を複数本収容できる太溝でも良く（図７（ａ），（ｂ）参照）、光ファイバ８を一本だけ収容する細溝でも良く（図７（ｃ）参照）、巻付部材２１にだけ形成されていても良く（図７（ａ）参照）、巻付部材３１にだけ形成されていても良く（不図示）、両巻付部材２１，３１の双方に形成されていても良い（図７（ｂ），（ｃ）参照）。
【００７１】
この場合、光ファイバ８を両巻付部材２１，３１の周面に巻付けるとき、溝７１によって光ファイバ８の巻き付け位置が案内されるので、巻付作業が遣りやすい。また、巻き付けた後も、光ファイバ８が溝７１から出て横にずれるといった不所望なファイバ移動は溝７１によって規制されるので、光ファイバ８の巻付け状態が安定し良好に維持される。
なお（図７（ｂ），（ｃ）参照）、両巻付部材２１，３１間にもう一本の光ファイバ９を導入して、それに形成されたＦＢＧも両巻付部材２１，３１間に来るようにするが、光ファイバ９には張力がかからないよう光ファイバ９を弛ませておけば、公知の手法により温度補償を行うことができる。光ファイバ９は、光ファイバ８と別体のものでも良く、光ファイバ８を折り返したものでも良い。他の実施例でも同様の温度補償が可能である。光ファイバ９は光ファイバ８と共に溝７１に入れても良く専用の溝７２に入れても良い。
【実施例７】
【００７２】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例７について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図８は、光ファイバ８の巻付部材２１，３１への取付構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が斜視図、（ｃ），（ｄ）が平面図、（ｅ），（ｆ）が部分断面図である。
【００７３】
この高温環境用光ファイバセンサが上述した実施例１〜６のものと相違するのは、巻付部材２１や巻付部材３１の周面に対して光ファイバ８が接着剤で固定されている点である。
周面への光ファイバ８の巻き付け部分の接着による固定は、巻付部材２１にだけでも良く、巻付部材３１にだけでも良く、両巻付部材２１，３１の双方に行っても良い。
何れの場合も、その接着程度が接着始端から巻付けの進行に伴って連続的に又は間欠的に上がっているのが好ましい。なお、そのうち連続的に上がる接着態様には、徐々に上がる接着態様の他、段階的に上がる接着態様も含まれる。なお、この実施例で、巻付始端や接着始端の始端は、両巻付部材２１，３１の間から巻付部を見た始端を指している。
【００７４】
具体的には、例えば（図８（ａ）参照）、巻付始端の少し後から接着し、接着始端から数十度程度の巻付け角度θａでは接着剤の接着力を弱くし、少し空けて次の数十度程度の巻付け角度θｂでは接着剤の接着力を中程度にし、また少し空けて次の数十度程度の巻付け角度θｃでは接着剤の接着力を強くし、さらに少し空けて以後の巻付け角度θｄでは総ての角度でそれまでの接着力を超える強さで接着するのである。あるいは、同様な間欠的接着において、巻付け角度θａでは接着剤の弾性率を小さくし、巻付け角度θｂでは接着剤の弾性率を中程度にし、巻付け角度θｃでは接着剤の弾性率を大きくし、巻付け角度θｄではそれまでの弾性率を超える最も大きな弾性率の接着剤で接着するのである。
【００７５】
また（図８（ｂ）参照）、接着剤８１を接着始端部８２では斜めに塗るといったことにより、光ファイバ８の巻付の進行に連れて接着剤の塗布幅が徐々に広がるようにしても良い。
さらに（図８（ｃ）参照）、巻付始端から８分の１周以上の巻付け角度θｅでは接着剤を付けないでおき、周面に８分の１周以上巻き付いてから接着剤を付けるのも良い。この場合も、更に、初めの巻付け角度θｆでは接着力や弾性率を弱小にし、巻付け角度θｇでは接着力や弾性率を中程度にし、最後の巻付け角度θｈでは接着力や弾性率を強大にする等のことも行って、その接着程度が接着始端から巻付けの進行に伴って間欠的に又は段階的に上がるようにすると、なお良い。
【００７６】
また（図８（ｄ）〜（ｆ）参照）、巻付始端から８分の１周以上の巻付け角度θｉではやはり接着剤を付けないでおき、周面に８分の１周以上巻き付いてから接着剤を付けるに際し、その後は巻付け角度θｊが増すのに連れて接着剤８１の断面積が増えるように塗布量を調整することにより、両巻付部材２１，３１の周面への光ファイバ８の巻き付け部分の接着の程度が接着始端から巻付けの進行に伴って徐々に上がるようにしても良い。
【００７７】
この場合、光ファイバ８の巻き付け部分を両巻付部材２１，３１の周面に対して接着にて止めるに際し、巻付始端からいきなり固く止めるのでなく、最初は緩く止めて途中から固さが増すようにしたことにより、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能が一層高まるので、光ファイバ８が両巻付部材２１，３１への巻き付け部分で折損したり破損するといった不所望な事態に至ることはほとんどない。接着剤の無い巻付け角度θｅ，θｉの部分も、光ファイバ８の伸びと摩擦力を分散させることで、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能の更なる向上に寄与している。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の高温環境用光ファイバセンサは、化学プラントにおける高温配管の溶接部監視や製鉄機械の振動測定などに利用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１…被測定物、２…一方側、３…他方側、４…歪発生部、５…溶接部、
８…光ファイバ（歪測定用）、９…光ファイバ（温度補償用）、
８ａ…ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング，FiberBraggGreting）、
１０…高温環境用光ファイバセンサ、
１１…箱体（筐体）、１２…内部空間、１３…貫通穴、
１５…放熱部材、１６…天板、１７…外側部材（断熱材）、１８…底板、
２０，３０…ファイバ保持具、２１，３１…巻付部材（ファイバ係止部）、
３２…延長部（貫通穴遊挿部）、２３，３３…上層断熱板（中継部）、
２４，３４…中層連結板（中継部）、２５，３５…下層断熱板（中継部）、
２６，３６…取付部、２７，３７…耐熱性締結具、２８，３８…断熱性締結具、
４０…高温環境用光ファイバセンサ、
４１…パッキン、４２，４３…迂回伝熱部材、４４…粘液、
４５…高温環境用光ファイバセンサ、
５０…高温環境用光ファイバセンサ、５１…盲栓、５２…流入孔、
５３…流出孔、５４…断熱材、５５…送給管（強制冷却手段）、５６…排出管、
６１…取付部、６２…軸受部、６３…回転軸、６４…軸端張出部、６５…錐状部、
６６…螺状部、７１，７２…溝、８１…接着剤、８２…接着始端部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＦＢＧ(Fiber Bragg Grating，ファイバ・ブラッグ・グレーティング，ブラッグ回折格子）を形成した光ファイバが歪み測定部材として組み込まれている光ファイバセンサに関し、詳しくは、歪みが集中的に生じる溶接箇所など局所的な歪を近傍域内で且つ高温環境下で測定するのに好適な高温環境用光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバにＦＢＧを形成し、その光ファイバを被測定物に張設して、張設範囲の歪を測定する技術が知られている（例えば特許文献１，５参照）。光ファイバに送光してＦＢＧからの反射光を測りそのピーク波長のシフト量から歪みを算出するものである。
ＦＢＧを形成した光ファイバは折れやすく切れやすいので、巻付部材に巻き付けてから引っ張って支持するようになったものもある（例えば特許文献１，４参照）。巻付部材は円柱状や円筒状で縦置きか横置きで支持され、巻き量は半周もあれば数周もあるが、巻き方は右巻きであれ左巻きであれ総ての巻付部材で同じに向きになっている。
【０００３】
金属部材の使用中にその表面歪を測定して金属部材のクリープ余寿命を予測する方法が知られており（例えば特許文献２参照）、火力発電用ボイラ高温蒸気配管の溶接部の歪を長時間計測できる歪計や歪測定装置も開発されている（例えば特許文献３，非特許文献１参照）。これは、スライド式静電容量型ひずみ計と呼ばれ、測定対象物の歪に応じて第二電極が第一電極の内側へ進退移動することにより、コンデンサの静電容量が変化するのを利用して歪みを測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平１１−５１３８０６号公報
【特許文献２】特開２００７−３０３９８０号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５８５３号公報
【特許文献４】特開２００８−２２４６３５号公報
【特許文献５】特願２００８−１３２５４９号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】西田秀高著「高温ひずみ計によるクリープ損傷オンラインモニタリングシステムの開発」日本機械学会論文集（Ａ編）７５巻７５３号（２００９−５）ｐ．１４８−１５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したスライド式静電容量型ひずみ計は、加工や組立ばかりか取付にも高い精度が求められるため、コストダウンが難しいうえ、取付先の形状や状態が制約されるので、適用範囲も限定されがちである。
これに対し、ＦＢＧを形成した光ファイバを歪み測定部材として用いれば、そのような不都合はなく、光ファイバやファイバ保持具を箱体・筐体にて纏めて一体化・ユニット化すれば、光ファイバを保護しつつ取り扱い易くすることができる。
【０００７】
しかしながら、光ファイバは、耐熱温度があまり高くないため、そのままでは高温環境下で使用できない。例えば、上述した火力発電用ボイラ高温蒸気配管などのように、被測定物の表面温度が６００℃を超える高温になる場合、被測定物に従来の遣り方で取り付けたのでは、長期間の歪測定に耐えられない。
そこで、箱体で一体化するに際して高温環境での使用にも適うように、高温環境用光ファイバセンサの構造を工夫することが、技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、内部空間を囲う箱体と、ファイバ係止部が前記内部空間に収まっており且つ被測定物への取付部が前記箱体の外に出ている一対のファイバ保持具と、前記両ファイバ係止部間に張られた部分が前記内部空間に収容されており且つその部分にＦＢＧが形成されている光ファイバとを備えた高温環境用光ファイバセンサであって、前記両ファイバ保持具が前記光ファイバの伸縮に基づく歪測定を可能とする範囲で離接方向への相対移動を許容する形で前記箱体に装着されており、前記ファイバ保持具それぞれにおいて前記ファイバ係止部と前記取付部との間の中継部に断熱材が組み込まれており、前記箱体には冷却手段が付設されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段２）、上記解決手段１の高温環境用光ファイバセンサであって、前記中継部が上層断熱板と中層連結板と下層断熱板とを具備したものであり、前記ファイバ係止部と前記中層連結板とが（直に又は他部材の介在にて間接的に）前記上層断熱板を挟んで断熱性締結具にて連結され、前記中層連結板と前記取付部とが（直に又は他部材の介在にて間接的に）前記下層断熱板を挟んで耐熱性締結具にて連結され、前記断熱性締結具は前記耐熱性締結具よりも断熱性に優れており、前記耐熱性締結具は前記断熱性締結具よりも耐熱性に優れており、前記中層連結板における前記断熱性締結具の位置と前記耐熱性締結具の位置とが離隔していることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段３）、上記解決手段１，２の高温環境用光ファイバセンサであって、前記取付部から前記箱体を迂回して前記冷却手段に至る熱流路を形成する迂回伝熱部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段４）、上記解決手段１〜３の高温環境用光ファイバセンサであって、前記内部空間が粘液で満たされていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段５）、上記解決手段１〜４の高温環境用光ファイバセンサであって、前記冷却手段が、前記内部空間に流体を流す強制冷却手段を含んでいることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段６）、上記解決手段５の高温環境用光ファイバセンサであって、前記冷却手段が、前記強制冷却手段に加え、外気に触れる多数の放熱フィンを具備した放熱部材も含んでいて、何れも着脱可能になっていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサは（解決手段７）、上記解決手段１〜６の高温環境用光ファイバセンサであって、前記取付部が前記箱体に関して可動部材になっていて、前記被測定物の歪発生部に対する前記箱体の向きを変えても前記取付部を反対側に動かすことにより前記歪発生部に対する前記取付部の向きは同じに維持されるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このような本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段１）、被測定物の歪発生部で生じた歪が離接方向相対移動可能な両ファイバ保持具と張設状態の光ファイバとを介してＦＢＧに伝わるので、その歪が測定可能となる。また、両ファイバ保持具が歪発生部の両側に分かれていれば離隔距離は比較的自由でかなり小さくすることも可能である。さらに、各部材を箱体にて一体化したことにより、現場での設置作業が容易かつ迅速に行えることとなる。そして、このような高温環境用光ファイバセンサは、溶接部などの局所的な歪を近傍域内で測定するのに適した態様でＦＢＧ形成済み光ファイバを組み込んだものとなる。
【００１６】
また、ファイバ保持具には箱体の内側のファイバ係止部と箱体の外側の取付部との間の中継部が介在しているが、その中継部には断熱材が組み込まれているので、被測定物からファイバ保持具に流入してからファイバ保持具において取付部から中継部を経てファイバ係止部へ向かう熱の流れが、断熱材によって抑制される。しかも、ファイバ係止部を収容している箱体には冷却手段が付設されていて、箱体からは効率良く熱が流出する。そして、それらが相まって、箱体の中へ流れ込む総熱量が小さく抑えられる。これにより、被測定物が高温になっても、歪み測定に供される光ファイバ及びＦＢＧは適温に保たれる。
したがって、この発明によれば、箱体で一体化されていて高温環境での使用にも適う高温環境用光ファイバセンサを実現することができる。
【００１７】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段２）、ファイバ保持具の中継部に断熱材を組み込むに際して、断熱材を上層断熱板と下層断熱板との上下二層に分けたうえで、その中間層に中層連結板を介在させ、高温になる取付部に寄っている下層断熱板は耐熱性締結具にて連結した中層連結板と取付部とで挟みつけて固定するとともに、高温にはならないファイバ係止部に寄っている上層断熱板は断熱性締結具にて連結して中層連結板とファイバ係止部とで挟みつけて固定している。このような間接的な締結により直接締結に不向きな断熱材を簡便な締結にて固定するとともに、耐熱性締結具だけでは断熱性能が不足し断熱性締結具だけでは耐熱性が不足するのに対して両締結具を適材適所に配したことにより締結具の貫通による断熱材の機能不全化が防止される。
【００１８】
しかも、そのような多層構造と締結構造を中継部に採用したファイバ保持具では、取付部から中継部を経てファイバ係止部へ向かう熱の流れが、下層断熱板と中層連結板と上層断熱板とを貫く最短経路を従たる熱流路にとどめ、耐熱性締結具と中層連結板と断熱性締結具とを繋ぐ経路を主たる熱流路とする。そして、この主熱流路では、途中の中層連結板にて経路が曲げられて経路長が長くなって伝熱の抵抗が増すうえ、経路が小断面の締結具から中層連結板の板面全域に広げられて伝熱と共に熱が拡散するため、中層連結板における耐熱性締結具から断熱性締結具への伝熱の過程でも相当の降温が期待できる。
これにより、耐熱性締結具を用いて断熱板を固定しても、ファイバ保持具が不所望に高くなるのを回避することができるので、その結果、箱体で一体化されていて高温環境での使用にも適う小形の高温環境用光ファイバセンサを簡便に実現することができる。
【００１９】
さらに、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段３）、被測定物から取付部を介して冷却手段に至る熱の主な流れが、取付部から箱体を介して冷却手段に至る熱流路だけでなく、取付部から箱体を迂回して冷却手段に至る熱流路をも流れる。このように熱流路を分岐させて箱体に流れ込む熱量を減らしたことにより、箱体の内部空間の中の光ファイバ及びＦＢＧの不所望な昇温を良く抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段４）、両ファイバ係止部間に張られた光ファイバ部分の揺れや振れが粘液の粘性抵抗により抑制されるので光ファイバが折切しにくいうえ、一般に空気より液体の方が伝熱性に優れているので、冷却手段の付設された箱体を介して光ファイバ及びＦＢＧが良く冷却されることとなる。
【００２１】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段５）、箱体の内部空間に流体を流すことにより、そこに収容されている光ファイバ及びＦＢＧが直接的かつ強制的に冷却されるので、かなり高温の環境の中でも不都合なく使用することができる。
【００２２】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段６）、流体による強制冷却手段を使用するか否かも、フィンによる放熱を使用するか否かも、着脱にて簡便に選択できるので、被測定物の形状や周囲の温度などに応じて適当な冷却方式が使い分けられる。
【００２３】
また、本発明の高温環境用光ファイバセンサにあっては（解決手段７）、箱体で一体化されていても、設置に際して被測定物への取り付け向きを変えるのが自在にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１について、高温環境用光ファイバセンサの構造を示し、（ａ）が全体の縦断面図、（ｂ）がファイバ保持具の縦断面図、（ｃ）及び（ｄ）がファイバ保持具の斜視図である。
【図２】上記光ファイバセンサの使い方を示し、（ａ）が被測定物に取り付けたところの側面図、（ｂ）がその正面図、（ｃ）が要部だけの平面図である。
【図３】本発明の実施例２について、光ファイバセンサの縦断面図である。
【図４】本発明の実施例３について、光ファイバセンサの縦断面図である。
【図５】本発明の実施例４について、光ファイバセンサの構造を示し、（ａ），（ｂ）何れも縦断面図である。
【図６】本発明の実施例５について、高温環境用光ファイバセンサの構造や使い方を示し、（ａ）がファイバ保持具の縦断面図、（ｂ）がファイバ保持具の下半分の縦断面図、（ｃ）及び（ｄ）がファイバ保持具の中継板の平面図、（ｅ）が全体の斜視図、（ｆ）が要部だけの平面図である。
【図７】本発明の実施例６について、高温環境用光ファイバセンサの巻付部材の構造例を幾つか示しており、（ａ）が一溝形の巻付部材の正面図と断面図、（ｂ）が対をなす二溝形の巻付部材の正面図、（ｃ）が対をなす螺旋溝形の巻付部材の正面図である。
【図８】本発明の実施例７について、光ファイバの巻付部材への取付構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が斜視図、（ｃ），（ｄ）が平面図、（ｅ），（ｆ）が溝部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
このような本発明の高温環境用光ファイバセンサについて、これを実施するのに好適な幾つかの実施形態を説明する。
実施形態１の高温環境用光ファイバセンサは、前記ファイバ保持具が巻付部材の周面に前記光ファイバを巻き付けた状態で張ることにより光ファイバを保持するものであり、両巻付部材に対する前記光ファイバの巻き方が一方は右巻きで他方は左巻きの逆巻きになっている、というものである。
【００２６】
この場合、光ファイバは、巻付部材の周面に巻き付けられて張られているので、両巻付部材を近づけて設置しても、光ファイバに無理な曲げ力や引っ張り力が掛かる可能性は設置時も設置後も小さい。しかも、両巻付部材で光ファイバが逆巻きになっているので、両巻付部材を単純に歪方向へ離しておく基本的な配置状態でさえ自然に光ファイバと歪拡大方向とが斜交する。そのため、歪発生部の歪量がそのまま光ファイバの歪量になるのでなく、光ファイバには射影成分に低減された歪が生じるだけなので、両巻付部材を接近させて配置せざるを得ないような場合でも、両巻付部材の近接配置による光ファイバの歪の過大化を回避できる余地が広い。
【００２７】
また、実施形態２の高温環境用光ファイバセンサは、前記巻付部材の周面に前記光ファイバの巻き付け位置を規定する溝が形成されている、というものである。
この場合、溝で光ファイバの巻き付け位置が案内されるので巻付作業が遣りやすいうえ、巻き付けた光ファイバが溝で移動を規制されて安定する。
【００２８】
さらに、実施形態３の高温環境用光ファイバセンサは、前記巻付部材の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が接着にて固定され、その接着程度が接着始端から徐々に若しくは段階的に又は間欠的に上がっている、というものである。
また、実施形態４の高温環境用光ファイバセンサは、前記接着程度の上がるのが、接着剤の接着力の強弱と接着剤の弾性率の大小と接着剤の塗布幅の拡縮と接着剤の断面積の増減とのうち何れか一つ又は複数のものによって実現されている、というものである。
【００２９】
また、実施形態５の高温環境用光ファイバセンサは、前記巻付部材の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が、前記周面に８分の１周以上巻き付いてから接着にて固定されている、というものである。
これらの実施形態３〜５の場合、光ファイバの巻き付け部分を巻付部材の周面に対して接着にて止めるに際し、巻付始端からいきなり固く止めるのでなく、最初は緩くて途中から固くなるようにしたことにより、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能が更に高まることとなる。
【００３０】
このような解決手段や実施形態からなる本発明の高温環境用光ファイバセンサについて、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜７により説明する。
図１〜２に示した実施例１は、上述した解決手段１〜２（出願当初の請求項１〜２）を具現化したものであり、図３に示した実施例２や，図４に示した実施例３は、上述した解決手段３〜４（出願当初の請求項３〜４）を具現化したものであり、図５に示した実施例４は、上述した解決手段５〜６（出願当初の請求項５〜６）を具現化したものであり、図６に示した実施例５は、上述した解決手段７（出願当初の請求項７）を具現化したものであり、図７の実施例６や図８の実施例７は、上記実施形態を具現化した変形例である。
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、仮止め部材や治具等の一時的部材，高温環境用光ファイバセンサを使用する測定器，冷却用流体を供給する冷却ユニットなどは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。
【実施例１】
【００３１】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、（ａ）が高温環境用光ファイバセンサ１０全体の縦断面図、（ｂ）がファイバ保持具２０，３０の縦断面図、（ｃ）及び（ｄ）がファイバ保持具３０の斜視図である。
【００３２】
高温環境用光ファイバセンサ１０は、歪み測定のためにＦＢＧ８ａが形成されている光ファイバ８と、それを両側から引っ張るようにして歪み測定可能に保持する一対のファイバ保持具２０，３０と、それらを纏めて一体化するとともに光ファイバ８及びＦＢＧ８ａを囲って保護する箱体１１と、高温環境下で過熱から光ファイバ８及びＦＢＧ８ａを保護するために組み込まれた断熱材（１７，２３，２５，３３，３５）及び冷却手段（１５）とを具備している。断熱材には或る程度の剛性を具えた例えばケイ酸カルシウム板が用いられる。
【００３３】
光ファイバ８は、ＦＢＧ８ａを形成できて歪測定に適したものであれば市販の汎用品でも特注品でも良く、例えばガラス製の光ファイバ裸線にプラスチック被覆を強接着した光ファイバ素線で良く、典型的な直径は２４５μｍ〜２５０μｍであるが、それより細くても太くても良い。ＦＢＧ８ａは、標準温度かつ無歪み状態でピーク波長（反射光のスペクトル中心波長）が例えば１５４０nmになるものが形成され、一つだけでも間に合うが、複数形成する場合はピーク波長が例えば１５３５nmや１５４５nmなど適宜ずらされる。
【００３４】
箱体１１は、光ファイバ８のうち歪み測定に供される張設ファイバ部分とそこに形成されているＦＢＧ８ａを収容するための内部空間１２を囲っており、例えば、頑丈で熱伝導性の良いアルミニウム等の金属を機械加工して作られた下側の底板と横四方の側板と天板とからなり、箱形に組み立てられている。箱体１１の底板には、ファイバ保持具３０を遊挿させるための貫通穴１３が穿孔形成されている。貫通穴１３の形成位置は箱体１１の底板において片寄っており、箱体１１の底板において貫通穴１３の形成されていない方にはファイバ保持具２０が取り付けられるようになっている。この箱体１１の典型的サイズは７０ｍｍ×１３２ｍｍ×４０ｍｍであるが、それより小さくても大きくても良い。
【００３５】
両ファイバ保持具２０，３０は、箱体１１の底板を取り込んで箱体１１に固定されているファイバ保持具２０と、箱体１１の貫通穴１３に遊挿されて箱体１１に対して可動部材となっているファイバ保持具３０とに分かれ、それらがほぼ平行に並んだ状態で立っている。ファイバ保持具２０は、ファイバ係止部である巻付部材２１と、箱体１１の底板と、断熱材からなる上層断熱板２３と、締結と耐熱に適う例えばステンレス製の中層連結板２４と、断熱材からなる下層断熱板２５と、被測定物１に溶接等で固定される取付部２６とを、上から下へその順に並べて連結したものである。そのうち上層断熱板２３と中層連結板２４と下層断熱板２５が、巻付部材２１と取付部２６との中継部となっている。
【００３６】
ファイバ保持具３０も概ね同様であるが、箱体１１の底板でなく延長部３２が組み込まれている。すなわち、ファイバ保持具３０は、ファイバ係止部である巻付部材３１と、それを下方へ延長して貫通穴１３に遊挿される延長部３２と、断熱材からなる上層断熱板３３と、締結と耐熱に適う例えばステンレス製の中層連結板３４と、断熱材からなる下層断熱板３５と、被測定物１に溶接等で固定される取付部３６とを、上から下へその順に並べて連結したものである。そのうち上層断熱板３３と中層連結板３４と下層断熱板３５が、巻付部材３１と取付部３６との中継部となっている。
【００３７】
このような両ファイバ保持具２０，３０にあっては、両巻付部材２１，３１（ファイバ係止部）が内部空間１２に収まっているのに対し、両取付部２６，３６は箱体１１の外に出ていて被測定物１に取り付けられるようになっており、しかもファイバ保持具３０が貫通穴１３に遊挿されていてその遊びの範囲内なら両ファイバ保持具２０，３０の離接方向への相対移動が許容されるようにもなっているので、被測定物１のうち両取付部２６，３６の間の部分（歪発生部４）が歪んで伸縮すると、それに応じて両ファイバ保持具２０，３０の離隔距離が変化する。この離隔距離の変化が両ファイバ保持具２０，３０にて張られた光ファイバ８に及んでその張設ファイバ部分とそこのＦＢＧ８ａも伸縮し、この伸縮に基づいて歪測定がなされるので、その測定を可能にするよう箱体１１の底板の貫通穴１３におけるファイバ保持具３０の延長部３２の遊びの上下限が決められている。
【００３８】
巻付部材２１と巻付部材３１は、何れも、光ファイバ８に無理のかからない穏やかな曲率で光ファイバ８を巻付けられる外周面が形成されたものであり、そのような周面が形成されていれば、円柱状部材でも、円筒状部材でも、環状部材でも、良い。外周面の横断面形状も、円形に限らず、楕円形でも、長円形でも、卵形でも、良い。金属製でも、非金属製でも良い。典型的な直径を挙げると３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であるが、計器が測定可能な光強度を得られる程度の曲率より太ければ良い。
両巻付部材２１，３１が内部空間１２に収められ、光ファイバ８が両巻付部材２１，３１の間に張られているので、その張設ファイバ部分は内部空間１２に収容されている。
【００３９】
また、その張設ファイバ部分にＦＢＧ８ａが形成されているので、ＦＢＧ８ａも内部空間１２に収容されている。
さらに、巻付部材２１に対する光ファイバ８の巻き方と巻付部材３１に対する光ファイバ８の巻き方が逆巻きになっている。具体的には、光ファイバ８を一方から他方へ巻き進めるとして、例えば、一方の巻付部材２１には右巻き即ち平面視では時計回りで光ファイバ８を巻付けたら、他方の巻付部材３１には左巻き即ち平面視では反時計回りで光ファイバ８を巻付ける、といったことで逆巻きが実現されている。これにより、両ファイバ保持具２０，３０の離接方向（すなわち被測定物１の歪発生部４の歪方向）と張設ファイバ部分の方向とが平面視で斜交して、該当部分の光ファイバ８の長さが両巻付部材２１，３１の離隔距離より長くなっている。
【００４０】
両取付部２６，３６は、いずれも、肉盛り溶接などで被測定物の表面に固定しやすいよう、例えば金属製で角度の広い楔状に形成されている。
巻付部材２１と取付部２６との中継部２３〜２５は、箱体１１の外に出ており、そこでは、箱体１１の底板のうち巻付部材２１を固定された部分と中層連結板２４とが上下から上層断熱板２３を挟んで断熱性締結具２８にて連結され、中層連結板２４と取付部２６とが上下から下層断熱板２５を挟んで耐熱性締結具２７にて連結されている。中層連結板２４における断熱性締結具２８の位置と耐熱性締結具２７の位置は離隔している。
【００４１】
巻付部材３１と取付部３６との中継部３３〜３５も、箱体１１の外に出ており、そこでは、巻付部材３１を下方へ延長した延長部３２と中層連結板３４とが上下から上層断熱板３３を挟んで断熱性締結具３８にて連結され、中層連結板３４と取付部３６とが上下から下層断熱板３５を挟んで耐熱性締結具３７にて連結されている。中層連結板３４における断熱性締結具３８の位置と耐熱性締結具３７の位置も離隔している。
断熱性締結具２８，３８には断熱性重視で熱伝導率の特に小さな例えば樹脂製ボルトが採用され、耐熱性締結具２７，３７には耐熱性と強度を兼備したなかでは比較的熱伝導率の小さな例えばセラミック製ボルトが採用されて、断熱性締結具２８，３８は耐熱性締結具２７，３７よりも断熱性に優れたものとなり、耐熱性締結具２７，３７は断熱性締結具２８，３８よりも耐熱性に優れたものとなっている。
【００４２】
箱体１１の上には、伝熱性と強度と兼備した例えば金属製の天板１６が載せられ、さらに、その天板１６の上には、外気に触れる多数の放熱フィンを具備した放熱部材１５が載せられ、それらが例えば適宜な止めネジ等で箱体１１に固定されている。このような放熱部材１５は、天板１６を介して箱体１１に付設された冷却手段となっている。また、箱体１１の外側面は四方とも断熱材からなる外側部材１７で覆われており、外側部材１７は天板１６と下方の底板１８とで上下から挟んで保持されている。なお、外側部材１７や箱体１１の側板を貫いて、光ファイバ８の両端が、箱体１１の外へ引き出されている。
【００４３】
この実施例１の高温環境用光ファイバセンサ１０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図２は、（ａ）が高温環境用光ファイバセンサ１０を被測定物１に取り付けたところの側面図、（ｂ）がその正面図、（ｃ）が要部だけの平面図である。
【００４４】
高温環境用光ファイバセンサ１０は、図示しないＦＢＧ光スペクトラム解析装置の歪測定用センサとしてその解析装置に接続されるとともに、歪測定の対象である被測定物１〜３に取り付けて用いられる
被測定物１は、安価な板巻き溶接管を火力発電用のボイラ配管に採用した高温蒸気配管が典型例であり、一方側２と他方側３とが歪発生部４を挟んで両側に分かれている。歪発生部４は、歪の生じやすい溶接部であり、直線状や曲線状に延びていて、その直交方向・幅方向が主たる歪方向になっている。
【００４５】
使用に先立ち、被測定物１の仕様や設置状況から被測定物１に対する高温環境用光ファイバセンサ１０の設置条件が定まり、その条件によって巻付部材２１と巻付部材３１との離隔距離の下限と上限とが定まり、その条件を満たす範囲内の離隔距離で歪発生部４の両側に分かれて両ファイバ保持具２０，３０が設置される。
具体的には、ファイバ保持具２０の取付部２６が歪発生部４の一方側２に溶接で固定され、ファイバ保持具３０の取付部３６が歪発生部４の他方側３に溶接で固定される。
【００４６】
両ファイバ保持具２０，３０は接近しているが、両巻付部材２１，３１に対する光ファイバ８の巻き付け方が逆巻きなので、光ファイバ８のうち両巻付部材２１，３１間に張られた部分とその離接方向に合わせられた歪発生部４の歪方向とが平面視で斜交して（図２（ｃ）参照）、該当部分の光ファイバ８の長さが両巻付部材２１，３１の離隔距離より長くなる。そのため、両巻付部材２１，３１間に張られた光ファイバ８ひいてはそこのＦＢＧ８ａに生じる歪みは、歪発生部４に生じる歪みと同じではなく斜交角度に対応した射影成分に低減される。
【００４７】
こうして高温環境用光ファイバセンサ１０が被測定物１に取り付けられたら、光ファイバ８を光コネクタ等で図示しないＦＢＧ光スペクトラム解析装置に接続して送受光を行わせ、歪を測定する（例えば特許文献４や特許文献５参照）。歪発生部４が横幅を広げる態様で歪む場合は、すなわち線状の歪発生部４が割れるかのように横幅拡大態様で歪むだけの場合は、センサ組み立て段階で巻付部材２１，３１間の光ファイバ８を弛まないよう張っておけば歪測定を継続することができるが、歪発生部４の横幅が縮むこともある場合は、センサ組み立て段階で予め巻付部材２１，３１間の光ファイバ８に適度な例えば０．５％程度の伸びを付与しておけば歪測定を継続することができる。
【００４８】
こうして、被測定物１の歪発生部４の歪みが高温環境用光ファイバセンサ１０を用いて長時間に亘って検出されるが、光ファイバ８が巻付部材２１，３１の周面に巻き付けられて張られているので、両巻付部材２１，３１が近接設置されていても、光ファイバ８に無理な曲げ力や引っ張り力が掛かることがない。しかも、両巻付部材２１，３１で光ファイバ８が逆巻きになっているため、光ファイバ８の張設方向と歪発生部４の歪方向とが平面視で斜交していて、光ファイバ８に生じる歪が射影成分に低減されるので、両巻付部材２１，３１が近接設置されていても、その割には光ファイバ８の歪が過大にならない。そのため、両巻付部材２１，３１を寄せて、高温環境用光ファイバセンサ１０を小形化しても、容易かつ的確に歪を測定することができる。
【００４９】
また、被測定物１が高温になると、被測定物１から両ファイバ保持具２０，３０に熱が伝えられて両取付部２６，３６も高温になるが、光ファイバ８やＦＢＧ８ａの温度が歪み測定に支承がでるほど高くなることはない。すなわち、被測定物１から両取付部２６，３６に流入した熱は、下層断熱板２５，３５を介して中層連結板２４，３４には少ししか伝わらず、耐熱性締結具２７，３７を介して中層連結板２４，３４に伝わる方が多いが、耐熱性締結具２７，３７によって熱流束が細く絞られているため、熱流量は比較的少ない。しかも、耐熱性締結具２７，３７から中層連結板２４，３４の全域に広がるときに熱が拡散するので、中層連結板２４，３４では、耐熱性締結具２７，３７から離れるにつれて温度が下がるが、その降下したところに断熱性締結具２８，３８が位置している。
【００５０】
そして、中層連結板２４，３４より上方でも、中層連結板２４，３４から上層断熱板２３，３３を介して箱体１１更には巻付部材２１や延長部３２更には巻付部材３１に伝わる熱量に比べて、中層連結板２４，３４から断熱性締結具２８，３８を介して両巻付部材２１，３１に伝わる熱量の方が多くなるが、ここでも断熱性締結具２８，３８によって熱流束が細く絞られているため熱流量が多くないうえ、断熱性締結具２８，３８は断熱性に優れているので、上に行くほど温度は急激に低下する。しかも、そうして箱体１１側に流入した熱が放熱部材１５によって更に上方へ取り去られているうえ、四方の側面から箱体１１に流れ入ろうとする熱も外側部材１７によって流入が断たれる。そのため、箱体１１の内部空間１２に収まっている光ファイバ８やＦＢＧ８ａは、温度が歪み測定に叶う範囲内に何時も維持される。
【実施例２】
【００５１】
図３に縦断面図を示した本発明の高温環境用光ファイバセンサ４０が上述した実施例１の高温環境用光ファイバセンサ１０と相違するのは、箱体１１に粘液４４が充填されて内部空間１２が粘液４４によって満たされている点と、粘液４４の漏れを防止するシール部材としてパッキン４１が追加された点と、熱流路を分岐させて冷却性能を向上させるため耐熱性締結具２７，３７より熱伝導率の大きい迂回伝熱部材４２，４３が追加された点と、放熱部材１５から一部の放熱部材１５ａ，１５ｂが切り離された点である。
【００５２】
粘液４４は、例えばＪＩＳ Ｋ２２２０−２００３規定の混和ちょう度が３１０〜３４０（ｌ／１０ｍｍ）程度の適度な粘性を示す液体であり、好適な例としてはシリコングリースやベントングリースが挙げられる。
パッキン４１は、貫通穴１３を封止するものであり、粘液４４と同程度の耐熱性があれば市販のＯリングで足りる。図示は割愛したが、箱体１１の側板のファイバ挿通穴も適宜なガスケット等のシール部材で封止されている。
【００５３】
放熱部材１５は箱体１１の天板に連結されているが、放熱部材１５ａ，１５ｂと箱体１１との間には、外側部材１７を箱体１１の天板上に延長した断熱材が介在している。
迂回伝熱部材４２は、耐熱性にも伝熱性にも優れた例えば金属製ボルトであり、外側部材１７を貫通して放熱部材１５ａと取付部２６とを連結することにより、取付部２６から箱体１１を迂回して冷却手段のうち専用の放熱部材１５ａに至る熱流路を形成する。
迂回伝熱部材４３も、耐熱性と伝熱性を兼備したものであり、別部位の外側部材１７を貫通して放熱部材１５ｂと取付部３６とを連結することにより、取付部３６から箱体１１を迂回して冷却手段のうち専用の放熱部材１５ｂに至る熱流路を形成している。
【００５４】
この場合、箱体１１に固定されているファイバ保持具２０の取付部２６に係合する迂回伝熱部材４２は緊結合しても良いが、箱体１１に固定されていないファイバ保持具３０の取付部３６に係合する迂回伝熱部材４３はファイバ保持具３０の移動を妨げない程度に緩く取付部３６と結合していて外側部材１７の脱落防止と熱流迂回に専念する。このように迂回伝熱部材４２，４３が取付部３６の移動を妨げないうえ、パッキン４１も巻付部材３１の横移動を妨げないので、両ファイバ保持具２０，３０の相対移動に基づく歪み測定は上述したのと同様にして適切に行われる。
【００５５】
また、迂回伝熱部材４２，４３の導入により、被測定物１から取付部２６，３６を介して放熱部材１５，１５ａ，１５ｂに至る熱の流れが分岐するうえ、取付部２６，３６から中継部２３〜２８，３３〜３８と箱体１１を介して放熱部材１５に至る熱流路を流れる熱量は少なくなり、取付部２６，３６から迂回伝熱部材４２，４３を通ることにより箱体１１を迂回して放熱部材１５ａ，１５ｂに至る熱流路を流れる熱量の方が多くなる。
このように熱流路を分岐させて箱体１１に流れ込む熱量を減らしたことにより、箱体１１の内部空間１２の中の光ファイバ８及びＦＢＧ８ａの不所望な昇温を良く抑制することができる。換言すると、同程度の昇温を許すなら、より小形にすることができる。
【００５６】
さらに、箱体１１の内部空間１２への粘液４４の充填により、被測定物１に高温環境用光ファイバセンサ４０を設置する作業時やその後に、高温環境用光ファイバセンサ４０に打撃等の衝撃を与えたとしても、光ファイバ８が、粘液４４の中に入っているため、振れにくく、振れても直ぐに収まるので、折損や破損することはめったにない。
しかも、粘液４４の熱伝達によって箱体１１の内部温度が両巻付部材２１，３１も含めて均一化されるので、不所望な局所的昇温まで防止されることとなる。
【実施例３】
【００５７】
図４に縦断面図を示した本発明の高温環境用光ファイバセンサ４５が上述した実施例２の高温環境用光ファイバセンサ４０と相違するのは、迂回伝熱部材４２の係合先が取付部２６から中層連結板２４に替わった点と、迂回伝熱部材４３の係合先が取付部３６から中層連結板３４に替わった点である。熱流路の分岐点が両取付部２６，３６から中層連結板２４，３４に変更されているが、両取付部２６，３６から箱体１１を迂回して放熱部材１５ａ，１５ｂに至る熱流路が迂回伝熱部材４２，４３によって形成されていることに変わりはなく、高温環境下でも不都合なくＦＢＧ利用の歪み計測を継続することができる。
【００５８】
なお、各部材の熱伝導率は、迂回伝熱部材４２，４３が最も大きく、次ぎに耐熱性締結具２７，３７が大きく、断熱性締結具２８，３８が小さく、断熱材１７，２３，２５，３３，３５が最も小さくなっているのが望ましい。そのような条件を満たす材質の具体例を挙げると、迂回伝熱部材４２，４３にはＳＣＭ４３５を採用し、耐熱性締結具２７，３７にはセラミックス（例えばジルコニアやアルミナ）を採用し、断熱性締結具２８，３８には耐熱樹脂（例えばポリベンゾイミダゾール）を採用し、断熱材１７，２３，２５，３３，３５にはケイ酸カルシウム板を採用すると良い。
【実施例４】
【００５９】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例４について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図５は、（ａ），（ｂ）何れも縦断面図であり、（ａ）が放熱部材１５を選択した状態、（ｂ）が強制冷却を選択した状態を示している。
【００６０】
この高温環境用光ファイバセンサ５０が上述した実施例１の高温環境用光ファイバセンサ１０と相違するのは、箱体１１の内部空間１２に流体を流して通過させる強制冷却手段（５２，５３，５５，５６）が追加された点と、流体の流入出を止める盲栓５１が装着可能になっている点と、底板１８と被測定物１との間にも断熱材５４が介挿されている点である。
なお、流体の漏れ防止のためパッキン４１等が設けられている点は、上述した実施例２の高温環境用光ファイバセンサ４０と同様である。
【００６１】
断熱材５４は、高温環境用光ファイバセンサ５０を被測定物１に取り付けた後で付加的に追加されるものなので、現場合わせの容易な例えばケイ酸カルシウム板が良い。
強制冷却手段は、箱体１１の一側方に穿孔形成されて内外貫通している流入孔５２と、箱体１１の他側方に穿孔形成されて内外貫通している流出孔５３と、流入孔５２に接続された送給管５５と、流出孔５３に接続された排出管５６とからなり、図示しない別体の冷却ユニットから送給管５５を介して冷却用の流体を供給されると同時に排出管５６から流体を排出して送り返すようになっている。
【００６２】
この場合、箱体１１の内部空間１２を流体が通過するのに連れて、そこの熱が流体によって強制的に取り去られる。そして、内部空間１２に収容されている両巻付部材２１，３１も光ファイバ８の張設ファイバ部分もＦＢＧ８ａも、流体に触れる部材は総て、直接的かつ強制的に冷却される。しかも、断熱材５４の存在により底板１８に流入する熱量も低減される。
そのため、この高温環境用光ファイバセンサ５０は、かなり高温の環境の中でも不都合なく使用することができる。
【００６３】
また、強制冷却の不要なときには、送給管５５と排出管５６を取り外し、流入孔５２と流出孔５３に盲栓５１を装着して、そこを塞いでおけば良い。その際、内部空間１２を空にして空気で満たせば高温環境用光ファイバセンサ５０が高温環境用光ファイバセンサ１０と同等品になり、内部空間１２に粘性流体を満杯に残せば、上述した粘液４４の作用効果まで享受することができる。さらに、放熱部材１５もネジ止め等で着脱容易にしておけば、放熱部材１５による安価で簡便な冷却手段も選択可能になるため、流体を利用した強力な強制冷却手段が選択可能なことと合わせると、何れか適当な冷却手段の単独採用も異質な冷却手段の併用も可能なので、応用目的や価格制約などに応じて最適の冷却手段を用いることができる。
【実施例５】
【００６４】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例５について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図６は、（ａ）がファイバ保持具２０，３０の縦断面図、（ｂ）がファイバ保持具２０，３０の下半分の縦断面図、（ｃ）及び（ｄ）がファイバ保持具２０，３０の中継板２４，３４の平面図、（ｅ）が全体の斜視図、（ｆ）が要部だけの平面図である。
【００６５】
この高温環境用光ファイバセンサが上述した実施例のものと相違するのは、現場でも簡単に取付部２６，３６の向きを変えられるよう両取付部２６，３６が箱体１１に対して可動部材である取付部６１になった点である。具体的には、取付部２６，３６に代わる取付部６１が縦軸周り・鉛直軸周りに軸回転しうるようになっていて、被測定物１の歪発生部４に対する箱体１１の向きを変えても取付部６１を反対側に動かすことにより被測定物１の歪発生部４に対する箱体１１の向きは同じに維持することができるようになっている。
【００６６】
図６（ａ）の高温環境用光ファイバセンサは、取付部６１と下層断熱板２５，３５との間に軸受部６２を介在させることにより、取付部６１を軸回転可能にしたものである。
図６（ｂ）の高温環境用光ファイバセンサは、耐熱性締結具２７に代えて回転軸６３を導入するとともに、回転軸６３の軸端張出部６４の揺動角度を中層連結板２４，３４の変形ザグリ６７で規制することにより（図６（ｃ），（ｄ）参照）、取付部６１が適切な範囲内に限って軸回転できるようにしたものである。
図６（ｅ）の高温環境用光ファイバセンサは、被測定物１が曲管や分岐管であっても容易に設置できるように、点接触式で高さ固定の錐状部６５や点接触式で高さ可変の螺状部６６を取付部６１の先端・下端に設けたものである。
【００６７】
この場合、現場でも箱体１１や両ファイバ保持具２０，３０を分解することなく簡単に取付部６１を軸回転させられるので、被測定物１に高温環境用光ファイバセンサを設置する際、歪発生部４ひいては歪方向に対して箱体１１の向きを所定角度だけ変えて斜めにしたときには（図６（ｆ）参照）、両ファイバ保持具２０，３０の取付部６１，６１を反対向きに軸回転させることにより、しかも現場で箱体１１の位置決めを済ませた後であっても取付部６１，６１を動かすことにより、歪発生部４に対する取付部６１，６１の向きが、標準方向のままで箱体１１の向きを変えずに設置したときの両取付部２６，３６と（図２（ｃ）参照）、同じに維持される（図６（ｆ）参照）。
【００６８】
すなわち、両ファイバ保持具２０，３０の取付部６１，６１の長手方向が線状の歪発生部４とほぼ平行になる。しかも、高温環境用光ファイバセンサが箱体１１を利用してユニット化されているので、所定角度だけ向きを変えることを守れば簡単かつ迅速に設置作業を遂行することができ、的確な歪測定に適う設置作業が完了する。なお、製造組立段階等で予め向き変更の調整を済ませた場合は適当な仮止めを行っておき設置後に仮止めを外すと良い。
そして、このような強調的使用向け設置状態では（図６（ｆ）参照）、光ファイバ８の張設方向と歪発生部４の歪方向との斜度が増して、両巻付部材２１，３１間に張られた光ファイバ８及びＦＢＧ８ａに生じる歪みが更に低減される。
【実施例６】
【００６９】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例６について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図７は、巻付部材２１，３１の構造例を幾つか示しており、（ａ）が一溝形の巻付部材２１の正面図と断面図、（ｂ）が対をなす二溝形の巻付部材２１，３１の正面図、（ｃ）が対をなす螺旋溝形の巻付部材２１，３１の正面図である。
【００７０】
この高温環境用光ファイバセンサの巻付部材２１，３１が上述した実施例１〜５のものと相違するのは、光ファイバ８を巻付ける周面に溝７１が彫り込み形成されている点である。
溝７１は、周面において光ファイバ８の巻き付け位置を規定することができれば、閉じた輪状でも良く（図７（ａ），（ｂ）参照）、開いた螺旋状でも良く（図７（ｃ）参照）、光ファイバ８を複数本収容できる太溝でも良く（図７（ａ），（ｂ）参照）、光ファイバ８を一本だけ収容する細溝でも良く（図７（ｃ）参照）、巻付部材２１にだけ形成されていても良く（図７（ａ）参照）、巻付部材３１にだけ形成されていても良く（不図示）、両巻付部材２１，３１の双方に形成されていても良い（図７（ｂ），（ｃ）参照）。
【００７１】
この場合、光ファイバ８を両巻付部材２１，３１の周面に巻付けるとき、溝７１によって光ファイバ８の巻き付け位置が案内されるので、巻付作業が遣りやすい。また、巻き付けた後も、光ファイバ８が溝７１から出て横にずれるといった不所望なファイバ移動は溝７１によって規制されるので、光ファイバ８の巻付け状態が安定し良好に維持される。
なお（図７（ｂ），（ｃ）参照）、両巻付部材２１，３１間にもう一本の光ファイバ９を導入して、それに形成されたＦＢＧも両巻付部材２１，３１間に来るようにするが、光ファイバ９には張力がかからないよう光ファイバ９を弛ませておけば、公知の手法により温度補償を行うことができる。光ファイバ９は、光ファイバ８と別体のものでも良く、光ファイバ８を折り返したものでも良い。他の実施例でも同様の温度補償が可能である。光ファイバ９は光ファイバ８と共に溝７１に入れても良く専用の溝７２に入れても良い。
【実施例７】
【００７２】
本発明の高温環境用光ファイバセンサの実施例７について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図８は、光ファイバ８の巻付部材２１，３１への取付構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が斜視図、（ｃ），（ｄ）が平面図、（ｅ），（ｆ）が部分断面図である。
【００７３】
この高温環境用光ファイバセンサが上述した実施例１〜６のものと相違するのは、巻付部材２１や巻付部材３１の周面に対して光ファイバ８が接着剤で固定されている点である。
周面への光ファイバ８の巻き付け部分の接着による固定は、巻付部材２１にだけでも良く、巻付部材３１にだけでも良く、両巻付部材２１，３１の双方に行っても良い。
何れの場合も、その接着程度が接着始端から巻付けの進行に伴って連続的に又は間欠的に上がっているのが好ましい。なお、そのうち連続的に上がる接着態様には、徐々に上がる接着態様の他、段階的に上がる接着態様も含まれる。なお、この実施例で、巻付始端や接着始端の始端は、両巻付部材２１，３１の間から巻付部を見た始端を指している。
【００７４】
具体的には、例えば（図８（ａ）参照）、巻付始端の少し後から接着し、接着始端から数十度程度の巻付け角度θａでは接着剤の接着力を弱くし、少し空けて次の数十度程度の巻付け角度θｂでは接着剤の接着力を中程度にし、また少し空けて次の数十度程度の巻付け角度θｃでは接着剤の接着力を強くし、さらに少し空けて以後の巻付け角度θｄでは総ての角度でそれまでの接着力を超える強さで接着するのである。あるいは、同様な間欠的接着において、巻付け角度θａでは接着剤の弾性率を小さくし、巻付け角度θｂでは接着剤の弾性率を中程度にし、巻付け角度θｃでは接着剤の弾性率を大きくし、巻付け角度θｄではそれまでの弾性率を超える最も大きな弾性率の接着剤で接着するのである。
【００７５】
また（図８（ｂ）参照）、接着剤８１を接着始端部８２では斜めに塗るといったことにより、光ファイバ８の巻付の進行に連れて接着剤の塗布幅が徐々に広がるようにしても良い。
さらに（図８（ｃ）参照）、巻付始端から８分の１周以上の巻付け角度θｅでは接着剤を付けないでおき、周面に８分の１周以上巻き付いてから接着剤を付けるのも良い。この場合も、更に、初めの巻付け角度θｆでは接着力や弾性率を弱小にし、巻付け角度θｇでは接着力や弾性率を中程度にし、最後の巻付け角度θｈでは接着力や弾性率を強大にする等のことも行って、その接着程度が接着始端から巻付けの進行に伴って間欠的に又は段階的に上がるようにすると、なお良い。
【００７６】
また（図８（ｄ）〜（ｆ）参照）、巻付始端から８分の１周以上の巻付け角度θｉではやはり接着剤を付けないでおき、周面に８分の１周以上巻き付いてから接着剤を付けるに際し、その後は巻付け角度θｊが増すのに連れて接着剤８１の断面積が増えるように塗布量を調整することにより、両巻付部材２１，３１の周面への光ファイバ８の巻き付け部分の接着の程度が接着始端から巻付けの進行に伴って徐々に上がるようにしても良い。
【００７７】
この場合、光ファイバ８の巻き付け部分を両巻付部材２１，３１の周面に対して接着にて止めるに際し、巻付始端からいきなり固く止めるのでなく、最初は緩く止めて途中から固さが増すようにしたことにより、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能が一層高まるので、光ファイバ８が両巻付部材２１，３１への巻き付け部分で折損したり破損するといった不所望な事態に至ることはほとんどない。接着剤の無い巻付け角度θｅ，θｉの部分も、光ファイバ８の伸びと摩擦力を分散させることで、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能の更なる向上に寄与している。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の高温環境用光ファイバセンサは、化学プラントにおける高温配管の溶接部監視や製鉄機械の振動測定などに利用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１…被測定物、２…一方側、３…他方側、４…歪発生部、５…溶接部、
８…光ファイバ（歪測定用）、９…光ファイバ（温度補償用）、
８ａ…ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング，FiberBraggGreting）、
１０…高温環境用光ファイバセンサ、
１１…箱体（筐体）、１２…内部空間、１３…貫通穴、
１５…放熱部材、１６…天板、１７…外側部材（断熱材）、１８…底板、
２０，３０…ファイバ保持具、２１，３１…巻付部材（ファイバ係止部）、
３２…延長部（貫通穴遊挿部）、２３，３３…上層断熱板（中継部）、
２４，３４…中層連結板（中継部）、２５，３５…下層断熱板（中継部）、
２６，３６…取付部、２７，３７…耐熱性締結具、２８，３８…断熱性締結具、
４０…高温環境用光ファイバセンサ、
４１…パッキン、４２，４３…迂回伝熱部材、４４…粘液、
４５…高温環境用光ファイバセンサ、
５０…高温環境用光ファイバセンサ、５１…盲栓、５２…流入孔、
５３…流出孔、５４…断熱材、５５…送給管（強制冷却手段）、５６…排出管、
６１…取付部、６２…軸受部、６３…回転軸、６４…軸端張出部、６５…錐状部、
６６…螺状部、７１，７２…溝、８１…接着剤、８２…接着始端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を囲う箱体と、ファイバ係止部が前記内部空間に収まっており且つ被測定物への取付部が前記箱体の外に出ている一対のファイバ保持具と、前記両ファイバ係止部間に張られた部分が前記内部空間に収容されており且つその部分にＦＢＧが形成されている光ファイバとを備えた高温環境用光ファイバセンサであって、前記両ファイバ保持具が前記光ファイバの伸縮に基づく歪測定を可能とする範囲で離接方向への相対移動を許容する形で前記箱体に装着されており、前記ファイバ保持具それぞれにおいて前記ファイバ係止部と前記取付部との間の中継部に断熱材が組み込まれており、前記箱体には冷却手段が付設されていることを特徴とする高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記中継部が上層断熱板と中層連結板と下層断熱板とを具備したものであり、前記ファイバ係止部と前記中層連結板とが前記上層断熱板を挟んで断熱性締結具にて連結され、前記中層連結板と前記取付部とが前記下層断熱板を挟んで耐熱性締結具にて連結され、前記断熱性締結具は前記耐熱性締結具よりも断熱性に優れており、前記耐熱性締結具は前記断熱性締結具よりも耐熱性に優れていることを特徴とする請求項１記載の高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記取付部から前記箱体を迂回して前記冷却手段に至る熱流路を形成する迂回伝熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記内部空間が粘液で満たされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載された高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記冷却手段が、前記内部空間に流体を流す強制冷却手段を含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載された高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項６】
前記冷却手段が、前記強制冷却手段に加え、外気に触れる多数の放熱フィンを具備した放熱部材も含んでいて、何れも着脱可能になっていることを特徴とする請求項５記載の高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項７】
前記取付部が前記箱体に関して可動部材になっていて、前記被測定物の歪発生部に対する前記箱体の向きを変えても前記取付部を反対側に動かすことにより前記歪発生部に対する前記取付部の向きは同じに維持されるようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載された高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載された高温環境用光ファイバセンサを使用して歪みを測定する方法。
【請求項１】
内部空間を囲う箱体と、ファイバ係止部が前記内部空間に収まっており且つ被測定物への取付部が前記箱体の外に出ている一対のファイバ保持具と、前記両ファイバ係止部間に張られた部分が前記内部空間に収容されており且つその部分にＦＢＧが形成されている光ファイバとを備えた高温環境用光ファイバセンサであって、前記両ファイバ保持具が前記光ファイバの伸縮に基づく歪測定を可能とする範囲で離接方向への相対移動を許容する形で前記箱体に装着されており、前記ファイバ保持具それぞれにおいて前記ファイバ係止部と前記取付部との間の中継部に断熱材が組み込まれており、前記箱体には冷却手段が付設されていることを特徴とする高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記中継部が上層断熱板と中層連結板と下層断熱板とを具備したものであり、前記ファイバ係止部と前記中層連結板とが前記上層断熱板を挟んで断熱性締結具にて連結され、前記中層連結板と前記取付部とが前記下層断熱板を挟んで耐熱性締結具にて連結され、前記断熱性締結具は前記耐熱性締結具よりも断熱性に優れており、前記耐熱性締結具は前記断熱性締結具よりも耐熱性に優れていることを特徴とする請求項１記載の高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記取付部から前記箱体を迂回して前記冷却手段に至る熱流路を形成する迂回伝熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記内部空間が粘液で満たされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載された高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記冷却手段が、前記内部空間に流体を流す強制冷却手段を含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載された高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項６】
前記冷却手段が、前記強制冷却手段に加え、外気に触れる多数の放熱フィンを具備した放熱部材も含んでいて、何れも着脱可能になっていることを特徴とする請求項５記載の高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項７】
前記取付部が前記箱体に関して可動部材になっていて、前記被測定物の歪発生部に対する前記箱体の向きを変えても前記取付部を反対側に動かすことにより前記歪発生部に対する前記取付部の向きは同じに維持されるようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載された高温環境用光ファイバセンサ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載された高温環境用光ファイバセンサを使用して歪みを測定する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−８０９２４（Ｐ２０１１−８０９２４Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３４８６６（Ｐ２００９−２３４８６６）
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【出願人】（０００２０８６９５）第一高周波工業株式会社 (90)
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【出願人】（０００２０８６９５）第一高周波工業株式会社 (90)
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【Ｆターム（参考）】
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