JP2005207768A - Impact detecting optical fiber sensor, and system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象物の受ける衝撃をセンシングすることを目的とした衝撃検知光ファイバセンサシステムに関するものである。 The present invention relates to an impact detection optical fiber sensor system for sensing an impact received by a measurement object.
従来の衝撃検知センサにおいて電気式のセンサでは、圧力センサ、加速度センサ及び歪ゲージを用いて衝撃による圧力、加速度及び歪を検知する方法が一般的である。 In a conventional impact detection sensor, an electric sensor generally uses a pressure sensor, an acceleration sensor, and a strain gauge to detect pressure, acceleration, and strain due to impact.
光ファイバ式のセンサにおいては、石英又はプラスチック材質の光ファイバへ圧力、加速度及び歪等の衝撃を印加して、光ファイバ中の光を曲げ損失及び圧縮損失によって光量変化させることにより検知するセンサがある。 In the optical fiber type sensor, a sensor that detects the light in the optical fiber by changing the amount of light by bending loss and compression loss by applying an impact such as pressure, acceleration and strain to the optical fiber made of quartz or plastic material. is there.
光ファイバ方式で一般的に考えられるのは、軟質円筒状の筒の周囲に螺旋状に光ファイバを巻き付け、衝突の外力によって筒が変形した際の光ファイバの曲げ半径小径化に伴う光の損失増加により衝突、衝撃を検出する方法がある。 The optical fiber method is generally considered to be a loss of light due to a decrease in the bend radius of the optical fiber when the optical fiber is spirally wound around a soft cylindrical tube and the tube is deformed by the external force of the collision. There is a method of detecting collision and impact by increasing.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。 The prior art document information related to the invention of this application includes the following.
しかしながら、上記の従来技術において電気式衝撃センサの場合、電気信号により衝撃を検知するためセンサ自身が電磁ノイズに弱く、検出したい信号とノイズの識別が困難になるという問題がある。 However, in the case of the electric shock sensor in the above-described prior art, since the shock is detected by an electric signal, the sensor itself is vulnerable to electromagnetic noise, and there is a problem that it is difficult to distinguish the signal to be detected from the noise.
また、検出信号を伝送するにあたり、伝送路が外部からの電磁ノイズを受け易く、このノイズによる影響も無視できないという問題もある。 In addition, when transmitting the detection signal, there is a problem that the transmission line is susceptible to electromagnetic noise from the outside, and the influence of this noise cannot be ignored.
電気信号は、伝送路における伝送損失が大きいという問題もある。 There is also a problem that the electrical signal has a large transmission loss in the transmission path.
石英を用いた光ファイバ式の場合には、曲げ及び圧縮により損失が発生するものの、石英という材質の特性上、曲げや圧縮により光ファイバが機械的強度の劣化を起こし、衝撃印加時に石英ファイバが切断する可能性があるという問題もある。 In the case of an optical fiber type using quartz, loss occurs due to bending and compression, but due to the characteristics of the material quartz, the optical fiber causes mechanical strength deterioration due to bending and compression, and the quartz fiber does not move when an impact is applied. There is also a problem that there is a possibility of cutting.
また、プラスチック光ファイバの場合、曲げや圧縮により切断する可能性は低いが、剛性も強いため曲げや圧縮により損失が発生し難くセンサの精度に欠けるという問題がある。 In the case of a plastic optical fiber, the possibility of being cut by bending or compression is low, but since the rigidity is strong, there is a problem that loss is hardly caused by bending or compression and the accuracy of the sensor is lacking.
そこで、本発明の目的は、電磁ノイズに強く、衝撃による機械的劣化の少ない高精度の衝撃検知光ファイバセンサシステムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly accurate impact detection optical fiber sensor system which is resistant to electromagnetic noise and has little mechanical deterioration due to impact.
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第1の発明は、衝撃を受けて撓む衝撃感受部材が、プラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバに予め巻き付けた螺旋状ワイヤとを、所定の硬さを有する保護体に埋め込んで形成される衝撃検知光ファイバセンサである。 The present invention has been devised to achieve the above object, and the first invention is that an impact sensing member that is bent by impact is a plastic optical fiber, and a spiral wire that is wound around the plastic optical fiber in advance. Is an impact detection optical fiber sensor formed by embedding in a protective body having a predetermined hardness.
第2の発明は、上記衝撃感受部材よりも上記プラスチック光ファイバの端部が長く延びており、そのプラスチック光ファイバの端部が一箇所に集められ、その一箇所に集められた端部から上記衝撃感受部材までのプラスチック光ファイバが連続して上記保護体で埋め込まれているものである。 In the second invention, the end portion of the plastic optical fiber extends longer than the impact sensing member, the end portions of the plastic optical fiber are gathered in one place, and the end portion gathered in one place The plastic optical fiber up to the impact sensing member is continuously embedded with the protective body.
第3の発明は、上記プラスチック光ファイバの端部が一箇所に集められることにより形成される上記プラスチック光ファイバのループ内周部に、上記保護体のない中空部が形成されるものである。 According to a third aspect of the present invention, a hollow portion without the protective body is formed in a loop inner peripheral portion of the plastic optical fiber formed by collecting the end portions of the plastic optical fiber in one place.
第4の発明は、上記プラスチック光ファイバは、架橋アクリル樹脂をコア材とし、水分を透過しないフッ素樹脂をクラッド材とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the plastic optical fiber has a cross-linked acrylic resin as a core material and a fluorine resin that does not transmit moisture as a cladding material.
第5の発明は、上記保護体が、エチレンプロピレンゴムであるものである。 In a fifth aspect of the invention, the protector is ethylene propylene rubber.
第6の発明は、第1〜5いずれかの発明の衝撃検知光ファイバセンサから延出された上記プラスチック光ファイバの端部の一方に発光素子を、端部の他方に受光素子を接続し、発光素子からの光を上記プラスチック光ファイバに入力し、その光を受光素子で受光し、受光した光の光量変化を検出することで、上記プラスチック光ファイバの歪を検出し、その歪から上記衝撃感受部材が受けた上記衝撃を検知する衝撃検知光ファイバセンサシステムである。 6th invention connects a light emitting element to one of the edge parts of the said plastic optical fiber extended from the impact detection optical fiber sensor of any one of the 1st-5th invention, and a light receiving element to the other of the edge part, The light from the light emitting element is input to the plastic optical fiber, the light is received by the light receiving element, and the change in the amount of received light is detected to detect the distortion of the plastic optical fiber. An impact detection optical fiber sensor system that detects the impact received by the sensing member.
第7の発明は、第1〜5いずれかの発明の衝撃検知光ファイバセンサから延出された上記プラスチック光ファイバの端部の一方に発光素子を、端部の他方に受光素子を接続し、発光素子からの光を上記プラスチック光ファイバに入力し、その光を受光素子で受光し、受光した光の光量の時間的変化を検出することで、上記衝撃検知光ファイバセンサを取り付けた測定対象物の速度、重量、堅さに応じた光損失パターンを光量変化から予め求めておき、衝撃を受けた時の光損失パターンと上記予め求めた光損失パターンとを比較し速度、重量、堅さを識別する衝撃検知光ファイバセンサシステムである。 7th invention connects a light emitting element to one side of the end part of the said plastic optical fiber extended from the impact detection optical fiber sensor of any one of the 1st-5th invention, and a light receiving element to the other end part, Measurement object to which the impact detection optical fiber sensor is attached by inputting the light from the light emitting element into the plastic optical fiber, receiving the light with the light receiving element, and detecting the temporal change in the amount of the received light. The light loss pattern corresponding to the speed, weight, and stiffness of the light is determined in advance from the change in the amount of light, and the light loss pattern when shocked is compared with the previously determined light loss pattern to determine the speed, weight, and stiffness. An impact sensing optical fiber sensor system for identifying.
本発明によれば、電磁ノイズに強く、衝撃による機械的劣化の少ない高精度の衝撃検知光ファイバセンサ及びそれを用いたシステムを得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a highly accurate impact detection optical fiber sensor that is resistant to electromagnetic noise and has little mechanical deterioration due to impact, and a system using the same.
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の好適実施である衝撃検知光ファイバセンサ10を用いた衝撃検知光ファイバセンサシステム1を示す図で、図1(a)は衝撃検知光ファイバセンサシステム1の正面図を、図1(b)は右側面図を、図1(c)は底面図をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a diagram showing an impact detection optical
図1において、衝撃検知光ファイバセンサ10は、ゴム、プラスチックなどの保護体8と、その保護体8に埋設されたプラスチック光ファイバ(以下、光ファイバと称する。)2と、光ファイバ2に巻き付けられた螺旋金属ワイヤ(以下、ワイヤと称する。)7とから構成される。
In FIG. 1, an impact detection optical fiber sensor 10 is wound around a protective body 8 such as rubber or plastic, a plastic optical fiber (hereinafter referred to as an optical fiber) 2 embedded in the protective body 8, and the
衝撃検知光ファイバセンサ10は、図示したように直線状に形成された衝撃感受部材11と、衝撃感受部材11の両側に設けられ衝撃感受部材11を支える屈曲部8dと、屈曲部8dからの光ファイバ2を一箇所に束ねた基部8bの各部が連続して形成されている。
The impact detection optical fiber sensor 10 includes an
光ファイバ2は、基部8bから屈曲部8dの一方を通り、衝撃感受部材11を通って他方の屈曲部8dを通って、基部8bまで保護体8に埋設される。
The
光ファイバ2cには、ワイヤ7が予め一定長さ巻き付けられている。この光ファイバ2cがワイヤ7と共に保護体8に覆われることで、衝撃感受部材11が構成されている。
A
光ファイバ2の端部は衝撃感受部材11よりも長く延びており、その延長部分が丸く曲げられることにより光ファイバ2の端部が一箇所に集められ、一箇所に集められた光ファイバ2の端部から衝撃感受部材11までが連続して保護体8に埋め込まれている。保護体8は、衝撃検知光ファイバセンサ10が不要な外力を受けた時に、この外力を除去するクッション層のはたらきも有している。
The end of the
光ファイバ2の端部が一箇所に集められたことで、光ファイバ2は光ファイバ2を覆った保護体8と共にループ状の形を形成している。
Since the end portions of the
保護体8は、例えば図1(b)のように平板状に形成される。平面視では、図1(a)に示すように衝撃感受部材11及びそれに続く屈曲部8dの部分が広く、基部8bが幅の狭くなった形状、たとえて言うと全体に逆フラスコ型に形成されている。その平面視の略中央に光ファイバ2及び保護体8のループ内周部に保護体8がない中空部(以下、空間と称する。)8aが形成されている。本実施の形態では、長円状の空間8aが形成されている。
The protector 8 is formed in a flat plate shape as shown in FIG. In plan view, as shown in FIG. 1 (a), the impact sensing
基部8bは、衝撃感受部材11及び屈曲部8dを支え、自動車などのフレームに固定し易い形状となっている。空間8aを挟んだ直線状の部分に衝撃を受けて撓む衝撃感受部材11が形成され、かつ衝撃感受部材11の両端が屈曲部8dを介して基部8bに支持されている。この衝撃感受部材11は、例えば自動車バンパーの裏面に接するように設けられるとよい。
The base portion 8b supports the
保護体8は、例えば硬度が45〜95度程度の所定硬さのエチレンプロピレンゴムを用い、保護体8の厚さを5〜6mm程度とするとよい。 For example, the protective body 8 is made of ethylene propylene rubber having a predetermined hardness of about 45 to 95 degrees, and the thickness of the protective body 8 is preferably about 5 to 6 mm.
保護体8は、光ファイバ2及び螺旋状ワイヤであるワイヤ7と共に一体モールド成形されるとよい。
The protector 8 may be integrally molded together with the
また、予め分割してモールド成形された保護体8を用意し、この保護体8の内側に光ファイバ2及び螺旋金属ワイヤ7を嵌め込み、この光ファイバ2及び螺旋金属ワイヤ7を嵌め込まれた保護体8を組み立てて、衝撃検知光ファイバセンサ10を形成してもよい。
Further, a protective body 8 that is divided and molded in advance is prepared, and the
保護体8は、図1(a)に示すように保護体8の衝撃感受部材11の幅Wは約10〜12mm、図1(b)に示すように衝撃感受部材の厚さtは約5〜6mmとなっている。保護体8が図に示すように形成され、光ファイバ2が保護体8に埋め込まれている。このため、光ファイバ2は保護体8に埋め込まれた時のままの逆フラスコ形状を保持している。
As shown in FIG. 1A, the protector 8 has a width W of about 10 to 12 mm of the
基部8bは、各屈曲部8dから導かれた光ファイバ2の端部を一箇所に集め束ねて、保護体8に埋め込んだ部分である。この基部8bの形状により自動車のバンパーなどの測定対象物への取付作業性を容易にしている。
The base portion 8b is a portion in which the end portions of the
衝撃検知光ファイバセンサ10は、図1に示した保護体8の形状に限定されるものでない。図では衝撃感受部材11は略直線状に形成されており、衝撃感受部材11の長手方向と直交する向きで空間8aに向かって撓み易くなっており、衝撃感受部材11はこの向きの衝撃を最も感知し易い構造である。
The impact detection optical fiber sensor 10 is not limited to the shape of the protector 8 shown in FIG. In the figure, the
衝撃感受部材11を例えば円弧状に設けることで、衝撃を一方向のみでなく、円弧に直交する多方向からの衝撃を検知する構造としてもよい。
For example, by providing the
ワイヤ7は、光ファイバ2の外周の一部に螺旋状に巻かれることで、衝撃検知光ファイバセンサ10が衝撃を受けたときに、衝撃により衝撃感受部材11に加えられる力を光ファイバ2に対して曲げ歪や圧縮歪として伝える構造をなしている。衝撃感受部材11は、ワイヤ7の巻かれたことでワイヤ7が光ファイバ2に接した部分に集中して力が掛かる構造となっている。
The
このような螺旋状に巻いたワイヤ7の所謂マイクロベンド効果により、外力により生じた光ファイバ2cの曲げ歪による光ファイバ2cの光損失感度を向上させ、衝撃感受部材11の衝撃検知をより高感度にすることができる。
The so-called microbend effect of the
ワイヤ7は、上記光ファイバ2を用いる場合には、例えばワイヤ7の太さをφ0.5〜1.0mm、光ファイバ2への巻き付けピッチを5〜10mm程度とするとよい。
When the
衝撃検知光ファイバセンサ10から延びた光ファイバ2fは、自動車のコントロールボックスなどまで延出され、その光ファイバ2fの一方にはレーザダイオードやLEDからなる発光素子LD1が接続される。光ファイバ2fの他方には、光ファイバ2cを通った光を検出するためのフォトダイオードなどの受光素子PD3が接続される。
An optical fiber 2f extending from the impact detection optical fiber sensor 10 extends to a control box of an automobile, and a light emitting element LD1 made of a laser diode or an LED is connected to one of the optical fibers 2f. The other end of the optical fiber 2f is connected to a light receiving element PD3 such as a photodiode for detecting light passing through the
光ファイバ2は、例えば耐熱性プラスチック光ファイバ(HPOF:Highly Heat-resistant Plastic Optical Fiber)が用いられる。
For example, a heat resistant plastic optical fiber (HPOF) is used as the
図2に示すように光ファイバ2は、屈折率の高いコア5の部分と、コア5の周囲に設けられた屈折率の低いクラッド6の部分とから成り、コア5の部分を光が伝送しクラッド6から外部に光が漏洩し難い構造となっている。光ファイバ2は、例えばコア5がコア径φ1.5mm、クラッド径がφ2.2mmの形状のものを用いるとよい。コア5は架橋アクリル樹脂(熱硬化アクリル樹脂)、シリコーン樹脂等のコア材で形成され、クラッド6は水分を透過しないフッ素樹脂等のクラッド材で形成される。
As shown in FIG. 2, the
光ファイバ2は、水分を透過しないフッ素樹脂がクラッド材として使用されているので、湿気等に強い衝撃検知光ファイバセンサ10の良好な部材として用いられる。
Since the
図1に示すように、発光素子LD1は電気信号線4を介して電源(図示せず)に接続され、受光素子PD3は電気信号線4を介して衝撃検出装置(図示せず)に接続される。 As shown in FIG. 1, the light emitting element LD1 is connected to a power source (not shown) via an electric signal line 4, and the light receiving element PD3 is connected to an impact detection device (not shown) via an electric signal line 4. The
発光素子LD1は、例えばLD若しくはLEDなどの光部品であり、電気信号線4に接続される電源により発光し、発光した光を接続された光ファイバ2に送出するものである。
The light emitting element LD1 is an optical component such as an LD or an LED, for example, and emits light by a power source connected to the electric signal line 4 and sends the emitted light to the connected
受光素子PD3は、例えばフォトダイオードを用いた受光のための光部品であり、接続された衝撃検知光ファイバセンサ10から受光した光信号を電気信号に変換し、電気信号線4に送出するものである。 The light receiving element PD3 is an optical component for receiving light using, for example, a photodiode. The light receiving element PD3 converts an optical signal received from the connected impact detection optical fiber sensor 10 into an electric signal and sends it to the electric signal line 4. is there.
次に図1、図3、図4を用いて本発明の作用を説明する。 Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、発光素子LD1より出力された光は光ファイバ2に入射され、その光が受光素子PD3で受光される。受光素子PD3により検出された光強度は、電気信号線4によって電気信号として図示していない衝撃検出装置へ送信される。本発明では、光ファイバ2cを通過する光の強度変化によって受けた衝撃を検知するため、衝撃検知光ファイバセンサ10近傍の電磁ノイズの影響を受けずに衝撃を検知することが可能である。
As shown in FIG. 1, the light output from the light emitting element LD1 enters the
なお、発光素子LD1及び受光素子は、電気−光変換を行う光部品であるため、電磁的ノイズの影響を全くない状態にすることは困難であるが、電磁ノイズの影響を受けない光ファイバ2fを伸ばし発光素子LD1及び受光素子PD3を衝撃検知光ファイバセンサ10から離れた場所に設けることで電磁ノイズの影響を無視できる。 Since the light emitting element LD1 and the light receiving element are optical components that perform electro-optical conversion, it is difficult to eliminate the influence of electromagnetic noise, but the optical fiber 2f that is not affected by electromagnetic noise. By extending the light emitting element LD1 and the light receiving element PD3 at a location away from the impact detection optical fiber sensor 10, the influence of electromagnetic noise can be ignored.
さらに、発光素子LD1、受光素子PD3と、衝撃感受部材11とは異なる位置に設けることができる。このため、発光素子LD1、受光素子PD3を金属板などで覆うことで、電磁ノイズを遮蔽することができる。
Furthermore, the light emitting element LD1, the light receiving element PD3, and the
衝撃検知光ファイバセンサ10は、衝撃感受部材11で光ファイバ2cの長手方向と直交する方向に衝撃が加えられた時が、最も衝撃検知の感度がよい。これは、屈曲部8dで衝撃感受部材11を支えることで衝撃感受部材11に曲げ歪や圧縮歪が生じ易いからである。
The impact detection optical fiber sensor 10 has the highest sensitivity for impact detection when an impact is applied by the
さらに、この曲げ歪や圧縮歪は、保護体8を介してワイヤ7に加えられる。ワイヤ7に加えられた曲げ歪等により、光ファイバ2cに接する部分が顕著に曲げられて、光ファイバ2cに曲げ歪等が効率的に伝わる。
Further, the bending strain and the compressive strain are applied to the
図3は、衝撃感受部材が衝撃を受けて撓んだ時の状態を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a state when the impact sensing member is bent due to impact.
衝撃により衝撃感受部材11が撓む場合を詳述すると次のようになる。
The case where the
衝撃検知光ファイバセンサ10が受けた衝撃により、衝撃感受部材11が図に示すように矢印31の方向に撓み、ワイヤ7及び光ファイバ2cに力が加わる。この際、光ファイバ2cに巻かれたワイヤ7に保護体8の撓みによる力が集中して、このワイヤ7に集中した力は、ワイヤ7が光ファイバ2を局所的に曲げることで光ファイバ2cに加えられる。
Due to the impact received by the impact detection optical fiber sensor 10, the
空間8aが設けられていることで、衝撃を受けたときに保護体8が撓み易くなっており、衝撃感受部材11の衝撃検知感度を向上させている。
By providing the space 8a, the protector 8 is easily bent when receiving an impact, and the impact detection sensitivity of the
このため、ワイヤ7により光ファイバ2cに顕著な曲げ歪が生じ、この曲げ歪により、光ファイバ2cの伝送損失が増加する。この曲げ歪の増加により光ファイバ2cを通過する光量が減少する。
For this reason, a remarkable bending strain is generated in the
光ファイバ2fを介してこの光量を受光素子PD3が受光すると、受光した光量の増減が分かる。この光量の時間的変化は、図5のように現れる。 When the light receiving element PD3 receives this light amount via the optical fiber 2f, the increase or decrease of the received light amount can be known. This temporal change in the amount of light appears as shown in FIG.
図5は、衝撃検知光ファイバセンサ10の光ファイバ2cを通過する光量の経時変化を示す図である。図中の横軸は時間を示し、縦軸は受光素子PD3が受光する光量を示す。
FIG. 5 is a diagram showing a change with time of the amount of light passing through the
図中時刻t1で衝撃検知光ファイバセンサ10に衝撃が印加され、衝撃検知光ファイバセンサ10の衝撃感受部材11が撓む。衝撃は時刻t2にて最大に達して、このとき光ファイバ2cは曲げ歪が最大となり光ファイバ2cの伝送損失は最大となる。
At time t1 in the figure, an impact is applied to the impact detection optical fiber sensor 10, and the
衝撃検知光ファイバセンサ10に印加された衝撃が緩和されるに従い、衝撃感受部材11の撓みが減少し、光ファイバ2cの曲げ歪も緩和され光ファイバ2cの伝送損失は減少する。
As the impact applied to the impact detection optical fiber sensor 10 is relaxed, the deflection of the
時刻t3で衝撃が無くなると、衝撃感受部材11の撓みは無くなり衝撃印加前の衝撃感受部材11の形状に戻る。このとき、光ファイバ2cも衝撃印加前の状態に戻ることで生じていた曲げ歪が無くなり、光ファイバ2cの伝送損失も衝撃印加前の状態に戻る。
When the impact disappears at time t3, the
このように、光ファイバ2cに光を入力し、受光素子PD3で受光した光の光量変化を検出することで、光ファイバ2cの歪を検出し、その歪から衝撃感受部材11が受けた衝撃を検知することができる。
Thus, by inputting light to the
ここで、時刻t1〜t3の光量変化の状態(光損失パターン)から測定対象物に加わる異なる衝撃時の速度、重量、堅さなどを識別することができる。 Here, the speed, weight, stiffness, and the like at the time of different impacts applied to the measurement object can be identified from the state of change in light quantity (light loss pattern) at times t1 to t3.
例えば、同じ大きさの衝撃が自動車に加えられた場合でも、自動車に搭載された衝撃検知光ファイバセンサ10で検知される光量変化は、自動車の走行する速度により図中の光量の変化の傾きや大きさが異なったり、ピークに達するまでの時刻t2などが異なったりする。すなわち、得られる光量の変化は速度に対応して固有の光損失パターンとなる。 For example, even when an impact of the same magnitude is applied to an automobile, the change in the amount of light detected by the impact detection optical fiber sensor 10 mounted on the automobile is the slope of the change in the amount of light in the figure depending on the traveling speed of the automobile. The size is different or the time t2 until reaching the peak is different. That is, the change in the amount of light obtained becomes a unique light loss pattern corresponding to the speed.
同じ大きさの衝撃が自動車に加えられた場合でも、自動車の質量が異なるケースでは、衝撃検知光ファイバセンサ10で検知される光量変化は、自動車の質量により図中の光量の変化の傾きや大きさが異なったり、ピークに達するまでの時刻t2が異なったりする。すなわち、得られる光量の変化は自動車の質量に対応して固有の光損失パターンとなる。 Even when an impact of the same magnitude is applied to an automobile, in the case where the mass of the automobile is different, the change in the amount of light detected by the impact detection optical fiber sensor 10 is caused by the inclination or magnitude of the change in the amount of light in the figure depending on the mass of the automobile. Or the time t2 until reaching the peak is different. That is, the change in the amount of light obtained becomes a unique light loss pattern corresponding to the mass of the automobile.
また、同じ大きさの衝撃が自動車に加えられた場合でも、自動車のバンパーや車体の堅さが異なれば、得られる光量の変化は同様に車体等の堅さに対応して固有のパターンとなる。 In addition, even when the same impact is applied to the car, if the bumper or the body of the car is different, the change in the amount of light obtained will be a unique pattern corresponding to the firmness of the car body, etc. .
このように、光ファイバ2cに光を入力し、受光素子PD3で受光した光の光量の時間的変化を検出することで、衝撃検知光ファイバセンサ10を取り付けた測定対象物の速度、重量、堅さに応じた光損失パターンを光量変化から予め求めておき、衝撃を受けた時の光損失パターンと上記予め求めた光損失パターンとを比較し速度、重量、堅さを識別することができる。
In this way, by inputting light into the
衝撃により衝撃感受部材11が圧縮する場合も前述の状況と略同様になる。
When the
図4は、衝撃感受部材が衝撃を受け圧縮された時の状態を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a state when the impact sensing member is impacted and compressed.
衝撃検知光ファイバセンサ10が受けた衝撃により衝撃感受部材11が図4に示すように矢印31の方向に圧縮され、保護体8が圧縮されることを介してワイヤ7及び光ファイバ2cに力が加わる。光ファイバ2cに巻かれたワイヤ7に保護体8の圧縮による力が集中して、この力は光ファイバ2cに加えられる。
As shown in FIG. 4, the
このため、ワイヤ7により光ファイバ2cに顕著な圧縮歪が生じ、この圧縮歪により、光ファイバ2cの伝送損失が増加する。この圧縮歪の増加により光ファイバ2cを通過する光量が減少する。接続された光ファイバ2fを介してこの光量変化を受光素子PD3が受光すると、この光量の時間的変化が図5に示した経時変化パターンと同様になって現れる。
For this reason, remarkable compressive strain is generated in the
本発明を用いることにより、従来の電気式衝撃センサで問題であった電磁ノイズ及び伝送損失の影響を排除することができる。 By using the present invention, it is possible to eliminate the influence of electromagnetic noise and transmission loss, which were problems with conventional electric shock sensors.
また、石英ガラス光ファイバを用いた衝撃検知センサに比べて、螺旋状のワイヤを装着した実施の形態の衝撃検知光ファイバセンサ10は曲げ及び圧縮による石英ガラス光ファイバの疲労切断等が起こり難く、高信頼性のセンサシステムを構成することができる。 In addition, compared to an impact detection sensor using a silica glass optical fiber, the impact detection optical fiber sensor 10 according to the embodiment in which a spiral wire is mounted is less likely to cause fatigue cutting of the silica glass optical fiber due to bending and compression. A highly reliable sensor system can be configured.
衝撃検知光ファイバセンサ10は、従来の光ファイバを用いた衝撃検知センサと比して、その構造により衝撃による光ファイバへの曲げや圧縮の程度が効率的に生じる。従って、衝撃検知光ファイバセンサ10は、加えられた衝撃を精度良く検知することのできる高感度センサとなっている。 Compared to a conventional impact detection sensor using an optical fiber, the impact detection optical fiber sensor 10 efficiently causes bending or compression of the optical fiber due to the impact. Therefore, the impact detection optical fiber sensor 10 is a high-sensitivity sensor that can accurately detect an applied impact.
架橋アクリル樹脂をコア材とし、水分を透過しないフッ素樹脂をクラッド材とする光ファイバ2は、電磁的ノイズの影響を受けないうえ湿気等にも強い衝撃検知光ファイバセンサ10の良好な部材として用いることができる。
An
保護体8は、保護体8に埋め込まれた光ファイバ2の形状を保持し、ループ状(逆フラスコ状)の形状により衝撃感受部材11が衝撃を受けたときに撓み、この撓みにより光ファイバ2に衝撃により生じた曲げ応力を効率的に伝えるものである。保護体8は、不要な外力を除去するクッション層のはたらきも有し、保護体8の基部8bが測定対象物に取付易い形状となっている。
The protector 8 retains the shape of the
1 衝撃検知光ファイバセンサシステム
2 光ファイバ(プラスチック光ファイバ)
2c 光ファイバ(プラスチック光ファイバ)
2f 光ファイバ(プラスチック光ファイバ)
4 電気信号線
7 螺旋金属ワイヤ(ワイヤ)
8 保護体
8a 空間
8b 基部
8d 屈曲部
10 衝撃検知光ファイバセンサ
11 衝撃感受部材
LD1 発光素子
PD3 受光素子
t 厚さ
W 幅
1 Shock detection optical
2c Optical fiber (plastic optical fiber)
2f Optical fiber (plastic optical fiber)
4
8 Protective body 8a Space 8b Base 8d Bend 10 Impact detection
Claims (7)
A light emitting element is connected to one end of the plastic optical fiber extended from the impact detection optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 5, and a light receiving element is connected to the other end of the plastic optical fiber. Is input to the plastic optical fiber, the light is received by the light receiving element, and the temporal change in the amount of the received light is detected, so that the speed, weight, A light loss pattern corresponding to the stiffness is obtained in advance from the change in the amount of light, and the speed, weight, and stiffness are identified by comparing the light loss pattern upon impact with the previously obtained light loss pattern. Shock detection optical fiber sensor system.
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