JP4287765B2 - 衝撃検知光ファイバセンサ及びそれを用いたシステム - Google Patents

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及びそれを用いたシステムに関するものである。

従来の衝撃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。

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。

光ファイバ方式で一般的に考えられるのは、軟質円筒状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。

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。

特開平９−２６３７０号公報 特開平５−２４９３５２号公報 特表２００２−５３１８１２号公報

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。

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。

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。

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光の伝送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、衝撃印加時に石英ガラス光ファイバが切断する可能性があるという問題もある。

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光の伝送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。

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及びそれを用いたシステムを提供することにある。

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、衝撃を検知するためのプラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバの外周部に所定の厚さで被覆するゴム層と、該ゴム層によって被覆されたプラスチック光ファイバの外周部をその長手方向に沿って露出させて収容する樋状に形成されたラック部材と、該ラック部材の内側に形成され、収容される上記プラスチック光ファイバに衝撃に応じた変形を与える凸状部材とを備えた衝撃検知光ファイバセンサである。

第２の発明は、上記ラック部材は、上記ゴム層を被覆したプラスチック光ファイバの長手方向に沿って設けられると共に、上記プラスチック光ファイバの露出部を衝撃方向に臨ませるように構成されたものである。

第３の発明は、上記ラック部材は、上記溝長手方向と直交する断面が略コ字状或いは略Ｕ字状の溝に形成されたものである。

第４の発明は、上記プラスチック光ファイバが、上記ラック部材の溝に対して着脱自在であるものである。

第５の発明は、上記ラック部材は、硬質製プラスチックまたはステンレス鋼、真鍮等の金属で形成されたものである。

第６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。

第７の発明は、上記凸状部材が、上記溝長手方向に複数設けられたものである。

第８の発明は、上記凸状部材は、半円柱状に形成されるものである。

第９の発明は、上記ゴム層が、エチレンプロピレンゴムで形成されたものである。

第１０の発明は、第１〜１０の発明いずれかに記載の衝撃検知光ファイバセンサから上記プラスチック光ファイバをそれぞれ延出し、そのプラスチック光ファイバの一方に発光素子を、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射し、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検知光ファイバセンサ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。

第１１の発明は、第１〜１０の発明いずれかに記載の衝撃検知光ファイバセンサから上記プラスチック光ファイバをそれぞれ延出し、そのプラスチック光ファイバの一方に発光素子を、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射し、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し、他方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、上記衝撃を受けた時に検出される光損失パターンを検出し、そ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。

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。

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。

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を示す構成図である。

図示したように衝撃検知光ファイバセンサ１０は、プラスチック光ファイバ１２の外周部に一定厚のゴム層１８（図４参照）が被覆された衝撃を検知する検知ファイバ１２ａと、検知ファイバ１２ａの長手方向に沿って、その検知ファイバ１２ａを露出させて収容する樋状のラック部材１７と、そのラック部材１７の内側に形成され、収容されるプラスチック光ファイバ１２に衝撃に応じた変形を与える凸状部材１９（図２、図３、図５参照）とを備えて構成される。

検知ファイバ１２ａは、図４に示すように屈折率の高いコア１５（例えば、コア径φ１．５ｍｍ）と、コア１５の周囲に設けられた屈折率の低いクラッド１６（例えば、クラッド径φ２．２ｍｍ）からなるプラスチック光ファイバ１２の外周部にゴム層１８が一定厚さで被覆（例えば、被覆厚さ０．４ｍｍ）されて構成される。

この検知ファイバ１２ａは、例えばエチレンプロピレン被覆耐熱性プラスチック光ファイバ（ＥＰＨＰＯＦ：Ethylene Propylene Highly Heat-resistant Plastic Optical Fiber）が用いられ、一例として、コア１５が、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１６が、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た耐熱性プラスチック光ファイバ１２で構成され、その耐熱性プラスチック光ファイバ１２の外周部に、ショア硬度（ＪＩＳ Ｋ ７２１５ Ａタイプ）が４５前後の所定硬さのエチレンプロピレンゴム等のゴム層１８が被覆されて構成される。

検知ファイバ１２ａは、衝撃を検知する測定対象物６０に対してＵ字状に折り返されて配置されると共に、その各直線部の検知ファイバ１２ａがラック部材１７に収容されてセンサ部１０ａが構成される。

センサ部１０ａは、図３（ａ）に示すように、樋状、図では略コ字状（若しくは、アルファベットの略Ｕ字状）の溝１７ａを有するラック部材１７の溝１７ａ底部に凸状部材１９を設け、その溝１７ａに検知ファイバ１２ａを、ラック部材１７から所定距離の露出量ｈだけ突出するように着脱自在に組み込んだものである。

凸状部材１９は、図２に示すように、半円柱体の形状に形成され、溝１７ａ底部に所定間隔をおいてラック部材１７と一体に形成される。

このラック部材１７には、硬質製のプラスチック（ロックウェル硬度（ＪＩＳ Ｋ ７２０２）Ｒスケール１１８、Ｍスケール８０程度のもの）、真鍮（ＢＳ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が用いられる。

図１に示すように、測定対象物６０に配置された検知ファイバ１２ａの両端からそれぞれ延出されたプラスチック光ファイバ１２ｉ、１２ｏ（ゴム層１８は被覆されていてもいなくてもよい）が延出され、その一方のプラスチック光ファイバ１２ｉの端部に発光素子１１が接続され、他方のプラスチック光ファイバ１２ｏの端部には受光素子１３が接続される。発光素子１１及び受光素子１３には、それぞれ電気信号線１４が接続され、発光素子１１に電力を供給するための図示しない電源や、受光素子１３で受光した光量を処理するための図示しない衝撃検知部等に接続される。

次に本発明の作用を説明する。

検知ファイバ１２ａには、発光素子１１からの光が常時入力され、検知ファイバ１２ａの他端の受光素子１３で、その光を受光し、その光の光量変化を検出することで、測定対象物６０に加わった衝撃を検知できるようになっている。

図３（ａ）は、衝撃検知光ファイバセンサが衝撃を受けない状態を示す断面図である。

衝撃を受けない状態では、検知ファイバ１２ａは何ら応力を受けないため、コア１５、クラッド１６、ゴム層１８何れも歪を殆ど生じない。

この測定対象物６０に加わる衝撃は、図２、図３（ｂ）に示したように、センサ部１０ａの検知ファイバ１２ａに加わる押圧力であり、これにより、検知ファイバ１２ａは、その下部が所定間隔で凸状部材１９に接しているため、凸状部材１９に接した箇所では、凸状部材１９とラック部材１７の上端までの距離以上に変形することはなく、また凸状部材１９に接していない部分では、ラック部材１７の溝１７ａ内に押し込まれることになる。これにより、検知ファイバ１２ａは、各凸状部材１９によるマイクロベンド効果で、凸状部材１９を起点として屈曲されるため、検知ファイバ１２ａには、曲げにより曲げ損失や圧縮損失が発生して伝送損失が大きくなる。

すなわち、衝撃検知光ファイバセンサ１０のセンサ部１０ａが矢印３３の方向に衝撃を受けたときに、凸状部材１９に接した部分を支点として検知ファイバ１２ａに最も効果的に応力が集中し、コア１５、クラッド１６、ゴム層１８に発生する歪により検知ファイバ１２ａの伝送損失が増加する。この伝送損失の増加により検知ファイバ１２ａを通過する光量が減少する。

この伝送損失は、測定対象物６０に加わる衝撃の大きさに関係するため、伝送損失の経時的変化を計測することで、衝撃の大きさや測定対象物６０の速度等が検知できる。

図６は、衝撃検知光ファイバセンサ１０の検知ファイバ１２ａを通過する光量すなわち受光素子１３の受光量の経時変化を示す図で、図中横軸は時間を示し、縦軸は受光量ｙを示し、実線は本発明の実施の形態であり、破線はプラスチック光ファイバを２枚の板ではさんで衝撃センサを形成した従来例であり、それぞれの線は同じ衝撃を加えたときの経時変化を示す。

衝撃が加わらないときは、本発明（実線）も従来例（破線）も受光量ｙは一定であるが、時刻ｔ１で衝撃が加わると、共に受光量ｙが減少する。

従来例では、凸状部材がないのでセンサ部に生じる応力が光ファイバに分散するためセンサ部に生じる歪は小さく、図中折れ破線で示したように応力による光損失の検知が小さい。

この場合、本発明では、Ｒ形状の凸状部材で、検知ファイバにマイクロベンドを与えるため、従来例に比べて大きな伝送損失を得ることができ、衝撃を検知する感度が高くなりより正確に衝撃を検知することができる。

また、衝撃が加わったときに、時刻ｔ１から、時刻ｔ２にて伝送損失が最大（受光量ｙ小）に達し、その後、時刻ｔ３で衝撃がなくなると受光量も元の値に戻る特性となるため、時刻ｔ１から時刻ｔ２、時刻ｔ２から時刻ｔ３の伝送損失（受光量ｙ）の傾きを検出することで、測定対象物６０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。

そこで、時刻ｔ１〜ｔ３の光量変化の状態（光損失パターン）を予め記憶させておき、実際に加わった受光量の変化（光損失変化）を、予め記憶させた光損失パターンと比較させることで、測定対象物６０に加わる衝撃時の速度、重量、堅さなどを簡単に識別することができる。

すなわち、例えば、同じ大きさの衝撃が測定対象物６０である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ため、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。

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。

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。

以上において、本発明では、凸状部材１９により、検知ファイバ１２ａに衝撃が加わったときにマイクロベンド効果を与えて衝撃に応じた変形を付与するものであるが、ラック部材１７からの検知ファイバ１２ａの露出量ｈと、凸状部材１９の形状とその大きさについてさらに説明する。

図５は、検知ファイバ１２ａが、上述したように、コア径φ１．５ｍｍ、クラッド径φ２．２ｍｍ、ゴム層１８の被覆厚さ０．４ｍｍとしたとき、検知ファイバ１２ａの直径がφ３．０ｍｍのときの凸状部材１９の形状と寸法を示したものである。

図中、凸状部材１９は、半径がｒ＝１．８ｍｍの半円柱で、半円柱が溝１７ａ底部から出た部分の高さがＨ＝０．９ｍｍの寸法のＲ形状（半円曲面）を有する形状とし、凸状部材１９の間隔は、例えばピッチＰ＝６．３ｍｍとするとよく、また露出量ｈは、ｈ＝１．２ｍｍとすると、衝撃で検知ファイバ１２ａが破断することなく衝撃を検知することができる。

この凸状部材１９は、半径ｒ＝０．５〜１０ｍｍの範囲、高さＨ＝０．１〜５ｍｍの範囲、露出量ｈも、ｈ＝０〜３ｍｍ範囲で選択できる。またピッチＰも、Ｐ＝１〜２０ｍｍの範囲で選択できる。

次に、本発明の参考例について説明する。

図７は、本発明の参考例である衝撃検知光ファイバセンサ２０を用いた衝撃検知光ファイバセンサシステム２を示す構成図である。

図示したように衝撃検知光ファイバセンサ２０は、衝撃を検知するためのプラスチック光ファイバ２２と、プラスチック光ファイバ２２の長手方向に沿って設けられる平板部材２７（図９、図１０参照）と、平板部材２７に設けられた上記プラスチック光ファイバ２２に衝撃に応じた変形を与える凸状部材２９（図９、図１０参照）と、プラスチック光ファイバ２２及び平板部材２７の周囲を被覆するクッション部材２８とを備えて構成される。

プラスチック光ファイバ２２は、図８に示すように屈折率の高いコア２５（例えば、コア径φ１．５ｍｍ）と、コア２５の周囲に設けられた屈折率の低いクラッド２６（例えば、クラッド径φ２．２ｍｍ）からなる衝撃検知用の光ファイバである。

このプラスチック光ファイバ２２は、一例として、コア１５が、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１６が、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た光ファイバで構成される
プラスチック光ファイバ２２は、衝撃を検知する測定対象物６０に対してＵ字状に折り返されて配置されると共に、その各直線部のプラスチック光ファイバ２２が平板部材２７と共にクッション部材２８で被覆されてセンサ部２０ａが構成される。

センサ部２０ａは、図１０（ａ）に示すように、プラスチック光ファイバ２２の長手方向に沿って平板部材２７が設けられ、プラスチック光ファイバ２２が設けられる片面に凸状部材２９が設けられて、プラスチック光ファイバ２２と凸状部材２９が接するように構成され、プラスチック光ファイバ２２と平板部材２７とが周囲を被覆されたものである。

凸状部材２９は、図９に示すように、半円柱体の形状に形成され、所定間隔をおいて平板部材２７と一体に形成される。

この凸状部材２９は、衝撃検知光ファイバセンサ１０のセンサ部１０ａに設けられた凸状部材１９の形状・寸法及び間隔と同様とするとよい（図５参照）。

この平板部材２７には、硬質製のプラスチック（ロックウェル硬度（ＪＩＳ Ｋ ７２０２）Ｒスケール１１８、Ｍスケール８０程度のもの）、真鍮（ＢＳ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が用いられる。

図７に示すように、測定対象物６０に配置されたプラスチック光ファイバ２２の両端からそれぞれ延出されたプラスチック光ファイバ２２ｉ、２２ｏが延出され、その一方のプラスチック光ファイバ２２ｉの端部に発光素子１１が接続され、他方のプラスチック光ファイバ２２ｏの端部には受光素子１３が接続される。発光素子１１及び受光素子１３には、それぞれ電気信号線１４が接続される。

次に本発明の参考例の作用を説明する。

プラスチック光ファイバ２２には、発光素子１１からの光が常時入力され、プラスチック光ファイバ２２の他端の受光素子１３で、その光を受光し、その光の光量変化を検出することで、測定対象物６０に加わった衝撃を検知できるようになっている。

図１０（ａ）は、衝撃検知光ファイバセンサが衝撃を受けない状態を示す断面図である。

衝撃を受けない状態では、プラスチック光ファイバ２２は何ら応力を受けないため、コア２５、クラッド２６何れも歪を殆ど生じない。

この測定対象物６０に加わる衝撃は、図９、図１０（ｂ）に示したように、センサ部２０ａのプラスチック光ファイバ２２に加わる押圧力であり、これにより、プラスチック光ファイバ２２は、その下部が所定間隔で凸状部材２９に接しているため、凸状部材２９に接した箇所では、凸状部材２９とプラスチック光ファイバ２２の断面上端までの距離以上に変形することはなく、また凸状部材２９に接していない部分では、平板部材２７に押し込まれることになる。これにより、プラスチック光ファイバ２２は、各凸状部材２９によるマイクロベンド効果で、凸状部材２９を起点として屈曲されるため、プラスチック光ファイバ２２には、曲げにより歪みが発生して伝送損失が大きくなる。

すなわち、衝撃検知光ファイバセンサ２０のセンサ部２０ａが矢印３３の方向に衝撃を受けたときに、凸状部材２９に接した部分を支点としてプラスチック光ファイバ２２に最も効果的に応力が集中し、コア２５、クラッド２６に発生する歪によりプラスチック光ファイバ２２の伝送損失が増加する。この伝送損失の増加によりプラスチック光ファイバ２２を通過する光量が減少する。

この伝送損失は、測定対象物６０に加わる衝撃の大きさに関係するため、伝送損失の経時的変化を計測することで、衝撃の大きさや測定対象物６０の速度等が検知できる。

図１１は、衝撃検知光ファイバセンサ２０のプラスチック光ファイバ２２の光量（すなわち、受光素子１３の受光量）の経時変化を示す図で、図中横軸は、時間を示し、縦軸は受光量ｙを示し、実線は本発明の参考例であり、破線はプラスチック光ファイバを２枚の板ではさんで衝撃センサを形成した従来例であり、それぞれの線は同じ衝撃を加えたときの経時変化を示す。

衝撃が加わらないときは、本発明（実線）も従来例（破線）も受光量ｙは一定であるが、衝撃が加わると、共に受光量ｙが減少する。

この場合、衝撃検知光ファイバセンサ２０では、衝撃検知光ファイバセンサ１０と同様に、凸状部材でプラスチック光ファイバにマイクロベンドを与えるため、従来例に比べて大きな伝送損失を得ることができ、衝撃を検知する感度が高くなりより正確に衝撃を検知することができる。

また、図６の場合と同様に、伝送損失（受光量ｙ）の傾きを検出することで、測定対象物６０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。

そこで、図１１に示すような光量変化の状態（光損失パターン）を予め記憶させておき、実際に加わった受光量の変化を、予め記憶させた光損失パターンと比較させることで、測定対象物６０に加わる衝撃時の速度、重量、堅さなどを簡単に識別することができる。

センサ部２０ａは、図に示した構造に限定されるものではない。例えば、図９に示した各センサ部２０ａでは、平板部材２７を１枚使用しているが、これを２枚使用することで、より衝撃検知の効果を高めることもできる。２枚の平板部材２７を凸状部材２９の在る面を互いに対向させて、これらの平板部材２７の間にプラスチック光ファイバ２２を挟み込む構造とすると、曲げ歪、圧縮歪がより強くプラスチック光ファイバ２２にかかり、センサ部２０ａの光の伝送損失の変化が顕著になる。

これらの参考例の作用は、基本的に衝撃検知光ファイバセンサ１０と同様である。

ここで、衝撃検知光ファイバセンサ１０、２０は、図１、図７に示した形状に限定されるものでない。図ではセンサ部１０ａ、２０ａは略直線状に形成されており、センサ部１０ａ、２０ａの長手方向と直交する向きで検知ファイバ１２ａ、プラスチック光ファイバ２２が最も凸状部材１９、２９により曲げ歪を受け易くなっており、センサ部１０ａ、２０ａはこの方向からの衝撃を最も感知し易い構造である。

複数のセンサ部１０ａ、２０ａ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ことのできる衝撃検知光ファイバセンサ１０、２０の構造としてもよい。

また、ラック部材１７に凸状部材１９を設ける代わりに、ラック部材１７の溝底部、溝側壁の表面を波打たせた形状とし、この波打たせたことにより設けられた山状の部分に接するように検知光ファイバ１２ａを溝に組み込んで、この波打ち形状の山状の部分が凸状部材と同様の効果を得ることでもよい。

また、平板部材２７に凸状部材２９を設ける代わりに、平板部材１７の表面を波打たせた形状とし、この波打たせたことにより設けられた山状の部分に接するようにプラスチック光ファイバ２２を接して組み込んで、この波打ち形状の山状の部分が凸状部材と同様の効果を得ることでもよい。

本発明では、検知ファイバ１２ａ、プラスチック光ファイバ２２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、２０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。

なお、発光素子１１及び受光素子１３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プラスチック光ファイバ１２ｉ、１２ｏ、２２ｉ、２２ｏを伸ばし発光素子１１及び受光素子１３を衝撃検知光ファイバセンサ１０、２０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。

さらに、発光素子１１及び受光素子１３と、センサ部１０ａ、２０ａとは異なる場所に設置することができる。このため、発光素子１１、受光素子１３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。

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。

また、石英ガラス光ファイバを用いた衝撃センサに比べて、本発明による衝撃検知光ファイバセンサ１０、２０は曲げ及び圧縮によるプラスチック光ファイバ１２，２２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。

衝撃検知光ファイバセンサ１０、２０は、従来の光ファイバを用いた衝撃センサと比して、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、２０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。

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１２、２２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、２０の良好な部材として用いることができる。

衝撃検知光ファイバセンサ１０、２０は、センサ部１０ａ、２０ａが複数設けられることにより、測定対象物６０の多点、多方向の衝撃を検知することができる。

衝撃検知光ファイバセンサ１０、２０は、凸状部材を有した構造となっているため、衝撃検知の感度を向上させることができる。

また、衝撃検知光ファイバセンサは簡易な構成であり、ワンタッチ組立容易な構造となっており、量産化が可能な低コストの衝撃検知光ファイバセンサシステムを容易に実現することができる。

本発明の好適実施である衝撃検知光ファイバセンサ及びシステムを示す構成図である。 衝撃検知光ファイバセンサの衝撃検知状態を示す説明図である。 図３（ａ）は、衝撃検知光ファイバセンサが衝撃を受けない状態を示す断面図である。図３（ｂ）は、衝撃検知光ファイバセンサが衝撃を受けた状態を示す断面図である。 図１に示す衝撃検知光ファイバセンサに用いる検知ファイバの構造を示す断面図である。 溝底部に設けられた凸状部材の断面を示す断面図である。 本実施の形態の衝撃検知光ファイバセンサ及び従来例のセンサを通過する光量の変化を示す経時変化図である。 本発明の参考例である衝撃検知光ファイバセンサ及びシステムを示す概観図である。 図７に示す衝撃検知光ファイバセンサに用いるプラスチック光ファイバの構造を示す断面図である。 参考例である衝撃検知光ファイバセンサの衝撃検知状態を示す説明図である。 図１０（ａ）は、参考例である衝撃検知光ファイバセンサが衝撃を受けない状態を示す断面図である。図１０（ｂ）は、衝撃検知光ファイバセンサが衝撃を受けた状態を示す断面図である。 参考例である衝撃検知光ファイバセンサ及び従来例のセンサを通過する光量の変化を示す経時変化図である。

符号の説明

１ 衝撃検知光ファイバセンサシステム
１０ 衝撃検知光ファイバセンサ
１０ａ センサ部
１１ 発光素子
１２ プラスチック光ファイバ
１２ａ 検知ファイバ
１２ｉ、１２ｏ プラスチック光ファイバ
１３ 受光素子
１４ 電気信号線
１７ ラック部材
１７ａ 溝

Claims (11)

1. 衝撃を検知するためのプラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバの外周部に所定の厚さで被覆するゴム層と、該ゴム層によって被覆されたプラスチック光ファイバの外周部をその長手方向に沿って露出させて収容する樋状に形成されたラック部材と、該ラック部材の内側に形成され、収容される上記プラスチック光ファイバに衝撃に応じた変形を与える凸状部材とを備えたことを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサ。
2. 上記ラック部材は、上記ゴム層を被覆したプラスチック光ファイバの長手方向に沿って設けられると共に、上記プラスチック光ファイバの露出部を衝撃方向に臨ませるように構成された請求項１記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
3. 上記ラック部材は、上記溝長手方向と直交する断面が略コ字状或いは略Ｕ字状の溝に形成された請求項１または２記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
4. 上記プラスチック光ファイバが、上記ラック部材の溝に対して着脱自在である請求項１〜３いずれか記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
5. 上記ラック部材は、硬質製プラスチックまたはステンレス鋼、真鍮等の金属で形成された請求項１〜３いずれか記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
6. 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請求項１〜５いずれか記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
7. 上記凸状部材が、上記溝長手方向に複数設けられた請求項１〜６いずれか記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
8. 上記凸状部材は、半円柱状に形成される請求項１〜７いずれか記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
9. 上記ゴム層が、エチレンプロピレンゴムで形成された請求項１〜８いずれか記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
10. 請求項１〜９いずれかに記載の衝撃検知光ファイバセンサから上記プラスチック光ファイバをそれぞれ延出し、そのプラスチック光ファイバの一方に発光素子を、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射し、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検知光ファイバセンサが受けた上記衝撃を検知することを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサシステム。
11. 請求項１〜９いずれかに記載の衝撃検知光ファイバセンサから上記プラスチック光ファイバをそれぞれ延出し、そのプラスチック光ファイバの一方に発光素子を、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射し、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し、他方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、上記衝撃を受けた時に検出される光損失パターンを検出し、そ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を特徴とする衝撃検知光ファイバセンサシステム。

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