JP6736044B2 - Strain sensor and jig for mounting the strain sensor - Google Patents
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Description
本発明は、歪みセンサ及び歪みセンサの取付治具に関し、特に、光ファイバを備え光学的に計測対象物の歪みを検知する歪みセンサ及び歪みセンサの取付治具に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a strain sensor and a strain sensor mounting jig, and more particularly to a strain sensor that includes an optical fiber and optically detects strain of a measurement target, and a strain sensor mounting jig.
近年、光ファイバを備える歪みセンサが使用されている。この種の歪みセンサは、光ファイバの変形に応じて光ファイバ中を伝送される光の反射状態の変化や散乱状態の変化に基づいて歪み量を取得する。 In recent years, strain sensors equipped with optical fibers have been used. This type of strain sensor acquires a strain amount based on a change in the reflection state or a change in the scattering state of light transmitted through the optical fiber according to the deformation of the optical fiber.
例えば、特許文献1は、従来技術として、FBG(Fiber Bragg Grating)部を備える光ファイバを、FBG部が接着剤で覆われる状態で計測対象物に固定する構成や、張力(プリテンション)を付与した光ファイバを、計測対象物に対してFBG部を挟む2箇所で接着固定する構成を開示している。また、特許文献1は、歪み計測の高精度化を目的として、屈曲自在な弾性体を備え、当該弾性体に光ファイバをプリテンションが加わった状態で固定した歪みセンサを開示している。この歪みセンサでは、弾性体が計測対象物に固定され、計測対象物の歪みに応じた弾性体の変形により光ファイバが変形する。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-242242 discloses a conventional technique in which an optical fiber including an FBG (Fiber Bragg Grating) portion is fixed to a measurement target while the FBG portion is covered with an adhesive, and tension (pretension) is applied. There is disclosed a configuration in which the above optical fiber is bonded and fixed to the measurement object at two positions sandwiching the FBG portion. Further, Patent Document 1 discloses a strain sensor including a bendable elastic body and fixing an optical fiber to the elastic body in a state where pretension is applied, for the purpose of improving the accuracy of strain measurement. In this strain sensor, the elastic body is fixed to the measurement target, and the optical fiber is deformed by the deformation of the elastic body according to the strain of the measurement target.
また、特許文献2は、光ファイバをリング体の直径方向に配置して固定した歪みセンサを開示している。この歪みセンサでは、リング体の径方向の変形により光ファイバが変形する。 Further, Patent Document 2 discloses a strain sensor in which an optical fiber is arranged and fixed in the diameter direction of a ring body. In this strain sensor, the optical fiber is deformed by the radial deformation of the ring body.
特許文献1が従来技術として開示するような、光ファイバを計測対象物に固定する構成では、光ファイバに適切なプリテンションを付与していなければ、光ファイバに沿う圧縮方向の歪みが発生した場合、光ファイバに座屈(マイクロベンド)が発生してしまう。光ファイバに座屈が発生すると、光ファイバ中を伝搬される光に損失が発生してしまうため、歪みの正確な計測が困難になる。 In a configuration in which an optical fiber is fixed to an object to be measured as disclosed in Patent Document 1 as a prior art, if a proper pretension is not applied to the optical fiber, distortion in the compression direction along the optical fiber occurs. , Buckling (microbend) occurs in the optical fiber. When buckling occurs in the optical fiber, the light propagating in the optical fiber loses, which makes it difficult to accurately measure the strain.
このような問題は、特許文献1が開示するように、張力を付与した状態の光ファイバを計測対象物に固定することで回避可能である。しかしながら、張力を付与した状態の光ファイバを計測対象物に直接固定するには、光ファイバの一端を固定した状態で光ファイバの他端に錘等を取り付けて光ファイバに張力を加え、その状態で光ファイバを固定するという煩雑な作業が必要になる。また、計測対象面が水平面でない場合には、光ファイバ固定作業の難易度が高くなる。 As disclosed in Patent Document 1, such a problem can be avoided by fixing the optical fiber in a tensioned state to the measurement target. However, in order to directly fix the optical fiber in the tensioned state to the measurement object, attach a weight or the like to the other end of the optical fiber with one end of the optical fiber fixed and apply tension to the optical fiber Therefore, the complicated work of fixing the optical fiber is required. Further, when the surface to be measured is not a horizontal surface, the difficulty of fixing the optical fiber becomes high.
これに対し、特許文献1、2が開示する技術では、光ファイバは弾性体やリング体(以下、ゲージキャリアという。)に固定されているため、適切な張力を付与した状態で光ファイバをゲージキャリアに固定することができる。したがって、ゲージキャリアを計測対象物に固定することで圧縮方向の歪みを正確に計測することができる。 On the other hand, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, since the optical fiber is fixed to the elastic body or the ring body (hereinafter, referred to as a gauge carrier), the optical fiber is gauged with an appropriate tension applied. Can be fixed to the carrier. Therefore, the strain in the compression direction can be accurately measured by fixing the gauge carrier to the measurement target.
しかしながら、このような構成では、計測対象物にゲージキャリアを設置するスペースを確保することが必須になる。例えば、計測対象物が、建造物、航空機、船舶、鉄道等の移動体のように比較的大きい場合、ゲージキャリアを設置するスペースを確保することは容易である。一方、計測対象物が移動体を構成する部品等のように比較的小さい場合や、計測対象物の表面が曲面等で構成されている場合、ゲージキャリアを設置するスペースを確保することが困難な場合もある。 However, in such a configuration, it is essential to secure a space for installing the gauge carrier on the measurement target. For example, when the measurement target is relatively large, such as a moving object such as a building, an aircraft, a ship, or a railway, it is easy to secure a space for installing the gauge carrier. On the other hand, when the measurement target is relatively small, such as a component that constitutes a moving body, or when the measurement target has a curved surface, it is difficult to secure a space for installing the gauge carrier. In some cases.
また、近年、移動体では、計測対象物が、金属に比べて大きく変形することができるカーボン等の材質で構成されている場合もある。この場合、上述のゲージキャリアの材質が、例えば、金属であると、歪みセンサにより正確な計測ができる範囲は、ゲージキャリアが追従可能な変形の範囲に限られる。すなわち、計測対象物がゲージキャリアの変形限度を超えて変形可能な場合、ゲージキャリアを備える歪みセンサでは計測対象物に発生する歪みを正確に計測することができない。 Further, in recent years, in a moving body, an object to be measured may be made of a material such as carbon that can be largely deformed as compared with metal. In this case, if the material of the gauge carrier is metal, for example, the range in which the strain sensor can accurately measure is limited to the range of deformation that the gauge carrier can follow. That is, when the measurement target is deformable beyond the deformation limit of the gauge carrier, the strain sensor including the gauge carrier cannot accurately measure the strain generated in the measurement target.
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、従来に比べて設置に必要なスペースが小さく、従来に比べて容易に設置でき、かつ、計測可能な歪み量の範囲を従来に比べて広げることができる歪みセンサ及び歪みセンサの取付治具を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the conventional technology, the space required for installation is smaller than the conventional one, the installation is easier than the conventional one, and the measurable strain amount is An object of the present invention is to provide a strain sensor and a jig for mounting the strain sensor, the range of which can be expanded as compared with the conventional one.
上述の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、光ファイバを利用した歪みセンサを前提としている。そして、本発明に係る歪みセンサは、2つの係止部と、2つの係止部の間に設けられる保持部材とを備える。2つの係止部は、所定の間隔をおいて光ファイバに設けられる。保持部材は、光ファイバに対して2つの係止部が離れる方向に付勢力を付与する弾性部を備えるとともに光ファイバを保持する。また、保持部材は、光ファイバが計測対象物に固定された後、光ファイバから離脱される。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention employs the following technical means. First, the present invention is premised on a strain sensor using an optical fiber. The strain sensor according to the present invention includes two locking parts and a holding member provided between the two locking parts. The two locking portions are provided on the optical fiber at a predetermined interval. The holding member includes an elastic portion that applies a biasing force to the optical fiber in a direction in which the two locking portions are separated from each other, and holds the optical fiber. Further, the holding member is detached from the optical fiber after the optical fiber is fixed to the measurement object.
本発明の歪みセンサでは、光ファイバを保持した状態の保持部材が計測対象物に設置される。そして、保持部材の弾性部により2つの係止部に対して付勢力を付与した状態、すなわち、光ファイバに張力(プリテンション)を付与した状態で光ファイバが計測対象物に固定される。その後、光ファイバから保持部材が離脱される。その結果、計測対象物には、光ファイバが張力を付与された状態で固定される。したがって、計測対象物への設置が極めて容易である。また、計測対象物には、ゲージキャリアを設置するためのスペースが不要であり、従来に比べて、歪みセンサの設置に必要なスペースを小さくすることができる。そのため、移動体の部品等、比較的小さな計測対象物の歪みを計測することができる。さらに、計測可能な歪み量の範囲がゲージキャリアの変形限度に制限されることもない。加えて、光ファイバは張力が付与された状態で設置されるため、圧縮方向の歪みも正確に計測することができる。 In the strain sensor of the present invention, the holding member holding the optical fiber is installed on the measurement target. Then, the optical fiber is fixed to the measurement object in a state in which the elastic portion of the holding member applies a biasing force to the two locking portions, that is, in a state in which tension (pretension) is applied to the optical fiber. After that, the holding member is separated from the optical fiber. As a result, the optical fiber is fixed to the measurement object in a state where tension is applied. Therefore, it is extremely easy to install on the measurement object. Further, the measurement target does not require a space for installing the gauge carrier, and the space required for installing the strain sensor can be reduced as compared with the conventional case. Therefore, it is possible to measure the distortion of a relatively small measurement target such as a component of a moving body. Further, the measurable strain amount range is not limited to the deformation limit of the gauge carrier. In addition, since the optical fiber is installed under tension, the strain in the compression direction can be accurately measured.
この歪みセンサにおいて、保持部材は、光ファイバに付勢力を付与した状態で光ファイバを保持する構成を採用することができる。あるいは、保持部材は、光ファイバに付勢力を付与しない状態で光ファイバを保持しておき、光ファイバが計測対象物に固定される際に付勢力を生成する構成を採用することもできる。 In this strain sensor, the holding member may be configured to hold the optical fiber in a state in which the optical fiber is biased. Alternatively, the holding member may be configured to hold the optical fiber in a state in which the biasing force is not applied to the optical fiber and generate the biasing force when the optical fiber is fixed to the measurement target.
また、以上の歪みセンサにおいて、弾性部はリングばねにより構成することができる。また、光ファイバは、2つの係止部の間にFBG(Fiber Bragg Grating)部を備える構成を採用することもできる。さらに、保持部材が、互いに異なる方向に向けて配置された光ファイバを保持する、複数の弾性部を備える構成を採用することもできる。 Further, in the above strain sensor, the elastic portion can be formed by a ring spring. Further, the optical fiber may have a configuration including an FBG (Fiber Bragg Grating) portion between the two locking portions. Furthermore, it is also possible to adopt a configuration in which the holding member includes a plurality of elastic portions that hold the optical fibers arranged in different directions.
さらに、以上の歪みセンサにおいて、保持部材は、光ファイバが計測対象物に固定されるときに当該計測対象物と対向する面に溝部を備え、光ファイバが当該溝部内に配置される構成を採用することもできる。また、係止部における計測対象物との接触面及び保持部材における計測対象物との接触面が同一面内に配置される構成を採用することもできる。 Further, in the above strain sensor, the holding member has a groove portion on the surface facing the measurement object when the optical fiber is fixed to the measurement object, and the optical fiber is arranged in the groove portion. You can also do it. It is also possible to adopt a configuration in which the contact surface of the locking portion with the measurement object and the contact surface of the holding member with the measurement object are arranged in the same plane.
一方、他の観点では、本発明は、光ファイバからなる歪みセンサの取付治具を提供することもできる。すなわち、本発明に係る歪みセンサの取付治具は、弾性部及び溝部を備える。弾性部は、光ファイバに対して、光ファイバに所定の間隔をおいて設けられた2つの係止部が離れる方向に付勢力を付与する。溝部は、光ファイバが計測対象物に固定されるときに当該計測対象物と対向する面に設けられ、光ファイバが収容される。 On the other hand, from another point of view, the present invention can also provide a strain sensor mounting jig made of an optical fiber. That is, the strain sensor mounting jig according to the present invention includes the elastic portion and the groove portion. The elastic portion applies a biasing force to the optical fiber in a direction in which two locking portions provided at a predetermined interval in the optical fiber separate from each other. The groove is provided on the surface facing the measurement target when the optical fiber is fixed to the measurement target, and the optical fiber is accommodated therein.
本発明によれば、歪みセンサの設置に必要なスペースを従来に比べて小さくすることができるとともに、歪みセンサを従来に比べて容易に設置することができる。また、計測可能な歪み量の範囲を従来に比べて広げることができる。 According to the present invention, the space required for installing the strain sensor can be made smaller than in the conventional case, and the strain sensor can be installed more easily than in the conventional case. In addition, the range of measurable strain amount can be expanded as compared with the conventional case.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。以下では、単軸の歪みセンサ(歪みゲージ)として本発明を具体化する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. Hereinafter, the present invention will be embodied as a uniaxial strain sensor (strain gauge).
図1(a)及び図1(b)は、本実施形態における歪みセンサ1の全体構成の一例を示す概略構成図である。図1(a)は計測対象物の表面に固定される側の面(以下、当接面という。)を示す図である。図1(b)は、図1(a)に示す面の反対側の面(以下、非当接面という。)を示す図である。また、図2(a)及び図2(b)は、それぞれ、図1(a)に示すA−A線、B−B線に沿う概略断面図である。図2(a)及び図2(b)では、図中の下方側が当接面に対応し、図中の上方側が非当接面に対応する。なお、図2(a)及び図2(b)は模式図であり、各部の寸法を厳密に表現したものではない。 1A and 1B are schematic configuration diagrams showing an example of the overall configuration of the strain sensor 1 in the present embodiment. FIG. 1A is a view showing a surface (hereinafter referred to as a contact surface) on the side fixed to the surface of the measurement target. FIG. 1B is a view showing a surface opposite to the surface shown in FIG. 1A (hereinafter referred to as a non-contact surface). 2A and 2B are schematic cross-sectional views taken along the lines AA and BB shown in FIG. 1A, respectively. 2A and 2B, the lower side in the figure corresponds to the contact surface, and the upper side in the figure corresponds to the non-contact surface. Note that FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams, and the dimensions of each part are not expressed exactly.
図1(a)、図1(b)、図2(a)及び図2(b)に示すように、歪みセンサ1は、光ファイバ10及び保持部材20を備える。光ファイバ10には所定の間隔をおいて2つの係止部11、12が設けられており、係止部11と係止部12との間に保持部材20が配置されている。なお、後述のように、歪みの計測は、計測対象物に光ファイバ10のみが固定された状態で実施される。すなわち、歪みセンサ1の構成要素として保持部材20が含まれているが、保持部材20は、光ファイバ10を計測対象物に固定した後に、光ファイバ10から離脱される。
As shown in FIGS. 1A, 1</b>B, 2</b>A, and 2</b>B, the strain sensor 1 includes an
保持部材20は、弾性部21及び固定部22を備える。弾性部21は、光ファイバ10に対して2つの係止部11、12が離れる方向に付勢力を付与する。本実施形態では、弾性部21は光ファイバ10を含む面内で弾性力を生成するリングばねにより構成されている。ここでは、光ファイバ10は、弾性部21であるリングばねの直径方向に配置されている。特に限定されないが、本実施形態では、弾性部21であるリングばねの外径は5mm程度である。
The holding
固定部22は、光ファイバ10を計測対象物に固定する際に、歪みセンサ1を計測対象物に一時的に固定するために使用される。本実施形態では、固定部22は、弾性部21であるリングばねにおいて、互いに対向する位置で、光ファイバ10の配置方向と垂直な方向に、光ファイバ10を含む面内でリングばねから外方に向けて延出された板状部材により構成されている。計測対象物への固定部22の固定方法は、光ファイバ10の固定後に計測対象物から保持部材20を離脱可能であれば、公知の任意の手法を使用することができる。ここでは、固定部22の当接面側に両面テープ23が設けられており、当該両面テープ23の接着力により、固定部22が計測対象物に一時的に固定される。
The fixing
本実施形態では、弾性部21及び固定部22を備える保持部材20は、樹脂材料等により一体の部材として構成されている。図2(a)及び図2(b)に示すように、保持部材20は、光ファイバ10の直径よりも大きな厚みを有する板状材により構成されている。弾性部21の当接面には溝部24が設けられており、光ファイバ10は、保持部材20の当接面側に突出することがない状態で溝部24に収容される。
In the present embodiment, the holding
本実施形態では、光ファイバ10は、光を伝搬するコア、コアの周囲を取り囲みコア中を伝搬する光をコア側に反射させるクラッドが中心から順に配置された構造を有する。また、本実施形態では、光ファイバ10の一端は終端面13が設けられている。終端面13は、終端面13での反射光が光ファイバ10内を逆進することがないように端末処理がなされている。ここでは、終端面13での反射光がコアとクラッドとの境界面に対して臨界角以上で入射し、コアの外部へ放出されるように、終端面13は、光ファイバ10の軸心に対する傾斜角8度の面で構成されている。また、光ファイバ10の他端側では、保持部材20から所定距離以上離れた部分が、コア及びクラッドを保護する外皮樹脂14により被覆されている。
In the present embodiment, the
また、図1(a)及び図1(b)に示すように、弾性部21であるリングばねの内側に配置される光ファイバ10(係止部11と係止部12との間の光ファイバ10)のコアには特定のブラッグ波長を有するFBG(Fiber Bragg Grating)部25が配置されている。図中では、便宜上、FBG部25を黒塗りにより表現している。
Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the optical fiber 10 (the optical fiber between the locking
公知のように、FBG部はブラッグ波長により規定される波長の光を反射する。FBG部は光ファイバのコアに所定の間隔で配置された複数の回折格子により構成され、ブラッグ波長は光ファイバの屈折率と回折格子の配置間隔との積に比例する。したがって、歪みによりFBG部が引っ張られFBG部を構成する回折格子の間隔が拡がると、FBG部により反射される光の波長は大きくなる。また、歪みによりFBG部が圧縮されFBG部を構成する回折格子の間隔が狭まると、FBG部により反射される光の波長は小さくなる。 As is well known, the FBG portion reflects light having a wavelength defined by the Bragg wavelength. The FBG portion is composed of a plurality of diffraction gratings arranged at a predetermined interval in the core of the optical fiber, and the Bragg wavelength is proportional to the product of the refractive index of the optical fiber and the arrangement interval of the diffraction grating. Therefore, when the FBG portion is pulled by the distortion and the distance between the diffraction gratings forming the FBG portion is expanded, the wavelength of the light reflected by the FBG portion becomes large. Further, when the FBG portion is compressed by the distortion and the distance between the diffraction gratings forming the FBG portion is narrowed, the wavelength of the light reflected by the FBG portion becomes smaller.
一方、係止部11、12は、光ファイバ10に設けられた突出部により構成される。特に限定されないが、ここでは、係止部11、12は、紫外線硬化型樹脂により構成されている。なお、図2(b)に示すように、本実施形態では、係止部11、12における計測対象物との接触面と、保持部材20における計測対象物との接触面とが同一面内に配置されている。
On the other hand, the locking
また、光ファイバ10は、計測対象物に設置されるまでの間に、保持部材20から離脱することがないように接着剤27により溝部24(保持部材20)に固定されている。なお、光ファイバ10が計測対象物に固定された後、光ファイバ10から保持部材20が離脱できるように、保持部材20と光ファイバ10との固定に使用される接着剤27の接着力は、光ファイバ10と計測対象物との固定に使用される接着剤の接着力に比べて小さくなっている。
Further, the
続いて、歪みセンサ1の組立手順について説明する。図3(a)〜図3(f)は、本実施形態における歪みセンサ1の組立手順を示す図である。まず、光ファイバ10に係止部11、12が形成される。係止部11、12が形成される際、光ファイバ10は、図3(a)に示すように、水平面を備える基板30上に、係止部11の形成位置と係止部12の形成位置との間が水平面に接する状態で配置される。なお、FBG部25は、係止部11の形成位置と係止部12の形成位置との間に配置される。
Next, the procedure for assembling the strain sensor 1 will be described. 3A to 3F are views showing an assembly procedure of the strain sensor 1 in the present embodiment. First, the locking
次いで、図3(b)に示すように、係止部11、12の形成材料である紫外線硬化型樹脂が係止部11、12の形成位置に配置される。このとき、係止部11と係止部12との間の距離が予め指定された距離Lとなるように紫外線硬化型樹脂が配置される。このような配置は、例えば、係止部11と係止部12との間にスペーサ等を配置する等により紫外線硬化型樹脂の位置を規制することで実現可能である。当該スペーサ等は、紫外線硬化型樹脂の硬化後に係止部11と係止部12との間から取り除かれる。なお、図3(c)に示すように、弾性部21であるリングばねの無負荷時の外径Rは、係止部11と係止部12との間の距離Lに比べてわずかに大きい。
Next, as shown in FIG. 3B, the ultraviolet curable resin, which is the material for forming the locking
保持部材20を係止部11と係止部12との間に配置する場合、図3(d)に実線の矢印で示すように、弾性部21であるリングばねが光ファイバ10の配置方向に沿って圧縮方向に弾性変形される。これにより、光ファイバ10の配置方向に沿う方向のリングばねの外径は、距離Lよりも小さい距離R1になる。特に限定されないが、本実施形態の保持部材20の構成では、このような弾性変形は、図3(d)に破線の矢印で示すように、リングばねを光ファイバ10の配置方向に対して垂直な方向に沿って広げることで実現可能である。この例では、弾性部21であるリングばねの内側面を構成する固定部22の基端部分に、固定部22側に進入する凹部28が設けられている。そして、この凹部28に、例えば、棒状の部材を当接させた状態で固定部22側に向かう力を付与することで上述の弾性変形が実現される。
When the holding
以上のようにリングばねを弾性変形させた状態で、図3(e)に示すように、リングばねは、基板30上で、係止部11と係止部12との間に挿入され、光ファイバ10が溝部24に収容される(図2(a)及び図2(b)参照)。その後、リングばねの弾性変形を解放すると、図3(f)に示すように、ファイバ10の配置方向に沿う方向のリングばねの外径が距離Rに復帰するため、リングばねの外壁が係止部11及び係止部12に当接するとともに、光ファイバ10に対して2つの係止部11、12が離れる方向に付勢力が付与される。すなわち、光ファイバ10は、張力(プリテンション)が付与された状態で保持部材20に保持される。なお、光ファイバ10に付与される付勢力の大きさは、係止部11と係止部12との間の距離、弾性部21であるリングばねの外径との差の大きさ、及びリングばねの弾性係数により決定される。
With the ring spring elastically deformed as described above, the ring spring is inserted between the locking
以上のようにして組み立てられた光ファイバ10及び保持部材20は、基板30から離脱される。そして、上述のように、比較的接着力が弱い接着剤27により、光ファイバ10が保持部材20に固定される。なお、以上の組立手順によれば、係止部11、12における計測対象物との接触面と、保持部材20における計測対象物との接触面とを同一面内に配置することができる(図2(b)参照)。
The
以下、計測対象物への光ファイバ10の取付手順について説明する。計測対象物への光ファイバ10の固定には、公知の任意の手法を採用することができる。本実施形態では、紫外線硬化型接着剤により光ファイバ10を計測対象物に固定する。図4(a)及び図4(b)は、本発明の一実施形態における歪みセンサ1の取付態様の一例を示す図である。
Hereinafter, the procedure for attaching the
計測対象物40へ光ファイバ10を固定する場合、図4(a)に示すように、まず、固定部22の当接面に設けられた上述の両面テープ23により、歪みセンサ1が計測対象物40に一時的に固定される。当該状態で、図4(a)に示すように、係止部11を被覆する接着剤50及び係止部12を被覆する接着剤50が塗布される。接着剤50の硬化が完了すると、保持部材20が光ファイバ10から離脱される。上述のように、保持部材20と光ファイバ10との固定に使用される接着剤27の接着力は、光ファイバ10と計測対象物40との固定に使用される接着剤50の接着力に比べて小さい。そのため、保持部材20を計測対象物40から離脱させる動作をすることで、保持部材20は光ファイバ10から離脱される。
When fixing the
保持部材20の離脱後は、図4(b)に示すように、光ファイバ10が計測対象物40に対して2点で固定されることになる。このような取付態様は、例えば、FBG部25の長さが比較的長く(例えば、係止部11と係止部12との間の大部分を占める長さ)、比較的広い領域の歪みの検出を目的とする場合に特に好適である。
After the holding
また、図5(a)及び図5(b)は、本発明の一実施形態における歪みセンサ1の他の取付態様を示す図である。この例では、図4(a)及び図4(b)に示す例と同様に、まず、固定部22の当接面に設けられた両面テープ23により、歪みセンサ1が計測対象物40に一時的に固定される。当該状態で、図5(a)に示すように、FBG部25を被覆する状態で接着剤50が塗布される。接着剤50の硬化が完了すると、保持部材20が光ファイバ10から離脱される。
5(a) and 5(b) are diagrams showing another mounting mode of the strain sensor 1 in the embodiment of the present invention. In this example, similarly to the example shown in FIGS. 4A and 4B, first, the strain sensor 1 is temporarily attached to the
保持部材20の離脱後は、図5(b)に示すように、光ファイバ10が計測対象物40に対して1点で固定されることになる。このような取付態様は、例えば、FBG部25の長さが比較的短い(例えば、係止部11と係止部12との間の極一部を占める長さ)、比較的狭い領域の歪みの検出を目的とする場合に特に好適である。
After the holding
なお、以上では、保持部材20は、光ファイバ10に付勢力を付与した状態で光ファイバ10を保持する構成について説明した。しかしながら、保持部材20は、光ファイバ10に付勢力を付与しない状態で光ファイバ10を保持してもよい。この場合、光ファイバ10が計測対象物に固定される際に保持部材20の弾性部21が付勢力を生成する構成とすることで、同様の作用効果を得ることができる。このような構成は、弾性部21であるリングばねの無負荷時の外径を、係止部11と係止部12との間の距離に比べてわずかに小さくする、あるいは、リングばねの無負荷時の外径と、係止部11と係止部12との間の距離を等しくすることで実現可能である。
In the above description, the holding
図6(a)及び図6(b)は、保持部材20が光ファイバ10に付勢力を付与しない状態で光ファイバ10を保持している場合の、歪みセンサ1の取付方法を示す図である。この場合、図6(a)に実線の矢印で示すように、保持部材20を計測対象物40に一時的に固定する際に、弾性部21であるリングばねが光ファイバ10の配置方向に沿って拡張方向に弾性変形される。これにより、光ファイバ10の配置方向に沿う方向のリングばねの外径は大きくなる。特に限定されないが、このような弾性変形は、図6(a)に破線の矢印で示すように、リングばねを光ファイバ10の配置方向に対して垂直な方向に沿って狭めることで実現可能である。
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a method of mounting the strain sensor 1 when the holding
計測対象物40へ光ファイバ10を固定する場合、図6(b)に示すように、図6(a)に示す弾性変形が維持された状態で固定部22の当接面に設けられた上述の両面テープ23により、保持部材20が計測対象物40に一時的に固定される。例えば、両側の固定部22の非当接面側に凹部を設け、当該凹部間の距離を、無負荷時の凹部間の距離よりも狭い距離に維持する規制具を凹部に挿入することで、上述の弾性変形の状態を維持することができる。
When fixing the
当該状態で、図6(b)に示すように、係止部11を被覆する接着剤50及び係止部12を被覆する接着剤50が塗布される。接着剤50の硬化が完了すると、保持部材20が光ファイバ10から離脱される。この場合であっても、光ファイバ10は、張力が付与された状態で計測対象物に固定されることになる。
In this state, as shown in FIG. 6B, the adhesive 50 that covers the locking
以上説明したように、歪みセンサ1では、光ファイバ10を保持した状態の保持部材20が計測対象物に設置される。そして、保持部材20の弾性部21により係止部11及び係止部12に対して付勢力を付与した状態、すなわち、光ファイバ10に張力(プリテンション)を付与した状態で光ファイバ10が計測対象物に固定される。その後、光ファイバ10から保持部材20が離脱される結果、計測対象物には、光ファイバが張力を付与された状態で固定される。したがって、計測対象物への設置が極めて容易である。
As described above, in the strain sensor 1, the holding
また、計測対象物には、従来技術のような、ゲージキャリアを設置するためのスペースは不要であり、従来に比べて、歪みセンサの設置に必要なスペースを小さくすることができる。そのため、移動体の部品等、比較的小さな計測対象物の歪みを計測することができる。さらに、計測可能な歪み量の範囲がゲージキャリアの変形限度に制限されることもない。加えて、光ファイバ10は張力が付与された状態で設置されるため、圧縮方向の歪みも正確に計測することができる。
In addition, the space for installing the gauge carrier is not required for the measurement object, unlike the prior art, and the space required for installing the strain sensor can be made smaller than in the prior art. Therefore, it is possible to measure the distortion of a relatively small measurement target such as a component of a moving body. Further, the measurable strain amount range is not limited to the deformation limit of the gauge carrier. In addition, since the
なお、以上の構成により歪みを計測する場合、周囲温度の影響による光ファイバ10の変形の影響を除去するために温度補正をすることが好ましい。温度補正は、公知の手法を採用することができる。すなわち、計測対象物と同一材質の試料上に配置した歪みセンサにより周囲温度に起因する波長シフト量を取得し、当該波長シフト量を使用して計測対象物に配置した歪みセンサの波長シフト量を補正すればよい。
When the strain is measured with the above configuration, it is preferable to perform temperature correction in order to remove the influence of the deformation of the
なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明を単軸の歪みセンサに適用した事例について説明したが、歪み量と併せて歪みの方向を検知するロゼッタ歪みセンサに本発明を適用することも可能である。この場合、図7に示すように、保持部材70が、互いに異なる方向に向けて配置された光ファイバ10を保持する、複数の弾性部21を備えればよい。図7の例では、正三角形状に配置された光ファイバ10の各辺の中央部分にFBG部25が配置されており、各FBG部25を挟んで設けられた2つの係止部11、12の間に弾性部21が配置されている。この構成において、互いに異なる方向を向いたファイバ部分は、1本の光ファイバの方向を変えることで構成されてもよく、それぞれ独立した3本の光ファイバにより構成されてもよい。前者の場合、各FBG部25のブラッグ波長は互いに異なる波長に設定される。
The above-described embodiment does not limit the technical scope of the present invention, and various modifications and applications are possible within the scope of the present invention, other than those already described. For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a uniaxial strain sensor has been described, but the present invention can also be applied to a Rosetta strain sensor that detects the direction of strain along with the amount of strain. In this case, as shown in FIG. 7, the holding
また、上記実施形態では、特に好ましい形態としてFBG部25における反射光の波長変動により歪みを検知する構成について説明したが、歪みの検知方法は、特に限定されない。センサのサイズが大きくなる可能性があるが、例えば、光ファイバの後方散乱光の変動を計測することで歪みを検知する等、分布型の歪み検知構成を採用することも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the strain is detected by the wavelength variation of the reflected light in the
また、上記実施形態では、特に好ましい形態として弾性部21を円形のリングばねにより構成したが、上述の付勢力を生成可能な構成であれば弾性部は任意の構造とすることができる。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、特に好ましい形態として光ファイバ10と保持部材20とを接着剤27により固定したが、計測対象物への取付時に離脱されるカバーやテープ等を当接面に配置することで光ファイバ10の意図しない離脱を防止してもよい。また、弾性部21が生成する付勢力のみで保持部材20が光ファイバ10を保持する構成であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
さらに、上記実施形態では、特に好ましい形態として係止部11、12を紫外線硬化型樹脂により構成したが、別途加工等により形成した部材を光ファイバ10に接着固定することで係止部11、12を構成してもよい。また、係止部11、12における計測対象物との接触面及び保持部材20における計測対象物との接触面が同一面内に配置されることも必須ではない。
Furthermore, in the above-described embodiment, the locking
加えて、上記実施形態では、光ファイバ10と保持部材20とを備える歪みセンサ1として本発明を説明したが、保持部材20のみが取付治具として使用されてもよい。すなわち、係止部11、12を備える光ファイバ10と、取付治具である保持部材20とが別体で用意され、計測対象物に光ファイバ10を設置する際に、その場で図3(c)から図3(f)に示す手順により保持部材20に光ファイバ10を保持させる構成であってもよい。このような構成であっても、上述の歪みセンサ1が奏する効果と同様の効果を得ることができる。
In addition, in the above embodiment, the present invention has been described as the strain sensor 1 including the
本発明によれば、従来に比べて設置に必要なスペースが小さく、従来に比べて設置が容易であり、また、計測可能な歪み量の範囲を従来に比べて広げることができ、歪みセンサ及び歪みセンサの取付治具として有用である。 According to the present invention, the space required for installation is smaller than in the past, the installation is easier than in the past, and the range of measurable strain amount can be widened as compared with the conventional strain sensor. It is useful as a mounting jig for strain sensors.
1 歪みセンサ
10 光ファイバ
11、12 係止部
13 終端面
14 外皮樹脂
20、70 保持部材
21 弾性部
22 固定部
23 両面テープ
24 溝部
25 FBG部
27 接着剤
28 凹部
30 基板
40 計測対象物
50 接着剤DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
前記光ファイバに所定の間隔をおいて設けられ、当該光ファイバの外周面に設けられた突出部により構成される2つの係止部と、
前記2つの係止部の間の前記光ファイバに離脱可能な状態で固定され、前記光ファイバが計測対象物に固定された後、前記光ファイバから離脱される保持部材と、
を備え、
前記保持部材が、
前記2つの係止部に当接して、前記光ファイバに対して前記2つの係止部が離れる方向に付勢力を付与する弾性部と、
前記光ファイバを前記計測対象物に固定する際に、前記計測対象物への一時的な固定に使用する固定部と、
を備える歪みセンサ。 A strain sensor using an optical fiber,
Two locking portions which are provided on the optical fiber at a predetermined interval and which are formed by a protrusion provided on the outer peripheral surface of the optical fiber ;
A holding member which is detachably fixed to the optical fiber between the two locking portions, and which is fixed to the measurement object and then is separated from the optical fiber;
Equipped with
The holding member,
An elastic portion that abuts on the two locking portions and applies a biasing force to the optical fiber in a direction in which the two locking portions separate;
When fixing the optical fiber to the measurement object, a fixing portion used for temporary fixing to the measurement object,
Ruyugami sensor equipped with.
前記光ファイバに所定の間隔をおいて設けられ、当該光ファイバの外周面に設けられた突出部により構成される2つの係止部に当接して、前記光ファイバに対して、前記2つの係止部が離れる方向に付勢力を付与する弾性部と、
前記光ファイバを計測対象物に固定する際に、前記計測対象物への一時的な固定に使用する固定部と、
前記弾性部の、前記光ファイバが前記計測対象物に固定されるときに当該計測対象物と対向する面に設けられ、前記光ファイバが収容される溝部と
を備える歪みセンサの取付治具。 A jig for mounting a strain sensor consisting of an optical fiber,
Provided at a predetermined interval before Symbol optical fiber, in contact with the two locking portions formed by protrusions provided on the outer peripheral surface of the optical fiber, with respect to the optical fiber, the two An elastic portion that applies a biasing force in a direction in which the locking portion separates,
When fixing the optical fiber to the measurement target, a fixing unit used for temporary fixing to the measurement target,
Wherein the elastic portion, provided in the measurement object surface facing the when the optical fiber is secured to the measurement object mounting jig of the strain sensor comprising a groove and said optical fiber is housed.
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