CN110196072B - 诊断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种诊断装置，其将光纤传感器进行的测量自动化。诊断装置(100)具备：设置于对象物的光纤传感器(118)；进行收集由光纤传感器(118)对对象物进行测定的测定数据的收集处理的收集处理部(132)；以及进行以下自诊断处理的自诊断部(136)：在开始收集处理前，从光纤传感器(118)取得校准的输出值，在输出值包含于适当范围时，使收集处理部(132)开始收集处理，在输出值不包含于适当范围时，输出错误。

Description

诊断装置
技术领域
本发明涉及诊断装置。
背景技术
光纤传感器中，光源的光通过光纤到达测量部，由于来自设置有测量部的对象物的干扰的影响，光的特性(强度、相位、频率，波长、偏振波等)发生变化。通过利用受光部测量该光的特性，能够测量对象物的物理量及化学量(例如，专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-98921号公报
专利文献2：日本专利第6159095号公报
发明内容
发明所要解决的问题
与电传感器相比，光纤传感器的耐久性高，可进行长期的自动测量。但是，光纤传感器本身是否正常地发挥作用的检查需要人工进行时，不能实现光纤传感器进行的测量的完全自动化。
本发明鉴于这种课题，其目的在于，提供一种诊断装置，可将光纤传感器进行的测量自动化。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述课题，本发明提供一种诊断装置，具备：光纤传感器，其设置于对象物；收集处理部，其进行收集由光纤传感器对对象物进行测定的测定数据的收集处理；以及自诊断部，其进行以下自诊断处理：在收集处理开始前，取得光纤传感器的校准的输出值，在输出值包含于适当范围时，使收集处理部开始进行收集处理，在输出值不包含于适当范围时，输出错误。
也可以具备健全性诊断部，该健全性诊断部基于收集的测定数据，诊断装入有光纤传感器的结构体的健全性。
也可以具备使对象物振动的加振部。
适当范围也可以与应力及温度相关联地设定。
发明效果
根据本发明，可将光纤传感器进行的测量自动化。
附图说明
图1是表示诊断装置的结构的框图。
图2(a)和图2(b)是加振部及光纤传感器的说明图。
图3是表示自诊断处理的流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明优选的实施方式。该实施方式所示的尺寸、材料、其它具体的数值等只不过是用于容易理解发明的示例，除特别说明情况以外，不限定本发明。此外，本说明书及附图中，对于实际上具有相同功能、结构的要素，标注相同的符号，由此，省略重复说明，且与本发明没有直接关系的要素省略图示。
图1是表示诊断装置100的结构的框图。如图1所示，诊断装置100包含存储部110、操作部112、显示部114、加振部116、光纤传感器118、频谱分析仪120、以及控制部122而构成。
存储部110由RAM、快闪式存储器、HDD等构成。存储部110中存储表示后述的校准的适当范围的表格信息。操作部112由例如重叠于键盘或显示部114的触摸面板构成。操作部112接收用户的操作输入。显示部114由液晶显示器、有机EL(Electro Luminescence，电致发光)显示器等构成。
加振部116由例如安装于片材的多个压电元件(piezo元件)构成。
图2(a)和图2(b)是加振部116及光纤传感器118的说明图。图2(a)中表示在对象物TG设置有加振部116及光纤传感器118的情形。图2(b)表示光纤传感器118的内部结构。
对象物TG为例如航空器或建筑物等的结构体的一部分。具有多个对象物TG，加振部116及光纤传感器118在多个对象物TG上均设置。在此，举例说明对象物TG为板状部件的情况。但是，对象物TG的形状没有限定。加振部116及光纤传感器118根据对象物TG的形状以适当的方式安装于对象物TG(进行设置)。
在加振部116的压电元件上连接有未图示的导线。当从导线对压电元件施加电压时，压电元件的厚度根据压电效应进行变化。通过对多个压电元件中任意的压电元件施加脉冲电压，在对象物TG中、施加了电压的压电元件附近产生振动。这样，加振部116使对象物TG进行振动。
光纤传感器118为例如内在型。即，光纤传感器118的光纤本身作为传感器元件发挥作用。但是，光纤传感器118也可以是仅将光纤作为与其它传感器元件一起的光传送路发挥作用的外部型。光纤传感器118利用例如粘接剂粘接于对象物TG。
如图2(b)所示，光纤传感器118中，在涂层或包层的内部设置芯118a。光通过芯118a。从芯118a朝向外侧的光被包层反射并返回至芯118a。
在芯118a设置光栅部118b。与芯118a的其它部位相比，光栅部118b的折射率不同。光栅部118b沿光纤的轴线方向隔离地设置多个。利用光栅部118b，折射率周期性地变化(FBG：Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅)。
具有宽频带的光谱的光在光栅部118b，相对于称为布拉格波长的特定的波长，沿相互加强的方向相互干扰。由此，在光栅部118b，仅反射具有宽频带的光谱的光中、特定的波长成分。除此以外的波长的光透过光栅部118b。
当对光栅部118b施加干扰时，反射光的波长发生变动。通过测定反射光的波长的变化，来测量施加于光栅部118b的干扰。
图1所示的频谱分析仪120与光纤传感器118连接。频谱分析仪120具有光源及受光部。具有宽频带的光谱的光从光源发出，并到达光纤传感器118。如上所述，光纤传感器118中，一部分光进行反射。频谱分析仪120的受光部接收反射光。
频谱分析仪120检测规定波长频带的光强度分布。频谱分析仪120检测受光部所接收的反射光的波长。由频谱分析仪120检测的波长利用未图示的A/D变换器进行A/D变换，并输出至控制部122。
控制部122通过包含中央处理装置(CPU)、储存有程序等的ROM、作为工作区的RAM等的半导体集成电路，管理及控制诊断装置100整体。另外，控制部122也作为加振控制部130、收集处理部132、健全性诊断部134、自诊断部136发挥作用。
加振控制部130对加振部116施加电压，并使加振部116向对象物TG施加振动(加振)。
收集处理部132对多个对象物TG各自进行光纤传感器118进行的测量。收集处理部132如上所述，使频谱分析仪120发出具有宽频带的光谱的光，并检测反射光的波长。收集处理部132根据反射光的波长，测定成为施加于光栅部118b的干扰的主要原因的对象物TG的变化。
光纤传感器118中预先设定例如对象物TG的应变(应力)或温度等、成为测定对象的物理量。即，设置应变测定用的光纤传感器118或温度测定用的光纤传感器118等。
收集处理部132根据来自应变测定用的光纤传感器118的反射光，测定对象物TG的应变。另外，收集处理部132根据来自温度测定用的光纤传感器118的反射光测定对象物TG的温度。
另外，加振控制部130控制加振部116向对象物TG进行加振时，收集处理部132也可以根据来自应变测定用的光纤传感器118的反射光，测定对象物TG的应变。在从加振部116的压电元件到光纤传感器118之间，对象物TG中存在缺损等时，与没有缺损的情况相比，测定的应变(振动)不同。由此，可检测对象物TG的缺损。
这样，收集处理部132进行收集由光纤传感器118进行的对象物TG的测定数据的收集处理。
健全性诊断部134基于收集的测定数据，进行诊断装入有光纤传感器118的结构体的健全性的健全性诊断处理。例如，在作为结构体的航空器使用诊断装置100的情况下，向作为航空器一部分的对象物TG安装光纤传感器118。航空器进行航行后，也在任意时刻完成收集处理及健全性诊断处理。
健全性诊断处理中，根据收集的对象物TG的测定数据诊断结构体的健全性。例如，如上所述检测到对象物TG的缺损，或应变或温度呈现异常值时，作为健全性低的评价值被算出。
健全性诊断部134使显示部114显示健全性诊断处理的结果。根据健全性诊断处理的结果，作业者进行零件检测或零件更换等的维护。
但是，与电传感器相比，光纤传感器118的耐久性高，可进行长期的自动测量。但是，如上所述，光纤传感器118利用粘接剂等安装于对象物TG。因此，可能产生粘接剂由于经年劣化而剥离，或光纤传感器118断裂的情况。光纤传感器118本身是否正常地发挥作用的检查需要人工进行时，不能实现光纤传感器118进行的测量的完全自动化。
因此，自诊断部136在收集处理部132进行的收集处理的开始前，进行自诊断处理。以下，参照流程图详细叙述自诊断处理。
图3是表示自诊断处理的流程的流程图。图3所示的处理在收集处理之前执行。
(S200)
自诊断部136使频谱分析仪120发出具有宽频带的光谱的光。然后，频谱分析仪120的受光部接收由光栅部118b反射的反射光，自诊断部136判定是否具有来自频谱分析仪120的光信号的输出。如果没有光信号的输出，则设为光纤传感器118断线(断裂)，并向S202转移处理。如果具有光信号的输出，则设为光纤传感器118没有断线，并向S206转移处理。
(S202)
自诊断部136使与收集处理中使用的频谱分析仪120不同的频谱分析仪(未图示)进行发光，并测量直到接收反射光的时间(响应时间)。在此，说明使用不同的频谱分析仪的情况。但是，如果能够测量从发光到反射光受光的时间，则可以使用频谱分析仪120，也可以使用其它测定设备。
即使光纤传感器118断线，且S200中没有由光栅部118b反射的反射光的光信号的输出，也能够测量在断裂部位反射的反射光的光信号。自诊断部136基于OTDR(OpticalTime Domain Reflectometer，光时域反射计)的原理，根据从发光到受光的时间等，确定产生断裂的部位(例如，传感器元件(光栅部118b)是否断线或电缆部(光纤)是否断线等)。
(S204)
自诊断部136使显示部114显示(通知)所确定的断裂部(输出错误)，并结束该自诊断处理。
(S206)
自诊断部136进行校准测量处理。具体而言，自诊断部136对于频谱分析仪120使其发出校准用中预先设定的强度的光，并输出反射光的光信号。
(S208)
自诊断部136判定校准的输出值是否包含于适当范围。自诊断部136利用未图示的温度计取得测定的结构体附近的温度。另外，自诊断部136根据例如由未图示的重量传感器测定的结构体的重量(或，搭载于结构体的装载物的总重量)，导出作用于结构体的对象物TG的应力。
而且，自诊断部136读出存储于存储部110的适当范围的表格信息。在此，校准的适当范围与应力及温度相关联地设定。自诊断部136根据表格信息确定取得的温度和与导出的应力对应的适当范围。
这样，自诊断部136判定校准的输出值是否包含于适当范围。在校准的输出值包含于适当范围的情况下，设为光纤传感器118的粘接剂没有劣化，并向S212转移处理。在校准的输出值不包含于适当范围的情况下，设为光纤传感器118的粘接剂中具有劣化，并向S210转移处理。
(S210)
自诊断部136使显示部114显示(通知)光纤传感器118的粘接剂中具有劣化的内容(输出错误)，并结束该自诊断处理。
(S212)
加振控制部130控制加振部116，对对象物TG进行加振(施加振动)。
(S214)
自诊断部136在对对象物TG的加振中，使频谱分析仪120发出具有宽频带的光谱的光，并检测反射光的波长。自诊断部136判定反射光的波长相对于上一次的测定值是否具有有意差。如果具有有意差，则设为光纤传感器118的粘接剂的一部分或全部剥离，并向S216转移处理。如果没有有意差，则设为光纤传感器118的粘接剂中没有剥离，并结束该自诊断处理。
(S216)
自诊断部136使显示部114显示(通知)光纤传感器118的粘接剂中具有剥离的内容(输出错误)，并结束该自诊断处理。
如果上述的自诊断处理中没有错误的输出，则利用健全性诊断部134进行健全性诊断处理。
这样，诊断装置100中，通过上述的自诊断处理进行光纤传感器118本身是否正常发挥作用的诊断。因此，诊断不需要人工进行，可进行从自诊断处理到收集处理及健全性诊断处理的完全自动化。例如，即使在光纤传感器118处于高处，或如果不摘下结构体的其它零件就不能检查那样的情况下，也可简单地进行自诊断处理，因此，减轻作业负担。
以上，参照附图说明了本发明的优选的实施方式，当然本发明不限定于该实施方式。可知如果是本领域技术人员，则在权利要求书所记载的范畴内可想到各种变更例或修正例，且了解到这些当然也属于本发明的技术范围。
例如，上述的实施方式中，举例说明了光纤布拉格光栅方式的光纤传感器118，但光纤传感器118也可以是其它方式。不限于光的波长，也可以利用其它特性(强度、相位、频率、偏振波)的变化，测量对象物TG的物理量或化学量。
另外，上述的实施方式中，说明了具备健全性诊断部134的情况，但健全性诊断部134不是必须的结构。但是，通过具备健全性诊断部134，可进行从自诊断处理到收集处理及健全性诊断处理的完全的自动化。
另外，上述的实施方式中，说明了具备加振部116的情况，但加振部116不是必须的结构。但是，通过具备加振部116，在健全性诊断处理中，可进行缺损的检测。另外，自诊断处理中，可进行粘接剂的剥离的检测。
另外，上述的实施方式中，说明了适当范围与应力及温度相关联地设定的情况，但适当范围也可以与其它物理量相关联。但是，应力及温度对校准的输出值造成的影响较大。因此，通过适当范围与应力及温度相关联地设定，能够适当地评价光纤传感器118。
产业上的可利用性
本发明能够利用于诊断装置。
符号说明
TG 对象物
100 诊断装置
116 加振部
118 光纤传感器
132 收集处理部
134 健全性诊断部
136 自诊断部

Claims (3)

1.一种诊断装置，包括：
光纤传感器，其设置于对象物且具有芯，所述芯设置有多个在轴线方向隔离地配置的光栅部；
频谱分析仪，其与所述光纤传感器连接，具有光源及被构成为接收从所述光源发出的光中的由所述光纤传感器反射的反射光的受光部；
显示部，其显示错误；
加振部，其使所述对象物进行振动；
收集处理部，其进行收集由所述光纤传感器对多个所述对象物各自进行测定的测定数据的收集处理；以及
自诊断部，其进行以下自诊断处理：在所述收集处理开始前，通过所述受光部接收来自所述频谱分析仪的宽频带光谱光被所述光栅部反射的第一反射光，基于是否有来自所述频谱分析仪的第一光信号的输出，判断所述光纤传感器有无断线，当没有所述第一光信号的输出而判断为所述光纤传感器断线时，测量通过所述光纤传感器的断裂部反射的第二反射光的第二光信号，基于从所述频谱分析仪的发光直到接收到通过所述断裂部反射的所述第二反射光为止的时间确定所述断裂部并在所述显示部显示所述断裂部，当具有所述第一光信号的输出而判断为所述光纤传感器没有断线时，使所述频谱分析仪发出校准用预先设定的强度的光而得到第三反射光，通过使所述频谱分析仪输出所述第三反射光的第三光信号来取得所述光纤传感器的校准的输出值，在所述输出值包含于适当范围、且对所述对象物的加振中的反射光的波长与上一次相比不具有有意差时，使所述收集处理部开始所述收集处理，在所述输出值不包含于所述适当范围时，或者所述输出值包含于所述适当范围且对所述对象物的加振中的反射光的波长与上一次相比具有有意差时，在所述显示部显示错误。
2.根据权利要求1所述的诊断装置，其中，
具备健全性诊断部，其基于收集的所述测定数据，诊断装入有所述光纤传感器的结构体的健全性。
3.根据权利要求1或2所述的诊断装置，其中，
所述适当范围与应力及温度相关联地设定。
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