JP2002523118A - Sensing pad assembly using variable coupler optical fiber sensor - Google Patents

Sensing pad assembly using variable coupler optical fiber sensor

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JP2002523118A
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シー. バラク、マーティン
アドキンス、チャールズ
ダブリュー. ジャート、ディヴィッド
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シー. バラク、マーティン
アドキンス、チャールズ
ダブリュー. ジャート、ディヴィッド
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Abstract

(57)【要約】 パッド上に支持された対象の音響的活動または動きをモニタする感知パッドアセンブリであって、音響的活動または動作による圧力変動をその圧力変動に応じて変化する出力に変換する圧力変換素子として改良型光ファイバセンサを用いるものである。このセンサは、張力をかけることなしにカプラ融合領域の撓みを許容する。好ましい実施形態では、カプラ融合領域は、センサの光ファイバリード線がセンサの1つの側面で互いに隣接するように、実質的にU字形に配置されている。 (57) A sensing pad assembly for monitoring acoustic activity or movement of an object supported on a pad, wherein the pressure variation due to the acoustic activity or movement is converted to an output that changes according to the pressure variation. An improved optical fiber sensor is used as a pressure conversion element. This sensor allows deflection of the coupler fusion area without tension. In a preferred embodiment, the coupler fusion regions are arranged in a substantially U-shape such that the fiber optic leads of the sensor are adjacent to each other on one side of the sensor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【関連する出願の表示】[Display of related applications]

本発明は1998年8月24日に出願された米国仮出願第60/097,618号および
1999年3月26日に出願された米国仮出願60/126,339号の利益を享受するも
のであり、この引用によりこれら両出願を援用する。
The present invention benefits from US provisional application Ser. No. 60 / 097,618, filed Aug. 24, 1998 and US Provisional Application Ser. No. 60 / 126,339, filed Mar. 26, 1999. , Both applications of which are incorporated herein by reference.

【0002】[0002]

【発明の背景】BACKGROUND OF THE INVENTION

この発明は感知パッドアセンブリに関わり、これは該パッドに支持された対象
物の音響的活動(acoustic activity)および/または運動・動作(motion)をモ
ニタ(監視)するものである。さらに詳しくは、本発明は改良された可変カプラ
光ファイバセンサを圧力変換素子として用いた感知パッドアセンブリに関わる。
感知パッドは種々の監視用途に適しており、医療の患者あるいはより一般的には
人体を持続的に監視するのに特に有用である。
The present invention relates to a sensing pad assembly, which monitors acoustic activity and / or motion of an object supported by the pad. More particularly, the present invention relates to a sensing pad assembly using an improved variable coupler fiber optic sensor as a pressure transducer.
The sensing pad is suitable for various monitoring applications and is particularly useful for continuous monitoring of a medical patient or, more generally, a human body.

【0003】 医療においては患者の状態の悪化を示す場合のある、患者の生命維持に関わる
諸兆候、たとえば心拍速度や呼吸速度等の変化を間断なく持続的にモニタするこ
とが通常行われている。持続的監視システムにおいては、一般的に、患者の身体
に電気的および/または物理的なセンサを接着剤やストラップ等を用いて取付け
ておく必要がある。そのようなセンサは患者にとってたいていの場合不快なもの
であり、センサやストラップおよびセンサに関連するリード線があることによっ
て患者の動作がしばしば制限されることがある。さらには、このようなモニタシ
ステムでは患者が動くことに伴ってセンサと患者の皮膚との接点が不確実なもの
となることによって誤った出力をもたらすことがある。
In medical treatment, it is common practice to continuously monitor various signs related to the life support of a patient, such as changes in heart rate and respiratory rate, which may indicate deterioration of the patient's condition, without interruption. . A continuous monitoring system generally requires that electrical and / or physical sensors be attached to the patient's body using an adhesive, strap, or the like. Such sensors are often uncomfortable to the patient, and the movement of the patient is often limited by the presence of the sensor and the straps and leads associated with the sensor. Furthermore, such monitoring systems can result in erroneous outputs due to the uncertainty of the contact between the sensor and the patient's skin as the patient moves.

【0004】 また別の監視システムとして、患者を感知パッド上に支持し、該感知パッドに
患者との接点を持たない圧力変換素子を持たせるというシステムが提案されてい
る。患者の音響的活動あるいは運動・動作はパッドの素材に圧力の諸変動を引き
起こす。こうした圧力の諸変動はモニタすべき一つまたはそれ以上の因子とまさ
に照応しており、これらがパッドの素材中を伝播して変換器に伝わる。そこで変
換器はそれら変動を電気信号に変換して監視回路による処理に供する。
As another monitoring system, a system has been proposed in which a patient is supported on a sensing pad, and the sensing pad has a pressure conversion element having no contact with the patient. The acoustic activity or movement of the patient causes pressure fluctuations in the pad material. These pressure fluctuations correspond exactly to one or more factors to be monitored, which propagate through the pad material to the transducer. Therefore, the converter converts the fluctuation into an electric signal and provides it to the processing by the monitoring circuit.

【0005】 Scanlonに与えられた米国特許第5,684,460号(以下「460特許」と称する)
は上記のような監視システムの例を開示している。図1はこのシステムを単純化
したブロック図の形式で示している。このシステムは患者を支持し、かつ患者の
音響的活動あるいは運動・動作に起因する圧力変動を圧力変換器2に伝達するよ
うに構成された、流体を満たした感知パッド1を開示している。この圧力変換器
2は圧力変動を電気的出力に変換するものである。圧力変換器はパッド内部の流
体媒体3にホース4を介して連結されている。モニタ回路5は変換器からの出力
をモニタし、あらかじめ定めた状態が生起した場合、たとえば変換器の出力が無
音およびまたは無動作に対応するものである場合(すなわち所定の閾値以下であ
る場合)あるいは患者の異常な活動を示すものである場合に、患者刺激装置6お
よびアラーム(警告装置)7を起動するための出力を提供する。
[0005] US Patent No. 5,684,460 to Scanlon (hereinafter the "460 Patent")
Discloses an example of such a monitoring system. FIG. 1 shows the system in simplified block diagram form. The system discloses a fluid-filled sensing pad 1 configured to support a patient and transmit pressure fluctuations resulting from the patient's acoustic activity or movement to a pressure transducer 2. This pressure converter 2 converts pressure fluctuation into an electrical output. The pressure transducer is connected via a hose 4 to a fluid medium 3 inside the pad. The monitor circuit 5 monitors the output from the converter, and when a predetermined state occurs, for example, when the output of the converter corresponds to no sound and / or no operation (that is, when the output is equal to or less than a predetermined threshold). Alternatively, it provides an output for activating the patient stimulator 6 and an alarm (warning device) 7 if it indicates abnormal activity of the patient.

【0006】 感知パッド1は流体を満たしたマットレスの形態あるいは自動車シートやベビ
ーカー等のその他の適した支持物とすることができる。このシステムの提案され
ている適用例としては乳幼児突然死症候群(SIDS)の危険性のある乳幼児の監視
、睡眠中の呼吸停止やいびきの制御および自動車の運転者が眠りに陥るのを感知
することなどを含む人体の監視がある。その他の提案されている適用例としては
、機械の異常な動作を示すノイズや振動のモニタがある。
The sensing pad 1 can be in the form of a fluid-filled mattress or other suitable support such as a car seat or a stroller. Proposed applications of this system include monitoring infants at risk of sudden infant death syndrome (SIDS), controlling breathing arrest and snoring during sleep, and detecting when a car driver falls asleep There is a human body surveillance including. Another proposed application is monitoring noise and vibration indicating abnormal operation of the machine.

【0007】 上記‘460特許は圧力変換器に適したものとしていくつかのクラスのセンサ
を挙げている。たとえば、電気的センサ、機械的センサ、圧電センサ、そして光
ファイバセンサである。
The '460 patent lists several classes of sensors as suitable for pressure transducers. For example, electrical sensors, mechanical sensors, piezoelectric sensors, and fiber optic sensors.

【0008】 ‘460特許では表だって挙げられていないが特に患者のモニタおよびその他
の様々な応用に適した特性を持つ光ファイバセンサとして、可変カプラ光ファイ
バセンサがある。
[0008] A fiber optic sensor not specifically listed in the '460 patent, but particularly suitable for patient monitoring and various other applications, includes a variable coupler fiber optic sensor.

【0009】 従来、可変カプラ光ファイバセンサはいわゆるバイコニカル融合型テーパカプ
ラ(biconical fused tapered couplers)を用いている。このカプラは高温下で
複数の光ファイバを伸張し(ドロー)互いに融合する(フューズ)というドロー
アンドフューズプロセスによって製造される。はじめに各ファイバからプラスチ
ック外皮を除去し、融合領域を形成する部分をむき出しにする。通常、これらの
部分を並置し1回あるいは数回ねじりを加え、その後電気炉などの中で軟化温度
以上に保ったまま伸張する。むき出しにされた部分が伸張されるにつれてそれら
部分は互いに融合して、細くなったウエスト領域(腰領域)−すなわち融合領域
−を形成する。このウエスト領域はファイバ間で光を結合(カプリング)するこ
とができる。伸張プロセスにおいてファイバのうちの一つの入力端から光を注入
し、各ファイバの出力端においてモニタすることにより、結合率(coupling rat
io)を決定する。結合率はウエスト領域の長さによって変化するので、所望の結
合率が得られるまでファイバを伸張する。典型的には各ファイバの結合率が等し
くなるまで伸張する。カプラの伸張はウエスト領域において、各ファイバのコア
が事実上失われ、クラッドの直径が以前のコアの直径近くに達するまで行われる
。クラッドは新たな「コア」となり、伝播する光のエヴァネセントフィールド(
evanescent field)はこの新たなコアの外に押しやられ、そこにおいてそれは両
ファイバを同時に包み、ファイバ間のエネルギー伝達をもたらす。バイコニカル
融合型テーパカプラの詳しい説明と分析は、J. Buresらによる「融合単一モード
光ファイバにおける両方向カプラの分析(Analyse d'un coupleur Bidirectiona
l a Fibres Optiques Monomodes Fusionnes")」と題された、Applied Optics (
Journal of the Optical Society of America), vol. 22, NO.12, June 15, 198
3, pp. 1918-1922所収の記事に与えられている。
Conventionally, variable coupler optical fiber sensors have used so-called biconical fused tapered couplers. This coupler is manufactured by a draw-and-fuse process in which a plurality of optical fibers are stretched (drawn) and fused together (fuse) at an elevated temperature. First, the plastic sheath is removed from each fiber, exposing the portion that forms the fusion zone. Usually, these parts are juxtaposed, twisted once or several times, and then stretched while maintaining the softening temperature or higher in an electric furnace or the like. As the exposed portions are stretched, they fuse together to form a narrowed waist region (or waist region)-a fused region. This waist region can couple light between the fibers. By injecting light from the input of one of the fibers in the stretching process and monitoring at the output of each fiber, the coupling rat
io) is determined. As the coupling varies with the length of the waist region, the fiber is stretched until the desired coupling is obtained. Typically, the fibers are stretched until the coupling ratio of each fiber becomes equal. The stretching of the coupler occurs in the waist region until the core of each fiber is effectively lost and the diameter of the cladding approaches the diameter of the previous core. The cladding becomes a new "core" and the evanescent field of propagating light (
The evanescent field is pushed out of this new core, where it wraps both fibers simultaneously, resulting in energy transfer between the fibers. For a detailed description and analysis of biconical fused taper couplers, see J. Bures et al., "Analyse d'un coupleur Bidirectiona in Coupled Single-Mode Optical Fibers."
la Fibers Optiques Monomodes Fusionnes ")", Applied Optics (
Journal of the Optical Society of America), vol. 22, NO.12, June 15, 198
3, pp. 1918-1922.

【0010】 バイコニカル融合型テーパカプラは融合領域を屈曲することにより出力比が変
化するという有利な性質を持つ。屈曲量に応じて出力比が変わるので、このカプ
ラを用いたセンサは該融合領域に結合することのできる運動を伴うものであれば
事実上どんな感知目的にも用いることができる。たとえば、Gerdtに与えられた
米国特許第5,074,309号はこのようなセンサを可聴音および可聴以下の(sub-audi
ble)音を含む患者の心臓からの心血管音、脈拍および循環器系のモニタに用いる
ことを開示している。可変カプラ光ファイバセンサのその他の応用例としてはGe
rdtらに与えられた米国特許第4,634,858号(これは加速度計への適用例を開示し
ている)、Gerdtへの米国特許第5,671,191号(これは水中マイク(hydrophone)へ
の適用例を開示している)、および当該技術におけるその他の文献に見いだされ
る。
The biconical fused taper coupler has an advantageous property that the output ratio changes by bending the fused region. Since the output ratio changes depending on the amount of bending, the sensor using this coupler can be used for virtually any sensing purpose that involves movement that can couple to the fusion zone. For example, U.S. Pat. No. 5,074,309 to Gerdt describes such sensors as audible and sub-audible (sub-audi
ble) including use for monitoring cardiovascular sounds, pulse and circulatory system from the patient's heart, including sounds. Ge is another application example of a variable coupler optical fiber sensor.
US Patent No. 4,634,858 to Rdt et al. (which discloses an application to an accelerometer) and US Patent No. 5,671,191 to Gerdt (which discloses an application to an underwater microphone). And other references in the art.

【0011】 従来の可変カプラ光ファイバセンサは、光ファイバカプラを真っ直ぐに引っ張
り、プラスチックの支持部材に張力をかけた状態で固定し、そのような予備的に
張力を与えて真っ直ぐ(ストレート)にした状態でシリコンゴムのような柔軟材
料内に包み込むという構成をとっていた。包み込み材料は感知膜を形成する。感
知膜は外力によって撓み変形して融合領域におけるカプラの屈曲を引き起こしう
る。融合領域の屈曲はカプラの出力比の測定可能な変化をもたらす。上記膜の変
位は数ミリメートルの範囲において、1ミクロンの運動を感知するほどの感度を
有するようになすことができる。
In a conventional variable coupler optical fiber sensor, an optical fiber coupler is pulled straight, fixed to a plastic support member under tension, and straightened by applying such preliminary tension. In this state, it was wrapped in a flexible material such as silicone rubber. The encapsulating material forms the sensing film. The sensing membrane can flex and deform due to external forces, causing the coupler to bend in the fusion region. The bending of the fusion zone results in a measurable change in the power ratio of the coupler. The displacement of the membrane can be made sensitive enough to sense a micron of movement in the range of a few millimeters.

【0012】 添付図面中の図2は以上に説明したような可変カプラ光ファイバセンサ10を
有する感知装置の基本原理を説明する図である。図示の形態において、センサ1
0は2つの光ファイバを伸張・融合しウエスト領域すなわち融合領域13を形成
することによって作成した2×2バイコニカル融合型テーパカプラ11を含んで
いる。元ファイバ(original fiber)が融合領域の一端へと融合して行く部分が
センサの入力ファイバ12となり、他方、融合領域の反対側から出ていく元ファ
イバがセンサの出力ファイバ14となる。なお、参照番号18はファイバコアを
示している。融合領域13は柔軟媒体15に包み込まれており、この柔軟媒体1
5が感知膜を構成する。なお、図1では支持部材は図示していない。
FIG. 2 of the accompanying drawings is a diagram illustrating the basic principle of a sensing device having the variable coupler optical fiber sensor 10 as described above. In the illustrated form, the sensor 1
Reference numeral 0 includes a 2 × 2 biconical fused taper coupler 11 formed by stretching and fusing two optical fibers to form a waist region, ie, a fused region 13. The portion where the original fiber merges into one end of the fusion region becomes the input fiber 12 of the sensor, while the original fiber exiting from the opposite side of the fusion region becomes the output fiber 14 of the sensor. Reference numeral 18 indicates a fiber core. The fusion region 13 is wrapped in a flexible medium 15,
5 constitutes the sensing film. In FIG. 1, the support member is not shown.

【0013】 実際は、入力ファイバ12のうちの一方を光エネルギー源16により照明する
。光エネルギー源としては、たとえばLEDや半導体レーザーなどを用いること
ができる。光エネルギーはカプラ11により分離され、出力ファイバ14に結合
される。その結合比は感知膜に加わる外力の結果としての融合領域の屈曲量に応
じて変化する。両出力ファイバ14間での光エネルギーの分配(分岐比)の変化
は、光検出器17によって測定することができる。光検出器17は差動アンプ1
9に電気的入力を供給する。このようにして、差動アンプ19の出力信号は媒体
15に加わった力を表すことになる。入力ファイバ12の一方のみをセンサへの
光の導入に用いる場合は他方の入力ファイバは短くカットしてもよいことがわか
るだろう。あるいは、主入力ファイバに故障が生じた場合の予備としてそのまま
残しても良い。単純化のために図示のカプラ11では、融合領域における前述し
たねじりは示されていない。しかしながら、このようなねじりはリード感度(le
ad sensitivity)を低減するために、たいていの場合好ましい。リード感度とは
入力ファイバが動いたことに応じて出力光の分配が変化することについての感度
を言う。
In practice, one of the input fibers 12 is illuminated by a light energy source 16. As the light energy source, for example, an LED or a semiconductor laser can be used. Light energy is split by coupler 11 and coupled to output fiber 14. The coupling ratio varies depending on the amount of bending of the fusion region as a result of external forces applied to the sensing membrane. A change in the distribution (branch ratio) of the light energy between the two output fibers 14 can be measured by the photodetector 17. The photodetector 17 is a differential amplifier 1
9 to an electrical input. In this manner, the output signal of the differential amplifier 19 represents the force applied to the medium 15. It will be appreciated that if only one of the input fibers 12 is used to introduce light into the sensor, the other input fiber may be cut short. Alternatively, the main input fiber may be left as a spare in case of a failure. For the sake of simplicity, the coupler 11 shown does not show the aforementioned torsion in the fusion area. However, such twisting leads to lead sensitivity (le
It is often preferred to reduce ad sensitivity). Lead sensitivity refers to the sensitivity of the output light distribution to change in response to movement of the input fiber.

【0014】 他のタイプの光ファイバセンサに比して、可変カプラセンサは低価格で、比較
的構成が簡単であり、高性能(すなわち高感度でダイナミックレンジが広い)か
つ応用範囲が広いという他にない利点を合わせ持っている。他の周知の光ファイ
バセンサは、マイクロベンディング損失、光位相干渉、複屈折による偏光回転な
どの原理を用いている。光ファイバマイクロベンディングセンサは圧力の変化に
応じて光をファイバ外に出すことにより圧力を感知するよう設計されている。圧
力は光損失に変換されるので、出力光強度は測定される圧力の増加に応じて減少
する。低光レベルにおいては測定精度が低下するので、このようなセンサのダイ
ナミックレンジはかなり制限される。干渉型光ファイバセンサは光ファイバに圧
力を印可してその屈折率を変化させることにより圧力変化を測定する。屈折率の
変化はマッハ−ツェンダー干渉計あるいはマイケルソン干渉計の構成を利用して
測定される位相の遅れを生じさせる。これらのセンサはきわめて高価であり、か
つ複雑な変調技術を必要とするので、多くの応用には適さない。偏光可変型光フ
ァイバセンサは偏光した光信号の偏光状態を温度または圧力の変化に応じて変え
るものである。このような偏光光センサは特別な光ファイバと高価な偏光ビーム
スプリッタを必要とする。
Compared to other types of fiber optic sensors, variable coupler sensors are inexpensive, relatively simple to configure, have high performance (ie, high sensitivity and wide dynamic range), and have a wide range of applications. It has the advantages that are not available. Other known fiber optic sensors use principles such as microbending loss, optical phase interference, and polarization rotation due to birefringence. Optical fiber microbending sensors are designed to sense pressure by emitting light out of the fiber in response to changes in pressure. Since the pressure is converted to light loss, the output light intensity decreases as the measured pressure increases. The dynamic range of such sensors is severely limited due to reduced measurement accuracy at low light levels. An interference type optical fiber sensor measures a pressure change by applying a pressure to an optical fiber and changing its refractive index. Changes in the refractive index cause a phase lag measured using a Mach-Zehnder interferometer or Michelson interferometer configuration. These sensors are extremely expensive and require complex modulation techniques, making them unsuitable for many applications. The variable polarization type optical fiber sensor changes the polarization state of a polarized optical signal in accordance with a change in temperature or pressure. Such polarized light sensors require special optical fibers and expensive polarizing beam splitters.

【0015】 その利点にも関わらず、従来の可変カプラ光ファイバセンサは、そのあらかじ
め張力を与えられた直線状の(真っ直ぐな)カプラ設計に本来的に伴うある制約
がある。従来のカプラ設計はとりわけ、幾何学形状においてかなりの制約を課す
。特にセンサのサイズがセンサの両端部の光ファイバリード部を収容するのに十
分なものでなければならない。光ファイバリードの構成はまた使用時のセンサの
両端部周りに空きスペースを必要とする。もう一つの制約は融合領域のいかなる
位置変位も必然的に該融合領域の張力の増加をもたらすという事実に起因するも
のである。変位のある点において融合領域の張力は過度なものとなり、融合領域
のクラックまたは破損を引き起こし、結果としてカプラが故障する。
[0015] Despite its advantages, conventional variable coupler fiber optic sensors have certain limitations inherent in their pre-tensioned, straight (straight) coupler design. Conventional coupler designs, among other things, impose considerable constraints on geometry. In particular, the size of the sensor must be large enough to accommodate the optical fiber leads at both ends of the sensor. The configuration of the fiber optic lead also requires free space around the ends of the sensor during use. Another limitation is due to the fact that any displacement of the fusion zone necessarily leads to an increase in the tension of the fusion zone. At some point in the displacement, the tension in the fusion zone becomes excessive, causing cracking or breakage of the fusion zone, resulting in failure of the coupler.

【0016】[0016]

【発明の概要】Summary of the Invention

本発明は、改良された可変カプラ光ファイバセンサを用いて、従来のあらかじ
め張力を与えられた直線状センサ設計のいくつかの欠点をなくした感知パッドア
センブリを提供する。より詳しくは、本発明に用いるセンサは張力を伴わないカ
プラの融合領域のたわみを許容する改良された設計を有するだろう。カプラの融
合領域は好ましくはほぼU字形となるように構成されるが、1999年5月21日に出
願された同時係属中の米国特許出願第09/316,143号に開示されているようなより
一般的な形状としてもよい。この米国特許出願はここに引用により援用する。ほ
ぼU字形の形状とすることにより、光ファイバリードをセンサの対向する両端部
に配置するのではなく互いに並べて配置することが可能になる。これにより上に
説明した、あらかじめ張力を与えられた直線状のカプラ設計が本来的に伴う幾何
学的形状の制約がなくなる。パッドの構成は、モニタすべき圧力変動を可変カプ
ラ光ファイバセンサに伝達することができるものであるかぎり、いかなる所望の
構成としてもよい。たとえば、パッドをマットレスや、マットレスの上または下
に置くシート状部材や、座席のクッションや、座席のクッション内に入れるシー
ト状部材のような形態とすることができる。
The present invention provides a sensing pad assembly that uses an improved variable coupler fiber optic sensor and eliminates some of the disadvantages of conventional pretensioned linear sensor designs. More specifically, the sensor used in the present invention will have an improved design that allows for the deflection of the fused area of the coupler without tension. The fused region of the coupler is preferably configured to be substantially U-shaped, but more generally as disclosed in co-pending U.S. patent application Ser. No. 09 / 316,143 filed May 21, 1999. Shape may be used. This US patent application is incorporated herein by reference. The substantially U-shaped configuration allows the optical fiber leads to be arranged side by side rather than at opposite ends of the sensor. This eliminates the geometric limitations inherent in the pre-tensioned linear coupler design described above. The configuration of the pad may be of any desired configuration as long as the pressure variation to be monitored can be transmitted to the variable coupler fiber optic sensor. For example, the pad may be in the form of a mattress, a sheet-like member placed on or below the mattress, a seat cushion, or a sheet-like member placed in the seat cushion.

【0017】 発明の一つの好適な実施形態では、センサを感知バッドの内部素材内に配置す
る。また別の好適な実施形態では、センサをパッドの外表面に固定し、その感知
エリア(融合領域の少なくとも一部を含む)をパッド外表面に設けた穴を通して
パッドの内部素材に結合する。しかし一般的に言って、センサはその感知エリア
がパッドの素材により伝えられる圧力変動を受け取るような結合になっていれば
、どのような構成としてもよい。
In one preferred embodiment of the invention, the sensor is located within the inner material of the sensing pad. In another preferred embodiment, the sensor is secured to the outer surface of the pad and its sensing area (including at least a portion of the fusion area) is coupled to the pad's inner material through a hole in the outer surface of the pad. However, generally speaking, the sensor may be configured in any manner so long as its sensing area is coupled to receive pressure fluctuations transmitted by the material of the pad.

【0018】 要約すると、その一つの主要な側面において、本発明は以下のような感知パッ
ドアセンブリを提供する、すなわち、パッド部材であって、モニタされる対象物
を支持するように構成された表面を有し、かつ支持された対象物の音響的活動(
acoustic activity)または運動・動作(motion)に起因する圧力変動を伝える
ことのできるようなパッド部材を有する感知パッドアセンブリである。この感知
パッドアセンブリはさらに融合ファイバ結合(カプリング)領域を有する可変カ
プラ光ファイバセンサを有し、該カプリング領域の少なくとも一部はセンサの感
知エリアに配置され、かつその部分がたわむことによりカプリング領域に張力を
与えることなしにセンサの出力が変化するように構成される。感知エリアは、圧
力変動が感知エリアに伝わってカプリング領域の前記一部を撓ませ、それによっ
て圧力変動に応じてセンサの出力が変化するように配置される。
In summary, in one major aspect, the present invention provides a sensing pad assembly as follows, wherein the pad member is a surface configured to support an object to be monitored. And the acoustic activity of the supported object (
A sensing pad assembly having a pad member capable of transmitting pressure fluctuations due to acoustic activity or motion. The sensing pad assembly further includes a variable coupler fiber optic sensor having a fused fiber coupling area, wherein at least a portion of the coupling area is disposed in a sensing area of the sensor and a portion thereof is flexed to the coupling area. The output of the sensor is configured to change without applying tension. The sensing area is arranged such that pressure fluctuations are transmitted to the sensing area to deflect said portion of the coupling area, thereby changing the output of the sensor in response to the pressure fluctuations.

【0019】 また別の主要な側面において、本発明は以下のような感知パッドアセンブリを
提供する、すなわち、上にその特徴をのべたような感知パッドと、略U字形の融
合ファイバカプリング領域とを有し、該融合ファイバカプリング領域はセンサの
感知エリア内に配置され、該カプリング領域が撓んでセンサの出力を変化させ得
るようになされている。また感知エリアは圧力変動が感知エリアに伝えられて前
記カプリング領域を撓ませることにより、圧力変動に応じたセンサ出力の変化が
もたらされるように配置されている。
In yet another principal aspect, the present invention provides a sensing pad assembly as follows, comprising a sensing pad having features described above and a generally U-shaped fused fiber coupling area. Wherein the fused fiber coupling region is disposed within a sensing area of the sensor such that the coupling region can flex to change the output of the sensor. Further, the sensing area is arranged such that pressure fluctuation is transmitted to the sensing area and the coupling area is flexed to cause a change in sensor output according to the pressure fluctuation.

【0020】 本発明のその他の側面は図面を参照した以下の好適な実施形態の説明を読むこ
とにより明らかとなるだろう。
Other aspects of the invention will become apparent from reading the following description of a preferred embodiment with reference to the drawings, in which:

【0021】[0021]

【実施形態の説明】Description of the embodiment

図3〜5は本発明の第一実施形態による感知パッドアセンブリを示す。この感
知パッドアセンブリは、パッド部材1’およびこのパッド部材の外表面に取付け
られた可変カプラ光ファイバセンサ20を含む。
3 to 5 show a sensing pad assembly according to a first embodiment of the present invention. The sensing pad assembly includes a pad member 1 'and a variable coupler fiber optic sensor 20 mounted on an outer surface of the pad member.

【0022】 パッド部材は、前述のScanlonの特許に述べられているような流体が充填され
た(たとえば水または空気が充填された)構造とすることができる。図示した実
施形態において、パッドは、4つの側壁1cにより結合された上部壁1aおよび下部
壁1bを有し、その上部(見かけ通り)外側面上にモニタ(監視)すべき対象を支
持する構成となっている。なお、図3では側壁1cのうち2つのみを示している。
モニタすべき対象は人、動物または機械であってもよく、パッドのサイズは個々
の用途を考慮して適宜選択することができる。たとえば、SIDSの危険に晒されて
いる乳幼児の場合には、パッドはベビーベッドマットレスとしてまたは通常のベ
ビーベッドマットレスの上に敷くシーツに近い形態(たとえば厚み約2cm程度の
)として構成することができる。このような場合、パッドは通常のリネンシーツ
および防水サブシーツの下に敷いて、汚損を防止するとともに、万一パッドから
漏出があった際には乳幼児を保護することもできる。
The pad member may be of a fluid-filled (eg, water or air-filled) structure as described in the aforementioned Scanlon patent. In the illustrated embodiment, the pad has an upper wall 1a and a lower wall 1b connected by four side walls 1c, and supports an object to be monitored on its upper (apparent) outer surface. Has become. FIG. 3 shows only two of the side walls 1c.
The object to be monitored may be a person, an animal, or a machine, and the size of the pad can be appropriately selected in consideration of each application. For example, for infants at risk of SIDS, the pad can be configured as a crib mattress or as a sheet-like form (eg, about 2 cm thick) placed on a regular crib mattress. . In such a case, the pad can be laid under normal linen sheets and waterproof sub-sheets to prevent contamination and protect the infant in case of leakage from the pad.

【0023】 新生児の場合、心拍度数は毎分約120から180回すなわち2〜3Hzで、呼吸数は
毎分約60回すなわち1Hzである。大人の場合は、鼓動は約1Hzの周波数で生じ、
一方呼吸は約0.2 Hzの周波数で行われる。有利なことに、センサの光学的出力を
変換することにより得られる電気信号をフィルタにかけてたとえば10Hz程度以上
の周波数を除去することができ、それによってEKGドメインにおける電気的ノイ
ズおよびS/N比を低下させる他のより高い周波数を除去する。
For a newborn, the heart rate is about 120 to 180 beats per minute, or 2-3 Hz, and the respiratory rate is about 60 beats per minute, or 1 Hz. In adults, the heartbeat occurs at a frequency of about 1 Hz,
Breathing, on the other hand, takes place at a frequency of about 0.2 Hz. Advantageously, the electrical signal obtained by converting the optical output of the sensor can be filtered to remove frequencies above 10 Hz, for example, thereby reducing electrical noise and S / N in the EKG domain. Remove other higher frequencies that cause it to.

【0024】 用途によっては、パッド部材は適宜ゲルを充填するかまたはシリコンゴムのよ
うな軟質固形材料で形成してもよい。パッドは支持された対象の音響的活動また
は動作による圧力変動を検出用の可変カプラ光ファイバセンサ20に伝達するのに
有効なものであれば足りる。
Depending on the application, the pad member may be appropriately filled with gel or formed of a soft solid material such as silicone rubber. The pad need only be effective to transmit pressure fluctuations due to acoustic activity or movement of the supported object to the variable coupler fiber optic sensor 20 for detection.

【0025】 可変カプラ光ファイバセンサ20は図5に最もよく示されている。センサ20は、
概ね環状の頭部24を有する支持部材22およびハンドル様の延長部28を含む。頭部
には窪みまたは貫通孔が形成されて、センサの環状の感知領域26を画成している
。バイコニカル融合型テーパカプラ30は、支持部材に取り付けられており、その
融合されたカプリング領域32の少なくとも一部(ここでは全体)が領域26に配置
され、またU字形に配置されている。カプラの入力ファイバリード線34および出
力ファイバリード線36は、延長部28内に形成されかつ領域26に開口している溝29
内に互いに並んで配置されている。リード線は、カプリング領域32を180°まで
曲げて所望の形状となるよう操作され、その後にエポキシ樹脂ベースの接着剤の
ような適当な接着剤により溝内に固定される。カプリング領域は、張力がかかっ
ておらず、周囲の窪みまたは貫通孔をエラストマーで充填することにより埋め込
まれて、周知の方法で、たとえばGE RTV 12のようなシリコンゴムで充填するこ
とで感知膜38を形成する。4本のファイバリード線が図示されているが、入力リ
ード線34のうち1本は望むならばカプリング領域32の形成後に切り離してもよい
。センサの動作には1本の入力リード線のみで足りるからである。しかしながら
、4本のリード線の構成が望ましい。主入力リード線に損傷があった場合にはバ
ックアップリード線として用いることができるからである。
The variable coupler fiber optic sensor 20 is best illustrated in FIG. The sensor 20 is
A support member 22 having a generally annular head 24 and a handle-like extension 28 are included. A depression or through hole is formed in the head to define an annular sensing area 26 of the sensor. The biconical fused taper coupler 30 is attached to the support member, and at least a part (here, the entirety) of the fused coupling region 32 is arranged in the region 26 and is arranged in a U-shape. The coupler input fiber lead 34 and output fiber lead 36 are formed in an extension 28 and have grooves 29 opening into region 26.
Are arranged next to each other. The leads are manipulated by bending the coupling region 32 to 180 ° into the desired shape, and then secured in the grooves with a suitable adhesive, such as an epoxy-based adhesive. The coupling area is untensioned and is embedded by filling the surrounding depressions or through holes with an elastomer and filling the sensing membrane 38 in a known manner, for example by filling it with a silicone rubber such as GE RTV 12. To form Although four fiber leads are shown, one of the input leads 34 may be disconnected after formation of the coupling region 32 if desired. This is because only one input lead is sufficient for the operation of the sensor. However, a four lead configuration is desirable. This is because if the main input lead is damaged, it can be used as a backup lead.

【0026】 センサの実際的な実施形態においては、膜の最大直径は5セントコインの直径
程度とすることができるが、膜は所望により個々の用途に合わせてより小さくも
より大きくもできる。カプラ融合領域およびこの融合領域近傍のファイバ部が確
実に支持されている限り、支持プレートの寸法は使いやすい如何なるサイズとし
てもよい。装置の感度は、従来の装置と同様に、膜の剛性に依存する。
In a practical embodiment of the sensor, the maximum diameter of the membrane can be on the order of 5 cents coin diameter, but the membrane can be smaller or larger as desired for a particular application. The size of the support plate can be any convenient size, as long as the coupler fusion region and the fiber section near the fusion region are securely supported. The sensitivity of the device depends on the stiffness of the membrane, as in conventional devices.

【0027】 センサ20は、感知膜38をパッド部材の内部媒体3に音響的に結合するために、
パッドの側壁1cの1つを貫通する孔Hに隣接するように、パッド部材1’に密閉
固定されている。貫通孔の直径は、膜と内部媒体3の結合を最大にするために、
感知膜38の直径とほぼ同じとする。センサは、たとえば頭部24をパッド側壁外表
面の孔Hの周囲に接着剤により接着するなど任意の適切な漏出防止方法をこうじ
て孔Hの周りに固定することができる。図に示すように、支持部材22の溝の付い
た側をパッド部材から離すことで、パッド側壁への確実な密閉を容易にする。孔
Hをパッド部材の充填に用いることができるが、別個の充填口を設けてもよい。
The sensor 20 is used to acoustically couple the sensing film 38 to the internal medium 3 of the pad member.
It is hermetically fixed to the pad member 1 'so as to be adjacent to a hole H passing through one of the side walls 1c of the pad. The diameter of the through-hole is to maximize the coupling between the membrane and the internal medium 3,
The diameter of the sensing film 38 is substantially the same. The sensor can be secured around hole H in any suitable leakage-prevention manner, for example by gluing the head 24 around the hole H on the outer surface of the pad sidewall. As shown in the figure, separating the grooved side of the support member 22 from the pad member facilitates reliable sealing to the pad side wall. The hole H can be used for filling the pad member, but a separate filling port may be provided.

【0028】 図に示すように、感知膜38をパッド部材の内部媒体3に結合することによって
、パッド上面に支持された対象の動作または音響的活動によりひき起される圧力
変動P(たとえば人または動物の鼓動および呼吸による圧力変動)は、媒体3を
通して感知膜38に伝達される。このことにより、膜38に撓みが生じ、そして埋め
込まれたカプリング領域32に圧力変動に応じた撓みが生じる。その結果、 センサの光学的出力、特に両出力ファイバ36における光の分布(あるいは分岐比
)もまた圧力変動に応じて変化する。
As shown in the figure, by coupling the sensing membrane 38 to the internal medium 3 of the pad member, the pressure fluctuations P (eg, human or human) caused by the motion or acoustic activity of the object supported on the pad top surface Pressure fluctuations due to the beating and breathing of the animal) are transmitted through the medium 3 to the sensing membrane 38. This causes the membrane 38 to flex and the embedded coupling region 32 to flex in response to pressure fluctuations. As a result, the optical output of the sensor, especially the light distribution (or branching ratio) in both output fibers 36, also changes in response to pressure fluctuations.

【0029】 図6および図7は、従来の予め張力がかけられた線状光ファイバカプラの撓み
と、図3〜5の実施形態におけるセンサのU字形カプラの撓みとの比較図である
。図6aおよび6cは各々、従来のカプラの通常の状態における融合領域を示す、上
面図および側面図である。図6bおよび図6dは各々、下向きの力Fにより撓んでい
る融合領域を示す、対応図である。図7における7a〜7dは、図6に対応する図で
あるが、本発明に係るU字形カプラを示す。
FIGS. 6 and 7 are comparisons of the deflection of a conventional pretensioned linear optical fiber coupler with the deflection of the U-shaped coupler of the sensor in the embodiment of FIGS. 6a and 6c are a top view and a side view, respectively, showing the fusion region in the normal state of a conventional coupler. 6b and 6d are corresponding views, each showing the fusion region being deflected by a downward force F. FIG. 7a to 7d in FIG. 7 correspond to FIG. 6, but show a U-shaped coupler according to the invention.

【0030】 図6dから判るように、従来のカプラにおける融合領域の撓みは弓なりの曲がり
を生じさせ、この弓なりの曲がりは融合領域を伸張させ、それによって張力を増
大させる。それに対し、図7dにおけるU字形融合領域の撓みは、U字形の平面に
垂直な方向に沿って生じるのが見られるが、U字の高さ(図7dの水平方向長さ
)に沿ってU字形部に曲がりを生じさせるのみであり、融合領域に張力を与える
ことはない。このように、融合領域に大きな変位が生じた場合でも、亀裂および
破損が起こることはない。
As can be seen from FIG. 6d, the flexing of the fusion zone in a conventional coupler causes an arched bend, which extends the fusion zone, thereby increasing the tension. In contrast, the deflection of the U-shaped fusion region in FIG. 7d is seen to occur along a direction perpendicular to the plane of the U-shape, but along the height of the U (horizontal length in FIG. 7d). It only causes the gutter to bend and does not tension the fusion zone. Thus, even if a large displacement occurs in the fusion region, no crack and no breakage occurs.

【0031】 図8および9は本発明の第二実施形態による感知パッドアセンブリを示す。本
実施形態においては、改良型可変カプラ光ファイバセンサ20’は感知パッド部材
1”の内部に配置されている。センサ20’およびその光ファイバ入出力リード線
34,36は、パッド側壁の1つに設けられた孔H’を通して挿入され、孔H’はそ
の後に適当な密閉材料で密閉される。センサ20’は、図9に最もよく示されてい
るが、空気支持水中マイク(air-backed hydrophone)として構成されており、
支持部材の頭部24の裏面(図8および9における底面)に密閉式に取付けられ中
空キャップ24a内に閉じ込められた空気により感知膜38が裏打ち支持されている(
backed)ことを除いては、図3〜5に示されたセンサの構造と同様の構造を有す
る。空気により支持されたハイドロフォンとして構成されている。キャップの裏
面(底面)は、接着等により、感知パッド部材の底部壁1bの内面に固定されてい
る。または、センサ20’はパッド内部に単に浮遊させることもでき、この場合フ
ァイバリード線が側壁に固定された箇所にのみ固定接続を有する。
FIGS. 8 and 9 show a sensing pad assembly according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the improved variable coupler optical fiber sensor 20 'is located inside the sensing pad member 1 ". The sensor 20' and its optical fiber input / output leads.
The holes 34, 36 are inserted through holes H 'provided in one of the pad sidewalls, and the holes H' are subsequently sealed with a suitable sealing material. The sensor 20 ', best shown in FIG. 9, is configured as an air-backed hydrophone,
The sensing membrane 38 is lined up and closed on the back (bottom in FIGS. 8 and 9) of the head 24 of the support member and air is trapped in the hollow cap 24a.
Except for being backed, it has a structure similar to that of the sensor shown in FIGS. It is configured as a hydrophone supported by air. The back surface (bottom surface) of the cap is fixed to the inner surface of the bottom wall 1b of the sensing pad member by bonding or the like. Alternatively, sensor 20 'can simply float inside the pad, in which case it has a fixed connection only where the fiber lead is fixed to the side wall.

【0032】 図面には示していないが、何れの図示された実施形態においても光ファイバリ
ード線を1以上の保護被覆内に収めることを意図している。
Although not shown in the figures, any illustrated embodiment contemplates that the optical fiber lead be contained within one or more protective coatings.

【0033】 本発明のセンサにおいて用いられる光ファイバは、光損失が約0.18dB/KmのCor
ning SMF28のような極めて高品質のものが最も好ましい。光検出器は、波長900n
m以上の光のガリウム−アルミニウム−砒化物検出器またはゲルマニウム検出器
およびより短い波長用のシリコン検出器とすることができる。
The optical fiber used in the sensor of the present invention has a Cor loss of about 0.18 dB / Km.
Very high quality such as ning SMF28 is most preferred. Photodetector, wavelength 900n
There can be gallium-aluminum-arsenide or germanium detectors for light above m and silicon detectors for shorter wavelengths.

【0034】 光検出器は、光起電モードまたは光導伝モードの何れによって接続してもよい
。光起電モードにおいては、トランスインピーダンスアンプ(電流を電圧に変換
する)を用いて、検出器を差動アンプの入力に結合することができる。トランス
インピーダンスアンプの出力を、フィルタにかけて広帯域ノイズを除去してもよ
い。光導伝モードでは、検出器の出力は、従来型の電圧アンプに接続することが
できる。この方法は、結果としてノイズは増えるが、ノイズレベルがより低いこ
とではなく費用が主な関心事である場合に用いられるだろう。
The photodetectors may be connected in either a photovoltaic mode or a photoconductive mode. In photovoltaic mode, a detector can be coupled to the input of the differential amplifier using a transimpedance amplifier (which converts current to voltage). The output of the transimpedance amplifier may be filtered to remove broadband noise. In the photoconductive mode, the output of the detector can be connected to a conventional voltage amplifier. This method may be used where noise is the result, but cost is of primary concern rather than lower noise levels.

【0035】 本発明の上記実施形態は、単なる説明であって、ここに述べたような本発明の
基本原理を維持する限りにおいて他の変更は可能であることは言うまでもない。
The above embodiments of the present invention are merely illustrative, and it goes without saying that other modifications are possible as long as the basic principles of the present invention as described herein are maintained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 感知パッドを用いた従来のモニタシステムの簡易ブロック図であ
る。
FIG. 1 is a simplified block diagram of a conventional monitor system using a sensing pad.

【図2】 従来の可変カプラ光ファイバセンサの基本的な構造を示す。FIG. 2 shows a basic structure of a conventional variable coupler optical fiber sensor.

【図3】 本発明の第一実施形態による感知パッドアセンブリの斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view of a sensing pad assembly according to the first embodiment of the present invention;

【図4】 図3の可変カプラ光ファイバセンサの配置をより詳細に示す切り
取り側面図である。
FIG. 4 is a cutaway side view showing the arrangement of the variable coupler optical fiber sensor of FIG. 3 in more detail;

【図5】 図3のセンサを示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing the sensor of FIG. 3;

【図6】 従来の予め張力がかけられた線状カプラの融合領域の通常状態お
よび撓んだ状態の説明図(図6a〜6d)である。
FIG. 6 is an explanatory view (FIGS. 6a to 6d) of a fusion state of a conventional pre-tensioned linear coupler in a normal state and a bent state.

【図7】 U字形融合領域を有するセンサに関する同様の説明図(図7a〜7d
)である。
FIG. 7 is a similar illustration for a sensor having a U-shaped fusion zone (FIGS. 7a-7d);
).

【図8】 本発明の第二実施形態によるセンサパッドアセンブリの斜視図で
ある。
FIG. 8 is a perspective view of a sensor pad assembly according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 図8の実施形態に用いた可変カプラ光ファイバセンサの斜視図で
ある。
FIG. 9 is a perspective view of a variable coupler optical fiber sensor used in the embodiment of FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB ,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,GE,G H,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (71)出願人 ジャート、ディヴィッド ダブリュー. アメリカ合衆国 22906 ヴァージニア、 シャルロッツヴィル、ピー.オー.ボック ス 8175、エムピリカル テクノロジイズ コーポレーション内 (72)発明者 バラク、マーティン シー. アメリカ合衆国 22906 ヴァージニア、 シャルロッツヴィル、ピー.オー.ボック ス 8175、エムピリカル テクノロジイズ コーポレーション内 (72)発明者 アドキンス、チャールズ アメリカ合衆国 22906 ヴァージニア、 シャルロッツヴィル、ピー.オー.ボック ス 8175、エムピリカル テクノロジイズ コーポレーション内 (72)発明者 ジャート、ディヴィッド ダブリュー. アメリカ合衆国 22906 ヴァージニア、 シャルロッツヴィル、ピー.オー.ボック ス 8175、エムピリカル テクノロジイズ コーポレーション内 Fターム(参考) 4C038 VA20 VB01 VB31 VC20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY , CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP , KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW (71) Applicant Jart, David W. United States 22906 Virginia, Charlottesville, P.E. Oh. Box 8175, within Empirical Technologies Corporation (72) Inventor Barack, Martin C. United States 22906 Virginia, Charlottesville, P.E. Oh. Box 8175, within Empirical Technologies Corporation (72) Inventor Adkins, Charles USA 22906 Virginia, Charlottesville, P.E. Oh. Box 8175, within Empirical Technologies Corporation (72) Inventor Jart, David W .; United States 22906 Virginia, Charlottesville, P.E. Oh. Box 8175, F-term in MEPICAL TECHNOLOGIES CORPORATION (reference) 4C038 VA20 VB01 VB31 VC20

Claims (34)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モニタすべき対象を支持するよう構成された面を有し、その
支持された対象の音響的活動または動作による圧力変動を伝達可能なパッド部材
と;光ファイバセンサであって、融合ファイバカプリング領域を有し、そのカプ
リング領域の少なくとも一部が、前記センサの感知領域内に配置されるとともに
、前記カプリング領域にテンションがかかることなく撓んで前記センサの出力を
変化させるよう構成され、前記感知領域は、前記圧力変動が前記感知領域に伝達
されて前記カプリング領域の前記部分を撓ませ、それによって前記圧力変動に応
じて前記センサの出力を変化させるよう配置されている光ファイバセンサと、を
含む感知パッドアセンブリ。
1. A pad member having a surface configured to support an object to be monitored and capable of transmitting pressure fluctuations due to acoustic activity or movement of the supported object; a fiber optic sensor, A fusion fiber coupling region, wherein at least a portion of the coupling region is disposed within a sensing region of the sensor and configured to flex and change the output of the sensor without tensioning the coupling region. An optical fiber sensor, wherein the sensing area is arranged such that the pressure fluctuation is transmitted to the sensing area to deflect the portion of the coupling area, thereby changing the output of the sensor in response to the pressure fluctuation. And a sensing pad assembly comprising:
【請求項2】 前記パッド部材は液体およびゲルからなる群から選択された
内部媒体を有する請求項1記載のアセンブリ。
2. The assembly of claim 1, wherein said pad member has an internal medium selected from the group consisting of a liquid and a gel.
【請求項3】 前記センサが前記パッド部材の壁の外表面に取付けられてい
る請求項2記載のアセンブリ。
3. The assembly of claim 2, wherein said sensor is mounted on an outer surface of said pad member wall.
【請求項4】 前記パッド部材の前記壁に孔が形成され、この孔を通して前
記感知領域が前記内部媒体に作動的に結合されている請求項3記載のアセンブリ
4. The assembly of claim 3, wherein a hole is formed in said wall of said pad member through which said sensing area is operatively coupled to said internal medium.
【請求項5】 前記感知領域は前記カプリング領域の前記部分を包み込む感
知膜を有する請求項4記載のアセンブリ
5. The assembly of claim 4, wherein said sensing area has a sensing membrane encasing said portion of said coupling area.
【請求項6】 前記センサは、前記感知領域を取り囲むとともに前記孔の周
囲において前記パッド部材の前記壁に密閉するように取付けられている支持部材
を含む請求項4記載のアセンブリ。
6. The assembly of claim 4, wherein said sensor includes a support member surrounding said sensing area and sealingly mounted to said wall of said pad member around said aperture.
【請求項7】 前記センサは少なくとも1本の入力光ファイバおよび複数の
出力光ファイバを有し、前記入出力光ファイバが前記カプリング領域に接続され
、前記支持部材は前記入出力光ファイバを受け入れる溝部を備える面を有する請
求項6記載のアセンブリ。
7. The sensor has at least one input optical fiber and a plurality of output optical fibers, the input / output optical fibers are connected to the coupling area, and the support member has a groove for receiving the input / output optical fibers. The assembly of claim 6 having a surface comprising:
【請求項8】 前記支持部材は、前記溝部に連通し、前記カプリング領域の
前記部分を受け入れる開口部を有する請求項7記載のアセンブリ。
8. The assembly of claim 7, wherein said support member has an opening communicating with said groove and receiving said portion of said coupling area.
【請求項9】 前記センサが前記パッド部材の内部に配置されている請求項
2記載のアセンブリ。
9. The assembly according to claim 2, wherein said sensor is located inside said pad member.
【請求項10】 前記センサは前記感知領域を境界づける部分を有する支持 部材と、前記感知領域に配置され前記カプリング領域の前記部分を包み込む感知 膜とを含み、前記感知領域が中空キャップにより裏打ち支持されて前記感知膜に 隣接する密封されたスペースを供給する請求項9記載のアセンブリ。10. The sensor includes a support member having a portion bounding the sensing region, and a sensing membrane disposed in the sensing region and enclosing the portion of the coupling region, the sensing region being supported by a hollow cap. The assembly of claim 9, wherein the assembly provides a sealed space adjacent the sensing membrane. 【請求項11】 前記キャップが前記パッド部材の内面に取付けられている 請求項10記載のアセンブリ。11. The assembly of claim 10, wherein said cap is mounted on an inner surface of said pad member. 【請求項12】 前記センサが前記パッド部材の前記内部媒体内を浮遊して いる請求項10記載のアセンブリ。12. The assembly of claim 10, wherein said sensor is suspended within said internal medium of said pad member. 【請求項13】 前記センサは少なくとも1本の入力光ファイバおよび複数 の出力光ファイバを有し、前記入出力光ファイバが前記カプリング領域に接続さ れ、前記支持部材は前記入出力光ファイバを受け入れる溝部を備える面を有する 請求項9記載のアセンブリ。13. The sensor has at least one input optical fiber and a plurality of output optical fibers, the input / output optical fibers are connected to the coupling area, and the support member receives the input / output optical fibers. An assembly according to claim 9 having a surface with a groove. 【請求項14】 前記支持部材は、前記溝部に連通し、前記カプリング領域 の前記部分を受け入れる開口部を有する請求項13記載のアセンブリ。14. The assembly of claim 13, wherein said support member has an opening communicating with said groove and receiving said portion of said coupling area. 【請求項15】 前記パッド部材は可撓性の固形材料で形成されている請求 項1記載のアセンブリ。15. The assembly of claim 1, wherein said pad member is formed of a flexible solid material. 【請求項16】 前記センサは少なくとも1本の入力光ファイバおよび複数 の出力光ファイバを有し、前記入出力光ファイバ全てが前記カプリング領域に接 続されており、前記アセンブリは、前記複数の出力光ファイバに光学的に結合さ れて、前記出力光ファイバから受け取る光を前記カプリング領域の前記部分の撓 みの量に依存するレベルを有する電気的出力に変換する電気光学的回路を更に含 む請求項1記載のアセンブリ。16. The sensor has at least one input optical fiber and a plurality of output optical fibers, all of the input and output optical fibers are connected to the coupling area, and the assembly includes the plurality of output optical fibers. An electro-optic circuit optically coupled to the optical fiber for converting light received from the output optical fiber to an electrical output having a level dependent on the amount of deflection of the portion of the coupling region. The assembly of claim 1. 【請求項17】 前記電気光学的回路は、前記複数の出力光ファイバにそれ ぞれ光学的に結合された複数の光検出器と、この光検出器の出力が接続されてい る差動アンプ回路とを含む請求項16記載のアセンブリ。17. A differential amplifier circuit comprising: a plurality of photodetectors optically coupled to the plurality of output optical fibers, respectively; and an output of the photodetector connected to the plurality of output optical fibers. 17. The assembly of claim 16, comprising: 【請求項18】 モニタすべき対象を支持するよう構成された表面を有し、 その支持された対象の音響的活動または動作による圧力変動を伝達可能なパッド 部材と;光ファイバセンサであって、略U字形の融合ファイバカプリング領域を 有し、該カプリング領域はそのカプリング領域が撓んで前記センサの出力を変化 させるよう前記センサの感知領域内に配置され、前記感知領域は、前記圧力変動 が前記感知領域に伝達されて前記カプリング領域を撓ませ、それによって前記圧 力変動に応じて前記センサの出力を変化させるよう配置されている光ファイバセ ンサと、を含む感知パッドアセンブリ。18. A fiber optic sensor having a surface configured to support an object to be monitored and capable of transmitting pressure fluctuations due to acoustic activity or movement of the supported object; A generally U-shaped fused fiber coupling region, wherein the coupling region is disposed within a sensing region of the sensor such that the coupling region flexes to change the output of the sensor, and wherein the sensing region is configured such that the pressure fluctuation is greater than the pressure fluctuation. A fiber optic sensor arranged to be transferred to a sensing area to deflect the coupling area, thereby changing the output of the sensor in response to the pressure fluctuation. 【請求項19】 前記パッド部材は液体およびゲルからなる群から選択され た内部媒体を有する請求項18記載のアセンブリ。19. The assembly of claim 18, wherein said pad member has an internal medium selected from the group consisting of a liquid and a gel. 【請求項20】 前記センサが前記パッド部材の外面に取付けられている請 求項19記載のアセンブリ。20. The assembly of claim 19, wherein said sensor is mounted on an outer surface of said pad member. 【請求項21】 前記センサは前記パッド部材に形成された孔を有する壁に 取付けられ、前記感知領域は前記孔を通して前記内部媒体に作動的に結合されて いる請求項20記載のアセンブリ。21. The assembly of claim 20, wherein said sensor is mounted to a wall having a hole formed in said pad member, and said sensing area is operatively coupled to said internal medium through said hole. 【請求項22】 前記感知領域は前記カプリング領域の前記部分を包み込む 感知膜を有する請求項21記載のアセンブリ。22. The assembly of claim 21, wherein said sensing area has a sensing membrane encasing said portion of said coupling area. 【請求項23】 前記センサは、前記感知領域を取り囲む部分を有するとと もに、前記孔の周囲において前記パッド部材の前記壁に密閉するように取付けら れている支持部材を含む請求項21記載のアセンブリ。23. The sensor according to claim 21, wherein the sensor has a portion surrounding the sensing area and includes a support member hermetically attached to the wall of the pad member around the hole. The described assembly. 【請求項24】 前記センサは少なくとも1本の入力光ファイバおよび複数 の出力光ファイバを有し、前記入出力光ファイバが前記カプリング領域に接続さ れ、前記支持部材は前記入出力光ファイバを受け入れる溝部を備える面を有する 請求項23記載のアセンブリ。24. The sensor has at least one input optical fiber and a plurality of output optical fibers, the input / output optical fibers are connected to the coupling area, and the support member receives the input / output optical fibers. 24. The assembly according to claim 23, having a surface with a groove. 【請求項25】 前記支持部材は、前記溝部に連通し、前記カプリング領域 の前記部分を受け入れる開口部を有する請求項24記載のアセンブリ。25. The assembly of claim 24, wherein said support member has an opening communicating with said groove and receiving said portion of said coupling area. 【請求項26】 前記センサが前記パッド部材の内部に配置されている請求 項19記載のアセンブリ。26. The assembly according to claim 19, wherein the sensor is located inside the pad member. 【請求項27】 前記センサは前記感知領域を境界づける部分を有する支持 部材と、前記感知領域に配置され前記カプリング領域の前記部分を包み込む感知 膜とを含み、前記感知領域が中空キャップにより裏打ち支持されて前記感知膜に 隣接する密封されたスペースを供給する請求項26記載のアセンブリ。27. The sensor includes a support member having a portion bounding the sensing region, and a sensing membrane disposed in the sensing region and enclosing the portion of the coupling region, the sensing region being supported by a hollow cap. 27. The assembly of claim 26, wherein said assembly provides a sealed space adjacent said sensing membrane. 【請求項28】 前記キャップが前記パッド部材の内面に取付けられている 請求項27記載のアセンブリ。28. The assembly of claim 27, wherein said cap is mounted on an inner surface of said pad member. 【請求項29】 前記センサが前記パッド部材の前記内部媒体内を浮遊して いる請求項27記載のアセンブリ。29. The assembly of claim 27, wherein said sensor is floating within said internal medium of said pad member. 【請求項30】 前記センサは少なくとも1本の入力光ファイバおよび複数 の出力光ファイバを有し、前記入出力光ファイバが前記カプリング領域に接続さ れ、前記支持部材は前記入出力光ファイバを受け入れる溝部を備える面を有する 請求項26記載のアセンブリ。30. The sensor has at least one input optical fiber and a plurality of output optical fibers, the input / output optical fibers are connected to the coupling area, and the support member receives the input / output optical fibers. 27. The assembly of claim 26, wherein the assembly has a surface with a groove. 【請求項31】 前記支持部材は、前記溝部に連通し、前記カプリング領域 の前記部分を受け入れる開口部を有する請求項30記載のアセンブリ。31. The assembly of claim 30, wherein said support member has an opening communicating with said groove and receiving said portion of said coupling area. 【請求項32】 前記パッド部材は可撓性の固形材料で形成されている請求 項18記載のアセンブリ。32. The assembly of claim 18, wherein said pad member is formed of a flexible solid material. 【請求項33】 前記センサは少なくとも1本の入力光ファイバおよび複数 の出力光ファイバを有し、前記入出力光ファイバが前記カプリング領域に接続さ れており、前記アセンブリは、前記複数の出力光ファイバに光学的に結合されて 、前記出力光ファイバから受け取る光を前記カプリング領域の撓みの量に依存す るレベルを有する電気的出力に変換する電気光学的回路を更に含む請求項18記載 のアセンブリ。33. The sensor has at least one input optical fiber and a plurality of output optical fibers, the input and output optical fibers are connected to the coupling area, and the assembly includes the plurality of output optical fibers. 19. The assembly of claim 18, further comprising an electro-optic circuit optically coupled to the fiber for converting light received from the output optical fiber to an electrical output having a level dependent on an amount of deflection of the coupling region. . 【請求項34】 前記電気光学的回路は、前記複数の出力光ファイバにそれ ぞれ光学的に結合された複数の光検出器と、この光検出器の出力が接続されてい る差動アンプ回路とを含む請求項33記載のアセンブリ。34. The electro-optical circuit, comprising: a plurality of photodetectors optically coupled to the plurality of output optical fibers, respectively; and a differential amplifier circuit connected to an output of the photodetector. 34. The assembly of claim 33, comprising:
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