JP2005214824A - 光ファイバセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバを用いた光ファイバセンサ装置において、検出精度を高める。
【解決手段】光ファイバ４と、取付板２と、光ファイバに光信号を入出光するインターフェースボックス３と、を備え、インターフェースボックス３と取付板２との間には、光ファイバ４の変形を規制するガイド部材５が設けられている。
走行時などに振動が加わった場合でも、光ファイバ４の相対的な振動を防止できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ファイバを用いたセンサ装置に関し、詳しくは精度高く荷重などを検出できる光ファイバセンサ装置に関する。

近年、交通事故対策の強化が求められ、自動車自体にも各種の安全対策が施されるようになっている。この安全対策としては、自動車の乗員の安全性を高めるものと、万一人身事故が起きた場合に自動車と衝突した人体の安全性を高めるものとに大別される。例えばシートベルト装置、ＳＲＳエアバッグ装置などは前者に分類され、バンパーやボンネット内部に設けられた衝撃吸収装置などは後者に分類される。

自動車が人体と正面衝突した際に、比較的軽度の衝突の場合には人体はボンネットと衝突することで傷害が生じることが多い。また一般に、ボンネットの位置が地面から高くなるほど人体に加わる衝撃が大きい。そのため近年では、人体と衝突した際にボンネットの高さを低くすることが考えられている。この場合には、自動車が人体と衝突したことを検出する荷重センサが必要となるが、人体が衝突する可能性のある部分は広い面積にわたる。しかし一般的な荷重センサである圧縮センサあるいは引張センサは狭い部分における荷重を検出するものであるので、そのような荷重センサを人体が衝突する可能性のある部分全体をカバーできるように配置するとなると、その数が多くなり高価となってしまう。

そこで、光ファイバを荷重センサとして用いることが考えられる。例えば特開平07−190732号公報には、車両の外面部に沿って少なくとも一部が露出して設けられた漏洩光ファイバと、この漏洩光ファイバの一端側に光を入射させる投光部と、漏洩光ファイバの他端側に設けられてそのファイバからの光を受ける受光部と、この受光部への受光量が減少したときに衝突検知信号を出力する検出回路とを備えた車両用衝突センサが開示されている。また特開2002−236005号公報には、弾性変形可能なゴム部を有するゴム状弾性体のひずみ測定方法において、ゴム部の内部に光ファイバセンサを埋め込んでゴム状弾性体に荷重をかけることによりゴム部のひずみを測定するに際し、光ファイバセンサの埋め込み部の外周に突起を設けておくことにより埋め込み部とゴム部との間のすべりを防止した歪み測定方法が記載されている。

このように光ファイバは、曲がりがあると曲がり半径に応じた伝送損失が生じるので、衝突荷重が加わった場合に光ファイバに曲がりが生じるようにしておき、伝送損失を検出することで衝突センサ、荷重センサなどとして利用することができる。また、光ファイバに歪みが生じると光の伝搬位相に変化が生じることが知られており、かかる位相変化を例えば光ファイバリング干渉計を用いて検出することで歪みセンサとして利用することができる。そして光ファイバは広い面積に設けることが容易であるので、面荷重センサとしてこれからの利用が期待されている。

しかしながら光ファイバを自動車用の荷重センサ、衝突センサなどとして用いた場合には、走行時の振動や軽度の衝撃などによって光ファイバに変形が生じる場合があり、そのような場合には衝突荷重を正確に検出することが困難となって判定を誤る場合が考えられる。
特開平07−190732号 特開2002−236005号

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバを用いた光ファイバセンサ装置において、荷重や歪みなどの検出精度を高めることを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明の光ファイバセンサ装置の特徴は、光ファイバと、光ファイバの少なくとも背面に配設され光ファイバが取付けられた取付板と、光ファイバの一端面に光信号を入光する入光部と、光ファイバの他端面から光信号を受光する受光部と、受光部で受光された光信号を監視する検出部と、を備えた光ファイバセンサ装置であって、
入光部及び受光部と取付板との間の少なくとも一部には、光ファイバの変形を規制しつつ光ファイバを案内するガイド部材が設けられていることにある。

ガイド部材は、入光部及び受光部と取付板との間の全長にわたって設けられていることが望ましい。またガイド部材は、入光部及び受光部と取付板とに固定されていることが望ましい。

本発明の光ファイバセンサ装置によれば、装置に走行時の振動や軽度の衝撃が加わった場合であっても、ガイド部材によって光ファイバの変形が規制されているので、Ｓ／Ｎ比が向上しセンサ出力にノイズが混じるのが防止される。したがって荷重や歪みなどを正確に検出することができ、検出精度が向上する。またガイド部材が入光部及び受光部と取付板とに固定されていれば、車両などへの組み付け時の取り扱い性が向上し、光ファイバの断線も生じにくい。

光ファイバと、光ファイバの少なくとも背面に配設され光ファイバが取付けられた取付板と、光ファイバの一端面に光信号を入光する入光部と、光ファイバの他端面から光信号を受光する受光部と、受光部で受光された光信号を監視する検出部と、を備えた光ファイバセンサ装置においては、取付板に荷重や衝撃あるいは歪みなどが加わった場合にのみ光ファイバが変形するように構成する必要がある。しかし入光部及び受光部と取付板とは、スペースの関係から互いに離間するように配置される場合があり、このような場合には入光部及び受光部と取付板の光ファイバ取付部との間に光ファイバが露出することになる。このように露出部分が存在すると、光ファイバの露出部分に入光部及び受光部又は取付板とは異なる振動が生じる場合があり、そうするとノイズが発生して検出精度が低下してしまう。

そこで本発明の光ファイバセンサ装置では、入光部及び受光部と取付板との間の少なくとも一部には、光ファイバの変形を規制しつつ光ファイバを案内するガイド部材が設けられている。このガイド部材によって光ファイバは所定形状に保持されるとともに変形が規制されているので、振動が加わった場合でも、光ファイバが入光部、受光部及び取付板とは別に振動するのが防止される。これにより荷重や衝撃あるいは歪みなどを正確に検出することができ、検出精度が向上する。

光ファイバは、コアとクラッドとからなる一般的な光ファイバを用いることができる。また光ファイバのコアの長手方向の一部に紫外線等を照射して屈折率を部分的に変化させた、いわゆるブラッグ・グレーティングを書き込んだ光ファイバを用いてもよい。

取付板は、加わった荷重によって光ファイバを変形させるものであり、例えば取付けられた光ファイバに向かう表面に凸部をもつものを用いることができる。荷重が加わった際には凸部が光ファイバを押圧するので、光ファイバは凸部の部位で曲がり変形し、それに伴う伝送損失あるいは伝搬位相の変化などを検出することで荷重や衝撃あるいは歪みなどを検出することができる。

光ファイバは取付板に取付けられている。光ファイバが取付板に一体的に固定された状態で取付けることが望ましい。

入光部は光ファイバの一端面に光信号を入光するものであり、ＬＥＤ、半導体レーザーなどを光源として用いることができる。連続光あるいはパルス光のいずれでもよい。また受光部は光ファイバの他端面から光信号を受光するものであり、ＰＤ（ホトダイオード）など各種光電装置を用いることができる。入光部と受光部は別々でもよいが、両者を一体としてインターフェースボックスに内蔵するのが好ましい。これによりガイド部材をコンパクトなものとすることができ、スペース面で有利となる。

検出部は、受光部で受光された光信号を監視して取付板に作用した荷重や衝撃あるいは歪みなどを検出する部位であり、Ａ／Ｄコンバータ、マイクロコンピュータなどによって伝送損失あるいは伝搬位相の変化などを検出する。これにより荷重の大きさ、荷重が加わった位置などを検出することができる。また散乱光を入射し、その光の一部が散乱されると散乱光として入射端に戻ってくる特質を利用し、この散乱光の強度の変化を調べることで光ファイバの曲がりを求めることができ、周波数分布を解析することによってひずみを求めることができる。また入射から散乱光が戻ってくるまでの時間から荷重が加わった位置を決定できる。

またブラッグ・グレーティングを書き込んだ光ファイバを用いた場合には、ブラッグ・グレーティング部分で反射して戻ってくる光信号を検出部が分析することで、荷重を検出することもできる。あるいは複数の光ファイバを用い、光ファイバを伝搬する光信号の少なくとも一つがセンシングファイバを伝搬し、これと他の光信号とが干渉して干渉信号が形成され、この干渉信号により検出部がセンシングファイバに加わる荷重や歪みを検出することも可能である。

ガイド部材は、光ファイバの変形を規制しつつ案内する部材であり、入光部及び受光部と取付板との間の少なくとも一部に設けられる。ガイド部材は、入光部及び受光部と取付板との間の全長にわたって設けられていることが望ましく、入光部及び受光部と取付板に固定されていることが望ましい。また入光部及び受光部と取付板とが共に車体などに固定されている場合には、ガイド部材を同じ車体などに固定することもできる。このガイド部材は硬質で変形しにくいものが望ましく、樹脂、金属などから形成することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

図１に本実施例の光ファイバセンサ装置が搭載された自動車の要部を示し、図２にその要部拡大断面図を示す。フロントバンパ１の内部には、リインホースメント10が車体と一体となって配置されている。リインホースメント10の前方には、フロントバンパ１の延在方向に延びる長尺状の取付板２がリインホースメント10と一体となって配置されている。そしてリインホースメント10の後方には、インターフェースボックス３が車体に固定され、インターフェースボックス３はＥＣＵ 100に接続されている。

取付板２は硬質樹脂製であり、長手方向に平行に１本の光ファイバ４が固定されている。取付板２のリインホースメント10に対向する表面には、長手方向に平行に延びる略Ｕ字形状のリブ部20が固定され、光ファイバ４は取付板２とリブ部20の間に挟持された状態で固定されている。また取付板２の光ファイバ４に対向する表面には、図示しない波形状が形成され衝突時に光ファイバ４を押圧可能となっている。そして図３に示すように、光ファイバ４はインターフェースボックス３から延びて取付板２の一端面から取付板２内に入って長手方向に延び、取付板２の他端側でＵ字形状に曲げられて再び長手方向に延びて取付板２の一端面から出て、インターフェースボックス３内に導かれている。

インターフェースボックス３には、入光部30及び受光部31が内蔵されている。入光部30はＬＥＤをもち、光ファイバ４の一端面に光信号を入光する。また受光部31はＰＤを備え、光ファイバ４の他端面から光信号を受光して電気信号に変換する。この電気信号はＥＣＵ 100に入力され、ＥＣＵ 100は受光部31で受光された光信号を監視して取付板２に作用した荷重を検出する。

取付板２とインターフェースボックス３との間にはリインホースメント10が存在し、取付板２とインターフェースボックス３とは離間している。したがって、このままでは取付板２に出入する光ファイバ４は取付板２とインターフェースボックス３との間に露出することとなり、走行時などの振動や衝撃によって露出する光ファイバ４が振動し、受光部31で受光される光信号にノイズが混入する恐れがある。

そこで本実施例では、取付板２とインターフェースボックス３との間に、光ファイバ４の変形を規制しつつ案内する一対のガイド部材５を設けている。このガイド部材５は硬質樹脂からなり、中空のホース形状をなして全体が略半円形状となるように曲げられて形成され、内部にそれぞれ光ファイバ４が密封状態に配置されている。図４に示すように、一対のガイド部材５はそれぞれ断面半円形状の下部材50と、同様に断面半円形状の上部材51とからなり、爪係合によって下部材50と上部材51とが一体化されて断面円形となっている。下部材50と上部材51にはそれぞれ溝部52、53が形成され、溝部52、53で形成された中空部に光ファイバ４が収容されている。

また図５に示すように、下部材50の両端部にはそれぞれ切欠き54が形成され、切欠き54は、取付板２及びインターフェースボックス３に形成された係合孔21、32に突出する凸部22、33と係合することで取付板２及びインターフェースボックス３に保持固定されている。そして上部材51に形成された爪55が下部材50と係合することで上部材51は下部材50に一体的に保持され、その状態で上部材51の両端面が取付板２及びインターフェースボックス３の表面に当接している。したがってガイド部材５は、取付板２及びインターフェースボックス３の間で保持固定された状態となり、取付板２及びインターフェースボックス３との相対的な移動が規制されている。これによりガイド部材５が独立して振動することがなく、ガイド部材５内に収容された光ファイバ４の振動も防止されているので、検出精度が向上する。

本実施例の光ファイバセンサ装置を組み付けるには、先ず予め光ファイバ４がリブ部20との間に挟持された取付板２とインターフェースボックス３とを車体に固定する。次に下部材50の両端の切欠き54を取付板２及びインターフェースボックス３に形成された係合孔21、32に突出する凸部22、33とそれぞれ係合させ、取付板２及びインターフェースボックス３の間に一対の下部材50を固定する。

次いで取付板２から延びる光ファイバ４の一端を一方の下部材50の溝部52に配置し、溝部52に案内させてインターフェースボックス３の係合孔30に挿通させ、内部の入光部30と接続する。また取付板２から延びる光ファイバ４の他端を他方の下部材50の溝部52に配置し、溝部52に案内させてインターフェースボックス３の係合孔30に挿通させ、内部の受光部31と接続する。

その後、一対の下部材50の上部にそれぞれ上部材51を配置し、爪55を下部材50と係合させて下部材50に上部材51を固定する。このとき上部材51の両端面は取付板２及びインターフェースボックス３の表面とそれぞれ当接し、形成された一対のガイド部材５は取付板２及びインターフェースボックス３に対する相対移動が規制されている。

本実施例の光ファイバセンサ装置では、エンジン始動時からインターフェースボックス３が起動され、受光部31の出力がＥＣＵ 100によって常時監視されている。そしてフロントバンパ１が物体に衝突した場合には、取付板２が衝撃によって変形するため内部の光ファイバ４にも歪みが生じ、伝送損失によって受光部31の出力が変化する。ＥＣＵ 100は受光部31の出力を演算し、衝突の大きさが所定値を超えた場合にエアバッグの展開あるいはボンネットの高さなどの制御を行う。

そして光ファイバ４はガイド部材５によって相対移動が規制されているので、走行時の振動や衝撃などによる振動が抑制されるため誤作動が防止され、また衝突時にも振動によるノイズの混入が防止されるので、高い精度で荷重を検出することができる。

本発明の一実施例の光ファイバセンサ装置を備えた自動車の要部斜視図である。 本発明の一実施例の光ファイバセンサ装置を備えた自動車の要部断面図である。 本発明の一実施例の光ファイバセンサ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施例の光ファイバセンサ装置に用いたガイド部材の断面図である。 本発明の一実施例の光ファイバセンサ装置におけるガイド部材の端部の組み付け構造を示す断面図である。

符号の説明

２：取付板 ３：インターフェースボックス ４：光ファイバ
５：ガイド部材 10：リインホースメント

Claims (3)

1. 光ファイバと、該光ファイバの少なくとも背面に配設され該光ファイバが取付けられた取付板と、該光ファイバの一端面に光信号を入光する入光部と、該光ファイバの他端面から光信号を受光する受光部と、該受光部で受光された光信号を監視する検出部と、を備えた光ファイバセンサ装置であって、
   該入光部及び該受光部と該取付板との間の少なくとも一部には、該光ファイバの変形を規制しつつ該光ファイバを案内するガイド部材が設けられていることを特徴とする光ファイバセンサ装置。
2. 前記ガイド部材は、前記入光部及び前記受光部と前記取付板との間の全長にわたって設けられている請求項１に記載の光ファイバセンサ装置。
3. 前記ガイド部材は、前記入光部及び前記受光部と前記取付板とに固定されている請求項１又は請求項２に記載の光ファイバセンサ装置。

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