JP2007033449A - 力を測定するための装置およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学変換器に作用する、例えば回転力や横力のような力を検出するための光学変換器が本発明により提供される。ここでは、力を検出するために、光学信号4a、4bが、光ファイバ2a、2bによって画定された光路を介して送信される。さらに、光学手段3に作用する力の結果として、光路を通る光学信号の透過率を変更するように適合された光学手段3が提供される。次に、結果として生じた変換器を出る光学信号は、変換器に作用する力を検出するために使用される。
【選択図】図1a
Description
本発明は、一般的に、力、特に圧力またはトルクのような機械的な力は直接的または間接的に光路に作用する力に起因する光路を通る光の変化を利用することにより測定および/または検出できるという考察に基づく。特に、本発明の動作原理は、試験下の力によって制御されるリンク減衰によって、光路の出力において検出されるフォト電流の変化を利用する。特に、光路を通る光学信号の透過率を変更するように適合された光学手段が、試験下の力の結果として、光路内に漸進的に挿入された場合、送信された光学信号の変化は、試験下の力に対する示度、例えば強度または方向等を得るために効果的かつ高信頼に利用できるということが観察されている。これは、特に、光路を介して送信された光学信号の変化を電流または電圧の測定単位に変換することにより得られる。本発明による検出手法は、原理的には全く一般的であるかもしれないが、力、特に、例えば圧力またはトルクのような機械的な力を検出および/または測定するためには極めて信頼できることが明らかになった。さらに、光路を画定するために光ファイバが使用された場合、軽量、最小侵入性、電磁妨害雑音に対する不感受性、および火事または爆発を起こす可能性が無いことのような光ファイバに共通の利点に加え、コスト面での利点が生じる。最後に、標準的なポリマー光ファイバ(POF)のような極めて高い開口率のファイバが使用された場合、対向するファイバ間のギャップの高許容性、機械的公差が厳しくないこと、低コストの光源および光検出器を使用する可能性により、利点がまた生じる。
本発明のさらなる利点、目的、特徴、および実施態様は、添付の特許請求の範囲において定義され、添付の図面を参照した以下の詳細な説明によりさらに明らかになるであろう。同図面では、同一の対応する部分は同じ参照番号を使用することにより特定される。
Claims (25)
- 光学変換器(1)に作用する力を検出するための光学変換器(1)であって、光学信号(4a、4b)を送信するように適合される光路を含み、
前記光学変換器は、可動手段を含み、該可動手段は、前記光路を通る前記光学信号の透過率を前記光路に対する位置の関数として変更するように、前記光学変換器に作用する力(3F、3T)の結果として移動するように適合される、ことを特徴とする光学変換器。 - 前記光路は、少なくとも1つの光ファイバ(2a、2b)を含み、前記力(3F、3T)の結果として移動するように適合される前記手段は、光学手段を含む、ことを特徴とする請求項1記載の光学変換器。
- 前記光路は、連続的に配置されるとともにその両方が光学信号(4a、4b)を受信し放射するように適合される第1および第2の光ファイバ(2a、2b)を含み、前記光学手段は、光学フィルタ(3)を含み、該光学フィルタ(3)は、前記第1および第2のファイバ間での位置の関数として前記第1の光ファイバ(2a)を出る前記光学信号を少なくとも部分的に吸収するように、それに作用する横力(3F)の結果として前記2つの光ファイバの間を往復運動するように適合される、ことを特徴とする請求項2記載の光学変換器。
- 前記光学フィルタ(3)は、完全に非透過的である、ことを特徴とする請求項3記載の光学変換器。
- 前記光学フィルタ(3)は、段階的な吸収プロファイルを有する、ことを特徴とする請求項3記載の光学変換器。
- 前記光路は、1つの光ファイバ(2a)を含み、前記光学手段は、前記光ファイバ(4a)の一端の近傍に配置される光学ミラー(3r)を含み、該光学ミラーは、前記光ファイバ(4a)に対する位置の関数として前記光ファイバ(4a)を出る光学信号を少なくとも部分的に反射するように、それに作用する力(3F)の結果として実質的に一方向において往復運動するように適合される、ことを特徴とする請求項2記載の光学変換器。
- 前記光路は、連続的に配置されるとともにそれぞれが光学信号を受信し放射するように適合される少なくとも3つの光ファイバ(2a、2b、2ab)を含み、前記光学手段は少なくとも2つの光学フィルタ(3r、3g)を含み、該2つの光学フィルタのそれぞれは、2つの連続する光ファイバ間での位置の関数として、2つの連続する光ファイバを介して送信される光学信号を少なくとも部分的に吸収するように、それに作用する力(3F)の結果として2つの連続する光ファイバの間を往復運動するように適合される、ことを特徴とする請求項2記載の光学変換器。
- 前記少なくとも2つのフィルタの少なくとも1つは、所定の波長の光学信号を少なくとも部分的に吸収するように適合されるフィルタである、ことを特徴とする請求項7記載の光学変換器。
- 前記光学フィルタは、いずれも、所定の波長の光学信号を少なくとも部分的に吸収するように適合されるフィルタである、ことを特徴とする請求項8記載の光学変換器。
- 前記光路は、連続的に配置されるとともにそれぞれが光学信号を受信し放射するように適合される少なくとも2つの光ファイバ(2a、2b)を含み、前記光学手段は、少なくとも第1および第2の光学ミラー(3r、3g)を含み、該第1および第2の光学ミラー(3r、3g)は、前記光ファイバ(2a、2b)に対する位置の関数として前記光路を介して送信される光学信号を少なくとも部分的に反射するように、前記連続する2つの光ファイバ(2a、2b)間にて、かつ前記第2の光ファイバ(2b)の一端の近傍にて、これらに作用する力(3F)の関数としてそれぞれ往復運動するように適合される、ことを特徴とする請求項2記載の光学変換器。
- 前記第1および第2の光学ミラーの少なくとも1つは、所定の波長の光学信号を少なくとも部分的に反射するように適合されるミラーである、ことを特徴とする請求項10記載の光学変換器。
- 前記光路は、連続する2つの光ファイバ(2a、2b)を含み、前記光学手段は、前記2つの光ファイバ間に配置されるとともに前記光ファイバの対向する端部にそれぞれ固着される2つの光学フィルタ(3h1、3h2)を含み、前記2つのフィルタの少なくとも1つは、前記変換器に作用する力(3T)の結果として回転するように適合され、その結果、前記光路を通る前記光学信号の透過率は、前記2つのフィルタの相互の位置の関数として変更される、ことを特徴とする請求項2記載の光学変換器。
- 前記少なくとも2つのフィルタの少なくとも1つは、非透過的な部分を有し、残りの部分は透過的である、ことを特徴とする請求項12記載の光学変換器。
- 前記少なくとも2つのフィルタは、いずれも、非透過的な部分と透過的な部分とを有する、ことを特徴とする請求項13記載の光学変換器。
- 前記非透過的な部分は、略50%に相当する、ことを特徴とする請求項13または請求項14記載の光学変換器。
- 前記少なくとも2つのフィルタのうちの1つにおける前記非透過的な部分は、所定の波長の光学信号を吸収するように適合される少なくとも2つの補足部分を含む、ことを特徴とする請求項15に記載の光学変換器。
- 前記少なくとも2つの補足部分のそれぞれは、25%に相当する、ことを特徴とする請求項16記載の光学変換器。
- 前記可動手段に接続され、前記可動手段が前記力(3F、3T)に対する反作用力を及ぼすことを可能にする弾性手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項1乃至請求項17のいずれかに記載の光学変換器。
- 前記弾性手段は、前記光路と前記可動手段とを収容する少なくとも1つの弾性スリーブ(1s)を含む、ことを特徴とする請求項18記載の光学変換器。
- 力の測定および/または検出のための測定装置であって、
請求項1乃至請求項17のいずれかに記載の少なくとも1つの光学変換器を含む、ことを特徴とする測定装置。 - 前記測定装置は、前記光路へ光学信号を導入するための少なくとも1つの光学信号放射装置(6a)と、前記光路を出る光学信号を受信するための1つの光学信号受信装置(6b)とを含み、前記受信手段は、光学信号を電気信号に変換するようにさらに適合される、ことを特徴とする請求項20記載の測定装置。
- 前記少なくとも1つの放射装置(6a)は、少なくとも1つのLED(7c)を含み、前記少なくとも1つの受信装置(6b)は、少なくとも1つのダイオード(7d)を含む、ことを特徴とする請求項21記載の測定装置。
- 力を測定するための測定システムであって、
請求項21または請求項22記載の少なくとも1つの測定装置を含む、ことを特徴とする測定システム。 - 前記受信装置(6b)を出る前記電気信号を演算するための演算手段を含む、ことを特徴とする請求項23記載の測定システム。
- 複数の測定装置と、閾値信号を生成するように適合される閾値装置とを含む、ことを特徴とする請求項23または請求項24記載の測定システム。
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