JP2009204494A - Vibration detector - Google Patents

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To support an optical fiber for a sensor in the suppressed state of decrease of pretention caused by deformation of a fiber support; to convert efficiently vibration of a measuring object into displacement of an overlapped part regardless of its frequency; and to detect highly accurately a frequency and an amplitude of vibration. <P>SOLUTION: The fiber support 21 has on a position sandwiched by a pair of arm parts 23, 24 erected on one face side of a base 22 fixed to the measuring object, an elastic deformation part 25 whose tip side is elastically deformed in the approaching/separating direction to/from the arm parts, and the overlapped part 28 supported on the tip of the elastic deformation part 25. A grating part 1a of the optical fiber 1 for the sensor is fixed with a tension in the sandwiched state between one arm part 23 and the overlapped part 28, and a pulling force for balancing with the tension of the optical fiber 1 for the sensor is applied to an optical fiber 30 fixed between the other arm part 24 and the overlapped part 28, to thereby regulate deformation of the elastic deformation part 25 and displacement of the overlapped part 28. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイバのコアにグレーティング部が形成されたセンサ用光ファイバをそのグレーティング部に張力をかけた状態でファイバ支持体を支持し、そのファイバ支持体で被測定物の振動を受けてグレーティング部に伸縮による歪みを加え、反射波長を変化させる振動検出器において、センサ用光ファイバのグレーティング部に負荷された張力自体によりファイバ支持体自身が変形し、グレーティング部にかかる張力が低下することを抑制すると共に、ファイバ支持体とセンサ用光ファイバによって決まる振動検出器の機械的振動に対する応答帯域の変化を抑制するための技術に関する。   The present invention supports an optical fiber for a sensor in which a grating part is formed in the core of an optical fiber while a fiber support is supported in a state where tension is applied to the grating part, and the fiber support receives vibrations of an object to be measured. In a vibration detector that changes the reflection wavelength by applying distortion due to expansion and contraction to the grating part, the fiber support itself is deformed by the tension applied to the grating part of the sensor optical fiber, and the tension applied to the grating part is reduced. It is related with the technique for suppressing the change of the response band with respect to the mechanical vibration of the vibration detector decided by the fiber support body and the optical fiber for sensors.

従来から変位、速度、加速度、温度などの検出器としての種々の電気式センサが用いられているが、これらの電気式センサは、落雷や電磁ノイズに弱いため、その使用環境が限定される。そこで、近年では落雷や電磁ノイズの影響を受けない光ファイバセンサに関心が集まっており、特に、光ファイバのコアにファイバブラッググレーティングが形成されたグレーティング部を有するセンサ用光ファイバは、感度が高い等の理由から注目されている。   Conventionally, various electric sensors are used as detectors for displacement, speed, acceleration, temperature, and the like. However, these electric sensors are limited to lightning strikes and electromagnetic noises, so that their use environment is limited. Therefore, in recent years, there has been an interest in optical fiber sensors that are not affected by lightning strikes or electromagnetic noise. In particular, optical fibers for sensors having a grating part in which a fiber Bragg grating is formed in the core of the optical fiber have high sensitivity. It is attracting attention for such reasons.

センサ用光ファイバに形成されたグレーティング部は、特定波長の光を反射し、他の波長の光を通過させる。この反射波長はブラッグ波長と呼ばれ、グレーティング部に加えられた歪みや温度により変化する。このため歪みセンサや温度センサとして利用することができる。   The grating section formed in the sensor optical fiber reflects light of a specific wavelength and allows light of other wavelengths to pass through. This reflection wavelength is called a Bragg wavelength, and changes depending on strain and temperature applied to the grating portion. Therefore, it can be used as a strain sensor or a temperature sensor.

例えば、次の特許文献1、2には、センサ用光ファイバのグレーティング部を挟んだ2つの位置を接着剤等で支持体に固定し、温度や歪みによるブラッグ波長の変化を測定する方法が開示されている。   For example, the following Patent Documents 1 and 2 disclose a method of measuring changes in Bragg wavelength due to temperature and strain by fixing two positions sandwiching the grating portion of the optical fiber for a sensor to a support with an adhesive or the like. Has been.

特開2003−014491号公報JP 2003-014491 A 特開2003−302256号公報JP 2003-302256 A

なお、グレーティング部を有する光ファイバを歪みセンサとして用いる場合、そのグレーティング部に張力がかからなくなると、そのブラッグ波長は変化しなくなり、そのグレーティング部はセンサとして正常に動作しなくなる。   When an optical fiber having a grating part is used as a strain sensor, the Bragg wavelength does not change when the tension is not applied to the grating part, and the grating part does not operate normally as a sensor.

したがって、センサ用光ファイバのグレーティング部には通常、予め所定の張力を与えた状態(プリテンションという)で支持体に固定し、たとえ、圧縮方向の張力が加わったとしても、プリテンションが消費されるまではその変位に対応したブラッグ波長の変化を得ることができるようにしている。   Therefore, the grating portion of the sensor optical fiber is usually fixed to the support in a state where a predetermined tension is applied in advance (referred to as pre-tension). Even if tension in the compression direction is applied, the pre-tension is consumed. Until then, it is possible to obtain a change in Bragg wavelength corresponding to the displacement.

上記のようなセンサ構造では、ファイバ支持体の構造としてプリテンションを保持するだけの剛性が必要である。   In the sensor structure as described above, the fiber support body needs to have rigidity sufficient to hold the pretension.

しかし、ファイバ支持体の剛性が高くなると、その共振周波数が高くなり、機械的振動に対する応答帯域は広がるものの、ファイバの伸縮が抑制されるため応答強度が極端に低下してしまい、被測定物から伝播された振動を高S/N比で検出できなくなり、振動の周波数や振幅を精度良く測定できなくなってしまう。   However, when the stiffness of the fiber support increases, the resonance frequency increases and the response band to mechanical vibrations increases, but the expansion and contraction of the fiber is suppressed, and the response strength is extremely reduced. The propagated vibration cannot be detected with a high S / N ratio, and the frequency and amplitude of the vibration cannot be accurately measured.

また、ファイバ支持体の剛性が被測定物の剛性に比べて無視できなくなると、被測定物に生じる変位が支持体の影響を受けてしまうため、被測定物自体の周波数応答を正確に測定することが困難になる。   If the rigidity of the fiber support is not negligible compared to the rigidity of the object to be measured, the displacement generated in the object to be measured is affected by the support, so the frequency response of the object to be measured is accurately measured. It becomes difficult.

例えば図9(a)のように、被測定物2に固定されてその振動を受けるベース12の上に、腕部14と板バネ15とを互いに対向するように立設し、板バネ15の先端に重り部16を支持する構造のファイバ支持体11を考え、腕部14と重り部16の間にセンサ用光ファイバ1をそのグレーティング部1aが挟まれる状態で所望のプリテンションTを付与した状態で固定して振動検出する場合を考える。   For example, as shown in FIG. 9A, the arm portion 14 and the leaf spring 15 are erected on the base 12 fixed to the object 2 to be measured and receiving the vibration so as to face each other. Considering the fiber support 11 having a structure that supports the weight portion 16 at the tip, the sensor optical fiber 1 is provided with a desired pretension T with the grating portion 1a sandwiched between the arm portion 14 and the weight portion 16. Consider a case where vibration is detected while being fixed in a state.

しかし、この構造の場合、センサ用光ファイバ1に負荷されたプリテンションは、図9(b)のように板バネ15のわたみ変形によりβだけ消費されて所望より小さい値T−βになってしまうと共に、ファイバ支持体11およびセンサ用光ファイバ1で決まる共振周波数も同変形に伴い変化してしまう。   However, in the case of this structure, the pretension loaded on the sensor optical fiber 1 is consumed by β due to the deformation of the leaf spring 15 as shown in FIG. At the same time, the resonance frequency determined by the fiber support 11 and the sensor optical fiber 1 also changes with the deformation.

特に、低い周波数領域の振動を感度良く検知しようとすると、重り部16を支える板バネ15のバネ定数を低くし、板バネ15自体を柔らかくしなければならないため、プリテンションのほとんどが板バネ15の変形により消費されてしまう。   In particular, if it is attempted to detect vibrations in a low frequency region with high sensitivity, the spring constant of the leaf spring 15 that supports the weight portion 16 must be lowered and the leaf spring 15 itself must be softened. It will be consumed by the deformation of.

本発明は、上記問題を解決して、ファイバ支持体の変形によるプリテンションの減少を抑制した状態でセンサ用光ファイバを支持でき、被測定物の振動をその周波数によらず重り部の変位に効率的に変換でき、該振動の周波数と振幅を高精度で検出できる振動検出器を提供することを目的としている。   The present invention solves the above problem and can support the sensor optical fiber in a state in which the decrease in pretension due to the deformation of the fiber support is suppressed, and the vibration of the object to be measured can be displaced by the weight regardless of the frequency. An object of the present invention is to provide a vibration detector capable of efficiently converting and detecting the frequency and amplitude of the vibration with high accuracy.

前記目的を達成するために、本発明の請求項1の振動検出器は、
被測定物に固定されるベース(22)と、前記ベースの上に互いに対向するように立設された一対の腕部(23、24)と、前記ベースの上で且つ前記一対の腕部に挟まれる位置に立設され、先端側を前記腕部に接離させる方向に弾性変形させる弾性変形部(25)と、前記弾性変形部の先端に支持された重り部(28)とを有し、前記被測定物から前記ベースに加えられる振動を受けて、前記弾性変形部の先端に支持された前記重り部の位置を変位させるファイバ支持体(21)と、
ファイバブラッググレーティングが形成されたグレーティング部(1a)を有し、前記腕部の一方と前記重り部との間に、前記グレーティング部が挟まれる状態で張力をもって固定されたセンサ用光ファイバ(1)と、
前記光ファイバ支持体の他方の腕部と前記重り部との間に、前記センサ用光ファイバの張力による前記弾性変形部の変形と前記重り部の変位を規制し、該張力とバランスさせるための引張力が付与された状態で固定されたバランス力付与手段(30、1′、1b)とを備えている。
In order to achieve the object, the vibration detector according to claim 1 of the present invention comprises:
A base (22) fixed to the object to be measured, a pair of arm portions (23, 24) erected on the base so as to face each other, and on the base and the pair of arm portions An elastically deformable portion (25) that is erected at a position to be sandwiched and elastically deforms in a direction in which the distal end side is brought into contact with and separated from the arm portion, and a weight portion (28) supported at the distal end of the elastically deformable portion A fiber support (21) for receiving a vibration applied to the base from the object to be measured and displacing the position of the weight portion supported at the tip of the elastically deformable portion;
An optical fiber for sensor (1) having a grating part (1a) in which a fiber Bragg grating is formed, and being fixed with tension in a state where the grating part is sandwiched between one of the arm parts and the weight part. When,
Between the other arm portion of the optical fiber support and the weight portion, the deformation of the elastically deformable portion and the displacement of the weight portion due to the tension of the optical fiber for the sensor are regulated and balanced with the tension. And a balance force applying means (30, 1 ', 1b) fixed in a state where a tensile force is applied.

また、本発明の請求項2の振動検出器は、請求項1記載の振動検出器において、
前記弾性変形部が板バネ(26、26A、26B)で形成されていることを特徴とする。
The vibration detector according to claim 2 of the present invention is the vibration detector according to claim 1,
The elastic deformation portion is formed by a leaf spring (26, 26A, 26B).

また、本発明の請求項3の振動検出器は、請求項2記載の振動検出器において、
前記弾性変形部を形成する板バネは、互いに対向する一対の板バネ(26A、26B)であることを特徴とする。
The vibration detector according to claim 3 of the present invention is the vibration detector according to claim 2,
The leaf springs forming the elastically deformable portion are a pair of leaf springs (26A, 26B) facing each other.

また、本発明の請求項4の振動検出器は、請求項1〜3のいずれかに記載の振動検出器において、
前記バランス力付与手段は、前記他方の腕部と前記重り部の間に固定された光ファイバ(30、1′)であることを特徴とする。
Moreover, the vibration detector according to claim 4 of the present invention is the vibration detector according to any one of claims 1 to 3,
The balance force applying means is an optical fiber (30, 1 ') fixed between the other arm portion and the weight portion.

また、本発明の請求項5の振動検出器は、請求項4記載の振動検出器において、
前記バランス力付与手段としての光ファイバが、ファイバブラッググレーティングが形成されたグレーティング部(1a′)を有する光ファイバ(1′)であって、該グレーティング部が前記他方の腕部と前記重り部の間に固定されていることを特徴とする。
The vibration detector according to claim 5 of the present invention is the vibration detector according to claim 4,
The optical fiber as the balance force applying means is an optical fiber (1 ′) having a grating part (1a ′) in which a fiber Bragg grating is formed, and the grating part is formed between the other arm part and the weight part. It is fixed between them.

また、本発明の請求項6の振動検出器は、請求項4記載の振動検出器において、
前記バランス力付与手段としての光ファイバが、前記センサ用光ファイバの非グレーティング部(1b)であって、該非グレーティング部が前記他方の腕部と前記重り部の間に固定されていることを特徴とする。
The vibration detector according to claim 6 of the present invention is the vibration detector according to claim 4,
The optical fiber as the balancing force applying means is a non-grating part (1b) of the sensor optical fiber, and the non-grating part is fixed between the other arm part and the weight part. And

このように構成したため、本発明の振動検出器は、ファイバ支持体の弾性変形部の変形によるプリテンションの減少を抑制した状態でセンサ用光ファイを固定でき、被測定物の振動をその周波数によらず重り部の変位に効率的に変換でき、高精度で該振動の周波数と振幅を検出することができる。   With this configuration, the vibration detector of the present invention can fix the optical fiber for sensor in a state in which the decrease in pretension due to the deformation of the elastic deformation portion of the fiber support is suppressed, and the vibration of the object to be measured is set to the frequency. Regardless of this, it can be efficiently converted into the displacement of the weight portion, and the frequency and amplitude of the vibration can be detected with high accuracy.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明を適用した振動検出器20の構造を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the structure of a vibration detector 20 to which the present invention is applied.

この振動検出器20は、被測定物2に固定されるファイバ支持体21で、センサ用光ファイバ1を所望張力のある状態で支持する構造を有している。   The vibration detector 20 is a fiber support 21 fixed to the object 2 to be measured, and has a structure for supporting the sensor optical fiber 1 with a desired tension.

ファイバ支持体21は、被測定物にネジや接着材で固定されるベース22と、ベース22の上面側に、互いに対向するようにほぼ平行に立設された一対の腕部23、24と、ベース22の上面側で且つ一対の腕部23、24に挟まれる位置に立設され、先端側を腕部23、24に接離させる方向に弾性変形させる弾性変形部25と、弾性変形部25の先端に支持された重り部28とを有している。   The fiber support 21 includes a base 22 fixed to an object to be measured with a screw or an adhesive, a pair of arms 23 and 24 erected substantially in parallel on the upper surface side of the base 22 so as to face each other, An elastic deformation portion 25 that is erected at a position on the upper surface side of the base 22 and sandwiched between the pair of arm portions 23 and 24 and elastically deforms in a direction in which the distal end side comes into contact with and separates from the arm portions 23 and 24; And a weight portion 28 supported at the front end.

このファイバ支持体21は、例えば金属や半導体基板あるいは合成樹脂等により一体的に形成され、ベース22および腕部23、24は、ファイバの張力では変形しない程度の剛性を有しているものとする。   The fiber support 21 is integrally formed of, for example, a metal, a semiconductor substrate, a synthetic resin, or the like, and the base 22 and the arm portions 23 and 24 have rigidity enough not to be deformed by fiber tension. .

弾性変形部25は、ベース22の上面側に突設されたバネ支持部22aに下端側が固定され、且つ互いに平行に対向する状態で立設された一対の板バネ26A、26Bにより形成されている。   The elastic deformation portion 25 is formed by a pair of leaf springs 26A and 26B which are fixed to a spring support portion 22a projecting from the upper surface side of the base 22 and are erected in a state of facing each other in parallel. .

一対の板バネ26A、26Bは、その表面を腕部23、24にそれぞれ対向させる向きで支持されており、その弾性により先端側を腕部23、24に対して接近・離反させる方向にのみ変形する。   The pair of leaf springs 26A and 26B are supported with their surfaces facing the arm portions 23 and 24, respectively, and are deformed only in the direction in which the tip side approaches and separates from the arm portions 23 and 24 due to its elasticity. To do.

なお、この実施形態では、弾性変形部25を互いに対向する一対の板バネ26A、26Bで形成した例を示すが、後述するように1枚の板バネ26で弾性変形部25を形成してもよく、また3枚以上の板バネで構成することも可能である。また、ここではベース22の上面から突出する板バネ支持部22aにより板バネ26A、26Bの下端を支持する構造としたが、板バネ26A、26Bの下端をベース22の平坦部分で直接支持する構造であってもよい。なお、ベース22からみた重り部25の高さは、一対の腕部23、24の高さと等しくなるように設定されている。   In this embodiment, an example in which the elastic deformation portion 25 is formed by a pair of leaf springs 26A and 26B facing each other is shown, but the elastic deformation portion 25 may be formed by a single leaf spring 26 as will be described later. It is also possible to configure with three or more leaf springs. Here, the lower ends of the leaf springs 26A and 26B are supported by the leaf spring support portion 22a protruding from the upper surface of the base 22, but the lower ends of the leaf springs 26A and 26B are directly supported by the flat portion of the base 22. It may be. Note that the height of the weight portion 25 viewed from the base 22 is set to be equal to the height of the pair of arm portions 23 and 24.

上記構造のファイバ支持体21の場合、被測定物2の振動を受けて、板バネ26A、26Bの自由端側に支持されている所定重量の重り部28にベース22の長手方向の力が加わると、板バネ26A、26Bが弾性変形し、重り部28が腕部23、24の間で揺れ動くことになる。   In the case of the fiber support 21 having the above structure, a force in the longitudinal direction of the base 22 is applied to the weight portion 28 having a predetermined weight supported on the free ends of the leaf springs 26A and 26B in response to the vibration of the object 2 to be measured. Then, the leaf springs 26A and 26B are elastically deformed, and the weight portion 28 swings between the arm portions 23 and 24.

この重り部28を揺らせる力を検出するために、ファイバブラッググレーティングが形成されたグレーティング部1aを有するセンサ用光ファイバ1が用いられている。   In order to detect the force which shakes the weight part 28, the optical fiber 1 for sensors which has the grating part 1a in which the fiber Bragg grating was formed is used.

センサ用光ファイバ1は、そのグレーティング部1aを挟む2点において、所定の張力(プリテンション)Tを持って一方の腕部23の上端面と重り部28の上端面の間に固定されている。   The sensor optical fiber 1 is fixed between the upper end surface of one arm portion 23 and the upper end surface of the weight portion 28 with a predetermined tension (pre-tension) T at two points sandwiching the grating portion 1a. .

また、他方の腕部24の上端面と重り部28の上端面の間には、センサ用光ファイバ1に付与されたプリテンションTとほぼ等しい張力T′を付与して、センサ用光ファイバ1に付与されたプリテンションTによる弾性変形部25の変形および重り部28の変位を規制するバランス力付与手段としての光ファイバ30が固定されている。なお、ここでは、腕部23、24と重り部28に対するセンサ用光ファイバ1および光ファイバ30の固定を接着剤31によって行っているが、各ファイバ表面がメタライズ加工されている場合には、腕部23、24、重り部28に半田付けして固定することもできる。   Further, a tension T ′ substantially equal to the pretension T applied to the sensor optical fiber 1 is applied between the upper end surface of the other arm portion 24 and the upper end surface of the weight portion 28, and the sensor optical fiber 1. An optical fiber 30 is fixed as a balance force applying means for restricting the deformation of the elastic deformation portion 25 and the displacement of the weight portion 28 due to the pretension T applied thereto. Here, the sensor optical fiber 1 and the optical fiber 30 are fixed to the arm portions 23 and 24 and the weight portion 28 by the adhesive 31. However, when each fiber surface is metalized, the arm The portions 23 and 24 and the weight portion 28 can be fixed by soldering.

このように、センサ用光ファイバ1に付与されたプリテンションTによる弾性変形部25と変形と重り部28の変位が、バランス力付与手段としての光ファイバ30に付与された張力T′により規制された状態でセンサ用光ファイバ1を支持しているので、そのプリテンションが消費されることなく、広い測定範囲を得ることができる。   In this way, the elastic deformation portion 25 and the deformation and the displacement of the weight portion 28 due to the pretension T applied to the sensor optical fiber 1 are regulated by the tension T ′ applied to the optical fiber 30 as a balance force applying means. Since the sensor optical fiber 1 is supported in such a state, a wide measurement range can be obtained without consuming the pretension.

なお、図示しないが、この振動検出器20を用いた測定系としては、例えば広帯域光源から光サーキュレータや光カプラを介してセンサ用光ファイバ1の一端側に入射し、そのセンサ用光ファイバ1のグレーティング部1aで反射して一端側に戻ってきた光を、光サーキュレータや光カプラを介して波長計測器に入射する構成や、可変波長光源で波長掃引した光を光サーキュレータを介してセンサ用光ファイバ1の一端側に入射し、そのセンサ用光ファイバ1のグレーティング部1aで反射して一端側に戻ってきた光を、光サーキュレータを介して受光器に入射し、受光器への入射光強度がピークになるタイミングにおける可変波長光源の掃引波長を検出する構成等が考えられる。そして、反射光波長の変位速度や変位量から被測定物の振動速度や振動振幅を求めることができる。   Although not shown, a measurement system using the vibration detector 20 is incident on one end side of the sensor optical fiber 1 from, for example, a broadband light source via an optical circulator or an optical coupler, and the sensor optical fiber 1 Light that is reflected by the grating unit 1a and returned to one end side is incident on a wavelength measuring device via an optical circulator or optical coupler, or light that has been swept by a variable wavelength light source is used as sensor light via an optical circulator. Light incident on one end of the fiber 1 and reflected by the grating portion 1a of the sensor optical fiber 1 and returned to the one end enters the light receiver via the optical circulator, and the incident light intensity to the light receiver A configuration that detects the sweep wavelength of the variable wavelength light source at the timing when the peak value occurs can be considered. The vibration speed and vibration amplitude of the object to be measured can be obtained from the displacement speed and displacement amount of the reflected light wavelength.

上記構造の振動検出器20が図2(a)のように被測定物2の上に固定されているときに、被測定物2が方向Aに移動した場合、それに伴ってファイバ支持体21の腕部23、24も方向Aに移動するが、重り部28は慣性により直ぐには移動できない。つまり、重り部28は相対的に腕部24側に変位したことになり、この変位により、センサ用光ファイバ1のグレーティング部1aに対する張力がT+αに増し、その増分αに応じてブラッグ波長が長くなる。このとき逆に光ファイバ30の張力はT′−αに減少する。   When the vibration detector 20 having the above structure is fixed on the object 2 to be measured as shown in FIG. 2A, when the object 2 moves in the direction A, the fiber support 21 The arm portions 23 and 24 also move in the direction A, but the weight portion 28 cannot move immediately due to inertia. In other words, the weight portion 28 is relatively displaced toward the arm portion 24, and this displacement increases the tension of the sensor optical fiber 1 with respect to the grating portion 1a to T + α, and the Bragg wavelength increases according to the increment α. Become. At the same time, the tension of the optical fiber 30 decreases to T′−α.

また、図2(b)のように、被測定物2が方向Aと逆のB方向に移動した場合、それに伴ってファイバ支持体21の腕部23、24も方向Bに移動するが、重り部28は慣性により直ぐには移動できない。つまり、重り部28は相対的に腕部23側に変位したことになり、この変位により、センサ用光ファイバ1のグレーティング部1aに対する張力がT−αに減少し、その減少分αに応じてブラッグ波長が短くなる。このとき逆に光ファイバ30の張力はT′+αに増加する。   Further, as shown in FIG. 2B, when the DUT 2 moves in the B direction opposite to the direction A, the arm portions 23 and 24 of the fiber support 21 also move in the direction B. The part 28 cannot move immediately due to inertia. That is, the weight portion 28 is relatively displaced toward the arm portion 23 side, and due to this displacement, the tension with respect to the grating portion 1a of the sensor optical fiber 1 is reduced to T-α, and according to the decrease α. The Bragg wavelength is shortened. Conversely, the tension of the optical fiber 30 increases to T ′ + α.

したがって、被測定物2が方向A、方向Bへの移動を交互に繰り返す振動状態のとき、その変位量に応じた波長幅でブラッグ波長が変化することになる。よってこの波長変化の幅から振動振幅を求めることができる。   Therefore, when the DUT 2 is in a vibration state in which the movement in the direction A and the direction B is alternately repeated, the Bragg wavelength changes with a wavelength width corresponding to the amount of displacement. Therefore, the vibration amplitude can be obtained from the width of the wavelength change.

なお、振動検出器20の周波数応答特性は、重り部28の質量、弾性変形部25のバネ定数によって決まる。低周波領域の測定を目的とする場合には、重り部28の質量を大きくするとともに、バネを柔らかくすることで対応でき、このようにバネを柔らかくしても上記のように張力がバランスした構造で重り部28の変位が規制されているので、センサ用光ファイバ1のプリテンションTは消費されない。また、高周波領域まで帯域を伸ばしたいのであれば、ばねを硬くすればよい。このような単純な構造であるため、例えば図3のように優れた周波数応答特性(平坦性)を容易に実現できる。   The frequency response characteristic of the vibration detector 20 is determined by the mass of the weight portion 28 and the spring constant of the elastic deformation portion 25. When the purpose is to measure in the low frequency region, the mass of the weight portion 28 can be increased and the spring can be softened. Thus, even if the spring is softened, the structure in which the tension is balanced as described above. Since the displacement of the weight portion 28 is restricted, the pretension T of the sensor optical fiber 1 is not consumed. If it is desired to extend the band to the high frequency region, the spring may be hardened. Because of such a simple structure, for example, excellent frequency response characteristics (flatness) as shown in FIG. 3 can be easily realized.

このように実施形態の振動検出器20は、ファイバ支持体21の弾性変形部25の変形によるプリテンションの減少を抑制した状態でセンサ用光ファイバ1を固定でき、被測定物2の振動をその周波数によらず重り部28の変位に効率的に変換でき、高精度で振動の周波数と振幅を検出することができる。   As described above, the vibration detector 20 according to the embodiment can fix the sensor optical fiber 1 in a state in which the decrease in the pretension due to the deformation of the elastic deformation portion 25 of the fiber support 21 is suppressed, and the vibration of the object to be measured 2 can be reduced. Regardless of the frequency, it can be efficiently converted into the displacement of the weight portion 28, and the frequency and amplitude of vibration can be detected with high accuracy.

また、上記のようにバランス力付与手段として光ファイバ30を用いて、周囲の温度、湿度などに対してセンサ用光ファイバ1と同等の伸縮特性をもたせることで、環境変化の影響をより受けないものにすることかできる。   Further, as described above, the optical fiber 30 is used as the balance force applying means, and the expansion and contraction characteristics equivalent to those of the sensor optical fiber 1 are given to the ambient temperature, humidity, and the like, thereby being less affected by environmental changes. Can be a thing.

前記実施形態では弾性変形部25を2枚の板バネ26A、26Bで形成していたが、図4のように1枚の板バネ27で構成してもよく、また3枚以上の板バネで構成することも可能である。これは後述の変形例についても同様に適用できる。   In the above embodiment, the elastically deforming portion 25 is formed by two leaf springs 26A and 26B. However, it may be constituted by one leaf spring 27 as shown in FIG. 4, or by three or more leaf springs. It is also possible to configure. This can be similarly applied to a modified example described later.

また、図5のように、バランス力付与手段として光ファイバ30の代わりにセンサ用光ファイバ1と同様にグレーティング部1a′を有する光ファイバ1′を用いてもよい。この場合、例えばセンサ用光ファイバ1と同一伸縮特性のものを用いることで、環境変化の影響をより受けにくくすることかできる。また、同一伸縮特性、同一反射特性の光ファイバ1′であればセンサ用としても用いることができ、例えば、測定用の光をスイッチで切り替えて光ファイバ1、1′に対して選択的に入射できるようにし、一方の光ファイバに異常が発生した場合に他方を使う等の利用が可能である。   Further, as shown in FIG. 5, an optical fiber 1 ′ having a grating portion 1 a ′ may be used as the balance force applying means in the same manner as the sensor optical fiber 1 instead of the optical fiber 30. In this case, for example, by using one having the same expansion and contraction characteristics as the sensor optical fiber 1, it is possible to make it less susceptible to environmental changes. Further, the optical fiber 1 'having the same expansion and contraction characteristics and the same reflection characteristics can be used for the sensor. For example, the measurement light is switched by a switch and selectively incident on the optical fibers 1 and 1'. It is possible to use the other optical fiber when an abnormality occurs in one of the optical fibers.

また、図6のように、センサ用光ファイバ1のうちグレーティング部1aが形成されていない非グレーティング部1bをバランス力付与手段として重り部28と腕部24の間に固定してもよい。この場合、所望のプリテンションTをセンサ用光ファイバ1全体に与えた状態で腕部23、24と重り部28に対して接着剤などで固定することで、グレーティング部1aとバランス力付与手段を形成する非グレーティング部1bに等しいプリテンションを正確に与えることができる。   Further, as shown in FIG. 6, the non-grating part 1b in which the grating part 1a is not formed in the sensor optical fiber 1 may be fixed between the weight part 28 and the arm part 24 as a balance force applying means. In this case, the grating portion 1a and the balance force applying means are provided by fixing the arms 23 and 24 and the weight portion 28 with an adhesive or the like in a state where a desired pretension T is applied to the entire optical fiber 1 for the sensor. Pretension equal to the non-grating part 1b to be formed can be accurately applied.

また、前記実施形態では、センサ用光ファイバ1とバランス力付与手段としての光ファイバ30(または光ファイバ1′、非グレーティング部1b)を腕部23、24と重り部28の上端面に固定していたが、これは本発明を限定するものではなく、図7のように、腕部23、24および重り部28の上部を貫通する穴45、46、47に各ファイバを通した状態で接着固定してもよい。   In the above-described embodiment, the sensor optical fiber 1 and the optical fiber 30 (or the optical fiber 1 ′, the non-grating part 1 b) as the balance force applying means are fixed to the upper end surfaces of the arm parts 23 and 24 and the weight part 28. However, this does not limit the present invention. As shown in FIG. 7, the fibers are bonded to the holes 45, 46, 47 passing through the upper portions of the arm portions 23, 24 and the weight portion 28. It may be fixed.

また、図8のように、腕部23、24および重り部28に設けたスリット51、52、53にセンサ用光ファイバ1およびバランス力付与手段を構成する光ファイバ30(1′、1b)を通した状態で接着固定してもよい。   Further, as shown in FIG. 8, the optical fibers 30 (1 ′, 1b) constituting the sensor optical fiber 1 and the balance force applying means are provided in the slits 51, 52, 53 provided in the arm portions 23, 24 and the weight portion 28. It may be bonded and fixed in a passed state.

また、上記実施形態では、ファイバ支持体21を一体構造としたが、ベース22、腕部23、24、弾性変形部25、重り部28の少なくとも一部を別体で構成してもよい。また、バランス力付与手段としては上記ファイバ30、1′、1bだけでなく、巻きバネ等であってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the fiber support body 21 was made into integral structure, you may comprise at least one part of the base 22, the arm parts 23 and 24, the elastic deformation part 25, and the weight part 28 with another body. Further, the balance force applying means may be not only the fibers 30, 1 ′, 1 b but also a winding spring or the like.

本発明の実施形態の構成図Configuration diagram of an embodiment of the present invention 実施形態の動作説明図Operation explanatory diagram of the embodiment 振動周波数に対する波長変位の応答例を示す図The figure which shows the response example of the wavelength displacement with respect to the vibration frequency 弾性変形部を1枚の板バネで形成した構成例を示す図The figure which shows the structural example which formed the elastic deformation part with one leaf | plate spring. センサ用光ファイバと同等の光ファイバをバランス力付与手段とした例を示す図The figure which shows the example which used the optical fiber equivalent to the optical fiber for sensors as the balance force provision means センサ用光ファイバの非グレーティング部をバランス力付与手段とした例を示す図The figure which shows the example which used the non-grating part of the optical fiber for sensors as the balance force provision means ファイバの固定形態を変えた例を示す図Diagram showing an example of changing the fiber fixing form ファイバの固定形態を変えた例を示す図Diagram showing an example of changing the fiber fixing form センサ用光ファイバのプリテンションによる板バネの変形を示す図Diagram showing deformation of leaf spring due to pre-tension of sensor optical fiber

符号の説明Explanation of symbols

1、1′……センサ用光ファイバ、1a、1a′……グレーティング部、1b……非グレーティング部、2……被測定物、20……振動検出器、21……ファイバ支持体、22……ベース、23、24……腕部、25……弾性変形部、26、26A、26B……板バネ、28……重り部、30……光ファイバ、31……接着剤、45〜47……穴、51〜53……スリット   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 '... Optical fiber for sensors, 1a, 1a' ... Grating part, 1b ... Non-grating part, 2 ... Measuring object, 20 ... Vibration detector, 21 ... Fiber support, 22 ... ... base, 23, 24 ... arm part, 25 ... elastic deformation part, 26, 26A, 26B ... leaf spring, 28 ... weight part, 30 ... optical fiber, 31 ... adhesive, 45-47 ... ... Hole, 51-53 ... Slit

Claims (6)

被測定物に固定されるベース(22)と、前記ベースの上に互いに対向するように立設された一対の腕部(23、24)と、前記ベースの上で且つ前記一対の腕部に挟まれる位置に立設され、先端側を前記腕部に接離させる方向に弾性変形させる弾性変形部(25)と、前記弾性変形部の先端に支持された重り部(28)とを有し、前記被測定物から前記ベースに加えられる振動を受けて、前記弾性変形部の先端に支持された前記重り部の位置を変位させるファイバ支持体(21)と、
ファイバブラッググレーティングが形成されたグレーティング部(1a)を有し、前記腕部の一方と前記重り部との間に、前記グレーティング部が挟まれる状態で張力をもって固定されたセンサ用光ファイバ(1)と、
前記光ファイバ支持体の他方の腕部と前記重り部との間に、前記センサ用光ファイバの張力による前記弾性変形部の変形と前記重り部の変位を規制し、該張力とバランスさせるための引張力が付与された状態で固定されたバランス力付与手段(30、1′、1b)とを備えた振動検出器。
A base (22) fixed to the object to be measured, a pair of arm portions (23, 24) erected on the base so as to face each other, and on the base and the pair of arm portions An elastically deformable portion (25) that is erected at a position to be sandwiched and elastically deforms in a direction in which the distal end side is brought into contact with and separated from the arm portion, and a weight portion (28) supported at the distal end of the elastically deformable portion A fiber support (21) for receiving a vibration applied to the base from the object to be measured and displacing the position of the weight portion supported at the tip of the elastically deformable portion;
An optical fiber for sensor (1) having a grating part (1a) in which a fiber Bragg grating is formed, and being fixed with tension in a state where the grating part is sandwiched between one of the arm parts and the weight part. When,
Between the other arm portion of the optical fiber support and the weight portion, the deformation of the elastically deformable portion and the displacement of the weight portion due to the tension of the optical fiber for the sensor are regulated and balanced with the tension. A vibration detector comprising balance force applying means (30, 1 ', 1b) fixed in a state where a tensile force is applied.
前記弾性変形部が板バネ(26、26A、26B)で形成されていることを特徴とする請求項1記載の振動検出器。   2. The vibration detector according to claim 1, wherein the elastically deforming portion is formed by a leaf spring (26, 26A, 26B). 前記弾性変形部を形成する板バネは、互いに対向する一対の板バネ(26A、26B)であることを特徴とする請求項2記載の振動検出器。   3. The vibration detector according to claim 2, wherein the leaf springs forming the elastically deforming portion are a pair of leaf springs (26A, 26B) facing each other. 前記バランス力付与手段は、前記他方の腕部と前記重り部の間に固定された光ファイバ(30、1′、1b)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の振動検出器。   The said balance force provision means is an optical fiber (30, 1 ', 1b) fixed between said other arm part and said weight part, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Vibration detector. 前記バランス力付与手段としての光ファイバが、ファイバブラッググレーティングが形成されたグレーティング部(1a′)を有する光ファイバ(1′)であって、該グレーティング部が前記他方の腕部と前記重り部の間に固定されていることを特徴とする請求項4記載の振動検出器。   The optical fiber as the balance force applying means is an optical fiber (1 ′) having a grating part (1a ′) in which a fiber Bragg grating is formed, and the grating part is formed between the other arm part and the weight part. The vibration detector according to claim 4, wherein the vibration detector is fixed in between. 前記バランス力付与手段としての光ファイバが、前記センサ用光ファイバの非グレーティング部(1b)であって、該非グレーティング部が前記他方の腕部と前記重り部の間に固定されていることを特徴とする請求項4記載の振動検出器。   The optical fiber as the balancing force applying means is a non-grating part (1b) of the sensor optical fiber, and the non-grating part is fixed between the other arm part and the weight part. The vibration detector according to claim 4.
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