JP2011102695A - Weight-measuring element and weighing apparatus - Google Patents

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仁 鎌田
Shigeyuki Suzuki
重行 鈴木
Kazuhiro Watanabe
一弘 渡辺
Michiko Nishiyama
道子 西山
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Soka University
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Tama TLO Co Ltd
Soka University
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    • G01G3/12Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/125Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing wherein the weighing element is an optical member

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a weight-measuring element by which an inexpensive, high-precision weighing apparatus can be obtained, and the weighing apparatus. <P>SOLUTION: Light enters an entrance end of an optical fiber (20a, 20b) having a core and a clad formed at the periphery of the core and an optical transmission member allowing interaction between a part of light to be transmitted and an outside field, and the light passing through the optical transmission member (SP) exits from an exit end. A first substrate 1 is placed below the optical fiber so that at least the part of the optical transmission member and a part in the vicinity thereof are mounted. A second substrate 3 formed with an opening 3a is placed above the optical fiber so that the part of the optical transmission member is positioned within an area of the opening. A pressing member 4 formed of a material which is harder than the first substrate and the second substrate is fit into the opening. A load equalizing substrate 5 is provided on the second substrate and the pressing member. A part of the pressing member pressing the part of the optical transmission member of the optical fiber generates a bend in the vicinity of the optical transmission member of the optical fiber when a load is applied to the pressing member. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、重量を計測するための重量計測素子及びそれを用いた重量計に関し、特に光ファイバセンサを用いた重量計測素子及びそれを用いた重量計に関する。   The present invention relates to a weight measuring element for measuring weight and a weight scale using the same, and more particularly to a weight measuring element using an optical fiber sensor and a weight scale using the same.

被計量物の重量を計測する重量計は、例えば、台座などに重量が作用したときに圧縮バネが変形するようにして計測する方法が広く用いられている。
通常は、圧縮バネの変形の大きさに応じて指示針を回動あるいは移動させ、指示針が被計量物の重量に対応する重量数値を指し示すように構成されている。
As a scale for measuring the weight of an object to be weighed, for example, a method is widely used in which a compression spring is deformed when weight acts on a pedestal or the like.
Usually, the pointer is rotated or moved according to the magnitude of deformation of the compression spring, and the pointer indicates a weight value corresponding to the weight of the object to be weighed.

また、圧縮バネの変形量を電気的な信号に変換し、重量を電気的に計測する重量素子が広く一般的に用いられている。
この場合、例えば、被計量物の重さを電気信号に変換し、電気信号の変化量などから重量を計測する重量計なども知られている。
Further, a weight element that converts the deformation amount of the compression spring into an electrical signal and electrically measures the weight is widely used.
In this case, for example, a weight scale that converts the weight of an object to be weighed into an electric signal and measures the weight from the amount of change in the electric signal is also known.

一方で、特許文献1及び2に開示されているように、ヘテロコア型の光ファイバセンサが開発されている。
また、特許文献3及び4には、光ファイバを用いた重量計が開示されている。
国際公開97/48994号パンフレット 特開2003−214906号公報 特開2002−188952号公報 特開2002−168677号公報
On the other hand, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, hetero-core type optical fiber sensors have been developed.
Patent Documents 3 and 4 disclose weight scales using optical fibers.
International Publication No. 97/48994 Pamphlet JP 2003-214906 A JP 2002-188952 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-168677

しかしながら、従来の重量計では重量計測の精度を高めることが難しく、高精度を実現しようとすると構造が複雑となり、製造コストが高価となっていた。
さらに、従来の電気信号を用いた重量計などにおいては、電気的センサを用いているので、少量の水がかかっただけで容易に漏電するおそれがあり、防水対策を万全に講じる必要があった。さらに、電気的に感知して電気信号を授受することから、防爆施設などにおいては使用することができなかった。
However, it is difficult to increase the accuracy of weight measurement with a conventional weighing scale. To achieve high accuracy, the structure is complicated and the manufacturing cost is expensive.
Furthermore, in conventional scales using electrical signals, etc., an electrical sensor is used, so there is a risk of electrical leakage even if a small amount of water is applied, and it was necessary to take all possible waterproofing measures. . Furthermore, since it electrically senses and sends and receives electrical signals, it cannot be used in explosion-proof facilities.

解決しようとする問題点は、安価で高精度な重量計を実現することが困難であるという点である。   The problem to be solved is that it is difficult to realize an inexpensive and highly accurate weighing scale.

本発明の重量計測素子は、コアおよびコアの外周に設けられたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有し、入射端に光が入射されて出射端から前記光透過部材を通過した光を出射する光ファイバと、少なくとも前記光透過部材の部分及びその近傍部分を載せるように前記光ファイバの下方に配置される第1基板と、開口部が設けられ、少なくとも前記光透過部材の部分が前記開口部の領域内に位置するように前記光ファイバの上方に配置された第2基板と、前記開口部に嵌入され、前記第1基板及び前記第2基板より高硬度の材料からなる押圧部材と、前記第2基板及び前記押圧部材上に設けられた荷重均一化基板とを有し、前記押圧部材の前記光ファイバの前記光透過部材の部分を押圧する部分が、前記押圧部材に荷重が印加されたときに前記光ファイバの前記光透過部材の近傍部分に曲げを発生させる形状であり、前記荷重均一化基板に荷重が印加されたときに前記光ファイバを伝送する光に対して前記荷重に応じた損失を発生させる構成である。   The weight measuring element of the present invention includes a core and a clad provided on the outer periphery of the core, and includes a light transmitting member that enables interaction with a part of the transmitted light, and light enters the incident end. An optical fiber that emits light that has passed through the light transmission member from an emission end, a first substrate that is disposed below the optical fiber so as to place at least a portion of the light transmission member and its vicinity, and an opening A second substrate disposed above the optical fiber so that at least a portion of the light transmitting member is located in the region of the opening, and is fitted into the opening, and the first substrate and A pressing member made of a material having a hardness higher than that of the second substrate; a load equalizing substrate provided on the second substrate and the pressing member; and the light transmitting member of the optical fiber of the pressing member. The part that presses the part The optical fiber has a shape that generates a bend in the vicinity of the light transmitting member of the optical fiber when a load is applied to the pressing member, and transmits the optical fiber when a load is applied to the load uniformizing substrate. It is the structure which generate | occur | produces the loss according to the said load with respect to the light to perform.

上記の本発明の重量計測素子は、コアおよびコアの外周に設けられたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有する光ファイバの入射端に光が入射されて出射端から光透過部材を通過した光が出射され、少なくとも光透過部材の部分及びその近傍部分を載せるように光ファイバの下方に第1基板が配置され、開口部が設けられた第2基板が、少なくとも光透過部材の部分が開口部の領域内に位置するように光ファイバの上方に配置され、開口部に第1基板及び第2基板より高硬度の材料からなる押圧部材が嵌入され、第2基板及び押圧部材上に荷重均一化基板が設けられている。
ここで、押圧部材の光ファイバの光透過部材の部分を押圧する部分が、押圧部材に荷重が印加されたときに光ファイバの光透過部材の近傍部分に曲げを発生させる形状であり、荷重均一化基板に荷重が印加されたときに光ファイバを伝送する光に対して荷重に応じた損失を発生させる構成である。
The weight measuring element of the present invention includes a core and a clad provided on the outer periphery of the core, and is provided at an incident end of an optical fiber having a light transmitting member that enables interaction with a part of the transmitted light. Light is incident and light passing through the light transmission member is emitted from the emission end, and the first substrate is disposed below the optical fiber so that at least the light transmission member portion and the vicinity thereof are placed, and an opening is provided. The second substrate is disposed above the optical fiber so that at least a portion of the light transmitting member is located in the region of the opening, and the pressing member is made of a material harder than the first substrate and the second substrate in the opening. Is inserted, and a load equalizing substrate is provided on the second substrate and the pressing member.
Here, the portion of the pressing member that presses the light transmitting member of the optical fiber has a shape that causes bending in the vicinity of the light transmitting member of the optical fiber when a load is applied to the pressing member, and the load is uniform. In this configuration, a loss corresponding to the load is generated with respect to light transmitted through the optical fiber when a load is applied to the substrate.

上記の本発明の重量計測素子は、好適には、前記第2基板及び前記押圧部材と前記光ファイバの間に前記光ファイバを保護する保護シートが設けられている   The weight measuring element of the present invention preferably includes a protective sheet for protecting the optical fiber between the second substrate, the pressing member, and the optical fiber.

上記の本発明の重量計測素子は、好適には、前記開口部の前記光透過部材の部分の近傍において、前記光ファイバが配置されている方向と直交する方向の側壁部分に前記開口部に連通する切り込み部が形成されている。   The weight measuring element according to the present invention preferably communicates with the opening in a side wall portion in a direction orthogonal to the direction in which the optical fiber is arranged in the vicinity of the light transmitting member of the opening. A cut portion is formed.

上記の本発明の重量計測素子は、好適には、前記押圧部材の高さが前記第2基板の厚さと実質的に同等である。   In the weight measuring element of the present invention, preferably, the height of the pressing member is substantially equal to the thickness of the second substrate.

上記の本発明の重量計測素子は、好適には、前記押圧部材の前記光ファイバの前記光透過部材の部分を押圧する部分が丸められたあるいは尖った形状となっている。   In the weight measuring element of the present invention, preferably, a portion of the pressing member that presses the light transmitting member of the optical fiber is rounded or pointed.

上記の本発明の重量計測素子は、好適には、前記押圧部材が金属あるいはシリコーンゴムからなり、前記第1基板及び前記第2基板がシリコーンゴムからなる。   In the weight measuring element of the present invention, preferably, the pressing member is made of metal or silicone rubber, and the first substrate and the second substrate are made of silicone rubber.

上記の本発明の重量計測素子は、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である。あるいは、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である。   In the weight measuring element of the present invention described above, preferably, the light transmitting member is a hetero-core portion having a core diameter different from the core diameter of the optical fiber. Alternatively, preferably, the light transmitting member is a light transmitting member having a refractive index equivalent to a refractive index of a core of the optical fiber or a refractive index of a clad.

また、本発明の重量計は、光ファイバを含んで構成された重力計測素子と、前記光ファイバの入射端に設けられた光源と、前記光ファイバの出射端に設けられた受光部とを有し、前記重量計測素子は、コアおよびコアの外周に設けられたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有し、入射端に光が入射されて出射端から前記光透過部材を通過した光を出射する光ファイバと、少なくとも前記光透過部材の部分及びその近傍部分を載せるように前記光ファイバの下方に配置される第1基板と、開口部が設けられ、少なくとも前記光透過部材の部分が前記開口部の領域内に位置するように前記光ファイバの上方に配置された第2基板と、前記開口部に嵌入され、前記第1基板及び前記第2基板より高硬度の材料からなる押圧部材と、前記第2基板及び前記押圧部材上に設けられた荷重均一化基板とを有し、前記押圧部材の前記光ファイバの前記光透過部材の部分を押圧する部分が、前記押圧部材に荷重が印加されたときに前記光ファイバの前記光透過部材の近傍部分に曲げを発生させる形状であり、前記荷重均一化基板に荷重が印加されたときに前記光ファイバを伝送する光に対して前記荷重に応じた損失を発生させる構成である。   The weighing scale according to the present invention includes a gravity measuring element including an optical fiber, a light source provided at an incident end of the optical fiber, and a light receiving unit provided at an output end of the optical fiber. The weight measuring element includes a core and a clad provided on the outer periphery of the core, and includes a light transmitting member that enables interaction with a part of the transmitted light, and light is incident on the incident end. An optical fiber that emits light that has passed through the light transmission member from an emission end, a first substrate that is disposed below the optical fiber so as to place at least a portion of the light transmission member and its vicinity, and an opening A second substrate disposed above the optical fiber so that at least a portion of the light transmitting member is located in the region of the opening, and is fitted into the opening, and the first substrate and Harder than the second substrate A pressing member made of a material, and a load uniformizing substrate provided on the second substrate and the pressing member, and the portion of the pressing member that presses the portion of the light transmitting member of the optical fiber is Light that generates a bend in the vicinity of the light transmitting member of the optical fiber when a load is applied to the pressing member, and transmits the optical fiber when a load is applied to the load equalizing substrate In contrast, a loss corresponding to the load is generated.

上記の本発明の重量計は、光ファイバを含んで構成された重力計測素子に対して光ファイバの入射端に光源が設けられ、出射端に受光部が設けられており、上記の重量計測素子は、コアおよびコアの外周に設けられたクラッドを備えた光ファイバの中途部に、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材が設けられており、少なくとも光透過部材の部分及びその近傍部分を載せるように光ファイバの下方に第1基板が配置され、開口部が設けられた第2基板が、少なくとも光透過部材の部分が開口部の領域内に位置するように光ファイバの上方に配置され、開口部に第1基板及び第2基板より高硬度の材料からなる押圧部材が嵌入され、第2基板及び押圧部材上に荷重均一化基板が設けられている。
ここで、重量計測素子において、押圧部材の光ファイバの光透過部材の部分を押圧する部分が、押圧部材に荷重が印加されたときに光ファイバの光透過部材の部分に曲げを発生させる形状であり、荷重均一化基板に荷重が印加されたときに光ファイバを伝送する光に対して荷重に応じた損失を発生させる構成である。
The weight meter of the present invention described above includes a light source at the incident end of the optical fiber and a light receiving portion at the output end of the gravity measuring element including the optical fiber. Is provided with a light transmitting member that enables interaction with the outside of a part of the transmitted light in the middle of the optical fiber including the core and the cladding provided on the outer periphery of the core. The first substrate is disposed below the optical fiber so that the member portion and the vicinity thereof are placed, and the second substrate provided with the opening is positioned so that at least the light transmissive member portion is located in the region of the opening. A pressing member made of a material harder than the first substrate and the second substrate is inserted into the opening, and a load equalizing substrate is provided on the second substrate and the pressing member.
Here, in the weight measuring element, the portion of the pressing member that presses the light transmitting member of the optical fiber has a shape that causes bending of the light transmitting member of the optical fiber when a load is applied to the pressing member. There is a configuration in which a loss corresponding to the load is generated for light transmitted through the optical fiber when a load is applied to the load uniformizing substrate.

上記の本発明の重量計は、好適には、前記光源が半導体発光ダイオード、半導体レーザあるいは白色光である。   In the weighing scale according to the present invention, preferably, the light source is a semiconductor light emitting diode, a semiconductor laser, or white light.

本発明の重量計測素子は、荷重均一化基板に印加される荷重に応じて光ファイバを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。   The weight measuring element of the present invention is configured to generate a loss for the light transmitted through the optical fiber in accordance with the load applied to the load uniformizing substrate, and to realize an inexpensive and highly accurate weighing scale. Can do.

また、本発明の重量計は、荷重均一化基板に印加される荷重に応じて光ファイバを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計である。   In addition, the weight scale of the present invention is configured to generate a loss for light transmitted through the optical fiber according to the load applied to the load uniformizing substrate, and is a cheap and highly accurate weight scale.

以下に、本発明の重量計測素子及びそれを用いた重量計の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of a weight measuring element and a weight scale using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1実施形態
図1は本実施形態に係る重量計の模式構成図である。
例えば、光ファイバ(20a,20b)の中途部に重量計測素子WMが設けられている。
また、例えば、光ファイバ20aの光入射端に、センサ光を出射する半導体発光ダイオードまたは半導体レーザなどの光源11が設けられ、光ファイバ20bの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出する光マルチメータなどの受光部12が設けられている。
本実施形態に係る重量計は、上記のように構成されている。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a weigh scale according to the present embodiment.
For example, the weight measuring element WM is provided in the middle of the optical fiber (20a, 20b).
Further, for example, a light source 11 such as a semiconductor light emitting diode or a semiconductor laser that emits sensor light is provided at the light incident end of the optical fiber 20a, and sensor light emitted from the light emitting end is provided at the light emitting end of the optical fiber 20b. A light receiving unit 12 such as an optical multimeter for detection is provided.
The weighing scale according to the present embodiment is configured as described above.

図2は、本実施形態に係る重量計を構成する本実施形態の重量計測素子の斜視図であり、図3は図2に示す重量計測素子の構成を説明する構成説明図である。
また、図4(a)は重量計測素子の平面図であり、図4(b)は図4(a)中のX−X’における断面図であり、図4(c)は図4(a)中のY−Y’における断面図である。
FIG. 2 is a perspective view of the weight measuring element of the present embodiment constituting the weighing scale according to the present embodiment, and FIG. 3 is a configuration explanatory view for explaining the structure of the weight measuring element shown in FIG.
4A is a plan view of the weight measuring element, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 4A, and FIG. 4C is FIG. It is sectional drawing in YY 'in the inside.

例えば、厚みが2〜4mm程度のシリコーンゴムなどからなる第1基板1上にセンサファイバが戴置されている。
センサファイバは、例えば、コアおよびコアの外周に設けられたクラッドを備えた光ファイバ(20a,20b)の中途部に、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材からなるセンサ部SPを有する構成であり、上記の少なくともセンサ部SP(光透過部材の部分)及びその近傍部分が第1基板1上に載るように配置されている。
センサファイバを構成する光ファイバ(20a,20b)において、上記のように光ファイバ20aの光入射端に光源11が設けられ、光ファイバ20bの光出射端に受光部12が設けられている。
For example, the sensor fiber is placed on the first substrate 1 made of silicone rubber having a thickness of about 2 to 4 mm.
The sensor fiber is, for example, a light transmission member that enables interaction with a part of the transmitted light in the middle part of the optical fiber (20a, 20b) including a core and a clad provided on the outer periphery of the core. The at least sensor part SP (light transmissive member part) and the vicinity thereof are arranged on the first substrate 1.
In the optical fibers (20a, 20b) constituting the sensor fiber, the light source 11 is provided at the light incident end of the optical fiber 20a as described above, and the light receiving unit 12 is provided at the light emitting end of the optical fiber 20b.

また、例えば、上記のセンサファイバ上に、0.5mmの厚みのウレタンシートなどからなるセンサファイバを保護するための保護シート2が配置されており、その上層に、2〜4mm程度のシリコーンゴムなどからなる第2基板3が配置されている。
上記の第2基板3には、例えば、一辺(a)が2〜4mm程度、他辺(b)が10mm程度(図4(a)参照)の長方形の開口部3aが設けられている。
上記の開口部3aの領域内にセンサファイバのセンサ部SPが位置するように、センサファイバ及び第2基板3が配置される。
Further, for example, a protective sheet 2 for protecting a sensor fiber made of a urethane sheet having a thickness of 0.5 mm is disposed on the sensor fiber, and a silicone rubber having a thickness of about 2 to 4 mm is disposed on the upper layer. The 2nd board | substrate 3 which consists of is arrange | positioned.
In the second substrate 3, for example, a rectangular opening 3 a having one side (a) of about 2 to 4 mm and the other side (b) of about 10 mm (see FIG. 4A) is provided.
The sensor fiber and the second substrate 3 are arranged so that the sensor part SP of the sensor fiber is located in the region of the opening 3a.

さらに、例えば、底面が直径2〜4mm程度の円であり、高さが10mm程度である円柱形状であり、第1基板1及び第2基板3より高硬度の材料である金属あるいはシリコーンゴムなどからなる押圧部材4が、円柱形状の曲面である側面が保護シート2に接するように、開口部3aに嵌入されている。即ち、開口部3aは円柱形上の押圧部材4が丁度嵌入するような形状となっている。また、後述のように、押圧部材4は、押圧部材4に荷重が与えられたときにセンサファイバのセンサ部SP近傍に曲げを発生させる形状となっている。   Further, for example, the bottom surface is a circle having a diameter of about 2 to 4 mm, the columnar shape has a height of about 10 mm, and is made of metal or silicone rubber, which is a material harder than the first substrate 1 and the second substrate 3. The pressing member 4 is inserted into the opening 3 a so that the side surface which is a cylindrical curved surface is in contact with the protective sheet 2. That is, the opening 3a is shaped such that the cylindrical pressing member 4 is just inserted. As will be described later, the pressing member 4 has a shape that causes bending in the vicinity of the sensor portion SP of the sensor fiber when a load is applied to the pressing member 4.

また、例えば、ファイバセンサのセンサ部SPの近傍において、第2基板3の開口部3aのファイバセンサが配置されている方向と直交する方向の側壁部分に、開口部3aに連通する切り込み部3bが形成されている。例えば、切り込み部3bは、長さs=2〜4mm程度、幅t=2〜4mm程度(図4(a)参照)の大きさで形成されている。   Further, for example, in the vicinity of the sensor part SP of the fiber sensor, a notch 3b communicating with the opening 3a is formed in a side wall portion in a direction orthogonal to the direction in which the fiber sensor of the opening 3a of the second substrate 3 is arranged. Is formed. For example, the cut portion 3b has a length s = 2 to 4 mm and a width t = 2 to 4 mm (see FIG. 4A).

また、例えば、第2基板3及び押圧部材4上に、厚みが2〜4mm程度のアクリル板などからなる荷重均一化基板5が設けられている。   Further, for example, a load uniformizing substrate 5 made of an acrylic plate having a thickness of about 2 to 4 mm is provided on the second substrate 3 and the pressing member 4.

例えば、押圧部材4のファイバセンサのセンサ部SPの部分を押圧する部分が、押圧部材4に荷重が印加されたときにファイバセンサのセンサ部SPの近傍部分に曲げを発生させる形状となっている。本実施形態においては、円柱形状の押圧部材4の曲面である側面が保護シート2を介してファイバセンサのセンサ部SPの部分にあたるように配置されている。
上記のようにして、重量計測素子WMが構成されている。
For example, the portion that presses the sensor portion SP of the fiber sensor of the pressing member 4 has a shape that causes bending in the vicinity of the sensor portion SP of the fiber sensor when a load is applied to the pressing member 4. . In this embodiment, it arrange | positions so that the side surface which is a curved surface of the column-shaped press member 4 may correspond to the part of sensor part SP of a fiber sensor via the protection sheet 2. FIG.
The weight measuring element WM is configured as described above.

図5(a)は、本実施形態に係る重量計測素子を構成するファイバセンサのセンサ部SP近傍の斜視図であり、図5(b)はセンサ部SP近傍の長手方向の断面図である。
例えば、本実施形態の測定装置に用いられる光ファイバセンサは、コア径50μmのマルチモードファイバである一方の光ファイバ20aと他方の光ファイバ20bの間に、センサ部SPが設けられた構成である。
センサ部SPは、例えば、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材であるヘテロコア部30からなる。
FIG. 5A is a perspective view of the vicinity of the sensor part SP of the fiber sensor constituting the weight measuring element according to the present embodiment, and FIG. 5B is a longitudinal sectional view of the vicinity of the sensor part SP.
For example, the optical fiber sensor used in the measurement apparatus of the present embodiment has a configuration in which the sensor unit SP is provided between one optical fiber 20a and the other optical fiber 20b, which are multimode fibers having a core diameter of 50 μm. .
The sensor unit SP includes, for example, a hetero core unit 30 that is a light transmitting member that enables interaction of a part of transmitted light with the outside world.

例えば、光ファイバ(20a,20b)は、コア21と、その外周部に設けられたクラッド22とを有し、ヘテロコア部30は、光ファイバ(20a,20b)のコア径と異なるコア径を有するコア31と、その外周部に設けられたクラッド32とを有する。
また、例えば、ヘテロコア部30におけるコア31の径blは、光ファイバ(20a,20b)のコア21の径alより小さく、例えばal=9μm、bl=5μmである。また、ヘテロコア部30の長さclは、例えば1〜2mm程度である。
センサ部SPを構成するヘテロコア部30と光ファイバ(20a,20b)は、例えば、長手方向に直交する界面40でコア同士が接合するようにほぼ同軸に、例えば汎用化されている放電による融着などにより、接合されている。
For example, the optical fiber (20a, 20b) has a core 21 and a clad 22 provided on the outer periphery thereof, and the hetero-core part 30 has a core diameter different from the core diameter of the optical fiber (20a, 20b). It has the core 31 and the clad 32 provided in the outer peripheral part.
Further, for example, the diameter bl of the core 31 in the hetero-core portion 30 is smaller than the diameter al of the core 21 of the optical fiber (20a, 20b), for example, al = 9 μm and bl = 5 μm. Moreover, the length cl of the hetero core part 30 is about 1-2 mm, for example.
The hetero-core part 30 and the optical fibers (20a, 20b) constituting the sensor part SP are, for example, substantially coaxial so that the cores are bonded to each other at the interface 40 orthogonal to the longitudinal direction, for example, fusion by discharge that has been widely used. Etc. are joined together.

光ファイバ(20a,20b)およびヘテロコア部30としては、例えば、シングルモード光ファイバおよびマルチモード光ファイバのいずれをも使用可能であり、これらを組み合わせて使用してもよい。   As the optical fiber (20a, 20b) and the hetero core part 30, for example, any of a single mode optical fiber and a multimode optical fiber can be used, and these may be used in combination.

上記の光ファイバ(20a,20b)の中途部にヘテロコア型のセンサ部SPが接合されてなる構成において、ヘテロコア部30におけるコア31の径blと光ファイバ(20a,20b)のコア21の径alとが界面40で異なっており、このコア径の差に起因して、図5(a)に示すように、光の一部のヘテロコア部30のクラッド32へのリークWが発生する。   In the configuration in which the hetero core type sensor part SP is joined to the middle part of the optical fiber (20a, 20b), the diameter bl of the core 31 in the hetero core part 30 and the diameter al of the core 21 of the optical fiber (20a, 20b). Are different at the interface 40, and due to the difference in the core diameter, as shown in FIG. 5A, a leak W to the clad 32 of the hetero-core portion 30 of a part of the light occurs.

リークWが小さくなるようにコア21とコア31の径の組み合わせを設定すると、大部分の光は再びコア21に入射し、伝送される。コア21とコア31の径の組み合わせによっては、リークWが大きくなり、伝送するセンサ光のロスも大きくなる。リークWが小さくなれば、ロスも小さくなる。
ヘテロコア型のセンサ部において、リークWの大きさ、即ちセンサ光のロス量は、センサ部近傍の光ファイバの屈曲の変化により鋭敏に変化する。
When the combination of the diameters of the core 21 and the core 31 is set so that the leak W becomes small, most of the light enters the core 21 again and is transmitted. Depending on the combination of the diameters of the core 21 and the core 31, the leak W increases and the loss of transmitted sensor light also increases. If the leak W is reduced, the loss is also reduced.
In the hetero-core type sensor unit, the magnitude of the leak W, that is, the loss amount of the sensor light changes sharply due to the change in the bending of the optical fiber near the sensor unit.

次に、重量計測素子WMの動作について説明する。
例えば、上記の重量計測素子WMにおいて、荷重均一化基板5に計測対象物が載せられると、計測対象物の重量に応じた荷重が荷重均一化基板5に印加される。これにより、荷重が荷重均一化基板5に配置された押圧部材4と第2基板3へと伝達される。このとき、荷重均一化基板5の上面に印加される荷重が不均一であったとしても、下部へ伝達される荷重はより均一化されて、押圧部材4と第2基板3へ均等に伝達される。
Next, the operation of the weight measuring element WM will be described.
For example, in the above-described weight measuring element WM, when a measurement target is placed on the load uniformizing substrate 5, a load corresponding to the weight of the measurement target is applied to the load uniformizing substrate 5. As a result, the load is transmitted to the pressing member 4 and the second substrate 3 arranged on the load uniformizing substrate 5. At this time, even if the load applied to the upper surface of the load uniformizing substrate 5 is non-uniform, the load transmitted to the lower portion is made more uniform and evenly transmitted to the pressing member 4 and the second substrate 3. The

押圧部材4は、第2基板3より高硬度な材料から構成されており、第2基板3は荷重を受けると押圧部材4より押しつぶされる程度が大きく、押圧部材4はより押しつぶされないことになる。また、第2基板3の下層には保護シート2を介して第2基板3と同様に押圧部材4より低硬度な材料から構成された第1基板1が配置されている。従って、荷重均一化基板5の上面に荷重が印加されると、押圧部材4が第2基板3より深く沈み込んでファイバセンサのセンサ部SPの部分を押圧し、センサ部SP近傍に曲げを発生させる。
上記のファイバセンサのセンサ部SP近傍に発生する曲げに起因して、ファイバセンサに伝送されるセンサ光に損失が発生する。即ち、荷重均一化基板5に荷重が印加されたときに、ファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっている。
The pressing member 4 is made of a material that is harder than the second substrate 3, and when the second substrate 3 receives a load, the pressing member 4 is more crushed than the pressing member 4, and the pressing member 4 is less crushed. . In addition, the first substrate 1 made of a material having a lower hardness than the pressing member 4 is disposed under the second substrate 3 with the protective sheet 2 interposed therebetween. Therefore, when a load is applied to the upper surface of the load equalizing substrate 5, the pressing member 4 sinks deeper than the second substrate 3 and presses the sensor portion SP of the fiber sensor, causing bending in the vicinity of the sensor portion SP. Let
Loss occurs in the sensor light transmitted to the fiber sensor due to the bending that occurs near the sensor portion SP of the fiber sensor. That is, when a load is applied to the load equalizing substrate 5, a loss is generated with respect to the light transmitted through the fiber sensor.

上記において、ある重量範囲において、荷重の大きさに応じて、ファイバセンサのセンサ部SP部分の曲げの大きさが変化するように設定することで、荷重の大きさに応じてセンサ光の損失が変化するように構成することができる。
従って、上記のようにして重量計測素子を構成し、荷重の大きさとセンサ光の損失の大きさの関係を予め調べておくことで、重量計測対象物を戴置したときに発生するセンサ光の損失の大きさから、重量計測対象物の重量を算出することができる。
荷重の大きさとセンサ光の損失の大きさの関係を示すデータと測定時のセンサ光の損失データからの重量計測対象物の重量の算出は、例えば、損失データを重量値に換算する所定のプログラムを組み込んだコンピュータなどにより実現できる。
In the above, by setting the bending magnitude of the sensor part SP portion of the fiber sensor to change according to the magnitude of the load in a certain weight range, the loss of the sensor light according to the magnitude of the load. It can be configured to change.
Therefore, the weight measuring element is configured as described above, and the relationship between the magnitude of the load and the magnitude of the loss of the sensor light is examined in advance, so that the sensor light generated when the weight measuring object is placed is placed. The weight of the weight measurement object can be calculated from the magnitude of the loss.
Calculation of the weight of the weight measurement object from the data indicating the relationship between the magnitude of the load and the loss of the sensor light and the loss data of the sensor light at the time of measurement is, for example, a predetermined program for converting the loss data into a weight value. It can be realized by a computer incorporating

上記の本実施形態の重量計測素子と、それを用いて構成された重量計は、荷重均一化基板5に印加される荷重に応じてファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。
上記の重量計は、電気的に測定しているものではないので、例えば防爆施設などにおいて用いられる重量計に適用可能である。
The weight measuring element of the present embodiment and the weight scale configured using the weight measuring element are configured to generate a loss with respect to the light transmitted through the fiber sensor according to the load applied to the load uniformizing substrate 5. Therefore, an inexpensive and highly accurate weighing scale can be realized.
Since the above scale is not electrically measured, it can be applied to, for example, a scale used in an explosion-proof facility.

上記の本実施形態の重量計測素子は、上記のように、第2基板3及び押圧部材4とファイバセンサの間にファイバセンサを保護する保護シート2が設けられていることが好ましく、これによりファイバセンサが押圧部材4に押圧されたときに破損あるいは破壊されるのを防止することができる。   As described above, the weight measuring element of the present embodiment is preferably provided with the protective sheet 2 that protects the fiber sensor between the second substrate 3 and the pressing member 4 and the fiber sensor. It is possible to prevent the sensor from being damaged or destroyed when pressed by the pressing member 4.

また、上記の本実施形態の重量計測素子は、第2基板3の開口部3aのセンサ部SPの近傍において、ファイバセンサが配置されている方向と直交する方向の側壁部分に、開口部3aに連通する切り込み部3bが形成されていることが好ましい。これにより、重量が軽いときに得られる損失の値のバラツキを抑制することができる。
図4における切り込み部3bの端部から端部までの距離であるa+2sは、例えばa=2〜4mm程度のときに10mm程度としており、この大きさを小さくする、即ち、長さsを短くすると、切り込み部を設けた効果が薄れ、例えばa+2sを6mm以上にすることで重量が軽いときに得られる損失の値のバラツキの抑制効果を十分に得ることができる。
Further, the weight measuring element of the present embodiment described above is provided in the opening 3a on the side wall portion in the direction orthogonal to the direction in which the fiber sensor is disposed in the vicinity of the sensor portion SP of the opening 3a of the second substrate 3. It is preferable that the notch part 3b which connects is formed. Thereby, the variation in the value of the loss obtained when the weight is light can be suppressed.
In FIG. 4, a + 2s, which is the distance from the end to the end of the cut portion 3b, is, for example, about 10 mm when a = 2 to 4 mm, and this size is reduced, that is, the length s is shortened. The effect of providing the cut portion is reduced. For example, by setting a + 2s to 6 mm or more, the effect of suppressing variation in the loss value obtained when the weight is light can be sufficiently obtained.

また、上記の本実施形態の重量計測素子は、押圧部材4の高さが第2基板3の厚さと実質的に同等であることが好ましい。同等であると重量が軽いときからセンサ光の損失を感知することができる。
押圧部材4の高さが第2基板3の厚さより低いと、押圧部材4が実際にファイバセンサのセンサ部SP近傍を押圧するまで沈み込むまでの間の重量では、センサ光の損失が感知されない。
また、押圧部材4の高さが第2基板3の厚さより高いと、重量ゼロの時点で既に損失が発生していることになり、重量計測のダイナミックレンジを狭くするおそれがある。
In the weight measuring element of the present embodiment, the height of the pressing member 4 is preferably substantially equal to the thickness of the second substrate 3. If they are equivalent, the loss of the sensor light can be sensed from when the weight is light.
If the height of the pressing member 4 is lower than the thickness of the second substrate 3, the loss of sensor light is not sensed by the weight until the pressing member 4 actually sinks until it presses the vicinity of the sensor portion SP of the fiber sensor. .
In addition, if the height of the pressing member 4 is higher than the thickness of the second substrate 3, a loss has already occurred at the time of zero weight, which may narrow the dynamic range of weight measurement.

また、上記の本実施形態の重量計測素子は、押圧部材4が金属からなり、第1基板1及び第2基板3がシリコーンゴムからなることが好ましい。上記のように、高度に差を有する材料から構成することで、荷重が印加されたときの押圧部材4の沈み込みを実現し、センサファイバのセンサ部近傍に安定な曲げを発生させることができる。   In the weight measuring element of the present embodiment, it is preferable that the pressing member 4 is made of metal, and the first substrate 1 and the second substrate 3 are made of silicone rubber. As described above, by constituting from materials having a high difference, the depression of the pressing member 4 when a load is applied can be realized, and a stable bend can be generated in the vicinity of the sensor portion of the sensor fiber. .

第2実施形態
図6及び図7は本実施形態に係る重量計を構成する重量計測素子の断面図であり、第1実施形態の図4(b)に相当する断面図である。
本実施形態に係る重量計測素子は、押圧部材の形状が第1実施形態に係る押圧部材4と異なる。上記以外は、実質的に第1実施形態と同様である。
Second Embodiment FIGS. 6 and 7 are sectional views of a weight measuring element constituting a weighing scale according to this embodiment, and are sectional views corresponding to FIG. 4B of the first embodiment.
The weight measuring element according to the present embodiment is different from the pressing member 4 according to the first embodiment in the shape of the pressing member. Except for the above, the second embodiment is substantially the same as the first embodiment.

図6に示す形態においては、第1実施形態と同様に、押圧部材4aのファイバセンサのセンサ部SPの部分を押圧する部分の形状が丸められた形状となっている。
一方、図7に示す形態においては、押圧部材4bのファイバセンサのセンサ部SPの部分を押圧する部分の形状が尖った形状となっている。
In the form shown in FIG. 6, the shape of the part which presses the part of the sensor part SP of the fiber sensor of the pressing member 4a is rounded like the first embodiment.
On the other hand, in the form shown in FIG. 7, the shape of the part which presses the part of sensor part SP of the fiber sensor of the press member 4b becomes a sharp shape.

上記のほか、押圧部材4のファイバセンサのセンサ部SPの部分を押圧する部分の形状は、押圧部材4に荷重が与えられたときにセンサファイバのセンサ部SP近傍に曲げを発生させる形状となっていればよく、特に限定されるものではない。   In addition to the above, the shape of the portion of the pressing member 4 that presses the portion of the sensor portion SP of the fiber sensor is a shape that causes bending in the vicinity of the sensor portion SP of the sensor fiber when a load is applied to the pressing member 4. There is no particular limitation.

上記の本実施形態の重量計測素子と、それを用いて構成された重量計は、荷重均一化基板5に印加される荷重に応じてファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。   The weight measuring element of the present embodiment and the weight scale configured using the weight measuring element are configured to generate a loss with respect to the light transmitted through the fiber sensor according to the load applied to the load uniformizing substrate 5. Therefore, an inexpensive and highly accurate weighing scale can be realized.

第3実施形態
図8は本実施形態に係る重量計を構成する重量計測素子の断面図であり、第1実施形態の図4(c)に相当する断面図である。
本実施形態に係る重量計測素子は、押圧部材4の上方における開口部3aの空間が、シリコーン樹脂などによるシーラント6により埋め込まれていることが第1実施形態と異なる。上記以外は、実質的に第1実施形態と同様である。
Third Embodiment FIG. 8 is a cross-sectional view of a weight measuring element constituting a weigh scale according to the present embodiment, and is a cross-sectional view corresponding to FIG. 4C of the first embodiment.
The weight measuring element according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the space of the opening 3a above the pressing member 4 is embedded with a sealant 6 made of silicone resin or the like. Except for the above, the second embodiment is substantially the same as the first embodiment.

上記のように、押圧部材4の上方における開口部3aの空間がシーラント6で埋め込まれていることにより、例えば押圧部材4が円柱形状である場合などにおいて押圧部材4に伝達される荷重がより均一化されるなど、動作をより安定化させることが可能となる。   As described above, since the space of the opening 3 a above the pressing member 4 is embedded with the sealant 6, for example, when the pressing member 4 has a cylindrical shape, the load transmitted to the pressing member 4 is more uniform. The operation can be further stabilized.

上記の本実施形態の重量計測素子と、それを用いて構成された重量計は、荷重均一化基板5に印加される荷重に応じてファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。   The weight measuring element of the present embodiment and the weight scale configured using the weight measuring element are configured to generate a loss with respect to the light transmitted through the fiber sensor according to the load applied to the load uniformizing substrate 5. Therefore, an inexpensive and highly accurate weighing scale can be realized.

第4実施形態
センサ部SPとしては、第1実施形態に記載の構成以外の構成を採用することも可能である。
図9(a)及び(b)は、本実施形態に係る重量計測素子のセンサ部SP近傍の長手方向の断面図である。
図9(a)では、センサ部SPを構成する光透過部材であるヘテロコア部30のコア31の径blが、光ファイバ(20a,20b)のコア21の径alよりも大きな構成となっている。
図9(b)では、センサ部SPとして、光ファイバ(20a,20b)のコア21の屈折率あるいはクラッド22の屈折率と同等の屈折率を持つ材料からなる、ヘテロコア部ではない光透過部材30aが光ファイバ(20a,20b)の中途部に接合されてなる構成となっている。
A configuration other than the configuration described in the first embodiment may be employed as the sensor unit SP in the fourth embodiment .
9A and 9B are cross-sectional views in the longitudinal direction in the vicinity of the sensor part SP of the weight measuring element according to the present embodiment.
In FIG. 9A, the diameter bl of the core 31 of the hetero-core part 30 which is a light transmitting member constituting the sensor part SP is larger than the diameter al of the core 21 of the optical fiber (20a, 20b). .
In FIG. 9B, as the sensor part SP, a light transmitting member 30a which is not a hetero core part and is made of a material having a refractive index equivalent to the refractive index of the core 21 or the refractive index of the cladding 22 of the optical fiber (20a, 20b). Is joined to the middle part of the optical fiber (20a, 20b).

上記以外の構成は、実質的に第1実施形態と同様である。また、上記の各実施形態に適用可能である。
上記の本実施形態の重量計測素子と、それを用いて構成された重量計は、荷重均一化基板に印加される荷重に応じてファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。
Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment. Moreover, it is applicable to each of the above embodiments.
The weight measuring element of the above-described embodiment and the weight scale configured using the weight measuring element are configured to generate a loss with respect to the light transmitted through the fiber sensor according to the load applied to the load uniformizing substrate. Therefore, an inexpensive and highly accurate weighing scale can be realized.

第5実施形態
図10は、本実施形態に係る重量計の構成を示す模式構成図である。
例えば、光ファイバ(20a,20b)の中途部に重量計測素子WMが設けられている。
光ファイバ20aには、光カプラ16において光ファイバ20cを分岐する構成であり、光ファイバ20bの端部には銀を蒸着して形成された反射部(鏡)15が設けられ、光ファイバ20a端部が光入射端、光ファイバ20c端部が光出射端となる。
光ファイバ20aの光入射端にセンサ光を出射する半導体発光ダイオードまたは半導体レーザなどの光源11が設けられ、光ファイバ20cの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出する光マルチメータなどの受光部12が設けられている。
Fifth Embodiment FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a weighing scale according to the present embodiment.
For example, the weight measuring element WM is provided in the middle of the optical fiber (20a, 20b).
The optical fiber 20a is configured to branch the optical fiber 20c in the optical coupler 16, and a reflection part (mirror) 15 formed by vapor deposition of silver is provided at the end of the optical fiber 20b. The portion becomes the light incident end, and the end portion of the optical fiber 20c becomes the light emitting end.
A light source 11 such as a semiconductor light emitting diode or a semiconductor laser that emits sensor light is provided at the light incident end of the optical fiber 20a, and an optical multimeter that detects sensor light emitted from the light emitting end at the light emitting end of the optical fiber 20c. A light receiving unit 12 such as is provided.

上記以外の構成は、実質的に第1実施形態と同様である。また、上記の各実施形態に適用可能である。
上記の本実施形態の重量計測素子と、それを用いて構成された重量計は、荷重均一化基板に印加される荷重に応じてファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。
Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment. Moreover, it is applicable to each of the above embodiments.
The weight measuring element of the above-described embodiment and the weight scale configured using the weight measuring element are configured to generate a loss with respect to the light transmitted through the fiber sensor according to the load applied to the load uniformizing substrate. Therefore, an inexpensive and highly accurate weighing scale can be realized.

特に、反射部15で反射したセンサ光は、再びセンサ部SPを通過するため、一方向に通過させただけの光と比較してより多くの相互干渉の情報を含んだ光が測定され、より高感度に重量計測を行うことができる。   In particular, since the sensor light reflected by the reflecting portion 15 passes through the sensor portion SP again, more light including information on mutual interference is measured as compared with light that has only passed in one direction. Weighing can be performed with high sensitivity.

第6実施形態
図11は、本実施形態に係る重量計の構成を示す模式構成図である。
例えば、光ファイバ(20a,20b)の中途部に重量計測素子WMが設けられている。
光ファイバ20aには、OTDR(Optical time-domain reflectometer)装置70が接続されている。OTDR装置70から入射されたセンサ光の後方へのレイリー散乱光をOTDR装置70自身が検出する。
Sixth Embodiment FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a weighing scale according to the present embodiment.
For example, the weight measuring element WM is provided in the middle of the optical fiber (20a, 20b).
An OTDR (Optical time-domain reflectometer) device 70 is connected to the optical fiber 20a. The OTDR device 70 itself detects Rayleigh scattered light behind the sensor light incident from the OTDR device 70.

上記以外の構成は、実質的に第1実施形態と同様である。また、上記の各実施形態に適用可能である。
上記の本実施形態の重量計測素子と、それを用いて構成された重量計は、荷重均一化基板に印加される荷重に応じてファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。
Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment. Moreover, it is applicable to each of the above embodiments.
The weight measuring element of the above-described embodiment and the weight scale configured using the weight measuring element are configured to generate a loss with respect to the light transmitted through the fiber sensor according to the load applied to the load uniformizing substrate. Therefore, an inexpensive and highly accurate weighing scale can be realized.

第7実施形態
図12は、本実施形態に係る重量計の構成を示す模式構成図である。
例えば、光ファイバ(20a,20b)の中途部に第1重量計測素子WMが設けられ、光ファイバ(20b,20c)の中途部に第2重量計測素子WMが設けられ、さらに光ファイバ(20c,20d)の中途部に第3重量計測素子WMが設けられている。即ち、複数個の重量計測素子(WM〜WM)が1本の光ファイバ上に直列に接続された構成となっている。
光ファイバ20aには、OTDR装置70が接続されている。OTDR装置70からセンサ光が入射されると、複数個の重量計測素子(WM〜WM)のそれぞれにおいて後方へのレイリー散乱光が発生し、これをOTDR装置70が検出する。
Seventh Embodiment FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a weighing scale according to the present embodiment.
For example, the first weight measuring element WM 1 is provided in the middle of the optical fiber (20a, 20b), the second weight measuring element WM 2 is provided in the middle of the optical fiber (20b, 20c), and the optical fiber ( 20c, the third weight measuring device WM 3 is provided in the middle portion of the 20d). In other words, a plurality of weight measuring elements (WM 1 to WM 3 ) are connected in series on one optical fiber.
An OTDR device 70 is connected to the optical fiber 20a. When sensor light is incident from the OTDR device 70, backward Rayleigh scattered light is generated in each of the plurality of weight measuring elements (WM 1 to WM 3 ), and the OTDR device 70 detects this.

上記以外の構成は、実質的に第1実施形態と同様であり、重量計測素子(WM〜WM)はそれぞれ第1実施形態と同様の構成とすることができる。また、上記の各実施形態に適用可能である。
上記の本実施形態の重量計測素子と、それを用いて構成された重量計は、荷重均一化基板に印加される荷重に応じてファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。
特に、複数個の重量計測素子(WM〜WM)で同時に重量を測定することが可能である。
The configuration other than the above is substantially the same as that of the first embodiment, and the weight measuring elements (WM 1 to WM 3 ) can be the same as those of the first embodiment, respectively. Moreover, it is applicable to each of the above embodiments.
The weight measuring element of the above-described embodiment and the weight scale configured using the weight measuring element are configured to generate a loss with respect to the light transmitted through the fiber sensor according to the load applied to the load uniformizing substrate. Therefore, an inexpensive and highly accurate weighing scale can be realized.
In particular, it is possible to simultaneously measure the weight with a plurality of weight measuring elements (WM 1 to WM 3 ).

第8実施形態
図13は、本実施形態に係る重量計の構成を示す模式構成図である。
例えば、光ファイバ(20a,20b)の中途部に重量計測素子WMが設けられている。
光ファイバ20aの光入射端に、白色光などのセンサ光を出射する光源11aが設けられ、光ファイバ20bの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出する光マルチメータなどの受光部12が設けられている。
センサ光としては、半導体発光ダイオードまたは半導体レーザの発光する単一波長あるいは狭い波長領域の光のほかに、白色光などを用いることができる。
Eighth Embodiment FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a weighing scale according to the present embodiment.
For example, the weight measuring element WM is provided in the middle of the optical fiber (20a, 20b).
A light source 11a that emits sensor light such as white light is provided at the light incident end of the optical fiber 20a, and a light receiving device such as an optical multimeter that detects sensor light emitted from the light emitting end at the light emitting end of the optical fiber 20b. A portion 12 is provided.
As sensor light, white light or the like can be used in addition to light of a single wavelength or a narrow wavelength region emitted from a semiconductor light emitting diode or a semiconductor laser.

上記以外の構成は、実質的に第1実施形態と同様である。また、上記の各実施形態に適用可能である。
上記の本実施形態の重量計測素子と、それを用いて構成された重量計は、荷重均一化基板に印加される荷重に応じてファイバセンサを伝送する光に対して損失を発生させる構成となっており、安価で高精度な重量計を実現することができる。
Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment. Moreover, it is applicable to each of the above embodiments.
The weight measuring element of the above-described embodiment and the weight scale configured using the weight measuring element are configured to generate a loss with respect to the light transmitted through the fiber sensor according to the load applied to the load uniformizing substrate. Therefore, an inexpensive and highly accurate weighing scale can be realized.

<実施例>
上記の第1実施形態に係る重量計を作成し、荷重均一化基板に印加される荷重とセンサ光に生じる損失の関係を測定した。
結果を図14に示す。図中、横軸は荷重(kg)、縦軸は損失(dB)である。
図14に示すように、荷重が大きくなるにつれて損失が大きくなるように変化するように構成することができる。
従って、荷重均一化基板に測定対象物を載せたときに、センサ光の損失のデータを得れば、図14から荷重の値を算出することができる。
<Example>
The weighing scale according to the first embodiment was created, and the relationship between the load applied to the load uniformizing substrate and the loss generated in the sensor light was measured.
The results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents load (kg), and the vertical axis represents loss (dB).
As shown in FIG. 14, it can be configured to change so that the loss increases as the load increases.
Therefore, if the sensor light loss data is obtained when the measurement object is placed on the load uniformizing substrate, the load value can be calculated from FIG.

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、用いる光源や受光部などは、上述のものに限らず、種々のものを使用できる。
光ファイバはマルチモードファイバでもシングルモードファイバでも使用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above description.
For example, the light source and the light receiving unit used are not limited to those described above, and various types can be used.
The optical fiber can be a multimode fiber or a single mode fiber.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の重量計測素子及びそれを用いた重量計は、例えば防爆施設などにおいて用いられる重量計などに適用できる。   The weight measuring element of the present invention and the weight scale using the same can be applied to, for example, a weight scale used in an explosion-proof facility.

図1は本発明の第1実施形態に係る重量計の模式構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a weigh scale according to a first embodiment of the present invention. 図2は本発明の第1実施形態に係る重量計を構成する本実施形態の重量計測素子の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the weight measuring element of the present embodiment constituting the weighing scale according to the first embodiment of the present invention. 図3は図2に示す重量計測素子の構成を説明する構成説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the weight measuring element shown in FIG. 図4(a)は重量計測素子の平面図であり、図4(b)は図4(a)中のX−X’における断面図であり、図4(c)は図4(a)中のY−Y’における断面図である。4A is a plan view of the weight measuring element, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 4A, and FIG. 4C is the view in FIG. It is sectional drawing in YY '. 図5(a)は本発明の第1実施形態に係る重量計測素子を構成するファイバセンサのセンサ部SP近傍の斜視図であり、図5(b)はセンサ部SP近傍の長手方向の断面図である。FIG. 5A is a perspective view of the vicinity of the sensor part SP of the fiber sensor constituting the weight measuring element according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a longitudinal sectional view of the vicinity of the sensor part SP. It is. 図6は本発明の第2実施形態に係る重量計を構成する重量計測素子の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a weight measuring element constituting a weigh scale according to the second embodiment of the present invention. 図7は本発明の第2実施形態に係る重量計を構成する重量計測素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a weight measuring element constituting a weigh scale according to the second embodiment of the present invention. 図8は本発明の第3実施形態に係る重量計を構成する重量計測素子の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a weight measuring element constituting a weight scale according to the third embodiment of the present invention. 図9(a)及び(b)は本発明の第4実施形態に係る重量計測素子のセンサ部SP近傍の長手方向の断面図である。FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views in the longitudinal direction in the vicinity of the sensor portion SP of the weight measuring element according to the fourth embodiment of the present invention. 図10は本発明の第5実施形態に係る重量計の構成を示す模式構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a weighing scale according to the fifth embodiment of the present invention. 図11は本発明の第6実施形態に係る重量計の構成を示す模式構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a weighing scale according to a sixth embodiment of the present invention. 図12は本発明の第7実施形態に係る重量計の構成を示す模式構成図である。FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a weighing scale according to the seventh embodiment of the present invention. 図13は本発明の第8実施形態に係る重量計の構成を示す模式構成図である。FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a weighing scale according to the eighth embodiment of the present invention. 図14は実施例に係る荷重均一化基板に印加される荷重とセンサ光に生じる損失の関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the load applied to the load uniformizing substrate and the loss generated in the sensor light according to the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1基板
2…保護シート
3…第2基板
3a…開口部
3b…切り込み部
4…押圧部材
5…荷重均一化基板
6…シーラント
11,11a…光源
12,12a…受光部
15…反射部
16…光カプラ
20a,20b,20c,20d…光ファイバ
21,31…コア
22,32…クラッド
30…ヘテロコア部
30a…光透過部材
40…界面
70…OTDR装置
SP…センサ部
W…リーク
WM,WM,WM,WM…重量計測素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st board | substrate 2 ... Protection sheet 3 ... 2nd board | substrate 3a ... Opening part 3b ... Notch part 4 ... Pressing member 5 ... Load equalization board | substrate 6 ... Sealant 11, 11a ... Light source 12, 12a ... Light-receiving part 15 ... Reflection part DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Optical coupler 20a, 20b, 20c, 20d ... Optical fiber 21, 31 ... Core 22, 32 ... Cladding 30 ... Hetero core part 30a ... Light transmissive member 40 ... Interface 70 ... OTDR apparatus SP ... Sensor part W ... Leak WM, WM 1 , WM 2 , WM 3 ... Weight measuring element

Claims (10)

コアおよびコアの外周に設けられたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有し、入射端に光が入射されて出射端から前記光透過部材を通過した光を出射する光ファイバと、
少なくとも前記光透過部材の部分及びその近傍部分を載せるように前記光ファイバの下方に配置される第1基板と、
開口部が設けられ、少なくとも前記光透過部材の部分が前記開口部の領域内に位置するように前記光ファイバの上方に配置された第2基板と、
前記開口部に嵌入され、前記第1基板及び前記第2基板より高硬度の材料からなる押圧部材と、
前記第2基板及び前記押圧部材上に設けられた荷重均一化基板と
を有し、
前記押圧部材の前記光ファイバの前記光透過部材の部分を押圧する部分が、前記押圧部材に荷重が印加されたときに前記光ファイバの前記光透過部材の近傍部分に曲げを発生させる形状であり、前記荷重均一化基板に荷重が印加されたときに前記光ファイバを伝送する光に対して前記荷重に応じた損失を発生させる構成である
重量計測素子。
A core and a clad provided on the outer periphery of the core, having a light transmission member that enables interaction with a part of the transmitted light to the outside, and light is incident on the incident end and the light is transmitted from the emission end An optical fiber that emits light that has passed through the member;
A first substrate disposed below the optical fiber so as to place at least a portion of the light transmitting member and a portion in the vicinity thereof;
A second substrate disposed above the optical fiber so that an opening is provided and at least a portion of the light transmitting member is located in a region of the opening;
A pressing member inserted into the opening and made of a material having a higher hardness than the first substrate and the second substrate;
A load uniformizing substrate provided on the second substrate and the pressing member,
The portion of the pressing member that presses the portion of the optical transmission member of the optical fiber has a shape that generates a bend in the vicinity of the optical transmission member of the optical fiber when a load is applied to the pressing member. The weight measuring element is configured to generate a loss corresponding to the load with respect to light transmitted through the optical fiber when a load is applied to the load uniformizing substrate.
前記第2基板及び前記押圧部材と前記光ファイバの間に前記光ファイバを保護する保護シートが設けられている
請求項1に記載の重量計測素子。
The weight measuring element according to claim 1, wherein a protective sheet for protecting the optical fiber is provided between the second substrate, the pressing member, and the optical fiber.
前記開口部の前記光透過部材の部分の近傍において、前記光ファイバが配置されている方向と直交する方向の側壁部分に前記開口部に連通する切り込み部が形成されている
請求項1または2に記載の重量計測素子。
The notch part connected to the said opening part is formed in the side wall part of the direction orthogonal to the direction where the said optical fiber is arrange | positioned in the vicinity of the part of the said light transmissive member of the said opening part. The weight measuring element described.
前記押圧部材の高さが前記第2基板の厚さと実質的に同等である
請求項1〜3のいずれかに記載の重量計測素子。
The weight measuring element according to claim 1, wherein a height of the pressing member is substantially equal to a thickness of the second substrate.
前記押圧部材の前記光ファイバの前記光透過部材の部分を押圧する部分が丸められたあるいは尖った形状となっている
請求項1〜4のいずれかに記載の重量計測素子。
The weight measuring element according to claim 1, wherein a portion of the pressing member that presses the light transmitting member of the optical fiber is rounded or pointed.
前記押圧部材が金属あるいはシリコーンゴムからなり、前記第1基板及び前記第2基板がシリコーンゴムからなる
請求項1〜5のいずれかに記載の重量計測素子。
The weight measuring element according to claim 1, wherein the pressing member is made of metal or silicone rubber, and the first substrate and the second substrate are made of silicone rubber.
前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である
請求項1〜6のいずれかに記載の重量計測素子。
The weight measuring element according to claim 1, wherein the light transmitting member is a hetero core portion having a core diameter different from a core diameter of the optical fiber.
前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である
請求項1〜6のいずれかに記載の重量計測素子。
The weight measuring element according to claim 1, wherein the light transmissive member is a light transmissive member having a refractive index equivalent to a refractive index of a core of the optical fiber or a refractive index of a clad.
光ファイバを含んで構成された重力計測素子と、
前記光ファイバの入射端に設けられた光源と、
前記光ファイバの出射端に設けられた受光部と
を有し、
前記重量計測素子は、
コアおよびコアの外周に設けられたクラッドを備え、伝送する光の一部の外界との相互作用を可能にする光透過部材を有し、入射端に光が入射されて出射端から前記光透過部材を通過した光を出射する光ファイバと、
少なくとも前記光透過部材の部分及びその近傍部分を載せるように前記光ファイバの下方に配置される第1基板と、
開口部が設けられ、少なくとも前記光透過部材の部分が前記開口部の領域内に位置するように前記光ファイバの上方に配置された第2基板と、
前記開口部に嵌入され、前記第1基板及び前記第2基板より高硬度の材料からなる押圧部材と、
前記第2基板及び前記押圧部材上に設けられた荷重均一化基板と
を有し、
前記押圧部材の前記光ファイバの前記光透過部材の部分を押圧する部分が、前記押圧部材に荷重が印加されたときに前記光ファイバの前記光透過部材の近傍部分に曲げを発生させる形状であり、前記荷重均一化基板に荷重が印加されたときに前記光ファイバを伝送する光に対して前記荷重に応じた損失を発生させる構成である
重量計。
A gravity measuring element comprising an optical fiber;
A light source provided at an incident end of the optical fiber;
A light receiving portion provided at the output end of the optical fiber,
The weight measuring element is
A core and a clad provided on the outer periphery of the core, having a light transmission member that enables interaction with a part of the transmitted light to the outside, and light is incident on the incident end and the light is transmitted from the emission end An optical fiber that emits light that has passed through the member;
A first substrate disposed below the optical fiber so as to place at least a portion of the light transmitting member and a portion in the vicinity thereof;
A second substrate disposed above the optical fiber so that an opening is provided and at least a portion of the light transmitting member is located in a region of the opening;
A pressing member inserted into the opening and made of a material having a higher hardness than the first substrate and the second substrate;
A load uniformizing substrate provided on the second substrate and the pressing member,
The portion of the pressing member that presses the portion of the optical transmission member of the optical fiber has a shape that generates a bend in the vicinity of the optical transmission member of the optical fiber when a load is applied to the pressing member. The weight scale is configured to generate a loss corresponding to the load with respect to the light transmitted through the optical fiber when a load is applied to the load equalizing substrate.
前記光源が半導体発光ダイオード、半導体レーザあるいは白色光である
請求項9に記載の重量計。
The weighing scale according to claim 9, wherein the light source is a semiconductor light emitting diode, a semiconductor laser, or white light.
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