JP2011226829A - Sensor and acceleration detection method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor and an acceleration detection method capable of detecting displacements in a plurality of directions using a simple and compact acceleration sensor.SOLUTION: A sensor according to the present invention includes an optical fiber cable 202 having a plurality of FBG section subjected to FBG processing, beam members 203 and 204 provided by at least the two FBG sections and fixed at each of the fixed ends, which are one ends of the beam members, so that vibration directions of weights are controllable, and the weights 205 and 206 attached to the free ends, which are another ends of the beam members, of at least two of the beam members. The FBG sections are each processed to have different reflection light wavelengths.

Description

本発明は、センサおよび加速度の検出方法に関する。   The present invention relates to a sensor and an acceleration detection method.

従来、加速度を検出するための様々なセンサが知られている。その一例として、光ファイバを利用した加速度センサを挙げることができる。
例えば、特許文献1には、光ファイバ・グレーティングを備え、並進加速度、及び回転角加速度の計測を可能とする地震計について記載されている。また、特許文献2には、変位計や傾斜計に組み込む角度センサの受感部として、光学的検知素子であるFBG(Fiber Bragg Grating)を用いた角度センサについて記載されている。
Conventionally, various sensors for detecting acceleration are known. One example is an acceleration sensor using an optical fiber.
For example, Patent Document 1 describes a seismometer including an optical fiber grating and capable of measuring translational acceleration and rotational angular acceleration. Patent Document 2 describes an angle sensor using FBG (Fiber Bragg Grating) which is an optical detection element as a sensing part of an angle sensor incorporated in a displacement meter or an inclinometer.

特開2001−281347号公報JP 2001-281347 A 特開2003−287411号公報JP 2003-287411 A

しかし、上述した加速度センサは、その構造が複雑になってしまうという問題点がある。また、角度センサは、構造が複雑になってしまうなどの理由から、小型化が難しいという問題もある。   However, the above-described acceleration sensor has a problem that its structure becomes complicated. In addition, the angle sensor has a problem that it is difficult to reduce the size because the structure becomes complicated.

特許文献1に記載の地震計は、中空の多面体形状のケーシングの内部に、ケーシングの内側面の中心位置と、多面体形状を有する中実荷重体の中心位置が一致するように位置している。そして、中実荷重体の四方、すなわち、ケーシングの内側面中心部と、中実荷重体中心部の間に、中実荷重体がケーシングに印加される並進加速度に対応して相対変位するように、光ファイバ・グレーティングが支持線により支持されている。   The seismometer described in Patent Literature 1 is positioned inside a hollow polyhedral casing so that the center position of the inner surface of the casing matches the center position of a solid load body having a polyhedral shape. Then, the solid load body is relatively displaced corresponding to the translational acceleration applied to the casing between four sides of the solid load body, that is, between the central portion of the inner surface of the casing and the central portion of the solid load body. The optical fiber grating is supported by a support wire.

中実荷重体は、複数の光ファイバ・グレーティングおよび支持線により支持されているため、中実荷重体の振動方向を制限することが難しい。加えて、中実荷重体と光ファイバ・グレーティングとが1対1となるように設けられていないので、中実荷重体が振動する各方向、例えば、x軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの変位を検出することが難しい。   Since the solid load body is supported by a plurality of optical fiber gratings and support lines, it is difficult to limit the vibration direction of the solid load body. In addition, since the solid load body and the optical fiber grating are not provided in a one-to-one relationship, each direction in which the solid load body vibrates, for example, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. It is difficult to detect each displacement.

特許文献2に記載のFBG式角度センサは、支持板に軸支した回転軸にレバー部材を軸支し、回転軸の回転力がばね部材を介してレバー部材に伝達される。そして、中間にFBGを形成した光ファイバを、支持板とレバー部材との間にFBGが張り渡されるように、FBGの両側の光ファイバの部分において支持板とレバー部材とに固定する。これにより、FBGに作用する張力がばね部材により回転軸の回転角度に応じて変化し、この張力変化によるブラッグ波長の変化で回転軸の回転角度が検出される。   In the FBG type angle sensor described in Patent Document 2, a lever member is pivotally supported on a rotation shaft that is pivotally supported on a support plate, and the rotational force of the rotation shaft is transmitted to the lever member via a spring member. Then, the optical fiber in which the FBG is formed in the middle is fixed to the support plate and the lever member at the optical fiber portions on both sides of the FBG so that the FBG is stretched between the support plate and the lever member. Thereby, the tension acting on the FBG is changed by the spring member in accordance with the rotation angle of the rotation shaft, and the rotation angle of the rotation shaft is detected by the change of the Bragg wavelength due to the change in tension.

回転力は、バネ部材等を介して伸縮方向の力に変換され、FBGを形成した光ファイバに加えられている。そのため、FBG自身の振動の中心点の変化から角速度検出することが難しい。   The rotational force is converted into a force in the expansion / contraction direction via a spring member or the like, and is applied to the optical fiber forming the FBG. For this reason, it is difficult to detect the angular velocity from the change in the center point of the vibration of the FBG itself.

本加速度センサは、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、簡素かつ小型の加速度センサを用いて複数の方向の変位を検出可能なセンサおよび検出方法を提供することである。   The present acceleration sensor has been made in view of the above-described problems, and a problem to be solved is to provide a sensor and a detection method capable of detecting displacement in a plurality of directions using a simple and small acceleration sensor. That is.

請求項1に記載のセンサは、FBG加工された複数のFBG部を有する光ファイバケーブルと、重りの振動方向を規制可能に、少なくとも2以上の前記FBG部に沿って設けられ、一方の端部である固定端で固定された梁部材と、少なくとも2以上の前記梁部材の他方の端部である自由端に取り付けられた重りと、を備え、前記FBG部はそれぞれ異なる反射光波長に加工されている、ことを特徴とするセンサである。   The sensor according to claim 1 is provided along an optical fiber cable having a plurality of FBG portions processed by FBG and at least two or more FBG portions so as to be able to regulate a vibration direction of a weight. A beam member fixed at a fixed end and a weight attached to a free end that is the other end of at least two or more of the beam members, and the FBG portions are processed into different reflected light wavelengths. It is the sensor characterized by the above.

なお、梁部材がFBG部に沿って設けられるとは、梁部材の振動がFBG部に伝達可能である場合を指し、梁部材が直接FBG部と接して設けられる場合に限らず、例えば軟質樹脂のような保護部材を介してFBG部と梁部材とが配置される場合を含む。   The beam member provided along the FBG portion refers to a case where the vibration of the beam member can be transmitted to the FBG portion, and is not limited to the case where the beam member is provided in direct contact with the FBG portion. The case where an FBG part and a beam member are arrange | positioned through such a protection member is included.

請求項1に記載のセンサによると、1本の光ファイバケーブルに、複数の加速度センサを設けることが可能となる。
請求項2に記載のセンサは、前記FBG部のうち、前記光ファイバケーブルの線上において前記重りが向き合って配置されている一対のFBG部がある場合において、前記一対のFBG部の間を接続する前記光ファイバケーブルの長さは、前記一対のFBG部に取り付けられている前記重りの間の直線間隔より長い、ことを特徴とする請求項1に記載のセンサである。
According to the sensor of the first aspect, it is possible to provide a plurality of acceleration sensors in one optical fiber cable.
The sensor according to claim 2 connects between the pair of FBG units when there is a pair of FBG units arranged with the weights facing each other on a line of the optical fiber cable among the FBG units. 2. The sensor according to claim 1, wherein a length of the optical fiber cable is longer than a linear interval between the weights attached to the pair of FBG portions.

請求項2に記載のセンサによると、光ファイバケーブルの線上において向き合って配置された重りの振動が伝播されにくくなるという効果を奏する。
請求項3に記載のセンサは、少なくとも2以上の前記重りの取り付けられた前記FBG部が異なる方向に配置される、ことを特徴とする請求項1あるいは2に記載のセンサである。
According to the sensor of Claim 2, there exists an effect that the vibration of the weight arrange | positioned facing on the line of an optical fiber cable becomes difficult to propagate.
The sensor according to claim 3 is the sensor according to claim 1 or 2, wherein the FBG portions to which at least two or more weights are attached are arranged in different directions.

請求項3に記載のセンサによると、2次元における重りの変動を検知することができる。
請求項4に記載のセンサは、少なくとも2以上の前記重りの取り付けられた前記FBG部は直交する方向に配置される、ことを特徴とする請求項3に記載のセンサである。
According to the sensor of the third aspect, it is possible to detect a change in weight in two dimensions.
The sensor according to claim 4 is the sensor according to claim 3, wherein the FBG portion to which at least two or more weights are attached is arranged in a direction orthogonal to the sensor.

請求項4に記載のセンサによると、直交する2方向、例えば、xy座標系におけるx軸方向とy軸方向における前記重りの変動を検知することができる。
請求項5に記載のセンサは、前記梁部材が、前記FBG部に沿う方向に対して垂直方向の断面形状が長軸および短軸を有する部材である、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のセンサである。
According to the sensor of the fourth aspect, it is possible to detect the variation of the weight in two orthogonal directions, for example, the x-axis direction and the y-axis direction in the xy coordinate system.
The sensor according to claim 5, wherein the beam member is a member having a major axis and a minor axis in a cross-sectional shape perpendicular to the direction along the FBG portion. It is a sensor of any one of these.

請求項5に記載のセンサによると、梁部材は短軸方向にたわみやすいため、振動方向を規制するのに好適である。
請求項6に記載のセンサは、前記光ファイバケーブルの線上において向き合って配置された重りの間に配置され、前記光ファイバケーブルを固定可能な固定部材をさらに備える、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のセンサである。
According to the sensor of the fifth aspect, since the beam member is easily bent in the minor axis direction, it is suitable for regulating the vibration direction.
The sensor according to claim 6, further comprising: a fixing member that is disposed between weights disposed facing each other on a line of the optical fiber cable, and capable of fixing the optical fiber cable. It is a sensor of any one of -5.

請求項6に記載のセンサによると、重りの振動が隣り合うFBG部間で伝播されるのを抑制することが可能となる。
請求項7に記載のセンサは、前記梁部材の前記固定端を固定する支持部材をさらに備える、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のセンサである。
According to the sensor of Claim 6, it becomes possible to suppress that the vibration of a weight is propagated between adjacent FBG parts.
The sensor according to claim 7, further comprising a support member that fixes the fixed end of the beam member.

請求項7に記載のセンサによると、FBG部と重りをユニットとして取り付けるのに好適となる。
請求項8に記載のセンサユニットは、前記光ファイバケーブルに多波長光を入力する光源部と、前記FBG部からの出力波形を取得する演算装置と、をさらに備える請求項1〜7のいずれか1項に記載のセンサユニットである。
According to the sensor of Claim 7, it becomes suitable for attaching an FBG part and a weight as a unit.
The sensor unit according to claim 8, further comprising: a light source unit that inputs multi-wavelength light to the optical fiber cable; and an arithmetic unit that acquires an output waveform from the FBG unit. The sensor unit according to item 1.

請求項9に記載の車両は、請求項1から7のいずれか1項に記載のセンサが搭載された車両である。
請求項9に記載の車両は、ヨーレートなど車両にかかる様々な加速度を検出することが可能となる。また、車両に備わるCAN(Controller Area Network)を利用して請求項1から7のいずれか1項に記載のセンサを実現することが可能となる。この場合、CANを利用して、様々な情報のやり取りと同時に梁部材の歪み検知が可能となる。
A vehicle according to a ninth aspect is a vehicle on which the sensor according to any one of the first to seventh aspects is mounted.
The vehicle according to the ninth aspect can detect various accelerations applied to the vehicle such as a yaw rate. Moreover, it becomes possible to implement | achieve the sensor of any one of Claim 1 to 7 using CAN (Controller Area Network) with which a vehicle is equipped. In this case, it is possible to detect the distortion of the beam member simultaneously with the exchange of various information using CAN.

請求項10に記載の加速度の検出方法は、請求項1から請求項4に記載のセンサが出力する多波長光に含まれる波長のうち、FBG部に取り付けられた重りの振動に応じて変位する波長の強度を、前記重りの振動方向におけるセンサの変位として検出し、前記センサの変位から前記センサの振動の中心位置を算出し、現在または過去に算出した少なくとも2以上の前記中心位置を相対的に比較し、前記比較結果から前記センサにかけられた加速度を算出する。   The acceleration detection method according to claim 10 is displaced according to vibration of a weight attached to the FBG portion among wavelengths included in the multi-wavelength light output by the sensor according to claims 1 to 4. The intensity of the wavelength is detected as the displacement of the sensor in the vibration direction of the weight, the center position of the vibration of the sensor is calculated from the displacement of the sensor, and at least two or more center positions calculated at present or in the past are relatively And the acceleration applied to the sensor is calculated from the comparison result.

本センサによると、簡素かつ小型のセンサを用いて変位を検出可能なセンサおよび加速度の検出方法を提供することができる。   According to the present sensor, it is possible to provide a sensor capable of detecting displacement using a simple and small sensor and an acceleration detection method.

本実施例に係る加速度センサを用いた加速度の検出方法を実現する加速度検出装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the acceleration detection apparatus which implement | achieves the detection method of the acceleration using the acceleration sensor which concerns on a present Example. 本実施例に係る加速度センサの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the acceleration sensor which concerns on a present Example. 光ファイバケーブルの第1の区間の機能を説明する図である。It is a figure explaining the function of the 1st area of an optical fiber cable. 本実施例に係る加速度センサを用いた加速度の検出方法の概要について説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of the detection method of the acceleration using the acceleration sensor which concerns on a present Example. 本実施例に係る振幅の中心値について説明する図である。It is a figure explaining the center value of the amplitude which concerns on a present Example. 本実施例に係る加速度センサを用いた加速度の検出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detection process of the acceleration using the acceleration sensor which concerns on a present Example. 本実施例に係る第1の波長からの波形を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the waveform from the 1st wavelength which concerns on a present Example. 本実施例に係る加速度の検出方法にリサージュ曲線を用いた場合について説明する図である。It is a figure explaining the case where a Lissajous curve is used for the detection method of the acceleration which concerns on a present Example. 本実施例に係る加速度センサの構成の第1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of a structure of the acceleration sensor which concerns on a present Example. 本実施例に係る加速度センサの構成の第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of a structure of the acceleration sensor which concerns on a present Example. 本実施例に係る特定の方向の加速度だけを検出する加速度センサの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the acceleration sensor which detects only the acceleration of the specific direction which concerns on a present Example. 本実施例に係る加速度センサの応用例を示す図である。It is a figure which shows the application example of the acceleration sensor which concerns on a present Example.

以下、本実施形態の一例について、図1〜図12に基づいて説明する。
図1は、本実施例に係る加速度センサを用いた加速度の検出方法を実現する加速度検出装置100の構成例を示す図である。
Hereinafter, an example of this embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an acceleration detection apparatus 100 that realizes an acceleration detection method using the acceleration sensor according to the present embodiment.

図1に示す加速度検出装置100は、多波長発光装置(光源部)101と、加速度センサ102および103と、分光器104と、演算装置105と、を備える。そして、多波長発光装置101−加速度センサ102間と、加速度センサ102−加速度センサ103間と、加速度センサ103−分光器104間と、はそれぞれ光ファイバケーブル110、111および112で接続されている。   1 includes a multi-wavelength light emitting device (light source unit) 101, acceleration sensors 102 and 103, a spectroscope 104, and an arithmetic unit 105. The multi-wavelength light emitting device 101 and the acceleration sensor 102, the acceleration sensor 102 and the acceleration sensor 103, and the acceleration sensor 103 and the spectrometer 104 are connected by optical fiber cables 110, 111 and 112, respectively.

多波長発光装置101は、複数の波長が含まれる多波長光を生成し、光ファイバケーブル110、111および112に多波長光を出力する。多波長発光装置101は、例えば、複数の波長を持つ多波長光を出力する多波長発光LED(Light Emitting Diode)などで実現できる。   The multiwavelength light emitting device 101 generates multiwavelength light including a plurality of wavelengths and outputs the multiwavelength light to the optical fiber cables 110, 111, and 112. The multiwavelength light emitting device 101 can be realized by, for example, a multiwavelength light emitting diode (LED) that outputs multiwavelength light having a plurality of wavelengths.

本実施例では、2つの加速度センサ102および103を使用しているので、多波長発光装置101は、少なくとも後述する第1乃至第4の波長が含まれる多波長光を生成して出力する必要がある。   In this embodiment, since the two acceleration sensors 102 and 103 are used, the multi-wavelength light emitting device 101 needs to generate and output multi-wavelength light including at least first to fourth wavelengths described later. is there.

加速度センサ102は、加速度センサ102に入力される多波長光のうち特定の波長の光だけを、加速度センサ102の振動に応じて減衰させて出力する。このとき光の減衰分は加速度センサ102内部で反射され入力端から出力される。本実施例では、加速度センサ102が、図1に示すx軸方向への振動に応じて減衰させて出力する光の波長を「第1の波長」という。また、加速度センサ102が、図1に示すy軸方向への振動に応じて減衰させて出力する光の波長を「第2の波長」という。   The acceleration sensor 102 attenuates and outputs only light of a specific wavelength among the multi-wavelength light input to the acceleration sensor 102 according to the vibration of the acceleration sensor 102. At this time, the attenuation of light is reflected inside the acceleration sensor 102 and output from the input end. In the present embodiment, the wavelength of the light that the acceleration sensor 102 attenuates and outputs in accordance with the vibration in the x-axis direction shown in FIG. 1 is referred to as a “first wavelength”. Further, the wavelength of light that the acceleration sensor 102 attenuates and outputs in response to vibration in the y-axis direction shown in FIG. 1 is referred to as a “second wavelength”.

加速度センサ103も、加速度センサ103に入力される多波長光のうち特定の波長の光だけを、加速度センサ103の振動に応じて減衰させて出力する。本実施例では、加速度センサ103が、図1に示すx軸方向への振動に応じて減衰させて出力する光の波長を「第3の波長」という。また、加速度センサ103が、図1に示すy軸方向への振動に応じて減衰させて出力する光の波長を「第4の波長」という。   The acceleration sensor 103 also attenuates and outputs only light of a specific wavelength among the multi-wavelength light input to the acceleration sensor 103 according to the vibration of the acceleration sensor 103. In the present embodiment, the wavelength of the light that the acceleration sensor 103 attenuates and outputs in accordance with the vibration in the x-axis direction shown in FIG. 1 is referred to as a “third wavelength”. Further, the wavelength of light output by the acceleration sensor 103 after being attenuated according to the vibration in the y-axis direction shown in FIG. 1 is referred to as a “fourth wavelength”.

分光器104は、入力される多波長光から第1乃至第4の波長の光の強度を検出する。本実施例では、加速度センサ102および加速度センサ103が、それぞれ異なる反射光波長、すなわち、第1乃至第4の波長に加工されたFBG部を含んでいるからである。例えば、分光器104は、第1乃至第4の波長の光の強度を電気信号に変換して電圧値で表すことができる。   The spectroscope 104 detects the intensities of the first to fourth wavelengths from the input multi-wavelength light. This is because in the present embodiment, the acceleration sensor 102 and the acceleration sensor 103 include FBG portions that are processed into different reflected light wavelengths, that is, first to fourth wavelengths. For example, the spectroscope 104 can convert the intensity of light of the first to fourth wavelengths into an electric signal and express it as a voltage value.

演算装置105は、分光器104が出力する第1および第2の波長の光の強度から加速度センサ102に加えられる加速度を算出する。また、演算装置105は、分光器104が出力する第3および第4の波長の光の強度から加速度センサ103に加えられる加速度を算出する。   The computing device 105 calculates the acceleration applied to the acceleration sensor 102 from the intensities of the first and second wavelengths output from the spectroscope 104. In addition, the arithmetic unit 105 calculates the acceleration applied to the acceleration sensor 103 from the intensities of the light with the third and fourth wavelengths output from the spectroscope 104.

なお、本実施例に係る加速度検出装置100では、図1に示したように、2つの加速度センサ102および103を使用した場合を示しているが、加速度センサを2つ使用する場合に加速度検出装置100の構成や加速度の検出方法を限定する趣旨ではない。加速度センサは、少なくとも1つあればよく、必要に応じて複数の加速度センサを使用することができる。図1に示す加速度検出装置100の場合、2つの加速度センサ102および103を対象物の異なる部位に設置することによって、各部位の加速度を同時に計測することが可能となる。   In addition, in the acceleration detection apparatus 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the case where two acceleration sensors 102 and 103 are used is shown. However, when two acceleration sensors are used, the acceleration detection apparatus 100 It is not intended to limit the configuration of 100 or the method of detecting acceleration. There may be at least one acceleration sensor, and a plurality of acceleration sensors may be used as necessary. In the case of the acceleration detection apparatus 100 shown in FIG. 1, by installing the two acceleration sensors 102 and 103 at different parts of the object, it is possible to simultaneously measure the accelerations of the parts.

また、後述する加速度センサ102および加速度センサ103の内部に備わる光ファイバケーブルと、多波長発光装置101−加速度センサ102間、加速度センサ102−加速度センサ103間および加速度センサ103−分光器104間を接続する光ファイバケーブルと、はひと続きの光ファイバケーブルを使用することができる。   Further, an optical fiber cable provided inside an acceleration sensor 102 and an acceleration sensor 103, which will be described later, is connected between the multi-wavelength light emitting device 101 and the acceleration sensor 102, between the acceleration sensor 102 and the acceleration sensor 103, and between the acceleration sensor 103 and the spectrometer 104. A series of optical fiber cables can be used.

以下、加速度センサ102および加速度センサ103について具体的に説明する。なお、加速度センサ102と加速度センサ103は、同じ構造であるので、以下では代表して加速度センサ102について説明する。   Hereinafter, the acceleration sensor 102 and the acceleration sensor 103 will be specifically described. Since the acceleration sensor 102 and the acceleration sensor 103 have the same structure, the acceleration sensor 102 will be described below as a representative.

図2は、本実施例に係る加速度センサ102の構成例を示す図である。
加速度センサ102は、フレーム201と、光ファイバケーブル202と、板バネ203および204と、重り205及び206と、を備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the acceleration sensor 102 according to the present embodiment.
The acceleration sensor 102 includes a frame 201, an optical fiber cable 202, leaf springs 203 and 204, and weights 205 and 206.

フレーム201は、加速度センサ102の全体を包含する中空構造の筐体である。フレーム201は、剛体であることが望ましい。本実施例に係るフレーム201は、図2に示すように、z軸方向に向い合う上面と下面がない中空構造の直方体を使用している。   The frame 201 is a hollow structure housing that encompasses the entire acceleration sensor 102. The frame 201 is preferably a rigid body. As shown in FIG. 2, the frame 201 according to the present embodiment uses a rectangular parallelepiped having a hollow structure that does not have an upper surface and a lower surface facing in the z-axis direction.

光ファイバケーブル202は、第1の区間(図2におけるA−B間)と第2の区間(図2におけるC−D間)に対してFBG加工が施されたFBG部を有する光ファイバケーブルである。このFBG加工により、第1の区間では、光ファイバケーブル202のコア部に加わる応力に応じて第1の波長の光の一部または全部が反射される結果、第1の波長の光が減衰する。同様に、第2の区間では、コア部に加わる応力に応じて第2の波長の光の一部または全部が反射される結果、第2の波長の光が減衰する。   The optical fiber cable 202 is an optical fiber cable having an FBG portion subjected to FBG processing in a first section (between AB in FIG. 2) and a second section (between CD in FIG. 2). is there. By this FBG processing, in the first section, a part or all of the light having the first wavelength is reflected according to the stress applied to the core portion of the optical fiber cable 202. As a result, the light having the first wavelength is attenuated. . Similarly, in the second section, a part or all of the light having the second wavelength is reflected in accordance with the stress applied to the core portion, so that the light having the second wavelength is attenuated.

光ファイバケーブル202には、第1の区間に沿って、ポリイミドなどの樹脂でできた板バネ203が固定されている。このとき、第1の区間の光ファイバケーブル202が直線状に保持されるように、板バネ203が固定されることが望ましい。   A leaf spring 203 made of a resin such as polyimide is fixed to the optical fiber cable 202 along the first section. At this time, it is desirable that the leaf spring 203 is fixed so that the optical fiber cable 202 in the first section is held linearly.

第1の区間の固定端、すなわち板バネ203のA端は、第1の区間の光ファイバケーブル202がy軸と平行、かつ、板バネ203がなす平面とxy平面とが垂直となるように、フレーム201に固定されている。   The fixed end of the first section, that is, the A end of the leaf spring 203 is such that the optical fiber cable 202 in the first section is parallel to the y axis and the plane formed by the leaf spring 203 and the xy plane are perpendicular to each other. The frame 201 is fixed.

第1の区間の自由端、すなわち板バネ203のB端には、振動用の重り205が固定されている。重り205が固定されたB端は、板バネ203により、xy平面上の一定範囲を振動する。微少な振動の場合、重り205が固定されたB端は、xy平面上をx方向に振動すると近似することができる。   A vibration weight 205 is fixed to the free end of the first section, that is, the B end of the leaf spring 203. The B end to which the weight 205 is fixed vibrates in a certain range on the xy plane by the leaf spring 203. In the case of slight vibration, the B end to which the weight 205 is fixed can be approximated by vibrating in the x direction on the xy plane.

また、光ファイバケーブル202には、第2の区間に沿って、ポリイミドなどの樹脂でできた板バネ204が固定されている。このとき、第2の区間の光ファイバケーブル202が直線状に保持されるように、板バネ204が固定されることが望ましい。   A leaf spring 204 made of resin such as polyimide is fixed to the optical fiber cable 202 along the second section. At this time, it is desirable that the leaf spring 204 is fixed so that the optical fiber cable 202 in the second section is held linearly.

第2の区間の固定端、すなわち板バネ204のC端は、第2の区間の光ファイバケーブル202がx軸と平行、かつ、板バネ204がなす平面とxy平面とが垂直となるように、フレーム201に固定されている。   The fixed end of the second section, that is, the C end of the leaf spring 204 is such that the optical fiber cable 202 in the second section is parallel to the x axis and the plane formed by the leaf spring 204 and the xy plane are perpendicular to each other. The frame 201 is fixed.

第2の区間の自由端、すなわち板バネ203のD端には、振動用の重り206が固定されている。重り206が固定されたD端は、板バネ204により、xy平面上の一定範囲を振動する。微少な振動の場合、重り206が固定されたD端は、xy平面上をy方向に振動すると近似することができる。   A vibration weight 206 is fixed to the free end of the second section, that is, the D end of the leaf spring 203. The D end to which the weight 206 is fixed vibrates in a certain range on the xy plane by the leaf spring 204. In the case of slight vibration, the D end to which the weight 206 is fixed can be approximated by vibrating in the y direction on the xy plane.

重り205−重り206間の光ファイバケーブル202は、傷などから光ファイバケーブル202を保護することために、例えば、軟質樹脂などで覆われている。
なお、図2のように、光ファイバケーブル202の線上において向き合って配置された重り205および206の取り付けられたFBG部において、一方の重りの振動が他方の重りが取り付けられた区間のFBG部に伝播された場合、各FBG部の振動はそれぞれに取り付けられた各重りの規制された方向以外の振動に影響される。
The optical fiber cable 202 between the weight 205 and the weight 206 is covered with, for example, a soft resin in order to protect the optical fiber cable 202 from scratches and the like.
As shown in FIG. 2, in the FBG portion to which the weights 205 and 206 arranged facing each other on the line of the optical fiber cable 202 are attached, the vibration of one weight is applied to the FBG portion in the section to which the other weight is attached. When propagated, the vibration of each FBG part is affected by vibrations other than the regulated direction of each weight attached to each FBG part.

例えば、重り205の振動が重り206が取り付けられた第2の区間のFBG部に伝搬される場合、第2の区間のFBG部の振動は、重り206のy軸方向以外の振動、例えば、x軸方向の振動に影響される。   For example, when the vibration of the weight 205 is propagated to the FBG portion of the second section to which the weight 206 is attached, the vibration of the FBG portion of the second section is vibration other than the y-axis direction of the weight 206, for example, x Affected by axial vibration.

この場合、規制された方向以外の振動を含む信号が検出されるため、センシングの精度が低下する恐れがある。そのため、本実施例において、隣り合うFBG部を接続する光ファイバケーブル202の長さは、隣り合う一方の重りの振動が他方の重りの振動に伝播されない程度に十分長く配置されている。   In this case, since a signal including vibrations other than the regulated direction is detected, there is a possibility that sensing accuracy may be reduced. Therefore, in the present embodiment, the length of the optical fiber cable 202 that connects adjacent FBG portions is long enough to prevent the vibration of one adjacent weight from being propagated to the vibration of the other weight.

例えば、隣り合う第1の区間と第2の区間のFBG部を接続する光ファイバケーブル202の長さは、重り205の振動が第2の区間のFBG部に、または、重り206の振動が第1の区間のFBG部に、伝搬されない程度に十分な長さが確保されている。   For example, the length of the optical fiber cable 202 connecting the adjacent FBG portions of the first section and the second section is such that the vibration of the weight 205 is in the FBG section of the second section or the vibration of the weight 206 is the first. A sufficient length is secured in the FBG portion of one section so as not to propagate.

上述のように、加速度センサ102を、少なくとも隣り合う重りの間隔よりも光ファイバケーブルの線上において向き合って配置された重りの取り付けられたFBG部を接続する光ファイバケーブルの長さの方が長い構成とすることができる。   As described above, the acceleration sensor 102 is configured such that the length of the optical fiber cable that connects the FBG portions to which the weights are disposed facing each other on the line of the optical fiber cable is longer than at least the interval between adjacent weights. It can be.

なお、「光ファイバケーブル202の線上において向き合って配置された」とは、例えば、光ファイバケーブル202の線上において、「重り205が取り付けられた板バネ203が固定されたA端から重り205を臨む方向」と「重り206が取り付けられた板バネ204が固定されたC端から重り206を臨む方向」と、が向き合って配置されている状態をいう。   Note that “arranged to face each other on the line of the optical fiber cable 202” means, for example, “on the line of the optical fiber cable 202,” “the weight 205 faces the weight 205 from the end A to which the leaf spring 203 to which the weight 205 is attached is fixed. “Direction” and “direction in which the weight 206 is faced from the C end to which the leaf spring 204 to which the weight 206 is attached” are fixed.

以上に説明した構成において、板バネ203や板バネ204は、梁部材の一例として挙げることができる。また、A端やC端は、固定端の一例として挙げることができる。また、B端やD端は、自由端の一例として挙げることができる。また、フレーム201は、支持部材の一例として挙げることができる。   In the configuration described above, the leaf spring 203 and the leaf spring 204 can be cited as examples of beam members. Further, the A end and the C end can be cited as examples of the fixed end. The B end and D end can be cited as examples of free ends. The frame 201 can be cited as an example of a support member.

フレーム201は、加速度センサ102に必須の構成要素ではない。フレーム201の代わりに、例えば、加速度センサ102を設置する対象物の一部などを使用することも可能である。   The frame 201 is not an essential component for the acceleration sensor 102. Instead of the frame 201, for example, a part of an object on which the acceleration sensor 102 is installed can be used.

また、フレーム201の形状は、図2に示した直方体である必要はなく、例えば、円柱形や多角形、球形、コ字形、弓形など様々な形状であってもよい。
また、光ファイバケーブル202は、第1の区間の全ての区間がFBG加工されていなくてもよく、例えば、第1の区間の一部の区間だけにFBG加工が施されていればよい。同様に、光ファイバケーブル202は、第2の区間の全ての区間がFBG加工されていなくてもよく、例えば、第2の区間の一部の区間だけにFBG加工が施されていればよい。
Further, the shape of the frame 201 is not necessarily the rectangular parallelepiped shown in FIG. 2, and may be various shapes such as a cylindrical shape, a polygonal shape, a spherical shape, a U-shape, and an arc shape.
Moreover, the optical fiber cable 202 does not need to be FBG-processed in all sections of the first section. For example, only a part of the first section needs to be FBG-processed. Similarly, in the optical fiber cable 202, all the sections of the second section do not have to be FBG-processed. For example, only a part of the second section needs to be FBG-processed.

また、板バネ203および204は、光ファイバケーブル202が板バネ203および204内部を貫通するように固定してもよく、板バネ203および204を複数の板バネで構成して光ファイバケーブル202を挟むように固定してもよい。   The leaf springs 203 and 204 may be fixed so that the optical fiber cable 202 penetrates the inside of the leaf springs 203 and 204. The leaf springs 203 and 204 are constituted by a plurality of leaf springs, and the optical fiber cable 202 is formed. You may fix so that it may pinch | interpose.

また、重り205および206は、光ファイバケーブル202が重り205および206を貫通するように固定してもよいし、光ファイバケーブル202を挟むように固定しても良い。   The weights 205 and 206 may be fixed so that the optical fiber cable 202 penetrates the weights 205 and 206, or may be fixed so as to sandwich the optical fiber cable 202.

また、本実施例では、板バネ203および204の材料に、ポリイミドなどの樹脂を使用しているが、これに限定する趣旨ではない。例えば、鋼、りん青銅、ベリリウム銅、ゴム、合成樹脂、形状記憶合金や木など必要に応じた材料を使用すればよい。   In this embodiment, a resin such as polyimide is used as the material of the leaf springs 203 and 204, but the present invention is not limited to this. For example, steel, phosphor bronze, beryllium copper, rubber, synthetic resin, shape memory alloy or wood may be used as required.

また、本実施例では、板バネ203および204を使用しているが、板バネであることに限定する趣旨ではない。例えば、板バネ203は、重り205をxy平面の一定範囲に制限して振動させるための梁部材の一例であり、板バネ204は、重り206をxy平面の一定範囲に制限して振動させるための梁部材の一例である。梁部材としては、梁部材の軸に平行、すなわち、梁部材の長手方向に対して垂直な平面での断面形状が長軸と短軸を有するものを使用することができる。これにより、梁部材の振動を短軸方向に制限することができる。   In the present embodiment, the leaf springs 203 and 204 are used, but the present invention is not limited to the leaf spring. For example, the leaf spring 203 is an example of a beam member for restricting and vibrating the weight 205 to a certain range on the xy plane, and the leaf spring 204 is for restricting and vibrating the weight 206 to a certain range on the xy plane. It is an example of a beam member. As the beam member, one having a major axis and a minor axis in a cross-sectional shape in a plane parallel to the axis of the beam member, that is, perpendicular to the longitudinal direction of the beam member can be used. Thereby, the vibration of the beam member can be limited in the minor axis direction.

また、本実施例では、第1の区間の光ファイバケーブル202がy軸と平行、かつ、第2の区間の光ファイバケーブル202がx軸と平行、すなわち、第1の区間の長手方向と第2の区間の長手方向とが直交する場合を例示しているが、これに限定する趣旨ではない。第1の区間の長手方向と第2の区間の長手方向とが異なる方向であればよい。   In the present embodiment, the optical fiber cable 202 in the first section is parallel to the y-axis, and the optical fiber cable 202 in the second section is parallel to the x-axis, that is, the longitudinal direction of the first section Although the case where the longitudinal direction of 2 section is orthogonal is illustrated, it is not the meaning limited to this. It is sufficient that the longitudinal direction of the first section and the longitudinal direction of the second section are different directions.

図3は、光ファイバケーブル202の第1の区間の機能を説明する図である。図3は、図2に示した矢印Z方向から見た光ファイバケーブル202の第1の区間付近を示している。なお、見易さを確保するために、板バネ203は省略してあるが、図3の構成に限定する趣旨ではない。   FIG. 3 is a diagram for explaining the function of the first section of the optical fiber cable 202. FIG. 3 shows the vicinity of the first section of the optical fiber cable 202 viewed from the direction of the arrow Z shown in FIG. In addition, in order to ensure visibility, the leaf | plate spring 203 is abbreviate | omitted, However, It is not the meaning limited to the structure of FIG.

重り205にx方向の加速度がかかると、重り205、すなわちB端は図3に示す矢印Aの方向に振動する。B端が振動すると、図示しない板バネ203とともに、板バネ203に固定された第1の区間の光ファイバケーブル202が歪む。このとき、光ファイバケーブル202のコア部も歪む。そして、コア部の歪む程度、すなわちコア部のFBG加工がほどこされた箇所(FBG部)に加わる応力の程度に応じてコア部の屈折率も変動する。   When acceleration in the x direction is applied to the weight 205, the weight 205, that is, the B end vibrates in the direction of the arrow A shown in FIG. When the B end vibrates, the optical fiber cable 202 in the first section fixed to the leaf spring 203 is distorted together with the leaf spring 203 (not shown). At this time, the core portion of the optical fiber cable 202 is also distorted. Then, the refractive index of the core part also varies depending on the degree of distortion of the core part, that is, the degree of stress applied to the portion where the FBG processing of the core part is applied (FBG part).

したがって、例えば、光ファイバケーブル202に多波長光を入力した場合、第1の区間のFBG部によって反射される反射光301は、B端の振動に応じて赤方〜青方に変移する。   Therefore, for example, when multi-wavelength light is input to the optical fiber cable 202, the reflected light 301 reflected by the FBG portion in the first section changes from red to blue according to the vibration at the B end.

第1の波長の光だけに着目すると、光ファイバケーブル202に入力される第1の波長の光が第1の区間のFGBに反射される反射率は、B端の振動に応じて変動する。その結果、光ファイバケーブル202の第1の区間を通過して加速度センサ102から出力される第1の波長の光の光量または強さは、B端の振動に応じて変動する。   Focusing only on the light of the first wavelength, the reflectance at which the light of the first wavelength input to the optical fiber cable 202 is reflected by the FGB in the first section varies according to the vibration at the B end. As a result, the light amount or intensity of the first wavelength light output from the acceleration sensor 102 through the first section of the optical fiber cable 202 varies according to the vibration at the B end.

なお、図3では、第1の区間の機能について説明したが、第2の区間も第1の区間と同様の動作により、光ファイバケーブル202の第2の区間を通過して加速度センサ102から出力される第2の波長の光の光量または強さは、D端の振動に応じて変動する。   In FIG. 3, the function of the first section has been described, but the second section also passes through the second section of the optical fiber cable 202 and outputs from the acceleration sensor 102 by the same operation as the first section. The light quantity or intensity of the second wavelength light that varies is varied in accordance with the vibration at the D end.

図4は、本実施例に係る加速度センサ102を用いた加速度の検出方法の概要について説明する図である。
図4に示す波形401は、重り205のx軸方向への振動の変位を時系列で示したものである。同様に、波形402は、重り206のy軸方向への振動の変位を時系列で示したものである。
FIG. 4 is a diagram for explaining the outline of the acceleration detection method using the acceleration sensor 102 according to this embodiment.
A waveform 401 shown in FIG. 4 shows the displacement of vibration of the weight 205 in the x-axis direction in time series. Similarly, the waveform 402 shows the vibration displacement of the weight 206 in the y-axis direction in time series.

例えば、重り205が振動しない場合、第1の区間を通過する多波長光のうち第1の波長の光は、第1の区間のFBG部によって反射される。しかし、重り205に加速度が加わり波形401のように振動すると、第1の区間のFBG部で第1の波長の光が反射される反射率が変動する。このときの第1の波長の光の強度を検出すると、反射率の変動に応じて振幅が変動する波形が得られる。そして、波形の振幅の中心値が変化する大きさから、加速度センサ102に加えられる加速度のうちx軸方向の加速度を求めることができる。   For example, when the weight 205 does not vibrate, the light having the first wavelength among the multi-wavelength light passing through the first section is reflected by the FBG section in the first section. However, when acceleration is applied to the weight 205 and it vibrates like the waveform 401, the reflectance at which the light of the first wavelength is reflected by the FBG portion in the first section varies. When the intensity of the light of the first wavelength at this time is detected, a waveform whose amplitude varies according to the variation in reflectance is obtained. Then, the acceleration in the x-axis direction among the accelerations applied to the acceleration sensor 102 can be obtained from the magnitude at which the central value of the amplitude of the waveform changes.

同様に、例えば、重り206が振動しない場合、第2の区間を通過する多波長光のうち第2の波長の光は、第2の区間のFBG部によって反射される。しかし、重り206に加速度が加わり波形402のように振動すると、第2の区間のFBG部で第2の波長の光が反射される反射率が変動する。このときの第1の波長の光の強度を検出すると、反射率の変動に応じて振幅が変動する波形が得られる。そして、波形の振幅の中心値が変化する大きさから、加速度センサ102に加えられる加速度のうちy軸方向の加速度を求めることができる。   Similarly, for example, when the weight 206 does not vibrate, the light having the second wavelength among the multi-wavelength light passing through the second section is reflected by the FBG section in the second section. However, when acceleration is applied to the weight 206 and vibrates like the waveform 402, the reflectance at which the light of the second wavelength is reflected by the FBG portion in the second section varies. When the intensity of the light of the first wavelength at this time is detected, a waveform whose amplitude varies according to the variation in reflectance is obtained. Then, the acceleration in the y-axis direction among the accelerations applied to the acceleration sensor 102 can be obtained from the magnitude at which the central value of the amplitude of the waveform changes.

図5は、本実施例に係る第1および第2の波長の光の強度の振幅の中心値について説明する図である。なお、図5では、一例として、図4に示したy軸方向に直進している、加速度センサ102が設置された車両が、減速しながら左旋回する場合について説明する。   FIG. 5 is a diagram illustrating the center value of the amplitude of the intensity of the first and second wavelengths according to the present embodiment. In FIG. 5, as an example, a case will be described in which the vehicle installed with the acceleration sensor 102 that travels straight in the y-axis direction shown in FIG. 4 turns left while decelerating.

なお、図5に示すXY座標は、第1の波長の光の強度をX軸に、第2の波長の光の強度をY軸にとった座標系である。
直進する車両を減速しながら左旋回すると、加速度センサ102から出力される第1の波長の光の強度と第2の波長の光の強度は、例えば、点A(a,b)を中心に振動する。
Note that the XY coordinates shown in FIG. 5 are a coordinate system in which the intensity of light of the first wavelength is taken on the X axis and the intensity of light of the second wavelength is taken on the Y axis.
When the vehicle traveling straight ahead is decelerated while turning left, the intensity of the first wavelength light and the intensity of the second wavelength light output from the acceleration sensor 102 oscillate around the point A (a, b), for example. To do.

この場合、加速度センサ102から出力される第1の波長の光の強度は、(a,0)を中心にX軸方向に振動する。X軸方向における振幅の中心(a,0)のX座標の値aが、X軸方向における振幅の中心値である。   In this case, the intensity of the light having the first wavelength output from the acceleration sensor 102 oscillates in the X-axis direction around (a, 0). The value a of the X coordinate of the center (a, 0) of the amplitude in the X axis direction is the center value of the amplitude in the X axis direction.

また、加速度センサ102から出力される第2の波長の光の強度は、(0,b)を中心にY軸方向に振動する。Y軸方向における振幅の中心(0,b)のY座標の値bが、Y軸方向における振幅の中心値である。   The intensity of the second wavelength light output from the acceleration sensor 102 oscillates in the Y-axis direction around (0, b). The Y-coordinate value b of the amplitude center (0, b) in the Y-axis direction is the center value of the amplitude in the Y-axis direction.

この状態からさらに、車両を減速し左旋回を行うと、加速度センサ102から出力される第1の波長の光の強度と第2の波長の光の強度は、例えば、点B(a’,b’)を中心に振動する。振幅の中心は、A(a,b)からB(a’,b’)に変位する。   When the vehicle is further decelerated from this state and the vehicle turns left, the intensity of the first wavelength light and the intensity of the second wavelength light output from the acceleration sensor 102 are, for example, points B (a ′, b ') Vibrates around. The center of the amplitude is displaced from A (a, b) to B (a ', b').

この場合、加速度センサ102から出力される第1の波長の光の強度は、(a’,0)を中心にX軸方向に振動する。X軸方向における振幅の中心(a’,0)のX座標の値a’が、X軸方向における振幅の中心値である。   In this case, the intensity of the light having the first wavelength output from the acceleration sensor 102 oscillates in the X-axis direction centering on (a ′, 0). The X coordinate value a ′ of the center (a ′, 0) of the amplitude in the X-axis direction is the center value of the amplitude in the X-axis direction.

また、加速度センサ102から出力される第2の波長の光の強度は、(0,b’)を中心にY軸方向に振動する。Y軸方向における振幅の中心(0,b’)のY座標の値b’が、Y軸方向における振幅の中心値である。   The intensity of the second wavelength light output from the acceleration sensor 102 oscillates in the Y-axis direction around (0, b '). The Y coordinate value b ′ of the amplitude center (0, b ′) in the Y-axis direction is the center value of the amplitude in the Y-axis direction.

振幅の中心が、A(a,b)からB(a’,b’)に変位するとき、X軸方向における振幅の中心値は、Δa=a’−aだけ変化する。この振幅の中心値の変化する大きさΔaから、加速度センサ102に加えられる加速度のうち図4に示したx軸方向の加速度を求めることができる。   When the center of amplitude is displaced from A (a, b) to B (a ′, b ′), the center value of the amplitude in the X-axis direction changes by Δa = a′−a. From the magnitude Δa at which the central value of the amplitude changes, the acceleration in the x-axis direction shown in FIG. 4 among the accelerations applied to the acceleration sensor 102 can be obtained.

また、振幅の中心が、A(a,b)からB(a’,b’)に変位するとき、Y軸方向における振幅の中心値は、Δb=b’−bだけ変化する。この振幅の中心値の変化する大きさΔbから、加速度センサ102に加えられる加速度のうち図4に示したy軸方向の加速度を求めることができる。   Further, when the center of the amplitude is displaced from A (a, b) to B (a ′, b ′), the center value of the amplitude in the Y-axis direction changes by Δb = b′−b. The acceleration in the y-axis direction shown in FIG. 4 among the accelerations applied to the acceleration sensor 102 can be obtained from the magnitude Δb at which the center value of the amplitude changes.

図6は、本実施例に係る加速度センサ102を用いた加速度の検出処理の具体例を示すフローチャートである。
なお、図6に示す処理は、加速度センサ102を、加速度センサ102の位置を示す座標系、すなわち、図2に示したxyz座標系のxy平面と地面とが平行となるように車両に取付けた場合について示している。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a specific example of acceleration detection processing using the acceleration sensor 102 according to the present embodiment.
In the process shown in FIG. 6, the acceleration sensor 102 is attached to the vehicle so that the coordinate system indicating the position of the acceleration sensor 102, that is, the xy plane of the xyz coordinate system shown in FIG. Shows about the case.

多波長発光装置101が、加速度センサ102に第1および第2の波長を含む多波長光を出力し、演算装置105が起動すると、加速度の検出処理が開始する(ステップS600)。   When the multi-wavelength light emitting device 101 outputs multi-wavelength light including the first and second wavelengths to the acceleration sensor 102 and the computing device 105 is activated, an acceleration detection process is started (step S600).

ステップS601aにおいて、演算装置105は、第1の波長の光の強度を分光器104から取得する。なお、ステップS601aの処理は、一定期間Tに指定回数行われる。第1の波長の光の強度を分光器104から取得すると、演算装置105は、演算装置105に備わる記憶装置等に、取得した第1の波長の光の強度を記憶する。ステップS601aの処理により、例えば、図7に示す波形701の離散的な値を取得することができる。   In step S601a, the arithmetic unit 105 acquires the intensity of the first wavelength light from the spectrometer 104. Note that the process of step S601a is performed a specified number of times in a certain period T. When the light intensity of the first wavelength is acquired from the spectroscope 104, the arithmetic device 105 stores the acquired light intensity of the first wavelength in a storage device or the like provided in the arithmetic device 105. Through the processing in step S601a, for example, discrete values of the waveform 701 shown in FIG. 7 can be acquired.

ステップS602aにおいて、演算装置105は、ステップS601aの処理で取得した第1の波長の光の強度から、XY座標におけるX軸方向の振幅とその中心を算出する。例えば、ステップS601aの処理で取得した第1の波長の光の強度の平均値から振幅の中心を求めることができる。また、ステップS601aの処理で取得した第1の波長の光の強度の最大値と中心との差から振幅を求めることができる。   In step S602a, the arithmetic unit 105 calculates the amplitude in the X-axis direction and the center thereof in the XY coordinates from the light intensity of the first wavelength acquired in the process in step S601a. For example, the center of the amplitude can be obtained from the average value of the light intensity of the first wavelength acquired in the process of step S601a. In addition, the amplitude can be obtained from the difference between the maximum value of the intensity of the light of the first wavelength acquired in the process of step S601a and the center.

一方、ステップS601bにおいて、演算装置105は、第2の波長の光の強度を分光器104から取得する。ステップS601bの処理は、ステップS601aと同様に、一定期間Tに指定回数行われる。第2の波長の光の強度を分光器104から取得すると、演算装置105は、演算装置105に備わる記憶装置等に、取得した第2の波長の光の強度を記憶する。ステップS601bの処理により、例えば、図7に示す波形702の離散的な値を取得することができる。   On the other hand, in step S601b, the arithmetic unit 105 acquires the intensity of the second wavelength light from the spectrometer 104. The process in step S601b is performed a specified number of times during a certain period T, as in step S601a. When the light intensity of the second wavelength is acquired from the spectroscope 104, the arithmetic device 105 stores the acquired light intensity of the second wavelength in a storage device or the like provided in the arithmetic device 105. With the processing in step S601b, for example, discrete values of the waveform 702 shown in FIG. 7 can be acquired.

ステップS602bにおいて、演算装置105は、ステップS601bの処理で取得した第2の波長の光の強度から、XY座標におけるY軸方向の振幅とその中心を算出する。例えば、ステップS601bの処理で取得した第2の波長の光の強度の平均値から振幅の中心を求めることができる。また、ステップS601bの処理で取得した第2の波長の光の強度の最大値と中心との差から振幅を求めることができる。   In step S602b, the arithmetic unit 105 calculates the amplitude in the Y-axis direction and the center thereof in the XY coordinates from the light intensity of the second wavelength acquired in the process of step S601b. For example, the center of the amplitude can be obtained from the average value of the light intensity of the second wavelength acquired in the process of step S601b. Further, the amplitude can be obtained from the difference between the maximum value of the light intensity of the second wavelength acquired in the process of step S601b and the center.

ステップS603において、演算装置105は、ステップS602aで求めたX軸方向の振幅および中心から、図5に示したXY平面上のX座標を決定する。
また、演算装置105は、S602bで求めたY軸方向の振幅および中心から、図5に示したXY平面上のY座標を決定する。
In step S603, the arithmetic unit 105 determines the X coordinate on the XY plane shown in FIG. 5 from the amplitude and center in the X-axis direction obtained in step S602a.
Further, the computing device 105 determines the Y coordinate on the XY plane shown in FIG. 5 from the amplitude and center in the Y-axis direction obtained in S602b.

ステップS604において、演算装置105は、ステップS602aおよびS602bで求めた中心値が変化する大きさから加速度を算出する。
ステップS605において、演算装置105は、ステップS604で求めた加速度から、前回求めた車両の位置を基準とする現在の車両の相対位置(座標)を算出する。この算出した車両の相対位置(座標)は、前回求めた車両の位置からの移動量を表すベクトルで表すことができる。
In step S604, the arithmetic unit 105 calculates the acceleration from the magnitude at which the center value obtained in steps S602a and S602b changes.
In step S605, the arithmetic unit 105 calculates the current relative position (coordinates) of the vehicle based on the previously determined vehicle position from the acceleration calculated in step S604. The calculated relative position (coordinates) of the vehicle can be expressed by a vector representing the amount of movement from the previously determined position of the vehicle.

ステップS606において、演算装置105は、ステップS605で求めたベクトルで表される車両の相対位置(座標)の絶対値を求める。本実施例では、簡単のために、車両の相対位置の変化量を「車両の移動量」として使用する。   In step S606, the arithmetic unit 105 obtains the absolute value of the relative position (coordinates) of the vehicle represented by the vector obtained in step S605. In this embodiment, for the sake of simplicity, the amount of change in the relative position of the vehicle is used as the “movement amount of the vehicle”.

ステップS607において、演算装置105は、あらかじめ決められたリミット値と、ステップS606で求めた車両の移動量と、の差Cを算出する。
本実施形態において、ステップS608において、差Cが0より大きい場合(ステップS608 YES)、演算装置105は、正常であると判断して処理をステップS601aおよびS601bに移行する。また、差Cが0以下の場合(ステップS608 NO)、演算装置105は、異常が発生したと判断して処理をステップS609に移行する。
In step S607, the arithmetic unit 105 calculates a difference C between the predetermined limit value and the vehicle movement amount obtained in step S606.
In the present embodiment, if the difference C is greater than 0 in step S608 (YES in step S608), the arithmetic unit 105 determines that it is normal and shifts the processing to steps S601a and S601b. If the difference C is 0 or less (NO in step S608), the arithmetic unit 105 determines that an abnormality has occurred and moves the process to step S609.

ステップS609において、演算装置105は、車両に対して、異常を回避するための運転制御を行う。例えば、車両のタイヤが路面に対してスリップする等の異常が発生すると推測される車両の移動量を、あらかじめリミット値として指定した場合、演算装置105は、ステップS609において、車両の速度の減速処理などの運転制御を行う。   In step S609, the arithmetic unit 105 performs operation control for avoiding an abnormality on the vehicle. For example, when the movement amount of the vehicle, which is estimated to cause an abnormality such as the vehicle tire slipping on the road surface, is designated as a limit value in advance, the arithmetic device 105 decelerates the vehicle speed in step S609. Perform operational control.

なお、図6では、ステップS608において差Cが0より大きい場合に演算装置105は正常であると判断する場合に限らない。必要に応じて、例えば、差Cが0より小さい場合に正常と判断されてもよい。   In FIG. 6, the calculation device 105 is not limited to the case where it is determined that the calculation unit 105 is normal when the difference C is larger than 0 in step S608. As necessary, for example, when the difference C is smaller than 0, it may be determined to be normal.

図7および図8は、図5に示したXY平面上での振幅の中心値の変位量・変位方向に基づいて、加速、減速方向や大きさを視覚的に把握する例として、本実施例に係る加速度の検出方法にリサージュ曲線を用いた場合について説明する図である。   7 and 8 show the present embodiment as an example of visually grasping the acceleration / deceleration direction and magnitude based on the displacement amount / displacement direction of the center value of the amplitude on the XY plane shown in FIG. It is a figure explaining the case where a Lissajous curve is used for the detection method of the acceleration which concerns on.

図7に示す波形701は、加速度センサ102が出力する多波長光のうち第1の波長の光の強度をX軸上に対応付けて時系列で示したものである。同様に、波形702は、加速度センサ102が出力する多波長光のうち第2の波長の光の強度をY軸上に対応付けて時系列で示したものである。   A waveform 701 shown in FIG. 7 shows the intensity of light of the first wavelength in the multi-wavelength light output from the acceleration sensor 102 in time series in association with the X-axis. Similarly, a waveform 702 shows the intensity of the second wavelength light among the multi-wavelength light output from the acceleration sensor 102 in time series in association with the Y axis.

第1の波長の光の波形701と、第2の波長の光の波形702と、からXY平面上にリサージュ曲線703を求めることができる。リサージュ曲線703は、例えば、図7に示すように円形または略円形となる。このリサージュ曲線703の中心点Pの変位によりセンサ102に加えられた力の向きを求めることができる。また、中心点Pの移動する速度からセンサ102に加えられた加速度を求めることができる。   A Lissajous curve 703 can be obtained on the XY plane from the waveform 701 of the first wavelength light and the waveform 702 of the second wavelength light. The Lissajous curve 703 is, for example, circular or substantially circular as shown in FIG. The direction of the force applied to the sensor 102 can be determined by the displacement of the center point P of the Lissajous curve 703. Further, the acceleration applied to the sensor 102 can be obtained from the moving speed of the center point P.

図8は、センサ102を取付けた対象物の運動と、センサ102から求められる図7に示したXY座標系の中心点Pと、の関係を示している。なお、センサ102を取付けた対象物は単に「対象物」という。また、図8に示すXY座標系の原点をOとする。   FIG. 8 shows the relationship between the motion of the object to which the sensor 102 is attached and the center point P of the XY coordinate system shown in FIG. The object to which the sensor 102 is attached is simply referred to as “object”. Further, the origin of the XY coordinate system shown in FIG.

図8に示すリサージュ曲線801〜807は、センサ102を、加速度センサ102の位置を示す座標系、すなわち、図2に示したxyz座標系のxy平面と地面とが平行となるように対象物に取付けた場合について示している。y軸(+)方向への対象物の移動を前進、y軸(−)方向への対象物の移動は後進とする。   The Lissajous curves 801 to 807 shown in FIG. 8 place the sensor 102 on the object so that the coordinate system indicating the position of the acceleration sensor 102, that is, the xy plane of the xyz coordinate system shown in FIG. It shows the case of mounting. The movement of the object in the y-axis (+) direction is forward, and the movement of the object in the y-axis (−) direction is backward.

なお、xyz座標系は、センサ102、すなわちセンサ102が取付けられた対象物の位置を示す座標系であり、XY座標系は、図7に示したリサージュ曲線703を示す座標系であることに留意されたい。   Note that the xyz coordinate system is a coordinate system indicating the position of the sensor 102, that is, the object to which the sensor 102 is attached, and the XY coordinate system is a coordinate system indicating the Lissajous curve 703 shown in FIG. I want to be.

リサージュ曲線801は、対象物が停止している状態、または、等速度運動をしている状態の時に得られるリサージュ曲線の例である。したがって、例えば、加速度センサ102は、リサージュ曲線801の場合に、等速度運動を検出することができる。   The Lissajous curve 801 is an example of a Lissajous curve obtained when the object is in a stopped state or in a state where it is moving at a constant velocity. Therefore, for example, in the case of the Lissajous curve 801, the acceleration sensor 102 can detect a uniform motion.

リサージュ曲線802は、対象物に対してy軸(+)方向に加速度が加えられた状態、または、y軸(−)方向の等速度運動から減速度運動に移行した状態のときに得られるリサージュ曲線の例である。したがって、例えば、加速度センサ102は、リサージュ曲線802の場合に、対象物の加速度運動を検出することができる。   The Lissajous curve 802 is a Lissajous obtained when acceleration is applied to the object in the y-axis (+) direction, or when shifting from a constant velocity motion in the y-axis (−) direction to a deceleration motion. It is an example of a curve. Therefore, for example, in the case of the Lissajous curve 802, the acceleration sensor 102 can detect the acceleration motion of the object.

リサージュ曲線803は、対象物に対してy軸(−)方向に加速度が加えられた状態、または、y軸(+)方向の等速度運動から減速度運動に移行した状態のときに得られるリサージュ曲線の例である。したがって、例えば、加速度センサ102は、リサージュ曲線803の場合に、対象物の減速度運動を検出することができる。   The Lissajous curve 803 is a Lissajous obtained when acceleration is applied to the object in the y-axis (−) direction, or when moving from a constant-velocity motion in the y-axis (+) direction to a deceleration motion. It is an example of a curve. Therefore, for example, in the case of the Lissajous curve 803, the acceleration sensor 102 can detect the deceleration motion of the object.

リサージュ曲線804は、対象物に対してx軸(−)方向に加速度が加えられた状態、または、x軸(+)方向の等速度運動から減速度運動に移行した状態のときに得られるリサージュ曲線の例である。したがって、例えば、加速度センサ102は、リサージュ曲線804の場合に、対象物の左旋回運動を検出することができる。   The Lissajous curve 804 is a Lissajous obtained when acceleration is applied to the object in the x-axis (−) direction, or when moving from a constant velocity motion in the x-axis (+) direction to a deceleration motion. It is an example of a curve. Therefore, for example, in the case of the Lissajous curve 804, the acceleration sensor 102 can detect the left turning motion of the object.

リサージュ曲線805は、対象物に対してx軸(+)方向に加速度が加えられた状態、または、x軸(−)方向の等速度運動から減速度運動に移行した状態のときに得られるリサージュ曲線の例である。したがって、例えば、加速度センサ102は、リサージュ曲線805の場合に、対象物の右旋回運動を検出することができる。   The Lissajous curve 805 is a Lissajous obtained when acceleration is applied to the object in the x-axis (+) direction or when a transition is made from constant velocity motion in the x-axis (−) direction to deceleration motion. It is an example of a curve. Therefore, for example, in the case of the Lissajous curve 805, the acceleration sensor 102 can detect the right turning motion of the object.

リサージュ曲線806は、対象物に対してx軸(−)方向とy軸(+)方向に加速度が加えられた状態、または、x軸(+)方向かつy軸(−)方向の等速度運動から減速度運動に移行した状態のときに得られるリサージュ曲線の例である。したがって、例えば、加速度センサ102は、リサージュ曲線806の場合に、対象物の左旋回加速運動を検出することができる。   The Lissajous curve 806 is a state in which acceleration is applied to the object in the x-axis (−) direction and the y-axis (+) direction, or constant velocity motion in the x-axis (+) direction and the y-axis (−) direction. It is an example of a Lissajous curve obtained when it is in the state which shifted to deceleration movement from. Therefore, for example, in the case of the Lissajous curve 806, the acceleration sensor 102 can detect the left turning acceleration motion of the object.

リサージュ曲線807は、対象物に対してx軸(+)方向とy軸(+)方向に加速度が加えられた状態、または、x軸(−)方向かつy軸(−)方向の等速度運動から減速度運動に移行した状態のときに得られるリサージュ曲線の例である。したがって、例えば、加速度センサ102は、リサージュ曲線807の場合に、対象物の右旋回加速運動を検出することができる。   The Lissajous curve 807 is a state where acceleration is applied to the object in the x-axis (+) direction and the y-axis (+) direction, or constant velocity motion in the x-axis (−) direction and the y-axis (−) direction. It is an example of a Lissajous curve obtained when it is in the state which shifted to deceleration movement from. Therefore, for example, in the case of the Lissajous curve 807, the acceleration sensor 102 can detect the right turn acceleration motion of the object.

以下に、本実施例に係る加速度センサ102の構成の変形例を示す。
図9は、本実施例に係る加速度センサ102の構成の第1の変形例を示す図である。
図9に示す加速度センサ900は、図2に示した構成に加えて、固定部材901をさらに備える。
Below, the modification of the structure of the acceleration sensor 102 which concerns on a present Example is shown.
FIG. 9 is a diagram illustrating a first modification of the configuration of the acceleration sensor 102 according to the present embodiment.
The acceleration sensor 900 shown in FIG. 9 further includes a fixing member 901 in addition to the configuration shown in FIG.

固定部材901は、固定部材901の一端がフレーム201に固定され、他端が重り205−重り206間の光ファイバケーブル202に固定されている。固定部材901は、剛体であることが望ましい。固定部材901により、重り205の振動が第2の区間に伝搬することを防止するとともに、重り206の振動が第1の区間に伝搬することを防止する。すなわち、向い合って配置された重りの振動が隣り合うFBG部間に伝搬されるのを抑制することができる。   The fixing member 901 has one end of the fixing member 901 fixed to the frame 201 and the other end fixed to the optical fiber cable 202 between the weight 205 and the weight 206. The fixing member 901 is desirably a rigid body. The fixing member 901 prevents the vibration of the weight 205 from propagating to the second section and prevents the vibration of the weight 206 from propagating to the first section. That is, it is possible to suppress the vibration of the weights arranged facing each other from being propagated between adjacent FBG portions.

図10は、本実施例に係る加速度センサ102の構成の第2の変形例を示す図である。図10に示す加速度センサ1000は、フレーム201の代わりに対象物の一部1001、例えばECU(Engine Control Unit)などのフレームや車体のボディの一部を使用している。   FIG. 10 is a diagram illustrating a second modification of the configuration of the acceleration sensor 102 according to the present embodiment. An acceleration sensor 1000 shown in FIG. 10 uses a part 1001 of an object, for example, a frame such as an ECU (Engine Control Unit) or a part of a body of a vehicle body instead of the frame 201.

本実施例に係る加速度センサ102は、特定の方向の加速度だけを検出する加速度センサに応用することができる。図11に、特定の方向の加速度だけを検出する加速度センサの構成例を示す。   The acceleration sensor 102 according to the present embodiment can be applied to an acceleration sensor that detects only acceleration in a specific direction. FIG. 11 shows a configuration example of an acceleration sensor that detects only acceleration in a specific direction.

加速度センサ1100は、フレーム1101と、光ファイバケーブル1102と、板バネ1103と、重り1104と、を備える。
フレーム1101は、加速度センサ1100の一部または全部を包含する中空構造の筐体である。フレーム1101は、剛体であることが望ましい。
The acceleration sensor 1100 includes a frame 1101, an optical fiber cable 1102, a leaf spring 1103, and a weight 1104.
The frame 1101 is a hollow housing that includes part or all of the acceleration sensor 1100. The frame 1101 is preferably a rigid body.

光ファイバケーブル1102は、第3の区間に対してFBG加工が施された光ファイバケーブルである。このFBG加工により、第3の区間では、光ファイバケーブル1102のコア部に加わる応力に応じて特定の波長の光の一部または全部が反射される結果、特定の波長の光が減衰する。   The optical fiber cable 1102 is an optical fiber cable in which FBG processing is performed on the third section. By this FBG processing, in the third section, a part or all of the light having a specific wavelength is reflected according to the stress applied to the core portion of the optical fiber cable 1102, and as a result, the light having a specific wavelength is attenuated.

光ファイバケーブル1102には、第3の区間に沿って、ポリイミドなどの樹脂でできた板バネ1103が固定されている。このとき、第3の区間の光ファイバケーブル1102が直線状に保持されるように、板バネ1103が固定されることが望ましい。   A leaf spring 1103 made of resin such as polyimide is fixed to the optical fiber cable 1102 along the third section. At this time, it is desirable that the leaf spring 1103 is fixed so that the optical fiber cable 1102 in the third section is held linearly.

第3の区間の固定端、すなわち板バネ1103のE端は、第3の区間の光ファイバケーブル1102がx軸と平行、かつ、板バネ1103がなす平面とxy平面とが平行となるように、フレーム1101に固定されている。   The fixed end of the third section, that is, the E end of the leaf spring 1103 is such that the optical fiber cable 1102 in the third section is parallel to the x axis, and the plane formed by the leaf spring 1103 is parallel to the xy plane. The frame 1101 is fixed.

第3の区間の自由端、すなわち板バネ1103のF端には、振動用の重り1104が固定されている。重り1104が固定されたF端は、板バネ1103により、xz平面上の一定範囲を振動する。微少な振動の場合、重り1104が固定されたF端は、z軸方向に振動すると近似することができる。   A vibration weight 1104 is fixed to the free end of the third section, that is, the F end of the leaf spring 1103. The F end to which the weight 1104 is fixed vibrates in a certain range on the xz plane by the leaf spring 1103. In the case of minute vibrations, it can be approximated that the F end to which the weight 1104 is fixed vibrates in the z-axis direction.

したがって、光ファイバケーブル1102は、z軸方向の加速度を受けたときにだけ、第3の区間で光ファイバケーブル202のコア部に応力が発生し、特定の波長の光を減衰させる。このとき光ファイバケーブル1102から出力される特定の波長の光の強度を検出することにより、特定の方向、例えば、z軸方向の加速度だけを検出することが可能となる。   Therefore, only when the optical fiber cable 1102 receives acceleration in the z-axis direction, stress is generated in the core portion of the optical fiber cable 202 in the third section, and light of a specific wavelength is attenuated. At this time, by detecting the intensity of light of a specific wavelength output from the optical fiber cable 1102, it is possible to detect only the acceleration in a specific direction, for example, the z-axis direction.

図12は、本実施例に係る加速度センサの応用例を示す図である。なお、図12では、各センサの配置の見易さを優先するため、各センサ間を接続する光ファイバケーブルが省略されているが、これに限定する趣旨ではない。   FIG. 12 is a diagram illustrating an application example of the acceleration sensor according to the present embodiment. In FIG. 12, the optical fiber cable connecting the sensors is omitted in order to prioritize the visibility of the arrangement of the sensors. However, the present invention is not limited to this.

図12に示す車両1200には、図11に示した3つの加速度センサを含む3軸センサ(ヨーレートセンサ)が取り付けられている。図12に示す3つの加速度センサのうち、加速度センサ1201および1202は、車両の旋回時の加速度、例えば、図12に示すz軸方向への加速度を検出する旋回センサとして使用される。以下、加速度センサ1201を「旋回センサ1201」、加速度センサ1202を「旋回センサ1202」という。   A three-axis sensor (yaw rate sensor) including the three acceleration sensors shown in FIG. 11 is attached to the vehicle 1200 shown in FIG. Of the three acceleration sensors shown in FIG. 12, the acceleration sensors 1201 and 1202 are used as turning sensors that detect acceleration when the vehicle turns, for example, acceleration in the z-axis direction shown in FIG. Hereinafter, the acceleration sensor 1201 is referred to as a “turn sensor 1201”, and the acceleration sensor 1202 is referred to as a “turn sensor 1202”.

また、図12に示す3つの加速度センサのうち、加速度センサ1203は、車両の前後方向の加速度、例えば、図12に示すx軸方向への加速度を検出する加速度センサとして使用される。   Of the three acceleration sensors shown in FIG. 12, the acceleration sensor 1203 is used as an acceleration sensor that detects the acceleration in the front-rear direction of the vehicle, for example, the acceleration in the x-axis direction shown in FIG.

ここで、旋回センサ1201は、車両の重心Gより前方に配置される。また、旋回センサ1202は、車両の重心Gより後方に配置される。これは、以下の理由からである。
車両が通常の旋回を行う場合、車両のどの位置においてもほぼ同じ旋回力が発生する。しかし、車両がスライド・スピンモードの状態となった場合、旋回の中心、すなわち、車両の重心の前後で旋回力の発生量が異なる。この場合、車両の重心の前後に旋回センサ1201および1202を配置することにより、車両の前後に発生する旋回力の差や方向の差を測定することができる。その結果、車両の旋回時の安定性(ヨーレート)の検出をより簡単に行うことができる。
Here, the turning sensor 1201 is disposed in front of the center of gravity G of the vehicle. Further, the turning sensor 1202 is arranged behind the center of gravity G of the vehicle. This is for the following reason.
When the vehicle turns normally, almost the same turning force is generated at any position of the vehicle. However, when the vehicle is in the slide / spin mode, the amount of turning force generated differs at the center of turning, that is, before and after the center of gravity of the vehicle. In this case, by disposing the turning sensors 1201 and 1202 before and after the center of gravity of the vehicle, it is possible to measure a difference in turning force and a difference in direction generated before and after the vehicle. As a result, the stability (yaw rate) during turning of the vehicle can be detected more easily.

以上の説明において、本実施例に係る加速度センサを用いた加速度の検出方法では、加速度センサ102および103が減衰して出力する第1乃至第4の波長の光を使用した場合を説明した。しかし、本実施例に係る加速度センサを用いた加速度の検出方法は、加速度センサ102および103が反射する反射光を使用することも可能である。この場合、例えば、加速度センサ102の第1の区間で反射する波長の光を第1の波長の光とし、第2の区間で反射する波長の光を第2の波長とすればよい。   In the above description, in the acceleration detection method using the acceleration sensor according to the present embodiment, the case where the first to fourth light beams attenuated and output by the acceleration sensors 102 and 103 is used has been described. However, the acceleration detection method using the acceleration sensor according to the present embodiment can use reflected light reflected by the acceleration sensors 102 and 103. In this case, for example, light having a wavelength reflected in the first section of the acceleration sensor 102 may be set as light having the first wavelength, and light having a wavelength reflected in the second section may be set as the second wavelength.

以上に説明したように、本実施例に係る加速度センサ102および103は、図2に示したように、光ファイバケーブル202と、板バネ203および204と、重り205及び206と、により実現することができる。このように、本実施例によると、加速度センサの構造を簡潔にすることが可能となる。したがって、加速度センサの小型化も容易となる。   As described above, the acceleration sensors 102 and 103 according to the present embodiment are realized by the optical fiber cable 202, the leaf springs 203 and 204, and the weights 205 and 206, as shown in FIG. Can do. Thus, according to the present embodiment, the structure of the acceleration sensor can be simplified. Therefore, the acceleration sensor can be easily downsized.

また、例えば、加速度検出装置100は、加速度センサ102および103の内部に備わる光ファイバケーブルと、多波長発光装置101−加速度センサ102間、加速度センサ102−加速度センサ103間および加速度センサ103−分光器104間を接続する光ケーブルと、をひと続きの光ファイバケーブルで実現することができる。すなわち、1つの光ファイバケーブルに複数の加速度センサを備えることが可能となる。   Further, for example, the acceleration detecting device 100 includes an optical fiber cable provided in the acceleration sensors 102 and 103, a multi-wavelength light emitting device 101-acceleration sensor 102, an acceleration sensor 102-acceleration sensor 103, and an acceleration sensor 103-spectrometer. The optical cable connecting between the 104 can be realized by a series of optical fiber cables. That is, it becomes possible to provide a plurality of acceleration sensors in one optical fiber cable.

このように、本実施例によると、複数の加速度センサやFBGセンサを使用した場合であっても、配線類が増えることがない。また、光源も1つでよい。その結果、簡潔な構造の加速度検出装置を実現することが可能となる。したがって、加速度検出装置の小型化も容易となる。   Thus, according to the present embodiment, the number of wirings does not increase even when a plurality of acceleration sensors and FBG sensors are used. Also, only one light source is required. As a result, it is possible to realize an acceleration detection device having a simple structure. Therefore, the acceleration detection device can be easily downsized.

なお、全てのFBG部に重りが取り付けられていなくてもよく、例えば、一部のFBG部が既知の歪みセンサあるいは衝撃センサとして用いられていてもよい。その場合、少なくとも2以上のFBG部に重りが取り付けられ、本発明のセンサとして用いられていればよい。   It should be noted that the weights may not be attached to all the FBG units, and for example, some FBG units may be used as known strain sensors or impact sensors. In that case, a weight may be attached to at least two or more FBG portions and used as a sensor of the present invention.

また、隣り合う区間のFBG部を接続する光ファイバケーブル202の長さは、重り205の振動が第2の区間のFBG部に、または、重り206の振動が第1の区間のFBG部に、伝搬されない程度に十分な長さが確保されている。これにより、一方の重りの振動が他方の重りが取り付けられた区間のFBG部に伝播されることを防止することができる。その結果、隣り合う区間のFBG部の振動がそれぞれの区間に取り付けられた重りの規制された方向以外の振動に影響されることを防止することが可能となる。   In addition, the length of the optical fiber cable 202 connecting the FBG portions in adjacent sections is such that the vibration of the weight 205 is in the FBG section in the second section, or the vibration of the weight 206 is in the FBG section in the first section. Sufficient length is secured to prevent propagation. Thereby, it is possible to prevent the vibration of one weight from being propagated to the FBG portion of the section to which the other weight is attached. As a result, it is possible to prevent the vibrations of the FBG portions in the adjacent sections from being influenced by vibrations other than the restricted direction of the weight attached to each section.

また、加速度検出装置100は、点B(a’,b’)と、前回求めた点A(a,b)と、の差分から加速度を算出する(ステップS604)。その結果、加速度検出装置は、補正に必要な回路等の装置が不要となる。なお、点Aは、点Bを求めた時点を現在とした場合における過去に求めた点ということができる。したがって、本実施例によれば、現在求めた点Bと過去に求めた点Aのように少なくとも2点から加速度を算出するということができる。また、加速度センサ102は、第1の区間におけるFBG部の長手方向と、第2の区間におけるFBG部の長手方向と、が異なる向きに配置されている。本実施例において第1の区間におけるFBG部の長手方向と、第2の区間におけるFBG部の長手方向とは90度異なる向きに配置されているので、第1の区間におけるFBG部の長手方向と、第2の区間におけるFBG部の長手方向と、で決まる2次元での加速度を検出することができる。   Further, the acceleration detection apparatus 100 calculates the acceleration from the difference between the point B (a ′, b ′) and the previously obtained point A (a, b) (step S604). As a result, the acceleration detection device does not require a device such as a circuit necessary for correction. Note that the point A can be said to be a point obtained in the past when the point in time when the point B is obtained is the current point. Therefore, according to the present embodiment, it can be said that acceleration is calculated from at least two points, such as the point B currently obtained and the point A obtained in the past. Further, the acceleration sensor 102 is arranged in a direction in which the longitudinal direction of the FBG portion in the first section is different from the longitudinal direction of the FBG section in the second section. In the present embodiment, since the longitudinal direction of the FBG portion in the first section and the longitudinal direction of the FBG section in the second section are arranged at 90 degrees different from each other, the longitudinal direction of the FBG section in the first section The acceleration in two dimensions determined by the longitudinal direction of the FBG portion in the second section can be detected.

また、重りの取り付けられたFBG部が異なる方向に配置される場合に限らない。例えば第1の区間におけるFBG部の長手方向と第2の区間におけるFBG部の長手方向との成す角度が180度であるように配置されてもよい、つまり、少なくとも2以上のFBG部の長手方向が同じ方向であるように配置されてもよい。長手方向が同じ方向に配置されたFBG部において、梁部材が少なくともFBG部に対して異なる側に備えられる場合、同一直線上の異なる変動を検知することができる。   Moreover, it is not restricted to when the FBG part to which the weight was attached is arrange | positioned in a different direction. For example, the angle formed by the longitudinal direction of the FBG part in the first section and the longitudinal direction of the FBG part in the second section may be 180 degrees, that is, the longitudinal direction of at least two or more FBG parts. May be arranged in the same direction. In the FBG portions arranged in the same longitudinal direction, when the beam member is provided on a different side at least with respect to the FBG portion, different fluctuations on the same straight line can be detected.

また、例えば、加速度センサ102の板バネ203は、第1の区間の光ファイバケーブル202がy軸と平行、かつ、板バネ203がなす平面とxy平面とが垂直となるように、フレーム201に固定されている。これにより、第1区間の光ファイバケーブル202の振動を、xy平面内の一定範囲であって、近似的にはx軸方向に制限することが可能となる。   Further, for example, the leaf spring 203 of the acceleration sensor 102 is attached to the frame 201 so that the optical fiber cable 202 in the first section is parallel to the y axis and the plane formed by the leaf spring 203 and the xy plane are perpendicular to each other. It is fixed. Thereby, it is possible to limit the vibration of the optical fiber cable 202 in the first section within a certain range in the xy plane and approximately in the x-axis direction.

同様に、加速度センサ102の板バネ204は、第2の区間の光ファイバケーブル202がx軸と平行、かつ、板バネ203がなす平面とxy平面とが垂直となるように、フレーム201に固定されている。これにより、第2区間の光ファイバケーブル202の振動を、xy平面内の一定範囲であって近似的にはy軸方向に制限することが可能となる。   Similarly, the leaf spring 204 of the acceleration sensor 102 is fixed to the frame 201 so that the optical fiber cable 202 in the second section is parallel to the x axis and the plane formed by the leaf spring 203 and the xy plane are perpendicular to each other. Has been. As a result, the vibration of the optical fiber cable 202 in the second section can be limited to a certain range in the xy plane and approximately in the y-axis direction.

その結果、加速度センサ102の第1の区間および第2の区間に板バネを使用することにより、例えば、図2に示すようにxy平面に平行に設置された加速度センサ102は、z軸方向に加わる加速度の影響を受けずに、x軸方向またはy軸方向またはその両方に加わる加速度だけを検出することが可能となる。   As a result, by using leaf springs in the first section and the second section of the acceleration sensor 102, for example, the acceleration sensor 102 installed parallel to the xy plane as shown in FIG. Only the acceleration applied to the x-axis direction and / or the y-axis direction can be detected without being affected by the applied acceleration.

また、加速度センサ102の第1の区間と第2の区間との間に固定部材901を備えることにより、重り205の振動が第2の区間に伝搬することを防止するとともに、重り206の振動が第1の区間に伝搬することを防止することが可能となる。   Further, by providing the fixing member 901 between the first section and the second section of the acceleration sensor 102, the vibration of the weight 205 is prevented from propagating to the second section, and the vibration of the weight 206 is prevented. Propagation to the first section can be prevented.

フレーム201を用いることにより、加速度センサ102に含まれるFBG部と重りを1つのユニットとして対象物に取り付けることが可能となる。   By using the frame 201, the FBG part and the weight included in the acceleration sensor 102 can be attached to the object as one unit.

100 ・・・ 加速度検出装置
101 ・・・ 多波長発光装置
102 ・・・ 加速度センサ
103 ・・・ 加速度センサ
104 ・・・ 分光器
105 ・・・ 演算装置
110〜112 ・・・ 光ファイバケーブル
201 ・・・フレーム
202 ・・・光ファイバケーブル
203 ・・・板バネ
204 ・・・板バネ
205 ・・・重り
206 ・・・重り
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Acceleration detection apparatus 101 ... Multi-wavelength light-emitting device 102 ... Acceleration sensor 103 ... Acceleration sensor 104 ... Spectroscope 105 ... Arithmetic apparatus 110-112 ... Optical fiber cable 201 ..Frame 202 ... Optical fiber cable 203 ... Leaf spring 204 ... Leaf spring 205 ... Weight 206 ... Weight

Claims (10)

FBG(Fiber Bragg Grating)加工された複数のFBG部を有する光ファイバケーブルと、
重りの振動方向を規制可能に、少なくとも2以上の前記FBG部に沿って設けられ、一方の端部である固定端で固定された梁部材と、
少なくとも2以上の前記梁部材の他方の端部である自由端に取り付けられた重りと、
を備え、
前記FBG部はそれぞれ異なる反射光波長に加工されている、
ことを特徴とするセンサ。
An optical fiber cable having a plurality of FBG parts processed by FBG (Fiber Bragg Grating);
A beam member provided along at least two or more of the FBG portions so as to be able to regulate the vibration direction of the weight, and fixed at a fixed end that is one end;
A weight attached to a free end that is the other end of at least two of the beam members;
With
The FBG portions are processed to different reflected light wavelengths,
A sensor characterized by that.
前記FBG部のうち、前記光ファイバケーブルの線上において前記重りが向き合って配置されている一対のFBG部がある場合において、前記一対のFBG部の間を接続する前記光ファイバケーブルの長さは、前記一対のFBG部に取り付けられている前記重りの間の直線間隔より長い、ことを特徴とする請求項1に記載のセンサ。   Among the FBG portions, when there is a pair of FBG portions arranged with the weights facing each other on a line of the optical fiber cable, the length of the optical fiber cable connecting the pair of FBG portions is: The sensor according to claim 1, wherein the sensor is longer than a linear interval between the weights attached to the pair of FBG portions. 少なくとも2以上の前記重りの取り付けられた前記FBG部は異なる方向に配置される、
ことを特徴とする請求項1あるいは2に記載のセンサ。
The FBG parts to which at least two or more weights are attached are arranged in different directions;
The sensor according to claim 1 or 2, wherein
少なくとも2以上の前記重りの取り付けられた前記FBG部は直交する方向に配置される、
ことを特徴とする請求項3に記載のセンサ。
The FBG portion to which at least two or more weights are attached is disposed in a direction orthogonal to each other.
The sensor according to claim 3.
前記梁部材は、前記FBG部に沿う方向に対して垂直方向の断面形状が長軸および短軸を有する部材である、
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のセンサ。
The beam member is a member whose cross-sectional shape in a direction perpendicular to the direction along the FBG portion has a major axis and a minor axis.
The sensor of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
前記光ファイバケーブルの線上において向き合って配置された重りの間に配置され、前記光ファイバケーブルを固定可能な固定部材をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のセンサ。
A fixing member arranged between weights arranged facing each other on a line of the optical fiber cable and capable of fixing the optical fiber cable;
The sensor of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
前記梁部材の前記固定端を固定する支持部材をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のセンサ。
A support member for fixing the fixed end of the beam member;
The sensor of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
前記光ファイバケーブルに多波長光を入力する光源部と、
前記FBG部からの出力波形を取得する演算装置と、
をさらに備える請求項1〜7のいずれか1項に記載のセンサユニット。
A light source unit for inputting multi-wavelength light into the optical fiber cable;
An arithmetic unit for obtaining an output waveform from the FBG unit;
The sensor unit according to claim 1, further comprising:
請求項1から7のいずれか1項に記載のセンサが搭載された車両。   A vehicle on which the sensor according to any one of claims 1 to 7 is mounted. 請求項1から請求項4に記載のセンサが出力する多波長光に含まれる波長のうち、FBG部に取り付けられた重りの振動に応じて変位する波長の強度を、前記重りの振動方向におけるセンサの変位として検出し、
前記センサの変位から前記センサの振動の中心位置を算出し、
現在または過去に算出した少なくとも2以上の前記中心位置を相対的に比較し、前記比較結果から前記センサにかけられた加速度を算出する加速度の検出方法。
The intensity of the wavelength displaced according to the vibration of the weight attached to the FBG portion among the wavelengths included in the multi-wavelength light output by the sensor according to claim 1 to 4 in the vibration direction of the weight. Detected as displacement of
Calculate the center position of vibration of the sensor from the displacement of the sensor,
A method of detecting an acceleration, wherein at least two or more center positions calculated at present or in the past are relatively compared, and an acceleration applied to the sensor is calculated from the comparison result.
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