JP4719894B2 - Method and apparatus for detecting loss or clogging of optical fiber - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバの欠損や詰りを検出する方法及びその装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for detecting an optical fiber defect or clogging.
レーザ治療するために、赤外域に波長を持つ炭酸ガスレーザ(CO2レーザ)を使用したレーザ治療装置が知られている。このようなレーザ治療装置においては、レーザ光源から導光光学系を介してハンドピースまで導光するようになっている。 In order to perform laser treatment, a laser treatment apparatus using a carbon dioxide laser (CO 2 laser) having a wavelength in the infrared region is known. In such a laser treatment apparatus, light is guided from a laser light source to a handpiece via a light guide optical system.
中空光ファイバは、ビームの拡がり角が小さく、集光特性に優れ、さらに赤外波長域のレーザの伝送が可能であり、例えば医療用レーザの伝送システムとして優れている。この背景としては外科、皮膚科或いは歯科医療などにおいて、出血が少ない、治りが早い、手術時間が短い、さらには適応患者の幅が広い利点があり、レーザ手術装置の一つに炭酸ガスレーザ治療器としての炭酸ガスレーザ手術装置が知られている。 The hollow optical fiber has a small beam divergence angle, is excellent in condensing characteristics, and can transmit a laser in the infrared wavelength region, and is excellent as a medical laser transmission system, for example. This is because of the advantages such as surgery, dermatology or dentistry with less bleeding, faster healing, shorter operation time, and wider range of applicable patients. A carbon dioxide laser surgical apparatus is known.
従来の炭酸ガスレーザ治療器では、複数の光学ミラーを取り付けた多関節アームを用いて反射させることにより光伝送している。この方法は光学ミラーや精密な多関節アームなどによるコスト高と、アームの存在による術者のハンドリング性が問題であった。 In a conventional carbon dioxide laser treatment device, light is transmitted by reflection using an articulated arm having a plurality of optical mirrors attached thereto. This method has a problem of high cost due to an optical mirror, a precise articulated arm, etc., and an operator's handleability due to the presence of the arm.
これらを解決するため、光ファイバ健全性検査装置、光ファイバの破断検出方法、医療用光ケーブルのように内面を鏡面にした中空光ファイバの中で炭酸ガスレーザを伝送する方法が知られている(例えば特許文献1〜3)。
前記中空光ファイバを導光光学系に用いたものにおいては、中空光ファイバ内面の鏡面に欠陥が生じた場合は、炭酸ガスレーザがガラスを溶かして穴が開き想定外の箇所を焼損させる危険性がある。この危険性は中空光ファイバが折れた場合も同様に存在する。 In the case where the hollow optical fiber is used for a light guide optical system, if a defect occurs on the mirror surface of the hollow optical fiber, there is a risk that the carbon dioxide laser melts the glass and opens a hole to burn an unexpected part. is there. This danger also exists when the hollow optical fiber is broken.
このような問題を解決する手段として中空光ファイバ出口に光学系を設置することで、レーザ出力をモニタする方式が考えられるが、このような方法では中空光ファイバを用いる最大の利点であるハンドリング性、すなわち操作の自由度を損なう問題があり、また光学系部品の増加によるコスト増も問題となるおそれがある。 As a means for solving such problems, a method of monitoring the laser output by installing an optical system at the exit of the hollow optical fiber can be considered. However, in such a method, handling ability which is the greatest advantage of using the hollow optical fiber is considered. That is, there is a problem that the degree of freedom of operation is impaired, and there is a possibility that a cost increase due to an increase in optical system parts may also be a problem.
さらに、中空光ファイバにおいて穴が開かなくともファイバの溶融の段階で溶けて詰まった場合も中空光ファイバは健全でなくなる。 Further, even if the hollow optical fiber does not have a hole, the hollow optical fiber becomes unhealthy when melted and clogged at the melting stage of the fiber.
解決しようとする問題点は、炭酸ガスレーザ光を中空光ファイバを用いて伝送させるタイプの炭酸ガスレーザ治療器における中空光ファイバの穴あきや折れ或いは詰りなどの検出に利用する中空光ファイバの欠損を検出する方法及びその装置に関するものにおいて、中空光ファイバの自由度を損なうことなく中空光ファイバの欠損や詰りを検出する点である。 The problem to be solved is to detect defects in hollow optical fiber used to detect hollow optical fiber perforation, breakage, or clogging in a carbon dioxide laser treatment device that transmits carbon dioxide laser light using a hollow optical fiber. In the method and the apparatus therefor, it is a point to detect a defect or clogging of the hollow optical fiber without impairing the degree of freedom of the hollow optical fiber.
本発明の請求項1は、中空光ファイバの1次側から前記中空光ファイバの中空部に音波を入射させると共に2次側より前記中空部を通過した音波を検知することで中空光ファイバの欠損や詰りを検出する方法である。 According to the first aspect of the present invention , the sound wave is incident on the hollow portion of the hollow optical fiber from the primary side of the hollow optical fiber and the sound wave that has passed through the hollow portion is detected from the secondary side. This is a method for detecting clogging.
本発明の請求項2は、中空光ファイバの1次側から前記中空光ファイバの中空部に音波を入射させると共に2次側より前記中空部を通過した音波を検知し、前記1次側音波と前記2次側音波を比較して中空光ファイバの欠損や詰りを検出する方法である。 According to a second aspect of the present invention , a sound wave is caused to enter the hollow portion of the hollow optical fiber from the primary side of the hollow optical fiber, and a sound wave that has passed through the hollow portion is detected from the secondary side. In this method, the secondary side acoustic wave is compared to detect a hollow optical fiber defect or clogging.
本発明の請求項3は、前記1次側の音波と前記2次側の音波の信号を電気的に検出することを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載の光ファイバの欠損を検出する方法である。
According to a third aspect of the present invention, an optical fiber according to any one of
本発明の請求項4は、前記音波をスピーカーにより発生させ、前記2次側音波をマイクロホンにより検知することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ファイバの欠損や詰りを検出する方法である。
According to a fourth aspect of the present invention, the sound wave is generated by a speaker, and the secondary side sound wave is detected by a microphone, and the optical fiber is broken or clogged according to any one of
本発明の請求項5は、前記1次側音波を1kHz以下の低い周波数とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光ファイバの欠損や詰りを検出する方法である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the method for detecting a defect or clogging of an optical fiber according to any one of the first to fourth aspects, the primary side sound wave is set to a low frequency of 1 kHz or less. is there.
本発明の請求項6は、前記1次側音波を複数の周波数とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光ファイバの欠損や詰りを検出する方法である。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a defect or clogging of an optical fiber according to any one of the first to fifth aspects, wherein the primary side sound wave has a plurality of frequencies.
本発明の請求項7は、中空光ファイバの1次側から前記中空光ファイバの中空部に音波を入射させる音源を設けると共に、2次側に前記中空部を通過した音波を検知する検知手段を設けたことを特徴とする中空光ファイバの欠損や詰り検出装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a sound source for allowing sound waves to be incident on the hollow portion of the hollow optical fiber from the primary side of the hollow optical fiber, and detecting means for detecting the sound wave that has passed through the hollow portion on the secondary side. A hollow optical fiber defect or clogging detection device characterized by being provided.
本発明の請求項8は、ガスレーザ発生装置にスピーカーを接続し、前記中空光ファイバに2次側マイクロホンが接続していることを特徴とする請求項7記載の中空光ファイバの欠損や詰り検出装置である。
本発明の請求項9は、中空光ファイバ1に1次側マイクロホンを設けることを特徴とする請求項8記載の中空光ファイバの欠損や詰り検出装置である。
The ninth aspect of the present invention is the hollow optical fiber defect or clogging detecting device according to the eighth aspect, wherein the hollow
本発明の請求項10は、前記2次側が、中空光ファイバに接続されレーザ光が出るハンドピース側であることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の中空光ファイバの欠損検出装置である。 The hollow optical fiber according to any one of claims 7 to 9, wherein the secondary side is a handpiece side where the secondary side is connected to the hollow optical fiber and emits laser light. It is a defect detection device.
請求項1の発明では、音響を利用して中空光ファイバの穴あきや折れを検出する方法では、光ファイバの1次側から音波を入射させ、2次側より前記音波を検知する。もし、中空光ファイバに穴あきや折れや詰りが生じた場合は、中空光ファイバ内の音波の伝搬状態が変化するため、これにより中空光ファイバの穴あきや折れや詰りを検知する。したがって、中空光ファイバの2次側の高価な光学系が不要となり、また術者のハンドリング性を損なうことがない。 According to the first aspect of the present invention, in the method of detecting perforation or breakage of the hollow optical fiber using sound, a sound wave is incident from the primary side of the optical fiber and the sound wave is detected from the secondary side. If the hollow optical fiber is perforated, bent, or clogged, the sound wave propagation state in the hollow optical fiber changes, so that the hollow optical fiber is detected as perforated, broken, or clogged. Therefore, an expensive optical system on the secondary side of the hollow optical fiber becomes unnecessary, and the operator's handling performance is not impaired.
請求項2の発明では、1次側音波と2次側音波とを測定しゲインを測定して光ファイバの欠損や詰りを検出できる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to detect the loss or clogging of the optical fiber by measuring the primary side sound wave and the secondary side sound wave and measuring the gain.
請求項3の発明では、電圧計などによって欠損や詰りを検出することができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to detect defects or clogging with a voltmeter or the like.
請求項4の発明では、前記音波をスピーカーにより発生させ、前記2次側音波をマイクにより検知することで、比較的安価に製造することができる。 In a fourth aspect of the invention, the sound wave is generated by a speaker, and the secondary side sound wave is detected by a microphone, so that it can be manufactured at a relatively low cost.
請求項5の発明では、中空部の内径が細い中空光ファイバであっても、このような中空部は音の周波数に対してローパスフィルタの働きをすることがあっても確実に音を通すことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, even if the hollow optical fiber has a small inner diameter of the hollow portion, such a hollow portion surely transmits sound even if it functions as a low-pass filter for the sound frequency. Can do.
請求項6の発明では、1つの周波数だけでなく、複数の周波数を用いて監視することで測定の信頼性を増すことができる。
In the invention of
請求項7の発明では、中空光ファイバの1次側から音波を入射させると共に2次側より前記音波を検知することで、中空光ファイバ内の音波の伝搬状態が変化を検知して、これにより中空光ファイバの穴あきや折れや詰りを検知することができる。 In the invention of claim 7, a sound wave is incident from the primary side of the hollow optical fiber and the sound wave is detected from the secondary side, thereby detecting a change in the propagation state of the sound wave in the hollow optical fiber. It is possible to detect perforation, breakage, and clogging of a hollow optical fiber.
請求項8の発明では、中空光ファイバの1次側からスピーカーにより音波を入射させると共に2次側より前記音波を2次側マイクロホンにより検知する。
In the invention of
このように請求項9の発明では、1次側マイクロホンの検出と2次側マイクロホンの検出を比較して中空光ファイバの穴あきや折れや詰りを検知することができる。 Thus, according to the ninth aspect of the present invention, the detection of the primary side microphone and the detection of the secondary side microphone can be compared to detect perforation, breakage or clogging of the hollow optical fiber.
請求項10の発明では、音波は光ファイバの中空部を通ってハンドピース6の出口より出るようになっている。
In the invention of
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below do not limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, all of the configurations described below are not necessarily essential requirements of the present invention.
図1〜図2は実施例1を示しており、この実施例はレーザ治療に利用されるものである。レーザ治療の利点としては、出血が少ない、直りが早い、手術時間が短い、適用患者の幅が広いというものである。そしてレーザ手術装置の一つに炭酸ガスレーザ手術装置が知られている。 1 to 2 show Example 1, which is used for laser treatment. The advantages of laser treatment are less bleeding, faster healing, shorter surgical time, and wider patient coverage. A carbon dioxide laser surgical device is known as one of laser surgical devices.
炭酸ガスレーザにあって、中空光ファイバ1を導光部に用いることによって、フレキシブル性、ハンドリング性を優れたものとすることができる。図1に示すように中空光ファイバ1は中空なガラスパイプ2の内面に金属製鏡面層3を形成し、外面に外被覆層4を形成したものである。そして、炭酸ガスレーザ光Bは鏡面層3で反射しながら進行するようになっている。
In the carbon dioxide laser, by using the hollow
そして、図2に示すように炭酸ガスレーザ発生装置5に中空光ファイバ1の入口である1次側を接続すると共に、出口である2次側をハンドピース6に接続している。炭酸ガスレーザ発生装置5には、スピーカーであるラウドスピーカー7を接続すると共に、このラウドスピーカー7には発振器(oscillator)8が接続されている。一方、ハンドピース6には中空光ファイバ1に直接或いは間接的に2次側マイクロホン9が接続して、中空部1Aの音をとらえることができるようになっている。この2次側マイクロホン9は1次側に対して下流側である2次側の意味をなし、1次側で入射した音を受波する2次側マイクロホン9は出口ではなく中空光ファイバ1の途中に設けられていてもよいものであり、この2次側マイクロホン9には、アンプ回路10、フィルター回路11、さらに電圧計12が接続されている。尚、図中10Aはラウドスピーカー7に接続したアンプ回路を示している。
As shown in FIG. 2, the primary side that is the inlet of the hollow
尚、レーザ光Bの影響がないようにラウドスピーカー7や2次側マイクロホン9が中空光ファイバ1に設ける必要がある。このためにラウドスピーカー7や2次側マイクロホン9は光学的に陰になる領域に設置する。これはレーザ光Bの中空光ファイバ1内への管入口1I側からの入射時や管出口1O側からの出力時は、レンズ(図示せず)によって絞られている。よって,光学的に陰になる領域から、ラウドスピーカー7により音を入射、あるいは2次側マイクロホン9により音を受波できるようにする。実施例ではラウドスピーカー7を炭酸ガスレーザ発生装置5又は管入口1I側における中空部1Aに音通路7Aを介して臨ませて音を入射しており、一方2次側マイクロホン9においては該2次側マイクロホン9の受波する部位に一端を接続した音通路9Aの他端を中空部1Aに臨ませて音を受波している。尚、音通路9Aにおける中空部1A側はほぼ管出口1O側に向けてレ接続している。
Note that the loudspeaker 7 and the
前記構成についてその作用を説明する。炭酸ガスレーザ発生装置5により発生された炭酸ガスレーザ光Bは中空光ファイバ1の中空部1Aを通ってハンドピース6の出口より出る。さらに、発振器(oscillator)8によりラウドスピーカー7が作動して音波が発生し、この音波は光ファイバ1の中空部1Aを通ってハンドピース6の出口より出るようになっている。そして、この音波は2次側マイクロホン9でとらえられ、この2次側マイクロホン9に入力した音波の信号は電気的に変換されてアンプ回路10、フィルター回路11を介して電圧計12によって表示される。尚、前記音波は、空気或いはその他の音の媒体が、発生体(ラウドスピーカー7)の振動を受けて生ずる弾性波動であって、可聴周波数領域に限らずそれ以外の周波数領域を含むものである。
The effect | action is demonstrated about the said structure. The carbon dioxide laser beam B generated by the carbon dioxide laser generator 5 passes through the
そして、中空光ファイバ1に中空部1Aから外部に連通する穴Pが仮に形成されてしまったときには、この穴Pによって炭酸ガスレーザBが漏洩して、人的、物的な焼損事故を招く危険性が生ずるが、このようなときには、穴Pより音波の一部が漏洩することで、低下した音波が2次側マイクロホン9でとらえられ、この2次側マイクロホン9に入力した音波の信号は電気的に変換されてアンプ回路10、フィルター回路11を介して電圧計12によって通常時よりも低い電圧となって表示されるようになる。したがって、通常時よりも低い電圧が表示されたときには、炭酸ガスレーザBの漏洩のおそれがあるので、例えば炭酸ガスレーザ発生装置5に接続した制御手段(図示せず)を作動してレーザを停止するなど直ちに適正な対応を取ることができる。
If a hole P communicating from the
このように中空部1Aの内径が1mmに満たない細い中空光ファイバ1では、中空部1Aは音の周波数に対してローパスフィルタの働きをするため、低い周波数しか通さない。そこで、本方法では主に1kHz以下の低い周波数を採用する。これらの周波数において、正常時は音源から中空光ファイバ1の1次側から入射された音は、2次側で2次側マイクロホン9により十分な強度で確認することができる。ここで、中空光ファイバ1の途中に穴Pが開くか、折れた場合は、欠陥部分の穴Pから音響パワーが漏れるために、2次側マイクロホン9に伝わる音響パワーが極端に減衰するために、異常が2次側マイクロホン9により確認できる。そこで、直ちにレーザを停止すればよい。
Thus, in the thin hollow
尚、中空光ファイバ1は自由に曲げることが出来るが,曲げた状態では音圧は変化してしまうおそれがあるが、仮に影響はあったとしてもこのような非常に緩い曲率では微小で、測定誤差以下である。もし、中空光ファイバ1が鋭角に曲がっていれば,少なからず影響が考えられるが,当該中空光ファイバ1では内径の200倍以上が曲率限界であり、非常に緩い曲がり方であり、実用上差し支えないものである。
Although the hollow
さらに、レーザBによって,中空光ファイバ1が溶け,溶けたもので中空光ファイバ1内が塞がった場合、出口側に全く音が届かなくなり,リークによる音圧低下よりも、もっと音圧が下がるので、リーク時と同様に異常として検出できる。これは中空光ファイバ1内に音が入射されていない状態と全く同様なものになる。
Furthermore, when the hollow
特にレーザ手術装置に前述の音響による検知にあっては、レーザ手術装置と同時に使用可能となり、手元に邪魔な装置が付かなくなり、さらに小型ハンドピースへの内蔵が可能でハンドリング性を損ねないものである。 In particular, the above-mentioned acoustic detection in a laser surgical device can be used simultaneously with the laser surgical device, so that no disturbing device is attached to the hand, and it can be incorporated in a small handpiece without impairing handling properties. is there.
しかも、中空光ファイバ1の途中に穴Pが開いてリークした瞬間にリーク検出でき,それにより直ちにレーザを遮断することが出来るので,リーク事故を防ぐ方法として,十分に有効である。
In addition, since the leak can be detected at the moment when the hole P is opened in the middle of the hollow
また、例えば実際の術中の騒音は検出に影響を与えるおそれがあるが、2次側マイクロホン9が拾った信号にフィルター回路11によるフィルターを掛けて周波数弁別を行うので,他の周波数の騒音は問題にならない。さらに、音の種類を例えば「250Hzと400Hz」の様に複数の周波数を用いて検出を行えば誤動作の可能性は殆ど無くすことが出来る。
Further, for example, actual intraoperative noise may affect detection, but frequency discrimination is performed by applying a filter by the
尚、中空光ファイバ1の途中に穴Pが開いたリーク位置によって,2次側マイクロホン9によるGainの波形が変化するので,リーク位置の検出も可能である。
Since the gain waveform of the
図3は実施例2を示しており、前記実施例1と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。 FIG. 3 shows a second embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
中空光ファイバ1の出口に設けた2次側マイクロホン9の他に、中空光ファイバ1の入口である1次側に1次側マイクロホン13を設ける。1次側マイクロホン13は中空光ファイバ1に直接或いは間接的に接続して、中空部1Aの音をとらえることができるようになっている。そして、ラウドスピーカー7に発信器17を接続し、分析器(FFTアナライザー)14のAチャンネル15に1次側マイクロホン13を接続すると共に、分析器(FFTアナライザー)14のBチャンネル16に2次側マイクロホン9を接続したものである。尚、図中10Aはラウドスピーカー7と発振器17間のアンプ回路、10Bは1次側マイクロホン13とAチャンネル15間のアンプ回路を示している。
In addition to the
尚、実施例1と同様にレーザ光Bの影響がないように1次側マイクロホン13を光学的に陰になる領域に設置する。例えば2次側マイクロホン9と同様に音通路(図示せず)を設けるなどしてもよい。
As in the first embodiment, the
したがって、炭酸ガスレーザ発生装置5により発生された炭酸ガスレーザは中空光ファイバ1の中空部1Aを通ってハンドピース6の出口より出る。さらに、発振器17によりラウドスピーカー7が作動して音波が発生し、この音波も中空部1Aを通ってハンドピース6の出口より出るようになっている。
Accordingly, the carbon dioxide laser generated by the carbon dioxide laser generator 5 exits from the outlet of the
そして、中空光ファイバ1に中空部1Aから外部に連通する穴Pが仮に形成されてしまったときには、穴Pより音波の一部が漏洩することで、低下した音波が2次側マイクロホン9でとらえられ、この2次側マイクロホン9に入力した音波の信号は電気的に変換されて分析器14に入力される。一方1次側マイクロホン13に入力した音波の信号は電気的に変換されて分析器14に入力される。そして2次側マイクロホン9からの入力信号と1次側マイクロホン13からの入力信号とを、分析器14が比較演算することで、穴がない状態とある状態を分析することができる。
When a hole P communicating from the
このようにすることで、前記実施例と同様な効果などを奏することができる。 By doing in this way, the effect etc. similar to the said Example can be show | played.
図4は実施例3を示しており、前記実施例と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。 FIG. 4 shows a third embodiment, and the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
中空光ファイバ1の入口である1次側に1次側マイクロホン13を設け、ラウドスピーカー7に発信器17を接続し、分析器(FFTアナライザー)14のAチャンネル15に1次側マイクロホン13を接続したものである。
A
したがって、炭酸ガスレーザ発生装置5により発生された炭酸ガスレーザは中空光ファイバ1の中空部1Aを通ってハンドピース6の出口より出る。さらに、発信器7Aによりラウドスピーカー7が作動して音波が発生し、この音波も中空部1Aを通ってハンドピース6の出口より出るようになっている。
Accordingly, the carbon dioxide laser generated by the carbon dioxide laser generator 5 exits from the outlet of the
そして、中空光ファイバ1に中空部1Aから外部に連通する穴が仮に形成されてしまったときには、穴より音波の一部が漏洩することで、低下した音波が2次側マイクロホン9でとらえられ、この2次側マイクロホン9に入力した音波の信号は電気的に変換されて分析器14に入力される。そして2次側マイクロホン9からの入力信号の変化を通常時と比較演算することで、穴Pがない状態とある状態を分析することができる。
Then, when a hole communicating with the outside from the
このようにすることで、前記実施例と同様な効果などを奏することができる。 By doing in this way, the effect etc. similar to the said Example can be show | played.
図5は実施例4を示しており、前記実施例と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施例4においては、中空光ファイバ1の管入口1Iにラウドスピーカー7を音通路7Aを介して接続したものであり、管出口1O側に音通路9Aを介して2次側マイクロホン9を設けたものである。
FIG. 5 shows a fourth embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In Example 4, a loudspeaker 7 is connected to the tube inlet 1I of the hollow
このような実施例4においても前記実施例と同様な効果を奏することができる。 In the fourth embodiment as well, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
次に実験例について説明する。実験例は中空光ファイバ1に代えてステンレス製パイプにより行ったものである。これは管の材料は剛体の境界条件(音は伝搬せず反射する)として扱っており、前述のガラスパイプ2もステンレス製パイプも空気から見れば4桁ほどインピーダンスが大きく、空気から見れば音響的には等価なためである。
Next, experimental examples will be described. In the experimental example, the hollow
次に実験例について説明する。実験例は中空光ファイバ1に代えてステンレス製パイプにより行ったものである。これは管の材料は剛体の境界条件(音は伝搬せず反射する)として扱っており、前述のガラスパイプ2もステンレス製パイプも空気から見れば4桁ほどインピーダンスが大きく、空気から見れば音響的には等価なためである。
Next, experimental examples will be described. In the experimental example, the hollow
図6〜図8は実験例1を示しており、ステンレス製パイプ21の入口にラウドスピーカー7を接続し、パイプ21の入口に1次側マイクロホン13を設け、そしてパイプ21の入口から模擬リーク穴Pを形成し、1次側マイクロホン13からのスペクトルをあらわしたものを図8に示したものである。
6 to 8 show Experimental Example 1, in which a loudspeaker 7 is connected to the inlet of a
図9〜図13は実験例2を示しており、ステンレス製パイプ21の入口にラウドスピーカー7を接続し、パイプ21の出口と入口に、2次側マイクロホン9と1次側マイクロホン13を設け、そしてパイプ21の入口から模擬リーク穴Pを形成し、2次側マイクロホン9と1次側マイクロホン13の2本を用いたゲインをあらわしたものを図10〜図13に示したものである。
FIGS. 9 to 13 show Experimental Example 2, in which a loudspeaker 7 is connected to the inlet of a
図14〜図18は実験例3を示しており、ステンレス製パイプ21の入口にラウドスピーカー7を接続し、パイプ21の入口に2次側マイクロホン9を設け、そしてパイプ21の入口から模擬リーク穴Pを形成し、2次側マイクロホン9からのスペクトルをあらわしたものを図15〜図18に示したものである。
14 to 18 show Experimental Example 3, in which a loudspeaker 7 is connected to the inlet of the
以上の実験より、前述の中空部1Aの内径が1mmに満たない細い中空光ファイバ1では、中空部1Aは音の周波数に対してローパスフィルタの働きをするため、低い周波数しか通さないので、本方法では主に1kHz以下の低い周波数を採用する、とした根拠は、非常に低い周波数から1kHz程度まで、広い周波数に亘って現れる。そのため、1つの周波数だけでなく、複数の周波数、或いは周波数範囲、を用いて監視することができる。このことで測定の信頼性を増すことができる。実験では2本のマイクロホンを用いたデータを採取したが、マイクロホンは音源と反対側に一つでも十分である。
From the above experiments, in the thin hollow
さらに、他の実験例について説明する。尚、前記実施例、実験例と同一部分については同一符号を付して説明する。 Furthermore, another experimental example will be described. The same parts as those in the above-described examples and experimental examples will be described with the same reference numerals.
図19〜図24は実験例4を示しており、パイプ21に1次側マイクロホン13を接続する場合、1次側マイクロホン13の先端、すなわち集音部13Aとパイプ21に形成した穴21Aとの間に、振動絶縁を図るためにシリコンやゴムなどのパイプ状の振動絶縁用中継部材22を介在するようにしている。同様にラウドスピーカー7とパイプ21に形成した穴との間に、振動絶縁を図るためにシリコンやゴムなどのパイプ状の振動絶縁用中継部材23を介在すると共に、2次側マイクロホン9の先端、すなわち集音部9Aとパイプ21に形成した穴との間に、振動絶縁を図るためにシリコンやゴムなどのパイプ状の振動絶縁用中継部材24を介在するようにしている。
19 to 24 show Experimental Example 4, and when the
そして、図21に示すように2本のマイクロホン9,13を用いた実験結果、リーク穴から音圧が漏れることにより、出口側での音圧が下がり,伝達関数(Gain)の低下が見られる。
As a result of the experiment using the two
図22、図23はパイプ21の気柱を波動方程式を用いた伝達マトリクスで表したもので、入口側(1次側)と出口側(2次側)の音圧比G(ゲイン)を理論的に求める式の導出を示している。
22 and 23 show the air column of the
尚、図中Pは音圧、Uは体積速度、Zはインピーダンス、L1は、パイプ21におけるラウドスピーカー7(又はマイクロホン13)から穴Pまでの長さ、
L2は、パイプ21における穴Pからマイクロホン9までの長さ、A,B,C,Dは、四端子定数を示している。
In the figure, P is the sound pressure, U is the volume velocity, Z is the impedance, L1 is the length of the
L2 is the length from the hole P to the
図24は理論値と実験結果の比較を示したものであり、リーク位置200mm,500mm,1000mmの場合の理論値と先の実験値の比較.各リーク位置における理論値と実験値は,約200〜800Hzの周波数帯において,傾向が一致している.そして出口の2次側マイク9がパイプ21内に入射された音を拾えている周波数帯ではよく一致している。
FIG. 24 shows the comparison between the theoretical value and the experimental result. The comparison between the theoretical value and the previous experimental value when the leak positions are 200 mm, 500 mm, and 1000 mm. The tendency of the theoretical value and the experimental value at each leak position agree in the frequency band of about 200-800Hz. In the frequency band in which the
左の円で囲んだ低周波数帯での理論値と測定値の差異について.
本来は実験値も(理論値のように)大きくGainが低下するものと考えられるが,リークにより出口マイク(2次側マイクロホン9)の信号がノイズフロアより小さくなってしまい,出口マイク(2次側マイクロホン9)の信号がノイズフロアとなっているためである。
The difference between the theoretical value and the measured value in the low frequency band enclosed by the left circle.
Originally, the experimental value is also considered to be greatly reduced (as in the theoretical value), but the signal of the exit microphone (secondary microphone 9) becomes smaller than the noise floor due to leakage, and the exit microphone (secondary) This is because the signal from the side microphone 9) is a noise floor.
右の円で囲んだ差異について.
1kHzまでの結果で十分であるが,参考のため2kHzまで測定している.細管(パイプ21)内では,高周波数ほど音が伝藩されにくく,結果として出口側マイク(2次側マイクロホン9)ではSN比が低下する.この領域では,出口マイク(2次側マイクロホン9)の信号の信頼性は低い.この事は,どのリーク位置においても,円で囲んだ部分で変わらない傾向を示していることからも,ノイズフロアを拾っていることが判る。
About the difference in the right circle.
The results up to 1kHz are sufficient, but up to 2kHz is measured for reference. In the narrow tube (pipe 21), the higher the frequency, the harder the sound is transmitted. As a result, the S / N ratio decreases in the outlet microphone (secondary microphone 9). In this region, the reliability of the signal from the exit microphone (secondary microphone 9) is low. This indicates that the noise floor is being picked up from the fact that every leak position shows a tendency not to change in the circled portion.
図25〜図26は実験例5を示しており、出口側マイクロホン(2次側マイクロホン9)のみを使ったリーク検出時の構成図であり、出口側マイクロホン(2次側マイクロホン9)を設置すると共に、ラウドスピーカー7とパイプ21に形成した穴との間に、振動絶縁を図るためにシリコンやゴムなどのパイプ状の振動絶縁用中継部材23を介在した状態を示したものである。
FIGS. 25 to 26 show Experimental Example 5, which is a configuration diagram at the time of leak detection using only the outlet side microphone (secondary side microphone 9), and the outlet side microphone (secondary side microphone 9) is installed. In addition, a state in which a pipe-shaped vibration
そして、出口側マイクロホン(2次側マイクロホン9)のみを使ったスペクトル実験結果では、リークによって音圧が低下するため,リークが有る場合には,リークが無い場合に比べ,スペクトル(音圧レベル)が低下し,リークの検出が可能である。先の実験と同様に,グラフに無いリーク位置においても,同様な音圧の低下を確認している。 In the spectrum experiment result using only the exit side microphone (secondary side microphone 9), the sound pressure decreases due to the leak. Therefore, when there is a leak, the spectrum (sound pressure level) is higher than when there is no leak. And the leak can be detected. Similar to the previous experiment, a similar decrease in sound pressure was confirmed at a leak position not shown in the graph.
リークが有る場合には,「グラフ左右両端の赤破線のような音圧(この赤破線だけは説明のため模式的に仮想したもの)」に低下していると考えられるが,ノイズフロアのほうが,音圧が大きいために,マイクロホン(2次側マイクロホン9)はノイズフロアを拾い,実験結果のようなスペクトルになったと考えられる.また,ノイズフロアの測定は,「実験装置全体のノイズの底」を見るために、スピーカを駆動せずに,音圧を測定した。 If there is a leak, it is thought that the sound pressure has fallen to “sound pressures like the red dashed lines at the left and right ends of the graph (this red dashed line is only a hypothetical model for explanation)” Because of the high sound pressure, the microphone (secondary microphone 9) picks up the noise floor and seems to have a spectrum similar to the experimental results. The noise floor was measured by measuring the sound pressure without driving the speaker to see the “bottom of the noise of the entire experimental device”.
このように、パイプ21内の、伝達関数のゲインを得ることでリークの検出が可能となる。また理論解析によってリークによるゲインの低下量を予測することもでき、さらに2次側マイクロホン9によるスペクトル測定や、電圧の変化などでもリークの検出が可能となる。
As described above, the leak can be detected by obtaining the gain of the transfer function in the
図27〜図28は実験例6を示しており、出口側マイクロホン(2次側マイクロホン9)のみによるリーク検出の構成図(実用時想定)の場合であり、出口側マイクロホン(2次側マイクロホン9)のみでもリークの検出が可能なことから、簡素で実用的なリーク検出装置が構築できる。図27はその構成図である。
27 to 28 show Experimental Example 6, which is a configuration diagram of leak detection using only the outlet side microphone (secondary side microphone 9) (assumed in practical use), and the outlet side microphone (
ステンレス管(パイプ21)内には,一周波数音のみを入射させ,出口側のマイクロホン(2次側マイクロホン9)でその音を拾う.マイク(2次側マイクロホン9)は拾った音を電気信号に変換するので,増幅器10、フィルター25を介してその電圧を電圧計26にてモニタリングする。したがって,高価な測定機が不要であり,マイクロホン(2次側マイクロホン9)も周波数特性が平坦である必要がない。簡単で安価な機材のみでリーク検出が可能になる。
Only a single frequency sound is entered into the stainless steel pipe (pipe 21), and the sound is picked up by the microphone on the outlet side (secondary microphone 9). The microphone (secondary microphone 9) converts the picked-up sound into an electric signal, and the voltage is monitored by the
図28に示すように、250Hzの正弦波(純音)をステンレス管(パイプ21)内に入射させたときの電圧測定結果.グラフのように,音がリークすると,どのリーク位置においても電圧が大きく低下するため,リークの検出は容易である。 As shown in FIG. 28, a voltage measurement result when a 250 Hz sine wave (pure sound) is incident on the stainless steel pipe (pipe 21). As shown in the graph, when sound leaks, the voltage is greatly reduced at any leak position, so that leak detection is easy.
以上のように本発明にかかる方法及びその装置は、種々の用途に適用できる。 As described above, the method and apparatus according to the present invention can be applied to various applications.
1 中空光ファイバ
5 炭酸ガスレーザ発生装置
7 ラウドスピーカー
9 2次側マイクロホン
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