JP4728705B2 - Shock detection optical fiber sensor and load concentration plate - Google Patents
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Description
本発明は、衝撃を検知するための衝撃検知光ファイバセンサ及びその製造方法並びに荷重集中板に関する。 The present invention relates to an impact detection optical fiber sensor for detecting an impact, a manufacturing method thereof, and a load concentrating plate.
衝撃検知センサは、自動車等の車両に備えられ、他の車両や障害物等との衝突時の衝撃を検知(センシング)するためのものである。 The impact detection sensor is provided in a vehicle such as an automobile, and is for detecting (sensing) an impact at the time of collision with another vehicle or an obstacle.
衝撃検知センサとしては、圧力センサ、加速度センサ或いはひずみゲージを備え、それらセンサにより測定された圧力、加速度或いはひずみの変化を観測することで衝撃を検知する電気式のものが一般に知られている。また、ガラス(石英等)やプラスチックからなる光ファイバを備え、その光ファイバを伝搬する光の透過光量の変化を観測することで衝撃を検知する光ファイバ式のものも一般に知られている。 As an impact detection sensor, an electric sensor that includes a pressure sensor, an acceleration sensor, or a strain gauge and detects an impact by observing changes in pressure, acceleration, or strain measured by the sensors is generally known. An optical fiber type that includes an optical fiber made of glass (quartz or the like) or plastic and detects an impact by observing a change in the amount of light transmitted through the optical fiber is generally known.
光ファイバ式の衝撃検知センサとしては、軟質の円筒体の外周に対して螺旋状に光ファイバを巻付け、円筒体が衝撃により変形した際の光ファイバの曲げ半径小径化に伴う曲げ損失増加により衝撃を検知するものがある。また、光ファイバを波打ち板により挟み込み、光ファイバの曲げ損失或いは圧縮損失の変化により衝撃を検知するものがある。この種の光ファイバ式の衝撃検知センサは、特許文献1にも記載されている。 As an optical fiber type impact detection sensor, an optical fiber is spirally wound around the outer circumference of a soft cylindrical body, and when the cylindrical body is deformed by impact, the bending loss increases due to the reduction in the bending radius of the optical fiber. There is something that detects impact. Some optical fibers are sandwiched by corrugated plates and an impact is detected by a change in bending loss or compression loss of the optical fiber. This type of optical fiber type impact detection sensor is also described in Patent Document 1.
ところで、上述した従来の衝撃検知センサのうち電気式のものでは、衝撃を検出するセンサや、そのセンサにより検出した電気信号が電磁ノイズの影響を受け易く、検出したい電気信号と電磁ノイズとの識別が困難となることがあるという問題があった。また、電気信号は伝送損失が大きいといった問題があった。 By the way, among the above-described conventional shock detection sensors, the electric type sensor detects the shock and the electric signal detected by the sensor is easily affected by electromagnetic noise, and distinguishes between the electric signal to be detected and the electromagnetic noise. There was a problem that it may become difficult. In addition, the electrical signal has a problem that transmission loss is large.
そこで本出願人らは、これら課題を解決すべく、電磁ノイズの影響を受けにくく、且つ、伝送損失の小さい光ファイバを用いた衝撃検知光ファイバセンサを先に提案した(特願2004−261232)。 In order to solve these problems, the present applicants have previously proposed an impact detection optical fiber sensor using an optical fiber that is not easily affected by electromagnetic noise and has a small transmission loss (Japanese Patent Application No. 2004-261232). .
図7に示すように、衝撃検知光ファイバセンサ70は、衝撃を検知するための光ファイバ71と、光ファイバ71の一端に接続された光源(図示せず)と、光ファイバ71の他端に接続された受光機(図示せず)と、光ファイバ71の長手方向に沿って設けられた荷重集中板72とを備えている。光ファイバ71と荷重集中板72とはモールド材73により被覆されて一体化されており、これら光ファイバ71、荷重集中板72及びモールド材73がセンサ部74を構成している。
As shown in FIG. 7, the impact detection
荷重集中板72の片面(図7中の上側)には、光ファイバ71の長手方向に沿って所定間隔を隔てて複数の突起75が形成されている。各突起75の高さは全て等しく、光ファイバ71と各突起75とが当接するようになっている。
A plurality of
他の車両や障害物等との衝突によってセンサ部74に衝撃荷重が加わると、光ファイバ71が荷重集中板72の突起75側に押しつけられて曲がったり圧縮される。そうなると、光ファイバ71に衝撃に応じた曲げ損失及び圧縮損失が発生するので、それら損失量から衝撃の有無、大きさを検知することができる。光ファイバ71の損失量は、光ファイバ71を伝搬する光の透過光量の変化を観測することで測定できる。
When an impact load is applied to the
しかしながら、図7で示した衝撃検知光ファイバセンサ70では、衝撃の印加方向によって検出感度にバラツキが発生するという問題があった。即ち、衝撃がセンサ部74の正面(図7中の上側)に対して傾斜して加わると、光ファイバ71が荷重集中板72の横方向(幅方向)にわずかにずれて、衝撃がセンサ部74の正面から真直に加わった場合に比べて、光ファイバ71を荷重集中板72の突起75側に押しつける力が小さくなってしまう。従って、衝撃印加方向によっては光ファイバ71に作用する曲げや圧縮が不十分となり、衝撃が過小に評価されるおそれがあった。
However, the impact detection
そこで、本発明の目的は、衝撃印加方向のズレによる検出感度のバラツキを抑制することができる衝撃検知光ファイバセンサを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an impact detection optical fiber sensor that can suppress variations in detection sensitivity due to a shift in the direction of impact application.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、衝撃を検知するための光ファイバと、該光ファイバの一端に接続された光源と、上記光ファイバの他端に接続された受光機と、上記光ファイバの長手方向に沿って所定間隔を隔てて設けられ上記光ファイバに当接する複数の突起を有する荷重集中板とを備え、上記突起に、上記光ファイバの横ズレを防止するための溝を形成した衝撃検知光ファイバセンサにおいて、上記溝が、上記光ファイバの外周に対して面接触で当接する接触面を有することを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサである。 To achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to an optical fiber for detecting an impact, a light source connected to one end of the optical fiber, and a light receiver connected to the other end of the optical fiber. , Bei example the load concentration plate having a plurality of projections in contact with the provided the optical fiber at a predetermined distance along the longitudinal direction of the optical fiber, in the projection, in order to prevent lateral displacement of the optical fiber In the impact detection optical fiber sensor having the groove, the groove has a contact surface that comes into surface contact with the outer periphery of the optical fiber.
請求項2の発明は、上記光ファイバ及び荷重集中板を被覆するモールド材をさらに備えた請求項1記載の衝撃検知光ファイバセンサである。
According the invention of
請求項3の発明は、光ファイバの長手方向に沿って所定間隔を隔てて設けられ上記光ファイバに当接する複数の突起を有し、上記突起に、上記光ファイバの横ズレを防止するための溝を形成した荷重集中板において、上記溝が、上記光ファイバの外周に対して面接触で当接する接触面を有することを特徴とする荷重集中板である。 A third aspect of the present invention, along the longitudinal direction of the optical fiber have a plurality of projections in contact with the provided the optical fiber at a predetermined distance, in the projection, in order to prevent lateral displacement of the optical fiber A load concentrating plate in which a groove is formed, wherein the groove has a contact surface that comes into contact with the outer periphery of the optical fiber by surface contact .
本発明によれば、衝撃印加方向のズレによる検出感度のバラツキを抑制することができるという優れた効果を奏する。 According to the present invention, there is an excellent effect that variation in detection sensitivity due to displacement in the direction of impact application can be suppressed.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態の衝撃検知光ファイバセンサは、自動車等の車両に備えられ、他の車両や障害物等との衝突時の衝撃の有無、大きさを検知するためのものである。 The impact detection optical fiber sensor of the present embodiment is provided in a vehicle such as an automobile, and is for detecting the presence / absence and magnitude of an impact at the time of collision with another vehicle or an obstacle.
図1は、本発明の一実施形態に係る荷重集中板を備えた衝撃検知光ファイバセンサの概略図である。図2はセンサ部を示し、(a)は側面断面図であり、(b)は図2(a)のIIb−IIb線矢視断面図であり、(c)は図2(a)のIIc−IIc線矢視断面図である。図3は荷重集中板を示し、(a)は平面図であり、(b)は正面図であり、(c)は側面断面図である。 FIG. 1 is a schematic view of an impact detection optical fiber sensor including a load concentration plate according to an embodiment of the present invention. 2A is a side sectional view, FIG. 2B is a sectional view taken along line IIb-IIb in FIG. 2A, and FIG. 2C is a sectional view taken along IIc in FIG. It is -IIc sectional view taken on the line. FIG. 3 shows a load concentrating plate, (a) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a side sectional view.
図1に示すように、本実施形態の衝撃検知光ファイバセンサ1は、衝撃を検知するためのプラスチック光ファイバ(以下POFという)2を有するセンサ部3と、POF2の一端に接続された光源4と、POF2の他端に接続された受光機5とを備えて主に構成されている。本実施形態では、POF2はU字折返し状に配置されており、そのPOF2の直線部にセンサ部3がそれぞれ形成されている。光源4及び受光機5には、これら光源4及び受光機5とセンサ外部とを繋ぐ信号線6がそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 1, an impact detection optical fiber sensor 1 of the present embodiment includes a sensor unit 3 having a plastic optical fiber (hereinafter referred to as POF) 2 for detecting an impact, and a light source 4 connected to one end of the
本実施形態では、POF2として耐熱性を有する耐熱性プラスチック光ファイバ(以下HPOFという)を用いた。また、光源4として半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子(以下LEDという)を用い、受光機5としてフォトダイオード等の受光素子(以下PDという)を用いた。また、信号線6としてメタル信号線等の電気信号線を用いた。ここで、これらLED4、PD5及び電気信号線6は、衝撃が加わらない場所に配置されるため、電磁ノイズを遮へいする構造とすることも可能である。 In this embodiment, a heat-resistant plastic optical fiber (hereinafter referred to as HPOF) having heat resistance is used as POF2. Further, a light emitting element (hereinafter referred to as LED) such as a semiconductor laser or a light emitting diode was used as the light source 4, and a light receiving element (hereinafter referred to as PD) such as a photodiode was used as the light receiver 5. Further, an electric signal line such as a metal signal line was used as the signal line 6. Here, since these LED 4, PD 5, and electric signal line 6 are arranged in a place where no impact is applied, it is also possible to have a structure that shields electromagnetic noise.
図2に示すように、本実施形態のHPOF2は、光を伝搬するための断面略円形状のコア部7と、コア部7の外周に被覆させて設けられた断面略円形状のクラッド部8とから構成されている。クラッド部8は、コア部7に対して同心上に設けられる。
As shown in FIG. 2, the HPOF 2 of the present embodiment includes a
コア部7としては、耐熱性に優れた合成樹脂(例えば、アクリル樹脂、架橋アクリル樹脂(熱硬化アクリル樹脂)、或いは、シリコーン樹脂)を用いることができる。クラッド部8としては、コア部7よりも屈折率が低く、且つ、耐熱性、耐水性及び機械的特性に優れた合成樹脂(例えば、ふっ化エチレンプロピレン樹脂等のふっ素系樹脂)を用いることができる。
As the
センサ部3は、HPOF2の長手方向に沿って延出させて設けられる荷重集中板10と、HPOF2と荷重集中板10とを被覆して、これらを一体化するモールド材11とを有している。荷重集中板10には、HPOF2に付与される衝撃荷重を支持すべく、HPOF2の長手方向に沿って所定間隔を隔てて、HPOF2に当接する複数の突起12が形成されている。荷重集中板10としては、鉄(例えば、冷間圧延鋼板)、硬質性のプラスチック、真ちゅう或いはステンレス鋼等のHPOF2よりも硬い材料を用いることができる。また、モールド材11としては、HPOF2よりも軟らかく、可撓性を有する合成樹脂(例えば、シリコーンゴム等)を用いることができる。
The sensor unit 3 includes a
図3に示すように、本実施形態の荷重集中板10は、長手方向に所定間隔を隔てて形成された複数の略I字状の孔13と、それら隣接する孔13間に形成される接続部14と、その接続部14の両端に形成され、長手方向に延出する突出部15とを有している。これら接続部14及び突出部15が突起12を構成している。
As shown in FIG. 3, the
突起12には、荷重集中板10の長手方向に沿って、HPOF2の横ズレ(荷重集中板10の幅方向へのズレ)を防止するための溝16が形成されている。溝16は、HPOF2の外周に対して面接触で当接する接触面17を有している(図3(b)参照)。本実施形態では、接触面17をHPOF2の半径と略等しい曲率半径で湾曲する断面R形状に形成することで、接触面17がHPOF2の外周に対して面接触で当接するようになっている。なお、接触面17がHPOF2の半径よりも(わずかに)大きい曲率半径で湾曲する断面R形状に形成されていても良い。
溝16の長手方向中央の底部には、HPOF2を保持すべく側面視平面状の平面部16aが形成されている(図3(c)参照)。また、溝16の長手方向両端の底部には、HPOF2が曲げられた際にそのHPOF2が切断されるのを防止すべく、側面視R形状のR部16bが形成されている(図3(c)参照)。
A
ここで、本実施形態では、HPOF2は、コア部7の直径d1が1.5mm、クラッド部8の直径d2(つまりHPOF2の直径)が2.2mmのものを使用した。その場合、荷重集中板10の形状は、厚さ(板厚)T1を0.6〜2mmの範囲内(本実施形態では1.5mm)とし、幅(板幅)Wを5〜14mmの範囲内(本実施形態では10mm)とし、平面部16aの長さLを3〜5mmの範囲内(本実施形態では5mm)とし、平面部16aのピッチPを12.5〜20mmの範囲内(本実施形態では20mm)とし、R部16bの曲率半径R1を1〜2mmの範囲内(本実施形態では1.8mm)とし、接触面17の曲率半径R2をクラッド部8の半径(d2/2)と略等しい値(つまり本実施形態では1.1mm)とし、溝16の深さDを0.1〜1.1mmの範囲内(本実施形態では0.7mm)とするのが望ましい。
Here, in this embodiment, the
また、モールド材11は、厚さT2を5mm以下(本実施形態では5mm)とし、硬度を35°〜75°の範囲内(本実施形態では53°前後)とすることが望ましい。その際、衝撃が加わるHPOF2上方のモールド材11の肉厚aを、荷重集中板10下方のモールド材11の肉厚bよりも厚く形成することが望ましい。本実施形態では、HPOF2上方のモールド材11の肉厚aを、荷重集中板10下方のモールド材11の肉厚bの約二倍に設定している。
Further, it is desirable that the
次に、衝撃検知光ファイバセンサ1の製造方法を説明する。 Next, a manufacturing method of the impact detection optical fiber sensor 1 will be described.
本実施形態では、衝撃検知光ファイバセンサ1を製造すべくHPOF2及び荷重集中板10をモールド材11により被覆する際に、押出し工法を用いた。この押出し工法は、HPOF2及び荷重集中板10を押出し機(図示せず)の挿入口から差し込んで、生ゴム(モールド材11)で覆われたHPOF2及び荷重集中板10を押出し機の排出口側へと押し出すようにするものである。この押出し工法を行う際、押出し機の排出口側には、モールド材11の形状を制御(成形)するための心口金(図示せず)が設けられる。よって、押出し工法を行う際には、荷重集中板10と心口金との寸法誤差(位置ズレ)を小さくしておく必要がある。
In this embodiment, when the
そこで、本実施形態では、HPOF2及び荷重集中板10を生ゴムにより被覆する際に、HPOF2を荷重集中板10の溝16に係合させて、それらHPOF2及び荷重集中板10を押出し機の挿入口側から差し込んで排出口側へと押し出すと共に、マンドレル等の案内部材(図示せず)を押出し方向上流側の荷重集中板10の溝16に係合させて、荷重集中板10を案内部材によりガイドさせるようにした。そして、全長にわたって荷重集中板10を生ゴムにより被覆したら、それらを高温放置して、生ゴムを硬化させる。このようにすることで、荷重集中板10と心口金との寸法誤差を小さくしておくことができると共に、荷重集中板10に対するHPOF2の位置精度を確保することができ、製造バラツキが小さく(つまり個体差が小さく)、且つ、寸法精度が良い衝撃検知光ファイバセンサ1を製造することができる。
Therefore, in this embodiment, when the
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
LED4より出力された光は、HPOF2を介してPD5に入射される。PD5により検出された透過光量(光強度)は、電気信号線6により電気信号としてセンサ外部へ送信される。
The light output from the LED 4 is incident on the PD 5 via the
他の車両や障害物等との衝突によってセンサ部3に衝撃荷重が加わると、HPOF2が、図4に示すように荷重集中板10の突起12間で曲げられたり、図5に示すように突起12に押しつけられて圧縮される。そうなると、HPOF2に衝撃に応じた曲げ損失(マイクロベンド損失)或いは圧縮損失が発生し、図6に示すようにそれら曲げ損失或いは圧縮損失に応じてHPOF2を伝搬する光の透過光量に変化が生じる。
When an impact load is applied to the sensor unit 3 due to a collision with another vehicle or an obstacle, the
ここで、本実施形態では、荷重集中板10の突起12に溝16を設け、その溝16にHPOF2を係合させている。そのため、衝撃がセンサ部3の正面(図2中の上側)に対して図5中の矢印で示すように傾斜して加わったとしても、HPOF2が溝16の内周に押しつけられることとなり、衝撃印加方向のズレによる検出感度のバラツキを抑制することが可能となる。
Here, in this embodiment, a
また、本実施形態では、溝16がHPOF2の外周に対して面接触で当接する接触面17を有するため、HPOF2を溝16に対して面接触で保持することができ、衝撃荷重が加わった際のHPOF2の応力集中発生を防止して、HPOF2が破断することを防止することが可能となる。
Further, in this embodiment, since the
一方、衝撃印加から時間が経過すると、図6に示すように、モールド材11の弾性力によりHPOF2の形状が復元されるため、衝撃検知光ファイバセンサ1を繰返し使用することが可能である。
On the other hand, when time elapses from the impact application, as shown in FIG. 6, the shape of
ところで、車両等のレイアウト上の都合により、搭載可能なセンサ部3の厚さ(モールド材11の厚さT2(図3(b)参照))に制限がある場合がある。その場合従来、センサ部3の耐荷重性(耐衝撃性)が低下するもののモールド材11の厚さT2を薄くせざるを得なかった。しかしながら、本実施形態によれば、HPOF2の下部が溝16に没入されるため、センサ部3全体の厚さ(モールド材11全体の厚さD)を厚くすることなく、HPOF2上方のモールド材11の肉厚a、或いは、荷重集中板10下方のモールド材11の肉厚b(図3(b)参照)のみを肉厚化することができ、センサ部3の耐荷重性(耐衝撃性)を向上させることが可能となる。
By the way, the thickness of the sensor unit 3 that can be mounted (thickness T2 of the molding material 11 (see FIG. 3B)) may be limited due to the layout of the vehicle or the like. In that case, conventionally, although the load resistance (impact resistance) of the sensor unit 3 is lowered, the thickness T2 of the
本発明は以上説明した実施形態には限定はされない。 The present invention is not limited to the embodiment described above.
例えば、上述の実施形態では、光ファイバ2がU字折返し状に配置されるとしたが、これには限定はされない。例えば、光ファイバ2が直線状に配置されていても良い。
For example, in the above-described embodiment, the
また、コア部7、クラッド部8及び溝16の断面形状は上述の実施形態には限定はされない。例えば、コア部7、クラッド部8及び溝16が断面矩形状や断面楕円形状等の他の形状に形成されていても良い。
Moreover, the cross-sectional shapes of the
また、突起12の形状は、上述の実施形態には限定はされない。つまり複数の突起12が光ファイバ2の長手方向に沿って形成されていれば良く、例えば、各突起12が荷重集中板10の上部に突出する山形状に形成されていても良い(図7参照)。
Further, the shape of the
また、上述の実施形態では光ファイバ2としてプラスチック光ファイバを用いたが、光ファイバ2としてガラス光ファイバを用いることも可能である。しかしながら、ガラスの特性上、ガラス光ファイバは曲げや圧縮により機械的強度劣化を起こし易く、衝撃印加時にガラス光ファイバが切断されるおそれがある。そのため、光ファイバ2としては、本実施形態のように機械的強度低下が起こりにくいプラスチック光ファイバをを用いることが望ましい。
In the above-described embodiment, a plastic optical fiber is used as the
さらに、上述の実施形態では、信号線6として電気信号線を用いるとしたが、これには限定はされない。例えば、信号線6として光ファイバ等の光信号線を用いても良い。 Furthermore, in the above-described embodiment, an electric signal line is used as the signal line 6, but this is not a limitation. For example, an optical signal line such as an optical fiber may be used as the signal line 6.
1 衝撃検知光ファイバセンサ
2 光ファイバ(POF、HPOF)
4 光源(LED)
5 受光機(PD)
10 荷重集中板
11 モールド材
12 突起
16 溝
17 接触面
1 Optical fiber sensor for
4 Light source (LED)
5 Receiver (PD)
10
Claims (3)
上記溝が、上記光ファイバの外周に対して面接触で当接する接触面を有することを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサ。 An optical fiber for detecting an impact, a light source connected to one end of the optical fiber, a light receiver connected to the other end of the optical fiber, and a predetermined interval along the longitudinal direction of the optical fiber provided Bei example the load concentration plate having a plurality of projections abutting on the optical fiber, in the projection, in the optical fiber impulse sensor having grooves for preventing the lateral displacement of the optical fiber,
The impact detection optical fiber sensor , wherein the groove has a contact surface that comes into contact with the outer periphery of the optical fiber by surface contact .
上記溝が、上記光ファイバの外周に対して面接触で当接する接触面を有することを特徴とする荷重集中板。 Along the longitudinal direction of the optical fiber have a plurality of projections in contact with the provided the optical fiber at a predetermined distance, in the projection, load concentration plate having grooves for preventing the lateral displacement of the optical fiber In
The load concentrating plate , wherein the groove has a contact surface that contacts the outer periphery of the optical fiber by surface contact .
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JP2006337318A (en) | 2006-12-14 |
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