JP4783097B2 - Shock detection optical fiber sensor - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象物による衝撃をセンシングするための衝撃検知光ファイバセンサに関する。   The present invention relates to an impact detection optical fiber sensor for sensing an impact caused by an object to be measured.

自動車などの車両に備えられ、他の車両や障害物などと衝突したときその衝撃を検知するための衝撃検知センサが検討されている(例えば、特許文献1)。   An impact detection sensor that is provided in a vehicle such as an automobile and detects an impact when the vehicle collides with another vehicle or an obstacle has been studied (for example, Patent Document 1).

従来の衝撃検知センサとしては、弾性を有する支持体に光ファイバを巻き付け、光ファイバの一端に発光素子を接続し、他端に受光素子を接続したものがある(例えば、特許文献2)。このセンサに衝撃が加わったとき、支持体が変形し、それとともに光ファイバが変形する。この変形により光ファイバを通過する光の透過量が変化し、この変化から衝撃を検知する。   As a conventional impact detection sensor, there is one in which an optical fiber is wound around a support having elasticity, a light emitting element is connected to one end of the optical fiber, and a light receiving element is connected to the other end (for example, Patent Document 2). When an impact is applied to this sensor, the support is deformed, and the optical fiber is deformed at the same time. This deformation changes the amount of light passing through the optical fiber, and an impact is detected from this change.

この光ファイバとして、プラスチックファイバ(POF)を用いることができる(例えば、特許文献3)。   As this optical fiber, a plastic fiber (POF) can be used (for example, Patent Document 3).

特表2002−531812号公報JP-T-2002-531812 特開平9−26370号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-26370 特開平5−249352号公報JP-A-5-249352

センサに大きな衝撃が加わった場合、POFが切断されるという耐衝撃性の問題がある。   When a large impact is applied to the sensor, there is an impact resistance problem that the POF is cut.

一方、POFの切断を防止するために、POFに衝撃による荷重が掛かりにくくして、耐衝撃性を向上させることが考えられるが、この場合、微小な衝撃を検知できなくなってしまうという問題がある。   On the other hand, in order to prevent the POF from being cut, it is conceivable to improve the impact resistance by making it difficult to apply a load to the POF due to an impact. However, in this case, there is a problem that a minute impact cannot be detected. .

そこで、本発明の目的は、センサ感度を向上させ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 improves the sensor sensitivity.

また、本発明の他の目的は、耐衝撃性を有するとともにセンサ感度を向上させた衝撃検知光ファイバセンサを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an impact detection optical fiber sensor having impact resistance and improved sensor sensitivity.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、プラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバの長手方向の片面もしくは両面に添えた複数個の突起を有する波付板と、上記プラスチック光ファイバと上記波付板とをモールド材で覆ってなるセンサ部と、上記プラスチック光ファイバの一端に接続された発光素子と、上記プラスチック光ファイバの他端に接続された受光素子とを備え、上記複数個の突起は、少なくとも2段階に互いの高さが異なり、かつ滑らかなR形状突起を組み合わせて構成されることを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサである。 The present invention has been devised to achieve the above object. The invention of claim 1 is a wave having a plastic optical fiber and a plurality of protrusions attached to one or both sides of the plastic optical fiber in the longitudinal direction. and biasing plate, a sensor unit and the plastic optical fiber with the above wave plate becomes covered with molding material, a light emitting element connected to one end of the plastic optical fiber, which is connected to the other end of the plastic optical fiber The impact detection optical fiber sensor includes a light receiving element, and the plurality of protrusions are configured by combining smooth R-shaped protrusions having different heights in at least two stages .

請求項の発明は、上記プラスチック光ファイバは、コア径が1.5mm、クラッド層の厚さが0.35mmの光ファイバに対し、クラッド層の厚さが15μm薄い請求項記載の衝撃検知光ファイバセンサである。 According to a second aspect of the invention, the plastic optical fiber core diameter of 1.5 mm, to the optical fiber thickness of 0.35mm of clad layer, the thickness of the clad layer is 15μm thin of claim 1 It is an impact detection optical fiber sensor.

請求項の発明は、上記プラスチック光ファイバのコアおよびクラッド層の横断面は、上記波付板に短軸が直交するように楕円形状である請求項1又は2に記載の衝撃検知光ファイバセンサである。 According to a third aspect of the present invention, the cross section of the core and the clad layer of the plastic optical fiber is elliptical so that the minor axis is orthogonal to the corrugated plate. The shock detection optical fiber sensor according to the first or second aspect It is.

本発明によれば、耐衝撃性を確保しながらセンサ感度を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to improve sensor sensitivity while ensuring impact resistance.

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1(a)は、本発明の好適な第1の実施の形態を示す衝撃検知光ファイバセンサの主要部の側面図、図1(b)はその横断面図である。   FIG. 1A is a side view of a main part of an impact detection optical fiber sensor showing a preferred first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a transverse sectional view thereof.

図1(a)および図1(b)に示すように、第1の実施の形態に係る衝撃検知光ファイバセンサ1は、プラスチック光ファイバ(POF)2を有する衝撃を検知するためのセンサ部3と、POF2の一端に接続される図示しない半導体レーザなどの発光素子と、POF2の他端に接続される図示しないフォトダイオードなどの受光素子とを備えて主に構成される。以下に説明する本実施の形態では、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(HPOF)を使用した。   As shown in FIGS. 1A and 1B, an impact detection optical fiber sensor 1 according to the first embodiment includes a sensor unit 3 for detecting an impact having a plastic optical fiber (POF) 2. And a light emitting element such as a semiconductor laser (not shown) connected to one end of the POF 2 and a light receiving element such as a photodiode (not shown) connected to the other end of the POF 2. In the present embodiment described below, a heat-resistant plastic optical fiber (HPOF) having heat resistance is used as POF2.

POF2は、衝撃に応じて光伝送特性が変化するものであり、横断面が円形のコア4の外周にクラッド層5を被覆して構成され、横断面が同心円形状に形成される。コア4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)、シリコーン樹脂を用いる。クラッド層5としては、耐熱性、耐水性、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(FEP)などのふっ素樹脂を用いる。   The POF 2 has an optical transmission characteristic that changes in response to an impact. The POF 2 is configured by covering the outer periphery of a core 4 having a circular cross section with a clad layer 5, and the cross section is formed concentrically. As the core 4, a synthetic resin excellent in heat resistance, for example, an acrylic resin, a crosslinked acrylic resin (thermosetting acrylic resin), or a silicone resin is used. As the cladding layer 5, a synthetic resin excellent in heat resistance, water resistance, and mechanical properties, for example, a fluorine resin such as a fluoroethylene propylene resin (FEP) is used.

さて、センサ1は、センサ感度を向上させるため、POF2のクラッド層5を、POF2から光が漏れず、かつPOF2が十分な強度を有する範囲で極力薄く、具体的には、一般に用いられるPOFのクラッド層よりも数%以上、好ましくは4%以上薄くしてある。   Now, in order to improve the sensor sensitivity, the sensor 1 has the cladding layer 5 of the POF 2 as thin as possible within a range in which light does not leak from the POF 2 and the POF 2 has a sufficient strength. It is thinner than the clad layer by several percent or more, preferably 4% or more.

POF2は、例えば、コア径が1.5mm、クラッド層の厚さが0.35mmの一般的なPOFに対し、クラッド層5の厚さを15μm薄くしてある。この場合、クラッド層5の厚さは0.335mmである。   In POF2, for example, the thickness of the cladding layer 5 is reduced by 15 μm compared to a general POF having a core diameter of 1.5 mm and a cladding layer thickness of 0.35 mm. In this case, the thickness of the cladding layer 5 is 0.335 mm.

センサ部3は、POF2の片面(図1(a)および図1(b)では裏面)に、複数個の突起を有する波付板6を添えた状態で、POF2と波付板6とが合成樹脂などのモールド材7により覆われている。ここで、モールド材による覆い方としては、POF2と波付板6とをまとめてモールド材により一体成型してもよく、また先に波付板6をモールド材によって覆い、その後POF2をモールド材に設けた空間に挿入するようにしてもよい。   The sensor unit 3 is composed of the POF 2 and the corrugated plate 6 in a state where the corrugated plate 6 having a plurality of protrusions is attached to one side of the POF 2 (the back surface in FIGS. 1A and 1B). It is covered with a molding material 7 such as resin. Here, as a method of covering with the molding material, the POF 2 and the corrugated plate 6 may be integrated and molded integrally with the molding material, or the corrugated plate 6 is first covered with the molding material, and then the POF 2 is used as the molding material. You may make it insert in the provided space.

波付板6は、その表面に突起としての平面形状突起8が、長手方向に沿って一定間隔で複数個形成されたものである。平面形状突起8は、側面視が略台形状であり、台形上部に平面部10が形成されて構成される。各平面形状突起8の高さは互いに同じであり、POF2に波付板6を添えたとき、POF2と各平面部10とが接触するようになっている。   The corrugated plate 6 has a plurality of planar protrusions 8 as protrusions formed on the surface thereof at regular intervals along the longitudinal direction. The planar protrusion 8 has a substantially trapezoidal shape in a side view, and is configured by forming a planar portion 10 on the upper part of the trapezoid. The heights of the planar projections 8 are the same, and when the corrugated plate 6 is attached to the POF 2, the POF 2 and the planar portions 10 come into contact with each other.

波付板の形状としては、平面形状突起8の平面部10の長手方向の両端に一定の曲率半径を有する滑らかなR状部9が形成されるR付き平面形状突起を用いてもよい。   As the shape of the corrugated plate, R-shaped planar protrusions in which smooth R-shaped portions 9 having a constant radius of curvature are formed at both ends in the longitudinal direction of the planar portion 10 of the planar protrusion 8 may be used.

波付板6としては、例えば、硬質性のプラスチック(ロックウェル硬度(JIS K 7202)Rスケール118、Mスケール80程度のもの)、真ちゅう(BS)、ステンレス鋼(SUS)などを用いる。   As the corrugated plate 6, for example, hard plastic (Rockwell hardness (JIS K 7202) R scale 118, M scale of about 80), brass (BS), stainless steel (SUS), or the like is used.

第1の実施の形態の作用を説明する。   The operation of the first embodiment will be described.

センサ1では、センサ部3に衝撃(あるいは荷重)が(図1(a)および図1(b)では上方向から)加わると、POF2が波付板6の平面形状突起8に押し付けられ、コア4が変形することにより、POF2に衝撃に応じた曲げ損失または圧縮損失が発生する。この曲げ損失または圧縮損失の損失量を、POF2の一端から発光素子によって光を入射し、POF2の他端で受光素子によって受光し、POF2を伝搬する光の透過光量の変化(減衰量)を観測することで測定する。測定した損失量からセンサ部3に加わる衝撃の有無、大きさを求めて検知する。   In the sensor 1, when an impact (or load) is applied to the sensor unit 3 (from above in FIGS. 1A and 1B), the POF 2 is pressed against the planar protrusion 8 of the corrugated plate 6, and the core When 4 is deformed, bending loss or compression loss corresponding to the impact occurs in POF 2. The amount of bending loss or compression loss is incident on the light emitting element from one end of POF2 and received by the light receiving element on the other end of POF2, and the change (attenuation) in the amount of transmitted light transmitted through POF2 is observed. To measure. The presence / absence and magnitude of an impact applied to the sensor unit 3 are determined from the measured loss amount and detected.

POF2の透過光量の減衰は、コア4が変形することにより発生し、POF2が平面形状突起8で押しつぶされることによりコア4に変形が起こる。コア4よりクラッド層5が柔らかい(弾性率が低い)ため、クラッド層5が先に変形し始め、コア4は遅れて変形し始める。クラッド層が厚いと、それだけコアの変形に遅延が発生し、センサ感度が低下することになる。   The attenuation of the transmitted light amount of the POF 2 occurs when the core 4 is deformed, and the core 4 is deformed when the POF 2 is crushed by the planar protrusion 8. Since the clad layer 5 is softer than the core 4 (lower elastic modulus), the clad layer 5 starts to deform first, and the core 4 begins to deform with a delay. If the clad layer is thick, a delay occurs in the deformation of the core, and the sensor sensitivity decreases.

しかし、センサ1は、クラッド層5を、POF2から光が漏れず、かつPOF2が十分な強度を有する範囲で極力薄く、具体的には、一般的なPOFのクラッド層よりも4%以上薄くしたので、小さい衝撃(低荷重)でPOF2の透過光量を減衰させることができ、センサ感度が高い。これは、平面形状突起8を有する波付板6の代わりに、背景技術で説明したR形状突起のみを有する波付板を用いても同様である。   However, in the sensor 1, the cladding layer 5 is made as thin as possible within a range in which light does not leak from the POF 2 and the POF 2 has sufficient strength. Specifically, the cladding layer 5 is made 4% or more thinner than a cladding layer of a general POF. Therefore, the transmitted light amount of POF 2 can be attenuated with a small impact (low load), and the sensor sensitivity is high. This is the same even if the corrugated plate having only the R-shaped projection described in the background art is used instead of the corrugated plate 6 having the planar-shaped projection 8.

例えば、コア径が1.5mm、クラッド層の厚さが0.35mmの一般的なPOFに対し、クラッド層5の厚さを15μm薄くしたPOF2を用いることで、センサ部3にある静荷重を印加したときに、センサ1は、従来のセンサに比べて約1.5倍のセンサ感度(ロス、dB)が得られた。   For example, by using POF 2 in which the thickness of the cladding layer 5 is reduced by 15 μm, compared to a general POF having a core diameter of 1.5 mm and a cladding layer thickness of 0.35 mm, the static load on the sensor unit 3 can be reduced. When applied, the sensor 1 has a sensor sensitivity (loss, dB) about 1.5 times that of the conventional sensor.

さらに、センサ1は、波付板6の突起がすべて平面形状突起8なので、センサ部3に大きな衝撃を印加した場合、平面形状突起8の平面部10でPOF2に加わる応力が分散されるので、POF2が切断されにくい。つまり、センサ1によれば、耐衝撃性を確保しながらセンサ感度を向上させることができる。   Furthermore, in the sensor 1, since all the projections of the corrugated plate 6 are planar projections 8, when a large impact is applied to the sensor unit 3, stress applied to the POF 2 is dispersed by the planar portion 10 of the planar projections 8. POF2 is difficult to cut. That is, according to the sensor 1, it is possible to improve sensor sensitivity while ensuring impact resistance.

これは、突起としてR状部9がない平面形状突起を用いる場合も同様である。ただし、平面形状突起8を用いる場合は、R状部9がない平面形状突起を用いる場合に比べて、R状部9でPOF2に加わる応力がより分散されるので、POF2がより切断されにくい。   The same applies to the case of using a planar projection having no R-shaped portion 9 as the projection. However, when the planar protrusion 8 is used, the stress applied to the POF 2 in the R-shaped portion 9 is more dispersed than in the case where the planar protrusion without the R-shaped portion 9 is used, so that the POF 2 is less likely to be cut.

第2の実施の形態を説明する。   A second embodiment will be described.

図2に示すように、衝撃検知光ファイバセンサ21は、図1のPOF2の代わりに、横断面が同心円形状の一般的なPOFを加工し、コア24およびクラッド層25の横断面を、波付板6に短軸が直交するように楕円形状に成型したPOF22を用いて、センサ部23を構成したものである。センサ21のその他の構成は、図1のセンサ1と同じである。   As shown in FIG. 2, the impact detection optical fiber sensor 21 is formed by processing a general POF having a concentric cross section instead of the POF 2 of FIG. 1, and corrugating the cross section of the core 24 and the cladding layer 25. The sensor unit 23 is configured by using a POF 22 molded in an elliptical shape so that the minor axis is orthogonal to the plate 6. Other configurations of the sensor 21 are the same as those of the sensor 1 of FIG.

POF22の成型方法としては、例えば、一般的なPOFの片面に波付板6を添え、POFを高温(約150℃)に加熱し、コア、クラッド共に軟らかく軟化した状態で、POFを反対面(図2では上方)から平板で圧縮し、POFを圧縮したまま常温に戻し、横断面が楕円形状のPOF22を成型するという工程を含む方法をとった。   As a molding method of the POF 22, for example, a corrugated plate 6 is attached to one side of a general POF, the POF is heated to a high temperature (about 150 ° C.), and both the core and the clad are softened and softened. A method including a step of compressing with a flat plate from the upper side in FIG. 2 and returning to normal temperature while the POF is compressed, and molding a POF 22 having an elliptical cross section is employed.

POF22は、例えば、コア径が1.5mm、クラッド層の厚さが0.35mmの一般的なPOFに対し、クラッド層25の短軸方向の厚さを15μm薄くしてある。この場合、クラッド層25の短軸方向の厚さは0.335mmである。   In the POF 22, for example, the thickness of the clad layer 25 in the minor axis direction is made 15 μm thinner than a general POF having a core diameter of 1.5 mm and a clad layer thickness of 0.35 mm. In this case, the thickness of the cladding layer 25 in the minor axis direction is 0.335 mm.

このセンサ21によっても、クラッド層25の短軸方向の厚さを、POF22から光が漏れず、かつPOF22が十分な強度を有する範囲で極力薄くしたので、図1のセンサ1と同じ作用効果が得られる。   Also with this sensor 21, the thickness in the minor axis direction of the cladding layer 25 is made as thin as possible within a range in which light does not leak from the POF 22 and the POF 22 has sufficient strength. can get.

また、センサ21は、POF22の横断面が楕円形状となっているため、横断面が円形のPOFに比べてPOF22と波付板6との接触面積が大きくなり、斜め(POF22の短軸に平行でない方向)方向から荷重を受けたときでも、POF22が波付板6の表面に残る(POF22が波付板6の表面からズレにくい)ので、コア24を効率良く変形させることができる。つまり、センサ21は、図1のセンサ1に比べるとセンサ感度が高い。   Further, in the sensor 21, since the cross section of the POF 22 is elliptical, the contact area between the POF 22 and the corrugated plate 6 is larger than that of the POF having a circular cross section, and the sensor 21 is oblique (parallel to the short axis of the POF 22). The POF 22 remains on the surface of the corrugated plate 6 even when a load is applied in the direction (not in the direction) (the POF 22 is not easily displaced from the surface of the corrugated plate 6), so that the core 24 can be efficiently deformed. That is, the sensor 21 has higher sensor sensitivity than the sensor 1 of FIG.

第3の実施の形態を説明する。   A third embodiment will be described.

図3(a)および図3(b)に示すように、衝撃検知光ファイバセンサ31は、図1の波付板6の代わりに、突起として、平面形状突起8と、R形状突起32との2種類の突起を、長手方向に沿って一定間隔で交互に組み合わせて形成した波付板36を用いて、センサ部33を構成したものである。   As shown in FIG. 3A and FIG. 3B, the impact detection optical fiber sensor 31 includes a planar protrusion 8 and an R-shaped protrusion 32 as protrusions instead of the corrugated plate 6 of FIG. The sensor unit 33 is configured by using a corrugated plate 36 formed by alternately combining two types of protrusions at regular intervals along the longitudinal direction.

上述したように、平面形状突起8は、側面視が略台形状であり、長手方向の両端に一定の曲率半径を有する滑らかなR状部9が形成されると共に中央部に平面部10が形成されて構成される。R形状突起32は、側面視が略半円形状であり、一定の曲率半径を有する滑らかな突起である。突起としては、平面形状突起8の代わりに、長手方向に平面部が形成された(R状部9が形成されていない)平面形状突起を用いてもよい。   As described above, the planar protrusion 8 has a substantially trapezoidal shape in a side view, the smooth R-shaped portion 9 having a constant radius of curvature is formed at both ends in the longitudinal direction, and the planar portion 10 is formed at the central portion. Configured. The R-shaped protrusion 32 is a smooth protrusion having a substantially semicircular shape in a side view and a constant radius of curvature. As the protrusions, instead of the planar protrusion 8, a planar protrusion in which a planar part is formed in the longitudinal direction (the R-shaped part 9 is not formed) may be used.

センサ31としては、POF2の代わりに、図2のPOF22を用いてもよいし、一般的なPOFを用いてもよい。センサ31のその他の構成は、図1のセンサ1と同じである。   As the sensor 31, the POF 22 of FIG. 2 may be used instead of the POF 2, or a general POF may be used. Other configurations of the sensor 31 are the same as those of the sensor 1 of FIG.

センサ31の構造では、モールド材7の弾性係数がPOF2や波付板36の弾性係数よりも小さいため、POF2に掛かった荷重は、主に波付板36によって支えられる。   In the structure of the sensor 31, since the elastic coefficient of the molding material 7 is smaller than that of the POF 2 and the corrugated plate 36, the load applied to the POF 2 is mainly supported by the corrugated plate 36.

衝撃印加時、平面形状突起8では、荷重を受ける面積がR形状突起32に比べて大きいため、単位面積に掛かる荷重が小さくなる。したがって、センサ31は、R形状突起のみを有する波付板を用いた従来のセンサよりも、POF2が切断される際の衝撃が大きくなり、耐衝撃性が向上する。   When the impact is applied, the planar protrusion 8 has a larger area to receive the load than the R-shaped protrusion 32, and therefore the load applied to the unit area is reduced. Therefore, the sensor 31 has a larger impact when the POF 2 is cut than the conventional sensor using the corrugated plate having only the R-shaped protrusion, and the impact resistance is improved.

ここで、波付板の突起を平面形状突起8ばかりにすると、耐衝撃性は向上するが、POF2の損失が小さくなり、センサ感度が下がる場合がある。そこで、センサ31では、耐衝撃性を向上させる平面形状突起8と、センサ感度を向上させるR形状突起32とを交互に形成した波付板36を用いることで、所望のセンサ感度と耐衝撃性が得られる。つまり、センサ31は、センサ感度と耐衝撃性がバランスよく両立したセンサである。   Here, if the corrugated plate has only the planar protrusion 8, the impact resistance is improved, but the loss of the POF 2 is reduced, and the sensor sensitivity may be lowered. Therefore, in the sensor 31, desired sensor sensitivity and impact resistance can be obtained by using the corrugated plate 36 in which the planar projection 8 for improving the impact resistance and the R-shaped projection 32 for improving the sensor sensitivity are alternately formed. Is obtained. That is, the sensor 31 is a sensor in which both sensor sensitivity and impact resistance are balanced.

また、R形状突起32でも曲率半径を大きくすることで、センサ31の耐衝撃性を大きくすることができる。R形状突起32では、荷重が加わりPOF2が変形するにしたがい、荷重を受ける面積が大きくなるのだが、曲率半径を大きくするほど荷重を受ける面積の増加量が大きくなるためである。   Further, the impact resistance of the sensor 31 can be increased by increasing the radius of curvature of the R-shaped protrusion 32 as well. In the R-shaped protrusion 32, as the load is applied and the POF 2 is deformed, the area that receives the load increases. However, as the radius of curvature increases, the amount of increase in the area that receives the load increases.

さらに、センサ31では、平面形状突起8のR状部9の曲率半径、平面部10の長さ、パターン(例えば、突起の間隔)又は/及びR形状突起32の曲率半径、パターンを、センサ感度と耐衝撃性に合わせて予め調節(設定)することで、所望のセンサ感度と耐衝撃性が得られる。   Further, in the sensor 31, the radius of curvature of the R-shaped portion 9 of the planar protrusion 8, the length of the planar portion 10, the pattern (for example, the interval between the protrusions) and / or the radius of curvature of the R-shaped protrusion 32, and the pattern are used as sensor sensitivity. By adjusting (setting) in advance according to the impact resistance, desired sensor sensitivity and impact resistance can be obtained.

第4の実施の形態を説明する。   A fourth embodiment will be described.

図4(a)および図4(b)に示すように、衝撃検知光ファイバセンサ41は、図1の波付板6の代わりに、突起として、高さが高いR形状突起(高突起)42Hと、高突起42Hよりも高さが低いR形状突起(低突起)42Lとの2段階に高さが異なる2種類の突起を、長手方向に沿って一定間隔で交互に組み合わせて形成した波付板46を用いて、センサ部43を構成したものである。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the impact detection optical fiber sensor 41 has an R-shaped protrusion (high protrusion) 42H having a high height as a protrusion instead of the corrugated plate 6 of FIG. And corrugation formed by alternately combining two types of protrusions having different heights in two stages, an R-shaped protrusion (low protrusion) 42L having a height lower than that of the high protrusion 42H, along the longitudinal direction. The sensor unit 43 is configured using the plate 46.

各高突起42Hの高さは互いに同じであり、POF2に波付板46を添えたとき、POF2と各高突起42Hの頂部とが接触するようになっている。各低突起42Lの高さも互いに同じである。   The heights of the high protrusions 42H are the same. When the corrugated plate 46 is attached to the POF 2, the POF 2 and the top of the high protrusions 42H are in contact with each other. The height of each low protrusion 42L is also the same.

センサ41としては、POF2の代わりに、図2のPOF22を用いてもよいし、一般的なPOFを用いてもよい。センサ41のその他の構成は、図1のセンサ1と同じである。   As the sensor 41, the POF 22 of FIG. 2 may be used instead of the POF 2, or a general POF may be used. Other configurations of the sensor 41 are the same as those of the sensor 1 of FIG.

センサ41では、衝撃印加時において、微小な衝撃の場合、POF2は高突起42Hのみと接触し、衝撃によってPOF2が受けた荷重は高突起42Hのみで支えられる。   In the sensor 41, when a shock is applied when the impact is applied, the POF 2 comes into contact with only the high protrusion 42H, and the load received by the POF 2 due to the impact is supported only by the high protrusion 42H.

また、図5に示すように、大衝撃S印加時のように衝撃が大きい場合、荷重の掛かり始めでは、POF2は高突起42Hのみと接触した後、押しつぶされていき、POF2が高突起42Hの高さと低突起42Lの高さとの差以上変形すると、高突起42Hおよび低突起42Lと接触する。POF2が高突起42Hおよび低突起42Lと接触すると、荷重を受ける面積が大きくなるため、POF2の単位断面積に掛かる荷重が低減される。   In addition, as shown in FIG. 5, when the impact is large as in the case of applying a large impact S, at the beginning of load application, POF2 comes into contact with only the high protrusion 42H and then is crushed. When the deformation is greater than the difference between the height and the height of the low protrusion 42L, the high protrusion 42H and the low protrusion 42L come into contact. When POF2 comes into contact with the high protrusions 42H and the low protrusions 42L, the area that receives the load increases, so the load applied to the unit cross-sectional area of POF2 is reduced.

このように、センサ41では、微小な衝撃の場合、POF2に掛かる荷重は小さな面積(高突起42Hのみ)で支えられ、大きな衝撃の場合、POF2に掛かる荷重は大きな面積(高突起42Hおよび低突起42L)で支えられる。そのため、センサ41は、微小な衝撃を感度良く検出することができ、大きな衝撃が加わった場合の耐衝撃性が向上する。つまり、センサ41は、センサ感度と耐衝撃性がバランスよく両立したセンサである。   Thus, in the sensor 41, the load applied to the POF 2 is supported by a small area (only the high protrusion 42H) in the case of a minute impact, and the load applied to the POF 2 is large (the high protrusion 42H and the low protrusion) in the case of a large impact. 42L). Therefore, the sensor 41 can detect a minute impact with high sensitivity, and the impact resistance when a large impact is applied is improved. That is, the sensor 41 is a sensor in which the sensor sensitivity and the impact resistance are well balanced.

さらに、センサ41では、高突起42Hの曲率半径、高さ、パターン又は及び低突起42Lの曲率半径、高さ、パターンを、センサ感度と耐衝撃性に合わせて予め調節することで、所望のセンサ感度と耐衝撃性が得られる。   Further, in the sensor 41, a desired sensor can be obtained by adjusting in advance the curvature radius, height and pattern of the high protrusion 42H and the curvature radius, height and pattern of the low protrusion 42L in accordance with the sensor sensitivity and impact resistance. Sensitivity and impact resistance can be obtained.

また、突起の高さを2段階だけでなく、3段階以上に互いの高さを異ならせることで、さらに細かくセンサ感度と耐衝撃性を調節できる。   In addition, the sensor sensitivity and impact resistance can be adjusted more finely by changing the height of the protrusions not only in two stages but also in three or more stages.

上記実施の形態では、POFの片面に波付板を添えた例で説明したが、POFの両面に波付板を添えてもよい。この場合、センサ感度がより向上する。   In the above-described embodiment, the example in which the corrugated plate is attached to one side of the POF has been described, but the corrugated plate may be attached to both sides of the POF. In this case, the sensor sensitivity is further improved.

図1(a)は本発明の好適な第1の実施の形態を示す衝撃検知光ファイバセンサの主要部の側面図、図1(b)はその横断面図である。FIG. 1A is a side view of a main part of an impact detection optical fiber sensor showing a preferred first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a transverse sectional view thereof. 第2の実施の形態を示す主要部の横断面図である。It is a cross-sectional view of the main part showing a second embodiment. 図3(a)は第3の実施の形態を示す主要部の側面図、図3(b)はその横断面図である。FIG. 3A is a side view of the main part showing the third embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view thereof. 図4(a)は第4の実施の形態を示す主要部の側面図、図4(b)はその横断面図である。FIG. 4A is a side view of the main part showing the fourth embodiment, and FIG. 4B is a transverse sectional view thereof. 大衝撃印加時における図4に示した衝撃検知光ファイバセンサの主要部の横断面図である。It is a cross-sectional view of the main part of the impact detection optical fiber sensor shown in FIG. 4 when a large impact is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1 衝撃検知光ファイバセンサ
2 プラスチック光ファイバ(POF)
3 センサ部
4 コア
5 クラッド層
6 波付板
7 モールド材
1 Impact detection optical fiber sensor 2 Plastic optical fiber (POF)
3 Sensor part 4 Core 5 Clad layer 6 Corrugated plate 7 Mold material

Claims (3)

プラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバの長手方向の片面もしくは両面に添えた複数個の突起を有する波付板と、上記プラスチック光ファイバと上記波付板とをモールド材で覆ってなるセンサ部と、上記プラスチック光ファイバの一端に接続された発光素子と、上記プラスチック光ファイバの他端に接続された受光素子とを備え、上記複数個の突起は、少なくとも2段階に互いの高さが異なり、かつ滑らかなR形状突起を組み合わせて構成されることを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサ。 A plastic optical fiber, a corrugated plate having a plurality of protrusions attached to one or both sides in the longitudinal direction of the plastic optical fiber, and a sensor unit that covers the plastic optical fiber and the corrugated plate with a molding material; includes a light emitting element connected to one end of the plastic optical fiber and a light receiving element connected to the other end of the plastic optical fiber, the plurality of projections are different in height from each other in at least two stages, An impact detection optical fiber sensor comprising a combination of smooth R-shaped protrusions . 上記プラスチック光ファイバは、コア径が1.5mm、クラッド層の厚さが0.35mmの光ファイバに対し、クラッド層の厚さが15μm薄い請求項1記載の衝撃検知光ファイバセンサ。 2. The impact detection optical fiber sensor according to claim 1 , wherein the plastic optical fiber has a thickness of 15 [mu] m thinner than an optical fiber having a core diameter of 1.5 mm and a cladding layer thickness of 0.35 mm . 上記プラスチック光ファイバのコアおよびクラッド層の横断面は、上記波付板に短軸が直交するように楕円形状である請求項1又は2に記載の衝撃検知光ファイバセンサ。 3. The impact detection optical fiber sensor according to claim 1, wherein a cross section of the core and the cladding layer of the plastic optical fiber is elliptical so that a short axis is orthogonal to the corrugated plate .
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