JPH0115031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の技術分野 本発明は移動体に搭載され光フアイバのばね性
を利用した加速度センサーに係るものである。

(b) 技術の背景 航空機、飛翔体などの移動体の運動を自動制御
する場合には、移動体に加速度センサーを搭載
し、加速度を検知してこの加速度を時間的に積分
し速度を、さらに時間的に積分して変位量を算出
して制御することが行われている。そして近年は
光技術の進歩に伴い光フアイバを使用した加速度
センサーが開発されている。

(c) 従来技術と問題点 この種の従来の加速度センサーを第１図に示
す。第１図のイは構成図、ロは伝送損失と加速度
との相関図である。

第１図のイにおいて、１はコイル状に巻回され
た単一コアよりなる光フアイバで両端末部は移動
体の部材５に固着されている。光フアイバ１の一
方の端末部には、例えば半導体レーザの発光素子
を設けた光源部２が装着されており、光フアイバ
１に入力を投入している。光フアイバ１の他方の
端末には、伝送された出力を受光して電気変換す
る光電素子３、例えばAPD（Avalanche Photo
Diode）が装着されている。光電素子３に接続さ
れた４は光電素子３で検出された加速度を、速度
あるいは変位量に換算するマイクロプロセツサで
ある。６は光フアイバ１のコイル部の一方の端面
（図では光源部２側）に平面が接するように移動
体の部材５に固着された板状の支持板である。

このように光フアイバ１のコイル部は一方の端
面が支持板６に接しているので、移動体が矢印
A₁で示すコイルの軸心方向に加速されると、コ
イル部は慣性により支持板６方向（矢印A₁方向
とは逆の矢印B₁方向）に相対的に移動する。そ
して支持板６によつて端面が支えられているの
で、コイルのピツチが小さくなり、コイル径は増
えるが、光フアイバの実曲げ径は小さくなる。し
たがつて光フアイバ１のコイル部の伝送損失は増
加する。

この伝送損失と加速度の相関関係は例えば第１
図ロのようである。ロは縦軸に伝送損失、横軸に
加速度をとつてあり、伝送損失は加速度の増加と
ともに増加する右上りの線Ｐである。したがつて
事前に加速度と伝送損失とのこの関係をマイクロ
プロセツサ４に記憶させておくことにより、加速
度を測定することが出来る。

なお、イにおいて矢印A₁と反対方向に移動体
が移動した場合は支持板６は支持の役目をなさな
いので、加速度を測定することが出来ない。した
がつて、他の光フアイバに、コイル部の反対側に
支持板を装着するか、あるいは第１図のイと同じ
光フアイバの支持板６と反対側に支持板を装置
し、受光側の端末部に光電素子３と並列して他の
光電素子を装着するのである。またこのような加
速度センサは移動体に対してＸ軸方向、Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向のそれぞれに装着しそれぞれの方向
の加速度センサの出力を合成して、移動体の移動
量、移動方向などを検出するのである。

しかし乍ら、光フアイバの曲げ損失による伝送
損失を検出するもので、伝送損失には例えば移動
体の振動、温度変化などによる他の雑損失があ
る。よつてこれらの雑損失がロのP′，P″のごと
くに曲げ損失の線Ｐ上にノイズ部分として附加さ
れるおそれがある。ノイズ成分が附加されるとこ
の加速度センサーの精度は低下する。

(d) 発明の目的 本発明の目的は、上記従来の問題点を除去し
て、高精度の加速度センサーを提供することにあ
る。

(e) 発明の構成 この目的を達成するために本発明は、フープ状
またはコイル状で移動体の速度変化により曲率が
変化するごとく搭載され、小径の第１のコアのク
ラツドの外周に大径の第２のコアが同心円状に形
成され該２つのコアの屈折率が同じかまたは異な
る光フアイバと、該光フアイバの一方の端末部に
装着され第１のコアおよび第２のコアに入力を投
入する光源部と、該光フアイバの他の端末部に装
着され第１のコアの出力を検出する第１の光電素
子、第２のコアの出力を検出する第２の光電素子
および該２つの光電素子に接続された差動増幅器
よりなる検出部とを具備せしめたもので、第１の
コアと第２のコアの出力の差の変動を検出するこ
とにより、ノイズ成分は第１のコアと第２のコア
とに同程度に附加され、それぞれのコアの出力に
は影響するが、差には殆んど影響せず、高精度に
することが出来るものである。

(f) 発明の実施例 以下図示実施例を参照して本発明について詳細
に説明する。

第２図は本発明の一実施例で、イは光フアイバ
の断面図、ロは構成図、ハは出力と加速度との相
関図、第３図は他の一実施例の構成図である。な
お全図を通じ同一符号は同一対象物を示す。

第２図のイにおいて、８は光フアイバの中心部
に形成された小径の第１のコアである。９は第１
のコア８の外周のクラツド１０の外周に第１のコ
ア８と同心円状に形成された大径の第２のコアで
ある。第２のコア９の外周にはクラツド１１が形
成されている。クラツド１０およびクラツド１１
の屈折率は第１のコア８および第２のコア９のそ
れぞれの屈折率より小さいことは当然である。第
１のコア８と第２のコア９の屈折率は同じでも、
またいずれか一方が大であつてもかまわないが、
今説明の都合上第２のコア９の屈折率が第１のコ
ア８の屈折率より大とする。

第２図のロにおいて、７は断面がイに示したよ
うな光フアイバで、フープ状に形成され、それぞ
れの両端末部は移動体の部材５に固着されてい
る。フープ部は間隔が光フアイバ７の外径寸法よ
りわずかに大きい、例えば２枚の平行板（図示し
てない）の間に載置され、この平行板の間隙内で
摩擦抵抗が殆んどなく、フープ形状が変形しうる
ように装着されている。移動体のＸ軸方向の加速
度（矢印A₂で示す）を検出する場合には、この
フープ部の面をＸ―Ｙ平面に一致させ、かつフー
プ部の外周の一部がＹ軸方向に固着された支持板
１７に接するように装着されている。

光フアイバ７の一方の端末部には例えば半導体
レーザの発光素子を設けた光源部１２が装着され
ており光フアイバ７の第１のコア８、第２のコア
９に入力を投入している。光フアイバ７の他方の
端末には、第１のコア８の出力を検出する光電素
子（例えばAPD）１３と第２のコア９の出力を
検出する光電素子１４が装着され、それらの光電
素子の出力は差動増幅器１５によつて、出力の差
が検出されるようになつている。１６は差動増幅
器１５に接続された所望のマイクロプロセツサー
である。

上述のように構成されているので、いま矢印
A₂の方向に移動体が加速されると、光フアイバ
７のフープ部は慣性により歪みを生じて支持板１
７に直交する方向のフープ径が小となり鎖線で示
すようになる。勿論この歪みは加速度と相関関係
があり、加速度がなくなると光フアイバ７のばね
性により元の状態に復帰する。

フープ部に歪が生じ変形すると第１のコア８、
第２のコア９のそれぞれに曲げ損失が生じるとと
もに、これらのコアの曲率の差が生じて、第１の
コア８と第２のコア９との間に伝搬パワーの授受
が行なわれ、特にこの伝搬パワーの授受は、コア
の屈折率が異なる場合に顕著である。

この特性を第２図のハを参照して説明する。

第２図のハは縦軸に光フアイバの各コアの出力
を、横軸に加速度をとつてある。

屈折率の小なる第１のコア８の出力は加速度の
増加とともに曲げ損失が増加するので、右下りの
特性Ｍとなる。

第２のコア９の出力は、加速度の増加ととも
に、屈折率の関係から第１のコア８の出力低減分
が第１クラツド１０を透過し、そのまま第２のコ
ア９で吸収されて増加分となる一方、第１のコア
８より大径のため小さい曲げ損失分とを生じ、互
いに相殺された出力となり、暫増特性Ｎとなる。

従つて、第１のコア８の出力Ｎと第２のコア９
の出力Ｍとの差を求めると、加速度の増加ととも
に急速に低減する特性Ｑの如くとなり、第１のコ
ア８のみによる特性Ｍより急傾斜となり、感度が
増え、且つ、加速度に対して一定の関係にあるこ
とがわかる。

この加速度センサはＸ軸方向で、しかも支持板
１７と反対側に移動体が進む時に効果のあるもの
で、Ｙ軸方向の加速度成分が附加されると、フー
プ部の歪がわずかに変化して多少の誤差が含まれ
る。Ｚ軸方向の加速度成分の影響はない。温度、
または移動体の振動などによるノイズ成分は、そ
れぞれの第１のコア８、および第２のコア９には
附加されるが、同程度に附加されるので、差動増
幅器１４にて打消される。

第３図において、第２図イのように構成された
光フアイバ１８はコイル状に巻回されている。光
フアイバ１８のコイル部の中空軸部には、ガイド
バー２０が遊貫されている。コイル部の一方の端
面はＹ―Ｚ平面に平行な支持板１９に接して装着
され、この支持板１９にガイドバー２０は固着し
ている。光フアイバ１８の両端末に、光源部１
２、光電素子１３，１４、差動増幅器１５が装着
されていることは第２図のロと同様である。

このように光フアイバ１８の中空軸部にガイド
バー２０が挿入されているので、コイルのピツチ
が伸縮する方向即ちＸ軸方向にのみコイル部が変
形される。したがつてＹ軸、Ｚ軸方向の加速度成
分が誤差として検出されることがない。

このような加速度センサーを、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸方向に設置して合成すれば、移動体の加速度の
方向をも精度高く検出することが出来る。

なお本発明は、光フアイバのフープ部またはコ
イル部の一部に錘りを固着せしめると、光フアイ
バの慣性が大となり、感度をさらに向上せしめる
ことが出来る。

(g) 発明の効果 以上説明したように本発明は、大、小の径の第
１のコア、第２のコアを有する光フアイバのコア
間に伝搬パワーの授受を行わしめることにより、
加速度の検出を行うもので、高精度、高感度であ
るといつた実用上ですぐれた効果のある加速度セ
ンサである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の加速度センサーのイは構成図、
ロは伝送損失と加速度との相関図、第２図は本発
明の一実施例で、イは光フアイバの断面図、ロは
構成図、ハは出力と加速度との相関図、第３図は
本発明の他の実施例の構成図である。 図中、１，７，１８は光フアイバ、２，１２は
光源部、３，１３，１４は光電素子、４，１６は
マイクロプロセツサ、５は移動体の部材、６，１
７，１９は支持板、８は第１のコア、９は第２の
コア、１０，１１はクラツド、１５は差動増幅
器、２０はガイドバーを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ フープ状またはコイル状で移動体の速度変化
   により曲率が変化するごとく搭載され、小径の第
   １のコアのクラツドの外周に大径の第２のコアが
   同心円状に形成され該２つのコアの屈折率が同じ
   かまたは異なる光フアイバと、該光フアイバの一
   方の端末部に装着され第１のコアおよび第２のコ
   アに入力を投入する光源部と、該光フアイバの他
   の端末部に装着され第１のコアの出力を検出する
   第１の光電素子、第２のコアの出力を検出する第
   ２の光電素子および該２つの光電素子に接続され
   た差動増幅器よりなる検出部とを具備してなるこ
   とを特徴とする加速度センサー。