JPS59107228A - 構造情報検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は構造情報検出器に係る。

特に、本発明は、構造体に働く複数の力のうちの少なく
とも１つの力の作用を表わすデータを収集して解読する
構造情報検出器に係る。

本発明は、その重要な特徴においては、構造体の面上の
離間された面座標ベクトルの相対的な向きを光学的に感
知し、単なる生データであるような／次電気信号を発生
し、この生の／次信号を、信号処理電子装はで処理でき
る形態に変換し、そして構造体に働く力の作用を直接指
示する有用な情報を含んだ電気信号を装置の出力として
与えるような一体装置に係る。

本発明は、更に別の特徴においては、光学系、生データ
変換回路及び信号処理電子装置の全てが１つの半導体基
体上に支持された一体装置の形態の構造情報検出器に係
る。

本発明は、更に別の特徴においては、上記形式のＵＩｔ
造情報検出器”に使用できる新規な光学系に係る０ 一般ＫＩＲ造モーメント検出器又は曲げこわさセンサと
も称される光学センサは公知であり、これらセンサは基
本的にはオートコリメータで６って、動的な直線運動に
は不感であるが、セ／すの一端に対する池端のそりｌｌ
？：感じるようになっている。

例えば、このようなセンサは、Ｒｏｓｓｉｒｅ氏の米国
特許第３．２２７．！；／／号、並ひにＵｎｉｔｅｄ　
５ｔａｔｅｓＡｉｒ　ＦｏｒｃｅのＡｉｒ　Ｆｏｒｃｅ
　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｃｏｍｍａｎｄ　により出版された
Ｉ構造こわさセンサ：非破壊試験への応用１と題する出
版物（Ｆｒａｎｋ　Ｊ、　５ｅｉｌｅｒ。

Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ　、　Ｐ
ｕｂｌｌｃａｔｉｏｎ　　ＳＲＬ−ＴＲ−７３；−００
／７、／り７！年１０月）に述べられている。又、／り
７！；１年を月、２乙日付の０ｋｕｂ。

氏の米国特許第ｔｉ、ｉｓり、≠λλ号並びにｌり７り
年に月７４を日付の米国特許第グ、／乙≠、／弘７号も
参照されたい。

本出願人の米国特許出願第λ乙よ、０３７号及び本出願
人の米国特許第≠、　、２ｆ７　、　！；／　７号には
、上記の一般性を限定することなく、基本的な測定シス
テムや、構造完全性の測定システムや、ｆＮ造測定応用
システムや、荷重測定応用システムや、つながり検出応
用システムのような多数の最終用途に構造モーメント検
出器もしくは曲げこわさセンサを使用す２）種々のシス
テムが開示されている。

本田１人の上記特許出願及び上記特許に開示されたシス
テムは、実質的に一般の構造モーメント検出器を用いて
いるが、その出力は、センナが取り付けられた構造体に
働く力の作用に関する有用な情報を直接指示することも
与えることもないような生のデータである。センナから
の生のデータは、本出願人の上記特許出願及び上記特許
によれば、当然ながら通常はセンサから離れた位置に配
置されたマイクロプロセッサ及び計算ソフトウェアを含
む外部１Ｅ子装置によってコ１１整され処理される。本
出願人の上記特許出願及び上記特許に開示されたシステ
ムの多数の最終用途においては、被検査（薄情体上の広
く離間された各点に配置されたセンサの配列体が当然必
要とされるので、これらセンサを信号調整・ｒ−夕処理
装置と通信させるのに要する配線が複雑となり、経費が
かかる上に〔れら２システムの利用に技術的な制約が生
じる。

更に、本出願人の上記特許出願及び上記特ＦＦＫＲ示さ
れたように、このようなシステムの多くに用いら昨るセ
ンサは一般サイズのものであり、即ちその大きい方の寸
法が数インチ以上であり、従ってセンナを限定された空
間に設置することが必要とされる場合にはこれらシステ
ムの利用に制約が生じる。

又、一般の曲げこわさセンサは本質的に！つの部片より
成る装置であり、その各々の部片は光学感知システムの
７部を含むので、このようなセンサの製造コスト並びに
その取り付けに要する時間及び経費が増すことがある。

このような２つの部片より成る装置の製造及び取り付け
においては、所望の最終結果を得るように装置の一つの
部片を光学的に揃える上で付加的な時間及び経費がかか
る。更に、このような公知−げこわさセンサのサイズ及
び構造上の性質は、その保守及び／又は取り替え、温度
感受性、等々の付随的な問題に著しく影響するっ それ故、光学センサからの生の信号を一竺的な装置（７
つの部片より成る装置か、又は各々の部品を組立てて一
体的なユニットを形成するような多部品装置）内で変換
し処理して、装置の電気信号出力が直接役立つ情報内容
を有するようにし、この情報内容を一般の手段で表示も
しくは記録することもできるし、或いはこの情報内容を
直接利用して制御システムを作動することもでき、複雑
な配線の必要性をなくすと共に、大部分の場合に外部の
データ処理ノ・−ドウエア及び／又はソフトウェアの必
要性をなくすことができるような装置（ここでは１構造
情報検出器１と称する）を提供することが強く要望され
る。種々の構造情報検出器の配列体中の個々の検出器が
互いに通信したり中央の表示、記録又は制御ノ・−ドウ
エア及び／又はソフトウェアと通信したりすることが必
要とされる場合があるが、このような場合にも、外部の
信号変換・データ処理ノ・−ドウエア及び／又はソフト
ウェアを有する一般の曲げこわさセ／すを用いたシステ
ムに比べて、相互接続配線の複雑さが著しく低減される
ことが当業者に理解されよう。

又、寸法が相当に減少されると共に、製造、設置、保守
及び交換についての複雑さが相当に低減され、然も温度
感受性等の付随的な特性が改善された一体的な構造情報
検出器を提供することが強く要望される。

それ故゛ζ本発明の主たる目的は、一部片の装置である
か、或いは一体的な装置を形成するように複数の部品が
機械的に一体化されたような一体的な構造情報検出器全
提供することである。

本発明の別の主たる目的は、一般のデータ表示及び／又
は記録システムによって直接使用できるか、或いはサー
日？モータやマイクロスイッチ等の種々の制御装置によ
って直接使用できるような情報内容を有した電気信号を
出力として直接発生する構造情報検出器を提供すること
である。

本発明の更に別の目的は、ここに開示する構造情報検出
器及び一般の曲げこわさセンサに使用できる改良された
工学系を提供することである。

本発明の更に別の目的は、特定の構造体又はその側部品
に取り付けた時に１構造体の荷重支持能力、構造体にか
かる荷重、構造体におけるクラックの有無、構造体にク
ラックが生じた時のその方向、構造体の荷重支持能力に
対するり２ツクの影響、ｈ’ｌ造体の共振周波数又は固
有振動数、構造体の固有振動数の変化、構造体内に生じ
る振動レベル、固有の力又は誘起された力に対する構造
体の応答性、構造情報検出器が取り付けられた構造体の
完全性又は状態に関係したデータ及び各々の固有振動数
に対する構造体のスチフネスの分布（これらに限定され
るものではないが）といった構造体の性能特性のいずれ
か７つ又はその全ｉＫついての情報を直接与えるような
構造情報検出器を提供することである。

本発明のこれら及び池の目的、更に別の目的、並びに更
に特定の目的、そして本発明の効果は、添付図面を参照
した以下の詳細な説明より当業者に理解されようつ 従って本発明によれば、構造体に讃＜複数の力のうちの
少なくとも１つの力の作用を表わすデータを収集して解
読する構造情報検出器が提供される。この構造情報検出
器は、構造体の面に取り付けられるハウジングと、この
ノ・ウノング内にあり、構造体の離間された面座標ベク
トルの相対的な向きを検出し該向きの変化に応じて／次
信号を発生する光学手段と、ハウジング内にあり、上記
／次信号を、信号処理電子装置で利用できる形態に変換
する回路手段と、ハウジング内にあり、上記変換された
／次信号をノ次信号へと処理する計算ンフトウエアを含
むデータ処理電子装置とを備えている。上記２次信号は
、構造体に働く複数の力のうちの少なくとも７つの力の
作用を直接指示する有用な情報を含んでいる。

本発明の／実施例においては、光学センサ、信号変換回
路、及びデータ処理電子装置は、上記・・ウジング内に
受は入れられた単／部片の半導体基体に支持される。

本発明の別の実施例においては、上記・・ウノングは第
１及び第２〇ノ・ウノ／グサプ組立体より成る。第１（
Ｄ／・ウジングサブ組立体は、信号変換回路と、信号・
データ処理電子装置と、光源や光電検出器やコリメート
レンズを含む光学センサ部品とを収容する。光源及び光
電検出器はこの第１の・・ウジングサプ組立体に形成さ
れた中空胴部の内面に支持され、コリメートレンズは上
記胴部の開端付近に支持される。第２の）・ウジングサ
ブ組立体は、これに形成された対応胴部の内端に支持さ
れた平面ミラーを光学センサの別の部品として収容する
。上記の対応胴部は、第１の・・ウジングサブ組立体に
形成された胴部を締りばめ状態で受は入れて構造上一体
重な装置を形成するような形状及び寸法にされるっ構造
体上の離間された点に上記第１及び第２のハウジングサ
グ組立体を取り付ける手段が設けられている。

本発明の更に別の実施例によれば、構造情報検出器に使
用される光学センナが部品として提供され、この光学セ
ンサは公知の曲げこわさセンサ及び構造モーメント検出
器として使用することもできる。本発明のこの実施例に
よれば、この光学センサは光伝達性の可撓性物質で作ら
れた細長い光伝達部材を備え、こる部材は送光／受光端
と、反射端とを有している。この光伝達部材の反射端に
は集光レンズが形成される。光伝達部材の送光／受光端
は光源を支持し、この光源は光伝達部材を通してその地
端に形成された集光レンズへ光を向けるように配置され
る。又、上記送光／？光端は、上記光源から光伝達部材
を通して上記集光レンズへ送られてこれにより反射され
て光伝達部材を通して送られる光を受（子る受光手段も
支持している。

この受光手段は、受けた光に応じて電気信号を発生する
。構造体が曲がると、これに対応して光伝達部材も曲が
り、ひいては受光手段で受ける光の量が変化するように
、光伝達部材の両端を構造体上のＩＩＦＩ間された点に
相互に接続する手段が設けられている。

ここで用いられる１構造体１という語は、文章の前後関
係から明らかなように、部品を組立てることにより形成
される全構造体、或いは７つ以上の部品自体を含むこと
が理解されよう。又、この語は、自然に生じる構造体及
び人工の構造体も含むものとし、例えば、人体のような
生きた組織体も含むものとする。

又１ここで用いられる１面１という語は、構造体の外面
を意味するだけではなく、その本来の又は人為的な内面
も意味し、その普遍性を限定することなく構造体の軸を
通る面も含むものとする。

又、ここで用いられる１面座標ベクトル１という語は、
構造体の面に直角なベクトル及び正接するベクトル並び
Ｋこれらの間の角度ベクトルを意味するものとする、 本・発明の範囲を限定するためではなく当業者に対して
本発明を説明するために現在好ましいと考えられる実施
例を示した添付図面に沿って以下に詳細に説明する。

第１図は、本発明の構造情報検出器の主部品及びそれら
の共働相互関係を示したブロック図である。参照番号１
０で一般的に示された構造情報検出器は、説明上、簡単
な片持梁１１に取り付けられて示されており、ハウジン
グ１２と、光学センサ１３と、センサの電源１４と、生
の信号の変換回路１４ｃと、マイクロプロセッサ及び適
当なソフトウェアを含む信号処理電子装置１５とを備え
ている。本出願人の米国特許第弘、、２１７．ｊ／／号
並びに米国特許出願第、２乙！、０３／号（１曲げこわ
さセンサ１としても知られている）に一般的に説明され
た型式の構造モーメント検出器であるのが好ましい光学
センサ１３は、点ＩＩ　１３　ａで示さ作たように１面
座標ベクトルの相対的な向きを測定し、この面座標ベク
トルは説明上＠／図に示されたように梁１１の面１１ａ
Ｋ対する法［１６である。矢印１７ａの方向に力Ｆ（１
７）が梁１１に与えられた場合には、梁１１に生じる曲
げにより面座標ベクトル１６の相対的な向きが点＠１１
６ａで示された位置へと変化し、即ち、角度方向１８θ
１（説明上ｆａ１図に／♂θ０として示されている）か
ら、これより大きな角度方向１８ａθ２（説明上第１図
に示されている）へと変化する。

外部電源１９ａからの電力１９は回路１４へ供給され、
この回路は以下に説明するように調整された供給電力１
４ａを光学センサ１３に与える。可変電圧又は可変電流
である光学センサ１３からの生データ１３ｂは回路１４
の生信号変換部へと送られ、該変換部はこの生データを
、以下に述べるように、信号及びデータ処理電子装置・
ソフトウェア１５への人力１４ｂの形態へと変換し、電
子装置・ソフトウェア１５はこの変換された信号１４ｂ
を処理し、梁１１に働く力Ｆの作用を直接指示する有用
な構造情報２０を含む信号を構造モーメント検出器１０
の出力ｔＳａとして発生する。

ライン２０ａで示されたように、有用な構造情報２０は
種々の方法のどれか又はその全部で利用することができ
、即ち、簡単な検流計、液晶表示装置、発光ダイオード
表示装置、陰極線管、等の直接表示装置２０ｂへの人力
として利用することができる。或いは又、有用な構造情
報２０はぺ−ｐ４記録器、磁気記録器、半導体記憶装置
、バブルメモリ記憶装置、又はホログラフ記憶装置のよ
うな半永久的又は永久的な記録装置２０ｃへの人力とし
て利用することもできる。或いは又、有用な構造情報２
０はサー？モータ及び他の同様の電気機械装置のような
種々の制御装置２０ｄへの人力を形成することもできる
。

当業者に明らかでありそして本出願人の特許及び特許出
願に開示されたように、成る最終用途へ適用する際には
、第１図に一般的に示された型式の構造情報検出器の配
列体を用いることが必要であったり所望されたりするが
、この場合には、該配列体の幾つか又はその全部の個々
の構造情報検出器間、及び／又は適当な中央データ表示
、記録及び／又は制御部品との間、並びに上記配列体の
個々のｆＦｒＩ造モーメント検出器の有用な４ｍ＋１造
情報出力を相関する更に別のノ・−ドウエア及びソフト
ウェアとの間に通信路を設けることが必要とされたり所
望されたりする。本発明は、人力が外部電源のみであっ
て信号出力そのものが有用な構造情報であるような個々
の構造情報検出器に関するものであるから、これらの詳
細は説明の明瞭化のため省略しである。

本発明のここに示す好ましい実施例においては、光学セ
ンサ１３（第１図）の生データ出力１３ｂは（第２図を
参照すれば）計算ソフトウェアを含む信号処理電子装置
への人力である。第２図に示された回路の機能は、光学
センナからの生ｒ−タ人力１３ｂを電子的なデータ処理
に適したデータへと髪換し、次いでｒ−夕処理機能を実
行して＼有用な構造情報を直接与えるような成分を含む
信号奈形成することである。本発明のここに示す好まし
い実施例によれば、この変換はデジタルではなくアナロ
グの電子装置で行なわれる。アナログの電子装置はノつ
の別々の機能を実行する。第１に、光学センナからの出
力信号１３ｂは電圧ホロワ回路で測定され、比例電圧に
変換される。この電圧ホロワレ回路は説明上点線２１内
に配置された部品である。ｆＡ２の機能は、電圧ホロワ
回路２１からの比例電圧信号を利得制御器２２を経て増
巾器へと送り込むことにより上記比例電圧信号を増巾す
ることである。上記増巾器は説明上点線２３内に配置さ
れた部品である。電圧ホロワ回路２１は、光学センナの
光電池に対する短絡負荷として作動する。高周波のスジ
リアスノイズ全減衰するように周波数応答の上限を整え
るため、増巾回路２３にはフィードバックが追加される
。この機能は、Ｒ７−Ｒ８で形成された電圧分割器を介
してｌｃｌの出力（ビン７）を１ｃ２の入力（ビン６）
へ与えることにより実行される。１ｃ２は低域フィルタ
として働く。１ｃ２の出力（ビン７）はＲ１６を経てＩ
ＣＩの入力３へフィードバックされ、これは自動バイア
ス調整器として動く。ホトセルの不整合によるバイアス
を除去するためオフセット電圧調整器が設けられる。

利得制御器２２は、異なったセンサの機械的な利得をバ
ランスすると共に部品の変動を補償する手段をなす。公
称Ｊｌｉ整レンジは士／ｊ％である。

増巾器２３は、高周波ノイズレベルを更に減衰するよう
なフィードバック式の高利得直結増巾器である。公称利
得は／、　ｊ　＆ルト／マイクロアンペアであり、帯域
幅は通常最初にｊＯ〜３００　Ｈｚ　　にセットされる
。本質的にＡ２は可変カットオフ低域フィルタである。

直流の場合について考えると、その出力は、Ａ１のビン
３に与えられる電圧が、電圧ホロワ回路によりビン２に
与えられる電圧に等しくなるようなレベルになろうとす
る。この糸の倍率は次の通りである。

Ｕｎｕｌｌ　＝　ｖＩｎｔ　（Ｒ１７／Ｒ１６＋Ｒ１７
）＝　　Ｖｌ。

但し、ｖｉｎｔ　　は積分器の出力であり、ｖ、ｎは第
１段の出力であり、そしてＵ。ｕｌｌはＡ１のビン２へ
の人力である。従って、低い周波数の場合には、ｖｉｎ
ｔ　　は増巾器の！、２段の利得には拘りなくｖｉｎ以
上の倍率値を表わす。これは、直流情報を完全に失なう
ことなく第２段の利得を自動ゼロ丸め値（ａｕｔｏｎｕ
ｌｌ　ｒｏｌｌ−ｏｆｆ　）　　以上の周波数に対して
非常に大きくセットできることを意味する。

説明上点線２４内に配置された部品を含む支持及びバイ
アス回路は、電圧ホロワ２１及び増巾器２３の部品に、
調整された電力及びバイアス電圧を与えるように段けら
れている。

増巾器２３の出力２６はアナログ信号であり、これはＡ
−Ｄコンバータ２２ａにおいてデジタル信号に変換され
る。適当なアナログ−デジタルコンバータはｓ　Ａｎａ
ｌｏｇ　Ｄｅｖｌｃｅ社によって製造された＆ＨＡＳ／
、２０２であるが、これは−例に過ぎず、これ［１１１
Ｎ足ざｎるもＣＤ　−Ｃｋゴない。

更に、信号処理電子装置は、マイクロコンピュータ２５
及び適当な計算ソフトウェアも備えており、これはＡ−
Ｄコンバータ２２ａの出力信号２２ｂを電気信号２０に
変換するが、この電気信号は構造情報検出器が取り付け
られた構造体に働く力の作用に関係したｒ−夕を直接与
えるものである。ここに示す好ましい実施例では、上記
要素はマイクロプロセッサと、必要な支持装置と、電源
とを備えているが、その詳細は当業者圧切らかであろう
から明瞭化のため省略する。使用されるマイクロプロセ
ッサはＴ１　タＯＯＯ又はＩｎｔｅｌｒＯｒ乙　である
が、これは−例に過ぎず、これに限定されるものではな
い。

第２図及び第３図に示された全ての素子は、標準集積回
路を用いて印刷回路板上に製造されてもよいし、回路が
ワイヤゲンディングされた７つの厚膜基体上に製造され
てもよい。第５図について述べる本発明の実施例では、
これらの部品は光学センナを製造するのに用いられる半
導体基体チッグ上に７つの集積回路として形成される。

本発明のここに示し好ましい実施例によれば、信号処理
電子装置の更に別の機能は、光学センサの発光ダイオー
ドに正確な電流を流すことである。

第２図に示された部品の代表的な値を以下に示すが、こ
れは−例に過ぎず、これに限定されるものではない。

電圧ホロワ／増巾器 Ｒ１２２ＯＫ Ｒ５／Ｋ Ｒ６２，λＫ Ｒ９，２，，２Ｍ Ｒ２３了λ Ａ１　　演算増巾器Ｌ　Ｆ　３３３／、２Ｍ２段増巾器 Ｒ２乙１０Ｋ Ｒ３１０Ｋ Ｒ４／Ｍ Ｒ７１００に Ｒ８１０Ｋ Ｒ１３２，２Ｍ Ｒ１５２２０Ｋ Ｒ１６１０Ｋ Ｒ１７／に ０２　　　　　　　Ｉ／Ｌ７ＰＦ Ｃ３／θＭＦ Ｃｒ　　　　　　　　　ｊＰＦ Ａ１　　　演算増巾器ＬＦ３３３／、２Ａ２　　　演算
増巾器ＬＦ３ｊ３／、２支持及びバイアス回路 ＲＩＯ／θθＫ　　　Ｃ６１０ＭＦ Ｒ１１／、ざＫ　　Ｃ７１０ＭＦ Ｒ１２１０θＫ　　　Ｃ８１０ＭＦ Ｒ１４／、ＩＫ　　２１　　　ＬＭ３３１ｓＣ５１０Ｍ
Ｆ　　２２　　　ＬＭ３３１゜明瞭化のため、この［「
」１路は第２図の回路とは別に第３図に示されている。

／ＪＭルトの供給電力３１は第２図の支持及びバイアス
回路２４によって与えられる。

第３図の電源回路は、所要の正確な電流３２を発光ダイ
オードへ流すようにλつの増巾器を高利得フィードバッ
ク構成で用いている。

第３図の部品の代表的な値を以下に示すが、これは−例
に過ぎず、これ圧限鎗されるものではない。

電源 Ｒ１８３，３Ｋ Ｒ１９１０Ｋ Ｒ２０１０Ｋ Ｒ２１１０に Ｒ２２≠７ Ｃ９１０ＭＦ ＣＩＯ１０ＶＩＦ ｌｃ３　　　　演算増巾器ＬＦ３！；３／、２Ｑｌ　　
　、２Ｎｊ弘５７ Ｒ２ＴＩＰ　、２／ 第≠図は本発明の１つの好ましい実施例により構成され
た構造情報検出器を示す断面図であり、これは参照番号
４０で一般的に示された絹／のハウジングサブ組立体を
備えている。口の第１のハウジングサブ組立体４０は、
第２図〜ｍ３図のセンナ電源／生信号変換／信号処理電
子装置４１と、発光ダイオード４２と、／対の光電検出
器４３と、ハウジング４０に形成された胴部４５の開端
付近に支持されたコリメートレンズ４４どを備えている
。参照番号４６で一般的に示された＠！のハウジングサ
ブ組立体は、これに形成された対応胴部４９の内端４８
に平面ミラー４７を支持している。

第１のハウジングサブ組立体４ｏに形成された胴部４５
と、第２のハウジングサブ組立体４６に形成された胴部
４９との間には実質的なすき間５゜が示されているが、
このすき間は２つのハウジングサブ組立体４０及び４６
の機械的な関係を明確にするためのものに過ぎないこと
が当業者に理解されよう。実際には、１１のハウジング
サブ組立体４６に形成された対応胴部４９は、第１のハ
ウジングサブ組立体４０に形成された胴部４５を締りば
め状態で受は入れるような形状及び寸法にされていて、
周囲光が胴部４５及び４９の内部へ人らないようにする
と共に一つのサブ組立体を容易に正確に光学的に整列さ
せ然もこの整列を維持するよう助成する構造上一体重な
装置が形成される。

第り図に示された型式の構造情報検出器が首尾よく製造
され、試験され、使用されたが、これら検出器の寸法レ
ンジは大きなところの寸法でせいぜい７インチ（１３ｃ
ｍ　）である。現在の研究では、最終的にこの検出器を
大きなところの寸法で／／グ〜／／♂インチ（０，Ａ　
３〜ｏ、３／傭）まで減少できることが示されている。

ａｔ図は、構造情報検出器の全ての部品がシリコンチッ
プ５１の如き適当な半導体基体に支持されるような本発
明の更に別の好ましい実施例を示している。一般的ＩＣ
Ｕ字型のテップ５１はその一方の脚の内面５３に発光ダ
イオード５２を支持すると共にこの発光ダイオードに電
力を送るリード５４も支持している。Ｕ字型チップ５１
の反対の脚の内面５６には既知の半導体製造技術によっ
て／対の光電池５５が成長される。エポキシデンディン
グのような適当力技術によってこのチップ５１が取り付
けられている構造部材が曲がることによりチップ５１が
曲がると、面座標ベクトル（法線）５９の相対的な向き
に基いて、ホトセル５５に入射する光の量が変化する。

シリコンテラ７’５１の部分５７には既知の半導体製造
技術により第λ図〜＠３図の回路がノヒ成される。周囲
環境による悪影響から内部の部品を保護すると共に、漂
遊光が光学部品５２及び５５の作動を妨げるのを防止す
るために、テップ全体は点線５８で示された適当な・・
ウジング内に入れられる。第≠図の実施例の場合と同様
に、第５図に示されたような装置も、その大きいところ
の寸法で／／≠〜／／１インチ（０，乙３・〜０．３　
／　ｃＩｒＬ）のサイズに作ることができる。

第６図に示された本発明の更に別の好ましい実施例によ
れば、光学センサ１０　（第１図）の部品は参照番号６
１で一般的に示された細長い光伝達部材に支持され、こ
の部材は例えば良く知られたメタクリレートポリマやコ
ポリマのような光伝達性の可撓性物質で作られる。光伝
達部拐６１の一端罠は集光レンズ６２が形成され、そし
てその１１端６３にはＬＥＤのような光源６４と、／対
のホトセル６５とが支持され、ホトセル６５はこの構造
情報検出器が取り付けられた構造部材の面に対する面座
標ベクトル（法線）６６の相対的な向きを示す電気信号
を発生する。所望ならば、細長い光伝達部材の外面に小
面６８を切るかもしくは形成してＬＥＤから送られた光
線６８を集光レンズ６２へと反射させ次いでホトセル６
５へ反射すせる（６９）ことにより光伝達鈴６７の長さ
を長くすることができる。周囲の悪条件や漂遊光による
干渉から光学及び電子部品を保護するために、第６図に
示された全光学系は、第１図の構造情報検出器のセンサ
電源／生信号変換／信号処理電子装置の部品と共に、適
当なハウジング内に収容される。図示明瞭化のためハウ
ジングはＩｇ＆図から除去されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のトク造情報検出器の主な部品を示す
一般的なブロック図、 第２図は体発明のここに示す実確例に基いて構造情報検
出器の光学検出部を信号処理電子装置に電気的にインタ
ーフェイスすると共にデータ処理機能を果たすアナログ
回路の回路図、 第３図は、本発明のここに示す好ましい実施例による構
造情報検出器の光学上ンサ部の発光ダイオード用の電源
回路を示す回路図、 第ｊ図は、本発明のｌ実施例による構造情報検出器の断
面図、 第５面は、部品が半導体基体に支持された本発明の別の
実施例による構造情報検出器の斜視図、そして 第６図は、８ｇ、２図の構造情報検出器に用いられる新
規な光学系並びに公知の構造モーメント検出器又は曲げ
こわさセンサを示した斜視図である。 １０・・・構造情報検出器、１１・・・片持梁、１２・
・・ハウジング、１３・・・光学センサ、１４・・・セ
ンサ電源、１４ｃ・・・生信号の変換回路、１５・・・
信号処理電子装置、１６・・・法　線、２０・・・有用
な構造情報、２０ｂ・・・表示装置、２０ｃ・・・記録
装置、　　２０ｄ・・・制御装置、４０・・・第７のハ
ウジングサブ組立体、４１・・・センサ電源／生信号変
換／信号処理電子装置、４２・・・発光ダイオード、４
３・・・光電検出器、４４・・・コリメートレンズ、４
５・・・胴　部、４６・・・第２のハウジングサブ組立
体、４７・・・平面ミラー、４９・・・対応胴部、５０
・・・すき間。 コ弓Ｌ−４ ■３７１３２１ ■出　願　人　トーマス・ニス・ロウドズアメリカ合衆
国コロラド州８０９１ ９コロラド・スプリングス・バ ツカイ・ドライヴ４２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）構造体に働く複数の力のうちの少なくとも１つの
   力の作用を表わすデータを収集し解読する　（２）構造
   情報検出器において、 （ａ）　　上記構造体の面に取り、付けられるハウジン
   グと、 （ｂ）　　上記ハクジング内にある光学手段であって、
   （３）（１）　　上記構造体の離間された面座標ベクト
   ルの相対的な向きを検出し、 （ｉ　ｉ）　　上記向きの変化に応じて／次信号を発生
   する、 ような光学手段と、 （Ｃ）　　上記ハウゾンダ内にあって、上記／次信号を
   、信号処理電子装置で使用できる。ｖ即に変換する回路
   手段と、そして （ψ　上記ハウノンダ内にあり、上記変換された／欠信
   号を処理して、上記構造体に慟〈複数の力のうちの少な
   くとも７つの力の作用を直接指示する有用な情報を含む
   ２次信号を形成するような計算ソフトウェアを含む信号
   処理電子手段と全備えたことを特徴とする構造情報検出
   器。 上記光学手段、上記回路手段及び上記信号処理電子手段
   は、上記・・ウノング内に受は入れられた革一部片の半
   導体基体に支持される特許請求の範囲第（１ン項Ｐこ記
   載のＩ・Ｉｙ造’ｕ１報検出器。 上記ハウジングは、庄ｌ及び第一のハウジングサブ組立
   体より成り、 （ａ）　　上記第１のハウジングサブ組立体は、上記回
   路手段と、上記信号部ｆｌ！！電子手段と、上記光学手
   段の部品であって、 （Ｄ　　光源、 （ｉ＋）　　複数の光電検出器、及び （ｉｉｉ）　　コリメートレンズ を含むような部品とを備えており、上記光源及び光電検
   出器は、上記第／のハウジングサブ組立体に形成された
   中空胴部の内面に支持され、そして上記コリメートレン
   ズは、上記胴部の開端付近に支持され、 （ｂ）　　上記第コの７・ウゾングサブ組立体をよ、上
   記光学手段の別の部品として、このサブ組立体に形成さ
   れた対応胴部の内端に支持された平面ミラーを含み、上
   記対応胴部番よ、上記第１のノ・クゾングサプ組立体に
   形成された上を己ｌｌＩ４部を締まりばめ状態で嘗は入
   れて構造的１ｃ　一体の装置を形成するような寸法及び
   形状ｅこされ、 （Ｃ）　　上記第１及び第２０Ｉ・ウジ／グチ１組立体
   を構造体上の離間された点に取り付ける手段を更に備え
   た特許請求の範囲第（１）項にＲｅｈ載の構造情報検出
   器。 （４）特許請求の範囲第（１）項に記載の構造情報検出
   器に使用される光学セ／すにおいて、 （ａ）　　光を伝達する可撓性の材料で形成された細長
   い光伝達部材を備え、この部材番ま、（１）　　送光／
   受光端と、 （ｉｌ）　　反射端とを有し、 （ｂ）　　更に、上記部材の上記反射端ｅこ形成さｉｚ
   た（ｃ）　　更に、上記部材の上記送光／受光端に支持
   されていて、上記部材を通して上言己反射端ｔこ光を向
   けるように配置された光源を備え、（ｄ）　　更に、上
   記部材の上記送光／受光端に支持された受光手段を備え
   、この手段番よ、（リ　上記光源から上記部材を経て上
   日己集光レンズへ送られてこれにより反射されて上信己
   部材を経て上記受光手段へ送られる光を受け、そして （１１）　　この受は取った光に応じて電気（ｇ号を発
   生し、 （ｅ）　　更に、上記ｒｆｌＢ１体が曲がると、こｉＪ
   こ対応して上記光伝達部材が曲がり、次ｐｚで、上記受
   光手段で受光される光の歌が変化するように、上記部材
   の上記端を上記構造体上の離間された点に相互接続する
   手段を備えたことを特徴とする光学センナ。