JPS59111030A - 歪み測定用の光フアイバ−センサ - Google Patents
歪み測定用の光フアイバ−センサInfo
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- JPS59111030A JPS59111030A JP22007682A JP22007682A JPS59111030A JP S59111030 A JPS59111030 A JP S59111030A JP 22007682 A JP22007682 A JP 22007682A JP 22007682 A JP22007682 A JP 22007682A JP S59111030 A JPS59111030 A JP S59111030A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/243—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using means for applying force perpendicular to the fibre axis
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、物体の歪み測定用の光フアイバーセンサに関
する。
する。
物体の歪み測定センサの従来例は以下とする。
第１に歪みゲージセンサがある。歪みゲージセンサは、
歪みにより抵抗線が引張、あるいは圧縮によってわずか
に抵抗変化することを利用して歪み測定を行う。測定対
象には、圧力容器、構造物等であシ、応力の測定を目的
とする事例が多い。かかる歪みゲージは、歪みを感知す
る抵抗素線と、この素線と歪み計に接続するリード線と
よシ成る。
歪みにより抵抗線が引張、あるいは圧縮によってわずか
に抵抗変化することを利用して歪み測定を行う。測定対
象には、圧力容器、構造物等であシ、応力の測定を目的
とする事例が多い。かかる歪みゲージは、歪みを感知す
る抵抗素線と、この素線と歪み計に接続するリード線と
よシ成る。
抵抗素線、リード線は金属線である故に、特殊環境下で
は腐食されやすい欠点を持つ。更に、金属線は電気導体
であるため、被測定物との間に電気絶縁性を施さねばな
らない。更に、金属を材料とする抵抗素線は温度変化に
対し比抵抗が一様でなく、或いは直線的に変化するもの
でないため、計測対象である歪みに対応する抵抗変化出
力の成分中に混在する温度による変化分を把握しがたい
面を持つ。この温度による成分は、ノイズ成分であシ、
真の歪み成分の１０倍以上゛も越える場合がある。温度
補正を行う温度補償機能を具えたゲージでも実用上は、
保証用の温度較正曲線をゲージ毎に求め検定しなければ
ならない等の欠点を持つ。
は腐食されやすい欠点を持つ。更に、金属線は電気導体
であるため、被測定物との間に電気絶縁性を施さねばな
らない。更に、金属を材料とする抵抗素線は温度変化に
対し比抵抗が一様でなく、或いは直線的に変化するもの
でないため、計測対象である歪みに対応する抵抗変化出
力の成分中に混在する温度による変化分を把握しがたい
面を持つ。この温度による成分は、ノイズ成分であシ、
真の歪み成分の１０倍以上゛も越える場合がある。温度
補正を行う温度補償機能を具えたゲージでも実用上は、
保証用の温度較正曲線をゲージ毎に求め検定しなければ
ならない等の欠点を持つ。
このため、高温（又は低温）の環境の下における測定に
は、歪みゲージは不便なものである。
は、歪みゲージは不便なものである。
歪み測定センサの第２の例は、光ファイバーを利用した
光フアイバーセンサである。この光フアイバーセンサは
、被測定物内に一本のファイバーを直角に曲げて埋め込
む。被測定物に応力が生じた場合、ファイバー内の光の
通過量や位相が変化する。この光の通過量や位相を測定
することによって、二方向の応力を測定する。かかる従
来例は、埋込みが可能な被測定物に測定対象が限定され
ること、二方向の応力を測定するため、一本のファイバ
ーを使用することとなり、感度が悪いとの欠点を持つ。
光フアイバーセンサである。この光フアイバーセンサは
、被測定物内に一本のファイバーを直角に曲げて埋め込
む。被測定物に応力が生じた場合、ファイバー内の光の
通過量や位相が変化する。この光の通過量や位相を測定
することによって、二方向の応力を測定する。かかる従
来例は、埋込みが可能な被測定物に測定対象が限定され
ること、二方向の応力を測定するため、一本のファイバ
ーを使用することとなり、感度が悪いとの欠点を持つ。
歪み測定センサの第３の例は、透明プラスチック等よ構
成る等方性物体を使用したセンサである。
成る等方性物体を使用したセンサである。
このセンサは、等方性物体と、該等方性物体の表面に設
けたピアノ線等より成る硬質の線状体とよ構成る該線状
体に応力をかける。線状体への応力によって、等方性物
体内の所定位置に線状体への応力に応じた光導波路が形
成できる。この形成された光導波路は、周囲の等方性物
体との間では屈折率を異にし、光ファイバーが実質的に
形成される。該光ファイバーと同質の光路中に光を入射
し、その光路中を伝達してくる光を測定し、処理するこ
とによって応力測定を行う。このセンサは、形成される
光導波路の位置の確認が困難なこと、及び光導波路その
ものが均一性がないため測定範囲が狭いこと等の欠点を
持つ。
けたピアノ線等より成る硬質の線状体とよ構成る該線状
体に応力をかける。線状体への応力によって、等方性物
体内の所定位置に線状体への応力に応じた光導波路が形
成できる。この形成された光導波路は、周囲の等方性物
体との間では屈折率を異にし、光ファイバーが実質的に
形成される。該光ファイバーと同質の光路中に光を入射
し、その光路中を伝達してくる光を測定し、処理するこ
とによって応力測定を行う。このセンサは、形成される
光導波路の位置の確認が困難なこと、及び光導波路その
ものが均一性がないため測定範囲が狭いこと等の欠点を
持つ。
本発明の目的は、測定精度が向上し、且つ比較的広い面
積にわたっての応力測定を可能にした光フアイバーセン
サを提供するものである。
積にわたっての応力測定を可能にした光フアイバーセン
サを提供するものである。
光ファイバーの中で石英ガラスファイバーは、耐熱性（
融点１７００Ｃ）、高電気絶縁性を持つ故に、金属線に
比較して優る。本発明では、石英ガラスファイバーを使
用してセンサを形成した。一方、石英ガラスファイバー
は、そのコア径が数μｍ〜数１０μｍと小さい。従って
微少な面積範囲の応力検出に適する。逆に、広い面積範
囲に対しては測定が困難である。本発明では、石英ガラ
スファイバーを単に直線状に設置するのではなく、１本
の石英ガラスファイバーを測定面積範囲内で、繰返して
折９曲げた構成とした。
融点１７００Ｃ）、高電気絶縁性を持つ故に、金属線に
比較して優る。本発明では、石英ガラスファイバーを使
用してセンサを形成した。一方、石英ガラスファイバー
は、そのコア径が数μｍ〜数１０μｍと小さい。従って
微少な面積範囲の応力検出に適する。逆に、広い面積範
囲に対しては測定が困難である。本発明では、石英ガラ
スファイバーを単に直線状に設置するのではなく、１本
の石英ガラスファイバーを測定面積範囲内で、繰返して
折９曲げた構成とした。
ス１は、石英ガラスファイバー２よシも硬い材質の物質
よ構成る。該ベース１の表面は滑らかに処理されている
。該表面に石英ガラスファイバー２を折れ曲げて接着固
定する。折れ曲げ回数は、実施例では５回とした。
よ構成る。該ベース１の表面は滑らかに処理されている
。該表面に石英ガラスファイバー２を折れ曲げて接着固
定する。折れ曲げ回数は、実施例では５回とした。
コネクタ３は、入力コネクタであシ、コネクタ４は出力
コネクタである。該コネクタ３，４をベース１の石英ガ
ラスファイバ一端部に取付ける。
コネクタである。該コネクタ３，４をベース１の石英ガ
ラスファイバ一端部に取付ける。
石英ガラスファイバーの直線部分の最小間隔Ｗは該ファ
イバーの曲率半径によって決まる。例えば、直径５０μ
ｍのファイバーでは、曲率半径は２０ｍｍとなる。曲率
半径が大きく直線部分の巾Ｗが大きくなシ、感知部領域
が広すぎる場合には、ファイバーを加熱して軟化させて
曲率半径を小さくする。
イバーの曲率半径によって決まる。例えば、直径５０μ
ｍのファイバーでは、曲率半径は２０ｍｍとなる。曲率
半径が大きく直線部分の巾Ｗが大きくなシ、感知部領域
が広すぎる場合には、ファイバーを加熱して軟化させて
曲率半径を小さくする。
第３図、第４図を用いて歪み検出動作を説明する。ベー
スｌのコネクタ３、及び４に外部光ファイバーをコネク
トする。コネクタ３を介して入射光を該ファイバー１に
照射する。この入射光はファイバー内を通過して出力コ
ネクタ４を介して外部に出る。
スｌのコネクタ３、及び４に外部光ファイバーをコネク
トする。コネクタ３を介して入射光を該ファイバー１に
照射する。この入射光はファイバー内を通過して出力コ
ネクタ４を介して外部に出る。
一方、該ベースｌの上部に測定物体５を搭載する。測定
物体５に上部から加重が加わると、光ファイバーｌはそ
の応力によシ圧縮を受ける。圧力に応じた圧縮力によシ
、元ファイバー内を通過する光量及び位相が変化を受け
る。一般に、圧縮力によシ光量は減衰する。コネクタ４
を通じて圧縮力に応じた光量をキャッチする。光量と圧
縮力との関係は事前に較正特性として把握しており、光
量を電気信号として検出した後にこの較正特性で較正し
、圧縮力を求める。圧縮力によシ位相変化するが、この
場合も較正曲線との比較あるいは位相変化から生ずる縞
から圧縮力を求める。
物体５に上部から加重が加わると、光ファイバーｌはそ
の応力によシ圧縮を受ける。圧力に応じた圧縮力によシ
、元ファイバー内を通過する光量及び位相が変化を受け
る。一般に、圧縮力によシ光量は減衰する。コネクタ４
を通じて圧縮力に応じた光量をキャッチする。光量と圧
縮力との関係は事前に較正特性として把握しており、光
量を電気信号として検出した後にこの較正特性で較正し
、圧縮力を求める。圧縮力によシ位相変化するが、この
場合も較正曲線との比較あるいは位相変化から生ずる縞
から圧縮力を求める。
この実施例によれば、石英ガラスファイバーを応力検出
素子として使用しているため、石英ガラスファイバーの
耐熱性の範囲で同様に耐熱性を有する。更に、石英ガラ
スファイバーは高電気絶縁性を有しているため、測定物
体との間での絶縁性故に、検出種度の向上を達成できた
。特に応力の集中加重することがあり、１本の元ファイ
バーを縦に一列に猷して使用するやり方に比べて、感応
領域全体に１本のファイバーでよく、且つその全体長で
集中加重を受ける仁とになり、雑音比率を減少できる利
点を持つ。更に、感応領域の拡大もはかることができた
。更に、石英ガラスファイバーは熱膨張係数は小さく、
一様であるため、見かけ歪みの算定が容易である。
素子として使用しているため、石英ガラスファイバーの
耐熱性の範囲で同様に耐熱性を有する。更に、石英ガラ
スファイバーは高電気絶縁性を有しているため、測定物
体との間での絶縁性故に、検出種度の向上を達成できた
。特に応力の集中加重することがあり、１本の元ファイ
バーを縦に一列に猷して使用するやり方に比べて、感応
領域全体に１本のファイバーでよく、且つその全体長で
集中加重を受ける仁とになり、雑音比率を減少できる利
点を持つ。更に、感応領域の拡大もはかることができた
。更に、石英ガラスファイバーは熱膨張係数は小さく、
一様であるため、見かけ歪みの算定が容易である。
第５図は他の元ファイバーセンサの実施例図である。こ
の光フアイバーセンサは、ベース１０表面に多数の直線
状系路２Ｂを形成した。この直線状系路２Ｂは１本の石
英ガラスファイバー２の一部であり、該直線系路２Ｂは
、ベース１０表面に接着固定させた。石英ガラスファイ
バー２の折シ返し端部２Ａは、ベース１の外部で行った
。この折シ返し端部２Ａは、接着等によって固定するこ
となく、自由な状態にさせたままとする。折シ返し端部
２Ａの全体を１つの束として扱うことは任意である。
の光フアイバーセンサは、ベース１０表面に多数の直線
状系路２Ｂを形成した。この直線状系路２Ｂは１本の石
英ガラスファイバー２の一部であり、該直線系路２Ｂは
、ベース１０表面に接着固定させた。石英ガラスファイ
バー２の折シ返し端部２Ａは、ベース１の外部で行った
。この折シ返し端部２Ａは、接着等によって固定するこ
となく、自由な状態にさせたままとする。折シ返し端部
２Ａの全体を１つの束として扱うことは任意である。
かかる構成によれば、折シ返し端部がベース外部の自由
な位置にあるため、ベースｌ内の直線系路２Ｂの密度を
大きくとることができる利点を持つ。
な位置にあるため、ベースｌ内の直線系路２Ｂの密度を
大きくとることができる利点を持つ。
第６図（イ）、（ロ）は、石英ガラスファイバー２をベ
ース１に接着する場合の他の実施例を示す。（ロ）図に
示すように、ベース１の石英ガラスファイバー２の固定
位置に半円状の四部加工を施す。この凹部１０に石英ガ
ラスファイバー２の半分を埋め込み、接着固定する。こ
の実施例によれば、石英ガラスファイバー２とベース１
との固定の度合が強くなり、横方向への加重に対しても
良好な加重測定が可能となる。
ース１に接着する場合の他の実施例を示す。（ロ）図に
示すように、ベース１の石英ガラスファイバー２の固定
位置に半円状の四部加工を施す。この凹部１０に石英ガ
ラスファイバー２の半分を埋め込み、接着固定する。こ
の実施例によれば、石英ガラスファイバー２とベース１
との固定の度合が強くなり、横方向への加重に対しても
良好な加重測定が可能となる。
第７図は他のセンサの実施例である。第１図に示したセ
ンサ１の上部に第２のベースＩＡを設け。
ンサ１の上部に第２のベースＩＡを設け。
該ベース１とＩＡとの両者の間で石英ガラスファイバー
２を接着固定した。更に、該ベース１とＩＡとの両側に
弾性材２Ｂ、２Ｃを設置した。これによって、石英ガラ
スファイバー２は直接に被測定物体には触れない。加重
はベースＩＡの表面の矢印方向から加える。
２を接着固定した。更に、該ベース１とＩＡとの両側に
弾性材２Ｂ、２Ｃを設置した。これによって、石英ガラ
スファイバー２は直接に被測定物体には触れない。加重
はベースＩＡの表面の矢印方向から加える。
かかる実施例によれば、石英ガラスファイバー２が被測
定物体には触れないため、石英ガラスファイバー２の表
面の保護を一段と強化できる。更に、加重の均一な測定
を可能とする。
定物体には触れないため、石英ガラスファイバー２の表
面の保護を一段と強化できる。更に、加重の均一な測定
を可能とする。
更に、実際のファイバーを設置する代りに、実質的に等
方性物体の内部に光ファイバーを形成するセンサでも、
本発明は適用できる。この時には、表面の線状体自体が
光フアイバー形成用パターンと同じものとなる。
方性物体の内部に光ファイバーを形成するセンサでも、
本発明は適用できる。この時には、表面の線状体自体が
光フアイバー形成用パターンと同じものとなる。
以上の各実施例で、光ファイバーとベースとの接着は、
セラミック系材料が適する。更に、石英ガラスファイバ
ーを圧縮力検出に使用したが、引張シ加重の検出にも利
用できる。
セラミック系材料が適する。更に、石英ガラスファイバ
ーを圧縮力検出に使用したが、引張シ加重の検出にも利
用できる。
本発明によれば、１本の石英ガラスファイバーを多数折
り曲げた構成としたため、精度の高い歪み検出が可能と
なった。
り曲げた構成としたため、精度の高い歪み検出が可能と
なった。
断面図、第３図、第４図は測定状態を示す図、第５図は
本発明の他の実施例図、第６図（イ）、（ロ）は石英ガ
ラスファイバーとベースとの接着構成の他の実施例図、
第７図は他のセンサの実施例図である。
本発明の他の実施例図、第６図（イ）、（ロ）は石英ガ
ラスファイバーとベースとの接着構成の他の実施例図、
第７図は他のセンサの実施例図である。
１・・・ベース、２・・・石英カラスファイバー、３，
４・・・光コネクタ。
４・・・光コネクタ。
代理人 弁理士 薄明利、卒
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ベースと、１本の石英ガラスファイバーとよシ成シ
、該石英ガラスファイバーを繰返し折シ曲げて得られる
該石英ガラスファイバーの複数の歪み測定用ファイバー
系路を上記ベースの表面上に固定せしめる構成とし、該
石英ガラスファイバーの一端から他端への透過光を検出
し該ファイバーへの応力による歪みを検出する歪み測定
用の光フアイバーセンサ。 ２、上記ベース表面上には、複数の凹部を設け、該複数
の四部に上記複数の歪み測定用ファイバー系路を挿入固
着せしめた構成よシ成る特許請求の範囲第１項記載の歪
み測定用の光フアイバーセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22007682A JPS59111030A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | 歪み測定用の光フアイバ−センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22007682A JPS59111030A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | 歪み測定用の光フアイバ−センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59111030A true JPS59111030A (ja) | 1984-06-27 |
Family
ID=16745556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22007682A Pending JPS59111030A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | 歪み測定用の光フアイバ−センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59111030A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6066114A (ja) * | 1983-09-21 | 1985-04-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 力測定装置 |
| JPS61169704A (ja) * | 1985-01-23 | 1986-07-31 | Ohbayashigumi Ltd | コンクリ−ト構造体のひび割れ検出方法 |
| CN104364628A (zh) * | 2012-06-14 | 2015-02-18 | Skf公司 | 机械装置 |
-
1982
- 1982-12-17 JP JP22007682A patent/JPS59111030A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6066114A (ja) * | 1983-09-21 | 1985-04-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 力測定装置 |
| JPS61169704A (ja) * | 1985-01-23 | 1986-07-31 | Ohbayashigumi Ltd | コンクリ−ト構造体のひび割れ検出方法 |
| CN104364628A (zh) * | 2012-06-14 | 2015-02-18 | Skf公司 | 机械装置 |
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