JPS6113110A - 振動センサ - Google Patents
振動センサInfo
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- JPS6113110A JPS6113110A JP13421584A JP13421584A JPS6113110A JP S6113110 A JPS6113110 A JP S6113110A JP 13421584 A JP13421584 A JP 13421584A JP 13421584 A JP13421584 A JP 13421584A JP S6113110 A JPS6113110 A JP S6113110A
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- optical fibers
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- bundle fiber
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- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000001444 catalytic combustion detection Methods 0.000 abstract description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 9
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 3
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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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】
産業上の利用分野
本発明は物理的な振動の変位と、その方向を直接光出力
として得ることのできる振動センサに関するものである
。
として得ることのできる振動センサに関するものである
。
従来例の構成とその問題点
近年、光を利用した光情報伝送が普及してきた。
光を検出するセンサは計測、制御、監視、検査などを目
的とする多くのシステムに用いられている。
的とする多くのシステムに用いられている。
以下、従来の振動センサについて第１図、第２図を用い
て説明する。第１図は振動センサの原理を説明するだめ
の動作説明図で、第２図は従来の振動センサの断面図で
ある。
て説明する。第１図は振動センサの原理を説明するだめ
の動作説明図で、第２図は従来の振動センサの断面図で
ある。
第１図において、１は圧電素子であり、力Ｆを加えると
、長さり２幅Ｗ、厚さＴか変化することにより、電荷Ｑ
が発生する。第２図において２は緩衝材（以下ダンピン
グ材という）で、圧電素子１はダンピング材で挾持され
るとともに、薄い金属板のシールド材３にシールドされ
、これをケース４に収納した構造になっている。信号は
リード線５で得られる。
、長さり２幅Ｗ、厚さＴか変化することにより、電荷Ｑ
が発生する。第２図において２は緩衝材（以下ダンピン
グ材という）で、圧電素子１はダンピング材で挾持され
るとともに、薄い金属板のシールド材３にシールドされ
、これをケース４に収納した構造になっている。信号は
リード線５で得られる。
尚、ケース４とシールド材３のハツチングは省略してい
る。
る。
以上のように構成された従来の振動センサについて、以
下その動作について説明する。まず、第１図において、
圧電素子１に力Ｆが加わると、圧電素子１の長さし１幅
Ｗ、厚さＴが変化すると、（第１図の一点鎖線で示した
）電極間には（１）式で表わされる電荷Ｑが発生する。
下その動作について説明する。まず、第１図において、
圧電素子１に力Ｆが加わると、圧電素子１の長さし１幅
Ｗ、厚さＴが変化すると、（第１図の一点鎖線で示した
）電極間には（１）式で表わされる電荷Ｑが発生する。
Ｑ−ｄ３１・−・Ｆ ・・・・・・（１）
Ｔ ここでｄ３１は圧電素子の圧電定数である。したがって
、電極間に生じる開放量電圧■。は圧電素子１の圧電素
子の静電容量をＣ７誘電率を８３３とすると、以下に示
す（（ロ）式のようになり、電圧■。
Ｔ ここでｄ３１は圧電素子の圧電定数である。したがって
、電極間に生じる開放量電圧■。は圧電素子１の圧電素
子の静電容量をＣ７誘電率を８３３とすると、以下に示
す（（ロ）式のようになり、電圧■。
は力Ｆに比例する。
この現象は圧電効果と呼ばれている。
今、この振動センサに振動を加えると、圧電素子１が伸
縮するため上述したように電圧が発生し、リード線５に
よって力Ｆに比例した出力電圧が得られる。
縮するため上述したように電圧が発生し、リード線５に
よって力Ｆに比例した出力電圧が得られる。
しかしながら上記のような構成では、リード線の静電容
量によって出力電圧が変化する。また圧電素子１の伸縮
方向とは無関係に出力電圧が得られるので振動の方向が
検出できないという問題点を有していた。
量によって出力電圧が変化する。また圧電素子１の伸縮
方向とは無関係に出力電圧が得られるので振動の方向が
検出できないという問題点を有していた。
発明の目的
本発明は上記従来の問題点を解消するもので、垂直およ
び水平の２方向が検出できる振動センサを提供するもの
である。
び水平の２方向が検出できる振動センサを提供するもの
である。
発明の構成
上記目的を達するため、本発明の振動センサは、発光源
と集光手段を固定したホルダと、光ファイバを複数本束
ねたバンドルファイバと、前記集光手段の焦点位置に前
記バンドルファイバの一端を設置し、前記バンドルファ
イバの他端に電荷結合素子を備えた振動センサで、前記
ホルダに振動が加われば、前記バンドルファイバ内配列
した個々の光ファイバに光が結合され、上記例々の光フ
ァイバに対応する位置に配列した電荷結合素子によって
振動の変位と方向を検知するものである。
と集光手段を固定したホルダと、光ファイバを複数本束
ねたバンドルファイバと、前記集光手段の焦点位置に前
記バンドルファイバの一端を設置し、前記バンドルファ
イバの他端に電荷結合素子を備えた振動センサで、前記
ホルダに振動が加われば、前記バンドルファイバ内配列
した個々の光ファイバに光が結合され、上記例々の光フ
ァイバに対応する位置に配列した電荷結合素子によって
振動の変位と方向を検知するものである。
実施例の説明
第３図は本発明の実施例における振動センサの斜視図で
ある。第３図において、６は発光源で発光ダイオード、
半導体レーザを用いて構成されている。尚、第３図には
記載していないが、発光源６の前方にレンズが設けであ
る。
ある。第３図において、６は発光源で発光ダイオード、
半導体レーザを用いて構成されている。尚、第３図には
記載していないが、発光源６の前方にレンズが設けであ
る。
この発光源６とレンズはホルダ７に接着剤で固定しであ
る。このホルダ７はホルダ７内に設けた穴８とネジ（図
示せず）にて被測定物に固定される。このホルダ７全体
がＸ、Ｙ方向に振動する。
る。このホルダ７はホルダ７内に設けた穴８とネジ（図
示せず）にて被測定物に固定される。このホルダ７全体
がＸ、Ｙ方向に振動する。
発光源６の光はレンズによって集光され、レンズの集魚
距離に設けたバンドルファイバ９内に配列された束状の
光ファイバ１０の一端に結合される。
距離に設けたバンドルファイバ９内に配列された束状の
光ファイバ１０の一端に結合される。
バンドルファイバ９の受光端側は一直線上に光ファイバ
１０が配列され、光ファイバ１０の位置に対向するよう
に電荷結合素子１１（以下ＣＣＤ：Ｃｈｕｒｇｅ Ｃｏ
ｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ と称す）を配置し、光の
信号を電気信号に変換している。尚、バンドルファイバ
９は固定されている。
１０が配列され、光ファイバ１０の位置に対向するよう
に電荷結合素子１１（以下ＣＣＤ：Ｃｈｕｒｇｅ Ｃｏ
ｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ と称す）を配置し、光の
信号を電気信号に変換している。尚、バンドルファイバ
９は固定されている。
以上のように構成された本実施例の振動センサについて
、以下その動作を説明する。
、以下その動作を説明する。
第４図はホルダ７とバンドルファイバ９の光の結合状態
を示す断面図である。発光源６とレンズ１２とはホルダ
７に接着剤で固定しである。発光源６からの光はレンズ
１２にて集光される。このレンズ１２の焦点位置にバン
ドルファイバ９内の光ファイバ１０を設置し、レンズ１
２にて集光された光をファイバ１０に結合させる。発光
源６からの光は図中、破線で示している。
を示す断面図である。発光源６とレンズ１２とはホルダ
７に接着剤で固定しである。発光源６からの光はレンズ
１２にて集光される。このレンズ１２の焦点位置にバン
ドルファイバ９内の光ファイバ１０を設置し、レンズ１
２にて集光された光をファイバ１０に結合させる。発光
源６からの光は図中、破線で示している。
次に発光源側のバンドルファイバ９の光ファイバの配列
状態は第６図に示す通りであるヘバンドルファイバ９の
端面ば円形で、その中に束状の光ファイバ１０が格子状
に配列しである。ここで束状の光ファイバ１０を構成す
る各光ファイバの位置関係を示すため各光ファイバには
１０１〜１８３の番号を付している。この場合、前述し
た通り８３本の光ファイバ１０１〜１８３を束ねてバン
ドルファイバ９を構成している。第４図のホルダ７が静
止位置にあると、光は第５図の光ファイバ１４４に結合
されている。今、ホルダ７が垂直方向に振動すると、レ
ンズ１２で集光された光は光ファイバ１３９〜１４９に
結合される。同様に水平方向に振動すると、集光された
光は、バンドルファイバ９の水平方向に配置された各党
ファイバ１ｏ２゜蛾６８，１１６，１２５，１３４，１
４４，１５４゜６３ 、１７２ 、１８０ 、１８２に
結合し、結合した個々の光ファイバにて伝送され受光側
へ導ひかれる。受光側のバンドルファイバく９の形状は
第６図のように各光ファイバが直線上に配列されたよう
になっている。尚、１０１ａ〜１８３ａはそれぞれ第５
図の発光側の光ファイ／Ｃ１０１〜１８３の受光側の受
光面である。
状態は第６図に示す通りであるヘバンドルファイバ９の
端面ば円形で、その中に束状の光ファイバ１０が格子状
に配列しである。ここで束状の光ファイバ１０を構成す
る各光ファイバの位置関係を示すため各光ファイバには
１０１〜１８３の番号を付している。この場合、前述し
た通り８３本の光ファイバ１０１〜１８３を束ねてバン
ドルファイバ９を構成している。第４図のホルダ７が静
止位置にあると、光は第５図の光ファイバ１４４に結合
されている。今、ホルダ７が垂直方向に振動すると、レ
ンズ１２で集光された光は光ファイバ１３９〜１４９に
結合される。同様に水平方向に振動すると、集光された
光は、バンドルファイバ９の水平方向に配置された各党
ファイバ１ｏ２゜蛾６８，１１６，１２５，１３４，１
４４，１５４゜６３ 、１７２ 、１８０ 、１８２に
結合し、結合した個々の光ファイバにて伝送され受光側
へ導ひかれる。受光側のバンドルファイバく９の形状は
第６図のように各光ファイバが直線上に配列されたよう
になっている。尚、１０１ａ〜１８３ａはそれぞれ第５
図の発光側の光ファイ／Ｃ１０１〜１８３の受光側の受
光面である。
光ファイバ１０１〜１８３で伝送された光情報は受光素
子のＣＣＤ１１で電気に変換されるわけであるが、この
場合、ＣＣＤ１１の素子数はファイバと同数の１８３個
が第７図のように一直線上に配列してあり、各素子１０
１ｂ〜１８３ｂはそれぞれ光ファイバ１０１〜１８３の
受光面１０１ａ〜１８３ａと位置的に対応しており、各
光ファイノく１０１〜１８３を介して伝搬された光は、
各素子１０１ｂ：′−１８３ｂでそれぞれ電気に変換さ
れる。
子のＣＣＤ１１で電気に変換されるわけであるが、この
場合、ＣＣＤ１１の素子数はファイバと同数の１８３個
が第７図のように一直線上に配列してあり、各素子１０
１ｂ〜１８３ｂはそれぞれ光ファイバ１０１〜１８３の
受光面１０１ａ〜１８３ａと位置的に対応しており、各
光ファイノく１０１〜１８３を介して伝搬された光は、
各素子１０１ｂ：′−１８３ｂでそれぞれ電気に変換さ
れる。
このようにホルダ７が振動すると、その振動変位と振動
方向に対応した光ファイバに発光源６からの光が結合さ
れると同時にＣＣＤ１１にも結合される。例えば垂直方
向にホルダ７が振動し、レンズ１２で集光された光が光
ファイバ１３９と結合すると光は、受光面１３９ａに伝
搬され素子１３９ｂで電気に変換されるということにな
る。ホルダ７は、たえず振動しているので、この振動変
位とその方向はＣＣＤ１１を電気的に短時間に走査すれ
ば容易に検出できる。検出分解能は光ファイバの外径（
一般にクラツド径になる）で決定される。
方向に対応した光ファイバに発光源６からの光が結合さ
れると同時にＣＣＤ１１にも結合される。例えば垂直方
向にホルダ７が振動し、レンズ１２で集光された光が光
ファイバ１３９と結合すると光は、受光面１３９ａに伝
搬され素子１３９ｂで電気に変換されるということにな
る。ホルダ７は、たえず振動しているので、この振動変
位とその方向はＣＣＤ１１を電気的に短時間に走査すれ
ば容易に検出できる。検出分解能は光ファイバの外径（
一般にクラツド径になる）で決定される。
現在最も普及している光ファイバの外径は１２５μｍで
あり、これが検出分解能になる。本実施例ではコア径６
０μｍ、クラツド径１２５μｍのＧエファイハ（グレー
テッドファイハ二一般にＧＩ５０と呼ばれている）およ
びＳＩファイバ（ステップインデックスファイバ：一般
に５Ｉ６０と呼ばれている）を用いた。最大の検出変位
量は水平、垂直の光フアイバ数で決定される。ファイバ
数から１を減じて２に除したものに光フアイバ径を乗ず
れば最大変化量が得られる。本実施例では、水平。
あり、これが検出分解能になる。本実施例ではコア径６
０μｍ、クラツド径１２５μｍのＧエファイハ（グレー
テッドファイハ二一般にＧＩ５０と呼ばれている）およ
びＳＩファイバ（ステップインデックスファイバ：一般
に５Ｉ６０と呼ばれている）を用いた。最大の検出変位
量は水平、垂直の光フアイバ数で決定される。ファイバ
数から１を減じて２に除したものに光フアイバ径を乗ず
れば最大変化量が得られる。本実施例では、水平。
垂直とも１１本の光ファイバを用いているので、最大検
出変位量は、 （１１−１）・１２５／２＝６２５μｍになり、水平、
垂直ともバンドルファイバ９の中心からヨニ○。６２５
ｍｍの変位量が検出できることになる。変化量が大きい
場合は光ファイバの本数を増加させ、同時にＣＯＤの素
子数も増加させればよい。
出変位量は、 （１１−１）・１２５／２＝６２５μｍになり、水平、
垂直ともバンドルファイバ９の中心からヨニ○。６２５
ｍｍの変位量が検出できることになる。変化量が大きい
場合は光ファイバの本数を増加させ、同時にＣＯＤの素
子数も増加させればよい。
以上のように、本実施例によれば、バンドルファイバを
格子状に配列することにより、水平、垂直の２方向の振
動が検出できる。さらに発光源６の駆動電流用のリード
線による光量への影響がないため、従来例のようにリー
ト線６の静電容量による影響がなく、安定した出方が得
られる。
格子状に配列することにより、水平、垂直の２方向の振
動が検出できる。さらに発光源６の駆動電流用のリード
線による光量への影響がないため、従来例のようにリー
ト線６の静電容量による影響がなく、安定した出方が得
られる。
なお本実施例では、バンドルファイバ９の受光側は第６
図の発光側と同一の配列状態にしてもよい。この場合Ｃ
ＣＤ１１は第８図のように構成される。第８図において
太線が示した範囲内の素子を使用する。破線はバンドル
ファイバ９の内径を示している。個々のＣＣＤ１１の素
子１０１ｂ〜１８３ｂとバンドルファイバ９の各光ファ
イバ１０１〜１８３との関係は先の実施例と同じように
、位置的に対応している。このようにすればバンドルフ
ァイバ９の受光側の製作が容易になり、低価格になると
同時に小型化できる。
図の発光側と同一の配列状態にしてもよい。この場合Ｃ
ＣＤ１１は第８図のように構成される。第８図において
太線が示した範囲内の素子を使用する。破線はバンドル
ファイバ９の内径を示している。個々のＣＣＤ１１の素
子１０１ｂ〜１８３ｂとバンドルファイバ９の各光ファ
イバ１０１〜１８３との関係は先の実施例と同じように
、位置的に対応している。このようにすればバンドルフ
ァイバ９の受光側の製作が容易になり、低価格になると
同時に小型化できる。
発明の詳細
な説明したように本発明によれば、光ファイバを格子状
に配列することにより、水平、垂直の２方向の振動が検
出でき、発光源の駆動電流による光量、つ捷り出力への
影響がないため、従来例のようにリード線の静電容量に
よる影響がなく安定した出力が得られる。さらにバンド
ルファイバ内の光ファイバの配列を発光側、受光側共円
形内に格子状にすれば、バンドルファイバの製作が容易
になり、低価格になると同時に小型化ができる。
に配列することにより、水平、垂直の２方向の振動が検
出でき、発光源の駆動電流による光量、つ捷り出力への
影響がないため、従来例のようにリード線の静電容量に
よる影響がなく安定した出力が得られる。さらにバンド
ルファイバ内の光ファイバの配列を発光側、受光側共円
形内に格子状にすれば、バンドルファイバの製作が容易
になり、低価格になると同時に小型化ができる。
第１図は従来の振動センサの動作説明図、第２図は同振
動センサの断面図、第３図は本発明の一実施例における
振動センサの斜視図、第４図は同振動センサの発光側の
構成を示す断面図、第６図は同バンドルファイバの発光
側の光フアイバ配列図、第６図は同バンドルファイバの
受光側の光ファイバの配列図、第７図ば同ＣＯＤの素子
の配列甲１、第８図は同性の実施例におけるＣＯＤの配
列図である。 ６・・・・・Ｌｔ源、７・・・・ホルダ、９・・・・バ
ンドルファイバ、１ｏ・・・・・光ファイバ、１１・・
・・・・ＣＣＤ。 １２・・・レンズ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名鶴１
図 第２図 第３図 第５図 第６図 第７図
動センサの断面図、第３図は本発明の一実施例における
振動センサの斜視図、第４図は同振動センサの発光側の
構成を示す断面図、第６図は同バンドルファイバの発光
側の光フアイバ配列図、第６図は同バンドルファイバの
受光側の光ファイバの配列図、第７図ば同ＣＯＤの素子
の配列甲１、第８図は同性の実施例におけるＣＯＤの配
列図である。 ６・・・・・Ｌｔ源、７・・・・ホルダ、９・・・・バ
ンドルファイバ、１ｏ・・・・・光ファイバ、１１・・
・・・・ＣＣＤ。 １２・・・レンズ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名鶴１
図 第２図 第３図 第５図 第６図 第７図
Claims (1)
- 発光源と前記発光源の光を集光する集光手段を固定した
ホルダと、光ファイバを複数本束ねたバンドルファイバ
と、前記集光手段の焦点位置に前記バンドルファイバの
一端を設置し、前記バンドルファイバの他端に光信号を
電気信号に変換する電荷結合素子を備えたことを特徴と
する振動センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13421584A JPS6113110A (ja) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | 振動センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13421584A JPS6113110A (ja) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | 振動センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6113110A true JPS6113110A (ja) | 1986-01-21 |
Family
ID=15123116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13421584A Pending JPS6113110A (ja) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | 振動センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6113110A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2647894A1 (fr) * | 1989-05-30 | 1990-12-07 | Matra | Dispositif electro-optique de reconnaissance aerienne |
| US5329120A (en) * | 1989-11-27 | 1994-07-12 | Stribel Gmbh | Redundant optical deflection sensor having separate masses |
-
1984
- 1984-06-28 JP JP13421584A patent/JPS6113110A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2647894A1 (fr) * | 1989-05-30 | 1990-12-07 | Matra | Dispositif electro-optique de reconnaissance aerienne |
| US5329120A (en) * | 1989-11-27 | 1994-07-12 | Stribel Gmbh | Redundant optical deflection sensor having separate masses |
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