JPS61277028A - センサ− - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02033—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material
-
- 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
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- G01D5/35345—Sensor working in transmission using Amplitude variations to detect the measured quantity
-
- G—PHYSICS
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- G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
- G01D5/35377—Means for amplifying or modifying the measured quantity
-
- 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】
［産業上の利用分野］
本発明は、センサーに関し、詳しくは弾性変形可能な先
導波路から構成されるセンサーに関する。
導波路から構成されるセンサーに関する。
［従来技術］
種々の欠点があり、満足できるしのがなかった。
本発明は、弾性変形可能な先導波路をセンサーとして用
いることによって、従来にない優れたセンサーを提供す
る。
いることによって、従来にない優れたセンサーを提供す
る。
［発明の構成コ
本発明の要旨は、光導波部およびクラッドからなる先導
波路により構成されるセンサーであって、光導波部が透
明なエラストマーからなり、かつ光導波部の光透過量が
弾性変形によって変化するセンサーに存する。
波路により構成されるセンサーであって、光導波部が透
明なエラストマーからなり、かつ光導波部の光透過量が
弾性変形によって変化するセンサーに存する。
本発明のセンサーにおいて用いる先導波路は、荷重によ
り弾性変形し、光透過量が変化する。荷重は先導波路の
一部分に加わっても、全部分に加わってもよい。先導波
路は、荷重を除く場合、弾性的に回復し、繰り返して使
用可能である。
り弾性変形し、光透過量が変化する。荷重は先導波路の
一部分に加わっても、全部分に加わってもよい。先導波
路は、荷重を除く場合、弾性的に回復し、繰り返して使
用可能である。
本発明の光導波部の材料は、透明なエラストマーである
。透明なエラストマーには、例えば、ポリシロキサンエ
ラストマー（シリコーンゴム）、ポリウレタンゴムおよ
びポリブタジェンゴムなどが飛Ｉ−Ｆｉ：＝、餉 ス
−憂（！１奮 コ／ ｒｑ 、：ｊｋ＝、峰ト’／
丁−； ） １．−ｙ−Ｌ＋ Ｊ割注が優れて
いるので特に好ましい。剛直な材料（例えば、石英系、
多成分系ガラス、セラミック、またはＰＭＭＡなどのプ
ラスチック）は、本発明の光導波部として適していない
。
。透明なエラストマーには、例えば、ポリシロキサンエ
ラストマー（シリコーンゴム）、ポリウレタンゴムおよ
びポリブタジェンゴムなどが飛Ｉ−Ｆｉ：＝、餉 ス
−憂（！１奮 コ／ ｒｑ 、：ｊｋ＝、峰ト’／
丁−； ） １．−ｙ−Ｌ＋ Ｊ割注が優れて
いるので特に好ましい。剛直な材料（例えば、石英系、
多成分系ガラス、セラミック、またはＰＭＭＡなどのプ
ラスチック）は、本発明の光導波部として適していない
。
本発明において用いる先導波路は、長尺であってよく．
光導波路および光導波部の横断面形状は円形、四角形な
どあらゆる形状であってよい。
光導波路および光導波部の横断面形状は円形、四角形な
どあらゆる形状であってよい。
先導波路は、通常、光導波部のまわりに（好ましくは、
全周囲に）、光導波部の光を反射するクラッドを有する
。しかし、光を遮蔽しおよび光の漏れを防止する他の手
段を有してもよい。クラッドは、荷重が加わる場合に．
光導波路が変形し、クラッド自体が破壊しない程度の機
械的性質を有する必要がある。クラッドは、保護手段と
しても働くことが好ましい。コアおよびクラッドからな
る通常の光ファイバーにおいて、コアが光導波部になり
、クラッドがクラッドになる。
全周囲に）、光導波部の光を反射するクラッドを有する
。しかし、光を遮蔽しおよび光の漏れを防止する他の手
段を有してもよい。クラッドは、荷重が加わる場合に．
光導波路が変形し、クラッド自体が破壊しない程度の機
械的性質を有する必要がある。クラッドは、保護手段と
しても働くことが好ましい。コアおよびクラッドからな
る通常の光ファイバーにおいて、コアが光導波部になり
、クラッドがクラッドになる。
クラッドの材料は、上記光導波部の光反射材になるもの
ならいずれの材料であってもよい。クラッドはエラスト
マー（例えば、含フツ素エラストマー）であることが好
ましい。しかし、他の材料（例えば、プラスチック）を
用いてもよい。
ならいずれの材料であってもよい。クラッドはエラスト
マー（例えば、含フツ素エラストマー）であることが好
ましい。しかし、他の材料（例えば、プラスチック）を
用いてもよい。
第１ａ図および第ｔｂ図は、本発明のセンサーの原理を
示す図である。光フアイバー状の先導波路において弾性
変形が圧縮変形である場合について説明する。第１３図
および第１ｂ図のセンサーは、光導波部ｌおよびクラッ
ド２からなる。光は．光導波路の前方向から入射し、後
方向から出射する。
示す図である。光フアイバー状の先導波路において弾性
変形が圧縮変形である場合について説明する。第１３図
および第１ｂ図のセンサーは、光導波部ｌおよびクラッ
ド２からなる。光は．光導波路の前方向から入射し、後
方向から出射する。
第１ａ図のセンサーに矢印方向に荷重Ｆをかけると第１
ｂ図のように偏平に変形し、出射光は第１ａ図の場合に
比較して減少する。センサーの長手方向のどの位置に荷
重をかけても出射光量は同様に変化する。本センサーは
、荷重Ｆを除くと第１ａ図の状態に復元し、繰り返して
使用可能である。
ｂ図のように偏平に変形し、出射光は第１ａ図の場合に
比較して減少する。センサーの長手方向のどの位置に荷
重をかけても出射光量は同様に変化する。本センサーは
、荷重Ｆを除くと第１ａ図の状態に復元し、繰り返して
使用可能である。
以下に本発明のセンサーのいくつかの態様を示すが、本
発明はこれら態様に限定されるものでない。説明のため
、センサーの一部分のみを示し、入射光および出射光用
の光ファイバーおよび接合部は省略しである。
発明はこれら態様に限定されるものでない。説明のため
、センサーの一部分のみを示し、入射光および出射光用
の光ファイバーおよび接合部は省略しである。
り感圧センサー（圧縮変形を利用）
本態様の感圧センサーは、主に圧縮変形を利用したもの
である。例えば、押ボタンを例にして説明する。
である。例えば、押ボタンを例にして説明する。
第２図は、押ボタンの断面図である。押ボタンは、ボタ
ン部ｌＯ、ケース１１およびセンサ一部１２からなる。
ン部ｌＯ、ケース１１およびセンサ一部１２からなる。
第３ａ−ｄ図は、センサ一部の態様を示す斜視図である
。第３ａ−ｄ図において入射光および出射光それぞれは
センサ一部の前方向から後方向に通過する。
。第３ａ−ｄ図において入射光および出射光それぞれは
センサ一部の前方向から後方向に通過する。
第３ａ図は、円形断面の光導波部１３およびクラッド１
４からなるセンサ一部を示す斜視図である。第３ｂ図は
、長方形断面の光導波部１５およびクラッド１６からな
るセンサ一部を示す斜視図である。第３ａ図および第３
ｂ図において、光導波部Ｉ３および１５は図の前面から
（前面に向かい合う）後面に伸びており、クラッド１４
および１６はエラストマーであってもよく、また保護層
も兼ねている。クラッドの弾性は押ボタンの復元に役立
つ。クラッドの屈折率は光導波部の屈折率よ導波部を示
すが、光導波部の断面形状はかなり任意に選択できる。
４からなるセンサ一部を示す斜視図である。第３ｂ図は
、長方形断面の光導波部１５およびクラッド１６からな
るセンサ一部を示す斜視図である。第３ａ図および第３
ｂ図において、光導波部Ｉ３および１５は図の前面から
（前面に向かい合う）後面に伸びており、クラッド１４
および１６はエラストマーであってもよく、また保護層
も兼ねている。クラッドの弾性は押ボタンの復元に役立
つ。クラッドの屈折率は光導波部の屈折率よ導波部を示
すが、光導波部の断面形状はかなり任意に選択できる。
第３Ｃ図は、光導波部１７およびクラッド１８の外側に
保護層１９があるセンサ一部を示す。クラッド１８はエ
ラストマーでなくてもよく、中空押出プラスチックでも
よい。光導波部およびクラッドは通常の光フアイバー状
のものから構成されてよい。
保護層１９があるセンサ一部を示す。クラッド１８はエ
ラストマーでなくてもよく、中空押出プラスチックでも
よい。光導波部およびクラッドは通常の光フアイバー状
のものから構成されてよい。
第３ｄ図は、シート状光導波部２０、およびこれをはさ
むシート状クラッド２Ｉからなるセンサ一部を示す斜視
図である。クラッドは、プラスチックフィルムであって
もよい。更に、クラッドの上下にクッション用エラスト
マ一層（図示せず。）を設けてよい。
むシート状クラッド２Ｉからなるセンサ一部を示す斜視
図である。クラッドは、プラスチックフィルムであって
もよい。更に、クラッドの上下にクッション用エラスト
マ一層（図示せず。）を設けてよい。
第４図は、センサー側に突起を存するボタン部２２、お
よび第３ｄ図のセンサ一部２３を用いる押ボタンを示す
断面図である。ボタン部２２およびセンサ一部２３はケ
ース２４に収容されている。
よび第３ｄ図のセンサ一部２３を用いる押ボタンを示す
断面図である。ボタン部２２およびセンサ一部２３はケ
ース２４に収容されている。
センサ一部２３は、突起に接触する一部分で圧縮される
。
。
２）感圧センサー（曲げ変形を利用）
押ボタンとして用いてよいが、曲げ変形を利用する感圧
センサーを第５ａ図および第５ｂ図に示す第５ａ図およ
び第５ｂ図はそれぞれ、荷重負荷前および負荷時の感圧
センサーを示す概略断面図である。感圧センサーは、ボ
タン部３０、センサ一部３１および台３２からなる。セ
ンサ一部３１は、第３ａ−ｄ図のセンサ一部のいずれで
あってもよい。
センサーを第５ａ図および第５ｂ図に示す第５ａ図およ
び第５ｂ図はそれぞれ、荷重負荷前および負荷時の感圧
センサーを示す概略断面図である。感圧センサーは、ボ
タン部３０、センサ一部３１および台３２からなる。セ
ンサ一部３１は、第３ａ−ｄ図のセンサ一部のいずれで
あってもよい。
光はセンサ一部３１中を図の左側から右側に透過する。
３）ひずみゲージ
主に引張荷重による断面積と長さの変化に上る先導波路
の光透過量の変化を測定し、ひずみ検出用のゲージとし
て使用する（図示せず。）。
の光透過量の変化を測定し、ひずみ検出用のゲージとし
て使用する（図示せず。）。
４）荷重変換器
第３ａ−ｄ図に示すようなセンサ一部を用いて荷重変換
器として利用する（図示せず。）。
器として利用する（図示せず。）。
５）線状スイッチ
第６図は、線状スイッチを示す斜視図である。
線状スイッチは、光導波部４０．クラッド４１およびカ
バー４２からなる。光導波部４０はエラストマー、クラ
ッド４１はエラストマーまたはプラ。 スチック、カ
バー４２はプラスチックシートからできている。上カバ
ーと下カバーはヒートンールされている。長手方向のい
ずれの位置においてら、荷重がかかることによって出射
光量が変化する。
バー４２からなる。光導波部４０はエラストマー、クラ
ッド４１はエラストマーまたはプラ。 スチック、カ
バー４２はプラスチックシートからできている。上カバ
ーと下カバーはヒートンールされている。長手方向のい
ずれの位置においてら、荷重がかかることによって出射
光量が変化する。
この線状スイッチは、例えば、エレベータ−ドア、
の開閉末端に取り付ければ、物体がドアにはさまれるの
を検知できる。
の開閉末端に取り付ければ、物体がドアにはさまれるの
を検知できる。
６）メンブレーンスイッチ
第７図は、メンブレーンスイッチを示す切欠斜視図であ
る。メンブレーンスイッチは、光導波部５０、パネル板
５１および基板５２からなる。パネル板５１はエラスト
マーシート、基板５２はプラスチックまたはエラストマ
ーシートである。パネル板５１および基板５２には、溝
５３が設けられている。パネル板表面には印刷等により
ボタン表示５４が施されている。
る。メンブレーンスイッチは、光導波部５０、パネル板
５１および基板５２からなる。パネル板５１はエラスト
マーシート、基板５２はプラスチックまたはエラストマ
ーシートである。パネル板５１および基板５２には、溝
５３が設けられている。パネル板表面には印刷等により
ボタン表示５４が施されている。
第８図は、別の態様のメンブレーンスイッチを示す断面
図である。メンブレーンスイッチは、マトリックス材５
５および光導波部５６からなる。
図である。メンブレーンスイッチは、マトリックス材５
５および光導波部５６からなる。
マトリックス材は、光導波部のクラッドとしても機能す
る。
る。
［発明の効果〕
本発明のセンサーの利点を説明する。第１に、光を利用
するので、電場および磁場の影響を受けないことである
。第２に、エラストマーの弾性を利用するので、長寿命
なことである。第３に、構造が簡単でかつ接触部分がな
いので、安価なことである。第４に、エラストマーの弾
性率を調節することによってソフトタッチの押ボタンを
製造できることである。更に、メンブレーンスイッチの
場合、非常に薄くすることが可能である。
するので、電場および磁場の影響を受けないことである
。第２に、エラストマーの弾性を利用するので、長寿命
なことである。第３に、構造が簡単でかつ接触部分がな
いので、安価なことである。第４に、エラストマーの弾
性率を調節することによってソフトタッチの押ボタンを
製造できることである。更に、メンブレーンスイッチの
場合、非常に薄くすることが可能である。
本発明のセンサーは、感圧センサー、ひずみゲージ、荷
重変換器、メンブレーンスイッチ（パネルスイッチ）、
線状スイッチおよび他の各種スイッチなどに用いること
ができる。
重変換器、メンブレーンスイッチ（パネルスイッチ）、
線状スイッチおよび他の各種スイッチなどに用いること
ができる。
［実施例］
以下に実施例を示す。
１７＋ｋ ｈ＋ １
ポリシロキサンエラストマーの光導波部（直径２龍）お
よびＦＥＰ（テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロ
プロピレンコポリマー）のクラッド（外径３ ｍｍ）か
らなる長い円柱状センサーを製造した。
よびＦＥＰ（テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロ
プロピレンコポリマー）のクラッド（外径３ ｍｍ）か
らなる長い円柱状センサーを製造した。
このセンサーに長さ５０ｍｍにわたって荷重をかけ、伝
送損失を測定した。荷重と伝送損失の関係を第９図に示
す。繰り返して荷重をかけた場合にも、第９図と同様の
結果が得られた。荷重と伝送損失には良好な相関関係が
あることがわかる。
送損失を測定した。荷重と伝送損失の関係を第９図に示
す。繰り返して荷重をかけた場合にも、第９図と同様の
結果が得られた。荷重と伝送損失には良好な相関関係が
あることがわかる。
実施例２
ポリシロキサンエラストマーの光導波部（直径形１ 、
８ ｍｍ）およびフッ素ゴムのクラッドからなる直径２
ｍｍの長い円柱状センサーを製造した。
８ ｍｍ）およびフッ素ゴムのクラッドからなる直径２
ｍｍの長い円柱状センサーを製造した。
このセンサーに長さ１０ｍｍにわたって荷重をかけ、伝
送損失を測定した。荷重と伝送損失の関係を第１０図に
示す。繰り返して荷重をかけた場合にも、第１０図と同
様の結果が得られた。荷重と伝送損失には良好な相関関
係があることがわかる。
送損失を測定した。荷重と伝送損失の関係を第１０図に
示す。繰り返して荷重をかけた場合にも、第１０図と同
様の結果が得られた。荷重と伝送損失には良好な相関関
係があることがわかる。
筬１１Ｍ松上とぎ笛１ｈｌｌｌ−ｔ 十春［１［１へ
七′）斗−山原理を示す図、 第２図は、押ボタンを示す断面図、 第３ａ−ｄ図は、センサ一部の態様を示す斜視図、第４
図は、別の態様の押ボタンを示す断面図、第５ａ図およ
び第５ｂ図は、荷重負荷前および負荷時の感圧センサー
を示す概略断面図、第６図は、線状スイッチを示す斜視
図、第７図は、メンブレーンスイッチを示す切欠斜視図
、 第８図は、別の態様のメンブレーンスイッチを示す断面
図、 第９図および第１０図は、荷重と伝送損失の関係を示す
グラフである。 １．１３，１５４７，２０゜４０，５０．５６・・・光
導波部、２．１４，１６，１８，２１．４１・・・クラ
ッド、１０，２２．３０・・・ボタン部、１１．２４・
・・ケース、ｌ ２，２３．３１・・・センサ一部、１
９・・・保護層、３２・・・台、４２・・・カバー、５
１・・・パネル板、５２・・・基板、５３・・・溝、５
４・・・ボタン表示、５５・・・マトリックス材、Ｆ・
・・荷重。 第１ａ図 第１ｂ図 第２図 ■ 叩 第６図 第７図 第８図
七′）斗−山原理を示す図、 第２図は、押ボタンを示す断面図、 第３ａ−ｄ図は、センサ一部の態様を示す斜視図、第４
図は、別の態様の押ボタンを示す断面図、第５ａ図およ
び第５ｂ図は、荷重負荷前および負荷時の感圧センサー
を示す概略断面図、第６図は、線状スイッチを示す斜視
図、第７図は、メンブレーンスイッチを示す切欠斜視図
、 第８図は、別の態様のメンブレーンスイッチを示す断面
図、 第９図および第１０図は、荷重と伝送損失の関係を示す
グラフである。 １．１３，１５４７，２０゜４０，５０．５６・・・光
導波部、２．１４，１６，１８，２１．４１・・・クラ
ッド、１０，２２．３０・・・ボタン部、１１．２４・
・・ケース、ｌ ２，２３．３１・・・センサ一部、１
９・・・保護層、３２・・・台、４２・・・カバー、５
１・・・パネル板、５２・・・基板、５３・・・溝、５
４・・・ボタン表示、５５・・・マトリックス材、Ｆ・
・・荷重。 第１ａ図 第１ｂ図 第２図 ■ 叩 第６図 第７図 第８図
Claims (3)
- １．光導波部およびクラッドからなる光導波路により構
成されるセンサーであって、 光導波部が透明なエラストマーからなり、かつ光導波部
の光透過量が弾性変形によって変化するセンサー。 - ２．光導波路の少なくとも一部分を荷重によって弾性変
形させることによって機能する特許請求の範囲第１項記
載のセンサー。 - ３．クラッドがエラストマーからなる特許請求の範囲第
１項または第２項に記載のセンサー。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60119576A JPS61277028A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | センサ− |
| EP19860107249 EP0210372A3 (en) | 1985-05-31 | 1986-05-28 | Optical deformation sensor |
| CA000510186A CA1270662A (en) | 1985-05-31 | 1986-05-28 | Optical sensor |
| US06/868,683 US4750796A (en) | 1985-05-31 | 1986-05-30 | Optical sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60119576A JPS61277028A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | センサ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61277028A true JPS61277028A (ja) | 1986-12-08 |
Family
ID=14764767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60119576A Pending JPS61277028A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | センサ− |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4750796A (ja) |
| EP (1) | EP0210372A3 (ja) |
| JP (1) | JPS61277028A (ja) |
| CA (1) | CA1270662A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2637080B1 (fr) * | 1988-09-27 | 1990-11-09 | Labo Electronique Physique | Capteur de pression a fibre optique |
| US4915473A (en) * | 1989-02-23 | 1990-04-10 | The Dow Chemical Company | Pressure sensor utilizing a polyurethane optical fiber |
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1985
- 1985-05-31 JP JP60119576A patent/JPS61277028A/ja active Pending
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1986
- 1986-05-28 EP EP19860107249 patent/EP0210372A3/en not_active Withdrawn
- 1986-05-28 CA CA000510186A patent/CA1270662A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-30 US US06/868,683 patent/US4750796A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4750796A (en) | 1988-06-14 |
| CA1270662A (en) | 1990-06-26 |
| EP0210372A3 (en) | 1989-01-25 |
| EP0210372A2 (en) | 1987-02-04 |
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