(57)【要約】【課題】  光ファイバが断線しにくく微量の衝撃も検知できる衝撃センサを提供する。【解決手段】  衝撃による光ファイバの透過光量の変化から衝撃を検出する衝撃センサにおいて、上記光ファイバ１がフッ素系クラッド２２の内部にシリコン系樹脂コア２１を配して構成されている。光ファイバ１が衝撃により切断しにくく、衝撃が小さくても変形しやすい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃による光ファイバの透過光量の変化から衝撃を検出する衝撃センサにおいて、上記光ファイバがフッ素系クラッドの内部にシリコン系樹脂コアを配して構成されていることを特徴とする衝撃センサ。
【請求項２】
上記光ファイバを支持体の表面に沿わせて取り付けたことを特徴とする請求項１記載の衝撃センサ。
【請求項３】
上記支持体を上記光ファイバよりも柔らかい材料で構成したことを特徴とする請求項２記載の衝撃センサ。
【請求項４】
上記支持体を上記光ファイバよりも固い材料で構成したことを特徴とする請求項２記載の衝撃センサ。
【請求項５】
上記光ファイバを防湿部材で覆ったことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の衝撃センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いた衝撃センサに係り、特に、光ファイバが断線しにくく微量の衝撃も検知できる衝撃センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、衝撃を検知するセンサとして電気式衝撃センサがある。この種の電気式衝撃センサは、具体的には、圧力センサ、加速度センサ、歪みセンサなどであり、衝撃による圧力、加速度、歪みを電気信号に変換することで、衝撃を検知している。
【０００３】
また、光ファイバを用いた衝撃センサもあり、その光ファイバには石英やプラスチックが用いられる。この光ファイバに圧力、加速度、歪みを印加すると、光ファイバの曲げや圧縮によって透過光量が変化するので、透過光量の損失から衝撃を検知できる。
【０００４】
特許文献１に示された光ファイバ式衝撃センサは、軟質円筒の外周に螺旋状に光ファイバを巻き付け、衝撃を受けた軟質円筒が変形したときに、光ファイバの曲げ半径が変化して透過光量の損失が変化するようになっている。
【０００５】
特許文献２に示された光ファイバ式衝撃センサは、光ファイバの径方向に与えた衝撃を検知するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１１８２３０号公報
【特許文献２】ドイツ特許第ＤＥ４２３６７４２Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電気式衝撃センサの場合、衝撃が電気信号として検出されるため、この電気式衝撃センサが電磁ノイズを拾うと、衝撃を検出した電気信号と電磁ノイズとの区別が困難になる。また、センサ設置場所から他の場所まで電気信号を伝送する場合、その伝送路からも電磁ノイズを拾う。また、電気信号は伝送路における伝送損失が大きいので、伝送路をあまり長くはできない。
【０００８】
その点、光ファイバ式衝撃センサは、電磁ノイズの影響を受けることがなく、伝送損失も小さい。
【０００９】
しかし、従来の石英を用いた光ファイバの場合、曲げや圧縮により機械的強度が劣化する性質があるので、衝撃を印加したときに切断する可能性が大きい。
【００１０】
また、従来のプラスチックを用いた光ファイバは、コア材料にＰＭＭＡ（通称；アクリル）が使用され、クラッド材料にフッ素系樹脂が使用され、この場合、曲げや圧縮により切断する可能性が小さい反面、剛性が強いために曲げや圧縮による透過光量の損失が発生しにくく、微量の衝撃を検知するのは難しい。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光ファイバが断線しにくく微量の衝撃も検知できる衝撃センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、衝撃による光ファイバの透過光量の変化から衝撃を検出する衝撃センサにおいて、上記光ファイバがフッ素系クラッドの内部にシリコン系樹脂コアを配して構成されているものである。
【００１３】
上記光ファイバを支持体の表面に沿わせて取り付けてもよい。
【００１４】
上記支持体を上記光ファイバよりも柔らかい材料で構成してもよい。
【００１５】
上記支持体を上記光ファイバよりも固い材料で構成してもよい。
【００１６】
上記光ファイバを防湿部材で覆ってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）光ファイバが軟質光ファイバであるので断線しにくい。
【００１９】
（２）光ファイバが軟質光ファイバであるので微量の衝撃も検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１に示されるように、本発明に係る衝撃センサを用いた衝撃検知システムは、フッ素系クラッドの内部にシリコン系樹脂コアを配して構成された衝撃センサとしての光ファイバ１と、この光ファイバ１に光を入射するレーザダイオード等の発光素子２と、この光ファイバ１から出射された光を受光するフォトダイオード等の受光素子３と、受光素子３からの電気信号を図示しないモニタまで伝送する電線４とを備える。モニタでは電気信号の波形から衝撃をもたらした対象物の速度、重量、堅さなどを識別することができる。
【００２２】
図２に示されるように、光ファイバ１のコア２１は、シリコン等のシリコン系樹脂材料で構成された軟質コア２１である。また、クラッド２２は、コア２１より屈折率が低いフッ素系材料で構成された軟質クラッド２２である。
【００２３】
フッ素系クラッドの内部にシリコン系樹脂コアを配した光ファイバ１は、衝撃に対しては変形しやすくかつ透過光量の損失が大きく変化すると共に、曲げや圧縮による疲労切断が起こりにくい性質を有する。即ち、この光ファイバ１は、従来の石英を用いたよりも脆さが小さく、光ファイバ従来のプラスチックを用いた光ファイバよりも変形が容易な軟質光ファイバである。従って、従来の石英を用いた光ファイバのように衝撃を印加したときに切断する可能性は小さい。その半面、従来のプラスチックを用いた光ファイバと異なり、衝撃が小さくても曲げや圧縮が発生し、透過光量の損失が発生するので、微量の衝撃も検知できる。
【００２４】
また、衝撃を検出する場所が電磁ノイズの顕著な環境であったとしても、本発明では電磁ノイズを拾いやすい発光素子２や受光素子３は電磁ノイズの少ない環境に設置し、衝撃を検出する場所から発光素子２、受光素子３までの信号伝送は光ファイバ１で行うことになるので、電磁ノイズの影響をなくすることができる。受光素子３や電線４は衝撃を検出する場所とは離れているので、電磁遮蔽を施すことも容易である。
【００２５】
本発明のさらに好適な実施形態を以下に説明する。
【００２６】
光ファイバ１は、光ファイバ１単体では自身を一定形状に支持して衝撃を受けたときに曲げや圧縮を生じさせることはできないので、図３及び図４に示されるように、衝撃センサとしての光ファイバ１を平面或いは曲面に沿わせて支持するための支持体３１，４１を設け、この支持体３１，４１の表面に取り付けるとよい。支持体３１，４１は、衝撃を光ファイバ１と共に受け止める部材である。支持体３１，４１を衝撃が来る方向に臨ませておくことにより、光ファイバ１は光ファイバ１に直交する方向から衝撃を受けることができる。なお、衝撃は、人や物が衝撃センサに当たったりして生じるものである。
【００２７】
図３の衝撃センサと図４の衝撃センサの構造上の違いと、特性の違いを説明すると、支持体３１は、光ファイバ１よりも柔らかい材料で構成されているのに対し、支持体４１は、光ファイバ１よりも固い材料で構成されている。
【００２８】
図３の衝撃センサに対し、光ファイバ１に直交する方向から光ファイバ１の一点に衝撃（矢印３２）が印加されると、光ファイバ１の衝撃を受けた側は衝撃に押されて逆山なりに変形する。光ファイバ１を支持している支持体３１は、光ファイバ１よりも柔らかい材料で構成されているので、光ファイバ１の衝撃を受けた反対側の変形を阻むことができず、支持体３１のほうが変形する。その結果、光ファイバ１には曲げが生じ、曲げによる透過光量の損失が得られる。
【００２９】
図４の衝撃センサに対し、光ファイバ１に直交する方向から光ファイバ１の一点に衝撃（矢印４２）が印加されると、光ファイバ１の衝撃を受けた側は衝撃に押されて逆山なりに変形する。光ファイバ１を支持している支持体４１は、光ファイバ１よりも固い材料で構成されているので、光ファイバ１の衝撃を受けた反対側の変形を阻む。その結果、光ファイバ１には径方向の圧縮が生じ、圧縮による透過光量の損失が得られる。
【００３０】
図５に、衝撃印加時の光量変化の様子を示す。横軸は時間、縦軸は光量若しくは電気信号の大きさを示す。
【００３１】
発光素子２より光ファイバ１に時間的に一定な光量の光を入射し、光ファイバ１より出射した光を受光素子３で受光すると、受光素子３が出力する電気信号は時間的に一定である。ここで、衝撃を印加すると、図３或いは図４のようにして曲げ或いは圧縮による透過光量の損失が電気信号に現れる。この電気信号の変化波形を元に、衝撃センサとしての光ファイバ１に衝撃をもたらした対象物の速度、重量、堅さなどを識別することができる。例えば、光ファイバ１の変形量と光量変化の関係を予め測定しておき、光量変化を常時モニタすることで光ファイバ１の変形量、即ち光ファイバ１に接触した測定対象物の衝撃等を知ることができる。
【００３２】
次に、他の実施形態を説明する。
【００３３】
図６に示されるように、光ファイバ１は、アルミ等の湿気・水分を透過しない金属材料からなる防湿部材６１で覆ってある。このようにすれば、湿度の高い環境でも光ファイバ１が湿度の影響を受けることがない。防湿部材６１は管状に形成したものを光ファイバ１に被せてもよいし、シート状に形成したものを光ファイバ１に巻き付けてもよい。
【００３４】
図７に示されるように、光ファイバ１を支持体７１の両面に取り付けてもよい。光ファイバ１は、支持体７１の一端に設けた発光素子２のところから支持体７１の反対端に伸ばし、支持体７１の裏側へ回し込んで支持体７１の一端に設けた受光素子３のところまで伸ばしてもよい。これにより、両面や端面で衝撃を検出することができる。支持体７１を図示例のように四角く形成するだけでなく、曲面を有するようにしてもよい。
【００３５】
図８に示されるように、光ファイバ１と支持体８１との間に中敷き８２を介設してもよい。この場合、支持体８１は剛性の高い材料で構成して強い衝撃にも耐えられるようにし、中敷き８２を光ファイバ１よりも柔らかい材料で構成すれば、図３と同様に衝撃に対し光ファイバ１に曲げを生じさせることができる。また、中敷き８２を光ファイバ１よりも固い材料で構成すれば、図４と同様に衝撃に対し光ファイバ１に圧縮を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を示す衝撃検知システムの側面図である。
【図２】本発明に用いる光ファイバの側断面構造図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す衝撃センサの側断面構造図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す衝撃センサの側断面構造図である。
【図５】本発明の衝撃センサにおける衝撃印加時の時間波形図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す衝撃センサの側断面構造図である。
【図７】本発明の一実施形態を示す衝撃センサの側断面構造図である。
【図８】本発明の一実施形態を示す衝撃センサの側断面構造図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  光ファイバ
２  発光素子
３  受光素子
２１  コア（シリコン系樹脂コア）
２２  クラッド（フッ素系クラッド）
３１，４１，７１，８１  支持体
８２  中敷き
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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