(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光ファイバー(measurement optical fiber)(2)セグメント(2a、2b、2c)の列と、この測定光ファイバーセグメントの長手方向に対して垂直に伸びるストレスファイバー(stress fiber)(3)セグメント(3a、3b)の列を含み、前記ストレスファイバーセグメントが前記測定光ファイバーセグメントの両側に交互に配置されており、前記測定光ファイバーセグメントとストレスファイバーセグメントの少なくとも１方が、保護部材(4)によりカバーされており、このカバーされた測定光ファイバーセグメント及び/又はストレスファイバーセグメントが保護部材に対して動くことができるよう前記保護部材が配置されていることを特徴とする、感圧デバイス。
【請求項２】
測定光ファイバーセグメントの列と、この測定光ファイバーセグメントの長手方向に対して垂直に延びるストレスファイバーセグメントの列を含み、前記ストレスファイバーセグメントが前記測定光ファイバーセグメントの両側に交互に配置されており、前記測定光ファイバーセグメントが、保護部材によりカバーされており、このカバーされたファイバーセグメントが保護部材に対して動くことができるよう前記保護部材が配置され、前記測定光ファイバー及びストレスファイバーセグメントが互いに直接的に接触しないようにし、それにより、前記光ファイバーの磨耗を回避することを特徴とする、感圧デバイス。
【請求項３】
前記保護部材が、らせん状に巻かれた、編組された、編まれた、もしくは織られた少なくとも１本の糸により構成された外装であることを特徴とする、請求項１又は２記載の感圧デバイス。
【請求項４】
前記ファイバーセグメントがメタクリレートでカバーされたシリカより形成されており、前記外装がこのファイバーより柔らかい材料の糸より形成されていることを特徴とする、請求項３記載の感圧デバイス。
【請求項５】
前記外装が、この外装がカバーしているファイバーの直径よりも小さな直径を有する糸(4)より形成されていることを特徴とする、請求項３記載の感圧デバイス。
【請求項６】
前記測定光ファイバーがシリカより形成されており、前記ストレスファイバーが合成材料より形成されていることを特徴とする、請求項１記載の感圧デバイス。
【請求項７】
前記ストレスファイバーセグメント(3a、3b)が互いに所定の間隔で離れて群(7)で配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の感圧デバイス。
【請求項８】
前記測定光ファイバーセグメント及びストレスファイバーセグメントの列が裏布(5)により所定の相対位置に保持されていることを特徴とする、請求項２記載の感圧デバイス。
【請求項９】
前記裏布がストレスファイバーセグメントの間の層に伸びていることを特徴とする、請求項８記載の感圧デバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイスを含み、この感圧デバイスを挟む弾性材料の上層及び下層(11、10)を含み、この弾性材料の上層(11)の上に可撓性金属シート(12)が配置されていることを特徴とする、存在検知フロアー。
【発明の詳細な説明】
本発明は、感圧光デバイス、及びこの光デバイスを含む存在検知フロアーに関する。
光デバイスは、光ファイバーによって伝達される光の強度の減衰を検知することによって圧力を測定することが知られている。この減衰は力が加えられた際にファイバーが変形することが原因である。
詳細には、FR-A-2578645明細書は、測定ファイバーに対し垂直にかつその両側に配置されたファイバーより構成されている外部部材により測定光ファイバーの変形が引き起こされる、感圧光学布を開示している。また、EP-A-419267明細書は、光ファイバーの変形が硬質外部部材、例えば波形もしくはサンドイッチ形状の層もしくはプレート、により引き起こされる感圧光デバイスを開示している。
これらのデバイスには、ファイバーの表面に対し外部部材の永久摩擦が生ずるという欠点がある。これはファイバーの表面をすぐに損傷させ、ファイバーにより伝達される光信号を永久的に変えることになり、ファイバーが破壊することもある。
安全もしくは保安の目的、例えば危険ゾーンにおける従業者の存在もしくは建物における侵入者の存在を検知するため、に用いられるデバイスでは、所定の条件において確実に反応すると同時に間違ったアラームを発することを防ぐために、ファイバーに沿って通過した後にセンサへ伝達される光信号は再現性がなければならない。
上記欠点を緩和するため、本発明は、光ファイバーセグメント列とストレス部材列を含み、ストレスファイバーセグメントが測定光ファイバーセグメントの長手方向に対し垂直方向に伸びており、ストレス部材が測定光ファイバーセグメントの両側に交互に配置されており、測定光ファイバーセグメント及び/又はストレスファイバーセグメントが保護部材内でカバーされており、この保護部材はファイバーセグメントがこの保護部材に対して動くことができるように配置されている、感圧デバイスを提供する。
ストレス部材に加えられかつ測定光ファイバーに伝達される力は保護部材により拡散され、従って測定光ファイバーセグメントとストレス部材の間の乾燥摩擦は緩和され、磨耗ゾーンが拡がり、測定光ファイバーの磨耗が最小になり、ストレスファイバーセグメントにより感圧デバイスの寿命がかなり高められる。さらに、ファイバーセグメントはデバイスの製造の間に保護される。
本発明の有利な態様において、保護部材はらせん状に巻かれた、編組された、編まれた、もしくは織られた少なくとも１本の糸より構成されている。これは変形容易なかつ自由に動くことのできる外装を与える。
好ましくは、この外装は、これが保護するファイバーよりも柔らかい材料の糸より構成されている。従って、摩擦より生ずる磨耗は主にこの外装に生じ、従って測定光ファイバーの寿命が長くなる。
本発明の有利な態様によれば、この外装は、これが保護するファイバーの直径よりも小さな直径の糸より構成される。これはファイバーセグメントの直径の増加を最小にし、従ってこのデバイスに圧力が加えられた際に測定光ファイバーにかかる曲げ応力が最小になる。
本発明の他の利点によれば、測定光ファイバーはシリカファイバーであり、ストレスファイバーは合成材料より形成されている。これは、特性とコストの点で好ましい。
他の態様において、本発明は、本発明は、弾性材料の上層と弾性材料の下層の間に配置された本発明の感圧デバイスを含み、可撓性金属シートが弾性材料の上層の上に配置された、存在検知フロアーを提供する。このフロアーは十分な安全性を保持しつつ、この感圧デバイスに早期に磨耗を起こす危険性のある直接力が加えられることを防ぐ。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照する以下の記載より明らかであろう。
図１は裏布を含まない、本発明の布の略平面図である。
図２は、本発明の感圧布を備えた検知フロアーの、図１のラインII−IIにおける拡大断面図である。
図３は、負荷を加えた検知フロアーを示す、図２と同様の図である。
図１を参照し、本発明の感圧光学布は、平行に直進する測定光ファイバーセグメント２ａ、２ｂ、及び２ｃの列を含む曲がりくねった路に沿って配置された、参照番号２で示される測定光ファイバーを含む。この測定光ファイバーに対し垂直に、感圧光学布は、測定光ファイバーセグメント２の両側に交互に配置された、参照番号３で示すストレスファイバーセグメントを有している。このストレスファイバーセグメントをより明確に示すため、測定光ファイバー２の上に配置されているセグメントを参照番号３ａで示し、測定光ファイバーの下に配置されているセグメントを参照番号３ｂで示す。
測定光ファイバーの直進するセグメントの間の間隔は、光信号が失われるようになる直進するセグメントの間の測定光ファイバーの曲げを避けるに十分でなければならない。通常、約50mmの距離が十分であることが見出された。また、ストレスファイバーセグメントに力を加えた際に測定光ファイバー内の光信号が確実に十分減衰するようにするため、このセグメントは、ファイバー内の光伝達半波長の整数倍であるピッチで配置される。実際、約3.5mmのピッチが十分であることが見出された。
ここに示す態様において、測定光ファイバーセグメント及びストレスファイバーセグメントは、直径50μm/125μm/250μmを有しかつ0.2の開口数を有する、メタクリレートカバーを含むドープされた珪素／シリカ／アクリレートより形成された同じグレードインデックスの光ファイバーを用いて形成されている。本発明によれば、このファイバーセグメントは、保護部材によりカバーされ、この保護部材はカバーされたファイバーセグメントが保護部材に対して動くことができるように配置されている。特定の態様において、保護部材は、50μmに近い直径を有しかつファイバーセグメントにらせん状に巻かれ、このファイバーセグメントをカバーする多くのポリアミドのフィラメントより形成された外装４により構成されている。
測定光ファイバーセグメント２及びストレスファイバーセグメント３が所望の配置に確実に維持されるように、これらは裏布５に組み込まれ、ストレスファイバー３は縦糸としてこの布に組み込まれ、測定光ファイバーは横糸として裏布５に組み込まれる。
上層のストレスファイバーセグメント３ａは下層の２つのストレスファイバーセグメント３ｂと共にストレスノード６を構成する。感圧性マットに負荷が加えられると、ストレスノードのストレスファイバー３ａは移動して同じノードのファイバー３ｂの間に入る。その結果、測定光ファイバーセグメント２が変形する。こうして多くの隣接するストレスノード６が測定光ファイバー２に正弦もしくは疑似正弦変形を与え、３つの隣接するストレスノードにおける負荷によって生ずる光の減衰が簡単な電気回路によって検出するに十分であることが観察された。
これに関連して、ストレスファイバーセグメントの均一な分布によって、多くの応力ノードに加えられる圧力の分布が同様に均一となり、光ファイバーの曲げが測定光ファイバーにおける光の知覚できる減衰を引き起こすに必要な臨界以下となる危険があることが観察された。本発明の特徴によれば、互いに所定の間隔で離れた群７(図１)にストレスファイバーを配置している。実際、ストレスファイバーセグメントの群は好ましくは７〜11本のストレスファイバーセグメントを含み、従って３〜５つの隣接するストレスノードを与える。
ストレスファイバー７の２つの群は感圧性マットの用途に適合する距離離れている。例えば、このマットを人間の存在を検知するために用いる場合、ストレスファイバーの群は、ストレスノードの少なくとも１つの群が圧縮されることなく感圧性マットに足を乗せることができないように、足のサイズより小さな距離に離すべきである。実際、約3.5mmのピッチ、すなわち２つのトップストレスファイバーセグメント３ａ又は２つのボトムストレスファイバーセグメント３ｂの中心の間の距離が3.5mmで離されたストレスファイバーセグメントでは、ストレスファイバーの群はほぼ50mmごとに繰り返して用いられる。
裏布５の機能は、測定光ファイバーセグメント及びストレス光ファイバーセグメントを所望の相対位置に保持することのみならず、加えられた圧力の作用の下でストレスファイバーが互いに動く場合に測定光ファイバー２に対してアバットメントを構成することにより測定光ファイバー２の変形の大きさを制限することである。これは光ファイバー２の過剰な曲げ及び破壊の危険となる、下層のストレスファイバーセグメントの間に上層のストレスファイバーセグメントが完全に進入することを防ぐ。
本発明の感圧性布は好ましくは、例えば床からフロアー８を断熱しかつ粗さを適応させるため独立気泡フォームの層９を存在検知フロアー８に組み込んで用いてもよい。約３mmの厚さを有するフォーム層が十分であることが見出された。
フォーム層９の上で、存在検知フロアーは、1.5〜２mmの厚さの２つの保護エラストマー層10及び11を含み、その間に感圧性布が挟まれている。好ましくは、保護エラストマー層11の上に可撓性金属シート12が配置される。この金属シート12は高い弾性限界を有し、感圧性マットに加えられる負荷の圧力を拡げることによって感圧性マットを保護している。この金属シート12は好ましくはスリップしない機能を有しかつ偶発的に落下した物体からの衝撃を緩和するエラストマーカバー13でカバーされている。
測定光ファイバー２の一端は通常の方法で光源に接続されており、他の端は光の減衰を検知するために電気回路に接続されている。端において光セパレータを用いることにより及び放射された光を反射するために測定光ファイバー２の反対の端においてミラーを設置することにより、光源及び検知デバイスの両方を測定光ファイバー２の同じ端に設置することも可能である。この配置は、測定光ファイバーに沿って光が２回移動し、モードの再結合を起こすことなく動的検知範囲を２倍にする。検知される損失は２倍となり、これはマットの信頼性を高め、安全もしくは保安デバイスとして特に有効である。測定光ファイバーへの入口において偏光子を、測定光ファイバーからの出口に分析機を配置し、測定光ファイバー内の偏光の変化を測定することも可能である。
本発明はこの実施態様に限定されず、請求の範囲に記載の本発明の範囲を越えない変形を提供することが可能である。
保護部材４としてらせん状に巻かれたカバーが例示されたが、編編された糸により、又はカバーされるファイバーの外径よりもわずかに大きい内径を有する押出外装で構成し、カバーされたファイバーセグメントが保護部材に対して動くことができるようにしてもよい。裏布としてストレスファイバーセグメントの間に伸びる糸が例示されたが、ファイバーがストレスファイバーを覆う裏布を用いることも可能である。
本発明を測定光ファイバーと同じ種類のストレスファイバーセグメントにより説明したが、ファイバーセグメントの１つのみをカバーすることにより、又は測定光ファイバーとは異なった特性を有するストレスファイバーセグメントを用いることにより、本発明の感圧デバイスを製造することも可能である。異なる材料、例えば波形プレートもしくは鋸歯状のリブを含むプレートのストレス部材を測定光ファイバーと共に用いることによって感圧デバイスを製造することも可能である。そのような場合、カバーされるのは測定光ファイバーである。
ここに示した態様における測定光ファイバーは連続であり、直進するセグメント２ａ、２ｂ、及び２ｃは曲線部分で結合しているが、多数の分離した測定光ファイバーセグメントを有し、各々が光源及び検知機に接続している感圧性マットを提供することも可能である。ストレスファイバーセグメントが測定光ファイバーセグメントに対し正確に垂直になっていない感圧性布、例えばらせん状の測定光ファイバー及び実質的に放射状に配置されたストレスファイバーセグメントを含む布、を製造することも可能である。
上記態様において測定光ファイバー及びストレスファイバーは共にシリカ光ファイバーであり、シリカファイバーのヒステリシスが低いためとても良好な結果を与えるが、この種のファイバーはとても高価であり、合成材料、例えば釣糸より形成されたストレスファイバーを用いることによってコストと特性の良好な組合せを達成することができる。
【図１】
0003920334.tif 000002
【図２】
0003920334.tif 000003
【図３】
0003920334.tif 000004