JPH03120421A - 変位センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は一般的には変位センサに関するものであり、さ
らに特別には、非常に小型に製造することも可能て、微
小な空間内でも物体の変位を検出することかきる変位セ
ンサに関する。

「従来の技術」 物体の変位を検出する手段として、従来は差動トランス
、圧電素子、歪ゲージ等が用いられている。

「発明が解決しようとする課題」 従来の検出手段のうち、差動トランスは原理的にある程
度以上小型化することが困難である。

圧電素子は小を化するのに適しているが、温度や湿度の
影響を受は易く、か１静的校正ができないため使用環境
が限られる。

他方、歪ゲージには例えば半導体歪ゲージのように小型
化されたものがあるが、長期間安定な検出が可能な微小
サイズのものは製造できない。

また、これらの検出手段はいずれもＶｔ、Ｓ的手段を用
いているため、防爆性が要求される環境とか電気や磁力
が作用する環境では使用が制限される。

本発明はこのような問題に鑑みて提案されるものであり
、その目的とするところは、温度、湿度、電力、磁力等
の影響を受けに＜〈、かつ微小なサイズのものも製造す
ることかでき、耐久性のある安定で正確な変位を検出す
ることができる変位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及び作用」本発明に係る変
位センサは、前述の目的を達成するため以下のように構
成されている。

本発明に係る第１の変位センサは、第１図のように、所
定の間隔を介して端面が対向する一対の光ファイバ１，
２と、光ファイバ１．２のいずれか一方からの投光を遮
断し得る遮光片３とを備え、遮光片３を弾性体４により
前記光ファイバ１゜２の端面に沿う方向へ可動な状態に
支持ないし保持させた構造にしている。

光ファイバ１．２を他の部材に固定しておき。

一方の光ファイバｌを図示しない発光部に接続させると
ともに、他方の光ファイバ２を図示しない受光量測定装
置に接続させ、設置場所における図示しない物体か上下
方向に動くときにそれによる外力が遮光片３に作用する
よう配置すると、当該遮光片３の上下動による光ファイ
バ２の受光量が変化するので、この受光量を測定するこ
とにより当該物体の変位を検出する。

この第１の変位センサにおいては、遮光片３を弾性体４
で支持ないし保持させる構成に代えて。

光ファイバ１，２の双方又はそのいずれか一方を上下方
向へ可動な状態に弾性体で支持ないし保持させてもよい
。

この場合には１弾性体で支持ないし保持されている光フ
ァイバｌ又は２に対して物体の上下方向の動きが作用す
る状態に設置する０両方の光ファイバ１，２が弾性体で
支持されている場合は、それぞれの光ファイバ１．２に
は各別の物体の動きが作用する状態に設置する。

本発明に係る第２の変位センサは、第２図のように、所
定の間隔を介して端面が対向する一対の光ファイバ１．
２を設け、一方の光ファイバ１を弾性体４により当該光
ファイバｌの端面に沿う方向へ可動な状態に支持ないし
保持させている。

光ファイバ２を固定しておき、一方の光ファイバ１を図
示しない発光部に接続させるとともに、他方の光ファイ
バ２を図示しない受光量測定装置に接続させ、設置場所
における図示しない物体が上下方向に動くときにそれに
よる外力が光ファイバ１に作用するよう配置すると、当
該光ファイバ１の上下動により光ファイバ２の受光量が
変化するので、この受光量を測定することにより当該物
体の変位を検出する。

この第２の変位センサは、両方の光ファイバ１．２を弾
性体で支持ないし保持させてもよい、この場合は、それ
ぞれの光ファイバ１．２には各別の物体の上下方向の動
きが作用する状態に設Ｅする。

第２の変位センサにおいては、第３図のように一方の光
ファイバ２を光ファイバ２１〜２４の束に構成し、光フ
ァイバ１を弾性体で上下方向及び左右方向へ可動な状態
に支持ないし保持させ、この光ファイバエに対して図示
しない物体の動きが一作用するように設置し、光ファイ
バ２１〜２４を各別の受光量測定装置に接続するととも
に、光ファイバｌを発光部に接続させれば、前記物体の
移動方向と移動量とを検出することができる。

第３図の変位センサは、光ファイバ２又は光ファイバ１
と２を共に弾性対で支持ないし保持させる構造にしても
よい。

第３図のように、一方の光ファイバ２を複数の光ファイ
バ２１〜２４の束に構成する構造は、第１図で示した第
１の変位センサにも応用することができる。

第１の変位センサにおいては、第７図のように、光ファ
イバｌ又は２若しくは両党ファイバｌ。

２の端面に面するようにレンズ５を設けて集光するよう
に構成すれば、物体のさらに微小な変位が正確に検出で
きる。このように、光ファイバｌ又は２若しくは両党フ
ァイバ１．２の端面に面してレンズ５を設ける構造は、
前記第２の変位センサについても応用できる。

本発明に係る第３の変位センサは、第４図のように、所
定の間隔を介して端面か対向する少なくとも一対の光フ
ァイバ１．２と、この光ファイバのうちの一方の光ファ
イバ１の端面に面するレンズ６とを備え、前記光ファイ
バ１．２の少なくとも一方を、図示しない弾性体により
当該光ファイバの軸方向へ可動な状態に支持させている
。

第４図において、光ファイバｌを図示しない発光部に接
続するとともに、他方の光ファイバ２を受光量測定装置
に接続し、設置場所における物体の動きが光ファイバ１
又は２の軸方向に作用するように設置すると、前記物体
が動いたとき、光ファイバ２で受光されるところのレン
ズ６で集光又は拡散された光量が変化するので、この受
光量の変化を測定して物体の変位を検出する。

本発明に係る第４の変位センサは、第５図のように、光
ファイバ１と、この光ファイバ１の端面と所定の間隔を
介して対向する反射鏡７と、前記光ファイバｌによる投
光又は受光を遮断し得る遮光片３とを備え、遮光片３を
弾性体４により前記光ファイバｌの端面に沿う方向へ可
動に支持ないし保持させている。

光ファイバ１の一部で反射鏡７に対し投光し、その反射
光を光ファイバ１の他の一部で受光させるとともに、設
置場所における図示しない物体の動きが遮光片３に作用
する状態に設置すると、当該物体の動きに応じて遮光片
３が動き１反遮鏡７からの反射光量が変化するので、こ
の反射光量の変化を測定することによって物体の変位を
検出する。

この第４の変位センサにおいては、遮光片３を弾性体４
で支持させる構造に代えて、光ファイバ！又は反射１１
１７若しくはその双方を弾性体で支持ないし保持させて
もよい、このように構成しても、光ファイバｌ又は反射
鏡７が第５図において上下方向に動くとき１反射鏡７の
反射光量が変化するからである。

本発明に係る第５の変位センサは、第５図における遮光
片３を省略し、光ファイバ１とこの光ファイバ１の端面
と所定の間隔を介して対向する反射鏡７とを備え、前記
光ファイバｌと反射鏡７の少なくとも一方を１弾性体に
より前記端面に沿う方向へ可動に支持ないし保持させて
いる。

第５図の遮光片３がない場合でも、光ファイバ１又は反
射鏡７か光ファイバｌの端面に沿う方向に動くとき、反
射鏡７からの反射光量が変化するので、その反射光量の
変化を測定して物体の変位を検出する。

前記第４及び第５の変位センサにおいては、第６図のよ
うに光ファイバ１を対の光ファイバ１１１２で構成し、
一方の光ファイバ１１て投光するとともに他方の光ファ
イバ１２で受光するように構成することもできる。

「実施例」 Ｍ８図以下を参照して本発明に係る変位センサの実施例
を具体的に説明する。

第８図は第１の変位センサの実施例であり、Ｕ字形の支
持部材１３の両側には、端面が相対するように一対の光
ファイバ１，２が固定されており一方の光ファイバ１を
図示しない発光部に接続させるとともに、他方の光ファ
イバ２を図示しない受光量測定装置に接続している。

支持部材１３の両側上部にはガイドビン４１゜４１が直
立状態に固定され、このガイドピン４１．４１へ薄い板
ばねよりなる弾性体４の両端部の長孔４２，４２を案内
し、この弾性体４の中央部下面には、光ファイバｌから
の投光量が一部遮断される状態で遮光片３が垂直状態に
保持されている。

光ファイバ１から投光させると、弾性体４を介して遮光
片３に対し図示しない他の物体から矢印イ方向の外力が
加わったとき、弾性体４が同図二点鎖線のように湾曲し
て遮光片３が下り、光ファイバ２の受光量がなくなるか
小さくなるので、この受光量の変化を前記受光ｉ；に測
定装置で測定して、前記他の物体の変位量を検出するこ
とができるようになっている。

直径１００ミクロン前後の光ファイバ１．２を使用すれ
ば、極めて小型の変位センサを製造して微小な変位を検
出することができる。

この実施例の変位センサは、弾性体４に適当な重さの重
りを取付けておけば振動センサとして使用することがで
き、また、遮光片３に対する外力が図示しないバイメタ
ルや形状記憶合金等を経て付与されるように設置すれば
、温度センサとしても使用することができる。さらに、
遮光片３に対する外力がダイヤフラムによって付与され
るように構成すれば、圧力センサとして使用することも
できる。

第８図の光ファイバ１．２の端面に面するようにレンズ
を設ければ、第７図のような変位センサを製造すること
かできる。

第８図の実施例では、遮光片３を光ファイバｌの投光量
か一部遮断される状態に設けているが、図示の状態から
上方へ浮上した状態に設けておき、外力を受けたとき遮
光片３が光ファイバ１．２の間を通過するように構成し
ても、光フアイバ２側における受光量が変化するので同
様に実施することができる。

第９図は本発明に係る第２の変位センサの実施例を示す
もので、ゴム又は柔軟な合成樹脂で逆カップ状に一体成
形された支持部材１３には、相互の端面が狭い間隙を介
して相対するように両側から一対の光ファイバ１，２が
突入した状態で取付けられ、この両ファイバ１．２の端
部は底部のスポンジマット状の弾性体４ａによって同時
に支持されている。

一方の光ファイバ１の端部は、支持部材１３の上部を兼
ねる弾性体４の膨出部４３の下端に接触している。

したがって、一方の光ファイバｌを図示しない発光部に
接続して投光させると、弾性体４の膨出部４３に第９図
の矢印イ方向から他の物体の外力を受けると、光ファイ
バｌの端部が同図のように曲がって他方の光ファイバ２
の受光量が少なくなるかなくなるので、光ファイバ２に
接続した図示しない受光量測定装置により、その受光量
の変化を測定して前記物体の変位を検出する。

この実施例のセンサの他の作用や用途については、第８
図の実施例のセンサと同様であるので説明を省略する。

第１Ｏ図及び第１１図は、本発明に係る第２の変位セン
サにおいて、一方の光センサ２を束に構成した実施例を
示しており、上部が解放された支持部材１３の一側には
、第３図と同様に複数の光ファイバ２１〜２４を束にし
た光ファイバ２か内部に戻入した状態に固定され、この
光ファイバ２の端面に相対するように他の光ファイバｌ
が設けられている。

光ファイバ１の端部は、当該端部に取付けた鍔１４を介
して三方からコイルばねからなる弾性体４で支持され、
鍔工４から上方に突出した突部１５を通じて光ファイバ
ｌの端部に外力が加わるように構成されている。

光ファイバ１を図示しない発光部に接続し、束になって
いる光ファイバ２の各ファイバ２１〜２４をそれぞれ図
示しない各別の受光量測定装置に接続させ、光ファイバ
ｌから投光させると、突部１５を通じて光ファイバｌに
対しその軸線の遠方向から外力か加わったとき、光ファ
イバ２１〜２４のそれぞれの受光量が変化するので、こ
の受光量の変化を受光量測定装置で測定すれば、光ファ
イバ１に対する外力の方向と変位量を検出することがて
きる。

この実施例の変位センサの他の作用等は、第８図の実施
例のセンサと同様なのてそれらの説明は省略する。

第１２図は本発明に係る第３の変位センサの実施例を示
すものであり、０字状に成形された支持部材１３を横に
向け、その側部から突入した状態に光ファイバ１の端部
な固定するとともに、前記支持部材１３の開口した他の
側部へ蓋状に取付けたゴム又は柔軟な合成樹脂等からな
る弾性体４には、他方の光ファイバ２の端部が内部に突
入する状態で保持され、光ファイバ１の端面は当該端面
に面するレンズ６を介して光ファイバ２の端面と相対し
ている。

光ファイバｌを図示しない発光部に接続するとともに、
光ファイバ２を受光量測定装置に接続させると、光ファ
イバ２に対してその軸方向の外力が作用したとき、弾性
体４が同図二点鎖線のように変形し、レンズ６で拡散さ
れた光の光ファイバ２による受光量か変化するので、こ
の変化量を前記受光量測定装置で測定して変位を検出す
る。

この実施例のセンサの他の作用等は、第８図のセンサに
ついて説明したところとほぼ同様なので説明を省略する
。

第１．３図は本発明に係る第４の変位センサの実施例を
示しており、全体がゴム又は柔軟な合成樹脂で成形され
た支持部材１３の一側部からは、光ファイバ１の端部が
突入した状態で支持され、この光ファイバｌの端面と相
対する側には、内部に反射鏡７が固定されている。

支持部材１３と一体な底部は薄い弾性体４を構成してお
り、この弾性体４の上部には遮光片３が一体に突出して
いる。

光ファイバｌの一部から反射鏡７に対して投光させ、光
ファイバｌの他の一部で受光させてその光を図示しない
受光量測定装置で測定できるように設置すると、膨出部
４３を通じて弾性体４に図示しない他の物体から上下方
向への外力が加わったとき、遮光片３が上下に動き、反
射鏡７からの反射光の量が変化するので、この光量の変
化を測定して物体の変位を検出する。

この実施例の変位センサａは、光ファイバ１に細い径の
ものを使用して小型に製造すれば、例えば第１４１１の
ように、センサａの膨出部４３を脈動部に貼付して脈拍
センサとして使用することができる。この第１４図のよ
うな使用は、第８図又は第９図の変位センサについても
可能である。

第１３図のセンサのその他の作用等は第８図の実施例の
ものとほぼ同様なので、その説明は省略する。

また、第８図、第９図、第１Ｏ図のセンサｂを第１５図
のように数個分布状に並列して配置すると、分布形の変
位センサとして使・用することができる。これは第１３
図のセンサについても同様である。

「発明の効果」 本発明に係る変位センサは、光ファイバに小径なものを
選択することによって非常に小型に製造できるとともに
微小な変位も正確に検出でき、しかも構造か極めて簡単
であって低コストて製造することができる。

また、電気、湿度、温度及び磁気等に影響されず、長期
間安定して作動する変位センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明に係る変位センサの原理的な説
明図、第８図は第１図の変位センサの実施例を示す断面
図、第９図は第２図の変位センサの実施例を示すものて
あって一部を破断した斜視図、第１Ｏ図は第３図の変位
センサの実施例な示す断面図、第１１図は第１Ｏ図の矢
印Ａ−Ａに沿う断面図、ｒｔＳｌ２図は第４図の変位セ
ンサの実施例を示す断面図、ｒｔＳｌ　３図は第５図の
センサの実施例を示す断面図、第１４図は第１３図で示
した変位センサの使用例を示す斜視図、ｌ’＄１５図は
第８図、第９図及び第１０図の実施例のセンサの使用例
を示す平面図である。 主要図中符号の説明 １．１１，１２，２，２１，２２，２３．２４は光ファ
イバ、３は遮光片、４，４ａは弾性体、５．６はレンズ
、７は反射鏡である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）、所定の間隔を介して端面が対向する少なくとも
   一対の光ファイバと、この一対の光ファイバの一方から
   の投光を遮断し得る遮光片とを備え、前記光ファイバの
   少なくとも一方又は遮光片を、弾性体により前記端面に
   沿う方向へ可動な状態に支持ないし保持させたことを特
   徴とする変位センサ。
2. （２）、所定の間隔を介して端面が対向する少なくとも
   一対の光ファイバを備え、この光ファイバの少なくとも
   一方を、弾性体により前記端面に沿う方向へ可動な状態
   に支持ないし保持させたことを特徴とする変位センサ。
3. （３）、所定の間隔を介して端面が対向する少なくとも
   一対の光ファイバと、この光ファイバのうちの一方の光
   ファイバの端面に面するレンズとを備え、前記光ファイ
   バの少なくとも一方を、弾性体により当該光ファイバの
   軸方向へ可動な状態に支持させたことを特徴とする変位
   センサ。
4. （４）、光ファイバと、この光ファイバの端面と所定の
   間隔を介して対向する反射鏡と、前記光ファイバによる
   投光又は受光を遮断し得る遮光片とを備え、前記光ファ
   イバ、反射鏡及び遮光片のうちの少なくともいずれか一
   つを、弾性体により前記端面に沿う方向へ可動に支持な
   いし保持させたことを特徴とする変位センサ。
5. （５）、光ファイバと、この光ファイバの端面と所定の
   間隔を介して対向する反射鏡とを備え、前記光ファイバ
   と反射鏡の少なくとも一方を、弾性体により前記端面に
   沿う方向へ可動に支持ないし保持させたことを特徴とす
   る変位センサ。
6. （６）、一対の光ファイバの一方又は双方のファイバの
   端面に面する状態にレンズを設けた、請求項１又は２に
   記載の変位センサ。
7. （７）、一対の光ファイバの一方を複数本のファイバの
   束に構成した、請求項１〜３のいずれかに記載の変位セ
   ンサ。
8. （８）、請求項１又は４に記載の変位センサのうち遮光
   片を弾性体で保持させたものにおいて、遮光片と弾性体
   が一体である変位センサ。
9. （９）、光ファイバが一対になっている請求項４又は５
   に記載の変位センサ。