JPH052086B2 - - Google Patents
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- JPH052086B2 JPH052086B2 JP60141979A JP14197985A JPH052086B2 JP H052086 B2 JPH052086 B2 JP H052086B2 JP 60141979 A JP60141979 A JP 60141979A JP 14197985 A JP14197985 A JP 14197985A JP H052086 B2 JPH052086 B2 JP H052086B2
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- Japan
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- photoelastic
- photoelastic material
- light
- pedestal
- stress
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は、材料の光弾性効果を利用した応力検
知装置に関するものである。
知装置に関するものである。
＜従来の技術＞
光弾性効果を利用した従来の光応用センサの基
本構成を第４図に示す。光弾性材料１の両端に偏
光子２と検光子３が設置されている。光フアイバ
５で光源６より導かれた光はマイクロレンズ４で
コリメートされ、偏光子２を通り、直線偏光に変
換される。偏光子２の光軸は加圧方向に対し45゜
傾いている。偏光子２で直線偏光された光は光弾
性材料１を通過した後、検光子３を介してマイク
ロレンズ４′でコリメートされ、光フアイバ５に
案内されて光検出器７に入射される。
本構成を第４図に示す。光弾性材料１の両端に偏
光子２と検光子３が設置されている。光フアイバ
５で光源６より導かれた光はマイクロレンズ４で
コリメートされ、偏光子２を通り、直線偏光に変
換される。偏光子２の光軸は加圧方向に対し45゜
傾いている。偏光子２で直線偏光された光は光弾
性材料１を通過した後、検光子３を介してマイク
ロレンズ４′でコリメートされ、光フアイバ５に
案内されて光検出器７に入射される。
上記光弾性材料１は外界の力により複屈折を生
じ、光が上記光弾性材料１を通過すると、応力の
方向と直交する方向の間で位相差が生じ、直線偏
光が楕円偏光に変わる。この光を偏光子２の光軸
と直線するように光軸が調整された検光子３に通
過させると外界の力に応じて光強度が変化する。
この原理に基づいて、圧力、荷重、加速度、振
動、音響等のセンサを作製することが可能であ
る。
じ、光が上記光弾性材料１を通過すると、応力の
方向と直交する方向の間で位相差が生じ、直線偏
光が楕円偏光に変わる。この光を偏光子２の光軸
と直線するように光軸が調整された検光子３に通
過させると外界の力に応じて光強度が変化する。
この原理に基づいて、圧力、荷重、加速度、振
動、音響等のセンサを作製することが可能であ
る。
上記光応用センサは、感度を高める目的で、ベ
ンデイングタイプの構成を採ることがある。第５
図に光弾性材料１から成る素子部分の拡大図を示
す。光弾性材料１は台座８の上に固定されてい
て、測定される力は押圧子９を通して光弾性材料
１に加わる。この場合、光弾性材料１内の上面側
で圧縮応力、下面側で引張応力が働く。上面側あ
るいは下面側のいずれかに直線偏光の光を入射す
ると、楕円偏光の光が出射される。また上述した
説明より明らかな如く、該光弾性材料１を偏光子
２と検光子３の間に置くと通過光量が変化するこ
ととなる。
ンデイングタイプの構成を採ることがある。第５
図に光弾性材料１から成る素子部分の拡大図を示
す。光弾性材料１は台座８の上に固定されてい
て、測定される力は押圧子９を通して光弾性材料
１に加わる。この場合、光弾性材料１内の上面側
で圧縮応力、下面側で引張応力が働く。上面側あ
るいは下面側のいずれかに直線偏光の光を入射す
ると、楕円偏光の光が出射される。また上述した
説明より明らかな如く、該光弾性材料１を偏光子
２と検光子３の間に置くと通過光量が変化するこ
ととなる。
＜発明が解決しようとする問題点＞
上記光弾性素子においては光弾性材料の台座８
への固定方法が問題となる。第５図に示す如く、
光弾性材料１を台座８に接着剤１０を用いて、接
触面を完全に接着した場合、接着剤の硬化時に内
部応力が生じ、硬化後この内部応力がそのまま保
持され、特性を大きくばらつかせる。そして使用
温度範囲全域に亙つて光弾性材料１と台座８の熱
膨張率が充分に一致していないと、温度変化によ
り膨張率差によつて内部応力を発生させ、それに
より光量変化をもたらす。また荷重印加時に応力
の集中が押圧子９直下以外に接着部周辺にも生
じ、感度を低下させる。即ち、従来の接着構造で
は特性のバラツキ、温度特性及び感度の点で問題
があつた。
への固定方法が問題となる。第５図に示す如く、
光弾性材料１を台座８に接着剤１０を用いて、接
触面を完全に接着した場合、接着剤の硬化時に内
部応力が生じ、硬化後この内部応力がそのまま保
持され、特性を大きくばらつかせる。そして使用
温度範囲全域に亙つて光弾性材料１と台座８の熱
膨張率が充分に一致していないと、温度変化によ
り膨張率差によつて内部応力を発生させ、それに
より光量変化をもたらす。また荷重印加時に応力
の集中が押圧子９直下以外に接着部周辺にも生
じ、感度を低下させる。即ち、従来の接着構造で
は特性のバラツキ、温度特性及び感度の点で問題
があつた。
＜発明の目的＞
本発明は上述の問題点に鑑み、光弾性材料の内
部応力に起因する検知精度の低下を防止し、高信
頼性及び高感度の光応用センサを提供することを
目的とするものである。
部応力に起因する検知精度の低下を防止し、高信
頼性及び高感度の光応用センサを提供することを
目的とするものである。
＜実施例＞
第１図は本発明の一実施例の説明に供する光弾
性素子部分の拡大図である。該光弾性素子を用い
た光応用センサの構成は第４図と同称であり、光
弾性素子を偏光子と検光子で挾み、マイクロレン
ズを介して入射側と出射側の光フアイバに連結し
た構造を有する。光フアイバは入射側が光源、出
射側が光検出器に連結されている。光弾性素子は
光弾性材料１、台座８及び押圧子９により構成さ
れていて、光弾性材料１は光軸と平行に左右両端
部で台座８に支持されかつ台座８と片端部の部
分のみで、接着剤１０により接着されている。台
座８で支持される他方の端部は接着されていな
い。従つて、端部の部分では接着により内部応
力が発生するが、端部の部分が開放されている
ため、その内部応力が光線の通る中央部の部分
にまで及ぶことはなく、接着により特性が変化す
ることもない。また温度特性に関して、光弾性材
料１と台座８の熱膨張率が異なる場合でも温度変
化による内部応力の発生は端部の部分にのみ限
定され、それが中央部にまで及ぶことはない。
すなわち、温度変化に対し、光量は変化しない。
性素子部分の拡大図である。該光弾性素子を用い
た光応用センサの構成は第４図と同称であり、光
弾性素子を偏光子と検光子で挾み、マイクロレン
ズを介して入射側と出射側の光フアイバに連結し
た構造を有する。光フアイバは入射側が光源、出
射側が光検出器に連結されている。光弾性素子は
光弾性材料１、台座８及び押圧子９により構成さ
れていて、光弾性材料１は光軸と平行に左右両端
部で台座８に支持されかつ台座８と片端部の部
分のみで、接着剤１０により接着されている。台
座８で支持される他方の端部は接着されていな
い。従つて、端部の部分では接着により内部応
力が発生するが、端部の部分が開放されている
ため、その内部応力が光線の通る中央部の部分
にまで及ぶことはなく、接着により特性が変化す
ることもない。また温度特性に関して、光弾性材
料１と台座８の熱膨張率が異なる場合でも温度変
化による内部応力の発生は端部の部分にのみ限
定され、それが中央部にまで及ぶことはない。
すなわち、温度変化に対し、光量は変化しない。
光源より光フアイバ、マイクロレンズを介して
偏光子に入射された光は直線偏光となつて光弾性
材料１の中央部を通過する。この過程で光弾性
材料１が外界から応力を受けていると、との応力
の大小に応じて複屈折を生じ光弾性効果により直
線偏光が楕円偏光に変化する。楕円偏光となつた
光は光弾性材料１より出射して検光子３へ導入さ
れる。
偏光子に入射された光は直線偏光となつて光弾性
材料１の中央部を通過する。この過程で光弾性
材料１が外界から応力を受けていると、との応力
の大小に応じて複屈折を生じ光弾性効果により直
線偏光が楕円偏光に変化する。楕円偏光となつた
光は光弾性材料１より出射して検光子３へ導入さ
れる。
上記実施例において、加圧時の光弾性素子の状
態を第２図に示す。また光弾性材料１内の内部応
力の分布を矢印で示す。光弾性材料１中には圧縮
応力と引張応力が生じる。光弾性材料１と台座８
の接着面積が大きいとこれらの応力分布が不均一
になる。すなわち、接着状態により感度が異なる
という問題が生じる。
態を第２図に示す。また光弾性材料１内の内部応
力の分布を矢印で示す。光弾性材料１中には圧縮
応力と引張応力が生じる。光弾性材料１と台座８
の接着面積が大きいとこれらの応力分布が不均一
になる。すなわち、接着状態により感度が異なる
という問題が生じる。
第３図は上記問題を考慮した本発明の他の実施
例に係る光弾性素子部の拡大斜視図である。本実
施例では台座８の光弾性材料１に対する支持面の
幅を可及的に細くしている。従つて、双方の接着
面積が小さくなり、応力分布の不均一性は軽減さ
れる。それに従つて感度の低下もなく、良好な感
度再現性が得られる。光弾性材料１としては高分
子樹脂あるいはガラス等が用いられる。
例に係る光弾性素子部の拡大斜視図である。本実
施例では台座８の光弾性材料１に対する支持面の
幅を可及的に細くしている。従つて、双方の接着
面積が小さくなり、応力分布の不均一性は軽減さ
れる。それに従つて感度の低下もなく、良好な感
度再現性が得られる。光弾性材料１としては高分
子樹脂あるいはガラス等が用いられる。
なお、光弾性材料１と台座８の固定方法とし
て、接着について説明したが、光弾性材料の一部
分を上下方向から挾持する構造でもよいことは明
らかである。
て、接着について説明したが、光弾性材料の一部
分を上下方向から挾持する構造でもよいことは明
らかである。
光弾性材料１は外部からの力に応じて入射され
た直線偏光を楕円偏光に変換する。光弾性材料１
の出射側に設けられている検光子は偏光子と光軸
が直交するように配置されているため、楕円偏光
の程度に応じて検光子３を通過する光量が変化す
る。この光量を光検出器で検出し、光源からの出
力光強度に対する光検出器での受光強度を求める
ことにより、外部から加えられている応力を検知
することができる。
た直線偏光を楕円偏光に変換する。光弾性材料１
の出射側に設けられている検光子は偏光子と光軸
が直交するように配置されているため、楕円偏光
の程度に応じて検光子３を通過する光量が変化す
る。この光量を光検出器で検出し、光源からの出
力光強度に対する光検出器での受光強度を求める
ことにより、外部から加えられている応力を検知
することができる。
＜発明の効果＞
このように本発明によれば、光弾性材料内に内
部応力を残留させることがなく、応力検知装置と
しての特性バラツキを小さくすることができ、光
弾性材料と台座の熱膨張率を考慮する必要性も解
消される。従つて、台座の材料の選定範囲が広く
なり、また光量は温度の影響を受けないため感度
を低下させることもなく、感度再現性も保障され
る。
部応力を残留させることがなく、応力検知装置と
しての特性バラツキを小さくすることができ、光
弾性材料と台座の熱膨張率を考慮する必要性も解
消される。従つて、台座の材料の選定範囲が広く
なり、また光量は温度の影響を受けないため感度
を低下させることもなく、感度再現性も保障され
る。
第１図は本発明の一実施例の説明に供する光弾
性素子の要部斜視図である。第２図は第１図に示
す光弾性素子の応力分布を説明する断面図であ
る。第３図は本発明の他の実施例に係る光弾性素
子の要部斜視図である。第４図は従来の光応用セ
ンサの基本構成図である。第５図は第４図に示す
光弾性素子の斜視図である。 １……光弾性材料、２……偏光子、３……検光
子、５……光フアイバ、６……光源、７……光検
出器、８……台座、９……押圧子。
性素子の要部斜視図である。第２図は第１図に示
す光弾性素子の応力分布を説明する断面図であ
る。第３図は本発明の他の実施例に係る光弾性素
子の要部斜視図である。第４図は従来の光応用セ
ンサの基本構成図である。第５図は第４図に示す
光弾性素子の斜視図である。 １……光弾性材料、２……偏光子、３……検光
子、５……光フアイバ、６……光源、７……光検
出器、８……台座、９……押圧子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光源と、 該光源の光軸と平行に左右両端部で台座に支持
された光弾性材料と、 該光弾性材料の入力面側に配置された偏光子
と、 上記光弾性材料の出力面側に配置された検光子
と、 上記検光子を透過した光を検出する光検出器を
備え、 上記光源からの光が上記光弾性材料の中央部を
通過するように成した応力検知装置であつて、 上記光弾性材料の左右両端部の一方の端部と上
記台座とを接着固定してなることを特徴とする応
力検知装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60141979A JPS622130A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 応力検知装置 |
| US06/878,656 US4757195A (en) | 1985-06-27 | 1986-06-26 | Optical pressure sensor with pedestal mounted photoelastic element |
| GB8615583A GB2179143B (en) | 1985-06-27 | 1986-06-26 | Optical pressure sensor |
| DE19863621669 DE3621669A1 (de) | 1985-06-27 | 1986-06-27 | Optischer drucksensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60141979A JPS622130A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 応力検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS622130A JPS622130A (ja) | 1987-01-08 |
| JPH052086B2 true JPH052086B2 (ja) | 1993-01-11 |
Family
ID=15304572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60141979A Granted JPS622130A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 応力検知装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4757195A (ja) |
| JP (1) | JPS622130A (ja) |
| DE (1) | DE3621669A1 (ja) |
| GB (1) | GB2179143B (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63280694A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-17 | 株式会社 半導体エネルギ−研究所 | 表示機能と記憶能力を有するカ−ド |
| GB2223094A (en) * | 1988-09-24 | 1990-03-28 | Dobson Park Ind | Pressure transducer |
| US4915473A (en) * | 1989-02-23 | 1990-04-10 | The Dow Chemical Company | Pressure sensor utilizing a polyurethane optical fiber |
| GB9105799D0 (en) * | 1991-03-19 | 1991-06-12 | Lucas Ind Plc | Vibrating sensor |
| US5255068A (en) * | 1991-11-25 | 1993-10-19 | Allied-Signal Inc. | Fringe pattern analysis of a birefringent modified spectrum to determine environmental temperature |
| US5289720A (en) * | 1992-07-17 | 1994-03-01 | Allied-Signal Inc. | Optic sensor for determining environmental conditions |
| WO1994002817A1 (en) * | 1992-07-20 | 1994-02-03 | Invent Engineering Pty. Limited | Pressure sensor |
| WO1996021874A1 (en) * | 1993-02-03 | 1996-07-18 | George Seaver | Stress-optical phase modulator, modulation system and method |
| US5383048A (en) * | 1993-02-03 | 1995-01-17 | Seaver; George | Stress-optical phase modulator and modulation system and method of use |
| US5589931A (en) * | 1995-03-17 | 1996-12-31 | Alliedsignal Inc. | System to determine environmental pressure and birefringent-biased cladded optical sensor for use therein |
| WO1997043614A1 (en) * | 1996-05-16 | 1997-11-20 | Alliedsignal Inc. | An optical pressure sensing system and a birefringent sensor for use therein |
| US6034811A (en) * | 1998-01-28 | 2000-03-07 | Seaver; George | Stress-optic beam scanner, system and method |
| FI110210B (fi) * | 1998-12-31 | 2002-12-13 | Kibron Inc Oy | Mittauslaite pienten voimien ja siirtymien mittaamiseksi |
| RU2231034C1 (ru) * | 2003-04-25 | 2004-06-20 | Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет) | Индикатор давления |
| JP2005156178A (ja) * | 2003-11-20 | 2005-06-16 | Kri Inc | 圧力評価方法及び光導波路型圧力センサ |
| JP2007139740A (ja) * | 2005-10-20 | 2007-06-07 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバ偏波変動検知装置 |
| CN113720505B (zh) * | 2021-09-01 | 2023-09-19 | 云南师范大学 | 一种基于弹光效应的压力探测装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3203229A (en) * | 1962-06-28 | 1965-08-31 | Budd Co | Photoelastic leak detection methods |
| DE2521319C3 (de) * | 1974-05-14 | 1978-12-21 | Moskovskij Gosudarstvennyj Universitet Imeni M.V. Lomonosova, Moskau | Piezooptischer Meßwandler |
| JPS5717452A (en) * | 1980-07-03 | 1982-01-29 | Asahi Ishiwata Kogyo Kk | Manufacture of refractory heat-resistant material |
| US4321831A (en) * | 1980-09-26 | 1982-03-30 | United Technologies Corporation | Digitally compatible optical pressure measurement |
| US4368645A (en) * | 1980-09-26 | 1983-01-18 | United Technologies Corporation | Optical pressure sensor |
| US4421979A (en) * | 1981-08-27 | 1983-12-20 | Trw Inc. | Microbending of optical fibers for remote force measurement |
| DE3341845A1 (de) * | 1983-11-19 | 1985-05-30 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Optische druckmessvorrichtung |
| JPS60220038A (ja) * | 1984-04-16 | 1985-11-02 | 日立電線株式会社 | 偏波面保存光フアイバを用いたカテ−テル先端型血圧計 |
-
1985
- 1985-06-27 JP JP60141979A patent/JPS622130A/ja active Granted
-
1986
- 1986-06-26 US US06/878,656 patent/US4757195A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-06-26 GB GB8615583A patent/GB2179143B/en not_active Expired
- 1986-06-27 DE DE19863621669 patent/DE3621669A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8615583D0 (en) | 1986-07-30 |
| GB2179143A (en) | 1987-02-25 |
| US4757195A (en) | 1988-07-12 |
| DE3621669A1 (de) | 1987-01-08 |
| JPS622130A (ja) | 1987-01-08 |
| GB2179143B (en) | 1989-07-19 |
| DE3621669C2 (ja) | 1988-09-22 |
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