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JP2016031268A - Planar load sensor device - Google Patents

Planar load sensor device Download PDF

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JP2016031268A
JP2016031268A JP2014153294A JP2014153294A JP2016031268A JP 2016031268 A JP2016031268 A JP 2016031268A JP 2014153294 A JP2014153294 A JP 2014153294A JP 2014153294 A JP2014153294 A JP 2014153294A JP 2016031268 A JP2016031268 A JP 2016031268A
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Kazuhiro Watanabe
一弘 渡辺
西山 道子
Michiko Nishiyama
道子 西山
修平 藤野
Shuhei Fujino
修平 藤野
有悟 田口
Yugo Taguchi
有悟 田口
大志 山崎
Hiroshi Yamazaki
大志 山崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planar load sensor device that can detect a load working on any deformed face of a measurement object, which has a deformable face subject to deformation by a load, without requiring many sensor parts.SOLUTION: A planar load sensor device is provided with an optical fiber 2 in which a hetero core part 3 is arranged in the peripheral part or flank of the measurable area of a deformed face Sf of a measurement object W, and a linear or planar force transmitting member 5 so configured as to transmit a force that varies the degree of bending of the hetero core part 3 to the deformed face Sf according to the deformation of the deformed face Sf in the measurable area.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光ファイバを用いて構成される面状荷重センサ装置に関する。   The present invention relates to a planar load sensor device configured using an optical fiber.

面領域に作用する荷重を検出するセンサ装置としては、例えば特許文献1,2に見られる如く、面状の部材の複数の局所部のそれぞれに受感部を備えるものが一般に知られている。   As a sensor device that detects a load acting on a surface area, for example, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, a sensor device including a sensing portion in each of a plurality of local portions of a planar member is generally known.

特開2008−32522号公報JP 2008-32222 A 特開2009−276127号公報JP 2009-276127 A

特許文献1,2に見られる如き従来のセンサ装置では、面状の部材中に多数の受感部を備えるために、センサ装置が、複雑な構成になりやすいと共に、高価なものとなりやすい。また、多数の受感部からの信号処理を行う測定器の演算処理負荷が大きなものとなりやすい。   In conventional sensor devices such as those disclosed in Patent Documents 1 and 2, since a large number of sensing parts are provided in a planar member, the sensor device tends to be complicated and expensive. Moreover, the calculation processing load of the measuring device that performs signal processing from a large number of sensing units tends to be large.

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、荷重により変形する変形面を有する測定対象物に対して、多数の受感部を必要とすることなく、該測定対象物の変形面に作用する荷重を検知できる面状荷重センサ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and acts on a measurement object having a deformation surface deformed by a load, without requiring a large number of sensing parts, and acts on the deformation surface of the measurement object. An object of the present invention is to provide a planar load sensor device that can detect a load to be applied.

本発明の面状荷重センサ装置は、上記の目的を達成するために、荷重により変形する変形面を有する測定対象物の変形面に作用する荷重を検知する面状荷重センサ装置であって、
コア及びクラッドを有する光伝送部と該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを含み、該ヘテロコア部のコアが前記光伝送部のコアと異径に形成されており、該ヘテロコア部が前記測定対象物の変形面の測定対象領域の周縁部又は側方に配置される光ファイバと、
前記光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力を、前記測定対象領域における前記変形面の変形に応じて前記光ファイバに伝達するように構成された線状又は面状の力伝達部材とを備えることを特徴とする(第1発明)。
The planar load sensor device of the present invention is a planar load sensor device that detects a load acting on a deformation surface of a measurement object having a deformation surface that is deformed by a load in order to achieve the above-described object,
An optical transmission part having a core and a cladding, and a hetero core part having a core and a cladding respectively connected to the core and the cladding of the optical transmission part, wherein the core of the hetero core part is formed with a different diameter from the core of the optical transmission part And an optical fiber in which the hetero-core portion is disposed at a peripheral portion or a side of a measurement target region of the deformation surface of the measurement target;
A linear or planar force transmission member configured to transmit a force that changes the degree of bending of the hetero-core portion of the optical fiber to the optical fiber according to the deformation of the deformation surface in the measurement target region; (First invention).

かかる第1発明によれば、測定対象物の変形面の測定対象領域に作用する荷重によって該測定対象領域における変形面の変形が発生すると、その変形に応じた力が、測定対象領域の周縁部又は側方に配置される前記光ファイバのヘテロコア部に、線状又は面状の力伝達部材を介して作用する。そして、その力によって、ヘテロコア部の屈曲度合が変化する。   According to the first aspect of the present invention, when the deformation of the deformation surface in the measurement target region occurs due to the load acting on the measurement target region of the deformation surface of the measurement target, the force corresponding to the deformation is the peripheral portion of the measurement target region. Or it acts on the hetero core part of the said optical fiber arrange | positioned at a side through a linear or planar force transmission member. And the bending degree of a hetero core part changes with the force.

従って、前記測定対象領域での変形面の荷重による変形に応じて、ヘテロコア部の屈曲度合が変化する。この場合、ヘテロコア部の屈曲度合の変化は、測定対象領域での変形面に対する荷重のかかり具合や、該荷重の大きさ等に応じたものとなる。   Accordingly, the degree of bending of the hetero core portion changes according to the deformation caused by the load on the deformation surface in the measurement target region. In this case, the change in the degree of bending of the hetero core portion depends on the degree of load applied to the deformation surface in the measurement target region, the magnitude of the load, and the like.

ここで、前記ヘテロコア部を有する光ファイバでは、該光ファイバの光伝送部のコアに光を入射した場合に、入射光の一部がヘテロコア部にて漏出する。そして、光の漏出量は、ヘテロコア部の屈曲度合が大きいほど、多くなる。このため、ヘテロコア部の屈曲度合が大きいほど、光ファイバでの光の伝送損失が増加する。   Here, in the optical fiber having the hetero core part, when light enters the core of the optical transmission part of the optical fiber, a part of the incident light leaks out at the hetero core part. The amount of light leakage increases as the degree of bending of the heterocore portion increases. For this reason, the greater the degree of bending of the heterocore portion, the greater the light transmission loss in the optical fiber.

従って、光ファイバに光を入射して、該光の伝送損失を測定することで、ヘテロコア部の屈曲度合を把握でき、ひいては、測定対象領域で測定対象物の変形面に作用する荷重の状態を検知できることとなる。   Therefore, by making light incident on the optical fiber and measuring the transmission loss of the light, it is possible to grasp the degree of bending of the hetero-core portion, and consequently the state of the load acting on the deformation surface of the measurement object in the measurement object region. It can be detected.

よって、第1発明の面状荷重センサ装置によれば、荷重により変形する変形面を有する測定対象物に対して、多数の受感部を必要とすることなく、該測定対象物の変形面に作用する荷重を検知できる。   Therefore, according to the planar load sensor device of the first invention, a measurement object having a deformation surface that is deformed by a load can be applied to the deformation surface of the measurement object without requiring a large number of sensing parts. The acting load can be detected.

かかる第1発明は、より具体的な構成として、次のような態様を採用できる。すなわち、第1発明の第1の態様では、前記力伝達部材は、前記測定対象領域における前記変形面に沿うように延在し、該変形面の変形に伴い撓むように張設される1つ又は複数の可撓性線状部材により構成され、前記可撓性線状部材は、前記測定対象領域における前記変形面の変形に伴う該可撓性線状部材の撓みによって該可撓性線状部材に発生する張力を、前記ヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として前記光ファイバに伝達するように該光ファイバに連結される(第2発明)。   The first aspect of the present invention can employ the following aspects as a more specific configuration. That is, in the first aspect of the first invention, the force transmission member extends along the deformation surface in the measurement target region and is stretched so as to bend in accordance with the deformation of the deformation surface or The flexible linear member is constituted by a plurality of flexible linear members, and the flexible linear member is deformed by deformation of the flexible linear member accompanying deformation of the deformation surface in the measurement target region. The tension generated in the optical fiber is coupled to the optical fiber so as to be transmitted to the optical fiber as a force that changes the degree of bending of the hetero core portion (second invention).

この第2発明によれば、前記可撓性線状部材の張力によって、前記測定対象領域における前記変形面の変形に応じた力を光ファイバに伝達して、該光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。   According to the second aspect of the present invention, a force corresponding to the deformation of the deformation surface in the measurement target region is transmitted to the optical fiber by the tension of the flexible linear member, and the bending degree of the hetero core portion of the optical fiber is transmitted. Can be changed.

従って、測定対象領域で変形面に作用する荷重の状態に応じてヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。   Therefore, the bending degree of the hetero core portion can be changed according to the state of the load acting on the deformation surface in the measurement target region.

かかる第2発明では、前記力伝達部材は、複数の可撓性線状部材により構成され、該複数の可撓性線状部材は、それぞれの一端部が前記光ファイバのヘテロコア部の配置箇所に集中するように配置されて、該ヘテロコア部に連結されると共に、当該一端部側から前記測定対象領域における前記変形面に沿って放射状に延在するように配設されることが好ましい(第3発明)。   In the second invention, the force transmission member is constituted by a plurality of flexible linear members, and each of the plurality of flexible linear members has an end portion at an arrangement position of the hetero-core portion of the optical fiber. It is preferably arranged so as to be concentrated, connected to the hetero core portion, and arranged to extend radially from the one end side along the deformation surface in the measurement target region (third). invention).

この第3発明によれば、光ファイバのヘテロコア部に連結された複数の可撓性線状部材が放射状に延在するので、前記測定対象領域が広くても、その各所に作用する荷重に対してヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。従って、測定対象領域が広くても、該測定対象領域の様々な箇所に作用する荷重を感度よく検知することが可能となる。   According to the third aspect of the invention, since the plurality of flexible linear members connected to the hetero-core portion of the optical fiber extend radially, even if the measurement target area is wide, the load acting on each part is not affected. Thus, the bending degree of the hetero core portion can be changed. Therefore, even if the measurement target region is large, it is possible to detect with high sensitivity loads acting on various parts of the measurement target region.

上記第3発明では、前記ヘテロコア部の軸心方向の一端部寄りの部分と他端部寄りの部分との2つの部分で前記光ファイバに固定された連結用部材をさらに備えており、前記複数の可撓性線状部材は、それぞれの一端部が前記連結用部材に固定され、該連結用部材を介して前記光ファイバのヘテロコア部に連結されることが好ましい(第4発明)。   The third invention further includes a connecting member fixed to the optical fiber at two portions of a portion near the one end in the axial direction of the heterocore portion and a portion near the other end. It is preferable that one end of each of the flexible linear members is fixed to the connecting member and connected to the hetero-core portion of the optical fiber via the connecting member (fourth invention).

この第4発明によれば、前記連結用部材は、種々様々な形状のものを採用できるので、複数の可撓性線状部材をヘテロコア部に連結することが容易になる。また、ヘテロコア部の特定の局所にだけ可撓性線状部材の張力が作用するのを防止して、該ヘテロコア部の損傷を防止できる。   According to the fourth aspect of the invention, since the connecting member can employ various shapes, it is easy to connect a plurality of flexible linear members to the heterocore portion. In addition, it is possible to prevent the tension of the flexible linear member from acting only on a specific portion of the hetero core portion, thereby preventing the hetero core portion from being damaged.

上記第2〜第4発明では、前記測定対象領域における前記変形面を覆うように配置されて、該変形面の変形に倣って弾性変形する弾性体シートをさらに備え、前記可撓性線状部材は、前記弾性体シートに装着されているという構成を採用することもできる(第5発明)。   In the second to fourth inventions, the flexible linear member is further provided with an elastic sheet that is disposed so as to cover the deformation surface in the measurement target region and elastically deforms following the deformation of the deformation surface. Can adopt a configuration of being mounted on the elastic sheet (fifth invention).

この第5発明によれば、弾性体シートに前記可撓性線状部材をあらかじめ装着しておくことができるので、測定対象物に対する面状荷重センサ装置の設置を容易に行うことが可能となる。   According to the fifth aspect of the invention, the flexible linear member can be mounted in advance on the elastic sheet, so that the planar load sensor device can be easily installed on the measurement object. .

前記第1発明は、次のような態様を採用することもできる。すなわち、第1発明の第2の態様では、前記力伝達部材は、前記測定対象領域における前記変形面を覆うように配置されて、該変形面の変形に倣って弾性変形する弾性体シートにより構成され、前記弾性体シートは、前記測定対象領域における前記変形面の変形に伴う該弾性体シートの弾性変形によって発生する弾性力を、前記ヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として前記光ファイバに伝達するために、該弾性体シートの周縁部のうちの局所部分が前記光ファイバのヘテロコア部に連結されると共に、該弾性体シートの周縁部のうちの前記局所部分と間隔を存する部分が前記測定対象領域の周縁部で前記測定対象物に固定される(第6発明)。   The first aspect may employ the following aspects. That is, in the second aspect of the first aspect of the invention, the force transmission member is arranged so as to cover the deformation surface in the measurement target region, and is configured by an elastic sheet that elastically deforms following the deformation of the deformation surface. The elastic sheet transmits the elastic force generated by the elastic deformation of the elastic sheet accompanying the deformation of the deformation surface in the measurement target region to the optical fiber as a force that changes the bending degree of the hetero core portion. For this purpose, a local portion of the peripheral portion of the elastic sheet is connected to the hetero-core portion of the optical fiber, and a portion of the peripheral portion of the elastic sheet that is spaced from the local portion is measured. It is fixed to the measurement object at the periphery of the target region (sixth invention).

この第6発明によれば、前記弾性体シートの弾性力によって、前記測定対象領域における前記変形面の変形に応じた力を光ファイバに伝達して、該光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。   According to the sixth aspect of the invention, due to the elastic force of the elastic sheet, a force corresponding to the deformation of the deformation surface in the measurement target region is transmitted to the optical fiber, and the bending degree of the hetero core portion of the optical fiber is changed. Can be made.

従って、測定対象領域で変形面に作用する荷重に応じてヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。   Therefore, the bending degree of the hetero core portion can be changed according to the load acting on the deformation surface in the measurement target region.

かかる第6発明では、前記弾性体シートは多角形状に形成されており、前記弾性体シートの局所部分は、該弾性体シートの1つの角部であり、前記局所部分と間隔を存する部分は、該弾性体シートの前記1つの角部以外の他の各角部であることが好ましい(第7発明)。   In the sixth invention, the elastic sheet is formed in a polygonal shape, the local portion of the elastic sheet is one corner of the elastic sheet, and the portion that is spaced from the local portion is: It is preferable that it is each corner other than the one corner of the elastic sheet (seventh invention).

この第7発明によれば、前記弾性体シートの各所に作用する荷重に対してヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。従って、該測定対象領域の様々な箇所に作用する荷重を感度よく検知することが可能となる。   According to the seventh aspect of the invention, the bending degree of the hetero core portion can be changed with respect to the load acting on each part of the elastic sheet. Accordingly, it is possible to detect with high sensitivity loads acting on various parts of the measurement target region.

上記第6発明又は第7発明では、前記光ファイバのヘテロコア部は、曲率を有する状態で前記弾性体シートの局所部分に固着されていることが好ましい(第8発明)。   In the sixth invention or the seventh invention, it is preferable that the hetero-core portion of the optical fiber is fixed to a local portion of the elastic sheet in a state having a curvature (eighth invention).

この第8発明によれば、前記測定対象領域で作用する荷重に応じて前記弾性体シートの弾性変形が生じた場合に、高い応答性でヘテロコア部の屈曲度合の変化を開始させることができる。   According to the eighth aspect of the invention, when the elastic deformation of the elastic sheet occurs according to the load acting on the measurement target region, it is possible to start the change in the bending degree of the heterocore portion with high responsiveness.

また、前記第1発明は、その適用例として、前記測定対象物が、寝具のマットレスであり、前記変形面及び測定対象領域が、前記マットレスの表面であるという態様を採用できる(第9発明)。   In addition, as an application example, the first invention can adopt an aspect in which the measurement object is a mattress of a bedding, and the deformation surface and the measurement object region are surfaces of the mattress (9th invention). .

この第9発明によれば、例えば人の就寝時等において、マットレスの表面上に人が横臥した状態で、該マットレスの表面にどのように荷重が作用しているのかというようなことを本発明の面状荷重センサ装置を利用して測定することが可能となる。   According to the ninth aspect of the present invention, for example, how the load acts on the surface of the mattress in the state where the person lies down on the surface of the mattress, for example, when the person sleeps. It is possible to measure using the planar load sensor device.

かかる第9発明では、前記第2〜第8発明と同様の態様を採用することもできるが、例えば次のような態様を採用することもできる。   In the ninth aspect of the invention, the same aspects as those of the second to eighth aspects of the invention can be adopted. For example, the following aspects can also be adopted.

すなわち、複数の前記光ファイバと、該複数の光ファイバのそれぞれに対応する前記力伝達部材を各々構成する複数の可撓性線状部材とを備えており、前記複数の可撓性線状部材のそれぞれは、前記マットレスの長手方向の互いに異なる配置位置で、前記マットレスの表面に沿って該マットレスの幅方向に延在し、当該配置位置でのマットレスの表面の変形に伴い撓むように配設されており、各可撓性線状部材は、前記マットレスの表面の変形に伴う該可撓性線状部材の撓みによって該可撓性線状部材に発生する張力を、該可撓性線状部材に対応する光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として該光ファイバに伝達するように該光ファイバのヘテロコア部に連結されている(第10発明)。   That is, a plurality of the optical fibers, and a plurality of flexible linear members that respectively constitute the force transmission members corresponding to the plurality of optical fibers, and the plurality of flexible linear members Are arranged in different positions in the longitudinal direction of the mattress so as to extend in the width direction of the mattress along the surface of the mattress and bend as the surface of the mattress deforms at the position of the mattress. Each of the flexible linear members has a tension generated in the flexible linear member due to the deflection of the flexible linear member accompanying the deformation of the surface of the mattress. Are coupled to the hetero-core portion of the optical fiber so as to be transmitted to the optical fiber as a force that changes the degree of bending of the hetero-core portion of the optical fiber corresponding to (10th invention).

この第10発明によれば、各可撓性線状部材の張力によって、該可撓性線状部材の配置位置の近辺での前記変形面の変形に応じた力を該可撓性線状部材に対応する光ファイバに伝達して、該光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。   According to the tenth aspect of the present invention, a force corresponding to the deformation of the deformation surface in the vicinity of the arrangement position of the flexible linear member is applied to the flexible linear member by the tension of each flexible linear member. Can be transmitted to the optical fiber corresponding to the above, and the bending degree of the hetero-core portion of the optical fiber can be changed.

従って、マットレスの長手方向の種々様々の位置で該マットレスの表面に作用する荷重の状態に応じて1つ以上の光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させることができる。ひいては、マットレスの長手方向の種々様々の位置で該マットレスの表面に作用する荷重の状態を検知できる。   Therefore, the bending degree of the hetero-core portion of one or more optical fibers can be changed according to the state of the load acting on the surface of the mattress at various positions in the longitudinal direction of the mattress. As a result, the state of the load acting on the surface of the mattress can be detected at various positions in the longitudinal direction of the mattress.

上記第10発明では、前記複数の可撓性線状部材の配置位置は、前記マットレスの表面上に横臥する人の胸に対向する位置と腹に対向する位置との少なくともいずれか一方の位置を含む態様を採用できる(第11発明)。   In the tenth aspect of the invention, the arrangement positions of the plurality of flexible linear members include at least one of a position facing the chest of a person lying on the surface of the mattress and a position facing the abdomen. An aspect can be employ | adopted (11th invention).

ここで、一般に、マットレスに横臥した人の呼吸動作によって、前記マットレスの表面のうち、人の胸に対向する箇所と腹に対向する箇所とに作用する荷重の周期的な変動が生じる。従って、第11発明によれば、人の呼吸動作に応じた荷重の周期的な変動を測定することが可能となる。   Here, in general, due to the breathing motion of a person lying on the mattress, periodic fluctuations in the load acting on the surface of the mattress on the part facing the person's chest and the part facing the abdomen occur. Therefore, according to the eleventh aspect, it is possible to measure a periodic variation of the load according to a person's breathing motion.

また、上記第10発明又は第11発明では、前記複数の可撓性線状部材は、前記マットレスの幅方向の両側面のうちの一方側に配置される光ファイバのヘテロコア部に連結される可撓性線状部材と、前記マットレスの幅方向の両側面のうちの他方側に配置される光ファイバのヘテロコア部に連結される可撓性線状部材との二つの可撓性線状部材を含む態様を採用できる(第12発明)。   In the tenth invention or the eleventh invention, the plurality of flexible linear members may be coupled to a heterocore portion of an optical fiber disposed on one side of both side surfaces of the mattress in the width direction. Two flexible linear members, a flexible linear member and a flexible linear member connected to the hetero-core portion of the optical fiber arranged on the other side of the both sides in the width direction of the mattress, Including embodiments can be employed (the twelfth invention).

ここで、各光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合は、マットレスの幅方向での人の横臥位置が該ヘテロコア部に近い場合よりも遠い場合の方が小さくなる傾向がある。   Here, the degree of bending of the heterocore portion of each optical fiber tends to be smaller when the person's recumbent position in the width direction of the mattress is farther than when it is close to the heterocore portion.

このため、マットレスの表面上の人の横臥位置が、マットレスの幅方向の両側面のうちの一方側又は他方側に偏っている場合には、前記二つの可撓性線状部材のうちの一方の可撓性線状部材に対応する光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合が比較的大きなものとなると共に、他方の可撓性線状部材に対応する光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合が比較的小さなものとなる。   For this reason, when the recumbent position of the person on the surface of the mattress is biased to one side or the other side of the both sides in the width direction of the mattress, one of the two flexible linear members The bending degree of the hetero-core portion of the optical fiber corresponding to the flexible linear member is relatively large, and the bending degree of the hetero-core portion of the optical fiber corresponding to the other flexible linear member is relatively small. It will be a thing.

従って、上記二つの光ファイバでそれぞれのヘテロコア部の屈曲度合に応じた測定データを取得することで、それらの測定データに基づいてマットレスの幅方向での人の横臥位置を把握することが可能となる。   Therefore, by acquiring measurement data according to the bending degree of each hetero core part with the above two optical fibers, it is possible to grasp a person's recumbent position in the width direction of the mattress based on those measurement data Become.

(a)は本発明の第1実施形態の面状荷重センサ装置の斜視図、(b)は第1実施形態の面状荷重センサ装置の一部を拡大して示す図。(A) is a perspective view of the planar load sensor apparatus of 1st Embodiment of this invention, (b) is a figure which expands and shows a part of planar load sensor apparatus of 1st Embodiment. ヘテロコア部及び光伝送部を有する光ファイバの断面図。Sectional drawing of the optical fiber which has a hetero core part and an optical transmission part. 第1実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定システムの一例を示す図。The figure which shows an example of the measurement system which uses the planar load sensor apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。The graph which shows the measurement data using the planar load sensor apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。The graph which shows the measurement data using the planar load sensor apparatus of 1st Embodiment. (a)は本発明の第2実施形態の面状荷重センサ装置の斜視図、(b)は第2実施形態の面状荷重センサ装置の一部を拡大して示す図。(A) is a perspective view of the planar load sensor apparatus of 2nd Embodiment of this invention, (b) is a figure which expands and shows a part of planar load sensor apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定システムの一例を示す図。The figure which shows an example of the measurement system which uses the planar load sensor apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。The graph which shows the measurement data using the planar load sensor apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。The graph which shows the measurement data using the planar load sensor apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。The graph which shows the measurement data using the planar load sensor apparatus of 2nd Embodiment. (a)は本発明の第3実施形態の面状荷重センサ装置の斜視図、(b)は第3実施形態の面状荷重センサ装置の一部を拡大して示す図。(A) is a perspective view of the planar load sensor apparatus of 3rd Embodiment of this invention, (b) is a figure which expands and shows a part of planar load sensor apparatus of 3rd Embodiment. 第3実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定システムの一例を示す図。The figure which shows an example of the measurement system which uses the planar load sensor apparatus of 3rd Embodiment. (a)〜(c)は第3実施形態の面状荷重センサ装置を使用した測定データを示すグラフ。(A)-(c) is a graph which shows the measurement data using the planar load sensor apparatus of 3rd Embodiment.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を図1〜図5を参照して以下に説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1(a)を参照して、本実施形態の面状荷重センサ装置1は、光ファイバ2と、光ファイバ2に連結された複数の可撓性線状部材5と、弾性体シート7とを備える。   Referring to FIG. 1A, a planar load sensor device 1 according to this embodiment includes an optical fiber 2, a plurality of flexible linear members 5 connected to the optical fiber 2, an elastic sheet 7, and the like. Is provided.

光ファイバ2は、図2に示す如く、コアの径が異なる光ファイバを連接して構成されたものであり、所定長(例えば2mm)のヘテロコア部3と、該ヘテロコア部3の軸心方向の両端に連接された光伝送部4,4とを含む。   As shown in FIG. 2, the optical fiber 2 is configured by connecting optical fibers having different core diameters. The optical fiber 2 includes a hetero core portion 3 having a predetermined length (for example, 2 mm) and an axial direction of the hetero core portion 3. It includes optical transmission units 4 and 4 connected to both ends.

各光伝送部4は、一定径(例えば9μm)のコア4aとその外周のクラッド4bとを有する光ファイバにより構成され、ヘテロコア部3は、光伝送部4のコア4aよりも小さい一定径(例えば5μm)のコア3aとその外周のクラッド3bとを有する光ファイバにより構成されている。これらのヘテロコア部3及び各光伝送部4を構成する光ファイバは、例えばシングルモード光ファイバである。   Each optical transmission unit 4 is configured by an optical fiber having a core 4a having a constant diameter (for example, 9 μm) and a cladding 4b on the outer periphery thereof. 5 [mu] m) of an optical fiber having a core 3a and a clad 3b on the outer periphery thereof. The optical fiber which comprises these hetero core parts 3 and each optical transmission part 4 is a single mode optical fiber, for example.

そして、ヘテロコア部3のコア3a及びクラッド3bが、各々、各光伝送部4のコア4a、クラッド4bに連なるようにして、光伝送部4,4を構成する光ファイバが、ヘテロコア部3を構成する光ファイバの軸方向両端に、融着等により同軸心に接合されている。   The optical fibers constituting the optical transmission units 4 and 4 constitute the hetero-core unit 3 such that the core 3a and the clad 3b of the hetero-core unit 3 are connected to the core 4a and the cladding 4b of each optical transmission unit 4, respectively. Both ends of the optical fiber in the axial direction are joined coaxially by fusion or the like.

なお、本実施形態では、ヘテロコア部3のコア3aの径は一定であるが、該コア3aの径は一定でなくてもよい。例えば、該コア3aの径は、ヘテロコア部3の両端寄りの部分で、徐々に変化する(光伝送部4から遠ざかるに伴い徐々に縮径する)ように形成されていてもよい。   In addition, in this embodiment, although the diameter of the core 3a of the hetero core part 3 is constant, the diameter of this core 3a does not need to be constant. For example, the diameter of the core 3a may be formed so as to gradually change at the portions near both ends of the hetero core portion 3 (the diameter gradually decreases as the distance from the optical transmission portion 4 increases).

図1(a)を参照して、前記弾性体シート7は、弾性体(例えばシリコーンゴム)により形成された薄いシートであり、本実施形態では、方形状に形成されている。弾性体シート7の厚さは、例えば1mmである。   Referring to FIG. 1A, the elastic sheet 7 is a thin sheet formed of an elastic body (for example, silicone rubber), and is formed in a square shape in this embodiment. The thickness of the elastic sheet 7 is 1 mm, for example.

この弾性体シート7の周縁部には、弾性体シート7よりも高剛性の部材(例えばプラスチック)により構成された方形枠状のフレーム8が装着されている。   A rectangular frame-shaped frame 8 made of a member (for example, plastic) having a higher rigidity than the elastic sheet 7 is attached to the peripheral edge of the elastic sheet 7.

そして、本実施形態では、上記フレーム8に、光ファイバ2のヘテロコア部3の軸心方向の両側部を構成する光伝送部4,4が固定されている。   In the present embodiment, the optical transmission units 4 and 4 constituting both side portions of the hetero core portion 3 of the optical fiber 2 in the axial direction are fixed to the frame 8.

具体的には、光ファイバ2は、図1(a)に示すように、弾性体シート7の裏面(図1(a)では下面)側で、該弾性体シート7の周縁部の一辺(図示例では長辺)に沿って延在するように配設されている。この場合、弾性体シート7の周縁部の一辺の中央付近にヘテロコア部3が位置するようにして、光ファイバ2が配設されている。そして、光ファイバ2のヘテロコア部3の軸心方向の両側部を構成する光伝送部4,4がフレーム8に接着剤等により固定されている。   Specifically, as shown in FIG. 1A, the optical fiber 2 has one side (see FIG. 1) of the peripheral portion of the elastic sheet 7 on the back surface (lower surface in FIG. 1A) side of the elastic sheet 7. In the example shown, it is arranged so as to extend along the long side). In this case, the optical fiber 2 is disposed so that the hetero core portion 3 is located near the center of one side of the peripheral edge of the elastic sheet 7. And the optical transmission parts 4 and 4 which comprise the both sides of the axial center direction of the hetero core part 3 of the optical fiber 2 are being fixed to the flame | frame 8 with the adhesive agent etc.

この場合、ヘテロコア部3は、フレーム8に固定されていないので、該ヘテロコア部3は、その屈曲度合(曲率)を変化させることが可能である。   In this case, since the hetero core portion 3 is not fixed to the frame 8, the hetero core portion 3 can change the degree of bending (curvature).

なお、各光伝送部4は、フレーム8に沿った部分の全体をフレーム8に固定せずともよよい。例えば、各光伝送部4のヘテロコア部3寄りの所定長部分を、フレーム8に固定しないようにしてもよい。   Each optical transmission unit 4 does not have to fix the entire portion along the frame 8 to the frame 8. For example, a predetermined length portion near the hetero core portion 3 of each optical transmission portion 4 may not be fixed to the frame 8.

可撓性線状部材5は、本発明における線状の力伝達部材に相当するものであり、伸縮し難い柔軟な糸状部材、例えば、ポリエステル製の糸により構成されている。そして、複数の可撓性線状部材5が、以下に説明する如く弾性体シート7に装着されると共に、各可撓性線状部材5の一端部が連結用部材9を介して光ファイバ2に連結されている。   The flexible linear member 5 corresponds to the linear force transmission member in the present invention, and is composed of a flexible thread-like member that is difficult to expand and contract, for example, a polyester thread. A plurality of flexible linear members 5 are attached to the elastic sheet 7 as described below, and one end portion of each flexible linear member 5 is connected to the optical fiber 2 via the connecting member 9. It is connected to.

上記連結用部材9は、弾性体シート7及び光ファイバ2よりも曲がり難いもの(例えば真鍮)により構成されたものであり、本実施形態では、図1(b)に示すように環状(円環状)に形成されている。なお、連結用部材9の直径は例えば3mmである。   The connecting member 9 is made of a material (for example, brass) that is less likely to bend than the elastic sheet 7 and the optical fiber 2. In the present embodiment, as shown in FIG. ). The connecting member 9 has a diameter of 3 mm, for example.

そして、この環状の連結用部材9の内側を光ファイバ2のヘテロコア部3が横断するようにして、該ヘテロコア部3の軸心方向の一端寄りの部分と他端寄りの部分とに連結用部材9が接着剤等により固定されている。   And the hetero core part 3 of the optical fiber 2 crosses the inner side of this annular coupling member 9, and the coupling member is connected to a part near one end and a part near the other end of the hetero core part 3 in the axial direction. 9 is fixed by an adhesive or the like.

この連結用部材9に、ヘテロコア部3の軸心方向に交差する方向の力を付与することで、ヘテロコア部3の屈曲度合を変化させることが可能となっている。   By applying a force in a direction intersecting with the axial direction of the hetero core portion 3 to the connecting member 9, the degree of bending of the hetero core portion 3 can be changed.

上記のように光ファイバ2に固定された連結用部材9に、複数の可撓性線状部材5のそれぞれの一端部が結び付けられている(ひいては固定されている)。この場合、連結用部材9は、ヘテロコア部3の長さと同程度の大きさのものであるので、複数の可撓性線状部材5のそれぞれの一端部は、ヘテロコア部3の近辺の局所域に集中するように配置された状態で、該連結用部材9を介してヘテロコア部3に連結されることとなる。   As described above, one end of each of the plurality of flexible linear members 5 is tied to the connecting member 9 fixed to the optical fiber 2 (and thus fixed). In this case, since the connecting member 9 has the same size as the length of the hetero core portion 3, one end of each of the plurality of flexible linear members 5 is a local region in the vicinity of the hetero core portion 3. In a state of being arranged so as to concentrate on the hetero core portion 3, the hetero core portion 3 is connected via the connecting member 9.

なお、連結用部材9への可撓性線状部材5の一端部の固定は、接着剤等により行うようにしてもよい。   The one end of the flexible linear member 5 may be fixed to the connecting member 9 with an adhesive or the like.

上記複数の可撓性線状部材5は、それぞれの一端部側から弾性体シート7の裏面に沿って放射状に延在するように張設され、該弾性体シート7に接着剤等により固着されている。この場合、各可撓性線状部材5は、弾性体シート7の一辺側の位置から、該一辺に対向する辺又は交差する辺の箇所まで該弾性体シート7を横切るように延在される。なお、各可撓性線状部材5は、外部からの荷重によって弾性体シート7が変形した際に、その変形に各可撓性線状部材5が追従するように弾性体シート7に固着される。   The plurality of flexible linear members 5 are stretched so as to extend radially from the respective one end sides along the back surface of the elastic sheet 7, and are fixed to the elastic sheet 7 with an adhesive or the like. ing. In this case, each flexible linear member 5 extends so as to cross the elastic sheet 7 from a position on one side of the elastic sheet 7 to a side facing or crossing the one side. . Each flexible linear member 5 is fixed to the elastic sheet 7 so that when the elastic sheet 7 is deformed by an external load, the flexible linear member 5 follows the deformation. The

また、弾性体シート7には、連結用部材9及びヘテロコア部3に臨む開口穴10が穿設されており、この開口穴10の内側にて、連結用部材9が、弾性体シート7と干渉せずに可撓性線状部材5の張力によって動く(ひいては、ヘテロコア部3の屈曲度合が変化する)ことが可能となっている。   Further, the elastic sheet 7 is provided with an opening hole 10 facing the connecting member 9 and the hetero core portion 3, and the connecting member 9 interferes with the elastic sheet 7 inside the opening hole 10. It is possible to move by the tension of the flexible linear member 5 (and consequently the degree of bending of the hetero-core portion 3 changes).

本実施形態の面状荷重センサ装置1は以上の如く構成されている。   The planar load sensor device 1 of the present embodiment is configured as described above.

次に、以上の如く構成された面状荷重センサ装置1による測定手法を説明する。   Next, a measurement method using the planar load sensor device 1 configured as described above will be described.

本実施形態では、弾性体シート7が、測定対象物Wの変形面Sf(荷重により変形する面)の測定対象領域を覆うようにして変形面Sf上に配置され、この状態で弾性体シート7の周縁部がフレーム8を介して変形面Sfの測定対象領域に取り付けられる。   In the present embodiment, the elastic sheet 7 is arranged on the deformation surface Sf so as to cover the measurement target region of the deformation surface Sf (surface deformed by the load) of the measurement object W, and in this state, the elastic sheet 7 Is attached to the measurement target region of the deformation surface Sf via the frame 8.

この場合、フレーム8は、接着剤、面ファスナ、両面テープ等を介して測定対象領域の周縁部に固定される。   In this case, the frame 8 is fixed to the peripheral portion of the measurement target region via an adhesive, a hook-and-loop fastener, a double-sided tape, and the like.

なお、この場合、光ファイバ2の光伝送部4,4(ヘテロコア部3の軸心方向の両側の部分)が、フレーム8を介して測定対象領域の周縁部に固定されることとなる。   In this case, the optical transmission parts 4 and 4 of the optical fiber 2 (parts on both sides in the axial direction of the hetero-core part 3) are fixed to the peripheral part of the measurement target region via the frame 8.

上記測定対象領域は、そこに作用する荷重の状態(該測定対象領域に荷重が作用しているか否か等の状態)を検知しようとする領域であり、本実施形態では、弾性体シート7とほぼ同じサイズの方形領域である。   The measurement target region is a region in which a state of a load acting on the measurement target region (a state such as whether or not a load is applied to the measurement target region) is to be detected. It is a rectangular area of almost the same size.

そして、図3に示す如き測定システム15が構成され、この測定システム15を用いて測定が行われる。   And the measurement system 15 as shown in FIG. 3 is comprised, and a measurement is performed using this measurement system 15. FIG.

この測定システム15は、光ファイバ2に入射する光を出力する光源16と、光ファイバ2から出射する光を受光する光検出器17と、光検出器17の出力を図示しないAD変換器を介して取り込むデータ処理装置18とを備える。   The measurement system 15 includes a light source 16 that outputs light incident on the optical fiber 2, a photodetector 17 that receives light emitted from the optical fiber 2, and an output of the photodetector 17 through an AD converter (not shown). And a data processing device 18 to be captured.

光源16は、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)等により構成され、光ファイバ2の光伝送部4,4のうちの一方側の一端に接続される。   The light source 16 includes a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), and the like, and is connected to one end of one of the optical transmission units 4 and 4 of the optical fiber 2.

光検出器17は、フォトダイオード(PD)等により構成され、光ファイバ2の光伝送部4,4のうちの他方側の他端に接続される。   The photodetector 17 is constituted by a photodiode (PD) or the like, and is connected to the other end of the other side of the optical transmission units 4 and 4 of the optical fiber 2.

データ処理装置18は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成される。   The data processing device 18 is configured by a computer such as a personal computer.

上記のように弾性体シート7の周縁部を、測定対象物Wの変形面Sfにフレーム8を介して取り付けた状態で、測定システム15の光源16から光ファイバ2に光が入射され、光ファイバ2からの出射光が光検出器17により検出される。   As described above, light is incident on the optical fiber 2 from the light source 16 of the measurement system 15 with the peripheral edge of the elastic sheet 7 attached to the deformation surface Sf of the measurement object W via the frame 8, and the optical fiber. The light emitted from 2 is detected by the photodetector 17.

そして、データ処理装置18により、光検出器17の出力により示される出射光の強度が計測され、該出射光の強度に基づいて光ファイバ2における光の伝送損失等が計測される。   Then, the data processor 18 measures the intensity of the emitted light indicated by the output of the photodetector 17, and measures the transmission loss of light in the optical fiber 2 based on the intensity of the emitted light.

ここで、本実施形態の光ファイバ2は、ヘテロコア部3を有するため、光源16側の光伝送部4のコア4aをヘテロコア部3に向かって伝送される光の一部は、ヘテロコア部3のクラッド3bに進入する。そして、ヘテロコア部3の屈曲度合(曲率)が大きくなるほど、ヘテロコア部3のクラッド3bから外部に漏出する光が多くなるので、光ファイバ2における光の伝送損失が増加する。   Here, since the optical fiber 2 of the present embodiment has the hetero core part 3, a part of the light transmitted toward the hetero core part 3 through the core 4 a of the light transmission part 4 on the light source 16 side is a part of the hetero core part 3. The clad 3b is entered. As the degree of bending (curvature) of the heterocore portion 3 increases, the amount of light leaking to the outside from the cladding 3b of the heterocore portion 3 increases, so that the light transmission loss in the optical fiber 2 increases.

従って、光ファイバ2における光の伝送損失は、ヘテロコア部3の屈曲度合に応じたものとなる。   Accordingly, the transmission loss of light in the optical fiber 2 depends on the degree of bending of the hetero core portion 3.

一方、ヘテロコア部3の屈曲度合は、測定対象物Wの変形面Sfの測定対象領域の変形に応じて変化する。   On the other hand, the degree of bending of the heterocore portion 3 changes according to the deformation of the measurement target region of the deformation surface Sf of the measurement target W.

さらに詳細には、上記の如く面状荷重センサ装置1の弾性体シート7が測定対象物Wの変形面Sfに取り付けられているので、該変形面Sfの測定対象領域が、そこに作用する荷重によって変形を生じると、その変形に応じて、該測定対象領域の変形形状に倣うようにして弾性体シート7が弾性変形する。そして、この弾性変形に応じて、いずれかの可撓性線状部材5が撓むこととなる。   More specifically, since the elastic sheet 7 of the planar load sensor device 1 is attached to the deformation surface Sf of the measurement object W as described above, the measurement target region of the deformation surface Sf is a load acting on the deformation surface Sf. When the deformation occurs, the elastic sheet 7 is elastically deformed according to the deformation so as to follow the deformation shape of the measurement target region. And any flexible linear member 5 will bend according to this elastic deformation.

この場合、可撓性線状部材5の撓みに応じて該可撓性線状部材5に発生する張力が変化し、ひいては、光ファイバ2のヘテロコア部3にその屈曲度合を変化させる力が作用する。   In this case, the tension generated in the flexible linear member 5 changes according to the bending of the flexible linear member 5, and as a result, a force that changes the degree of bending acts on the heterocore portion 3 of the optical fiber 2. To do.

また、この場合、測定対象領域への荷重の作用箇所に応じて、該測定対象領域及び弾性体シート7の変形形状が変化するので、連結用部材9を介して光ファイバ2に作用する力の大きさ等が変化する。   Further, in this case, the deformation shape of the measurement target region and the elastic sheet 7 changes according to the position where the load is applied to the measurement target region, so that the force acting on the optical fiber 2 via the connecting member 9 is changed. The size changes.

従って、光ファイバ2における光の伝送損失に基づいて、測定対象物Wの変形面Sfの測定対象領域に作用する荷重状態を検知することができる。   Therefore, based on the transmission loss of light in the optical fiber 2, it is possible to detect the load state acting on the measurement target region of the deformation surface Sf of the measurement target W.

本実施形態の面状荷重センサ装置1による具体的な測定例を図4及び図5に示す。図4は、弾性体シート7をウレタン樹脂等により構成された測定対象物の表面上に設置した状態で、弾性体シート7の特定の荷重付与箇所(図3の点P1、P2、P3の箇所)に図示しないフォースゲージにより該弾性体シート7の厚み方向の押圧荷重を付与した場合の測定例を示すグラフである。図4の横軸は、付与した押圧荷重、縦軸は光ファイバ2における光の伝送損失である。なお、伝送損失は、荷重がゼロである場合の伝送損失を基準(=ゼロ)とする相対値(デシベル単位で表した相対値)である。   Specific measurement examples by the planar load sensor device 1 of the present embodiment are shown in FIGS. FIG. 4 shows a specific load application position (points P1, P2, and P3 in FIG. 3) of the elastic sheet 7 in a state where the elastic sheet 7 is installed on the surface of a measurement object made of urethane resin or the like. ) Is a graph showing a measurement example when a pressing load in the thickness direction of the elastic sheet 7 is applied by a force gauge (not shown). The horizontal axis in FIG. 4 is the applied pressing load, and the vertical axis is the light transmission loss in the optical fiber 2. The transmission loss is a relative value (relative value expressed in decibels) based on the transmission loss when the load is zero (= zero).

この場合、図4中のグラフa1は、図3の点P1を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフ、グラフa2は、図3の点P2を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフ、グラフa3は、図3の点P3を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフである。なお、各グラフa1,a2,a3は、付与する押圧荷重を増加させる場合の測定データと、該押圧荷重を減少させる場合の測定データとを示している。   In this case, a graph a1 in FIG. 4 is a graph showing measurement data when the point P1 in FIG. 3 is a load application location, and a graph a2 is a measurement data when the point P2 in FIG. 3 is a load application location. The graph shown, graph a3, is a graph showing measurement data when the point P3 in FIG. In addition, each graph a1, a2, a3 has shown the measurement data in the case of increasing the applied pressure load, and the measurement data in the case of decreasing this pressure load.

グラフa1〜a3に示されるように、P1〜P3のいずれの荷重付与箇所においても、付与する押圧荷重が大きいほど、ヘテロコア部3の屈曲度合が大きくなることで、光の伝送損失が増加することが確認された。   As shown in the graphs a <b> 1 to a <b> 3, the light transmission loss increases because the degree of bending of the heterocore portion 3 increases as the pressing load to be applied increases at any load application point of P <b> 1 to P <b> 3. Was confirmed.

また、グラフa1とa2とを比較して判るように、可撓性線状部材5上の荷重付与箇所(点P2)で押圧荷重を作用させた場合の方が、可撓性線状部材5上でない荷重付与箇所(点P1)で押圧荷重を作用させた場合よりも、押圧荷重の変化に対する光の伝送損失の変化の感度が高まることが判る。   Further, as can be seen by comparing the graphs a1 and a2, the flexible linear member 5 is applied when a pressing load is applied at a load application point (point P2) on the flexible linear member 5. It can be seen that the sensitivity of the change in the transmission loss of light with respect to the change in the pressing load is higher than that in the case where the pressing load is applied at the load application point (point P1) that is not above.

また、グラフa1とa3とを比較して判るように、荷重付与箇所がヘテロコア部3から遠い場合(点P3)よりもヘテロコア部3に近い場合(点P2)の方が、押圧荷重の変化に対する光の伝送損失の変化の感度が高まることが判る。   Further, as can be seen by comparing the graphs a1 and a3, when the load application point is closer to the heterocore part 3 (point P2) than when the load application point is far from the heterocore part 3 (point P3), It can be seen that the sensitivity of changes in optical transmission loss is increased.

図5は、弾性体シート7をウレタン樹脂等により構成された測定対象物の表面上に設置して、該弾性体シート7の周縁部のフレーム8を測定対象物に固定した状態で、弾性体シート7の特定の荷重付与箇所(図3の点P1の箇所)を、所定時間(例えば2秒間)摘み挙げる(換言すれば、弾性体シート7の荷重付与箇所を表面側に突出させるように該荷重付与箇所に荷重を付与する)ことを繰り返した場合の測定例を示すグラフである。図4の横軸は、経過時間、縦軸は光ファイバ2における光の伝送損失である。なお、伝送損失は、図5の場合と同様に、荷重がゼロである場合の伝送損失を基準(=ゼロ)とする相対値(デシベル単位で表した相対値)である。   FIG. 5 shows an elastic body in a state where the elastic body sheet 7 is placed on the surface of a measurement object made of urethane resin or the like, and the frame 8 at the peripheral edge of the elastic body sheet 7 is fixed to the measurement object. A specific load application point (the point P1 in FIG. 3) of the sheet 7 is picked up for a predetermined time (for example, 2 seconds) (in other words, the load application point of the elastic sheet 7 is protruded to the surface side). It is a graph which shows the example of a measurement at the time of repeating giving a load to a load provision location. The horizontal axis of FIG. 4 is the elapsed time, and the vertical axis is the transmission loss of light in the optical fiber 2. Note that the transmission loss is a relative value (relative value expressed in decibels) based on the transmission loss when the load is zero as in the case of FIG. 5 (= zero).

図5のグラフを参照して判るように、弾性体シート7を摘み挙げることによって、ヘテロコア部3の屈曲度合が大ききくなることで、光の伝送損失が増加することが判る。   As can be seen with reference to the graph of FIG. 5, it can be seen that by picking up the elastic sheet 7, the degree of bending of the hetero-core portion 3 increases, thereby increasing the light transmission loss.

なお、弾性体シート7の摘み挙げの期間中に、光の伝送損失が若干減少していく。これは、弾性体シート7が伸びるためと考えられる。   Note that the light transmission loss slightly decreases during the picking period of the elastic sheet 7. This is considered because the elastic sheet 7 is extended.

以上のように、弾性体シート7に作用する荷重状態に応じて光ファイバ2における光の伝送損失が変化するので、該伝送損失に基づいて、弾性体シート7を配置する測定対象物Wの変形面Sfに作用する荷重状態を検知することができる。   As described above, since the transmission loss of light in the optical fiber 2 changes according to the load state acting on the elastic sheet 7, the deformation of the measurement object W on which the elastic sheet 7 is arranged based on the transmission loss. A load state acting on the surface Sf can be detected.

ここで、以上説明した第1実施形態に関連する変形態様をいくつか説明する。   Here, some modifications related to the first embodiment described above will be described.

本実施形態では、フレーム8を備えたが、フレーム8を省略し、弾性体シート7の周縁部を直接的に測定対象領域の周縁部に取り付けるようにしてもよい。   In this embodiment, the frame 8 is provided. However, the frame 8 may be omitted, and the peripheral edge of the elastic sheet 7 may be directly attached to the peripheral edge of the measurement target region.

また、光ファイバ2のヘテロコア部3の軸心方向の両側部分を測定対象領域の周縁部に直接的に固定してもよい。   Moreover, you may fix directly the both-sides part of the axial center direction of the hetero core part 3 of the optical fiber 2 to the peripheral part of a measurement object area | region.

また、光ファイバ2のヘテロコア部3は、測定対象領域の周縁部から多少離れた箇所で該測定対象領域の側方に配置するようにしてもよい。   Moreover, you may make it arrange | position the hetero core part 3 of the optical fiber 2 to the side of this measurement object area | region in the location a little away from the peripheral part of a measurement object area | region.

また、可撓性線状部材5は、弾性体シート7に埋設してもよい。さらに、連結用部材9を省略し、可撓性線状部材5の一端部をヘテロコア部3に直接的に接着剤等により固定してもよい。   The flexible linear member 5 may be embedded in the elastic sheet 7. Further, the connecting member 9 may be omitted, and one end portion of the flexible linear member 5 may be directly fixed to the heterocore portion 3 with an adhesive or the like.

また、測定対象領域が比較的幅の狭い領域であるような場合には、可撓性線状部材5の個数は1つであってもよい。   When the measurement target region is a relatively narrow region, the number of flexible linear members 5 may be one.

また、可撓性線状部材5は、金属製のものであってもよい。   The flexible linear member 5 may be made of metal.

また、弾性体シート7の形状は、方形状以外の形状であってもよい。例えば、三角形、五角形等、四角形以外の多角形状、あるいは、円形状、楕円形状、ひし形形状等であってもよい。   The shape of the elastic sheet 7 may be a shape other than a square shape. For example, it may be a polygonal shape other than a quadrangle, such as a triangle or a pentagon, or a circular shape, an elliptical shape, a rhombus shape, or the like.

さらに、弾性体シート7を省略し、可撓性線状部材5を測定対象物Wの測定対象領域に装着するようにしてもよい。   Further, the elastic sheet 7 may be omitted, and the flexible linear member 5 may be attached to the measurement target region of the measurement target W.

補足すると、本実施形態の面状荷重センサ装置1では、弾性体シート7を測定対象物とみなすこともできる。その場合、可撓性線状部材5は、測定対象物(ここでは弾性体シート7)に直接的に装着され、また、光ファイバ2のヘテロコア部3の軸心方向の両側部分(光伝送部4,4)が測定対象領域(ここでは弾性体シート7の表面又は裏面)の周縁部で測定対象物に取り付けられることとなる。   Supplementally, in the planar load sensor device 1 of the present embodiment, the elastic body sheet 7 can be regarded as a measurement object. In this case, the flexible linear member 5 is directly attached to the measurement object (here, the elastic sheet 7), and both side portions in the axial direction of the hetero core portion 3 of the optical fiber 2 (light transmission portion). 4 and 4) are attached to the measurement object at the periphery of the measurement object region (here, the front surface or the back surface of the elastic sheet 7).

[第2実施形態]
次に本発明の第2実施形態を図6〜図10を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図6(a)を参照して、本実施形態の面状荷重センサ装置21は、光ファイバ2と、光ファイバ2に連結された弾性体シート22とを備える。   With reference to FIG. 6A, the planar load sensor device 21 of this embodiment includes an optical fiber 2 and an elastic sheet 22 connected to the optical fiber 2.

光ファイバ2の構造は、図2を参照して説明した第1実施形態の光ファイバと同じであある。従って、本実施形態での説明は省略する。   The structure of the optical fiber 2 is the same as that of the optical fiber according to the first embodiment described with reference to FIG. Therefore, the description in this embodiment is omitted.

前記弾性体シート22は、本発明における面状の力伝達部材に相当する。この弾性体シート22は、弾性体(例えばシリコーンゴム)により形成された薄いシートであり、本実施形態では、方形状に形成されている。弾性体シート22の厚さは、例えば0.5mmである。   The elastic sheet 22 corresponds to a planar force transmission member in the present invention. The elastic sheet 22 is a thin sheet formed of an elastic body (for example, silicone rubber), and is formed in a square shape in the present embodiment. The thickness of the elastic sheet 22 is, for example, 0.5 mm.

この弾性体シート22の周縁部には、弾性体シート22よりも高剛性の部材(例えばプラスチック)により構成された方形枠状のフレーム23が配置され、該フレーム23に弾性体シート22の周縁部の複数箇所が接着剤24aにより固定されている。   A rectangular frame-shaped frame 23 made of a member (for example, plastic) having a rigidity higher than that of the elastic sheet 22 is disposed at the peripheral portion of the elastic sheet 22, and the peripheral portion of the elastic sheet 22 is disposed on the frame 23. Are fixed by an adhesive 24a.

本実施形態では、弾性体シート22の周縁部のうち、3つの角部がそれぞれ接着剤24aによりフレーム23に固定されている。   In the present embodiment, three corners of the peripheral edge of the elastic sheet 22 are fixed to the frame 23 by the adhesive 24a.

そして、本実施形態では、光ファイバ2のヘテロコア部3が、弾性体シート22の周縁部に固定されている。さらに、上記フレーム23に、光ファイバ2のヘテロコア部3の軸心方向の両側部を構成する光伝送部4,4が固定されている。   And in this embodiment, the hetero core part 3 of the optical fiber 2 is being fixed to the peripheral part of the elastic-body sheet | seat 22. As shown in FIG. Furthermore, optical transmission parts 4 and 4 constituting both side parts in the axial direction of the hetero core part 3 of the optical fiber 2 are fixed to the frame 23.

具体的には、図6(b)に示すように、光ファイバ2のヘテロコア部3は、弾性体シート22の周縁部のうち、フレーム23に固定されていない残りの1つの角部(局所部分)に接着剤24bにより固定されている。この場合、本実施形態では、ヘテロコア部3は、多少屈曲された状態(若干の曲率を有する状態)で、弾性体シート22の当該1つの角部に固定されている。   Specifically, as shown in FIG. 6 (b), the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2 is the remaining one corner portion (local portion) that is not fixed to the frame 23 among the peripheral portion of the elastic sheet 22. ) With an adhesive 24b. In this case, in the present embodiment, the heterocore portion 3 is fixed to the one corner portion of the elastic sheet 22 in a slightly bent state (a state having a slight curvature).

そして、光ファイバ2のヘテロコア部3の軸心方向の両側部を構成する光伝送部4,4のそれぞれのヘテロコア部3寄りの部分が、フレーム23に固定されている。該フレーム23ヘの光伝送部4,4の固定は、例えば接着剤24cによりなされる。   Then, the portions near the hetero core portion 3 of the optical transmission portions 4 and 4 constituting both side portions in the axial direction of the hetero core portion 3 of the optical fiber 2 are fixed to the frame 23. The optical transmission parts 4 and 4 are fixed to the frame 23 by, for example, an adhesive 24c.

この場合、ヘテロコア部3と、これを固定した弾性体シート22の角部とは、フレーム23に固定されていないので、弾性体シート22の弾性変形により発生する弾性力によって、ヘテロコア部3の屈曲度合(曲率)を変化させることが可能である。   In this case, since the hetero core portion 3 and the corner portion of the elastic sheet 22 to which the hetero core portion 3 is fixed are not fixed to the frame 23, the bending of the hetero core portion 3 is caused by the elastic force generated by the elastic deformation of the elastic sheet 22. It is possible to change the degree (curvature).

本実施形態の面状荷重センサ装置21は以上の如く構成されている。   The planar load sensor device 21 of the present embodiment is configured as described above.

次に、以上の如く構成された面状荷重センサ装置21による測定手法を説明する。   Next, a measurement method using the planar load sensor device 21 configured as described above will be described.

本実施形態では、弾性体シート22が、測定対象物Wの変形面Sf(荷重により変形する面)の測定対象領域を覆うようにして変形面Sf上に配置され、この状態でフレーム23が変形面Sfの測定対象領域に取り付けられる。   In the present embodiment, the elastic sheet 22 is disposed on the deformation surface Sf so as to cover the measurement target region of the deformation surface Sf (surface deformed by the load) of the measurement object W, and the frame 23 is deformed in this state. It is attached to the measurement target area of the surface Sf.

この場合、フレーム23は、接着剤、面ファスナ、両面テープ等を介して測定対象領域の周縁部に固定される。   In this case, the frame 23 is fixed to the peripheral portion of the measurement target region via an adhesive, a hook-and-loop fastener, a double-sided tape, and the like.

なお、この場合、弾性体シート22のフレーム23に固定された部分(前記ヘテロコア部3が固定される角部以外の3つの角部)が、フレーム23を介して測定対象領域の周縁部に固定されることとなる。また、光ファイバ2の光伝送部4,4(ヘテロコア部3の軸心方向の両側の部分)が、フレーム23を介して測定対象領域に固定されることとなる。   In this case, the portion of the elastic sheet 22 fixed to the frame 23 (three corners other than the corner to which the hetero core portion 3 is fixed) is fixed to the peripheral portion of the measurement target region via the frame 23. Will be. In addition, the optical transmission parts 4 and 4 of the optical fiber 2 (parts on both sides in the axial direction of the hetero-core part 3) are fixed to the measurement target region via the frame 23.

上記測定対象領域は、そこに作用する荷重状態(該測定対象領域に荷重が作用しているか否か等の状態)を検知しようとする領域であり、本実施形態では、弾性体シート22とほぼ同じサイズの方形領域である。   The measurement target region is a region where a load state acting on the measurement target region (a state such as whether or not a load is applied to the measurement target region) is to be detected. In the present embodiment, the measurement target region is substantially the same as the elastic sheet 22. It is a square area of the same size.

そして、図7に示す如き測定システム25が構成され、この測定システム25を用いて測定が行われる。   Then, a measurement system 25 as shown in FIG. 7 is configured, and measurement is performed using this measurement system 25.

この測定システム25は、光ファイバ2に入射する光を出力する光源26と、光ファイバ2から出射する光を受光する光検出器27と、光検出器27の出力を図示しないAD変換器を介して取り込むデータ処理装置28とを備える。   This measurement system 25 includes a light source 26 that outputs light incident on the optical fiber 2, a photodetector 27 that receives light emitted from the optical fiber 2, and an output of the photodetector 27 via an AD converter (not shown). And a data processing device 28 to be captured.

光源26は、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)等により構成され、光ファイバ2の光伝送部4,4のうちの一方側の一端に接続される。   The light source 26 includes a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), and the like, and is connected to one end of one of the optical transmission units 4 and 4 of the optical fiber 2.

光検出器27は、フォトダイオード(PD)等により構成され、光ファイバ2の光伝送部4,4のうちの他方側の他端に接続される。   The photodetector 27 is configured by a photodiode (PD) or the like, and is connected to the other end on the other side of the optical transmission units 4 and 4 of the optical fiber 2.

データ処理装置28は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成される。   The data processing device 28 is configured by a computer such as a personal computer.

上記のように弾性体シート22の周縁部を、測定対象物Wの変形面Sfにフレーム23を介して取り付けた状態で、測定システム25の光源26から光ファイバ2に光が入射され、光ファイバ2からの出射光が光検出器27により検出される。   As described above, light is incident on the optical fiber 2 from the light source 26 of the measurement system 25 with the peripheral edge of the elastic sheet 22 attached to the deformation surface Sf of the measurement object W via the frame 23, and the optical fiber. The light emitted from 2 is detected by the photodetector 27.

そして、データ処理装置28により、光検出器27の出力により示される出射光の強度が計測され、該出射光の強度に基づいて光ファイバ2における光の伝送損失等が計測される。   Then, the data processor 28 measures the intensity of the emitted light indicated by the output of the photodetector 27, and measures the transmission loss of light in the optical fiber 2 based on the intensity of the emitted light.

ここで、本実施形態の光ファイバ2における光の伝送損失は、第1実施形態で説明した通り、該光ファイバ2のヘテロコア部3の屈曲度合に応じたものとなる。   Here, the transmission loss of light in the optical fiber 2 of the present embodiment corresponds to the degree of bending of the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2 as described in the first embodiment.

一方、本実施形態では、ヘテロコア部3の屈曲度合は、測定対象物Wの変形面Sfの測定対象領域の変形に応じて変化する。   On the other hand, in the present embodiment, the degree of bending of the heterocore portion 3 changes according to the deformation of the measurement target region of the deformation surface Sf of the measurement target W.

さらに詳細には、上記の如く面状荷重センサ装置21の弾性体シート22が測定対象物Wの変形面Sfに取り付けられているので、該変形面Sfの測定対象領域の変形(該測定対象領域に作用する荷重に応じた変形)に応じて、該測定対象領域の変形形状に倣うようにして弾性体シート22が弾性変形する。   More specifically, since the elastic sheet 22 of the planar load sensor device 21 is attached to the deformation surface Sf of the measurement target W as described above, the deformation of the measurement target region of the deformation surface Sf (the measurement target region) The elastic sheet 22 is elastically deformed so as to follow the deformed shape of the measurement target region in accordance with the deformation according to the load acting on the material.

この場合、測定対象物Wの測定対象領域の変形(ひいては、弾性体シート22の弾性変形)に応じて該弾性体シート22が発生する弾性力によって、光ファイバ2のヘテロコア部3にその屈曲度合を変化させる力が作用する。   In this case, the degree of bending of the hetero core portion 3 of the optical fiber 2 is determined by the elastic force generated by the elastic sheet 22 in accordance with the deformation of the measurement target region of the measurement target W (and hence the elastic deformation of the elastic sheet 22). The force that changes is applied.

また、この場合、測定対象領域への荷重の作用箇所に応じて、該測定対象領域及び弾性体シート22の変形形状が変化するので、光ファイバ2のヘテロコア部3に作用する力の大きさ等が変化する。   Further, in this case, the deformation shape of the measurement target region and the elastic sheet 22 changes according to the position where the load is applied to the measurement target region, so that the magnitude of the force acting on the heterocore portion 3 of the optical fiber 2 or the like Changes.

従って、光ファイバ2における光の伝送損失に基づいて、測定対象物Wの変形面Sfの測定対象領域に作用する荷重状態を検知することができる。   Therefore, based on the transmission loss of light in the optical fiber 2, it is possible to detect the load state acting on the measurement target region of the deformation surface Sf of the measurement target W.

また、本実施形態では、光ファイバ2のヘテロコア部3は、多少屈曲させた状態で、弾性体シート22の角部に接着されている。   Moreover, in this embodiment, the hetero core part 3 of the optical fiber 2 is bonded to the corners of the elastic sheet 22 in a slightly bent state.

このため、弾性体シート22の弾性変形に対して素早い応答性でヘテロコア部3の屈曲度合を変化させ、ひいては、素早い応答性で光ファイバ2における光の伝送損失を変化させることができる。   For this reason, the bending degree of the hetero core part 3 can be changed with a quick response to the elastic deformation of the elastic sheet 22, and thus the transmission loss of light in the optical fiber 2 can be changed with a quick response.

本実施形態の面状荷重センサ装置21による具体的な測定例を図8〜図10に示す。図8〜図10は、弾性体シート22をウレタン樹脂等により構成された測定対象物の表面上に設置した状態で、弾性体シート22の特定の荷重付与箇所(図7の点P11〜P19の箇所)に図示しないフォースゲージにより該弾性体シート22の法線方向の押圧荷重を付与した場合の測定例を示すグラフである。図8〜図10の横軸は、付与した押圧荷重、縦軸は光ファイバ2における光の伝送損失である。なお、伝送損失は、荷重がゼロである場合の伝送損失を基準(=ゼロ)とする相対値(デシベル単位で表した相対値)である。   Specific measurement examples by the planar load sensor device 21 of the present embodiment are shown in FIGS. FIGS. 8 to 10 show specific load-applying portions (points P11 to P19 in FIG. 7) of the elastic sheet 22 in a state where the elastic sheet 22 is installed on the surface of the measurement object made of urethane resin or the like. It is a graph which shows the example of a measurement when the pressing load of the normal line direction of this elastic body sheet 22 is provided to the location) with the force gauge which is not illustrated. The horizontal axis in FIGS. 8 to 10 is the applied pressure load, and the vertical axis is the transmission loss of light in the optical fiber 2. The transmission loss is a relative value (relative value expressed in decibels) based on the transmission loss when the load is zero (= zero).

この場合、図8中のグラフa11〜a13はそれぞれ、図7の点P11、P12、P13を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフ、図9中のグラフa14〜a16は、図7の点P14、P15、P16を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフ、図10中のグラフa17〜a19は、図7の点P17、P18、P19を荷重付与箇所とした場合の測定データを示すグラフである。なお、各グラフa11〜a19は、付与する押圧荷重を増加させる場合の測定データと、該押圧荷重を減少させる場合の測定データとを示している。   In this case, graphs a11 to a13 in FIG. 8 are graphs showing measurement data when the points P11, P12, and P13 in FIG. 7 are applied load points, and graphs a14 to a16 in FIG. A graph showing measurement data when the points P14, P15, and P16 are applied load points, and graphs a17 to a19 in FIG. 10 are measurement data when the points P17, P18, and P19 of FIG. It is a graph to show. In addition, each graph a11-a19 has shown the measurement data in the case of increasing the applied pressure load, and the measurement data in the case of decreasing this pressure load.

グラフa11〜a19に示されるように、P11〜P19のいずれの荷重付与箇所においても、付与する押圧荷重が大きいほど、ヘテロコア部3の屈曲度合が大きくなることで、光の伝送損失が増加することが確認された。   As shown in graphs a <b> 11 to a <b> 19, at any load application location of P <b> 11 to P <b> 19, the greater the pressing load to be applied, the greater the degree of bending of the heterocore portion 3, thereby increasing the light transmission loss. Was confirmed.

また、グラフa11,a15,a19と、他のグラフとを比較して判るように、ヘテロコア部3から見て、弾性体シート22の対角線方向における荷重付与箇所(点P11,P15,P19)において、荷重の変化に対する光の伝送損失の変化の感度が高いものとなることが判る。   Further, as can be seen by comparing the graphs a11, a15, and a19 with other graphs, when viewed from the heterocore portion 3, at the load application points (points P11, P15, and P19) in the diagonal direction of the elastic sheet 22, It can be seen that the sensitivity of the change in light transmission loss to the change in load is high.

また、グラフa13,a16,a17,a18と、グラフa12,a14とを比較して判るように、ヘテロコア部3から見て、該ヘテロコア部3が配置された弾性体シート22角部に連なる該弾性体シート22の2つの辺に沿った位置の荷重付与箇所(点P13,P16,P17,P18)の方が、当該2つの辺に沿った位置ではない荷重付与箇所(点P12,P14)よりも、荷重の変化に対する光の伝送損失の変化の感度が高くなることが判る。   Further, as can be seen by comparing the graphs a13, a16, a17, and a18 with the graphs a12 and a14, the elasticity connected to the corners of the elastic body sheet 22 where the heterocore portion 3 is disposed as viewed from the heterocore portion 3. The load application locations (points P13, P16, P17, P18) at positions along the two sides of the body sheet 22 are more than the load application locations (points P12, P14) that are not positions along the two sides. It can be seen that the sensitivity of the change in the transmission loss of light with respect to the change in load increases.

ここで、以上説明した第1実施形態に関連する変形態様をいくつか説明する。   Here, some modifications related to the first embodiment described above will be described.

本実施形態では、フレーム23を備えたが、フレーム23を省略し、弾性体シート22の周縁部(ヘテロコア部3が固定された角部と間隔を有する部分)を直接的に測定対象領域の周縁部に取り付けるようにしてもよい。   In the present embodiment, the frame 23 is provided, but the frame 23 is omitted, and the peripheral portion of the elastic sheet 22 (the portion having a gap from the corner to which the heterocore portion 3 is fixed) is directly connected to the periphery of the measurement target region. You may make it attach to a part.

また、光ファイバ2のヘテロコア部3の軸心方向の両側部分を測定対象領域の周縁部に直接的に固定したり、あるいは、測定対象物Wと別部材に固定するようにしてもよい。   Further, both side portions of the optical fiber 2 in the axial direction of the heterocore portion 3 may be directly fixed to the peripheral portion of the measurement target region, or may be fixed to a member separate from the measurement target W.

また、弾性体シート22の形状は、方形状以外の形状であってもよい。例えば、三角形、五角形等、四角形以外の多角形状、あるいは、円形状、楕円形状、ひし形形状等であってもよい。   Further, the shape of the elastic body sheet 22 may be a shape other than a square shape. For example, it may be a polygonal shape other than a quadrangle, such as a triangle or a pentagon, or a circular shape, an elliptical shape, a rhombus shape, or the like.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態を図11〜図13を参照して説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態の面状荷重センサ装置31は、寝具のマットレスMtを測定対象物として、該マットレスMtの表面(上面)に作用する荷重状態を検知するように構成されている。この場合、マットレスMtの表面(上面)が変形面及び測定対象領域に相当する。   The planar load sensor device 31 of the present embodiment is configured to detect a load state acting on the surface (upper surface) of the mattress Mt using the mattress Mt of the bedding as a measurement object. In this case, the surface (upper surface) of the mattress Mt corresponds to the deformation surface and the measurement target region.

面状荷重センサ装置31は、具体的には、複数の光ファイバ2と、各光ファイバ2にそれぞれ連結された複数の可撓性線状部材32とを備える。本実施形態では、面状荷重センサ装置31は、光ファイバ2と可撓性線状部材32との組対が3対備えている。   Specifically, the planar load sensor device 31 includes a plurality of optical fibers 2 and a plurality of flexible linear members 32 respectively connected to the respective optical fibers 2. In the present embodiment, the planar load sensor device 31 includes three pairs of the optical fiber 2 and the flexible linear member 32.

各光ファイバ2の構造は、図2を参照して説明した第1実施形態の光ファイバと同じである。従って、本実施形態での説明は省略する。   The structure of each optical fiber 2 is the same as the optical fiber of the first embodiment described with reference to FIG. Therefore, the description in this embodiment is omitted.

各可撓性線状部材32は、本発明における線状の力伝達部材に相当するものであり、伸縮し難い柔軟な糸状部材、例えば、ポリエステル製の糸により構成されている。   Each flexible linear member 32 corresponds to the linear force transmission member in the present invention, and is made of a flexible thread-like member that is difficult to expand and contract, for example, a polyester thread.

そして、3つの可撓性線状部材32,32,32は、マットレスMtの長手方向に間隔を存して該マットレスMtの幅方向に互いに平行に延在するように所定の位置に配置されている。   The three flexible linear members 32, 32, 32 are arranged at predetermined positions so as to extend in parallel to each other in the width direction of the mattress Mt with a space in the longitudinal direction of the mattress Mt. Yes.

これらの可撓性線状部材32,32,32の配置位置は、マットレスMtに人がうつ伏せに横臥したときに、人の胸に対向する位置、鳩尾に対向する位置、腹に対向する位置である。以降の説明では人の胸に対向する位置の可撓性線状部材32、鳩尾に対向する位置の可撓性線状部材32、腹に対向する位置の可撓性線状部材32を区別する場合に、それぞれを、参照符号32a,32b,33cで表す。また、可撓性線状部材32a,32b,32cにそれぞれ対応する光ファイバ2を、それぞれ、参照符号2a,2b,2cで表す。   These flexible linear members 32, 32, 32 are arranged at positions facing the human chest, facing the pigeon tail, and facing the abdomen when a person lies on the mattress Mt. is there. In the following description, the flexible linear member 32 at a position facing the human chest, the flexible linear member 32 at a position facing the pigeon tail, and the flexible linear member 32 at a position facing the abdomen are distinguished. In each case, they are represented by reference numerals 32a, 32b, 33c. The optical fibers 2 corresponding to the flexible linear members 32a, 32b, and 32c are respectively denoted by reference numerals 2a, 2b, and 2c.

本実施形態では、各可撓性線状部材32は、マットレスMtの表面寄りで該表面に沿って延在するように、該マットレスMtの内部に配置されている。そして、各可撓性線状部材32の一端部は、マットレスMtの幅方向の両側面Mt1,Mt2のうちの一方の側面Mt1又は他方の側面Mt2に接着剤等により固定されている。   In the present embodiment, each flexible linear member 32 is disposed inside the mattress Mt so as to extend along the surface near the surface of the mattress Mt. One end of each flexible linear member 32 is fixed to one side surface Mt1 or the other side surface Mt2 of both side surfaces Mt1 and Mt2 in the width direction of the mattress Mt by an adhesive or the like.

より詳しくは、本実施形態では、3つの可撓性線状部材32,32,32のうちの2つ、例えば、人の胸と腹とにそれぞれ対向する位置の可撓性線状部材32a,32cは、マットレスMtの側面Mt1側の一端部が該側面Mt1に固定され、残りの1つの可撓性線状部材32b(人の鳩尾に対向する位置の可撓性線状部材32b)は、側面Mt1と反対側の側面Mt2側の一端部が該側面Mt2に固定されている。   More specifically, in the present embodiment, the flexible linear members 32a and 32c at positions facing two of the three flexible linear members 32, 32, and 32, for example, a person's chest and abdomen, respectively. One end of the side surface Mt1 of the mattress Mt is fixed to the side surface Mt1, and the remaining one flexible linear member 32b (the flexible linear member 32b at a position facing a human pigtail) One end of the side surface Mt2 opposite to Mt1 is fixed to the side surface Mt2.

また、マットレスMtの側面Mt2の上部には、可撓性線状部材32a,32cの他端部を各々突出させた切欠き部ma,mcが形成され、マットレスMtの側面Mt1の上部には、可撓性線状部材32bの他端部を突出させた切欠き部mbが形成されている。   In addition, notches ma and mc are formed on the upper side of the side surface Mt2 of the mattress Mt so that the other ends of the flexible linear members 32a and 32c protrude from the upper side of the side surface Mt1 of the mattress Mt. A notch mb is formed by projecting the other end of the flexible linear member 32b.

そして、切欠き部ma,mb,mcのそれぞれにおいて、可撓性線状部材32a,32b,32cに各々対応する光ファイバ2のヘテロコア部3が各可撓性線状部材32a,32b,32cのそれぞれの他端部に固定されている。   In each of the notches ma, mb, and mc, the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2 corresponding to each of the flexible linear members 32a, 32b, and 32c is connected to each of the flexible linear members 32a, 32b, and 32c. It is fixed to each other end.

より詳しくは、可撓性線状部材32aに対応する光ファイバ2aは、マットレスMtの側面Mt2側に配置され、そのヘテロコア部3が切欠き部maに臨むようにしてマットレスMtの長手方向に延在されている。そして、光ファイバ2aのヘテロコア部3の軸心方向の両側部にて、光伝送部4,4がマットレスMtの側面Mt2に接着剤等により固定されている。さらに該光ファイバ2aのヘテロコア部3の中央部に、張設状態の可撓性線状部材32aの他端部が切欠き部maにて接着剤等により固定されている。   More specifically, the optical fiber 2a corresponding to the flexible linear member 32a is arranged on the side surface Mt2 side of the mattress Mt, and extends in the longitudinal direction of the mattress Mt so that the hetero core portion 3 faces the notch ma. ing. And the optical transmission parts 4 and 4 are being fixed to the side surface Mt2 of the mattress Mt with the adhesive etc. in the both sides of the axial direction of the hetero core part 3 of the optical fiber 2a. Further, the other end portion of the stretched flexible linear member 32a is fixed to the center portion of the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2a with an adhesive or the like at the notch portion ma.

同様に、可撓性線状部材32cに対応する光ファイバ2cは、マットレスMtの側面Mt2側に配置され、そのヘテロコア部3が切欠き部mcに臨むようにしてマットレスMtの長手方向に延在されている。そして、光ファイバ2cのヘテロコア部3の軸心方向の両側部にて、光伝送部4,4がマットレスMtの側面Mt2に接着剤等により固定されている。さらに該光ファイバ2cのヘテロコア部3の中央部に、張設状態の可撓性線状部材32cの他端部が切欠き部mcにて接着剤等により固定されている。   Similarly, the optical fiber 2c corresponding to the flexible linear member 32c is disposed on the side surface Mt2 side of the mattress Mt, and extends in the longitudinal direction of the mattress Mt so that the hetero core portion 3 faces the notch mc. Yes. And the optical transmission parts 4 and 4 are being fixed to the side surface Mt2 of the mattress Mt with the adhesive agent etc. in the both sides of the axial direction of the hetero core part 3 of the optical fiber 2c. Further, the other end portion of the stretched flexible linear member 32c is fixed to the center portion of the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2c with an adhesive or the like at the notch portion mc.

また、可撓性線状部材32bに対応する光ファイバ2bは、マットレスMtの側面Mt1側に配置され、そのヘテロコア部3が切欠き部mbに臨むようにしてマットレスMtの手方向に延在されている。そして、光ファイバ2bのヘテロコア部3の軸心方向の両側部にて、光伝送部4,4がマットレスMtの側面Mt2に接着剤等により固定されている。さらに該光ファイバ2cのヘテロコア部3の中央部に、張設状態の可撓性線状部材32bの他端部が切欠き部mcにて接着剤等により固定されている。   The optical fiber 2b corresponding to the flexible linear member 32b is disposed on the side surface Mt1 side of the mattress Mt, and extends in the hand direction of the mattress Mt so that the hetero core portion 3 faces the notch mb. . And the optical transmission parts 4 and 4 are being fixed to the side surface Mt2 of the mattress Mt with the adhesive agent etc. in the both sides of the axial direction of the hetero core part 3 of the optical fiber 2b. Further, the other end portion of the stretched flexible linear member 32b is fixed to the center portion of the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2c by an adhesive or the like at the notch portion mc.

上記の如くマットレスMtに配置された各可撓性線状部材32cが光ファイバ2のヘテロコア部3に連結されているので、マットレスMtの表面(上面)が、各可撓性線状部材32の配置箇所で弾性変形すると、各可撓性線状部材32が撓みつつ、該可撓性線状部材32の張力によって、該可撓性線状部材32に対応する光ファイバ2のヘテロコア部3の屈曲度合が変化することとなる。   As described above, each flexible linear member 32 c arranged on the mattress Mt is connected to the hetero core portion 3 of the optical fiber 2, so that the surface (upper surface) of the mattress Mt corresponds to each flexible linear member 32. When the flexible linear member 32 is bent when elastically deformed at the arrangement location, the tension of the flexible linear member 32 causes the hetero core portion 3 of the optical fiber 2 corresponding to the flexible linear member 32 to bend. The degree of bending will change.

本実施形態の面状荷重センサ装置31は以上の如く構成されている。   The planar load sensor device 31 of the present embodiment is configured as described above.

次に、以上の如く構成された面状荷重センサ装置31による測定手法を説明する。   Next, a measurement method using the planar load sensor device 31 configured as described above will be described.

本実施形態では、図12に示す如き測定システム35が構成される。そして、図示の如くマットレスMt上に人が横臥した状態で測定が行われる。   In the present embodiment, a measurement system 35 as shown in FIG. 12 is configured. Then, as shown in the figure, the measurement is performed with a person lying on the mattress Mt.

上記測定システム35は、各光ファイバ2に入射する光を出力する光源36と、各光ファイバ2から出射する光を受光する光検出器37と、光検出器37の出力(各光ファイバ2毎の出射光の強度を示す出力)を図示しないAD変換器を介して取り込むデータ処理装置38とを備える。   The measurement system 35 includes a light source 36 that outputs light incident on each optical fiber 2, a photodetector 37 that receives light emitted from each optical fiber 2, and an output (for each optical fiber 2). And a data processing device 38 that takes in an output (not shown) through an AD converter (not shown).

光源36は、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)等により構成され、各光ファイバ2の光伝送部4,4のうちの一方側の一端に接続される。   The light source 36 includes a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), and the like, and is connected to one end of one of the optical transmission units 4 and 4 of each optical fiber 2.

光検出器37は、フォトダイオード(PD)等により構成され、各光ファイバ2の光伝送部4,4のうちの他方側の他端に接続される。   The photodetector 37 is configured by a photodiode (PD) or the like, and is connected to the other end of the other of the optical transmission units 4 and 4 of each optical fiber 2.

データ処理装置38は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成される。   The data processing device 38 is configured by a computer such as a personal computer.

マットレスMtの表面上に図12に示す如く人が横臥する。この場合、人は、その胸、鳩尾、腹がそれぞれ可撓性線状部材32a,32b,32cの直上位置になるようにしてマットレスMtの表面上に横臥する。   A person lies on the surface of the mattress Mt as shown in FIG. In this case, the person lies on the surface of the mattress Mt so that the chest, pigeon tail, and abdomen are positioned directly above the flexible linear members 32a, 32b, and 32c, respectively.

この状態で、測定システム35の光源36から各光ファイバ2に光が入射され、各光ファイバ2からの出射光が光検出器37により検出される。   In this state, light is incident on each optical fiber 2 from the light source 36 of the measurement system 35, and light emitted from each optical fiber 2 is detected by the photodetector 37.

そして、データ処理装置38により、光検出器37の出力により示される各光ファイバ2毎の出射光の強度が計測され、該出射光の強度に基づいて各光ファイバ2における光の伝送損失等が計測される。   Then, the data processor 38 measures the intensity of the emitted light for each optical fiber 2 indicated by the output of the light detector 37, and based on the intensity of the emitted light, the transmission loss of light in each optical fiber 2 and the like. It is measured.

ここで、本実施形態の各光ファイバ2は、第1実施形態で説明した通り、光ファイバ2における光の伝送損失がヘテロコア部3の屈曲度合に応じたものとなる。   Here, as described in the first embodiment, each optical fiber 2 of the present embodiment has a light transmission loss in the optical fiber 2 in accordance with the bending degree of the hetero-core portion 3.

一方、本実施形態では、各光ファイバ2のヘテロコア部3の屈曲度合は、該光ファイバ2に対応する可撓性線状部材32の配置箇所近辺でのマットレスMtの表面(変形面)の変形に応じて変化する。   On the other hand, in the present embodiment, the bending degree of the hetero core portion 3 of each optical fiber 2 is determined by the deformation of the surface (deformation surface) of the mattress Mt in the vicinity of the position where the flexible linear member 32 corresponding to the optical fiber 2 is disposed. It changes according to.

さらに詳細には、マットレスMtに横臥した人の体重や、呼吸動作に起因してマットレスMtの表面(上面)に荷重が作用し、その荷重に応じてマットレスMtの表面が弾性変形する。そして、その弾性変形に応じて、各可撓性線状部材32が撓み、その撓みに応じて発生する張力により該可撓性線状部材32に対応する光ファイバ2のヘテロコア部3の屈曲度合が変化する。   More specifically, a load acts on the surface (upper surface) of the mattress Mt due to the weight of a person lying on the mattress Mt or a breathing motion, and the surface of the mattress Mt is elastically deformed according to the load. Then, each flexible linear member 32 bends according to the elastic deformation, and the bending degree of the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2 corresponding to the flexible linear member 32 due to the tension generated according to the bending. Changes.

従って、各光ファイバ2における光の伝送損失に基づいて、マットレスMtの表面上に横臥した人の体重や呼吸動作に起因してマットレスMtの表面(上面)に作用する荷重状態を検知することができる。   Therefore, based on the transmission loss of light in each optical fiber 2, it is possible to detect a load state acting on the surface (upper surface) of the mattress Mt due to the weight of the person lying on the surface of the mattress Mt or the breathing motion. it can.

この場合、特に、マットレスMtの表面のうち、人の胸に対向する箇所(可撓性線状部材32aの配置箇所)と腹に対向する箇所(可撓性線状部材32cの配置箇所)とでは、人の呼吸動作に起因して、これらの箇所に作用する荷重の周期的な変動が生じる。ひいては、可撓性線状部材32a,32cにそれぞれ対応する光ファイバ2a,2cのそれぞれのヘテロコア部3,3の屈曲度合の周期的な変動が生じる。   In this case, in particular, in the surface of the mattress Mt, the location facing the human breast (location of the flexible linear member 32a) and the location facing the stomach (location of the flexible linear member 32c). Due to a person's breathing motion, periodic fluctuations in the load acting on these locations occur. Eventually, periodic fluctuations in the bending degree of the respective heterocore portions 3 and 3 of the optical fibers 2a and 2c corresponding to the flexible linear members 32a and 32c occur.

このため、特に、光ファイバ2a,2cにおける光の伝送損失の計時変化を観測することで、マットレスMt上に横臥した人の呼吸状態を把握することができる。   For this reason, in particular, by observing the time change of the transmission loss of light in the optical fibers 2a and 2c, it is possible to grasp the breathing state of a person lying on the mattress Mt.

また、本実施形態では、光ファイバ2a,2cのそれぞれのヘテロコア部3と、光ファイバ2bのヘテロコア部3とがマットレスMtの幅方向で互いに反対側に配置されているため、光ファイバ2a又は2cにおける光の伝送損失と、光ファイバ2bにおける光の伝送損失とに基づいて、マットレスMtの幅方向での人の横臥位置を概略的に把握することができる。   In the present embodiment, each of the heterocore portions 3 of the optical fibers 2a and 2c and the heterocore portion 3 of the optical fiber 2b are disposed on the opposite sides in the width direction of the mattress Mt. Based on the light transmission loss in the optical fiber 2b and the light transmission loss in the optical fiber 2b, it is possible to roughly grasp the position of the person lying in the width direction of the mattress Mt.

すなわち、各光ファイバ2のヘテロコア部3の屈曲度合は、マットレスMtの幅方向での人の横臥位置が該ヘテロコア部3に近い場合よりも遠い場合の方が小さくなる傾向がある。   That is, the degree of bending of the heterocore portion 3 of each optical fiber 2 tends to be smaller when the person's recumbent position in the width direction of the mattress Mt is farther than when it is close to the heterocore portion 3.

このため、マットレスMt上の人の横臥位置が、マットレスMtの幅方向の両側面Mt1,Mt2のうちの側面Mt1寄りの位置である場合には、光ファイバ2a,2cのそれぞれのヘテロコア部3の屈曲度合が比較的小さなものとなる(ひいては、光ファイバ2a,2cにおける光の伝送損失が比較的小さなものとなる)一方、光ファイバ2bのヘテロコア部3の屈曲度合が比較的大きなものとなる(ひいては、光ファイバ2bにおける光の伝送損失が比較的大きなものとなる)。   For this reason, when the recumbent position of the person on the mattress Mt is a position near the side surface Mt1 of the both side surfaces Mt1 and Mt2 in the width direction of the mattress Mt, the hetero core portions 3 of the optical fibers 2a and 2c On the other hand, the degree of bending becomes relatively small (as a result, the transmission loss of light in the optical fibers 2a and 2c becomes relatively small), while the degree of bending of the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2b becomes relatively large ( As a result, the transmission loss of light in the optical fiber 2b becomes relatively large).

逆に、マットレスMt上の人の横臥位置が、マットレスMtの幅方向の両側面Mt1,Mt2のうちの側面Mt2寄りの位置である場合には、光ファイバ2a,2cのそれぞれのヘテロコア部3の屈曲度合が比較的大きなものとなる(ひいては、光ファイバ2a,2cにおける光の伝送損失が比較的大きなものとなる)一方、光ファイバ2bのヘテロコア部3の屈曲度合が比較的小さなものとなる(ひいては、光ファイバ2bにおける光の伝送損失が比較的小さなものとなる)。   On the other hand, when the position of the person lying on the mattress Mt is a position closer to the side face Mt2 of the both side faces Mt1 and Mt2 in the width direction of the mattress Mt, each of the hetero core portions 3 of the optical fibers 2a and 2c On the other hand, the degree of bending becomes relatively large (as a result, the transmission loss of light in the optical fibers 2a and 2c becomes relatively large), while the degree of bending of the hetero-core portion 3 of the optical fiber 2b becomes relatively small ( As a result, the transmission loss of light in the optical fiber 2b is relatively small).

従って、光ファイバ2a又は2cにおける光の伝送損失と、光ファイバ2bにおける光の伝送損失とに基づいて、マットレスMtの幅方向での人の横臥位置を概略的に把握することができる。   Therefore, based on the transmission loss of light in the optical fiber 2a or 2c and the transmission loss of light in the optical fiber 2b, it is possible to roughly grasp the position of a person lying in the width direction of the mattress Mt.

本実施形態の面状荷重センサ装置31による具体的な測定例を図13(a)〜(c)に示す。図13(a)〜(c)は、マットレスMtの幅方向のほぼ中央位置で、該マットレスMt上に人が横臥した状態での測定例を示すグラフである。この場合、マットレスMt上の人の横臥状態は、その胸、鳩尾、腹をそれぞれ、可撓性線状部材32a,32b,32cに対向させて、うつ伏せに横臥した状態である。   Specific measurement examples by the planar load sensor device 31 of the present embodiment are shown in FIGS. FIGS. 13A to 13C are graphs showing measurement examples in a state where a person lies on the mattress Mt at a substantially central position in the width direction of the mattress Mt. In this case, the lying state of the person on the mattress Mt is a state in which the chest, pigeon tail, and abdomen are lying on the prone side, with the flexible linear members 32a, 32b, and 32c facing each other.

図13(a)〜(c)は、それぞれ、光ファイバ2a,2b,2cにおける光の伝送損失の測定例である。そして、図13(a)〜(c)の横軸は経過時間、縦軸は各光ファイバ2における光の伝送損失である。なお、伝送損失は、荷重がゼロである場合の伝送損失を基準(=ゼロ)とする相対値(デシベル単位で表した相対値)である。   FIGS. 13A to 13C are measurement examples of light transmission loss in the optical fibers 2a, 2b, and 2c, respectively. 13A to 13C, the horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents light transmission loss in each optical fiber 2. The transmission loss is a relative value (relative value expressed in decibels) based on the transmission loss when the load is zero (= zero).

図13(a),(c)のグラフで示されるように、人の胸に対向する可撓性線状部材32aに対応する光ファイバ2aにおける光の伝送損失と、人の腹に対向する可撓性線状部材32cに対応する光ファイバ2cにおける光の伝送損失とは、人の呼吸動作に起因して周期的な変動を生じている。   As shown in the graphs of FIGS. 13A and 13C, the light transmission loss in the optical fiber 2a corresponding to the flexible linear member 32a facing the human chest and the possibility of facing the human belly. The transmission loss of light in the optical fiber 2c corresponding to the flexible linear member 32c causes periodic fluctuations due to human breathing motion.

この場合、人の呼吸動作に起因して、人の胸に対向する箇所と腹に対向する箇所とでマットレスMtの上面に作用する荷重の増加及び減少が、当該両方の箇所で逆相の関係で発生する(一方の箇所で荷重の増加時に他方の箇所で荷重が減少する)ことから、光ファイバ2a,2cとで光の伝送損失の周期的な変動が互いに逆相の関係で生じている。   In this case, the increase and decrease of the load acting on the upper surface of the mattress Mt at the position facing the person's chest and the position facing the abdomen due to the person's breathing motion is in an opposite phase relationship at both the positions. Since it occurs (the load decreases at the other part when the load increases at one part), the optical fibers 2a and 2c undergo periodic fluctuations in the optical transmission loss in an opposite phase relationship.

ここで、以上説明した第1実施形態に関連する変形態様をいくつか説明する。   Here, some modifications related to the first embodiment described above will be described.

本実施形態では、マットレスMtに3つの可撓性線状部材32を備えたが、2つ又は4つ以上の可撓性線状部材32を備えるようにしてもよい。例えば、可撓性線状部材32a,32b,32cのうちのいずれか1つを省略したり、さらに多くの可撓性線状部材を追加してもよい。   In the present embodiment, the mattress Mt includes the three flexible linear members 32. However, the mattress Mt may include two or four or more flexible linear members 32. For example, any one of the flexible linear members 32a, 32b, and 32c may be omitted, or more flexible linear members may be added.

また、本実施形態では、光ファイバ2a,2cのそれぞれのヘテロコア部3と、光ファイバ2bのヘテロコア部3とがマットレスMtの幅方向で互いに反対側に配置したが、例えば全てのヘテロコア部3をマットレスMtの幅方向で同じ側面側に配置してもよい。   In the present embodiment, the hetero core portions 3 of the optical fibers 2a and 2c and the hetero core portion 3 of the optical fiber 2b are arranged on the opposite sides in the width direction of the mattress Mt. You may arrange | position on the same side surface side in the width direction of the mattress Mt.

また、可撓性線状部材32は、マットレスMtの表面に露出した状態で配置されていてもよい。   Moreover, the flexible linear member 32 may be arrange | positioned in the state exposed to the surface of the mattress Mt.

なお、以上説明した各実施形態では、光ファイバ2は、一端から入射した光を他端から出射するものであるが、例えば光のヘテロコア部3の一端(光の入射側と反対側の一端)、あるいは、該一端に連なる光伝送部4の途中部にミラーを備えておき、ヘテロコア部3に進入した光をミラーで反射させた後に入射口側に戻すように構成されていてもよい。   In each of the embodiments described above, the optical fiber 2 emits light incident from one end from the other end. For example, one end of the hetero core portion 3 of light (one end opposite to the light incident side). Alternatively, a mirror may be provided in the middle of the optical transmission unit 4 connected to the one end, and the light that has entered the heterocore unit 3 may be reflected by the mirror and then returned to the entrance side.

また、ヘテロコア部3のコア3aは、光伝送部4のコア4aの径よりも大きい径に形成されていてもよい。   In addition, the core 3 a of the heterocore unit 3 may be formed with a diameter larger than the diameter of the core 4 a of the optical transmission unit 4.

1,21,31…面状荷重センサ装置、2…光ファイバ、3…ヘテロコア部、4…光伝送部4、3a,4a…コア、3b,4b…クラッド、5,32…可撓性線状部材(力伝達部材)、7…弾性体シート、9…連結用部材、22…弾性体シート(力伝達部材)、W…測定対象物、Mt…マットレス。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 21, 31 ... Planar load sensor apparatus, 2 ... Optical fiber, 3 ... Hetero core part, 4 ... Optical transmission part 4, 3a, 4a ... Core, 3b, 4b ... Cladding, 5, 32 ... Flexible linear form Member (force transmission member), 7 ... elastic sheet, 9 ... connecting member, 22 ... elastic sheet (force transmission member), W ... measurement object, Mt ... mattress.

Claims (12)

荷重により変形する変形面を有する測定対象物の変形面に作用する荷重を検知する面状荷重センサ装置であって、
コア及びクラッドを有する光伝送部と該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを含み、該ヘテロコア部のコアが前記光伝送部のコアと異径に形成されており、該ヘテロコア部が前記測定対象物の変形面の測定対象領域の周縁部又は側方に配置される光ファイバと、
前記光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力を、前記測定対象領域における前記変形面の変形に応じて前記光ファイバに伝達するように構成された線状又は面状の力伝達部材とを備えることを特徴とする面状荷重センサ装置。
A planar load sensor device for detecting a load acting on a deformation surface of a measurement object having a deformation surface deformed by a load,
An optical transmission part having a core and a cladding, and a hetero core part having a core and a cladding respectively connected to the core and the cladding of the optical transmission part, wherein the core of the hetero core part is formed with a different diameter from the core of the optical transmission part And an optical fiber in which the hetero-core portion is disposed at a peripheral portion or a side of a measurement target region of the deformation surface of the measurement target;
A linear or planar force transmission member configured to transmit a force that changes the degree of bending of the hetero-core portion of the optical fiber to the optical fiber according to the deformation of the deformation surface in the measurement target region; A planar load sensor device comprising:
請求項1記載の面状荷重センサ装置において、
前記力伝達部材は、前記測定対象領域における前記変形面に沿うように延在し、該変形面の変形に伴い撓むように張設される1つ又は複数の可撓性線状部材により構成され、
前記可撓性線状部材は、前記測定対象領域における前記変形面の変形に伴う該可撓性線状部材の撓みによって該可撓性線状部材に発生する張力を、前記ヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として前記光ファイバに伝達するように該光ファイバに連結されることを特徴とする面状荷重センサ装置。
The planar load sensor device according to claim 1,
The force transmission member is configured by one or a plurality of flexible linear members that extend along the deformation surface in the measurement target region and are stretched so as to bend along with the deformation of the deformation surface.
The flexible linear member is configured to apply a tension generated in the flexible linear member due to bending of the flexible linear member accompanying deformation of the deformation surface in the measurement target region to a degree of bending of the hetero core portion. A planar load sensor device coupled to the optical fiber so as to transmit the force to the optical fiber as a force for changing the power.
請求項2記載の面状荷重センサ装置において、
前記力伝達部材は、複数の可撓性線状部材により構成され、該複数の可撓性線状部材は、それぞれの一端部が前記光ファイバのヘテロコア部の配置箇所に集中するように配置されて、該ヘテロコア部に連結されると共に、当該一端部側から前記測定対象領域における前記変形面に沿って放射状に延在するように配設されることを特徴とする面状荷重センサ装置。
In the planar load sensor device according to claim 2,
The force transmission member is composed of a plurality of flexible linear members, and the plurality of flexible linear members are arranged so that each one end portion is concentrated at the arrangement position of the hetero-core portion of the optical fiber. The planar load sensor device is connected to the hetero core portion and is arranged so as to extend radially from the one end side along the deformation surface in the measurement target region.
請求項3記載の面状荷重センサ装置において、
前記ヘテロコア部の軸心方向の一端部寄りの部分と他端部寄りの部分との2つの部分で前記光ファイバに固定された連結用部材をさらに備えており、前記複数の可撓性線状部材は、それぞれの一端部が前記連結用部材に固定され、該連結用部材を介して前記光ファイバのヘテロコア部に連結されることを特徴とする面状荷重センサ装置。
In the planar load sensor device according to claim 3,
And further comprising a connecting member fixed to the optical fiber at two portions, ie, a portion near one end in the axial direction of the hetero-core portion and a portion near the other end. One end of each member is fixed to the connecting member, and the member is connected to the hetero-core portion of the optical fiber via the connecting member.
請求項2〜4のいずれか1項に記載の面状荷重センサ装置において、
前記測定対象領域における前記変形面を覆うように配置されて、該変形面の変形に倣って弾性変形する弾性体シートをさらに備え、前記可撓性線状部材は、前記弾性体シートに装着されていることを特徴とする面状荷重センサ装置。
In the planar load sensor device according to any one of claims 2 to 4,
The elastic sheet further includes an elastic sheet that is disposed so as to cover the deformation surface in the measurement target region and elastically deforms following the deformation of the deformation surface, and the flexible linear member is attached to the elastic sheet. A planar load sensor device.
請求項1記載の面状荷重センサ装置において、
前記力伝達部材は、前記測定対象領域における前記変形面を覆うように配置されて、該変形面の変形に倣って弾性変形する弾性体シートにより構成され、
前記弾性体シートは、前記測定対象領域における前記変形面の変形に伴う該弾性体シートの弾性変形によって発生する弾性力を、前記ヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として前記光ファイバに伝達するために、該弾性体シートの周縁部のうちの局所部分が前記光ファイバのヘテロコア部に連結されると共に、該弾性体シートの周縁部のうちの前記局所部分と間隔を存する部分が前記測定対象領域の周縁部で前記測定対象物に固定されることを特徴する面状荷重センサ装置。
The planar load sensor device according to claim 1,
The force transmission member is arranged to cover the deformation surface in the measurement target region, and is configured by an elastic sheet that elastically deforms following the deformation of the deformation surface,
The elastic sheet transmits the elastic force generated by the elastic deformation of the elastic sheet accompanying the deformation of the deformation surface in the measurement target region to the optical fiber as a force that changes the bending degree of the hetero core portion. In addition, a local part of the peripheral part of the elastic sheet is connected to the hetero-core part of the optical fiber, and a part of the peripheral part of the elastic sheet that is spaced from the local part is the measurement target region. A planar load sensor device that is fixed to the object to be measured at a peripheral edge thereof.
請求項6記載の面状荷重センサ装置において、
前記弾性体シートは多角形状に形成されており、前記弾性体シートの局所部分は、該弾性体シートの1つの角部であり、前記局所部分と間隔を存する1つ以上の部位は、該弾性体シートの前記1つの角部以外の他の各角部であることを特徴とする面状荷重センサ装置。
The planar load sensor device according to claim 6,
The elastic sheet is formed in a polygonal shape, and the local portion of the elastic sheet is one corner of the elastic sheet, and one or more portions that are spaced from the local portion are elastic A planar load sensor device, which is each corner other than the one corner of the body sheet.
請求項6又は7記載の面状荷重センサ装置において、
前記光ファイバのヘテロコア部は、曲率を有する状態で前記弾性体シートの局所部分に固着されていることを特徴とする面状荷重センサ装置。
The planar load sensor device according to claim 6 or 7,
The planar load sensor device, wherein the hetero-core portion of the optical fiber is fixed to a local portion of the elastic sheet in a state having a curvature.
請求項1記載の面状荷重センサ装置において、
前記測定対象物は、寝具のマットレスであり、前記変形面及び測定対象領域は、前記マットレスの表面であることを特徴とする面状荷重センサ装置。
The planar load sensor device according to claim 1,
The planar load sensor device, wherein the measurement object is a mattress of a bedding, and the deformation surface and the measurement object region are surfaces of the mattress.
請求項9記載の面状荷重センサ装置において、
複数の前記光ファイバと、該複数の光ファイバのそれぞれに対応する前記力伝達部材を各々構成する複数の可撓性線状部材とを備えており、
前記複数の可撓性線状部材のそれぞれは、前記マットレスの長手方向の互いに異なる配置位置で、前記マットレスの表面に沿って該マットレスの幅方向に延在し、当該配置位置でのマットレスの表面の変形に伴い撓むように配設されており、
各可撓性線状部材は、前記マットレスの表面の変形に伴う該可撓性線状部材の撓みによって該可撓性線状部材に発生する張力を、該可撓性線状部材に対応する光ファイバのヘテロコア部の屈曲度合を変化させる力として該光ファイバに伝達するように該光ファイバのヘテロコア部に連結されていることを特徴とする面状荷重センサ装置。
The planar load sensor device according to claim 9, wherein
A plurality of the optical fibers, and a plurality of flexible linear members respectively constituting the force transmission member corresponding to each of the plurality of optical fibers,
Each of the plurality of flexible linear members extends in the width direction of the mattress along the surface of the mattress at different arrangement positions in the longitudinal direction of the mattress, and the surface of the mattress at the arrangement position It is arranged to bend with the deformation of
Each flexible linear member corresponds to the flexible linear member with the tension generated in the flexible linear member due to the deflection of the flexible linear member accompanying the deformation of the surface of the mattress. A planar load sensor device, wherein the planar load sensor device is connected to the hetero-core portion of the optical fiber so as to transmit the force to the optical fiber as a force that changes the degree of bending of the hetero-core portion of the optical fiber.
請求項10記載の面状荷重センサ装置において、
前記複数の可撓性線状部材の配置位置は、前記マットレスの表面上に横臥する人の胸に対向する位置と腹に対向する位置との少なくともいずれか一方の位置を含むことを特徴とする面状荷重センサ装置。
The planar load sensor device according to claim 10,
The arrangement positions of the plurality of flexible linear members include at least one of a position facing a breast of a person lying on the surface of the mattress and a position facing the abdomen. Load sensor device.
請求項10又は11記載の面状荷重センサ装置において、
前記複数の可撓性線状部材は、前記マットレスの幅方向の両側面のうちの一方側に配置される光ファイバのヘテロコア部に連結される可撓性線状部材と、前記マットレスの幅方向の両側面のうちの他方側に配置される光ファイバのヘテロコア部に連結される可撓性線状部材と二つの可撓性線状部材を含むことを特徴とする面状荷重センサ装置。
The planar load sensor device according to claim 10 or 11,
The plurality of flexible linear members include a flexible linear member connected to a heterocore portion of an optical fiber disposed on one side of both side surfaces in the width direction of the mattress, and a width direction of the mattress. A planar load sensor device comprising: a flexible linear member connected to a hetero-core portion of an optical fiber disposed on the other side of the two side surfaces of the optical fiber and two flexible linear members.
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