專利名稱：光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有光纖的光纖傳感器。
技術(shù)背景近年來，已經(jīng)要求車輛不僅改進(jìn)乘客的安全性，而且改進(jìn)與車輛碰 撞的行人的安全性。已知在車輛上設(shè)有行人保護(hù)裝置，用于減小對可能 由于碰撞跌倒在車輛發(fā)動機蓋上的行人的傷害。在行人保護(hù)裝置中，重 要的是確定行人的碰撞。作為檢測行人碰撞的方式之一，已知使用具有 光纖傳感器的碰撞檢測傳感器。該碰撞檢測傳感器例如安裝到車輛的保 險杠上。光纖傳感器基于光纖中傳遞的光的改變來檢測施加到光纖的應(yīng) 力。通常，光纖由外部應(yīng)力變形，并且在變形部分光纖的光傳遞特性改 變。當(dāng)光纖的光傳遞特性部分改變時，從光纖發(fā)射的光在例如強度和相 位方面具有與通過光纖之前的光特性不同的特性。光纖傳感器通過使用 光傳遞特性的改變來檢測應(yīng)力。光纖傳感器通常具有用于發(fā)射光到光纖中的光發(fā)射構(gòu)件和用于接 收已經(jīng)通過光纖的光的光接收構(gòu)件。此外，光纖傳感器具有基于從光發(fā)加到光纖的應(yīng)力的計算部分。根據(jù)JP-A-2004-20894中公開的光纖傳感 器，光發(fā)射構(gòu)件、光接收構(gòu)件和計算部分分別構(gòu)造為模塊并且連接到彼 此。但是，在這樣的光纖傳感器中，很可能在光發(fā)射構(gòu)件和光接收構(gòu)件 之間的光路中具有光的損失。例如，當(dāng)光經(jīng)過光纖以及在光纖的端部與光發(fā)射構(gòu)件及光接收構(gòu)件之間的連接部分處很可能發(fā)生光損失。由于光 的損失，來自光接收構(gòu)件的輸出信號被減弱。在此情況下，需要在計算 部分中放大該輸出信號。但是，噪聲信號隨著輸出信號的放大而被放 大。因此，需要消除噪聲。在光發(fā)射構(gòu)件和光接收構(gòu)件中，光纖的端部并不與光發(fā)射構(gòu)件的光 發(fā)射部分和光接收構(gòu)件的光接收部分直接接觸，以減小由光纖端部對光發(fā)射部分和光接收部分引起的損壞。因為光纖的端部與光發(fā)射部分和光 接收部分分開，在這些部分發(fā)生光的損失。此外，光發(fā)射部分和光接收部分的表面通常覆蓋有諸如樹脂模制品 的透光材料。因此，光路由于樹脂模制品的厚度而增大，導(dǎo)致光的損失。 不僅光在通過樹脂模制品時減弱，而且光很可能發(fā)生漫射。因此，光接 收構(gòu)件中接收的光減少。此外，在光發(fā)射部分和光接收部分與模制品之間以及在光纖端部和 樹脂模制品之間的界面上，光產(chǎn)生界面反射。此界面反射也導(dǎo)致光的損 失。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種光纖傳感器，其具有在光纖的連接部分處 減小光損失的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的光纖傳感器中，光纖的第 一端連接到光發(fā)射構(gòu)件并且光 纖的第二端連接到光接收構(gòu)件。該光發(fā)射構(gòu)件具有光發(fā)射部分，通過光發(fā)射部分將光照射到光纖的第一端。該光接收構(gòu)件具有用于接收從光纖 的第二端射出的光的光接收部分。光纖具有芯部分和覆蓋芯部分外周的包層部分。此外，光發(fā)射部分小于光纖的第一端的芯部分的橫截面積。在本發(fā)明的光纖傳感器中，減少了從光發(fā)射部分照射到光纖的第一 端的端部表面之外的光的量。就是說，在光發(fā)射構(gòu)件和光纖第一端之間 的連接部分處的光損失被減小。因為從光發(fā)射部分射出的光被充分地S1 入到光纖的第一端中，增大了用于檢測操作的光的量。此外，光接收構(gòu) 件充分地接收該光。因此，提高了傳感器的檢測精度。


圖1是具有根據(jù)本發(fā)明實施例的碰撞檢測傳感器和碰撞安全系統(tǒng)的 車輛的透明俯^見圖。圖2是包括根據(jù)本發(fā)明實施例的碰撞檢測傳感器的車輛前部的分解 透視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的碰撞檢測傳感器的示意圖。連接部分的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的光纖傳感器具有光纖、連接到光纖第一端的光發(fā)射構(gòu)件和 連接到光纖第二端的光接收構(gòu)件。光發(fā)射構(gòu)件向光纖的第一端發(fā)射光。 光在光纖中從第一端傳遞到第二端，并且從第二端向著光接收構(gòu)件照 射。光纖傳感器基于從光發(fā)射構(gòu)件發(fā)射的光的特性(例如強度和相位) 和在光接收構(gòu)件中接收的光的特性，來確定當(dāng)光通過光纖時產(chǎn)生的光的 改變。此外，光纖傳感器基于光的改變計算施加到光纖的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力施加到光纖時，光纖變形并且在光纖的變形部分處光傳遞特 性改變。在變形部分處，光在其上反射的光纖芯部分和包層部分之間的 界面的方向改變。結(jié)果，在光纖中光的行進(jìn)方向改變。此外，光的強度 很可能減小。因此，施加到光纖的應(yīng)力基于從光纖第二端照射的光的特 性而被檢測到。此光纖傳感器可以用作車輛傳感器，因為其較小可能受 到電磁波的影響。以下，將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在此實施例中， 光纖傳感器示例性用作碰撞安全系統(tǒng)的車輛碰撞檢測傳感器，以檢測行 人的碰撞。此處，相似部件由相似標(biāo)號指示，并且其說明不再重復(fù)。如圖1所示，碰撞檢測傳感器8安裝到車輛V的前部以檢測對保險 杠1的碰撞。車輛V具有在乘客艙前面的發(fā)動機艙E。車輛V可以為任 意類型的車輛，只要其具有保險杠l。車輛V可以具有在乘客艙前面的 行李艙，而非發(fā)動機艙E。碰撞檢測傳感器8具有光纖2、光發(fā)射構(gòu)件3、和光接收構(gòu)件4，如 圖2所示。保險杠1位于發(fā)動機艙E的前部。保險杠加強構(gòu)件10由前 側(cè)構(gòu)件Vm支撐。光纖2沿著保險杠加強構(gòu)件10的前表面布置。負(fù)載 板11 (基本上具有板形形狀)布置在光纖2的前面。此外，吸收器12 布置在負(fù)載板11的前面用于減小沖擊。吸收器12由諸如泡沫樹脂的彈 性材料制成。此外，保險杠蓋13布置在吸收器12前面。如圖3所示，光發(fā)射構(gòu)件3連接到光纖2的第一端20。光發(fā)射構(gòu)件 3發(fā)射光使得光在光纖2中行進(jìn)。光接收構(gòu)件4連接到光纖2的第二端 21。光接收構(gòu)件4接收已經(jīng)通過光纖2的光。光發(fā)射構(gòu)件3和光接收構(gòu)件4集成并容納在殼體34中。在圖3中， 為便于圖示單獨示出了光發(fā)射構(gòu)件3和光接收構(gòu)件4。殼體34位于鄰近 保險杠加強構(gòu)件IO的第一端(例如乘客車座側(cè))，如圖2所示。光纖2具有導(dǎo)線形狀，外徑為2.2mm。光纖2具有芯部分25和覆 蓋芯部分25外周的包層部分26。芯部分25由熱固性丙烯酸樹脂制成。 芯部分25的外徑d0為1.5mm。包層部分26與芯部分25整體形成并且 由氟樹脂(FEP)制成。包層部分26具有0.35mm的厚度。如圖2所示，光纖2沿著保險杠加強構(gòu)件10的前表面基本上布置 為U形形狀。特別地，光纖2從殼體34延伸到保險杠加強構(gòu)件10的第 二端(例如，駕駛員車座側(cè))。光纖2在保險杠加強構(gòu)件10的第二端 處轉(zhuǎn)彎，并且沿著保險杠加強構(gòu)件10的前表面進(jìn)一步延伸到殼體34。光發(fā)射構(gòu)件3包括發(fā)光二極管(LED) 30。發(fā)光二極管30具有光發(fā) 射部分300,光通過該光發(fā)射部分300照射到光纖2的第一端20。光纖 2的第一端20保持在殼體34中，使得第一端20的端部表面20a與光發(fā) 射部分300相對。此外，光纖2的第一端20布置成使得光發(fā)射部分300 的中心位于第一端20的軸線Ll上。LED30具有由透光材料制成的樹脂模制品。樹脂模制品覆蓋光發(fā)射 部分300的外周。光發(fā)射部分300小于芯部分25的橫截面積。特別地， 光發(fā)射部分300的外部尺寸小于直徑1.5mm的圓。在光發(fā)射部分300 具有圓形形狀的情況下，光發(fā)射部分300的直徑dl小于芯部分25的直 徑d0。在此實施例中，光發(fā)射部分300具有正方形形狀，邊長為0.28mm。光接收構(gòu)件4與光發(fā)射構(gòu)件3 —起容納在外殼34中。光接收構(gòu)件4 包括光電二極管(PD) 40。 PD40具有用于接收從光纖2的第二端照射 的光的光接收部分400。 PD40固定在外殼34中。光纖2的第二端21保 持在外殼34中使得第二端21的端部表面21a與光接收部分400相對。 此外，光纖2的第二端布置成使得光接收部分400的中心位于第二端21 的軸線L2上。光接收部分400由樹脂模制品覆蓋，該樹脂模制品由透光材料制 成。光接收部分400大于芯部分25的橫截面積。特別地，光接收部分 400的外部尺寸大于直徑1.5mm的圓。在此實施例中，光接收部分400 具有正方形形狀，邊長為2.0mm。夕卜殼34在與LED30和PD40相對應(yīng)的位置處具有兩個孔。光纖2的第一端20和第二端21分別插入并固定在這些孔中。此外，光纖2的 第一端20在端部表面20a稍微從LED30的表面分離的情況下^皮固定。 類似地，光纖2的第二端21在端部表面21a稍微從PD40的表面分離的 情況下被固定。光發(fā)射構(gòu)件3和光接收構(gòu)件4連接到計算部分5,如圖1所示。計 算部分5控制將從LED30發(fā)射的光。特別地，計算部分5控制供應(yīng)到 LED30的電流，由此控制LED30發(fā)射的光的量或者強度。PD40在從光 纖2的第二端21接收到光時向計算部分5輸出信號。計算部分5基于該信號確定通過光纖2的光的狀況，即施加到光纖 2的碰撞負(fù)載。特別地，計算部分5將在PD40中接收到的光的特性(例 如強度、相位)與從LED30發(fā)射的光的特性進(jìn)行比較，由此確定光纖2 的狀況。基于光纖2的狀況，計算部分5確定碰撞到保險杠1的目標(biāo)。在此實施例中，計算部分5還用作碰撞安全系統(tǒng)的計算裝置以保護(hù) 與保險杠l碰撞的行人。就是說，計算部分5在確定與保險杠1碰撞的 目標(biāo)為行人時操作碰撞安全系統(tǒng)。作為行人保護(hù)裝置，例如門柱氣嚢6 由碰撞安全系統(tǒng)操作。在碰撞檢測傳感器8中，由計算部分5的指令將電流供應(yīng)到 LED30，因此LED30發(fā)光。在LED30中，光發(fā)射部分300的外部形狀 小于直徑1.5mm的圓，并且LED30的表面稍孩i從光纖2的端部表面20a 分離。當(dāng)LED30發(fā)光時，從光發(fā)射部分300射出的光漫射。在此實施例中，光發(fā)射部分300小于芯部分25的橫截面積，因此 從光發(fā)射部分300射出的光充分地照射到光纖2的端部表面20a。如圖4 所示，從光發(fā)射部分300射出的光漫射并且在不同方向上行進(jìn)。沿著第 一端20的軸線Ll行進(jìn)的光7A照射到芯部分25并且進(jìn)入光纖2。在不 同于軸線L1的方向上行進(jìn)的光7B可以照射到芯部分25并且接收到芯 部分25中。因為光發(fā)射部分300小于芯部分25的橫截面積(dKdO),減小了 將照射到芯部分25外部的光(例如光70的量。因此，在光發(fā)射構(gòu)件 3和光纖2之間的連接部分處的光損失被減小。減少了不對檢測操作起 作用的光的量。換言之，從光發(fā)射部分300射出的光被充分地引入到光 纖2中并用于檢測操作。光發(fā)射部分300越小，照射到芯部分25之外的光就減少得越多。光發(fā)射部分300相對于光纖2的尺寸根據(jù)光發(fā)射部分300與光纖2的第 一端20的端部表面20a之間的距離和從光發(fā)射部分300射出的光來決 定。此外，優(yōu)選的是照射到光纖2的第一端20的光的直徑小于芯部分 25在端部表面20a處的直徑d0。
已經(jīng)經(jīng)過光纖2的光從光纖2的第二端21照射到PD40。類似地， 從第二端21射出的光漫射。在此實施例中，PD40大于芯部分25的橫 截面積，因此光被充分地接收到PD40中。類似地，在光纖2和光接收 部分4之間的連接部分處減小了光的損失。
光接收部分400越大，照射到光接收部分400之外的光就越少。光 接收部分400相對于光纖2的尺寸根據(jù)光纖2的第二端21的端部表面 21a和光接收部分400之間的距離及從第二端21射出的光來決定。
因此，即使從光發(fā)射部分300射出的光漫射，該光也接收在光纖2 的第一端20的芯部分25中，此芯部分25的橫截面積大于光源尺寸。 類似地，即使從光纖2的第二端21射出的光漫射，該光也接收在具有 比第二端21端部表面21a尺寸大的尺寸的光接收部分400中。由光的 漫射引起的光損失被減小。
因此，在光纖與光發(fā)射構(gòu)件3及光接收構(gòu)件4之間的連接部分處的 光傳遞得到改進(jìn)。此外，碰撞檢測傳感器8的檢測性能得到改進(jìn)而無需 增大從LED30發(fā)射的光的程度。因為光被充分引入到光纖2中，光接收 構(gòu)件4可以輸出具有足夠強度的光。因此，減小了放大信號的必要性。 此外，容易處理該輸出信號。此外，提高了檢測精度。
在此實施例的碰撞安全系統(tǒng)中，計算部分5控制LED30發(fā)射光。 PD40從光纖2接收光并且輸出該信號到計算部分5。計算部分5基于從 LED30發(fā)射的光(指令到LED30的光)的特性和由PD40接收的光的特 性來確定通過光纖2的光的改變，由此確定光纖2的狀況。
當(dāng)確定光纖2的狀況通過在保險杠1處的碰撞而被改變時，門柱氣 嚢膨脹裝置60被操作以展開門柱氣嚢6。因此，與保險杠1碰撞的目標(biāo)， 特別地行人較小可能將直接撞擊到發(fā)動機蓋和車輛的門柱，由此減小該 撞擊的沖擊。
因此，在碰撞檢測傳感器8中減小了光的損失。因此，以改進(jìn)的精 度檢測到對保險杠1的碰撞。此外，減小了對與保險杠1碰撞的行人的 傷害，并且改進(jìn)了行人的被動安全。在上述實施例中，計算部分5還用作碰撞安全系統(tǒng)的計算部分。但 是，碰撞檢測傳感器8的計算部分5和碰撞安全系統(tǒng)的計算部分可以單 獨地設(shè)置。碰撞檢測傳感器8的計算部分5可以與光發(fā)射構(gòu)件3和光接 收構(gòu)件4集成在一起。
在上述實施例中，光發(fā)射部分300布置為與光纖2的第一端20的 端部表面20a相對。替代地，光發(fā)射部分300可以如圖5所示地布置。 就是說，光發(fā)射部分300可以嵌入光纖2的芯部分25中。在此結(jié)構(gòu)中， 來自光發(fā)射部分300的光被完全射入到芯部分25中。因此，在光發(fā)射 構(gòu)件3和光纖2之間的連接部分處的光損失被進(jìn)一步減小。
在上述實施例中，光纖2由樹脂制成。芯部分25和包層部分26由 具有不同反射率的材料制成。替代樹脂光纖2，也可以使用玻璃光纖2， 只要芯部分25和包層部分26具有不同反射率。芯部分25和包層部分 26的反射率之間的差不限于特定值。此外，光纖2可以具有任何直徑和
傳感器^。 、； R 、、、。 、、、
此外，光發(fā)射構(gòu)件3優(yōu)選地布置為從光發(fā)射部分300射出的光的軸 線與光纖2的第一端20的軸線Ll 一致。此外，優(yōu)選的是光發(fā)射部分300 的表面垂直于光纖2的第一端20的軸線Ll。
在上述實施例中，光發(fā)射構(gòu)件3具有LED30作為光源。但是，光源 不限于LED30。光發(fā)射部分300可以發(fā)射任何類型的光，只要該光可以 從第一端20到第二端21行進(jìn)通過光纖2并且從第二端21射出。此外， 優(yōu)選的是從光發(fā)射構(gòu)件3發(fā)射的光具有單一波長。
類似地，光接收部分4優(yōu)選地布置為使得光接收部分400的軸線與 光纖2的第二端21的軸線L2—致。此外，優(yōu)選的是光接收部分400的 表面垂直于光纖2的第二端21的軸線L2。
在上述實施例中，光接收構(gòu)件4包括光電二極管(PD)。但是光接 收部分400可以設(shè)置任何其他元件，只要其可以接收來自光纖2的第二 端21的光并且檢測該光的改變。
此外，光發(fā)射部分300小于光纖2的芯部分25的橫截面積。此處， 橫截面積是在與芯部分25的軸線垂直的橫截面中測量的。就是說，光 發(fā)射部分300的外部尺寸或者直徑dl小于芯部分25的外徑d0。優(yōu)選 地，當(dāng)沿著光纖2的第一端20的軸線L1觀察時，光發(fā)射部分300包括在芯部分25的外部形狀中。更優(yōu)選地，從光發(fā)射部分300射出的光的 直徑小于在光纖2的第一端20的端部表面20a處的芯部分25直徑d0。
本發(fā)明的光纖傳感器示例性用于碰撞檢測傳感器8以檢測車輛與行 人的碰撞。使用行進(jìn)通過光纖2的光來執(zhí)行檢測操作的光纖傳感器較小 可能受到電磁波的影響。因此，不需要具有電磁波防護(hù)結(jié)構(gòu)。
因此，具有上述結(jié)構(gòu)的光纖傳感器適合于用作需要電磁兼容性 (EMC)的車輛傳感器。在本發(fā)明的光纖傳感器中，光纖2的長度增大， 因為減小了光的損失。因此，本發(fā)明的光纖傳感器適合于用作安裝到車 輛保險杠1的碰撞檢測傳感器。在碰撞檢測傳感器中，通過計算部分5 確定行人的碰撞。此處，行人不限于在街道上步行的人，而可以包括諸 如在騎自行車的人的任何人。
額外的優(yōu)點和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是容易了解的。在其廣義 意義下的本發(fā)明因此不限于示出和說明的特定細(xì)節(jié)、代表性裝置和示例 性例子。
權(quán)利要求
1.一種光纖傳感器(8)，包括光纖(2)，具有芯部分(25)和覆蓋芯部分(25)的包層部分(26)；連接到光纖(2)的第一端(20)的光發(fā)射構(gòu)件(3)，該光發(fā)射構(gòu)件(3)具有用于發(fā)射光到光纖(2)的第一端(20)的光發(fā)射部分(300)；和連接到光纖(2)的第二端(21)的光接收構(gòu)件(3)，該光接收構(gòu)件(3)具有用于接收從光纖(2)的第二端(21)射出的光的光接收部分(400)，其中光發(fā)射部分(300)小于芯部分(25)的橫截面積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感器(8)，其中光接收部分(400) 大于芯部分(25)的橫截面積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖傳感器(8),其中光發(fā)射部分 (300)具有比芯部分(25)的直徑(d0)小的外徑(dl)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的光纖傳感器(8)，其中光 發(fā)射部分(300)布置為與光纖(2)的第一端(20)的端部表面(20a) 相對，使得照射到光纖(2)的第一端(20)的光的直徑小于在光纖(2) 的端部表面(20a)處的芯部分(25)的直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的光纖傳感器(8),其中光 發(fā)射部分(300)嵌入到光纖(2)的第一端(20)中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的光纖傳感器(8)，還包括 連接到光發(fā)射構(gòu)件和光接收構(gòu)件的計算部分(5),其中該計算部分基 于從光發(fā)射部分(300)發(fā)射的光的特性和在光接收部分(400)中接收 到的光的特性來檢測施加到光纖(2)的應(yīng)力。
7. —種用于車輛的碰撞檢測傳感器，具有如權(quán)利要求1至6中任一 項所述的光纖傳感器(8),其中該光纖傳感器(8)檢測行人對車輛的 碰撞。
全文摘要
一種光纖傳感器(8)包括光纖(2)；連接到光纖(2)的第一端(20)的光發(fā)射構(gòu)件(3)；和連接到光纖(2)的第二端(21)的光接收構(gòu)件(4)。該光發(fā)射構(gòu)件(3)具有光發(fā)射部分(300)，通過光發(fā)射部分(300)將光照射到光纖(2)的第一端(20)。該光接收構(gòu)件(4)具有用于接收從光纖(2)的第二端(21)射出的光的光接收部分(400)。光發(fā)射部分(300)小于光纖(2)的芯部分(25)的橫截面積。
文檔編號G01D5/26GK101238355SQ20068000806
公開日2008年8月6日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者伊豫田紀(jì)文, 大高孝治, 宮田裕次郎, 家中龍?zhí)? 高橋浩幸 申請人:株式會社電裝;豐田自動車株式會社