JP2007121140A - 差圧測定システム及び差圧測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 照射光量及び光導波路の伝送効率の変調の影響を受けずに、高い精度で差圧の測定が可能な差圧測定システムを提供する。
【解決手段】 非干渉性の照射光を照射する光源4、照射光を第1測定光と第2測定光に二分し、第1測定光に第1外圧PO1に応じて変動する第1測定光路長差を進ませる第1測定干渉計5、第2測定光に第2外圧PO2に応じて変動する第2測定光路長差を進ませる第2測定干渉計15、第1及び第2測定光の参照用光量を検出する参照用光量検出素子151、第1及び第2測定光路長差の差分光路差によって第1及び第2測定光が干渉するよう透過帯域幅が設定された帯域フィルタ3、帯域フィルタ3を透過した第1及び第2測定光の測定用光量を検出する測定用光量検出素子152、測定用光量及び参照用光量に共通する変動を補正する補正機構71A、及び補正された測定用光量から第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を逆算する差圧算出モジュール72Aを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 非干渉性の照射光を照射する光源4、照射光を第1測定光と第2測定光に二分し、第1測定光に第1外圧PO1に応じて変動する第1測定光路長差を進ませる第1測定干渉計5、第2測定光に第2外圧PO2に応じて変動する第2測定光路長差を進ませる第2測定干渉計15、第1及び第2測定光の参照用光量を検出する参照用光量検出素子151、第1及び第2測定光路長差の差分光路差によって第1及び第2測定光が干渉するよう透過帯域幅が設定された帯域フィルタ3、帯域フィルタ3を透過した第1及び第2測定光の測定用光量を検出する測定用光量検出素子152、測定用光量及び参照用光量に共通する変動を補正する補正機構71A、及び補正された測定用光量から第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を逆算する差圧算出モジュール72Aを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は圧力測定技術に関し、特に周囲の温度変化に起因する測定誤差を排除する差圧測定システム及び差圧測定方法に関する。
石油プラント等を制御する場合、石油プラント内の異なる位置における流体の差圧を測定することが必要な場合がある。従来の差圧測定方法としては、測定位置にファブリペロ干渉計を配置し、圧力によって生じるファブリペロ干渉計の光路差の変化を照射光で読み取る方法が提案されている（例えば、特許文献1参照。）。しかし、提案された方法で光路差の変化を読み取るためには、干渉縞の中心位置の同定に複雑な信号処理が必要になるという問題があった。また干渉縞の中心位置を同定する時に、光源の発光パワーの低下や光導波路の透過率の低下が生じると、干渉縞の振幅も低下する場合がある。干渉縞の振幅が低下すると、隣接する干渉縞の明部との区別が困難になり、差圧測定に測定誤差をもたらすおそれがあった。さらに照射光を照射する光源の光軸ズレや発光パワーの揺らぎや照射光を伝搬する光導波路の伝送効率の変調等によって、照射光量が圧力とは無関係に変調する場合がある。光源等に由来する照射光量の変調や光導波路の伝送効率の変調は、差圧測定に測定誤差をもたらすという問題があった。
特開2003-166890号公報
本発明は、照射光量及び光導波路の伝送効率の変調の影響を受けずに、高い精度で差圧の測定が可能な差圧測定システム及び差圧測定方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様によれば、非干渉性の照射光を照射する光源と、照射光を第1測定光と第2測定光に二分し、第1測定光に第1外圧に応じて変動する第1測定光路長差を進ませる第1測定干渉計と、第2測定光に第2外圧に応じて変動する第2測定光路長差を進ませる第2測定干渉計と、第1及び第2測定光の参照用光量を検出する参照用光量検出素子と、第1及び第2測定光路長差の差分光路差によって第1及び第2測定光が干渉するよう透過帯域幅が設定された帯域フィルタと、帯域フィルタを透過した第1及び第2測定光の測定用光量を検出する測定用光量検出素子と、測定用光量及び参照用光量に共通する変動を補正する補正機構と、補正された測定用光量から第1及び第2外圧の差圧を逆算する差圧算出モジュールとを備える差圧測定システムが提供される。測定用光量及び参照用光量に共通する変動を補正することにより、照射光の照射光量の変動の影響を除去し、第1及び第2外圧の差圧を正確に測定することが可能となる。
本発明の第2の態様によれば、非干渉性の照射光を照射するステップと、照射光を第1測定光と第2測定光に二分し、第1測定光に第1外圧に応じて変動する第1測定光路長差を進ませるステップと、第2測定光に第2外圧に応じて変動する第2測定光路長差を進ませるステップと、第1及び第2測定光路長差の差分光路差によって第1及び第2測定光が干渉するよう透過帯域幅が設定された帯域フィルタに第1及び第2測定光を通すステップと、帯域フィルタを透過した第1及び第2測定光の測定用光量を検出するステップと、測定用光量及び参照用光量に共通する変動を補正するステップと、補正された測定用光量から第1及び第2外圧の差圧を逆算するステップとを含む差圧測定方法が提供される。測定用光量及び参照用光量に共通する変動を補正することにより、照射光の照射光量の変動の影響を除去し、第1及び第2外圧の差圧を正確に測定することが可能となる。
本発明によれば、照射光量及び光導波路の伝送効率の変調の影響を受けずに、高い精度で差圧の測定が可能な差圧測定システム及び差圧測定方法を提供可能である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（第1の実施の形態）
本発明の第1の実施の形態に係る差圧測定システムは、図1に示すように、非干渉性の照射光を照射する光源4、照射光を第1測定光と第2測定光に二分し、第1測定光に第1外圧PO1に応じて変動する第1測定光路長差の距離を進ませる第1測定干渉計5、及び第2測定光に第2外圧PO2に応じて変動する第2測定光路長差の距離を進ませる第2測定干渉計15を備える。さらに差圧測定システムは、第1及び第2測定光の参照用光量を検出する参照用光量検出素子151、第1及び第2測定光路長差の差分光路差によって第1及び第2測定光が干渉するよう透過帯域幅が設定された帯域フィルタ3、及び帯域フィルタ3を透過した第1及び第2測定光の測定用光量を検出する測定用光量検出素子152を備える。測定用光量検出素子152及び参照用光量検出素子151には信号処理装置7Aが接続されている。信号処理装置7Aは、測定用光量及び参照用光量に共通する変動を補正する補正機構71A、及び補正された測定用光量から第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を逆算する差圧算出モジュール72Aを備える。
本発明の第1の実施の形態に係る差圧測定システムは、図1に示すように、非干渉性の照射光を照射する光源4、照射光を第1測定光と第2測定光に二分し、第1測定光に第1外圧PO1に応じて変動する第1測定光路長差の距離を進ませる第1測定干渉計5、及び第2測定光に第2外圧PO2に応じて変動する第2測定光路長差の距離を進ませる第2測定干渉計15を備える。さらに差圧測定システムは、第1及び第2測定光の参照用光量を検出する参照用光量検出素子151、第1及び第2測定光路長差の差分光路差によって第1及び第2測定光が干渉するよう透過帯域幅が設定された帯域フィルタ3、及び帯域フィルタ3を透過した第1及び第2測定光の測定用光量を検出する測定用光量検出素子152を備える。測定用光量検出素子152及び参照用光量検出素子151には信号処理装置7Aが接続されている。信号処理装置7Aは、測定用光量及び参照用光量に共通する変動を補正する補正機構71A、及び補正された測定用光量から第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を逆算する差圧算出モジュール72Aを備える。
光源4には、紫外域から赤外域(185nm〜2000nm)までの連続スペクトルに対応可能なキセノンランプ、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザ共振器、マルチモードレーザダイオード、及びシングルモードレーザダイオード等が使用可能である。光源4から照射される照射光の照射光量のスペクトルS0(λ)は図2に示すように帯域幅が広いため、照射光は非干渉性である。照射光の照射光量のスペクトルS0(λ)は下記(1)式で表される。また光源4から照射される照射光の可干渉距離LC1は下記(2)式で表される。:
S0(λ) = C ×exp{-(λ-λCS / ΔλS)2} …(1)
LC1 ≒ λCS 2 / ΔλS …(2)
(1)式においてCは定数を表す。また(1)式及び(2)式において、λCSは光源4から照射される照射光の照射光中心波長を示す。ΔλSは、光源4の発光帯域幅を示す。
S0(λ) = C ×exp{-(λ-λCS / ΔλS)2} …(1)
LC1 ≒ λCS 2 / ΔλS …(2)
(1)式においてCは定数を表す。また(1)式及び(2)式において、λCSは光源4から照射される照射光の照射光中心波長を示す。ΔλSは、光源4の発光帯域幅を示す。
光源4には照射された照射光を伝搬するシングルモードの光ファイバ等である光導波路30が接続されている。さらに光導波路30には、第1スプリッタ21を介して光導波路31が接続されている。光導波路31には第1測定干渉計5が接続されている。第1測定干渉計5は、図3及び図3のA-A方向からの断面図である図4に示すように、コア130a及びクラッド131aを有する光導波路31が挿入されるホルダ60a、及び挿入された光導波路31の端面に配置された第1半透鏡26aを備える。照射光の一部は第1半透鏡26aで第2測定光として反射される。また照射光の一部は、第1測定光として第1半透鏡26aを透過する。第1測定干渉計5はさらに、第1半透鏡26aと平行位置に配置され、第1外圧PO1を受ける第1感圧膜50a、第1感圧膜50aの第1半透鏡26aと対向する表面に配置され、第1半透鏡26aを透過した第1測定光を反射する第1反射膜27a、及び第1半透鏡26aと第1反射膜27aとの第1間隔Laを規定する第1筐体43aを備えるファブリペロ干渉計である。例えば、第1半透鏡26aの反射率は10〜30%であり、第1反射膜27aの反射率は30〜60%である。なお、ファブリペロ干渉計と類似の構造を有するファブリペロ共振器があるが、ここでは干渉信号が正弦波状になるものを「ファブリペロ干渉計」、干渉信号がローレンツ型信号になるものを「ファブリペロ共振器」とする。第1測定干渉計5は、第1感圧膜50a、第1筐体43a、及びホルダ60aで囲まれた領域の第1内圧PI1を調節するためにホルダ60aに設けられた通気孔160a、及び通気孔160aの開閉を制御する開放弁70aを備える。さらに第1感圧膜50aの外部には、表出する第1感圧膜50aの図3に示した半径aを規定する第1基底部40aが配置される。なお、第1感圧膜50a、第1筐体43a、及びホルダ60aで囲まれた領域の屈折率をnaとする。
第1測定干渉計5の第1感圧膜50aは、第1内圧PI1と第1外圧PO1が等しい「定常状態」では撓みは生じない。しかし図5に示すように、第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が大きくなったときは、第1感圧膜50aは内部方向に撓む。また図6に示すように、第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が小さくなったときは、第1感圧膜50aは外部方向に撓む。第1反射膜27aの裏面に第1感圧膜50aが配置されているため、第1感圧膜50aにあわせて第1反射膜27aも撓む。第1測定干渉計5は、第1感圧膜50aの撓みをw1として、図5及び図6に示した第1半透鏡26aと第1反射膜27aとの間を往復する間に第1測定光が進む下記(3)式で表される第1測定光路長差F1を検出し、第1外圧PO1を測定するために用いられる。:
F1 = 2na(La + w1) …(3)
図5に示すように第1外圧PO1が加わったときの第1感圧膜50aの撓みw1は、第1感圧膜50aが図3に示すように半径aである場合、下記(4)式で表される。:
w 1 = (PO1 - PI1)× (a2 - r2)2 / (64 ×Z) …(4)
ここでr(r : 0 ≦ r ≦ a)は第1感圧膜50aの中心位置Mから測定位置までの距離である。Zは下記(5)式で与えられる。:
Z = Y ×t3 / {12 × (1 - υ2)} …(5)
(5)式において、Yは第1感圧膜50aのヤング率、tは第1感圧膜50aの厚さ、υは第1感圧膜50aのポアッソン比である。(4)式を用いることにより、第1感圧膜50aの撓みw1から第1外圧PO1を算出することが可能である。
F1 = 2na(La + w1) …(3)
図5に示すように第1外圧PO1が加わったときの第1感圧膜50aの撓みw1は、第1感圧膜50aが図3に示すように半径aである場合、下記(4)式で表される。:
w 1 = (PO1 - PI1)× (a2 - r2)2 / (64 ×Z) …(4)
ここでr(r : 0 ≦ r ≦ a)は第1感圧膜50aの中心位置Mから測定位置までの距離である。Zは下記(5)式で与えられる。:
Z = Y ×t3 / {12 × (1 - υ2)} …(5)
(5)式において、Yは第1感圧膜50aのヤング率、tは第1感圧膜50aの厚さ、υは第1感圧膜50aのポアッソン比である。(4)式を用いることにより、第1感圧膜50aの撓みw1から第1外圧PO1を算出することが可能である。
図4乃至図6に示した第1感圧膜50aの厚さtが50μmの場合における第1外圧PO1と撓みw1の関係をプロットしたグラフが図7である。図7においては、図3に示した第1感圧膜50aの半径aが0.01mm、0.10mm、及び1.00mmの場合のそれぞれについてプロットされている。また第1感圧膜50aの厚さtが1μmの場合における第1外圧PO1と撓みw1の関係をプロットしたグラフが図8である。図8においては、第1感圧膜50aの半径aが0.01mm、0.10mm、及び1.00mmの場合のそれぞれについてプロットされている。図7及び図8に示すように、第1感圧膜50aの半径a及び厚さtを適宜選択することにより、第1外圧PO1に対する第1測定干渉計5の圧力感度を調整することが可能である。
図4に示す第1半透鏡26aを透過した第1測定光は第1感圧膜50a上の第1反射膜27a表面で反射し、反射した第1測定光は第1半透鏡26a方向に進行する。この場合、第1測定光の一部は第1半透鏡26aを透過し、コア130aを図1に示した第1スプリッタ21に向かって進行する。一方、図4に示す第1半透鏡26aを透過しなかった第1測定光は第1半透鏡26a表面で再び第1反射膜27aに向かって反射される。このとき、第1反射膜27aから第1半透鏡26aに進行する波長成分と、第1半透鏡26a表面で反射し第1反射膜27aに進行する波長成分との位相が揃う場合、光強度は減衰しない。しかし、 第1反射膜27aから第1半透鏡26aに進行する波長成分と、第1半透鏡26a表面で反射し第1反射膜27aに進行する波長成分との位相が揃わない場合、光強度は減衰する。したがって、第1測定干渉計5が出力する第1測定光は、内部の多重反射で波長成分の位相が揃わない波長帯域の光強度が減衰している。
図9においては、変位w1が0であり、第1半透鏡26a及び第1反射膜27aの両方の反射率が30%である場合の、第1測定光の波長λと光強度との関係を示している。図9に示すように、第1測定光のうち波長λが0.85μmの波長成分は、第1測定干渉計内部の多重反射により逆転する位相の光どうしで干渉しあい、光強度が0となる。ここで、図5及び図6に示すように第1外圧PO1によって第1感圧膜50aが撓んだ場合、波長成分の光強度が減衰する第1波長帯域は第1感圧膜50aの変位w1に応じてシフトする。したがって第1感圧膜50aが撓んだ場合、第1波長帯域の中心波長は図10に示すように例えば0.85μmから0.87μmに波長シフトする。このように、光強度が減衰する波長帯域は第1外圧PO1に応じてシフトする。第1測定干渉計5の全体の反射率RS1は、下記(6)式で与えられる。:
RS1={R1R+ηR2R-2(ηR1RR2R)1/2cos2φ}/{1+ηR1RR2R-2(ηR1RR2R)1/2cos2φ} …(6)
ここで、R1Rは第1半透鏡26aの反射率、R2Rは第1反射膜27aの反射率を表す。ηは第1半透鏡26aと第1反射膜27aの間での光損失を表し、下記(7)式で与えられる。またφは位相を表し、下記(8)式で与えられる。(7)式において、qは第1測定干渉計に入射する光のビーム径を表す。:
η= 1 / {1 + (2λ(La + w1) / (2πna q2))2} …(7)
φ= {2π(La + w1)} / λ …(8)
図4に示す第1半透鏡26aで反射された第2測定光及び第1反射膜27aで反射された第1測定光のそれぞれは、図1に示す光導波路31で伝搬され、第1スプリッタ21で第1スプリッタ21に接続されている光導波路32に分割される。光導波路32で伝搬された第1及び第2測定光は、光導波路32に接続された第2スプリッタ22を経て、第2スプリッタ22に接続された光導波路33で第2測定干渉計15に伝搬される。
RS1={R1R+ηR2R-2(ηR1RR2R)1/2cos2φ}/{1+ηR1RR2R-2(ηR1RR2R)1/2cos2φ} …(6)
ここで、R1Rは第1半透鏡26aの反射率、R2Rは第1反射膜27aの反射率を表す。ηは第1半透鏡26aと第1反射膜27aの間での光損失を表し、下記(7)式で与えられる。またφは位相を表し、下記(8)式で与えられる。(7)式において、qは第1測定干渉計に入射する光のビーム径を表す。:
η= 1 / {1 + (2λ(La + w1) / (2πna q2))2} …(7)
φ= {2π(La + w1)} / λ …(8)
図4に示す第1半透鏡26aで反射された第2測定光及び第1反射膜27aで反射された第1測定光のそれぞれは、図1に示す光導波路31で伝搬され、第1スプリッタ21で第1スプリッタ21に接続されている光導波路32に分割される。光導波路32で伝搬された第1及び第2測定光は、光導波路32に接続された第2スプリッタ22を経て、第2スプリッタ22に接続された光導波路33で第2測定干渉計15に伝搬される。
第2測定干渉計15は、図11に示すようにコア130b及びクラッド131bを有する光導波路33が挿入されるホルダ60b、及び挿入された光導波路33の端面に配置された第2半透鏡26bを備える。第1測定光の一部は第2半透鏡26bで反射され、第2測定光の一部は第2半透鏡26bを透過する。第2測定干渉計15はさらに、第2半透鏡26bと平行位置に配置され、第2外圧PO2を受ける第2感圧膜50b、第2感圧膜50bの第2半透鏡26bと対向する表面に配置され、第2半透鏡26bを透過した光を受ける第2反射膜27b、及び第2半透鏡26bと第2反射膜27bとの第2間隔Lbを規定する第2筐体43bを備えるファブリペロ干渉計である。例えば、第2半透鏡26bの反射率は10〜30%であり、第2反射膜27bの反射率は30〜60%である。なお、第2感圧膜50b、第2筐体43b、及びホルダ60bで囲まれた領域の屈折率をnbとする。
また第2測定干渉計15は、第2感圧膜50b、第2筐体43b及びホルダ60bで囲まれた領域の第2内圧PI2を調節するためにホルダ60bに設けられた通気孔160b、及び通気孔160bの開閉を制御する開放弁70bを備える。さらに第2感圧膜50bの外部には、表出する第2感圧膜50bの図3に示した半径aを規定する第1基底部40aと同様の第2基底部40bが配置される。第2感圧膜50bは第1感圧膜50aと同じ材料からなり、第2内圧PI2は第1測定干渉計5の第1内圧PI1と同じに設定される。第2反射膜27bの裏面に第2感圧膜50bが配置されているため、第2感圧膜50bにあわせて第2反射膜27bも撓む。第2測定干渉計15は、第2感圧膜50bの撓みをw2として、図11に示した第2半透鏡26bと第2反射膜27bとの間を往復する間に第2測定光が進む下記(9)式で表される第2測定光路長差F2を検出し、第2外圧PO2を測定するために用いられる。:
F2 = 2nb(Lb + w2) …(9)
ここで、照射光の可干渉距離LC1、第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2、及び第1測定光路長差F1と第2測定光路長差F2との差分光路差|F1 - F2|は下記(10)乃至(14)式の関係を満たすように設定されている。
F2 = 2nb(Lb + w2) …(9)
ここで、照射光の可干渉距離LC1、第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2、及び第1測定光路長差F1と第2測定光路長差F2との差分光路差|F1 - F2|は下記(10)乃至(14)式の関係を満たすように設定されている。
LC1 < F1 …(10)
LC1 < F2 …(11)
LC1 < |F1 - F2| …(12)
F1 > |F1 - F2| …(13)
F2 > |F1 - F2| …(14)
図1に示す第2測定干渉計15で反射された第1及び第2測定光は、第2スプリッタ22に接続された光導波路34で伝搬され、第3スプリッタ23に到達する。第3スプリッタ23には光導波路35, 36のそれぞれが接続されている。第3スプリッタ23に到達した第1及び第2測定光は第3スプリッタ23によって2方向に分割され、光導波路35, 36のそれぞれに伝搬される。光導波路35には帯域フィルタ3が接続されている。帯域フィルタ3には波長フィルタや多層膜干渉フィルタ等が使用可能である。帯域フィルタ3の透過特性B(λ)は下記(15)式で表される。
LC1 < F2 …(11)
LC1 < |F1 - F2| …(12)
F1 > |F1 - F2| …(13)
F2 > |F1 - F2| …(14)
図1に示す第2測定干渉計15で反射された第1及び第2測定光は、第2スプリッタ22に接続された光導波路34で伝搬され、第3スプリッタ23に到達する。第3スプリッタ23には光導波路35, 36のそれぞれが接続されている。第3スプリッタ23に到達した第1及び第2測定光は第3スプリッタ23によって2方向に分割され、光導波路35, 36のそれぞれに伝搬される。光導波路35には帯域フィルタ3が接続されている。帯域フィルタ3には波長フィルタや多層膜干渉フィルタ等が使用可能である。帯域フィルタ3の透過特性B(λ)は下記(15)式で表される。
B(λ) = exp{-((λ - λCB) / ΔλB)2} …(15)
(15)式において、λCBは帯域フィルタ3を透過する光の透過光中心波長を示す。またΔλBは、帯域フィルタ3の透過帯域幅を示す。図12に示すように、帯域フィルタ3の透過帯域幅は光源4の発光帯域幅よりも狭く設定されている。帯域フィルタ3を透過した第1及び第2測定光を含む照射光の可干渉距離LC2は、下記(16)式で表される。
(15)式において、λCBは帯域フィルタ3を透過する光の透過光中心波長を示す。またΔλBは、帯域フィルタ3の透過帯域幅を示す。図12に示すように、帯域フィルタ3の透過帯域幅は光源4の発光帯域幅よりも狭く設定されている。帯域フィルタ3を透過した第1及び第2測定光を含む照射光の可干渉距離LC2は、下記(16)式で表される。
LC2 ≒ λCB 2 / ΔλB …(16)
ここで、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2、及び第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2が下記(17)乃至(18)式の関係を満たすように、帯域フィルタ3は設定されている。さらに(19)式に示すように、帯域フィルタ3を透過することによって、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2が差分光路差|F1 - F2|よりも長くなるよう、帯域フィルタ3の透過光中心波長λCB及び透過帯域幅ΔλBは設定されている。
ここで、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2、及び第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2が下記(17)乃至(18)式の関係を満たすように、帯域フィルタ3は設定されている。さらに(19)式に示すように、帯域フィルタ3を透過することによって、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2が差分光路差|F1 - F2|よりも長くなるよう、帯域フィルタ3の透過光中心波長λCB及び透過帯域幅ΔλBは設定されている。
LC2 < F1 …(17)
LC2 < F2 …(18)
LC2 > |F1 - F2| …(19)
帯域フィルタ3を透過し、単色性が強まった第1及び第2測定光は、帯域フィルタ3に接続された光導波路37で伝搬される。光導波路37には光導波路37で伝搬された第1及び第2測定光の測定用光量を検出する測定用光量検出素子152が接続されている。光導波路36には光導波路36で伝搬された第1及び第2測定光の参照用光量を検出する参照用光量検出素子151が接続されている。
LC2 < F2 …(18)
LC2 > |F1 - F2| …(19)
帯域フィルタ3を透過し、単色性が強まった第1及び第2測定光は、帯域フィルタ3に接続された光導波路37で伝搬される。光導波路37には光導波路37で伝搬された第1及び第2測定光の測定用光量を検出する測定用光量検出素子152が接続されている。光導波路36には光導波路36で伝搬された第1及び第2測定光の参照用光量を検出する参照用光量検出素子151が接続されている。
図1に示す差圧測定システムにおいて、光源4から照射された照射光が測定用光量検出素子152に至るまでの伝搬経路は、図13に示す第1経路、図14に示す第2経路、図15に示す第3経路、及び図16に示す第4経路の4通りがある。図13に示す第1経路では、光源4から照射された照射光の一部は、第1半透鏡26aで反射される。第1半透鏡26aで反射された照射光は、第1スプリッタ21及び第2スプリッタ22を経由して第2半透鏡26bに導かれる。第2半透鏡26bで反射された照射光は、帯域フィルタ3を経由して測定用光量検出素子152に導かれる。第1経路を経由した一部の照射光の電場振幅E1 (λ)は、下記(20)式で表される。
E1 (λ)= E0 exp(2πi LT1 / λ) …(20)
(20)式において、E0は定数、iは虚数、LT1は光源4から測定用光量検出素子152までの光導波路30, 31, 32, 33, 34, 35, 37の総光路長である。図14に示す第2経路では、光源4から照射された照射光の一部は第1測定干渉計5の第1反射膜27aに導かれる。第1反射膜27aで照射光は第1測定光として反射され、第1スプリッタ21及び第2スプリッタ22を経由して第2半透鏡26bに導かれる。第2半透鏡26bで反射された第1測定光は、帯域フィルタ3を経由して測定用光量検出素子152に導かれる。第2経路を経由した第1測定光の電場振幅E2 (λ)は、下記(21)式で表される。
(20)式において、E0は定数、iは虚数、LT1は光源4から測定用光量検出素子152までの光導波路30, 31, 32, 33, 34, 35, 37の総光路長である。図14に示す第2経路では、光源4から照射された照射光の一部は第1測定干渉計5の第1反射膜27aに導かれる。第1反射膜27aで照射光は第1測定光として反射され、第1スプリッタ21及び第2スプリッタ22を経由して第2半透鏡26bに導かれる。第2半透鏡26bで反射された第1測定光は、帯域フィルタ3を経由して測定用光量検出素子152に導かれる。第2経路を経由した第1測定光の電場振幅E2 (λ)は、下記(21)式で表される。
E2 (λ)= E0 exp{2π i(LT1 + F1) / λ} …(21)
図15に示す第3経路では、光源4から照射された照射光の一部は第1半透鏡26aに導かれる。第1半透鏡26aで照射光は第2測定光として反射され、第1スプリッタ21及び第2スプリッタ22を経由して第2測定干渉計15の第2反射膜27bに導かれる。第2反射膜27bで反射された第2測定光は、帯域フィルタ3を経由して測定用光量検出素子152に導かれる。第3経路を経由した第2測定光の電場振幅E3 (λ)は、下記(22)式で表される。
図15に示す第3経路では、光源4から照射された照射光の一部は第1半透鏡26aに導かれる。第1半透鏡26aで照射光は第2測定光として反射され、第1スプリッタ21及び第2スプリッタ22を経由して第2測定干渉計15の第2反射膜27bに導かれる。第2反射膜27bで反射された第2測定光は、帯域フィルタ3を経由して測定用光量検出素子152に導かれる。第3経路を経由した第2測定光の電場振幅E3 (λ)は、下記(22)式で表される。
E3 (λ)= E0 exp{2π i(LT1 + F2) / λ} …(22)
図16に示す第4経路では、光源4から照射された照射光の一部は第1測定干渉計5の第1反射膜27aに導かれる。第1反射膜27aで反射された照射光は、第1スプリッタ21及び第2スプリッタ22を経由して第2測定干渉計15の第2反射膜27bに導かれる。第2反射膜27bで反射された照射光は、帯域フィルタ3を経由して測定用光量検出素子152に導かれる。第4経路を経由した一部の照射光の電場振幅E4 (λ)は、下記(23)式で表される。
図16に示す第4経路では、光源4から照射された照射光の一部は第1測定干渉計5の第1反射膜27aに導かれる。第1反射膜27aで反射された照射光は、第1スプリッタ21及び第2スプリッタ22を経由して第2測定干渉計15の第2反射膜27bに導かれる。第2反射膜27bで反射された照射光は、帯域フィルタ3を経由して測定用光量検出素子152に導かれる。第4経路を経由した一部の照射光の電場振幅E4 (λ)は、下記(23)式で表される。
E4 (λ)= E0 exp{2π i(LT1 + F1 + F2) / λ} …(23)
ここで、図14に示す第2経路を経由した照射光の一部である第1測定光と、図15に示す第3経路を経由した照射光の一部である第2測定光とは、差分光路差|F1 - F2|が上記(19)式に示したように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも短いため、干渉縞を形成する。しかし、図13に示す第1経路を経由した一部の照射光と、図14に示す第2経路を経由した第1測定光とは、互いの光路差に相当する第1測定光路長差F1が上記(17)式に示したように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。図15に示す第3経路を経由した第2測定光と、図16に示す第4経路を経由した一部の照射光も、第1測定光路長差F1が帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。また、図14に示す第2経路を経由した第1測定光と、図16に示す第4経路を経由した一部の照射光とは、互いの光路差に相当する第2測定光路長差F2が上記(18)式に示したように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。図15に示す第3経路を経由した第2測定光と、図13に示す第1経路を経由した一部の照射光も、第2測定光路長差F2が帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。さらに図13に示す第1経路を経由した一部の照射光と、図16に示す第4経路を経由した一部の照射光とは、第1測定光路長差F1と第2測定光路長差F2との和に相当する合計光路差|F1 + F2|が上記(17)及び(18)式に示したように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。
ここで、図14に示す第2経路を経由した照射光の一部である第1測定光と、図15に示す第3経路を経由した照射光の一部である第2測定光とは、差分光路差|F1 - F2|が上記(19)式に示したように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも短いため、干渉縞を形成する。しかし、図13に示す第1経路を経由した一部の照射光と、図14に示す第2経路を経由した第1測定光とは、互いの光路差に相当する第1測定光路長差F1が上記(17)式に示したように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。図15に示す第3経路を経由した第2測定光と、図16に示す第4経路を経由した一部の照射光も、第1測定光路長差F1が帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。また、図14に示す第2経路を経由した第1測定光と、図16に示す第4経路を経由した一部の照射光とは、互いの光路差に相当する第2測定光路長差F2が上記(18)式に示したように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。図15に示す第3経路を経由した第2測定光と、図13に示す第1経路を経由した一部の照射光も、第2測定光路長差F2が帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。さらに図13に示す第1経路を経由した一部の照射光と、図16に示す第4経路を経由した一部の照射光とは、第1測定光路長差F1と第2測定光路長差F2との和に相当する合計光路差|F1 + F2|が上記(17)及び(18)式に示したように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長いため、干渉縞を形成しない。
図1に示す測定用光量検出素子152に到達した第1測定光及び第2測定光を含む全照射光の光強度I(λ)は、第1乃至第4経路を経由した照射光の合成振幅の絶対値の二乗であり、下記(24)式で表される。
I(λ) = | E1 (λ)+ E2(λ) + E3(λ) + E4(λ)|2
= 4 + 2cos(F1π / λ) + 2cos(F2π / λ)
+ cos{π(F1 - F2) / λ} + cos{π(F1 - F2) / λ} …(24)
したがって、測定用光量検出素子152が受光する総ての照射光の測定用光量VMは総ての波長成分の合成光波であるため、下記(25)式で表される。
= 4 + 2cos(F1π / λ) + 2cos(F2π / λ)
+ cos{π(F1 - F2) / λ} + cos{π(F1 - F2) / λ} …(24)
したがって、測定用光量検出素子152が受光する総ての照射光の測定用光量VMは総ての波長成分の合成光波であるため、下記(25)式で表される。
(25)式において、T(λ, LT1)は光導波路30, 31, 32, 33, 34, 35, 37の伝送効率を表す。(24)式を(25)式に代入することにより、測定用光量検出素子152が受光する総ての照射光の測定用光量VMは下記(26)式で与えられる。:
VM = A(LT1)[4 + 2γT(F1)cos(2πF1 / λCB)
+ 2γT(F2)cos(2πF2 / λCB) + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}
+ γT(F1 + F2)cos{2π(F1 + F2) / λCB}] …(26)
(26)式において、A(LT1)は照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜35, 37の伝送効率の変動を表す係数である。また、(26)式中の関数γT(x)は下記(27)式で与えられる。
VM = A(LT1)[4 + 2γT(F1)cos(2πF1 / λCB)
+ 2γT(F2)cos(2πF2 / λCB) + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}
+ γT(F1 + F2)cos{2π(F1 + F2) / λCB}] …(26)
(26)式において、A(LT1)は照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜35, 37の伝送効率の変動を表す係数である。また、(26)式中の関数γT(x)は下記(27)式で与えられる。
γT(x) = exp{- (x / LC2)2} …(27)
関数γT(x)は光路差xを変数とする帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉性を表す関数である。関数γT(x)は、光路差xが大きくなると干渉縞の振幅が小さくなる現象を表している。(25)式の波長λの積分により、(26)式には変数としての波長λは含まれず、定数である透過光中心波長λCBが含まれる。
関数γT(x)は光路差xを変数とする帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉性を表す関数である。関数γT(x)は、光路差xが大きくなると干渉縞の振幅が小さくなる現象を表している。(25)式の波長λの積分により、(26)式には変数としての波長λは含まれず、定数である透過光中心波長λCBが含まれる。
ここで、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2、第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2、及び差分光路差|F1 - F2|が(17)式乃至(19)式の関係を満たすときは、(26)式中のγT(F1)、γT(F2)、及びγT(F1 + F2)は0とみなすことができる。したがって、測定用光量検出素子152が検出する測定用光量VMは下記(28)式で与えられる。:
VM = A(LT1)[4 + 0 + 0 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB} + 0]
= A(LT1)[4 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}] …(28)
(28)式に示すように、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を反映する差分光路差|F1 - F2|のみに起因する干渉縞が発生する。そのため、(28)式で与えられる照射光の測定用光量VMを測定することにより、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を測定することが可能となる。
VM = A(LT1)[4 + 0 + 0 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB} + 0]
= A(LT1)[4 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}] …(28)
(28)式に示すように、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を反映する差分光路差|F1 - F2|のみに起因する干渉縞が発生する。そのため、(28)式で与えられる照射光の測定用光量VMを測定することにより、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を測定することが可能となる。
なお、仮に差分光路差|F1 - F2|が下記(29)式に示すように帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも長くなると、(26)式中のγT(F1 - F2)も0とみなされる。この場合、測定用光量検出素子152が検出する照射光の測定用光量VMは下記(30)式で与えられ、干渉縞は全く発生しない。そのため、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を測定することはできない。:
LC2 < |F1 - F2| …(29)
VM = A(LT1)[4 + 0 + 0 + 0 + 0] = 4A(LT1) …(30)
また、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2、第2測定光路長差F2、及び差分光路差|F1 - F2|が上記(18)式及び(19)式を満たすが、下記(31)式に示すように仮に第1測定光路長差F1が帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも短くなると、(26)式中のγT(F1)を0とみなすことができない。よって、測定用光量検出素子152が検出する照射光の測定用光量VMは下記(32)式で与えられる。この場合、差分光路差|F1 - F2|以外に第1測定光路長差F1にも起因する干渉縞が発生する。そのため、(32)式で与えられる照射光の測定用光量VMを測定すると、第1外圧PO1の絶対圧が測定値に反映されてしまい、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧のみを正確に測定することができない。:
LC2 > F1 …(31)
VR = A(L)[4 + 2γT(F1)cos(2πF1 / λCB) + 0
+γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB} + 0}
= A(L)[4 + 2γT(F1)cos(2πF1 /λCB)
+ γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2)/λCB}]…(32)
さらに、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2、第1測定光路長差F1、及び第2測定光路長差F2が(17)式及び(18)式の関係を満たさず、仮に上記(31)式、下記(33)式、及び下記(34)式の関係を満たす場合は、(26)式中のγT(F1)、γT(F2)、γT(F1 - F2)、及びγT(F1 + F2)の総てを0とみなすことができない。そのため、第1外圧PO1の絶対圧、第2外圧PO2の絶対圧、及び第1外圧PO1と第2外圧PO2の合計圧力が測定値に反映されてしまい、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧のみを正確に測定することができない。:
LC2 > F2 …(33)
LC2 > |F1 + F2| …(34)
参照用光量検出素子151が受光する総ての照射光の参照用光量VRは下記(35)式で表される。
LC2 < |F1 - F2| …(29)
VM = A(LT1)[4 + 0 + 0 + 0 + 0] = 4A(LT1) …(30)
また、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2、第2測定光路長差F2、及び差分光路差|F1 - F2|が上記(18)式及び(19)式を満たすが、下記(31)式に示すように仮に第1測定光路長差F1が帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2よりも短くなると、(26)式中のγT(F1)を0とみなすことができない。よって、測定用光量検出素子152が検出する照射光の測定用光量VMは下記(32)式で与えられる。この場合、差分光路差|F1 - F2|以外に第1測定光路長差F1にも起因する干渉縞が発生する。そのため、(32)式で与えられる照射光の測定用光量VMを測定すると、第1外圧PO1の絶対圧が測定値に反映されてしまい、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧のみを正確に測定することができない。:
LC2 > F1 …(31)
VR = A(L)[4 + 2γT(F1)cos(2πF1 / λCB) + 0
+γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB} + 0}
= A(L)[4 + 2γT(F1)cos(2πF1 /λCB)
+ γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2)/λCB}]…(32)
さらに、帯域フィルタ3を透過した照射光の可干渉距離LC2、第1測定光路長差F1、及び第2測定光路長差F2が(17)式及び(18)式の関係を満たさず、仮に上記(31)式、下記(33)式、及び下記(34)式の関係を満たす場合は、(26)式中のγT(F1)、γT(F2)、γT(F1 - F2)、及びγT(F1 + F2)の総てを0とみなすことができない。そのため、第1外圧PO1の絶対圧、第2外圧PO2の絶対圧、及び第1外圧PO1と第2外圧PO2の合計圧力が測定値に反映されてしまい、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧のみを正確に測定することができない。:
LC2 > F2 …(33)
LC2 > |F1 + F2| …(34)
参照用光量検出素子151が受光する総ての照射光の参照用光量VRは下記(35)式で表される。
(35)式において、LT2は光源4から参照用光量検出素子151までの光導波路30, 31, 32, 33, 34, 36の総光路長を表す。またT(λ, LT2)は光導波路30, 31, 32, 33, 34, 36の伝送効率を表す。(24)式を(35)式に代入することにより、参照用光量検出素子151が受光する総ての照射光の参照用光量VRは下記(36)式で与えられる。:
VR = A(LT2)[4 + 2γS(F1)cos(2πF1 / λCS)
+ 2γS(F2)cos(2πF2 / λCS) + γS(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCS}
+ γS(F1 + F2)cos{2π(F1 + F2) / λCS}] …(36)
(36)式において、A(LT2)は照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜34, 36の伝送効率の変動を表す係数である。また、(36)式中の関数γS(x)は下記(37)式で与えられる。:
γS(x) = exp{- (x / LC1)2} …(37)
関数γS(x)は光路差xを変数とする帯域フィルタ3を透過しなかった照射光の可干渉性を表す関数である。ここで、照射光の可干渉距離LC1、第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2、及び差分光路差|F1 - F2|が上記(10)乃至(12)式の関係を満たすときは、(36)式中のγS(F1)、γS(F2)、γS(F1 - F2)、及びγS(F1 + F2)は0とみなすことができる。よって、参照用光量検出素子151が受光する総ての照射光の参照用光量VRは下記(38)式で与えられる。:
VR = A(LT2)[4 + 0 + 0 + 0 + 0]= 4A(LT2) …(38)
補正機構71Aは、上記(28)式で与えられる測定用光量VMを上記(38)式で与えられる参照用光量VRで割ることによって、下記(39)式で与えられる補正された測定用光量VMCを算出する。:
VMC = A(LT1)[4 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}] / 4A(LT2) …(39)
ここで、第3スプリッタ23から参照用光量検出素子151までの光路長と、第3スプリッタ23から測定用光量検出素子152までの光路長とが等しいとみなせる場合、(39)式中の係数A(LT1)と係数A(LT2)とは等しいとみなすことができる。したがって、補正された測定用光量VMCは下記(40)式で与えられる。:
VMC = 1 + (1/4)γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB} …(40)
(40)式に示すように、補正された測定用光量VMCには係数A(LT1)及び係数A(LT2)が含まれていない。したがって、補正された測定用光量VMCは照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜37の伝送効率の変動に影響されず、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を反映する差分光路差|F1 - F2|のみに起因して変動する。図17は、第1測定光路長差F1が200μmであり第2測定光路長差F2が180μmから184μmまで変動した場合の、測定用光量VM及び参照用光量VRを示したグラフの一例である。なお、照射光中心波長λCS及び透過光中心波長λCBの両方の波長は850nmに設定されている。図18は、補正機構71Aが測定用光量VMを参照用光量VRで割って算出した補正された測定用光量VMCを示したグラフの一例である。補正された測定用光量VMCの変動は周期的であるため、第2測定光路長差F2の変動範囲は補正された測定用光量VMCの変動周期の半分以内に設定するのが好ましい。より具体的には、下記(41)式に示すように、差分光路差|F1 - F2|の変動範囲|ΔF1 - ΔF2|は透過光中心波長λCBの半分よりも短くなるよう設定されるのが好ましい。
VR = A(LT2)[4 + 2γS(F1)cos(2πF1 / λCS)
+ 2γS(F2)cos(2πF2 / λCS) + γS(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCS}
+ γS(F1 + F2)cos{2π(F1 + F2) / λCS}] …(36)
(36)式において、A(LT2)は照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜34, 36の伝送効率の変動を表す係数である。また、(36)式中の関数γS(x)は下記(37)式で与えられる。:
γS(x) = exp{- (x / LC1)2} …(37)
関数γS(x)は光路差xを変数とする帯域フィルタ3を透過しなかった照射光の可干渉性を表す関数である。ここで、照射光の可干渉距離LC1、第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2、及び差分光路差|F1 - F2|が上記(10)乃至(12)式の関係を満たすときは、(36)式中のγS(F1)、γS(F2)、γS(F1 - F2)、及びγS(F1 + F2)は0とみなすことができる。よって、参照用光量検出素子151が受光する総ての照射光の参照用光量VRは下記(38)式で与えられる。:
VR = A(LT2)[4 + 0 + 0 + 0 + 0]= 4A(LT2) …(38)
補正機構71Aは、上記(28)式で与えられる測定用光量VMを上記(38)式で与えられる参照用光量VRで割ることによって、下記(39)式で与えられる補正された測定用光量VMCを算出する。:
VMC = A(LT1)[4 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}] / 4A(LT2) …(39)
ここで、第3スプリッタ23から参照用光量検出素子151までの光路長と、第3スプリッタ23から測定用光量検出素子152までの光路長とが等しいとみなせる場合、(39)式中の係数A(LT1)と係数A(LT2)とは等しいとみなすことができる。したがって、補正された測定用光量VMCは下記(40)式で与えられる。:
VMC = 1 + (1/4)γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB} …(40)
(40)式に示すように、補正された測定用光量VMCには係数A(LT1)及び係数A(LT2)が含まれていない。したがって、補正された測定用光量VMCは照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜37の伝送効率の変動に影響されず、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を反映する差分光路差|F1 - F2|のみに起因して変動する。図17は、第1測定光路長差F1が200μmであり第2測定光路長差F2が180μmから184μmまで変動した場合の、測定用光量VM及び参照用光量VRを示したグラフの一例である。なお、照射光中心波長λCS及び透過光中心波長λCBの両方の波長は850nmに設定されている。図18は、補正機構71Aが測定用光量VMを参照用光量VRで割って算出した補正された測定用光量VMCを示したグラフの一例である。補正された測定用光量VMCの変動は周期的であるため、第2測定光路長差F2の変動範囲は補正された測定用光量VMCの変動周期の半分以内に設定するのが好ましい。より具体的には、下記(41)式に示すように、差分光路差|F1 - F2|の変動範囲|ΔF1 - ΔF2|は透過光中心波長λCBの半分よりも短くなるよう設定されるのが好ましい。
|ΔF1 - ΔF2| < (1/2)λCB …(41)
図19は、仮に第2測定光路長差F2が上記(11)及び(12)式を満たさず、0μmから400μmまで変動した場合の測定用光量VM及び参照用光量VRを示したグラフの一例である。この場合、第2測定光路長差F2が0μm付近になると、第2外圧PO2の絶対圧を反映する干渉が参照用光量VRに現れてしまう。また、第2測定光路長差F2が第1測定光路長差F1に等しい200μm付近になると、参照用光量VRに白色干渉が現れてしまう。図20は、図19に示した参照用光量VRの白色干渉を拡大して示している。図20に示す測定用光量VMを参照用光量VRで割ると、図21に示すように、補正された測定用光量VMCにむしろ白色干渉による誤差が生じる。図22は、照射光中心波長λCS及び透過光中心波長λCBの両方の波長が1310nmに設定された場合を示している。この場合も、第2測定光路長差F2が第1測定光路長差F1に等しい200μm付近になると、参照用光量VRに白色干渉が現れてしまい、図23に示すように、補正された測定用光量VMCに白色干渉による誤差が生じる。故に、照射光の可干渉距離LC1、第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2、及び差分光路差|F1 - F2|は上記(10)乃至(14)式の関係を満たすように設定される必要がある。
図19は、仮に第2測定光路長差F2が上記(11)及び(12)式を満たさず、0μmから400μmまで変動した場合の測定用光量VM及び参照用光量VRを示したグラフの一例である。この場合、第2測定光路長差F2が0μm付近になると、第2外圧PO2の絶対圧を反映する干渉が参照用光量VRに現れてしまう。また、第2測定光路長差F2が第1測定光路長差F1に等しい200μm付近になると、参照用光量VRに白色干渉が現れてしまう。図20は、図19に示した参照用光量VRの白色干渉を拡大して示している。図20に示す測定用光量VMを参照用光量VRで割ると、図21に示すように、補正された測定用光量VMCにむしろ白色干渉による誤差が生じる。図22は、照射光中心波長λCS及び透過光中心波長λCBの両方の波長が1310nmに設定された場合を示している。この場合も、第2測定光路長差F2が第1測定光路長差F1に等しい200μm付近になると、参照用光量VRに白色干渉が現れてしまい、図23に示すように、補正された測定用光量VMCに白色干渉による誤差が生じる。故に、照射光の可干渉距離LC1、第1測定光路長差F1、第2測定光路長差F2、及び差分光路差|F1 - F2|は上記(10)乃至(14)式の関係を満たすように設定される必要がある。
差圧算出モジュール72Aは補正された測定用光量VMCから第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を逆算する。例えば、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と、補正された測定用光量VMCとの関係式を予め取得しておけば、補正された測定用光量VMCの値を関係式に代入することにより第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を算出することが可能である。
信号処理装置7Aにはデータ記憶装置170Aが接続されている。データ記憶装置170Aは、補正量記憶モジュール274A、関係式記憶モジュール275A、及び差圧記憶モジュール276Aを有する。補正量記憶モジュール274Aは、補正機構71Aが算出する上記(40)式で与えられる補正された測定用光量VMCを保存する。関係式記憶モジュール275Aは、予め取得した第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と、補正された測定用光量VMCとの関係式を保存する。差圧記憶モジュール276Aは、差圧算出モジュール72Aが算出した第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を保存する。
次に図24を用いて、第1の実施の形態に係る差圧測定方法について説明する。
(a) ステップS101で、広波長帯域の照射光を図1に示す光源4から光導波路30に照射する。ステップS102で、光導波路30で伝搬された照射光は、第1スプリッタ21及び光導波路31を経て第1測定干渉計5の第1半透鏡26aに到達する。第1半透鏡26aで、照射光の一部が第2測定光として反射される。また照射光の一部は第1測定光として第1半透鏡26aを透過し、第1反射膜27aで反射された後、再び第1半透鏡26aを透過する。第1測定光は、第1半透鏡26aと第1反射膜27aとの間を往復する間に、第1外圧PO1によって変動する第1測定光路長差F1の距離を進む。
(b) ステップS103で、第1半透鏡26aで反射された第2測定光及び第1測定干渉計5内を往復した第1測定光は、光導波路31、第1スプリッタ21、光導波路32、及び第2スプリッタ22を経て光導波路33で第2測定干渉計15に伝搬される。第2測定干渉計15の第2半透鏡26bで第1測定光の一部は反射される。第2測定光の一部は第2半透鏡26bを透過し、第2反射膜27bで反射された後、再び第2半透鏡26bを透過する。第2測定光は、第2半透鏡26bと第2反射膜27bとの間を往復する間に、第2外圧PO2によって変動する第2測定光路長差F2の距離を進む。
(c) ステップS104で、第2半透鏡26bで反射された第1測定光及び第2測定干渉計15内を往復した第2測定光は、光導波路33及び第2スプリッタ22を経て光導波路34で第3スプリッタ23に伝搬される。第3スプリッタ23で第1及び第2測定光は2方向に分割され、分割された一方の第1及び第2測定光は光導波路35で伝搬され、分割された他方の第1及び第2測定光は光導波路36で伝搬される。ステップS105で参照用光量検出素子151は、光導波路36で伝搬された第1及び第2測定光の上記(38)式で与えられる参照用光量VRを検出する。
(d) ステップS106で、光導波路35で伝搬された第1及び第2測定光は帯域フィルタ3を透過する。帯域フィルタ3を透過することにより、第1及び第2測定光の単色性が向上し、上記(19)式に示すように可干渉距離LC2が差分光路差|F1 - F2|よりも長くなる。 ステップS107で、帯域フィルタ3を透過した第1及び第2測定光は光導波路37で伝搬され、上記(28)式で与えられる測定用光量VMが測定用光量検出素子152で検出される。
(e) ステップS108で信号処理装置7Aの補正機構71Aは測定用光量検出素子152及び参照用光量検出素子151から測定用光量VM及び参照用光量VRを受信する。次に補正機構71Aは上記(39)及び(40)式に示すように、測定用光量VMを参照用光量VRで割って補正された測定用光量VMCを算出する。補正機構71Aは算出した補正された測定用光量VMCをデータ記憶装置170Aの補正量記憶モジュール274Aに保存する。
(f) ステップS109で差圧算出モジュール72Aは、補正量記憶モジュール274Aから補正された測定用光量VMCを読み出す。また差圧算出モジュール72Aは、関係式記憶モジュール275Aから第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と、補正された測定用光量VMCとの関係式を読み出す。次に差圧算出モジュール72Aは、関係式に補正された測定用光量VMCの値を代入し、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を算出する。差圧算出モジュール72Aは、算出した第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を差圧記憶モジュール276Aに保存し、第1の実施の形態に係る差圧測定方法を終了する。
以上示した第1の実施の形態に係る差圧測定システム及び差圧測定方法によれば、上記(28)式で与えられる測定用光量VMを測定することにより、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を測定することが可能となる。さらに光源4の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等によって照射光の照射光量が変動したり、周囲の温度変化等により光導波路30〜37の伝送効率が変動した場合も、上記(39)及び(40)式に示すように、測定用光量VMを参照用光量VRで割って補正された測定用光量VMCを算出することにより、測定値から照射光量及び伝送効率の変動に由来する誤差を除去することが可能となる。そのため、照射光量及び伝送効率の変動に影響されることなく、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を正確に測定することが可能となる。
（第2の実施の形態）
第2の実施の形態に係る差圧測定システムは、図25に示すように、補正機構171が参照用光量検出素子151と光源4とに接続されている。第2の実施の形態に係る補正機構171は、上記(38)式で与えられる参照用光量VRを監視し、参照用光量VRが変動した場合には光源4から照射される照射光の照射光量を調節し、参照用光量VRを一定の値に保つ装置である。補正機構171によって、照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜34, 36の伝送効率の変動は打ち消される。そのため、上記(28)式に含まれる照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜35, 37の伝送効率の変動を表す係数A(LT1)は、下記(42)式に示すように1に補正される。
第2の実施の形態に係る差圧測定システムは、図25に示すように、補正機構171が参照用光量検出素子151と光源4とに接続されている。第2の実施の形態に係る補正機構171は、上記(38)式で与えられる参照用光量VRを監視し、参照用光量VRが変動した場合には光源4から照射される照射光の照射光量を調節し、参照用光量VRを一定の値に保つ装置である。補正機構171によって、照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜34, 36の伝送効率の変動は打ち消される。そのため、上記(28)式に含まれる照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜35, 37の伝送効率の変動を表す係数A(LT1)は、下記(42)式に示すように1に補正される。
VMC = A(LT1)[4 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}]
= [4 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}] …(42)
したがって、測定用光量検出素子152が検出する上記(42)式で与えられる補正機構171で補正された測定用光量VMCは、照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜35, 37の伝送効率の変動に影響されない。結果として、上記(42)式で与えられる補正された測定用光量VMCから、高い精度で第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を測定することが可能となる。
= [4 + γT(F1 - F2)cos{2π(F1 - F2) / λCB}] …(42)
したがって、測定用光量検出素子152が検出する上記(42)式で与えられる補正機構171で補正された測定用光量VMCは、照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜35, 37の伝送効率の変動に影響されない。結果として、上記(42)式で与えられる補正された測定用光量VMCから、高い精度で第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を測定することが可能となる。
次に図26を用いて、第2の実施の形態に係る差圧測定方法について説明する。
(a) ステップS201からステップS204までを、図24のステップS101からステップS104と同様に実施する。次にステップS205で図25に示す参照用光量検出素子151は、光導波路36で伝搬された第1及び第2測定光の上記(38)式で与えられる参照用光量VRを検出する。ステップS206で補正機構171は、参照用光量VRの値が一定であるか否かを監視する。参照用光量VRが変動した場合、補正機構171は参照用光量VRが一定の値に保つよう、光源4から照射される照射光の照射光量を調節する。
(b) ステップS207で、光導波路35で伝搬された第1及び第2測定光は帯域フィルタ3を透過し、上記(19)式に示すように可干渉距離LC2が差分光路差|F1 - F2|よりも長くなる。 ステップS208で、帯域フィルタ3を透過した第1及び第2測定光は光導波路37で伝搬され、上記(42)式で与えられる補正された測定用光量VMCが測定用光量検出素子152で検出される。
(c) ステップS209で信号処理装置7Bの差圧算出モジュール72Bは、測定用光量検出素子152から補正された測定用光量VMCを受信する。また差圧算出モジュール72Bは、関係式記憶モジュール275Bから第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と、補正された測定用光量VMCとの関係式を読み出す。次に差圧算出モジュール72Bは、関係式に補正された測定用光量VMCの測定値を代入し、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を算出する。差圧算出モジュール72Bは、算出した第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を差圧記憶モジュール276Bに保存し、第2の実施の形態に係る差圧測定方法を終了する。
以上示した第2の実施の形態に係る差圧測定システム及び差圧測定方法によれば、照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜35, 37の伝送効率の変動が生じた場合にも、補正機構171が参照用光量VRが一定となるよう、照射光の照射光量を調節する。したがって、測定用光量検出素子152が検出する上記(42)式で与えられる補正された測定用光量VMCは、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を反映する差分光路差|F1 - F2|のみに起因して変動する。そのため、照射光の照射光量の変動及び光導波路30〜35, 37の伝送効率の変動に影響されずに、高い精度で第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を測定することが可能となる。また、測定用光量検出素子152が検出する上記(42)式で与えられる補正された測定用光量VMCから直接第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を算出するため、信号処理装置7Bの負荷を低減させることも可能となる。
（第3の実施の形態）
図27に示す第3の実施の形態に係る差圧測定システムは図1と異なり、第1測定干渉計105及び第2測定干渉計115に透過型のファブリペロ干渉計を使用している。第1測定干渉計105は、図28に示すように、内部に空洞が設けられた第1感圧筐体14aを有する。第1感圧筐体14aには外部から内部の空洞に向かって入力側内部筐体12aが挿入されている。入力側内部筐体12aは光導波路230とフェルール191aを接続している。フェルール191aの端面には第1入力側半透鏡124aが配置されている。また第1感圧筐体14aには外部から内部に向かって入力側内部筐体12aと対向する位置に出力側内部筐体13aが挿入されている。出力側内部筐体13aは光導波路231とフェルール192aを接続している。フェルール192aの端面には第1出力側半透鏡125aが配置されている。ここで、第1感圧筐体14a内部の第1内圧PI1と第1外圧PO1が等しい「定常状態」では第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aとは第1間隔Laを保つ。第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が大きくなったとき、あるいは第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が小さくなったときは、第1感圧筐体14aに撓みが生じ、第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aとの第1間隔Laに変位w1が加わる。
図27に示す第3の実施の形態に係る差圧測定システムは図1と異なり、第1測定干渉計105及び第2測定干渉計115に透過型のファブリペロ干渉計を使用している。第1測定干渉計105は、図28に示すように、内部に空洞が設けられた第1感圧筐体14aを有する。第1感圧筐体14aには外部から内部の空洞に向かって入力側内部筐体12aが挿入されている。入力側内部筐体12aは光導波路230とフェルール191aを接続している。フェルール191aの端面には第1入力側半透鏡124aが配置されている。また第1感圧筐体14aには外部から内部に向かって入力側内部筐体12aと対向する位置に出力側内部筐体13aが挿入されている。出力側内部筐体13aは光導波路231とフェルール192aを接続している。フェルール192aの端面には第1出力側半透鏡125aが配置されている。ここで、第1感圧筐体14a内部の第1内圧PI1と第1外圧PO1が等しい「定常状態」では第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aとは第1間隔Laを保つ。第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が大きくなったとき、あるいは第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が小さくなったときは、第1感圧筐体14aに撓みが生じ、第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aとの第1間隔Laに変位w1が加わる。
光導波路230で第1測定干渉計105に向かって伝搬された広波長帯域の照射光の一部は第1入力側半透鏡124aで反射され、その他は第1入力側半透鏡124aを透過する。第1入力側半透鏡124aを透過した照射光の一部は第1出力側半透鏡125a表面で第1測定光として反射され、一部は第1出力側半透鏡125aを第2測定光として透過する。反射された第1測定光は第1入力側半透鏡124a方向に進行し、第1入力側半透鏡124a表面で再び第1出力側半透鏡125aに向かって反射される。このとき、第1測定光のうち第1出力側半透鏡125aから第1入力側半透鏡124a方向に進行する波長成分と、第1入力側半透鏡124aから第1出力側半透鏡125a方向に進行する波長成分との位相が揃う場合は、光強度は減衰しない。しかし、 第1測定光のうち第1出力側半透鏡125aから第1入力側半透鏡124a方向に進行する波長成分と、第1入力側半透鏡124aから第1出力側半透鏡125a方向に進行する波長成分との位相が揃わない場合は、光強度が減衰する。したがって、第1測定干渉計105が出力する第1測定光は、内部の多重反射で波長成分の位相が揃わない波長帯域の光強度が減衰する。第1測定干渉計105の全体の透過率TS1は、下記(43)式で与えられる。:
TS1={R1T×R2T} /{1+ηR1TR2T -2(ηR1TR2T)1/2cos2φ} …(43)
ここで、R1Tは第1入力側半透鏡124aの反射率、R2Tは第1出力側半透鏡125aの反射率を表す。ηは第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aの間での光損失を表し、上記(7)式で与えられる。
TS1={R1T×R2T} /{1+ηR1TR2T -2(ηR1TR2T)1/2cos2φ} …(43)
ここで、R1Tは第1入力側半透鏡124aの反射率、R2Tは第1出力側半透鏡125aの反射率を表す。ηは第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aの間での光損失を表し、上記(7)式で与えられる。
第2測定光と、第1測定干渉計105内部を往復する間に上記(3)式で与えられる第1測定光路長差F1の距離を進んだ第1測定光は図27に示す光導波路231で第2測定干渉計115に伝搬される。第1及び第2測定光の一部は第2測定干渉計115の第2入力側半透鏡124bを透過する。第2入力側半透鏡124bを透過した第2測定光の一部は第2出力側半透鏡125b表面で反射され、第1測定光の一部は第2出力側半透鏡125bを透過する。第2測定光は、第2測定干渉計115内部を往復する間に上記(9)式で与えられる第2測定光路長差F2の距離を進む。
第2測定干渉計115の第2出力側半透鏡125bを透過した第1及び第2測定光は光導波路232で伝搬され、スプリッタ25に到達する。スプリッタ25には光導波路233, 234のそれぞれが接続されている。スプリッタ25に到達した第1及び第2測定光はスプリッタ25によって2方向に分割され、光導波路233, 234のそれぞれに伝搬される。光導波路233には帯域フィルタ3が接続されている。帯域フィルタ3を透過することにより、第1及び第2測定光の可干渉距離LC2が差分光路差|F1 - F2|よりも長くなる。帯域フィルタ3を透過し、単色性が強まった第1及び第2測定光は、帯域フィルタ3に接続された光導波路235で伝搬される。光導波路235には光導波路235で伝搬された第1及び第2測定光の上記(28)式で与えられる測定用光量VMを検出する測定用光量検出素子152が接続されている。光導波路234には光導波路234で伝搬された第1及び第2測定光の上記(38)式で与えられる参照用光量VRを検出する参照用光量検出素子151が接続されている。信号処理装置7Aが測定用光量VM及び参照用光量VRに基づいて第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を算出する方法は図1及び図24と同様であるので、説明は省略する。以上示したように、第3の実施の形態に係る差圧測定システムによれば、第1及び第2測定干渉計105, 115のそれぞれに透過型のファブリペロ干渉計を用いても、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を高い精度で算出することが可能である。なお、第3の実施の形態においては、図1に示した第1及び第2測定干渉計5, 15のそれぞれを透過型のファブリペロ干渉計に置き換えた場合について説明したが、図25に示した第1及び第2測定干渉計5, 15のそれぞれを透過型のファブリペロ干渉計に置き換えることももちろん可能である。
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば光導波路30〜37には、シングルモードの光ファイバのみならず、マルチモードの光ファイバも使用可能である。また第1及び第2測定干渉計5, 15のそれぞれには、ファブリペロ干渉計のみならず、リング干渉計を使用することも可能である。
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば光導波路30〜37には、シングルモードの光ファイバのみならず、マルチモードの光ファイバも使用可能である。また第1及び第2測定干渉計5, 15のそれぞれには、ファブリペロ干渉計のみならず、リング干渉計を使用することも可能である。
さらに、帯域フィルタ3にはファイバブラッググレーティング、ファブリペロ共振器、及びリング共振器等が使用可能である。ファイバブラッググレーティングは、図29に示すようにコア130aにおいて第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …のそれぞれが波長λの四分の一の長さの周期で配置された構造を有する。第1回折素子63に入射した照射光は、第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …の周期構造により、特定の波長成分のみが選択的に反射される。ここで、第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …の周期構造における平均屈折率をnDとし、周期構造の間隔を格子間隔Λm1とすると、下記(44)式で表される透過光中心波長λCBに光強度のピークを有し、透過光中心波長λCB以外の波長の光強度が減衰した照射光が反射される。
λCB = 4 ×nD ×Λm1 …(44)
図30は、帯域フィルタ3にファイバブラッググレーティングを用いた場合の配置の一例である。光導波路35で伝搬された第1及び第2測定光は、第4スプリッタ24を経て光導波路38でファイバブラッググレーティングである帯域フィルタ3に伝搬される。帯域フィルタ3で単色性を強められた第1及び第2測定光は、光導波路38及び第4スプリッタ24を経て、光導波路39で測定用光量検出素子152に伝搬される。
図30は、帯域フィルタ3にファイバブラッググレーティングを用いた場合の配置の一例である。光導波路35で伝搬された第1及び第2測定光は、第4スプリッタ24を経て光導波路38でファイバブラッググレーティングである帯域フィルタ3に伝搬される。帯域フィルタ3で単色性を強められた第1及び第2測定光は、光導波路38及び第4スプリッタ24を経て、光導波路39で測定用光量検出素子152に伝搬される。
図1に示す帯域フィルタ3に透過型のファブリペロ共振器を用いる場合は、ファブリペロ共振器に含まれる2つの半透鏡の間隔をmを自然数として(1/4+m/2)λCBにすることにより、透過光中心波長λCBの光を透過させることが可能である。図30に示す帯域フィルタ3に反射型のファブリペロ共振器を用いる場合は、ファブリペロ共振器に含まれる半透鏡と反射膜との間隔を1/4λCBにすることにより、透過光中心波長λCBの光を反射させることが可能である。
図31は、帯域フィルタ3にスプリッタ300及び迂回光導波路301を有するリング共振器を用いた場合の配置の一例である。ここで、迂回光導波路301の光路長はmλCBに設定されている。光導波路35で伝搬された第1及び第2測定光は、スプリッタ300で光量比9:1の割合で迂回光導波路301方面と光導波路37方面とに分割される。迂回光導波路301を周回する間に、透過光中心波長λCBの波長成分は多重干渉で光強度が減衰せず、他の波長成分は光強度が減衰する。したがって、リング共振器を通すことによって第1及び第2測定光の単色性を強めることが可能となる。
帯域フィルタ3にファブリペロ共振器やリング共振器を用いると、ファブリペロ共振器に含まれる2つの半透鏡の間隔や迂回光導波路301の光路長を調節することにより、透過光中心波長λCBを変動させることが可能となる。上記(41)式で説明したように、差分光路差の変動範囲|ΔF1 - ΔF2|は透過光中心波長λCBの半分よりも短くなるよう設定されるのが好ましいが、帯域フィルタ3にファブリペロ共振器やリング共振器を用いることにより、差分光路差の変動範囲|ΔF1 - ΔF2|に応じて透過光中心波長λCBを調節することも可能となる。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
F1…第1測定光路長差
F2…第2測定光路長差
La…第1間隔
Lb…第2間隔
M…中心位置
a…半径
w1…変位
3…帯域フィルタ
4…光源
5…第1測定干渉計
7A, 7B…信号処理装置
12a…入力側内部筐体
13a…出力側内部筐体
14a…第1感圧筐体
15…第2測定干渉計
21…第1スプリッタ
22…第2スプリッタ
23…第3スプリッタ
25…スプリッタ
26a…第1半透鏡
26b…第2半透鏡
27a…第1反射膜
27b…第2反射膜
30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 230, 231, 232, 234, 235…光導波路
40a…第1基底部
40b…第2基底部
43a…第1筐体
43b…第2筐体
50a…第1感圧膜
50b…第2感圧膜
60a, 60b…ホルダ
70a, 70b…開放弁
71A, 171…補正機構
72A, 72B…差圧算出モジュール
105…第1測定干渉計
115…第2測定干渉計
124a…第1入力側半透鏡
124b…第2入力側半透鏡
125a…第1出力側半透鏡
125b…第2出力側半透鏡
130a, 130b…コア
131a, 131b…クラッド
151…参照用光量検出素子
152…測定用光量検出素子
160a, 160b…通気孔
170A…データ記憶装置
191a, 192a…フェルール
274A…補正量記憶モジュール
275A, 275B…関係式記憶モジュール
276A, 276B…差圧記憶モジュール
F2…第2測定光路長差
La…第1間隔
Lb…第2間隔
M…中心位置
a…半径
w1…変位
3…帯域フィルタ
4…光源
5…第1測定干渉計
7A, 7B…信号処理装置
12a…入力側内部筐体
13a…出力側内部筐体
14a…第1感圧筐体
15…第2測定干渉計
21…第1スプリッタ
22…第2スプリッタ
23…第3スプリッタ
25…スプリッタ
26a…第1半透鏡
26b…第2半透鏡
27a…第1反射膜
27b…第2反射膜
30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 230, 231, 232, 234, 235…光導波路
40a…第1基底部
40b…第2基底部
43a…第1筐体
43b…第2筐体
50a…第1感圧膜
50b…第2感圧膜
60a, 60b…ホルダ
70a, 70b…開放弁
71A, 171…補正機構
72A, 72B…差圧算出モジュール
105…第1測定干渉計
115…第2測定干渉計
124a…第1入力側半透鏡
124b…第2入力側半透鏡
125a…第1出力側半透鏡
125b…第2出力側半透鏡
130a, 130b…コア
131a, 131b…クラッド
151…参照用光量検出素子
152…測定用光量検出素子
160a, 160b…通気孔
170A…データ記憶装置
191a, 192a…フェルール
274A…補正量記憶モジュール
275A, 275B…関係式記憶モジュール
276A, 276B…差圧記憶モジュール
Claims (18)
- 非干渉性の照射光を照射する光源と、
前記照射光を第１測定光と第２測定光に二分し、前記第１測定光に第１外圧に応じて変動する第１測定光路長差を進ませる第１測定干渉計と、
前記第２測定光に第２外圧に応じて変動する第２測定光路長差を進ませる第２測定干渉計と、
前記第１及び第２測定光の参照用光量を検出する参照用光量検出素子と、
前記第１及び第２測定光路長差の差分光路差によって前記第１及び第２測定光が干渉するよう透過帯域幅が設定された帯域フィルタと、
前記帯域フィルタを透過した前記第１及び第２測定光の測定用光量を検出する測定用光量検出素子と、
前記測定用光量及び前記参照用光量に共通する変動を補正する補正機構と、
前記補正された測定用光量から前記第１及び第２外圧の差圧を逆算する差圧算出モジュール
とを備えることを特徴とする差圧測定システム。 - 前記第１測定光路長差は、前記照射光の可干渉距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の差圧測定システム。
- 前記第２測定光路長差は、前記照射光の可干渉距離よりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の差圧測定システム。
- 前記差分光路差は、前記照射光の可干渉距離よりも長いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
- 前記差分光路差は、前記帯域フィルタを透過した前記第１及び第２測定光の可干渉距離よりも短いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
- 前記差分光路差の変動範囲は、前記帯域フィルタを透過した前記第１及び第２測定光の透過光中心波長の半分よりも短いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
- 前記補正機構は、前記測定用光量を前記参照用光量で割ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
- 前記補正機構は、前記参照用光量の変動を打ち消すよう、前記照射光の照射光量を調節することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
- 前記第１測定干渉計は、
前記第２測定光を反射し、前記第１測定光を透過させる第１半透鏡と、
前記第１半透鏡に対向して前記第１測定光路長差の半分の距離をおいて配置され、前記第１測定光を反射する第１反射膜と、
前記第１反射膜の裏面に配置され、前記第１外圧を受ける第１感圧膜
とを備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の差圧測定システム。 - 前記第２測定干渉計は、
前記第１測定光を反射し、前記第２測定光を透過させる第２半透鏡と、
前記第２半透鏡に対向して前記第２測定光路長差の半分の距離をおいて配置され、前記第２測定光を反射する第２反射膜と、
前記第２反射膜の裏面に配置され、前記第２外圧を受ける第２感圧膜
とを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の差圧測定システム。 - 非干渉性の照射光を照射するステップと、
前記照射光を第１測定光と第２測定光に二分し、前記第１測定光に第１外圧に応じて変動する第１測定光路長差を進ませるステップと、
前記第２測定光に第２外圧に応じて変動する第２測定光路長差を進ませるステップと、
前記第１及び第２測定光の参照用光量を検出するステップと、
前記第１及び第２測定光路長差の差分光路差によって前記第１及び第２測定光が干渉するよう透過帯域幅が設定された帯域フィルタに前記第１及び第２測定光を通すステップと、
前記帯域フィルタを透過した第１及び第２測定光の測定用光量を検出するステップと、
前記測定用光量及び前記参照用光量に共通する変動を補正するステップと、
前記補正された測定用光量から前記第１及び第２外圧の差圧を逆算するステップ
とを含むことを特徴とする差圧測定方法。 - 前記第１測定光路長差は、前記照射光の可干渉距離よりも長いことを特徴とする請求項１１に記載の差圧測定方法。
- 前記第２測定光路長差は、前記照射光の可干渉距離よりも長いことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の差圧測定方法。
- 前記差分光路差は、前記照射光の可干渉距離よりも長いことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の差圧測定方法。
- 前記差分光路差は、前記帯域フィルタを透過した前記第１及び第２測定光の可干渉距離よりも短いことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の差圧測定方法。
- 前記差分光路差の変動範囲は、前記帯域フィルタを透過した前記第１及び第２測定光の透過光中心波長の半分よりも短いことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の差圧測定方法。
- 前記補正するステップは、前記測定用光量を前記参照用光量で割る手順を含むことを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の差圧測定方法。
- 前記補正するステップは、前記参照用光量の変動を打ち消すよう、前記照射光の照射光量を調節する手順を含むことを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の差圧測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005314500A JP2007121140A (ja) | 2005-10-28 | 2005-10-28 | 差圧測定システム及び差圧測定方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005314500A JP2007121140A (ja) | 2005-10-28 | 2005-10-28 | 差圧測定システム及び差圧測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007121140A true JP2007121140A (ja) | 2007-05-17 |
Family
ID=38145144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005314500A Pending JP2007121140A (ja) | 2005-10-28 | 2005-10-28 | 差圧測定システム及び差圧測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2007121140A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1988428A2 (en) | 2007-05-01 | 2008-11-05 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus and image forming method |
| JP2011163982A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Yamatake Corp | 圧力測定システム及び圧力測定方法 |
| WO2014125705A1 (ja) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | シャープ株式会社 | Ａｖ機器 |
-
2005
- 2005-10-28 JP JP2005314500A patent/JP2007121140A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1988428A2 (en) | 2007-05-01 | 2008-11-05 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus and image forming method |
| JP2011163982A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Yamatake Corp | 圧力測定システム及び圧力測定方法 |
| WO2014125705A1 (ja) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | シャープ株式会社 | Ａｖ機器 |
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