JP2007178194A - Differential pressure measurement system and method - Google Patents
Differential pressure measurement system and method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007178194A JP2007178194A JP2005375236A JP2005375236A JP2007178194A JP 2007178194 A JP2007178194 A JP 2007178194A JP 2005375236 A JP2005375236 A JP 2005375236A JP 2005375236 A JP2005375236 A JP 2005375236A JP 2007178194 A JP2007178194 A JP 2007178194A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- pressure
- measurement
- measurement light
- external pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
本発明は圧力測定技術に関し、特に差圧測定システム及び差圧測定方法に関する。 The present invention relates to a pressure measurement technique, and more particularly to a differential pressure measurement system and a differential pressure measurement method.
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干渉縞から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、干渉縞の信号は光路差に依存しない光強度成分の信号に重畳している。そのため、光強度成分の信号に重畳した干渉縞の信号をアナログからデジタル信号に変換すると、デジタル信号の一部のビットのみに干渉縞の信号が割り当てられ、その他のビットには差圧測定には関係のない光強度成分の信号が割り当てられる。したがって、ファブリペロ干渉計の光路差の変化を干渉縞から読み取る方法は、差圧測定のダイナミックレンジが低下するという問題があった。
本発明は、光学的に高いダイナミックレンジ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。 An object of the present invention is to provide a differential pressure measuring system and a differential pressure measuring method capable of measuring a differential pressure with an optically high dynamic range.
本発明の第1の態様によれば、光源と、第1圧力感度で第1外圧に応じて光源が発した照射光の光強度を変化させ、第1測定光として出力する第1センサと、第1圧力感度に対して正負の符号が反対の第2圧力感度で第2外圧に応じて第1測定光の光強度を変化させ、第2測定光として出力する第2センサと、第2測定光の光強度を測定することにより、第1及び第2外圧の差圧を測定する測定モジュールとを備える差圧測定システムが提供される。第2測定光の光強度は第1及び第2外圧の差圧を直接反映している。そのため、本発明の第1の態様に係る差圧測定システムは、第2測定光の光強度を測定することにより、高いダイナミックレンジで第1及び第2外圧の差圧を測定することを可能とする。 According to the first aspect of the present invention, the light source, the first sensor that changes the light intensity of the irradiation light emitted by the light source according to the first external pressure with the first pressure sensitivity, and outputs the first measurement light as the first sensor light; A second sensor that changes the light intensity of the first measurement light in accordance with the second external pressure with a second pressure sensitivity that is opposite in sign to the first pressure sensitivity, and outputs the second measurement light as a second measurement light; A differential pressure measurement system is provided that includes a measurement module that measures the differential pressure between the first and second external pressures by measuring the light intensity of the light. The light intensity of the second measurement light directly reflects the differential pressure between the first and second external pressures. Therefore, the differential pressure measurement system according to the first aspect of the present invention can measure the differential pressure between the first and second external pressures with a high dynamic range by measuring the light intensity of the second measurement light. To do.
本発明の第2の態様によれば、照射光を照射するステップと、第1圧力感度で第1外圧に応じて光源が発した照射光の光強度を変化させ、第1測定光として出力するステップと、第1圧力感度に対して正負の符号が反対の第2圧力感度で第2外圧に応じて第1測定光の光強度を変化させ、第2測定光として出力するステップと、第2測定光の光強度を測定することにより、第1及び第2外圧の差圧を測定するステップとを含む差圧測定方法が提供される。第2測定光の光強度は第1及び第2外圧の差圧を直接反映している。そのため、本発明の第2の態様に係る差圧測定方法は、第2測定光の光強度を測定することにより、高いダイナミックレンジで第1及び第2外圧の差圧を測定することを可能とする。 According to the second aspect of the present invention, the step of irradiating the irradiation light and the light intensity of the irradiation light emitted from the light source according to the first external pressure with the first pressure sensitivity are changed and output as the first measurement light. A step of changing the light intensity of the first measurement light in accordance with the second external pressure with a second pressure sensitivity having a sign opposite to that of the first pressure sensitivity, and outputting the second measurement light as a second measurement light; Measuring a light intensity of the measurement light, and measuring a differential pressure between the first and second external pressures. The light intensity of the second measurement light directly reflects the differential pressure between the first and second external pressures. Therefore, the differential pressure measurement method according to the second aspect of the present invention can measure the differential pressure between the first and second external pressures with a high dynamic range by measuring the light intensity of the second measurement light. To do.
本発明によれば、光学的に高いダイナミックレンジ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。 According to the present invention, it is possible to provide a differential pressure measuring system and a differential pressure measuring method capable of measuring a differential pressure with an optically high dynamic range.
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。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(第1の実施の形態)
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、光源4、第1圧力感度で第1外圧PO1に応じて光源4が発した照射光の光強度を変化させ、第1測定光として出力する第1センサ5、第1圧力感度に対して正負の符号が反対の第2圧力感度で第2外圧PO2に応じて第1測定光の光強度を変化させ、第2測定光として出力する第2センサ15、及び第2測定光の光強度を測定することにより、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定する測定モジュール17Aを備える。
(First embodiment)
Differential pressure measurement system according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, a
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には照射光を伝搬する光ファイバ等の光導波路30が接続されている。光導波路30には、照射光を2方向に分割する第1スプリッタ21が接続されている。第1スプリッタ21には、分割された一方の照射光を伝搬する光導波路31が接続されている。
The
光導波路31には第1センサ5が接続されている。第1センサ5は、図2に示すように、光導波路31の端部から放射された照射光を集光するレンズ等である第1集光部24を有する。第1集光部24は光導波路31の端部に対して第1間隔d1をおいて配置されている。さらに第1センサ5は、第1集光部24の光軸上で第1集光部24の焦点よりも第1集光部24側に移動可能に配置されたダイアフラム等の第1感圧部25を有する。つまり、第1感圧部25は第1集光部24に対し、第1集光部24の焦点距離FL1Iから第1圧力依存距離L1を引いた距離(FL1I - L1)をおいて配置されている。第1感圧部25は第1外圧PO1を受けて第1集光部24の光軸上を移動する。第1感圧部25の移動可能な範囲は、第1集光部24の主面から、第1集光部24の焦点までである。第1外圧PO1が上昇すると第1感圧部25は第1集光部24方向に移動し、第1圧力依存距離L1は長くなる。反対に第1外圧PO1が低下すると第1感圧部25は第1集光部24の焦点方向に移動し、第1圧力依存距離L1が短くなる。また、第1感圧部25の表面には例えばクロム酸化膜等が堆積されており、第1感圧部25は第1集光部24で集光された照射光を反射する。第1感圧部25で反射された照射光は第1集光部24を経て再び光導波路31に第1測定光として入射する。
The first sensor 5 is connected to the
ところで、x-y-z空間のz軸を光軸とした場合、図3に示すような基本ガウシアンビームは下記(1)式で表される。 Incidentally, when the z-axis of the x-y-z space is the optical axis, a basic Gaussian beam as shown in FIG. 3 is expressed by the following equation (1).
E = (2/π)1/2(1/w(z))×exp[-i(kz - φ(z))-r2{(1/w2(z))+(ik / 2R(z))}] …(1)
(1)式において、Eは電場、w(z)は光軸(z)方向におけるビーム半径の関数、iは虚数、kは波数、φ(z)は光軸(z)方向における位相の関数、rは光軸からの距離、R(z)は光軸(z)方向における波面の曲率半径の関数を示す。ビーム半径の関数w(z)は下記(2)式で与えられる。
E = (2 / π) 1/2 (1 / w (z)) × exp [-i (kz-φ (z))-r 2 ((1 / w 2 (z)) + (ik / 2R ( z))}]… (1)
In Eq. (1), E is the electric field, w (z) is the function of the beam radius in the optical axis (z) direction, i is the imaginary number, k is the wave number, and φ (z) is the function of the phase in the optical axis (z) direction. , R is the distance from the optical axis, and R (z) is a function of the radius of curvature of the wavefront in the direction of the optical axis (z). The beam radius function w (z) is given by the following equation (2).
w(z) = w0 {1 + (λz / πw0 2)2}1/2 …(2)
(2)式において、λは波長、w0はビーム半径の最小値である。なお、ビーム半径が最小値w0となる位置をビームウェストと呼ぶ。上記(1)式における波面の曲率半径の関数R(z)は下記(3)式、位相の関数φ(z)は下記(4)式、光軸からの距離rは下記(5)式で与えられる。
w (z) = w 0 {1 + (λz / πw 0 2 ) 2 } 1 / 2 … (2)
In equation (2), λ is the wavelength, and w 0 is the minimum value of the beam radius. A position where the beam radius becomes the minimum value w 0 is called a beam waist. The function R (z) of the radius of curvature of the wavefront in the above equation (1) is the following equation (3), the phase function φ (z) is the following equation (4), and the distance r from the optical axis is the following equation (5). Given.
R(z) = z {1 + (λz / πw0 2)2} …(3)
φ(z) = tan-1 (λz / πw0 2) …(4)
r = (x2 + y2)1/2 …(5)
上記(1)式で与えられるガウシアンビームの複素ビームパラメータq(z)は下記(6)式で与えられる。
R (z) = z {1 + (λz / πw 0 2 ) 2 }… (3)
φ (z) = tan -1 (λz / πw 0 2 )… (4)
r = (x 2 + y 2 ) 1/2 … (5)
The complex beam parameter q (z) of the Gaussian beam given by the above equation (1) is given by the following equation (6).
1 / q(z) = 1 / R(z) - i (λ/ πw2(z)) …(6)
ビームウェスト(z = 0)では波面の曲率半径R(0)が無限大になる。そのため、ビームウェストにおける複素ビームパラメータq(0)は下記(7)式で与えられる。
1 / q (z) = 1 / R (z)-i (λ / πw 2 (z))… (6)
At the beam waist (z = 0), the radius of curvature R (0) of the wave front becomes infinite. Therefore, the complex beam parameter q (0) at the beam waist is given by the following equation (7).
1 / q(0) = 0 - i (λ/ πw2(z))
∴q(0) = i (πw2(0) / λ) …(7)
A, B, C, Dを行列要素とする幾何光学の光線行列で表されるエレメントを通過する前後の複素ビームパラメータをq1, q2と定義すると、それぞれの複素ビームパラメータq1, q2の関係は下記(8)式で与えられる。
1 / q (0) = 0-i (λ / πw 2 (z))
∴q (0) = i (πw 2 (0) / λ)… (7)
If complex beam parameters before and after passing through an element represented by a ray matrix of geometric optics with A, B, C, and D as matrix elements are defined as q 1 and q 2 , respectively, complex beam parameters q 1 and q 2 Is given by the following equation (8).
q2 = (Aq1 + B) / (Cq1 + D) …(8)
また、光線行列で表されるエレメントを通過する前後の光線の光軸からの距離をr1, r2、及び傾きdr/dzをr1', r2'とすると、それぞれの関係は下記(9)式の行列式で与えられる。
Also, assuming that the distance from the optical axis of the light beam before and after passing through the element represented by the light matrix is r 1 , r 2 , and the slope dr / dz is r 1 ′, r 2 ′, the relationship is as follows ( It is given by the determinant of 9).
例えば、図4に示すように光軸(z)方向に間隔dをおいた空間の前後の光線の光軸からの距離r1, r2、及び傾きr1', r2'のそれぞれの関係は、下記(10)式の行列式で与えられる。
図5に示すレンズ29が焦点距離FLの薄肉レンズであると仮定すると、レンズ29に入射する光線の光軸からの距離r1と傾きr1'、及びレンズ29から出射する光線の光軸からの距離r2と傾きr2'のそれぞれの関係は、下記(11)式の行列式で与えられる。
さて、図2に示す光導波路31の端面から放射された照射光は、光導波路31の端面をビームウェストとするガウシアンビームとみなすことが可能である。したがって、光導波路31の端面における照射光の複素ビームパラメータは上記(7)式で与えられる。ここで、光導波路31と第1集光部24とは第1間隔d1をおいて配置されているため、照射光の光線に対する光導波路31と第1集光部24との間の空間は、下記(12)式で与えられる光線行列MI1で表すことができる。また焦点距離FL1Iの第1集光部24を薄肉レンズとみなすと、照射光の光線に対する第1集光部24は下記(13)式で与えられる光線行列MI2で表すことができる。さらに照射光の光線に対する第1集光部24と第1感圧部25との間の空間は、下記(14)式で与えられる光線行列MI3で表すことができる。
第1感圧部25の表面を反射率100%のフラットな鏡面とすると、照射光の光線に対する第1感圧部25は下記(15)式で与えられる光線行列MRで表すことができる。
第1感圧部25で反射された照射光の光線に対する第1感圧部25と第1集光部24との間の空間は、下記(16)式で与えられる光線行列MO1で表すことができる。また第1集光部24の光導波路31側の焦点距離をFL1Oとして、第1感圧部25で反射された照射光の光線に対する第1集光部24は下記(17)式で与えられる光線行列MO2で表すことができる。さらに、第1感圧部25で反射された照射光の光線に対する第1集光部24と光導波路31との間の空間は、下記(18)式で与えられる光線行列MO3で表すことができる。
したがって、光導波路31の端面から放射された照射光が再び光導波路31の端面に到達するまでの空間は、上記(12)乃至(18)式で与えられた光線行列MI1, MI2, MI3, MR, MO1, MO2, MO3の積である下記(19)式で与えられる光線行列MTで表すことができる。
Therefore, the space until the irradiation light emitted from the end face of the
MT = MO3 MO2 MO1 MR MI3 MI2 MI1 …(19)
よって、光導波路31の端部における複素ビームパラメータ及び上記(19)式で与えられる光線行列MTから、第1センサ5内部を往復して再び光導波路31の端部にたどり着いた照射光の複素ビームパラメータを上記(8)式を用いて算出することができる。さらに上記(6)式を用いて、再び光導波路31の端部にたどり着いた照射光のビーム半径を算出することができる。
M T = M O3 M O2 M O1 M R M I3 M I2 M I1 … (19)
Therefore, from the complex beam parameters and ray matrix M T given above (19) at the end of the
図6は、第1集光部24の主面から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)を0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.8mm、0.9mmとした場合の、第1感圧部25で反射された照射光のビーム径を示している。なお、第1集光部24の焦点距離FL1Iは1mmであり、光導波路31の端部を原点(z=0)としている。図6に示すように、第1集光部24の主面から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)が焦点距離FL1I(1mm)に近づくほど、第1感圧部25で反射された照射光のビーム径は小さくなる。
FIG. 6 shows that the distance (FL 1I -L 1 ) from the main surface of the first
仮に、図7に示すように、第1感圧部25が第1集光部24の焦点位置に配置されると、第1感圧部25に入射する照射光の光路と、第1感圧部25から反射された照射光の光路とが全体として一致する。そのため、光導波路31に第1測定光として再入射する照射光のビーム径は最小となり、第1測定光の光強度は最大となる。これに対し第1センサ5の第1感圧部25は、第1集光部24の焦点位置よりも第1集光部24側に配置される。そのため、第1感圧部25から反射された照射光の光路とが全体として一致しない。したがって、光導波路31に再入射する第1測定光の光強度は、第1感圧部25が第1集光部24の焦点位置に配置された場合と比較して弱い。さらに第1外圧PO1が上昇すると、第1感圧部25は第1集光部24に向かって移動し、第1集光部24の焦点位置からより第1集光部24に近づく。そのため、第1集光部24の主面から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)が焦点距離FL1Iと比較してより短くなり、光導波路31に再入射する第1測定光の光強度はさらに弱まる。反対に、第1外圧PO1が低下すると第1感圧部25は第1集光部24の焦点位置に近づく。そのため、第1集光部24の主面から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)が焦点距離FL1Iに近づき、光導波路31に再入射する第1測定光の光強度は強まる。以上説明したように、第1センサ5においては第1外圧PO1が上昇した場合、第1測定光の光強度が弱まり、第1外圧PO1が低下した場合、第1測定光の光強度が強まる。つまり、第1外圧PO1と第1測定光の光強度とは負の相関関係を有するよう、第1センサ5の圧力感度である第1圧力感度が設定されている。
As shown in FIG. 7, when the first
第1センサ5から出力された第1測定光は、光導波路31、第1スプリッタ21に接続された光導波路32によって伝搬され、光導波路32に接続された第2スプリッタ22に到達する。第2スプリッタ22は、第1センサ5の第1測定光を2方向に分割する。第2スプリッタ22には、分割された第1測定光の一方を伝搬する光導波路33が接続されている。光導波路33によって、分割された第1測定光の一方は第2センサ15に伝搬される。
The first measurement light output from the first sensor 5 is propagated through the
第2センサ15は、図8に示すように、光導波路33の端部から放射された第1測定光を集光するレンズ等である第2集光部124を有する。第2集光部124は光導波路33の端部に対して第2間隔d2をおいて配置されている。さらに第2センサ15は、第2集光部124の光軸上で第2集光部124の焦点よりも遠方に移動可能に配置されたダイアフラム等の第2感圧部125を有する。つまり、第2感圧部125は第2集光部124に対し、第2集光部124の焦点距離FL2Iに第2圧力依存距離L2を足した距離(FL2I + L2)をおいて配置されている。第2感圧部125は第2外圧PO2を受けて第2集光部124の光軸上を移動する。第2感圧部125の移動可能な範囲は、第2集光部124の焦点から遠方に向かって焦点距離FL2Iと同じ距離の範囲である。第2外圧PO2が上昇すると第2感圧部125は焦点方向に移動し、第2圧力依存距離L2が短くなる。反対に第2外圧PO2が低下すると第2感圧部125は第2集光部124の焦点からより遠ざかる方向に移動し、第2圧力依存距離L2が長くなる。また、第2感圧部125の表面には例えばクロム酸化膜等が堆積されており、第2感圧部125は第2集光部124で集光された第1測定光を反射する。第2感圧部125で反射された第1測定光は第2集光部124を経て再び光導波路33に第2測定光として入射する。
As shown in FIG. 8, the second sensor 15 includes a second condensing unit 124 that is a lens or the like that condenses the first measurement light emitted from the end of the
ここで、第2センサ15の第2感圧部125は、第2集光部124に対し焦点位置より遠方に配置される。したがって、光導波路33に再入射する第2測定光の光強度は、図7で説明したように、第2感圧部125が第2集光部124の焦点位置に配置された場合と比較して弱い。しかし、第2外圧PO2が上昇すると第2感圧部125は第2集光部124の焦点位置に近づく。そのため、第2集光部124の主面から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)が焦点距離FL2Iに近づき、光導波路33に再入射する第2測定光の光強度は強まる。反対に、第2外圧PO2が低下すると第2感圧部125は第2集光部124の焦点からより遠ざかる。そのため、第2集光部124の主面から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)が焦点距離FL2Iと比較してより長くなり、光導波路33に再入射する第2測定光の光強度は弱まる。図9に示すように、第1センサ5においては第1外圧PO1が上昇した場合、第1測定光の光強度が弱まるよう、第1圧力感度が設定されているのに対し、第2センサ15においては第2外圧PO2が上昇した場合、第2測定光の光強度が強まり、第2外圧PO2が低下した場合、第2測定光の光強度が弱まる。つまり、第2外圧PO2と第2測定光の光強度とが正の相関関係を有するよう、第2センサ15の圧力感度である第2圧力感度が設定されている。したがって、第1圧力感度と第2圧力感度とは正負の符号が反対の関係を有している。
Here, the second pressure sensing unit 125 of the second sensor 15 is disposed farther from the focal position than the second light collecting unit 124. Therefore, the light intensity of the second measurement light re-entering the
図10は、第1センサ5の第1集光部24の主面から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)、第2センサ15の第2集光部124の主面から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)、及び第2測定光の光強度の関係を示している。第1センサ5において、第1集光部24から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)が長くなり焦点距離FL1Iに近づくほど、第2測定光の光強度は強くなる。また第2センサ15において、第2集光部124から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)が短くなり焦点距離FL2Iに近づくほど、第2測定光の光強度は強くなる。図11は、第1圧力依存距離L1及び第2圧力依存距離L2の差Δ(L1-L2)と、第2測定光の光強度との関係を示している。差Δ(L1-L2)が大きいほど第2測定光の光強度は弱まり、差Δ(L1-L2)が小さいほど第2測定光の光強度は強まる。
FIG. 10 shows the distance (FL 1I -L 1 ) from the main surface of the first
図1に示す第2センサ15から出力される第2測定光は、第2スプリッタ22に接続された光導波路34で受光素子151に伝搬される。受光素子151は、光導波路34で伝搬された第2測定光を受光し、第2測定光の光強度を測定する。受光素子151には信号処理装置7Aが接続されており、測定された第2測定光の光強度は信号処理装置7Aに伝達される。測定モジュール17Aは信号処理装置7Aに含まれている。測定モジュール17Aが2測定光の光強度を測定することにより、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定する原理を以下説明する。
The second measurement light output from the second sensor 15 shown in FIG. 1 is propagated to the light receiving element 151 through the
図12は、第1センサ5の第1集光部24の主面から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)と、第1センサ5の反射率との関係を示している。ここで第1センサ5の「反射率」とは、第1センサ5が出力する第1測定光の光強度を、第1センサ5に入射する照射光の光強度で割った値である。また図12は、第2センサ15の第2集光部124の主面から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)と、第2センサ15の反射率との関係を示している。ここで第2センサ15の「反射率」とは、第2センサ15が出力する第2測定光の光強度を、第2センサ15に入射する第1測定光の光強度で割った値である。さらに図12は、第1及び第2センサ5, 15のそれぞれの反射率と、受光素子151が受光する第2測定光の光強度との関係を示している。なお、第1集光部24の焦点距離FL1I及び第2集光部124の焦点距離FL2Iのそれぞれは1mmである。
FIG. 12 shows the relationship between the distance (FL 1I -L 1 ) from the main surface of the first
初期状態で第1集光部24から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)が0.5mmであり、第2集光部124から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)が1.5mmであるとする。この場合、第1センサ5の反射率は0.809であり、第2センサ15の反射率は0.832である。また、第2測定光の光強度は0.673である。第1外圧PO1が低下し、第1集光部24から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)が0.6mmになると、第1測定光の光強度が強まる。そのため第1センサ5の反射率は上昇し、0.817になる。同時に第2外圧PO2が第1外圧PO1との差圧を一定に保ったまま低下すると、第2集光部124から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)が1.6mmになる。すると第2測定光の光強度が弱まるため第2センサ15の反射率は低下し、0.825になる。この場合、第1センサ5の反射率は上昇するものの、第2センサ15の反射率が低下するため、第2測定光の光強度は0.673のままである。以後同様に第1外圧PO1及び第2外圧PO2のそれぞれが差圧を一定に保ったまま低下すると、第1センサ5の反射率の上昇と、第2センサ15の反射率の低下が同時に生じる。そのため、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧が一定である限り、第2測定光の光強度は0.673を維持し続ける。反対に、第1外圧PO1及び第2外圧PO2のそれぞれが差圧を一定に保ったまま上昇する場合も、第2測定光の光強度は変化しない。したがって、測定モジュール17Aは第2測定光の光強度が一定であれば、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧が一定であると判定する。
In the initial state, the distance from the
図13においては、初期状態で第1集光部24から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)が0.8mmであり、第2集光部124から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)が1.5mmであるとする。この場合、第1センサ5の反射率は0.828であり、第2センサ15の反射率は0.83である。また、第2測定光の光強度は0.69である。第1外圧PO1が上昇し、第1集光部24から第1感圧部25までの距離(FL1I - L1)が0.7mmになると、第1測定光の光強度が弱まる。そのため第1センサ5の反射率は低下し、0.823になる。同時に第2外圧PO2が低下すると、第2集光部124から第2感圧部125までの距離(FL2I + L2)が1.6mmになる。すると第2測定光の光強度が弱まるため第2センサ15の反射率は低下し、0.825になる。この場合、第1センサ5及び第2センサ15の両方の反射率が低下するため、第2測定光の光強度は0.676に弱まる。以後同様に、第1外圧PO1が上昇し、第2外圧PO2が低下することにより差圧を広がっていくと、第2測定光の光強度はさらに弱まる。反対に、第1外圧PO1が低下し、第2外圧PO2が上昇することにより差圧が狭まっていくと、第2測定光の光強度は強まっていく。なお、第1外圧PO1が上昇し第2外圧PO2が一定である場合は、第2測定光の光強度は弱まる。また第1外圧PO1が一定で第2外圧PO2が上昇する場合は、第2測定光の光強度は強まる。したがって、第2測定光の光強度が変化した場合、測定モジュール17Aは第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧が変化したと判定する。
In FIG. 13, in the initial state, the distance (FL 1I -L 1 ) from the first
さらに、例えば、予め第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と、第2測定光の光強度との関係式あるいは対比表等を取得しておけば、測定された第2測定光の光強度を関係式に代入し、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に接続されたデータ記憶装置170Aは、測定モジュール17Aが第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を算出する場合に使用する、予め取得された第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と、第2測定光の光強度との関係式等を保存する。
Furthermore, for example, in advance and the differential pressure of the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2, if acquires a relational expression or a comparison table or the like between the light intensity of the second measurement light, a second measurement light measured It is possible to calculate the differential pressure between the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 by substituting the above light intensity into the relational expression.
従来の差圧測定システムにおいては、第2測定光を2方向に分割して干渉計で干渉させ、干渉計で形成された干渉縞をコンピュータで解析することにより第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を求めていた。そのため、干渉縞位置の同定等に処理時間がかかるという問題があった。これに対し、第1の実施の形態に係る差圧測定システムは、第2測定光の光強度を測定することにより第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を測定しており、干渉縞の同定等の複雑な処理を必要としない。また従来の差圧測定システムで測定される干渉縞の信号は、光路差に依存しない光強度成分の信号に重畳していた。そのため、差圧の測定に必要な干渉縞の信号のダイナミックレンジが低いという問題があった。これに対し、第1の実施の形態に係る差圧測定システムで計測される第2測定光の光強度は、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を直接反映している。そのため、高いダイナミックレンジで第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を測定可能であり、僅かな差圧の変化も正確に測定することが可能となる。なお、光導波路30, 31, 32, 33, 34のそれぞれについては、シングルモード又はマルチモードの光ファイバ等が使用可能である。第1スプリッタ21及び第2スプリッタ22のそれぞれには、光ファイバカプラ、ハーフミラー、又は薄膜導波路分岐装置等が使用可能である。
In the conventional differential pressure measurement system, the first measurement pressure P O1 and the second measurement pressure are obtained by dividing the second measurement light in two directions and causing interference with an interferometer, and analyzing the interference fringes formed by the interferometer with a computer. The pressure difference with P O2 was obtained. For this reason, there is a problem that it takes time to identify the interference fringe position. In contrast, the differential pressure measurement system according to the first embodiment measures the differential pressure between the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 by measuring the light intensity of the second measurement light. No complicated processing such as identification of interference fringes is required. Further, the interference fringe signal measured by the conventional differential pressure measurement system is superimposed on the light intensity component signal that does not depend on the optical path difference. Therefore, there has been a problem that the dynamic range of the interference fringe signal necessary for measuring the differential pressure is low. In contrast, the light intensity of the second measurement light measured by the differential pressure measurement system according to the first embodiment directly reflects the differential pressure between the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 . . Therefore, the differential pressure between the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 can be measured with a high dynamic range, and a slight change in differential pressure can be measured accurately. For each of the
次に図14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。 Next, the differential pressure measurement method according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
(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で照射光は、光導波路30及び第1スプリッタ21を経て、光導波路31で第1センサ5に伝搬される。ステップS103で、光導波路31の端部から照射された照射光を、第1センサ5の第1集光部24で集光する。
(a) In step S101, irradiation light in a wide wavelength band is irradiated onto the
(b) ステップS104で、第1集光部24の焦点よりも近くに配置され、第1外圧PO1に応じて第1集光部24の光軸上を移動する第1感圧部25で、集光された照射光を反射する。ステップS105で、反射された照射光を第1集光部24で集光し、集光された照射光は第1測定光として再び光導波路31に入射する。第1感圧部25は第1集光部24の焦点よりも近くに配置されているため、第1外圧PO1と第1測定光の光強度とは負の相関関係を有する。
In (b) step S104, than the focal point of the
(c) ステップS106で、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センサ15に伝搬される。ステップS107で、光導波路33の端部から照射された第1測定光を、第2センサ15の第2集光部124で集光する。
(c) In step S106, the first measurement light is propagated to the second sensor 15 through the
(d) ステップS108で、第2集光部124の焦点よりも遠くに配置され、第2外圧PO2に応じて第2集光部124の光軸上を移動する第2感圧部125で、集光された第1測定光を反射する。ステップS109で、反射された第1測定光を第2集光部124で集光し、集光された第1測定光は第2測定光として再び光導波路33に入射する。第2感圧部125は第2集光部124の焦点よりも遠くに配置されているため、第2外圧PO2と第2測定光の光強度とは正の相関関係を有する。
(d) in step S108, is located farther than the focal point of the second condensing section 124, the second pressure sensing 125 which moves on the optical axis of the second condensing section 124 in response to the second external pressure P O2 The collected first measurement light is reflected. In step S109, the reflected first measurement light is collected by the second light collecting unit 124, and the collected first measurement light is incident on the
(e) ステップS110で、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で受光素子151に伝搬される。受光素子151は第2測定光を受光し、第2測定光の光強度を測定する。受光素子151は、第2測定光の光強度を信号処理装置7Aの測定モジュール17Aに電気的に送信する。
(e) In step S 110, the second measurement light is propagated to the light receiving element 151 through the
(f) ステップS111で測定モジュール17Aは、予め取得された第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と、第2測定光の光強度との関係式をデータ記憶装置170Aから読み出す。次に、測定モジュール17Aは関係式に第2測定光の光強度の測定値を代入し、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を算出して第1の実施の形態に係る差圧測定方法を終了する。
(f)
以上示した第1の実施の形態に係る差圧測定方法によれば、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を直接反映する第2測定光の光強度から第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧が測定される。そのため、高いダイナミックレンジで第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を測定することが可能となる。 According to the differential pressure measurement method according to the first embodiment described above, the first external pressure P is calculated from the light intensity of the second measurement light that directly reflects the differential pressure between the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2. A differential pressure between O1 and the second external pressure P O2 is measured. Therefore, it is possible to measure the differential pressure between the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 with a high dynamic range.
(第1の実施の形態の変形例)
第1の実施の形態においては、第1外圧PO1と第1測定光の光強度とが「負」の相関関係を有するよう図1に示す第1センサ5の第1圧力感度が設定され、第2外圧PO2と第2測定光の光強度とが「正」の相関関係を有するよう第2センサ15の第2圧力感度が設定された例を説明した。これに対し、第1外圧PO1と第1測定光の光強度とが「正」の相関関係を有するよう第1センサ5の第1圧力感度が設定され、第2外圧PO2と第2測定光の光強度とが「負」の相関関係を有するよう第2センサ15の第2圧力感度が設定されてもよい。
(Modification of the first embodiment)
In the first embodiment, the first pressure sensitivity of the first sensor 5 shown in FIG. 1 is set so that the first external pressure PO1 and the light intensity of the first measurement light have a `` negative '' correlation, An example has been described in which the second pressure sensitivity of the second sensor 15 is set so that the second external pressure PO2 and the light intensity of the second measurement light have a “positive” correlation. On the other hand, the first pressure sensitivity of the first sensor 5 is set so that the first external pressure P O1 and the light intensity of the first measurement light have a “positive” correlation, and the second external pressure P O2 and the second measurement The second pressure sensitivity of the second sensor 15 may be set so that the light intensity of light has a “negative” correlation.
具体的には、第1の実施の形態の変形例に係る第1センサ5の第1感圧部25は、図15に示すように、第1集光部24に対して第1集光部24の焦点距離FL1Iに第1圧力依存距離L1を足した距離(FL1I + L1)をおいて配置されている。第1外圧PO1が上昇すると第1感圧部25は第1集光部24の焦点に向かって移動し、第1圧力依存距離L1は短くなる。そのため、第1測定光の光強度は強まる。反対に第1外圧PO1が低下すると第1感圧部25は第1集光部24の焦点から遠ざかる方向に移動し、第1圧力依存距離L1が長くなる。そのため、第1測定光の光強度は弱まる。
Specifically, the first pressure-sensing
また、第1の実施の形態の変形例に係る第2センサ15の第2感圧部125は、第2集光部124に対して第2集光部124の焦点距離FL2Iから第2圧力依存距離L2を引いた距離(FL2I - L2)をおいて配置されている。第2外圧PO2が上昇すると第2感圧部125は第2集光部124に向かって移動し、第2圧力依存距離L2は長くなる。そのため、第2測定光の光強度は弱まる。反対に第2外圧PO2が低下すると第2感圧部125は第2集光部124の焦点に向かって移動し、第2圧力依存距離L2が短くなる。そのため、第2測定光の光強度は強まる。 Further, the second pressure sensing unit 125 of the second sensor 15 according to the modification of the first embodiment is configured so that the second pressure from the focal length FL 2I of the second light collecting unit 124 with respect to the second light collecting unit 124. They are arranged at a distance (FL 2I -L 2 ) obtained by subtracting the dependency distance L 2 . When the second external pressure P O2 is increased second pressure sensing 125 is moved toward the second condenser section 124, a second pressure-dependent distance L 2 is longer. Therefore, the light intensity of the second measurement light is weakened. When the second external pressure P O2 is decreased second pressure sensing 125 is moved toward the focal point of the second condensing section 124 in the opposite, second pressure-dependent distance L 2 becomes shorter. Therefore, the light intensity of the second measurement light is increased.
第1の実施の形態の変形例においても、第2圧力感度が第1圧力感度に対して正負の符号が反対の感度を有している。そのため、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧が一定である限り、第1外圧PO1及び第2外圧PO2が変化しても第2測定光の光強度は一定となる。したがって、第1外圧PO1及び第2外圧PO2のそれぞれの値が変化しても、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第1の実施の形態の変形例においても可能となる。 Also in the modification of the first embodiment, the second pressure sensitivity has a sensitivity that is opposite in sign to the first pressure sensitivity. Therefore, as long as the differential pressure of the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 it is constant, even if the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 is varied light intensity of the second measurement light is constant. Therefore, even if respective values of the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 is varied, to accurately measure the differential pressure of the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 first embodiment This is also possible in the modified example.
(第2の実施の形態)
図17に示す第2の実施の形態に係る光源204は図1の光源4と同様である。光源204から照射された照射光は、光導波路130で第1センサ105に伝搬される。図18に示すように、第2の実施の形態に係る第1センサ105は、第1外圧PO1を受ける第1感圧部225を有する。第1感圧部225は、光導波路130の端部から放射された照射光の入射角が30度となるように配置されている。また第1感圧部225の法線方向において、第1感圧部225と光導波路130とは初期状態で第1放射距離H1をおいて配置されている。第1外圧PO1が上昇した場合、図19に示すように、第1感圧部225は初期状態から第1圧力依存距離L1が第1感圧部225の法線方向において正に増加するよう移動する。そのため、第1感圧部225と光導波路130との間隔は第1放射距離H1から第1圧力依存距離L1を引いた距離(H1 - L1)となる。第1外圧PO1が低下した場合、第1感圧部225は第1圧力依存距離L1が第1感圧部225の法線方向において減少するよう移動する。
(Second embodiment)
The light source 204 according to the second embodiment shown in FIG. 17 is the same as the
第1感圧部225で反射された照射光が第1測定光として入射する光導波路131は光導波路130に隣接して配置される。光導波路130, 131のそれぞれの断面の直径をQとすると、光導波路130の端面の中心と、光導波路131の端面の中心との間隔は、第1感圧部225の主面と平行方向において直径Qの2倍の長さに相当する。ここで、図18に示すように第1圧力依存距離L1が0の場合、反射された照射光の光強度のピークは光導波路130の端面の中心から、第1感圧部225の主面と平行方向において直径Qの1.5倍の距離をおいた点に現れるよう、設定されている。したがって、図20に示すように、光導波路131に入射する第1測定光は、照射光のうち光強度がピークとなる光軸上の光成分を含まない。ここで第1外圧PO1が上昇し、図19に示すように第1圧力依存距離L1が増加して第1感圧部225が光導波路130, 131に近づくと、図21に示すように第1感圧部225で反射された照射光の光強度のピークが現れる位置は光導波路131から遠ざかる。反対に、第1外圧PO1が低下し、第1圧力依存距離L1が減少して第1感圧部225が光導波路130, 131から遠ざかると、第1感圧部225で反射された照射光の光強度のピークが現れる位置は光導波路131に近づく。
The
したがって、第1センサ105においては第1外圧PO1が上昇した場合、第1測定光の光強度が弱まり、第1外圧PO1が低下した場合、第1測定光の光強度が強まる。つまり、第1外圧PO1と第1測定光の光強度とは負の相関関係を有するよう、第1センサ105の圧力感度である第1圧力感度が設定されている。換言すれば、図22に示すように、第1外圧PO1が上昇するほど第1センサ105の全体の反射率は低下し、第1外圧PO1が低下するほど第1センサ105の全体の反射率は上昇する。 Accordingly, in the first sensor 105, when the first external pressure P O1 increases, the light intensity of the first measurement light decreases, and when the first external pressure P O1 decreases, the light intensity of the first measurement light increases. That is, the first pressure sensitivity, which is the pressure sensitivity of the first sensor 105, is set so that the first external pressure PO1 and the light intensity of the first measurement light have a negative correlation. In other words, as shown in FIG. 22, the reflectance of the whole of the first sensor 105 as the first external pressure P O1 is increased is reduced, the overall reflection of the first sensor 105 as the first external pressure P O1 is reduced The rate goes up.
第1測定光は図17に示す光導波路131で第2センサ115に伝搬される。図23に示すように、第2の実施の形態に係る第2センサ115は、第2外圧PO2を受ける第2感圧部325を有する。第2感圧部325は、光導波路131の端部から放射された第1測定光の入射角が30度となるように配置されている。また第2感圧部325の法線方向において、第2感圧部325と光導波路131とは初期状態で第2放射距離H2をおいて配置されている。第2放射距離H2は第1放射距離H1と同じでもよい。第2外圧PO2が上昇した場合、図24に示すように、第2感圧部325は初期状態から第2圧力依存距離L2が第2感圧部325の法線方向において正に増加するよう移動する。そのため、第2感圧部325と光導波路131との間隔は第2放射距離H2から第2圧力依存距離L2を引いた距離(H2 - L2)となる。第2外圧PO2が低下した場合、第2感圧部325は第2圧力依存距離L2が第2感圧部325の法線方向において減少するよう移動する。なお、第1外圧PO1に対する第1圧力依存距離L1の比と、第2外圧PO2に対する第2圧力依存距離L2の比とは等しくなるよう設定されている。
The first measurement light is propagated to the second sensor 115 through the
第2感圧部325で反射された第1測定光が第2測定光として入射する光導波路132は光導波路131に隣接して配置される。光導波路131, 132のそれぞれの断面の直径をQとすると、光導波路131の端面の中心と、光導波路132の端面の中心との間隔は、第2感圧部325の主面と平行方向において直径Qと等しい長さである。ここで、図23に示すように第2圧力依存距離L2が0の場合、反射された第1測定光の光強度のピークは光導波路131の端面の中心から、第2感圧部325の主面と平行方向において直径Qの1.5倍の距離をおいた点に現れるよう、設定されている。したがって、図25に示すように、光導波路132に入射する第2測定光は、第1測定光のうち光強度がピークとなる光軸上の光成分を含まない。ここで第2外圧PO2が上昇し、図24に示すように第2圧力依存距離L2が増加して第2感圧部325が光導波路131, 132に近づくと、図26に示すように第2感圧部325で反射された第1測定光の光強度のピークが現れる位置は光導波路132に近づく。反対に、第2外圧PO2が低下し、第2圧力依存距離L2が減少して第2感圧部325が光導波路131, 132から遠ざかると、第2感圧部325で反射された第1測定光の光強度のピークが現れる位置は光導波路132から遠ざかる。
The
したがって、第2センサ115においては第2外圧PO2が上昇した場合、第2測定光の光強度が強まり、第2外圧PO2が低下した場合、第2測定光の光強度が弱まる。つまり、第2外圧PO2と第2測定光の光強度とは正の相関関係を有するよう、第2センサ115の圧力感度である第2圧力感度が設定されている。換言すれば、図27に示すように、第2外圧PO2が上昇するほど第2センサ115の全体の反射率は上昇し、第2外圧PO2が低下するほど第2センサ115の全体の反射率は低下する。したがって、図28に示すように、第1圧力感度と第2圧力感度とは正負の符号が反対の関係を有している。 Therefore, in the second sensor 115, when the second external pressure P O2 increases, the light intensity of the second measurement light increases, and when the second external pressure P O2 decreases, the light intensity of the second measurement light decreases. That is, the second pressure sensitivity, which is the pressure sensitivity of the second sensor 115, is set so that the second external pressure PO2 and the light intensity of the second measurement light have a positive correlation. In other words, as shown in FIG. 27, the reflectance of the entire second sensor 115 as the second external pressure P O2 rises rises, the overall reflection of the second sensor 115 as the second external pressure P O2 is reduced The rate drops. Therefore, as shown in FIG. 28, the first pressure sensitivity and the second pressure sensitivity have a relationship in which positive and negative signs are opposite to each other.
図29に示すように、第1外圧PO1が上昇し、第1圧力依存距離L1が長くなるほど第2測定光の光強度は弱まる。これに対し、第2外圧PO2が上昇し、第2圧力依存距離L2が長くなるほど第2測定光の光強度は強まる。しかし、第1圧力依存距離L1と第2圧力依存距離L2との差(L1 - L2)が一定である限り、図30に示すように第1圧力依存距離L1及び第2圧力依存距離L2のそれぞれが変動しても、第2測定光の光強度は変化しない。したがって、第2測定光の光強度は、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を正確に反映する。 As shown in FIG. 29, the first external pressure P O1 is increased, the light intensity of the second measuring beam as the first pressure-dependent distance L 1 is longer weakens. In contrast, the second external pressure P O2 is increased, the light intensity of the second pressure-dependent distance L approximately two longer second measuring light intensified. However, the difference between the first pressure-dependent distance L 1 and the second pressure-dependent distance L 2 (L 1 - L 2) as long as the constant, the first pressure-dependent distance L 1 and the second pressure as shown in FIG. 30 It is varied each dependent distance L 2 is, the light intensity of the second measuring beam is not changed. Therefore, the light intensity of the second measurement light accurately reflects the differential pressure between the first external pressure P O1 and the second external pressure P O2 .
第2測定光は光導波路132で受光素子251に伝搬される。受光素子251は第2測定光を受光し、第2測定光の光強度を信号処理装置7Aに電気的に送信する。信号処理装置7Aの測定モジュール17Aが第2測定光の光強度から第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を算出する方法は、第1の実施の形態と同様であるので説明は省略する。なお、第1外圧PO1と第1測定光の光強度とが「正」の相関関係を有するよう図17に示す第1センサ105の第1圧力感度を設定し、第2外圧PO2と第2測定光の光強度とが「負」の相関関係を有するよう第2センサ115の第2圧力感度が設定してもよい。
The second measurement light is propagated to the light receiving element 251 through the
次に図31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。 Next, a differential pressure measurement method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
(a) ステップS201で、照射光を図17に示す光源204から光導波路130に照射する。ステップS202で照射光は、光導波路130で第1センサ105に伝搬される。照射光は、光導波路130の端部から放射される。ステップS203で、第1外圧PO1に応じて移動する第1感圧部225で照射光を反射する。ステップS204で、反射された照射光は第1測定光として光導波路131に入射する。光導波路131は光導波路130に対し、初期状態で反射された照射光の光強度のピークが現れる位置よりも遠くに配置されているため、第1外圧PO1と第1測定光の光強度とは負の相関関係を有する。
(a) In step S201, irradiation light is irradiated onto the
(b) ステップS205で、第1測定光は光導波路131で第2センサ115に伝搬される。第1測定光は、光導波路131の端部から放射される。ステップS206で、第2外圧PO2に応じて移動する第2感圧部325で第1測定光を反射する。ステップS207で、反射された第1測定光は第2測定光として光導波路132に入射する。光導波路132は光導波路131に対し、初期状態で反射された第1測定光の光強度のピークが現れる位置よりも近くに配置されているため、第2外圧PO2と第2測定光の光強度とは正の相関関係を有する。
(b) In step S205, the first measurement light is propagated to the second sensor 115 through the
(c) ステップS208で、第2測定光は光導波路132で受光素子251に伝搬される。受光素子251は第2測定光を受光し、第2測定光の光強度を測定する。受光素子251は、第2測定光の光強度を信号処理装置7Aの測定モジュール17Aに電気的に送信する。その後、ステップS209を図14のステップS111と同様に実施して、第2の実施の形態に係る差圧測定方法を終了する。
(c) In step S208, the second measurement light is propagated to the light receiving element 251 through the
(第2の実施の形態の変形例)
図32に示すように、光導波路130から放射された照射光を集光するレンズ等の第1集光部301を、光導波路130と第1感圧部225との間に配置してもよい。第1集光部301を配置することにより照射光が集光され、第1感圧部225で反射された照射光の図20に示した光強度の広がりが狭まる。そのため第1感圧部225の移動に伴う第1測定光の光強度の変化量が大きくなり、より高い感度で第1外圧PO1の変化を検出することが可能となる。この場合、第2センサ115においても、図33に示すように、光導波路131から放射された第1測定光を集光するレンズ等の第2集光部302を、光導波路131と第2感圧部325との間に配置するとよい。
(Modification of the second embodiment)
As shown in FIG. 32, a
(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、第1の実施の形態においては、図2に示すように、第1センサ5の第1集光部24を光導波路31から第1間隔d1をおいて配置されている。これに対し、光ファイバ等の光導波路31の端部をレンズ状に研磨することにより、光導波路31の端部に第1集光部24を設けてもよい。同様に図8に示す第2センサ15においても、光ファイバ等の光導波路33の端部をレンズ状に研磨することにより、光導波路33の端部に第2集光部124を設けてもよい。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques should be apparent to those skilled in the art. For example, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the first
また、光導波路31の材料の屈折率と、空気等の光導波路31の周囲の媒体の屈折率との差に起因して、光導波路31の端部においてフレネル反射が生じ得る。フレネル反射した照射光は、光導波路31を第1スプリッタ21に向かって進行する。したがって、フレネル反射した照射光と第1センサ5から出力された第1測定光の間には、光導波路31の端部と第1感圧部25との間隔に比例する位相差が生じる。光導波路31の端部と第1感圧部25との間の往復距離が照射光のコヒーレンス長以内であると、フレネル反射した照射光と第1測定光とは干渉する。そのため干渉縞が生じ、第2測定光の光強度測定の誤差要因となりうる。光導波路33の端部においても同様である。干渉を防止するためには、光導波路31の端部と第1感圧部25との間の往復距離及び光導波路33の端部と第2感圧部125との間の往復距離のそれぞれを、照射光のコヒーレンス長以上にする。さらに、光導波路31の端部と第1感圧部25との間の往復距離と、光導波路33の端部と第2感圧部125との間の往復距離との差も照射光のコヒーレンス長以上にする。あるいは、光導波路31, 33のそれぞれの端部を開口数に基づいて斜め研磨処理することや、光導波路31, 33のそれぞれの端部に反射防止膜を堆積することによっても、干渉を防止することが可能となる。
Further, Fresnel reflection can occur at the end of the
また、光導波路31の端部と第1感圧部25との間の1度往復した照射光と、2度往復した照射光も、光導波路31の端部と第1感圧部25との間の往復距離に相当する光路差により干渉しうる。図34は、第1測定光の光強度の実測値と、干渉を無視した場合の理論値との差を理論値で割った値をエラーとして、光路差のスキャン量とエラーとの関係を示したグラフである。光導波路31の端部に反射防止処理をしなかった場合、干渉により光路差のスキャン量に応じてエラーが生じている。これに対し、光導波路31の端部を斜め研磨して干渉を防止した場合、エラーはほぼ0%になる。
In addition, the irradiation light reciprocated once between the end portion of the
さらに第2の実施の形態においては、第1センサ105において光導波路130と光導波路131との間隔を2Qとし、第2センサ115において光導波路131と光導波路132との間隔をQとすることにより、第1圧力感度及び第2圧力感度のそれぞれで定義される圧力と光強度との相関関係の正負を逆にすることを説明した。これに対し、第2センサ115において光導波路131と光導波路132との間隔を第1センサ105と同じくQとし、第2放射距離H2を第1放射距離H1の2倍とすること等によっても、第1圧力感度及び第2圧力感度のそれぞれで定義される圧力と光強度との相関関係の正負を逆にすることが可能である。
Furthermore, in the second embodiment, the interval between the
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。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters in the scope of claims reasonable from this disclosure.
4, 204…光源
5, 105…第1センサ
7A…信号処理装置
15, 115…第2センサ
17A…測定モジュール
21…第1スプリッタ
22…第2スプリッタ
24, 301…第1集光部
25, 225…第1感圧部
29…レンズ
30, 31, 32, 33, 34, 130, 131, 132…光導波路
124, 302…第2集光部
125, 325…第2感圧部
151, 251…受光素子
170A…データ記憶装置
4, 204… Light source
5, 105 ... 1st sensor
7A ... Signal processing device
15, 115… Second sensor
17A… Measurement module
21 ... 1st splitter
22 ... Second splitter
24, 301 ... 1st condensing part
25, 225 ... 1st pressure sensing part
29 ... Lens
30, 31, 32, 33, 34, 130, 131, 132… optical waveguide
124, 302… Second light collector
125, 325 ... 2nd pressure sensing part
151, 251 ... Light receiving element
170A ... Data storage device
Claims (18)
第1圧力感度で第1外圧に応じて前記光源が発した照射光の光強度を変化させ、第1測定光として出力する第1センサと、
前記第1圧力感度に対して正負の符号が反対の第2圧力感度で第2外圧に応じて前記第1測定光の光強度を変化させ、第2測定光として出力する第2センサと、
前記第2測定光の光強度を測定することにより、前記第1及び第2外圧の差圧を測定する測定モジュール
とを備えることを特徴とする差圧測定システム。 A light source;
A first sensor that changes light intensity of irradiation light emitted from the light source in response to a first external pressure with a first pressure sensitivity, and outputs the first measurement light as a first measurement light;
A second sensor that changes the light intensity of the first measurement light in accordance with a second external pressure with a second pressure sensitivity opposite in sign to the first pressure sensitivity, and outputs the second measurement light as a second measurement light;
A differential pressure measurement system comprising: a measurement module that measures a differential pressure between the first and second external pressures by measuring a light intensity of the second measurement light.
前記照射光を集光する第1集光部と、
前記第1集光部の焦点よりも前記第1集光部の近くに移動可能に配置され、前記第1外圧に応じて前記第1集光部の光軸上を移動し、前記集光された照射光を反射する第1感圧部
とを備える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。 The first sensor is
A first light collecting part for collecting the irradiation light;
It is arranged to be movable closer to the first light collecting unit than the focal point of the first light collecting unit, and moves on the optical axis of the first light collecting unit according to the first external pressure, and the light is collected. The differential pressure measuring system according to claim 1, further comprising: a first pressure sensing unit that reflects the irradiated light.
前記第1測定光を集光する第2集光部と、
前記第2集光部の焦点よりも遠くに移動可能に配置され、前記第2外圧に応じて前記第2集光部の光軸上を移動し、前記集光された第1測定光を反射する第2感圧部
とを備える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。 The second sensor is
A second condensing unit that condenses the first measurement light;
It is arranged so as to be movable farther than the focal point of the second light collecting part, moves on the optical axis of the second light collecting part according to the second external pressure, and reflects the collected first measurement light The differential pressure measurement system according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a second pressure sensing unit.
前記照射光を集光する第1集光部と、
前記第1集光部の焦点よりも遠くに移動可能に配置され、前記第1外圧に応じて前記第1集光部の光軸上を移動し、前記集光された照射光を反射する第1感圧部
とを備えることを特徴とする請求項1又は6に記載の差圧測定システム。 The first sensor is
A first light collecting part for collecting the irradiation light;
The first condensing unit is movably arranged farther than the focal point of the first condensing unit, moves on the optical axis of the first condensing unit according to the first external pressure, and reflects the collected irradiation light. The differential pressure measuring system according to claim 1, further comprising: 1 pressure sensing unit.
前記第1測定光を集光する第2集光部と、
前記第2集光部の焦点よりも前記第2集光部の近くに移動可能に配置され、前記第2外圧に応じて前記第2集光部の光軸上を移動し、前記集光された第1測定光を反射する第2感圧部
とを備えることを特徴とする請求項1、6、7、8のいずれか1項に記載の差圧測定システム。 The second sensor is
A second condensing unit that condenses the first measurement light;
It is arranged to be movable closer to the second light collector than the focal point of the second light collector, moves on the optical axis of the second light collector according to the second external pressure, and is condensed. The differential pressure measurement system according to claim 1, further comprising: a second pressure sensing unit that reflects the first measurement light.
第1圧力感度で第1外圧に応じて前記光源が発した照射光の光強度を変化させ、第1測定光として出力するステップと、
前記第1圧力感度に対して正負の符号が反対の第2圧力感度で第2外圧に応じて前記第1測定光の光強度を変化させ、第2測定光として出力するステップと、
前記第2測定光の光強度を測定することにより、前記第1及び第2外圧の差圧を測定するステップ
とを含むことを特徴とする差圧測定方法。 Irradiating with irradiation light;
Changing the light intensity of the irradiation light emitted from the light source according to the first external pressure with the first pressure sensitivity, and outputting the first measurement light as the first measurement light;
Changing the light intensity of the first measurement light in accordance with a second external pressure with a second pressure sensitivity having a positive / negative sign opposite to the first pressure sensitivity, and outputting the second measurement light as a second measurement light;
Measuring the differential pressure between the first and second external pressures by measuring the light intensity of the second measurement light.
前記照射光を第1集光部で集光するステップと、
前記第1集光部の焦点よりも前記第1集光部の近くに移動可能に配置され、前記第1外圧に応じて前記第1集光部の光軸上を移動する第1感圧部で前記集光された照射光を反射するステップ
とを含むことを特徴とする請求項10又は11に記載の差圧測定方法。 The step of outputting as the first measurement light comprises:
Condensing the irradiation light with a first condensing unit;
A first pressure-sensitive part that is arranged so as to be movable closer to the first light-collecting part than the focal point of the first light-collecting part and moves on the optical axis of the first light-collecting part according to the first external pressure The method for measuring a differential pressure according to claim 10, further comprising: reflecting the condensed irradiation light.
前記第1測定光を第2集光部で集光するステップと、
前記第2集光部の焦点よりも遠くに移動可能に配置され、前記第2外圧に応じて前記第2集光部の光軸上を移動する第2感圧部で前記集光された第1測定光を反射するステップ
とを含むことを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の差圧測定方法。 The step of outputting as the second measurement light comprises:
Condensing the first measurement light with a second condensing unit;
The second condensing portion is disposed so as to be distant from the focal point of the second light collecting portion, and is condensed by a second pressure sensing portion that moves on the optical axis of the second light collecting portion according to the second external pressure. The method for measuring differential pressure according to claim 10, further comprising: reflecting one measurement light.
前記照射光を第1集光部で集光するステップと、
前記第1集光部の焦点よりも遠くに移動可能に配置され、前記第1外圧に応じて前記第1集光部の光軸上を移動する第1感圧部で前記集光された照射光を反射するステップ
とを含むことを特徴とする請求項10又は15に記載の差圧測定方法。 The step of outputting as the first measurement light comprises:
Condensing the irradiation light with a first condensing unit;
Irradiated by the first pressure-sensitive part, which is arranged so as to be movable farther than the focal point of the first light-collecting part and moves on the optical axis of the first light-collecting part according to the first external pressure. The method for measuring differential pressure according to claim 10, further comprising: reflecting light.
前記第1測定光を第2集光部で集光するステップと、
前記第2集光部の焦点よりも前記第2集光部の近くに移動可能に配置され、前記第2外圧に応じて前記第2集光部の光軸上を移動する第2感圧部で前記集光された第1測定光を反射するステップ
とを含むことを特徴とする請求項10、15、16、17のいずれか1項に記載の差圧測定方法。 The step of outputting as the second measurement light comprises:
Condensing the first measurement light with a second condensing unit;
A second pressure-sensitive part that is arranged so as to be movable closer to the second light-collecting part than the focal point of the second light-collecting part and moves on the optical axis of the second light-collecting part according to the second external pressure The differential pressure measuring method according to claim 10, further comprising: reflecting the condensed first measuring light.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005375236A JP4965122B2 (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Differential pressure measurement system and differential pressure measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005375236A JP4965122B2 (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Differential pressure measurement system and differential pressure measurement method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007178194A true JP2007178194A (en) | 2007-07-12 |
JP4965122B2 JP4965122B2 (en) | 2012-07-04 |
Family
ID=38303544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005375236A Expired - Fee Related JP4965122B2 (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Differential pressure measurement system and differential pressure measurement method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4965122B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014024582A (en) * | 2012-07-27 | 2014-02-06 | Tatsuno Corp | Sensor for oil feeding device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06300521A (en) * | 1993-04-14 | 1994-10-28 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | Distribution multiplex type optical fiber sensor |
JPH1048084A (en) * | 1996-08-06 | 1998-02-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical beam loss assigning structure and optical fiber pressure sensor using the structure |
JPH11248580A (en) * | 1998-02-26 | 1999-09-17 | Natl Res Inst For Earth Science & Disaster Prevention | Pressure sensor |
JP2001221615A (en) * | 2000-02-10 | 2001-08-17 | Ntt Advanced Technology Corp | Optical fiber sensor |
JP2003132772A (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-09 | Fuji Electric Co Ltd | Operation detection sensor, light detector, and sensor system |
JP2005257472A (en) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Pulstec Industrial Co Ltd | Physical quantity detection device |
-
2005
- 2005-12-27 JP JP2005375236A patent/JP4965122B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06300521A (en) * | 1993-04-14 | 1994-10-28 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | Distribution multiplex type optical fiber sensor |
JPH1048084A (en) * | 1996-08-06 | 1998-02-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical beam loss assigning structure and optical fiber pressure sensor using the structure |
JPH11248580A (en) * | 1998-02-26 | 1999-09-17 | Natl Res Inst For Earth Science & Disaster Prevention | Pressure sensor |
JP2001221615A (en) * | 2000-02-10 | 2001-08-17 | Ntt Advanced Technology Corp | Optical fiber sensor |
JP2003132772A (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-09 | Fuji Electric Co Ltd | Operation detection sensor, light detector, and sensor system |
JP2005257472A (en) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Pulstec Industrial Co Ltd | Physical quantity detection device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014024582A (en) * | 2012-07-27 | 2014-02-06 | Tatsuno Corp | Sensor for oil feeding device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4965122B2 (en) | 2012-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6801032B2 (en) | Optical displacement sensor element | |
US6819812B2 (en) | System and method for measuring physical, chemical and biological stimuli using vertical cavity surface emitting lasers with integrated tuner | |
US7593114B2 (en) | Device and method for focusing a laser light beam | |
JP2007526468A (en) | Optical measuring head | |
JP2013511041A (en) | Optical sensor system and sensing method based on attenuated total reflection | |
US7567350B2 (en) | Apparatus and method for measuring displacement, surface profile and inner radius | |
JP4892401B2 (en) | Optical interference measurement device | |
JP4871791B2 (en) | Optical coherence tomography system | |
JP4965122B2 (en) | Differential pressure measurement system and differential pressure measurement method | |
CN111964580B (en) | Device and method for detecting position and angle of film based on optical lever | |
KR101793831B1 (en) | Collimating optics for transmitting and receiving optical signal, and Displacement amount measuring system using laser interferometer | |
JP2001235317A (en) | Apparatus for measuring radius of curvature of optical spherical surface | |
US20120316830A1 (en) | Coupled multi-wavelength confocal systems for distance measurements | |
TW202332998A (en) | Projection exposure apparatus, method for operating the projection exposure apparatus | |
JP5421677B2 (en) | Displacement measuring device using optical interferometer | |
US4492469A (en) | System for measuring the pressure sealed inside an envelope | |
JP2007205716A (en) | Differential pressure measuring system and differential pressure measuring method | |
JP7111598B2 (en) | Optical Probes, Optical Displacement Gauges, and Surface Profilometers | |
JP2007205715A (en) | Differential pressure measuring system and differential pressure measuring method | |
KR100288613B1 (en) | Non-contact surface roughness measuring device and method | |
JP4194971B2 (en) | Refractive index measuring method and apparatus, and refractive index measuring / curing apparatus | |
JPS6014164Y2 (en) | optical measuring device | |
KR960019638A (en) | Wafer temperature measuring device using two wavelength infrared laser interferometer | |
Lehmann et al. | Fiber optic interferometric sensor based on mechanical oscillation | |
KR101824475B1 (en) | Fiber-optic sensor and measuring device comprising the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080318 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110628 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110629 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110823 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120306 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120329 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |