JP2745684B2 - 等温制御形カロリーメータ - Google Patents
等温制御形カロリーメータInfo
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- JP2745684B2 JP2745684B2 JP1138347A JP13834789A JP2745684B2 JP 2745684 B2 JP2745684 B2 JP 2745684B2 JP 1138347 A JP1138347 A JP 1138347A JP 13834789 A JP13834789 A JP 13834789A JP 2745684 B2 JP2745684 B2 JP 2745684B2
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- sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は例えばレーザ等の光のパワーを測定するため
の等温制御形カロリーメータに関し，さらに詳しくは数
10μＷ程度のレーザパワーを測定する際の大気の圧力変
動に起因する出力変動の防止をはかったカロリーメータ
に関する。
の等温制御形カロリーメータに関し，さらに詳しくは数
10μＷ程度のレーザパワーを測定する際の大気の圧力変
動に起因する出力変動の防止をはかったカロリーメータ
に関する。
＜従来の技術＞ この種の等温制御形カロリーメータとしては第６図に
示す構成のものが知られている。
示す構成のものが知られている。
図において,1は受光体であり，内面に光吸収塗料２が
塗布された筒体3,およびヒータ４が埋設された伝熱板1a
で構成されている。5,5aは温度差検出素子,7は熱電冷却
素子で，これらの素子は同等な性能を有するペルチェ素
子で形成され，伝熱板1aと温度基準ジャケット10に挾ま
れた状態で固定されている。８は温度差検出素子5,5aお
よびヒータ４に接続されたフィードバックアンプであ
り，プリアンプ11およびPID制御機能を有するメインア
ンプ12からなっている。９は熱電冷却素子に接続された
定電流源である。
塗布された筒体3,およびヒータ４が埋設された伝熱板1a
で構成されている。5,5aは温度差検出素子,7は熱電冷却
素子で，これらの素子は同等な性能を有するペルチェ素
子で形成され，伝熱板1aと温度基準ジャケット10に挾ま
れた状態で固定されている。８は温度差検出素子5,5aお
よびヒータ４に接続されたフィードバックアンプであ
り，プリアンプ11およびPID制御機能を有するメインア
ンプ12からなっている。９は熱電冷却素子に接続された
定電流源である。
第７図は第６図に示すカロリーメータ15を収納するジ
ャケットの断面図で，第１のジャケット21の中に第２の
ジャケット22および温度基準ジャケット10が空気層を介
して配置されている。なお，筒体を含む伝熱板1aの熱容
量と温度基準ジャケット10の熱容量は例えば1:1000程度
で温度基準ジャケットの方が大きくなっている。23は外
部からのレーザ光Laをカロリーメータの受光体１に導く
光導通路である。
ャケットの断面図で，第１のジャケット21の中に第２の
ジャケット22および温度基準ジャケット10が空気層を介
して配置されている。なお，筒体を含む伝熱板1aの熱容
量と温度基準ジャケット10の熱容量は例えば1:1000程度
で温度基準ジャケットの方が大きくなっている。23は外
部からのレーザ光Laをカロリーメータの受光体１に導く
光導通路である。
上記構成において温度基準ジャケット10は室温とさ
れ，ペルチェ素子からなる熱電冷却素子７は定電流源９
からの出力により伝熱板1a側を冷却している（この場
合，温度基準ジャケット10側は加熱されることになる
が，この温度基準ジャケット10の熱容量は大きく，熱伝
冷却素子７の加熱量は僅かであるため温度基準ジャケッ
ト10の温度を上昇させるまでには至らない）。従ってこ
の状態では温度基準ジャケット10側の温度が高く受光体
１側の温度は低くなる。温度差検出素子5,5aはこの温度
差を検出し，フィードバックアンプ８を介してヒータ４
を加熱する。その結果，受光体１の温度は常に温度基準
ジャケット10の温度に維持され，フィードバックアンプ
８からは常に所定の電気信号（ＰHi）が出力される。
れ，ペルチェ素子からなる熱電冷却素子７は定電流源９
からの出力により伝熱板1a側を冷却している（この場
合，温度基準ジャケット10側は加熱されることになる
が，この温度基準ジャケット10の熱容量は大きく，熱伝
冷却素子７の加熱量は僅かであるため温度基準ジャケッ
ト10の温度を上昇させるまでには至らない）。従ってこ
の状態では温度基準ジャケット10側の温度が高く受光体
１側の温度は低くなる。温度差検出素子5,5aはこの温度
差を検出し，フィードバックアンプ８を介してヒータ４
を加熱する。その結果，受光体１の温度は常に温度基準
ジャケット10の温度に維持され，フィードバックアンプ
８からは常に所定の電気信号（ＰHi）が出力される。
次に，測定すべきレーザ光Laが筒体３の上部から入射
すると受光体１が光を吸収し，その光パワーに応じて温
度が上昇する。その熱は伝熱板1aに伝導し，この伝熱板
1aと温度基準ジャケット10間に温度差が発生する。この
温度差を温度差検出素子5,5aが検出し，フィードバック
アンプ８はヒータに送出していた電気信号を負の方向に
制御してヒータの温度を降下させ，伝熱板1aと温度基準
ジャケット10の温度を一定に制御する。
すると受光体１が光を吸収し，その光パワーに応じて温
度が上昇する。その熱は伝熱板1aに伝導し，この伝熱板
1aと温度基準ジャケット10間に温度差が発生する。この
温度差を温度差検出素子5,5aが検出し，フィードバック
アンプ８はヒータに送出していた電気信号を負の方向に
制御してヒータの温度を降下させ，伝熱板1aと温度基準
ジャケット10の温度を一定に制御する。
この時の電気信号をＰHfとすると光を照射する前後の
フィードバックアンプ８の出力の変化分は ＰHi−ＰHf となり，レーザ光のパワーと前記変化分の置換比をＥと
すればレーザ光の光パワーPaは Pa＝Ｅ（ＰHi−ＰHf） で表わすことができる。
フィードバックアンプ８の出力の変化分は ＰHi−ＰHf となり，レーザ光のパワーと前記変化分の置換比をＥと
すればレーザ光の光パワーPaは Pa＝Ｅ（ＰHi−ＰHf） で表わすことができる。
＜発明が解決しようとする課題＞ 上記従来のカロリーメータにおいて，大気の圧力変動
があった場合，光導通路23を介して温度基準ジャケット
10内の圧力も変動する。その結果，基準ジャケット内の
空気が圧縮または膨脹し，この中の気温が上昇，または
下降する（大気の気圧は通常の環境で0.2〜0.3mmH2O程
度変化しており，この大気圧変動に基づく温度基準ジャ
ケット内の温度変化は0.01〜0.001℃程度と考えられ
る）。ところで，先に述べた様に筒体３を含む伝熱板1a
の熱容量と温度基準ジャケット10の熱容量は大きく異な
っているので，この温度変化に追従する変化度合が異な
ってくる。即ち，伝熱板1aの温度変化（ΔＴ）は大きく
温度基準ジャケット10の温度変化（Δｔ）は小さい。こ
のことは温度バランスをとった上でヒータに供給する電
気信号の変化から光パワーを測定する等温制御形カロリ
ーメータにおいては精度低下の原因となる。
があった場合，光導通路23を介して温度基準ジャケット
10内の圧力も変動する。その結果，基準ジャケット内の
空気が圧縮または膨脹し，この中の気温が上昇，または
下降する（大気の気圧は通常の環境で0.2〜0.3mmH2O程
度変化しており，この大気圧変動に基づく温度基準ジャ
ケット内の温度変化は0.01〜0.001℃程度と考えられ
る）。ところで，先に述べた様に筒体３を含む伝熱板1a
の熱容量と温度基準ジャケット10の熱容量は大きく異な
っているので，この温度変化に追従する変化度合が異な
ってくる。即ち，伝熱板1aの温度変化（ΔＴ）は大きく
温度基準ジャケット10の温度変化（Δｔ）は小さい。こ
のことは温度バランスをとった上でヒータに供給する電
気信号の変化から光パワーを測定する等温制御形カロリ
ーメータにおいては精度低下の原因となる。
第８図は本出願人が製作したカロリーメータを第７図
に示す様な断熱装置に収納した時の気圧変動とプリアン
プ出力の関係を示すものである（図中横軸は時間であ
り,A〜Ｄは気圧計の変動のピークがプリアンプの出力変
動のピークに対応していることを示している）。図によ
れば0.2mmH2O程度の大気の変動に対し0.06μＶ程度の出
力変動が発生していることが分る。このように変動のあ
るプリアンプの出力に基づいてヒータに送出するメイン
アンプの出力を制御するようにしたカロリーメータの精
度向上をはかるのは難しいという問題があった。
に示す様な断熱装置に収納した時の気圧変動とプリアン
プ出力の関係を示すものである（図中横軸は時間であ
り,A〜Ｄは気圧計の変動のピークがプリアンプの出力変
動のピークに対応していることを示している）。図によ
れば0.2mmH2O程度の大気の変動に対し0.06μＶ程度の出
力変動が発生していることが分る。このように変動のあ
るプリアンプの出力に基づいてヒータに送出するメイン
アンプの出力を制御するようにしたカロリーメータの精
度向上をはかるのは難しいという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みて成されたもので，大気圧
変動に起因する出力変動のない等温制御形カロリーメー
タを提供することを目的とする。
変動に起因する出力変動のない等温制御形カロリーメー
タを提供することを目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 上記課題を解決するための本発明の構成は，断熱装置
の内部に配置された第1,第２のセンサおよび温度基準ジ
ャケットを有し，前記第１のセンサは測定光源からの測
定光を受光する受光体と，前記受光体を加熱する加熱素
子および冷却素子と，前記受光体および温度基準ジャケ
ットの間に設けられた第１の温度差検出素子を有し，前
記第２のセンサは前記第１のセンサと同等の熱伝導特性
を有する部材およびこの部材と前記温度基準ジャケット
の間に設けられた第２の温度差検出素子を有し，前記第
１の温度差検出素子の出力信号から前記第２の温度差検
出素子の出力信号を先引く様に構成したことを特徴とす
るものである。
の内部に配置された第1,第２のセンサおよび温度基準ジ
ャケットを有し，前記第１のセンサは測定光源からの測
定光を受光する受光体と，前記受光体を加熱する加熱素
子および冷却素子と，前記受光体および温度基準ジャケ
ットの間に設けられた第１の温度差検出素子を有し，前
記第２のセンサは前記第１のセンサと同等の熱伝導特性
を有する部材およびこの部材と前記温度基準ジャケット
の間に設けられた第２の温度差検出素子を有し，前記第
１の温度差検出素子の出力信号から前記第２の温度差検
出素子の出力信号を先引く様に構成したことを特徴とす
るものである。
＜実施例＞ 以下，本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図である。
図において一点鎖線で示す部分30は第１のセンサであり
第６図に示す従来例のカロリーメータと同様に構成され
ている。31は第１のセンサの近傍に設けられた第２のセ
ンサであり，この第２のセンサは第１のセンサと全く同
様に構成されているが，熱電冷却素子およびヒータは機
能していない。なお，ここでは第１のセンサ側の温度差
検出素子5,5aを第１の温度差検出素子，第２のセンサ側
の温度差検出素子５′,5a′を第２の温度差検出素子と
呼ぶ。これら第1,第２の温度差検出素子は極性を逆にし
て直列に接続されており，その出力は差動増幅機能を有
するプリアンプ11に入力される。また，図では省略して
あるが断熱装置としてのジャケットは第７図と同様に形
成されているものとし，レーザ光Laは第１のセンサのみ
に入射する。
図において一点鎖線で示す部分30は第１のセンサであり
第６図に示す従来例のカロリーメータと同様に構成され
ている。31は第１のセンサの近傍に設けられた第２のセ
ンサであり，この第２のセンサは第１のセンサと全く同
様に構成されているが，熱電冷却素子およびヒータは機
能していない。なお，ここでは第１のセンサ側の温度差
検出素子5,5aを第１の温度差検出素子，第２のセンサ側
の温度差検出素子５′,5a′を第２の温度差検出素子と
呼ぶ。これら第1,第２の温度差検出素子は極性を逆にし
て直列に接続されており，その出力は差動増幅機能を有
するプリアンプ11に入力される。また，図では省略して
あるが断熱装置としてのジャケットは第７図と同様に形
成されているものとし，レーザ光Laは第１のセンサのみ
に入射する。
また，プリアンプ，フィードバックアンプは従来と同
様のものを使用する。
様のものを使用する。
上記構成において，大気圧が一定の状態にあると仮定
すれば温度基準ジャケットおよび第1,第２のセンサは常
温に維持される。
すれば温度基準ジャケットおよび第1,第２のセンサは常
温に維持される。
測定に先立ってレーザ光を入射させない状態で第１の
センサの冷却素子に定電流源から電流を与えて伝熱板1a
を冷却し，温度基準ジャケット10との温度差がなくなる
様にヒータに電流を流して初期バランス状態を設定す
る。このとき第２のセンサからの出力は０（大気圧に変
動がないと仮定したので）である。
センサの冷却素子に定電流源から電流を与えて伝熱板1a
を冷却し，温度基準ジャケット10との温度差がなくなる
様にヒータに電流を流して初期バランス状態を設定す
る。このとき第２のセンサからの出力は０（大気圧に変
動がないと仮定したので）である。
次に，測定すべきレーザ光Laを入射すると受光体１が
光を吸収し，伝熱板1aの温度が上昇するので温度基準ジ
ャケット10間に温度差が発生する。この温度差を第１の
温度差検出素子5,5aおよび第２の温度差検出素子５′,5
a′が検出し，その電気信号に基づいてフィードバック
アンプ８はヒータに送出していた電気信号を負の方向に
制御してヒータの温度を降下させ，伝熱板1aと温度基準
ジャケット10の温度を一定に制御する。
光を吸収し，伝熱板1aの温度が上昇するので温度基準ジ
ャケット10間に温度差が発生する。この温度差を第１の
温度差検出素子5,5aおよび第２の温度差検出素子５′,5
a′が検出し，その電気信号に基づいてフィードバック
アンプ８はヒータに送出していた電気信号を負の方向に
制御してヒータの温度を降下させ，伝熱板1aと温度基準
ジャケット10の温度を一定に制御する。
そして気圧に変動が生じると，第２の温度差検出素子
５′,5a′がない場合は気圧変動に基づく温度基準ジャ
ケット10内の温度変化によりプリアンプ11の出力には先
に第８図に示したような出力変動が生じるが，ここで
は，第１のセンサの近傍にこのセンサと同等の第２のセ
ンサが設けられており，かつ，その温度差検出素子の極
性が第１の温度差検出素子の極性とは逆向きに直列に接
続されている。従って第２のセンサにも第１のセンサと
同様，熱容量の差にもとづく温度差が発生し，プリアン
プは第1,第２のセンサに生じる気圧変動に起因する出力
信号の変動をキャンセルした信号を出力する。
５′,5a′がない場合は気圧変動に基づく温度基準ジャ
ケット10内の温度変化によりプリアンプ11の出力には先
に第８図に示したような出力変動が生じるが，ここで
は，第１のセンサの近傍にこのセンサと同等の第２のセ
ンサが設けられており，かつ，その温度差検出素子の極
性が第１の温度差検出素子の極性とは逆向きに直列に接
続されている。従って第２のセンサにも第１のセンサと
同様，熱容量の差にもとづく温度差が発生し，プリアン
プは第1,第２のセンサに生じる気圧変動に起因する出力
信号の変動をキャンセルした信号を出力する。
即ち，第１の温度センサの出力をＶT1，等温制御によ
る出力をVt,大気圧変動による変動分をVd1とし，第２の
温度センサの出力をＶT2，大気圧変動による変動分をVd
2とすれば ＶT1＝Vt＋Vd1 ＶT2＝Vd2 となり，プリアンプへの入力（Vin）は Vin＝ＶT1−ＶT2＝Vt（Vd1−Vd2） となる。ここでVd1−Vd2＝０とみなすことが出来るので
Vin＝Vt となり，大気圧変動による出力変動を防止することがで
きる。
る出力をVt,大気圧変動による変動分をVd1とし，第２の
温度センサの出力をＶT2，大気圧変動による変動分をVd
2とすれば ＶT1＝Vt＋Vd1 ＶT2＝Vd2 となり，プリアンプへの入力（Vin）は Vin＝ＶT1−ＶT2＝Vt（Vd1−Vd2） となる。ここでVd1−Vd2＝０とみなすことが出来るので
Vin＝Vt となり，大気圧変動による出力変動を防止することがで
きる。
第２図は本発明の構成によりカロリーメータを製作
し，第８図のものと同様の条件で大気圧変動と出力の関
係を求めたものである。図によれば0.3mmH2O程度の大気
の変動に対しプリアンプの出力変動は0.03μＶ程度であ
り，第８図に示す従来のものに比較して出力変動が約半
分に改善されていることが分る。
し，第８図のものと同様の条件で大気圧変動と出力の関
係を求めたものである。図によれば0.3mmH2O程度の大気
の変動に対しプリアンプの出力変動は0.03μＶ程度であ
り，第８図に示す従来のものに比較して出力変動が約半
分に改善されていることが分る。
なお，本発明で使用する第1,第２の温度差検出素子は
特性が同一で，かつ，高感度なものが必要であるが，特
性の揃ったものを用意するのは難しく，それぞれの外乱
に対する感度にも微小な違いがある。そのような場合は
温度差検出素子のいずれか一方，または両方に感度調整
用の抵抗を付加する事により外乱による測定値のばらつ
きを低減する事が可能である。
特性が同一で，かつ，高感度なものが必要であるが，特
性の揃ったものを用意するのは難しく，それぞれの外乱
に対する感度にも微小な違いがある。そのような場合は
温度差検出素子のいずれか一方，または両方に感度調整
用の抵抗を付加する事により外乱による測定値のばらつ
きを低減する事が可能である。
第３図は断熱ジャケット内の温度差検出素子の近傍に
感度調整抵抗Rxを並列に取付けた場合を示すものであ
り，第４図はセンサ部分の線形等価回路で近似したもの
である。第４図において,Esは第１の温度差検出素子の,
Erは第２の温度差検出素子の起電力,Rs,Rrはそれぞれの
検出素子の出力抵抗を示している。なお，この様に第１
の検出素子の側に抵抗を付加するのは第１の検出素子の
起電力が外乱に対してEs＞Erの場合であり，この逆の場
合は点線で示すように第２の検出素子の側にはRyを付加
する。この場合の差動出力Voは次式により表わす事が出
来る。
感度調整抵抗Rxを並列に取付けた場合を示すものであ
り，第４図はセンサ部分の線形等価回路で近似したもの
である。第４図において,Esは第１の温度差検出素子の,
Erは第２の温度差検出素子の起電力,Rs,Rrはそれぞれの
検出素子の出力抵抗を示している。なお，この様に第１
の検出素子の側に抵抗を付加するのは第１の検出素子の
起電力が外乱に対してEs＞Erの場合であり，この逆の場
合は点線で示すように第２の検出素子の側にはRyを付加
する。この場合の差動出力Voは次式により表わす事が出
来る。
Vo＝｛Rx/（Rs＋Rx）｝Es−Er また，外乱に対する起電力がEs＜Erの場合は Vo＝Es−｛Rx/（Ry＋Ry）｝Er となる。即ち，一方の側に抵抗を並列に接続して感度を
低下させることにより,2つの検出素子の出力レベルを合
せて差動接続すれば外乱による誤差を取り除く事が出来
る。
低下させることにより,2つの検出素子の出力レベルを合
せて差動接続すれば外乱による誤差を取り除く事が出来
る。
なお，抵抗を両側に取付けて調整する事も可能であ
る。
る。
第５図は検出素子の後段に可変利得増幅器40,40aを設
けたものであり，これらの可変利得増幅器の出力を調整
することにより２つの検出器の出力レベルを合せる様に
してもよい。
けたものであり，これらの可変利得増幅器の出力を調整
することにより２つの検出器の出力レベルを合せる様に
してもよい。
また，本実施例については第２のセンサを第１のセン
サと同一形状としたが熱容量や熱伝導特性が同様のもの
であれば形状は必ずしも同一である必要はない。
サと同一形状としたが熱容量や熱伝導特性が同様のもの
であれば形状は必ずしも同一である必要はない。
＜発明の効果＞ 以上，実施例とともに具体的に説明したように本発明
によれば，第１の温度差検出素子の信号から第２の温度
差検出素子の信号分を差引いた信号をメインアンプ側に
出力する様にしたので大気圧変動に起因する出力の変動
を防止することが出来，精度向上をはかったカロリーメ
ータを実現することが出来る。
によれば，第１の温度差検出素子の信号から第２の温度
差検出素子の信号分を差引いた信号をメインアンプ側に
出力する様にしたので大気圧変動に起因する出力の変動
を防止することが出来，精度向上をはかったカロリーメ
ータを実現することが出来る。
第１図は本発明のカロリーメータの一実施例を示す構成
説明図，第２図，第８図は大気圧変動と出力変動の関係
を示す図，第３〜第５図は他の実施例を示す要部構成
図，第６図は従来のカロリーメータの構成を示す図，第
７図は断熱装置の従来例を示す図である。 １……受光体,1a……伝熱板,2……熱吸収塗料,3……筒
体,4……ヒータ,5,5a……第１の温度差検出素子,5′,5
a′……第２の温度差検出素子,7……熱電冷却素子,8…
…フィードバックアンプ,9……定電流源,10……温度基
準ジャケット,30……第１のセンサ,31……第２のセン
サ。
説明図，第２図，第８図は大気圧変動と出力変動の関係
を示す図，第３〜第５図は他の実施例を示す要部構成
図，第６図は従来のカロリーメータの構成を示す図，第
７図は断熱装置の従来例を示す図である。 １……受光体,1a……伝熱板,2……熱吸収塗料,3……筒
体,4……ヒータ,5,5a……第１の温度差検出素子,5′,5
a′……第２の温度差検出素子,7……熱電冷却素子,8…
…フィードバックアンプ,9……定電流源,10……温度基
準ジャケット,30……第１のセンサ,31……第２のセン
サ。
Claims (1)
- 【請求項１】断熱装置の内部に配置された第1,第２のセ
ンサおよび温度基準ジャケットを有し，前記第１のセン
サは測定光源からの測定光を受光する受光体と，前記受
光体を加熱する加熱素子および冷却素子と，前記受光体
および温度基準ジャケットの間に設けられた第１の温度
差検出素子を有し，前記第２のセンサは前記第１のセン
サと同等の熱伝導特性を有する部材およびこの部材と前
記温度基準ジャケットの間に設けられた第２の温度差検
出素子を有し，前記第１の温度差検出素子の出力信号か
ら前記第２の温度差検出素子の出力信号を差引く様に構
成したことを特徴とする等温制御形カロリーメータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1138347A JP2745684B2 (ja) | 1988-12-07 | 1989-05-31 | 等温制御形カロリーメータ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-309166 | 1988-12-07 | ||
| JP30916688 | 1988-12-07 | ||
| JP1138347A JP2745684B2 (ja) | 1988-12-07 | 1989-05-31 | 等温制御形カロリーメータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02263124A JPH02263124A (ja) | 1990-10-25 |
| JP2745684B2 true JP2745684B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=17989728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1138347A Expired - Fee Related JP2745684B2 (ja) | 1988-12-07 | 1989-05-31 | 等温制御形カロリーメータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2745684B2 (ja) |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP1138347A patent/JP2745684B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02263124A (ja) | 1990-10-25 |
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