JP3310137B2 - 光干渉式流体特性測定装置 - Google Patents

光干渉式流体特性測定装置

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JP3310137B2
JP3310137B2 JP19595795A JP19595795A JP3310137B2 JP 3310137 B2 JP3310137 B2 JP 3310137B2 JP 19595795 A JP19595795 A JP 19595795A JP 19595795 A JP19595795 A JP 19595795A JP 3310137 B2 JP3310137 B2 JP 3310137B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定流体と標準流体
との光の屈折率の相異を干渉縞の変移として検出し、こ
の変移に基づいて被測定流体の発熱量や濃度等の特性を
測定する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液化天然ガスのようにプロパンやnーブ
タン等を所定の割合で混合して調製された燃料ガスの熱
量は、一方に被測定燃料ガスを、他方に標準ガスを収容
する2つの光学セルを併設し、これらセルに同一光源か
ら出た光を分割して照射し、各セルを透過した光により
干渉縞を発生させ、干渉縞の特定領域の変移量、例えば
最高輝度を示す部分の変移量から測定する装置が実用化
されている。
【0003】光干渉式流体特性測定装置は、一端に被測
定ガス流入口が、また他端にガス流出口が形成された測
定セルと、一端に標準ガス源からの標準ガスが流入する
流入口が、また他端に標準ガスの流出口が形成されたリ
ファレンスセルとを併置し、これら測定セルとリファレ
ンスセルの一端から平行平面鏡で分割された同一光源か
らの光を照射し、他端で直角二等辺プリズムで受けて同
一光路に重ね合わせて平行平面鏡で干渉縞を発生させる
ように構成されている。
【0004】流体の特性変動に伴って生じる干渉縞の変
移量は、極めて微小であるため、外力の影響による位置
変動を防止するため、鋳造で製作された金属製の基台に
収容されている。このため、特に干渉特性に影響を与え
る平行平面鏡及び直角二等辺プリズムが基台との熱膨張
差に起因して歪みを受け、測定誤差が生じるという問題
がある。このため、図8に示したようにこれら平行平面
鏡及び直角二等辺プリズムは、例えば直角二等辺プリズ
ムに例を採って説明すると、直角二等辺プリズムAの一
方の面を2つの板バネB、Bに接触させて、プリズムの
他方の面を基台Cに押圧支持して、直角二等辺プリズム
Aと基台Cとの間に滑りを可能にして熱膨張差による歪
みがプリズムAや平行平面鏡に及ぶのを防止する固定構
造が用いられている。なお、図中符号Dは、基台Cに植
設された押さえ枠を示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
平行平面鏡及び直角二等辺プリズムがバネ弾性力により
固定されている関係上、振動等の外力を受けると、その
位置が微妙に変化して誤差を発生するばかりでなく、バ
ネの弾性力のにより局部的な応力が作用して干渉縞を生
じるため、固定強度との微妙な兼合いが必要となって、
固定作業に熟練を要するという問題がある。
【0006】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、外力に対して
十分な強度を有するばかりでなく、簡単な作業で固定す
ることができる平行平面鏡及び直角二等辺プリズムの固
定構造を備えた光干渉式流体特性測定装置を提供するこ
とである。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、同一の光源からの平行光ビ
ームを平行平面鏡により分割して測定セルと標準セルと
に入射させ、前記各セルを通過した光ビームを直角2等
辺プリズムで受けて前記測定セルと標準セルに再入射さ
せて前記平行平面鏡で干渉縞を生じさせ、前記干渉縞か
ら流体の特性を測定する光干渉式流体特性測定装置にお
いて、前記平行平面鏡及び前記プリズムの中心線近傍
を、固化後にも少なくとも熱膨張差に起因する変形を吸
収できる程度の弾性を維持する50乃至100μmの接
着剤層を介して基台に固定し、バネの弾性に頼る不安定
な支持箇所を無くし、また基台と平行平面鏡及び直角二
等辺プリズムとの熱膨張差を接着剤層が備えている弾性
で吸収する。
【0008】
【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施例を示すも
のであって、図中符号1は測定セル、また符号2、3
は、測定セル1の両側に配置されたリファレンスセル
で、これら各セル1、2、3はその両端を光透過性の板
4、4により封止され、またそれぞれの端部に流体流入
口、流出口H1、H2、H3、H4、H5、H6を設け
て構成されている。
【0009】リファレンスセル2、3は、それぞれ端部
に設けられた通孔H3、H6を図示しない流路により接
続され、標準ガス源からの同一の標準ガスの供給を受け
ることができるように構成されている。これら各セル
1、2、3の一側には平行平面鏡5が、また他側には直
角二等辺プリズム6が、各セル1、2、3を通過して来
たビームを受光できるように後述する接着剤層7、9を
介して基台12に固定して配置されている。
【0010】図2、図3は、それぞれ上述の平行平面鏡
5及び直角二等辺プリズム6の固定構造の一実施例を示
すもので、平行平面鏡5、直角二等辺プリズム6は、そ
れぞれ両端近傍を弾性を備えた所定厚、この実施例では
50乃至100μmのシリコンゴム等の弾性材料からな
る弾性板8、8及び10、10を介して基台12に載置
され、その中心線近傍の狭い領域をエポキシ系接着剤等
の固化後にも若干の弾性を維持する接着剤層7、9によ
り基台12に固定されている。
【0011】11は、光源で、平行平面鏡5の一側寄り
の所定位置P0に、出射口13が対向するように、基台
12に取り付けられている。
【0012】光源11からの平行ビームL0は、平行平
面鏡5により2本のビームL1、L2に分割され、一方
のビームL1は測定セル1の一側寄りの光路を通って、
直角二等辺プリズム6の入出射面6aに入射して、再び
元の方向に反射されて測定セル1の他側寄りの光路を通
るビームL3となって平行平面鏡5に入射する。
【0013】また他方のビームL2は、一方のリファレ
ンスセル2を通過して直角二等辺プリズム6により他方
のリファレンスセル3からビームL4として出射し、平
行平面鏡5の、測定セル1からの出射したビームL3の
照射点と同一点P1で重なって干渉縞を生じ、ビームL
5として補助プリズム14に入射する。
【0014】補助プリズム14から出射したビームは、
対物レンズ15により拡大されて検出手段16の像検出
面に干渉縞の像を結ぶ。この検出手段16は、像の各座
標と、そこにおける明るさとを電気信号に変換できる撮
像手段により構成されている。
【0015】これにより、測定セル1の流体とリファレ
ンスセル2、3の流体との特性の相異により生じる光路
差に基づいて干渉縞の像の変位を検出手段16のアドレ
ス信号として検出することができる。
【0016】この実施例において、基台12に外力が作
用しても平行平面鏡5及び直角二等辺プリズム6は、そ
の両側を弾性板8、8及び10、10で支持され、かつ
中心線近傍を接着剤層7、9により基台12に固定され
ているから、単に弾性力で押さえ付けて固定した場合の
ような位置変動を起こすことはない。
【0017】一方、環境温度が変化して接着剤層7、9
の固化時の温度との差が大きくなり、基台12と平行平
面鏡5及び直角二等辺プリズム6との間に熱膨張差が生
じた場合には、接着剤層7、9は固化後も維持している
弾性と、弾性板8、8、及び10、10の弾性とによ
り、弾性変形しながら熱膨張差に起因する基台12との
伸長、収縮の差を弾性により吸収して、熱膨張差に起因
する応力が平行平面鏡5及び直角二等辺プリズム6に及
ぶのを可及的に阻止する。
【0018】ところで、接着剤層7、9及び弾性板8、
10は、その厚さが大きくなる程、熱膨張差を吸収する
能力が大きくなるものの、剛性が低下して外力に対する
抵抗力が小さくなる。このため、接着剤の固化温度と実
用範囲上下限との温度差を40°Cとした場合、接着剤
層7、9を形成する接着剤としてエポキシ系を、また弾
性板8、10としてシリコンゴムを用いた場合には、こ
れらの厚さを50mm乃至100mmの範囲に選択する
ことにより、外力と温度変化に対しても高い測定精度を
維持できた。
【0019】なお、上述の実施例においては接着剤が固
化して接着剤層7、9が形成された後も弾性板8、10
を介装しておくようにしているが、接着剤層7、9が外
力に対しても平行平面鏡5及び直角二等辺プリズム6を
十分に一定位置に保持できる強度を備えている場合に
は、弾性板8、10を単なる接着剤層7、9の厚み管理
部材として使用し、接着剤の固化後に除去しても同様の
作用を奏することは明らかである。
【0020】図4は、本発明の固定構造の他の実施例を
直角二等辺プリズムに例を採って示すもので、プリズム
6の両側6b、6bを、弾性板の両面に感圧接着剤を塗
布した接着テープ、いわゆる両面接着テープ20、20
により基台12の所定位置に仮止めするとともに、固化
後も弾性を維持するエポキシ系の接着剤層9により固定
したものである。
【0021】すなわち、直角二等辺プリズム6を固定す
る基台11の位置に通孔21を穿設し、両面接着テープ
20、20でプリズム6を基台12に仮止めし(図6
(イ))、通孔21から接着剤9’を流し込み(図6
(ロ))、接着剤9’を固化させて接着剤層9を形成す
る。
【0022】この実施例によれば、セル1、2、3との
位置を両面接着テープ20、20の接着力により保持
し、その後に接着剤層9で固定できるため、接着剤固化
工程で使用する固定治具を簡素化することができるばか
りでなく、両側6b、6bの両面接着テープ20、20
と接着剤層9との弾性により熱膨張差を吸収でき、さら
には外力に対しては両面接着テープ20、20と接着剤
層9とで対抗できるため、十分な強度を持たせることが
できる。
【0023】なお、上述の実施例においては、平行平面
鏡5及び直角二等辺プリズム6を基台12に直接、固定
するようにしているが、図7(イ)、(ロ)に示したよ
うに、平行平面鏡5及び直角二等辺プリズム6の固定領
域で基台12の表面との間にギャップGを形成できる取
付け部材Kに、前述したのと同様に平行平面鏡5及び直
角二等辺プリズム6の中心線近傍を接着剤層7、9によ
り固定し、取付け部材KをネジS、Sにより基台12に
固定してもよい。
【0024】この実施例によれば、平行平面鏡5及び直
角二等辺プリズム6の固定領域が片持梁となっているた
め、この固定領域にネジS、Sの締め付けに起因する応
力を受けることがなく、平行平面鏡5及び直角二等辺プ
リズム6の取付け位置をネジS、Sで微調整することが
できる。
【0025】
【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、平行平面鏡及びプリズムの中心線近傍を、固化後に
も少なくとも熱膨張差に起因する変形を吸収できる程度
の弾性を維持する50乃至100μmの接着剤層を介し
て基台に固定したので、平行平面鏡及び直角二等辺プリ
ズムの外力に対する強度を向上させつつ、基台との間の
熱膨張差を接着剤層の弾性で吸収して、温度変化に起因
する測定誤差を無くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を、筐体の蓋と、測定セル、
及びリファレンスセルの上板を外して示す装置の正面図
である。
【図2】同上装置における平行平面鏡と基台との固定構
造を示す断面図である。
【図3】同上装置における直角二等辺プリズムと基台と
の固定構造を示す断面図である。
【図4】固定方法の一実施例を直角二等辺プリズムに例
を採って示す説明図である。
【図5】固定構造の他の実施例を直角二等辺プリズムに
例を採って示す図である。
【図6】図(イ)、(ロ)はそれぞれ直角二等辺プリズ
ムに例を採って固定方法の他の実施例を示す図である。
【図7】図(イ)、及び(ロ)は、それぞれ平行平面鏡
及び直角二等辺プリズムの固定構造の他の実施例を示す
図である。
【図8】従来の光干渉式流体特性測定装置における固定
構造の一例をプリズムについて示す図である。
【符号の説明】
1 測定セル 2、3 リファレンスセル 5 平行平面鏡 6 直角二等辺プリズム 7、9 接着剤層 9’ 接着剤 8、10 弾性板 11 光源 12 基台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−45692(JP,A) 実開 昭48−37691(JP,U) 実開 昭53−47883(JP,U) 特公 昭38−11345(JP,B1) 特公 昭26−1694(JP,B1) 特公 昭41−12994(JP,B1) 特公 昭48−38277(JP,B1) 実公 昭39−22299(JP,Y1) 実公 昭42−19641(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01B 9/02 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一の光源からの平行光ビームを平行平
    面鏡により分割して測定セルと標準セルとに入射させ、
    前記各セルを通過した光ビームを直角2等辺プリズムで
    受けて前記測定セルと標準セルに再入射させて前記平行
    平面鏡で干渉縞を生じさせ、前記干渉縞から流体の特性
    を測定する光干渉式流体特性測定装置において、 前記平行平面鏡及び前記プリズムの中心線近傍を、固化
    後にも少なくとも熱膨張差に起因する変形を吸収できる
    程度の弾性を維持する50乃至100μmの接着剤層を
    介して基台に固定してなる光干渉式流体特性測定装置。
  2. 【請求項2】 前記接着剤層を挟んで前記平行平面鏡及
    び直角二等辺プリズムの両側に、基台との間に前記接着
    剤層と同等の厚みを備えた弾性板が介装されている請求
    項1の光干渉式流体特性測定装置。
  3. 【請求項3】 前記弾性板の両面に接着剤が塗布されて
    いる請求項2の光干渉式流体特性測定装置。
  4. 【請求項4】 前記合成樹脂弾性板がシリコン系ゴムで
    あり、また前記接着剤層がエポキシ系接着剤で形成され
    ている請求項2の光干渉式流体特性測定装置。
  5. 【請求項5】 前記平行平面鏡及び前記プリズムの固定
    領域に前記基台と前記平行平面鏡及び前記プリズムと
    間隙を形成でき、かつ端が前記基台にネジ止め可
    に構成された取付け部材を備え、前記取付け部材によ
    り前記平行平面鏡及び前記プリズムが前記基台に固定さ
    れている請求項1の光干渉式流体特性測定装置。
JP19595795A 1995-07-07 1995-07-07 光干渉式流体特性測定装置 Expired - Fee Related JP3310137B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102749305A (zh) * 2012-07-30 2012-10-24 中国科学院自动化研究所 光干涉式气体传感器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102749305A (zh) * 2012-07-30 2012-10-24 中国科学院自动化研究所 光干涉式气体传感器

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