JP3458291B2 - Pressure fluctuation detector - Google Patents

Pressure fluctuation detector

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JP3458291B2
JP3458291B2 JP29418994A JP29418994A JP3458291B2 JP 3458291 B2 JP3458291 B2 JP 3458291B2 JP 29418994 A JP29418994 A JP 29418994A JP 29418994 A JP29418994 A JP 29418994A JP 3458291 B2 JP3458291 B2 JP 3458291B2
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充和 近藤
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NEC Tokin Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧力変動検出器に関
し、特に、容器内に充填されたガスや液体等の圧力変動
を検出する圧力検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure fluctuation detector, and more particularly to a pressure fluctuation detector for detecting pressure fluctuations of gas, liquid, etc. filled in a container.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、容器内に充填されたガスや液体等
の圧力を検出する検出器として、ブルドン管やベローズ
等が知られている。これらの検出器は、いずれも圧力の
変化を機械的変位に変換して圧力を測定する機器であ
る。例えば、ブルドン管は、楕円あるいは偏平の断面を
もつ半円形の管の一端を閉じ、他端側からこの管の内部
に圧力を加えたとき、その先端が変位することを利用し
て圧力を測定する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a Bourdon tube, a bellows or the like has been known as a detector for detecting the pressure of a gas, a liquid or the like filled in a container. Each of these detectors is a device that measures a pressure by converting a change in pressure into a mechanical displacement. For example, the Bourdon tube is a semi-circular tube with an elliptical or flat cross section. One end of the tube is closed, and when pressure is applied to the inside of this tube from the other end, the tip is displaced to measure the pressure. To do.

【0003】このような検出器は、構成が単純で安価で
あり、信頼性も高い。ところが、これらの検出器には、
圧力の検出範囲が狭く、圧力変化への追随速度も遅いと
いう欠点がある。また、これらの検出器から得られる圧
力情報は機械的変位であるため、多数の検出器からの圧
力情報を集中管理したり、得られた圧力情報を遠隔地へ
伝送したりするには原理的に無理がある。
Such a detector is simple in structure, inexpensive, and highly reliable. However, these detectors have
It has the drawbacks that the pressure detection range is narrow and the speed of tracking changes in pressure is slow. In addition, since the pressure information obtained from these detectors is mechanical displacement, it is theoretically necessary to centrally manage the pressure information from many detectors and to transmit the obtained pressure information to a remote location. It is impossible for me.

【0004】そこで、近年では、歪みゲージや半導体ゲ
ージといった、圧力変化を電気的変位に変換する検出器
が利用されるようになってきた。このような検出器は、
圧力変化を例えば、電気抵抗の変化、あるいは静電容量
の変化として検出する。この種の検出器は、検出精度が
高く、高い周波数の圧力変動にも追随できるという特長
を有し、更に、遠隔地への伝送も導線ケーブルを用いて
容易に行うことができるため、集中管理なども容易に実
現することができる。
Therefore, in recent years, a detector such as a strain gauge or a semiconductor gauge, which converts a pressure change into an electric displacement, has come into use. Such a detector is
The change in pressure is detected, for example, as a change in electric resistance or a change in capacitance. This type of detector has the characteristics of high detection accuracy and the ability to follow pressure fluctuations at high frequencies. Furthermore, since transmission to a remote location can be easily performed using a conductor cable, centralized control is possible. Etc. can be easily realized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、歪みゲ
ージや半導体ゲージなど、圧力変化を電気的変化として
検出する検出器では、これらの検出器を駆動するための
電源を必要とし、検出対象物が、可燃性あるいは引火性
の物体である場合には、安全対策を施す必要がある。
However, in a detector such as a strain gauge or a semiconductor gauge that detects a pressure change as an electric change, a power source for driving these detectors is required, and an object to be detected is If the object is flammable or flammable, it is necessary to take safety measures.

【0006】また、これらの検出器で検出した情報を導
線ケーブルを用いて伝送する場合、周囲から導線ケーブ
ルへの雑音の侵入、あるいは、導線ケーブルからの情報
の漏洩を避ける事ができない。また、雷などの影響に対
する安全上の対策も施す必要がある。
Further, when the information detected by these detectors is transmitted by using the conductor cable, it is unavoidable that noise invades from the surroundings into the conductor cable or leakage of information from the conductor cable. It is also necessary to take safety measures against the effects of lightning.

【0007】さらにまた、導線ケーブルによる情報の伝
送は、伝送損失が大きく、長距離伝送が困難であるとい
う問題点もある。
Furthermore, the transmission of information by a conductor cable has a problem that transmission loss is large and long-distance transmission is difficult.

【0008】本発明は、可燃性あるいは引火性の検出対
象物の圧力測定を、広い検出範囲で、精度良く測定で
き、しかも、高い周波数の圧力変化に追随できる圧力変
動検出器を提供することを目的とする。また、検出結果
をノイズの影響を受けることなく、遠隔地へ伝送するこ
とができる圧力変動検出器を提供することを目的とす
る。
The present invention provides a pressure fluctuation detector capable of accurately measuring the pressure of a combustible or flammable object to be detected in a wide detection range and capable of following a pressure change at a high frequency. To aim. It is another object of the present invention to provide a pressure fluctuation detector that can transmit a detection result to a remote place without being affected by noise.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧力を
検出して該圧力に応じた電圧信号を発生する圧力検出手
段と、光を発生する光源と、該光源から入射する前記光
を前記電圧信号に基づいて変調して変調光を出射する光
変調手段と、前記変調光を電気信号に変換する光電変換
手段と、該光電変換手段からの前記電気信号に基づいて
前記圧力を求める圧力計測手段とを有し、前記光変調手
段が、前記光源からの光が入射する入射光導波路と、前
記変調光を出射する出射光導波路と、前記入射光導波路
と前記出射光導波路を連結し、前記電圧信号に応答して
屈折率がそれぞれ変化する2つの位相シフト光導波路と
を有するマッハツェンダー干渉計を構成する透過型光導
波路素子であることを特徴とする圧力変動検出器が得ら
れる。
According to the present invention, a pressure detecting means for detecting a pressure and generating a voltage signal corresponding to the pressure, a light source for generating light, and the light incident from the light source are provided. An optical modulator that modulates based on the voltage signal and emits modulated light, a photoelectric converter that converts the modulated light into an electric signal, and a pressure that determines the pressure based on the electric signal from the photoelectric converter. Measuring means, and the optical modulation hand
A stage, and an incident optical waveguide on which light from the light source is incident,
And an incident optical waveguide for emitting modulated light,
And the output optical waveguide are connected to each other in response to the voltage signal.
Two phase-shift optical waveguides with different refractive indices and
-Type optical waveguide for Mach-Zehnder interferometer
A pressure fluctuation detector characterized by being a waveguide element is obtained.

【0010】[0010]

【作用】圧電素子は、圧力検出対象物の圧力の変動に応
じて電圧信号を発生する。圧電素子の測定範囲は広く、
圧力変動に対する追従性も高い。また、圧電素子は、駆
動電源を必要としないので、引火、爆発性雰囲気内であ
っても圧力検出が可能である。圧電素子からの電圧信号
は、光変調器に供給され、光変調器は、この電圧信号に
応じて、光ファイバを介して伝送されてくる光を変調
し、変調された光を光ファイバにより送り返す。変調さ
れた光は光電素子で電気信号に変換され、電気信号に基
づいて、検出対象物の圧力が求められる。
The piezoelectric element generates a voltage signal according to the fluctuation of the pressure of the pressure detection object. The measuring range of the piezoelectric element is wide,
The ability to follow pressure fluctuations is also high. Further, since the piezoelectric element does not require a driving power source, it is possible to detect pressure even in a flammable or explosive atmosphere. The voltage signal from the piezoelectric element is supplied to the optical modulator, and the optical modulator modulates the light transmitted through the optical fiber according to the voltage signal and sends the modulated light back through the optical fiber. . The modulated light is converted into an electric signal by the photoelectric element, and the pressure of the detection target is obtained based on the electric signal.

【0011】遠隔地への測定結果の伝送は、光を用いて
行うことができるので、雑音の影響を受けず、情報の漏
洩もなく、又、雷などの影響も受けない。
Since the measurement result can be transmitted to a remote place using light, it is not affected by noise, information is not leaked, and lightning is not affected.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1に本発明の一実施例を示す。本実施例の圧力
変動検出器は、光を発生する光源11(例えば、半導体
レーザー)、光源11を駆動する光源用電源12、光源
11からの光を伝送する入力光ファイバ13、入力光フ
ァイバ13からの光を変調して出力する光変調器14、
光変調器14からの変調光を伝送する出力光ファイバ1
5、出力光ファイバ15からの変調光信号を電気信号に
変換する受光器16、受光器16からの電気信号に基づ
いて圧力を求める計測器17、及び検出対象物の圧力を
検出し検出圧力に応じた電圧信号を光変調器14の変調
電極に供給する圧力検出素子18を有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The pressure fluctuation detector of this embodiment includes a light source 11 (for example, a semiconductor laser) that generates light, a light source power source 12 that drives the light source 11, an input optical fiber 13 that transmits light from the light source 11, and an input optical fiber 13. An optical modulator 14 that modulates and outputs light from
Output optical fiber 1 for transmitting modulated light from the optical modulator 14
5, a light receiver 16 for converting the modulated optical signal from the output optical fiber 15 into an electric signal, a measuring device 17 for obtaining a pressure based on the electric signal from the light receiver 16, and a pressure detected by detecting the pressure of an object to be detected. It has a pressure detection element 18 for supplying a corresponding voltage signal to the modulation electrode of the optical modulator 14.

【0013】本実施例の圧力変動検出器では、光源11
から出射した光が、入力光ファイバ13を介して光変調
器14に入射する。一方、圧力検出素子18は、検出対
象物の圧力に応じた電圧信号を発生し、この電圧信号を
光変調器14の変調電極へ供給する。光変調器14は、
圧力検出素子18からの電圧信号に応じて、光源11か
らの光の強度を変調する。変調された光は、光変調器1
4から出射し、出力光ファイバ15を介して受光器16
へ入射する。受光器16は、入射した光をその強度に応
じた電気信号に変換して、計測器17へ出力する。計測
器17は、入力された電気信号に信号処理を施して圧力
を求める。また、求めた圧力を表示する。
In the pressure fluctuation detector of this embodiment, the light source 11
The light emitted from is incident on the optical modulator 14 via the input optical fiber 13. On the other hand, the pressure detection element 18 generates a voltage signal according to the pressure of the object to be detected, and supplies this voltage signal to the modulation electrode of the optical modulator 14. The optical modulator 14 is
The intensity of the light from the light source 11 is modulated according to the voltage signal from the pressure detection element 18. The modulated light is the light modulator 1
4 and the light receiver 16 through the output optical fiber 15.
Incident on. The light receiver 16 converts the incident light into an electric signal according to its intensity and outputs the electric signal to the measuring device 17. The measuring instrument 17 performs signal processing on the input electric signal to obtain the pressure. Also, the calculated pressure is displayed.

【0014】本実施例の圧力変動検出器では、圧力検出
素子18のみを検出対象物を収容した容器内に配置すれ
ば良く、この圧力検出素子18に電力を供給する必要が
ないので、検出対象物が可燃性あるいは引火性の物質で
あっても、安全対策を容易に施すことができる。また、
圧電素子は、広い測定範囲に対応でき、高い周波数の圧
力変動にも対応できる。
In the pressure fluctuation detector according to the present embodiment, only the pressure detecting element 18 needs to be arranged in the container accommodating the object to be detected, and it is not necessary to supply electric power to the pressure detecting element 18. Even if the material is flammable or flammable, safety measures can be taken easily. Also,
The piezoelectric element can handle a wide measurement range and can also handle pressure fluctuations at high frequencies.

【0015】また、本実施例の圧力変動検出器では、光
変調器を用いて光信号を変調するようにしたことで、遠
隔地へ検出結果を伝送する場合に光信号による伝送が可
能で、ノイズの影響を排除でき、また、情報の漏洩を防
ぐことができる。さらに、伝送路での雷に対する安全対
策も不要となる。
Further, in the pressure fluctuation detector of this embodiment, since the optical signal is modulated by using the optical modulator, the optical signal can be transmitted when transmitting the detection result to a remote place. The influence of noise can be eliminated and information leakage can be prevented. Furthermore, there is no need for safety measures against lightning on the transmission line.

【0016】本実施例で使用される光変調器14を図2
参照いて詳細に説明する。この光変調器14は、電気光
学効果を示すニオブ酸リチウム結晶を基板21として、
その表面に、光導波路を形成してマッハツェンダ光干渉
計としている。つまり、入力光ファイバ13に接続され
る入射導波路22と、出力光ファイバ15に接続される
出射導波路23との間に、2つの位相シフト光導波路2
4を形成し、位相シフト光導波路24の表面に変調電極
25を形成している。
The optical modulator 14 used in this embodiment is shown in FIG.
A detailed description will be given with reference. This optical modulator 14 uses, as a substrate 21, a lithium niobate crystal that exhibits an electro-optical effect.
An optical waveguide is formed on the surface to form a Mach-Zehnder optical interferometer. That is, the two phase shift optical waveguides 2 are provided between the input waveguide 22 connected to the input optical fiber 13 and the output waveguide 23 connected to the output optical fiber 15.
4 is formed, and the modulation electrode 25 is formed on the surface of the phase shift optical waveguide 24.

【0017】この光変調器14に入射した光は、2つの
位相シフト光導波路24へと分岐して進む。変調電極2
5には、それぞれ圧力検出素子からの電圧信号が供給さ
れ、位相シフト光導波路24に電界を印加する。そし
て、この電界により、位相シフト光導波路24の屈折率
が変化する。このため、2つの位相シフト光導波路24
を通過する2つの光信号に位相差が生じ、出射光導波路
23で合流するときに互いに干渉して、変調電極25に
印加された電圧に依存する強度変化をもつ光となる。な
お、この光変調器は、ほぼ、長さ50mm、幅3mm、及び
厚さ0.5mmである。
The light incident on the optical modulator 14 branches into two phase shift optical waveguides 24 and travels. Modulation electrode 2
Voltage signals from the pressure detection elements are supplied to the respective 5 to apply an electric field to the phase shift optical waveguide 24. Then, due to this electric field, the refractive index of the phase shift optical waveguide 24 changes. Therefore, the two phase shift optical waveguides 24
A phase difference occurs between the two optical signals passing through, and when they merge at the emission optical waveguide 23, they interfere with each other to become light having an intensity change depending on the voltage applied to the modulation electrode 25. The optical modulator has a length of 50 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 0.5 mm.

【0018】次に本実施例で使用される圧力検出素子1
8を図3を参照して詳細に説明する。この圧力検出素子
18は、圧電材料である(厚さ方向に分極した)ニオブ
酸リチウム結晶製の圧電素子基板31の表裏面に、それ
ぞれ全面を覆う電極32及び33を形成して圧電素子と
し、一方の電極32にダイヤフラム34を、さらにダイ
ヤフラム34にベース35を貼り合わせて構成されてい
る。電極32、33には、それぞれ端子36、37が設
けられており、これら端子は、前述した光変調器14の
変調電極25に接続される。
Next, the pressure detecting element 1 used in this embodiment
8 will be described in detail with reference to FIG. The pressure detecting element 18 is a piezoelectric element in which electrodes 32 and 33 covering the entire surface are formed on the front and back surfaces of a piezoelectric element substrate 31 made of a lithium niobate crystal (polarized in the thickness direction) which is a piezoelectric material. A diaphragm 34 is attached to one electrode 32, and a base 35 is attached to the diaphragm 34. The electrodes 32 and 33 are provided with terminals 36 and 37, respectively, and these terminals are connected to the modulation electrode 25 of the optical modulator 14 described above.

【0019】この圧力検出素子18では、その表側と裏
側との間に圧力差が生じると、ダイヤフラム34が変形
する。この時、圧電素子を構成する圧電素子基板31も
変形し、電極32及び33の間に電圧信号を発生する。
そこで、この圧力検出素子18の表裏の一方に基準圧力
のガスなどを封入しておけば、他方側の圧力変動を電圧
信号として取り出すことできる。また、ダイヤフラムは
急激な圧力変化に対応できる。
In the pressure detecting element 18, when a pressure difference occurs between the front side and the back side, the diaphragm 34 is deformed. At this time, the piezoelectric element substrate 31 forming the piezoelectric element is also deformed, and a voltage signal is generated between the electrodes 32 and 33.
Therefore, if a gas having a reference pressure is filled in one of the front and back sides of the pressure detecting element 18, the pressure fluctuation on the other side can be taken out as a voltage signal. Further, the diaphragm can cope with a sudden pressure change.

【0020】次に図4を参照して本発明の第2の実施例
を説明する。ここで、第1の実施例と同一のものには同
一番号を付しその説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0021】本実施例に使用される光変調器41は、2
枚のガラス板42の表面に、それぞれ偏光素子43及び
透明電極44を貼付け、間に液晶45を挟み込んで構成
されている。この光変調器41では、圧力検出素子18
からの電圧信号が透明電極44に与えられると、液晶4
5はその電圧に応じて配向し、光透過率が変化する。こ
れにより、入力光ファイバ13から光変調器に入射した
光は、強度変調されて出力光ファイバへと入射する。
The optical modulator 41 used in this embodiment is 2
A polarizing element 43 and a transparent electrode 44 are attached to the surface of each of the glass plates 42, and a liquid crystal 45 is sandwiched between them. In this optical modulator 41, the pressure detection element 18
When a voltage signal from the liquid crystal is applied to the transparent electrode 44, the liquid crystal 4
5 is oriented according to the voltage, and the light transmittance changes. As a result, the light that has entered the optical modulator from the input optical fiber 13 is intensity-modulated and then enters the output optical fiber.

【0022】このように、本実施例の光変調器41にお
いても、光変調器に入射した光を、圧力検出素子が検出
した圧力に基づいて強度変調することができる。よっ
て、第1の実施例と同様に、圧力変動を検出することが
できる。
As described above, also in the optical modulator 41 of this embodiment, the intensity of the light incident on the optical modulator can be modulated based on the pressure detected by the pressure detecting element. Therefore, the pressure fluctuation can be detected as in the first embodiment.

【0023】なお、入力光ファイバ13及び出力光ファ
イバ15は、プラスチック光ファイバであってもよい。
The input optical fiber 13 and the output optical fiber 15 may be plastic optical fibers.

【0024】次に、図5及び図6を参照して、本発明の
第3の実施例について説明する。ここで、第1の実施例
と同一のものには同一番号を付しその説明を省略する。
本実施例の圧力変動検出器は、光サーキュレータ51
と、反射型光変調器52と、これらを接続する偏波保持
ファイバ53とを有している。なお、光サーキュレータ
51の代わりに光方向性結合器を用いてもよい。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
The pressure fluctuation detector of this embodiment is the optical circulator 51.
And a reflection type optical modulator 52, and a polarization maintaining fiber 53 connecting them. An optical directional coupler may be used instead of the optical circulator 51.

【0025】光サーキュレータ51は、光源11から出
射した光を偏変波保持ファイバ53に入射させ、偏波保
持ファイバ53からの光を受光器16に入射させる。ま
た、偏波保持ファイバ53は、光サーキュレータ51か
らの光を反射型光変調器52へ、反射型光変調器52か
らの光を光サーキュレータ51へと伝送する。
The optical circulator 51 causes the light emitted from the light source 11 to enter the polarization-maintaining wave holding fiber 53 and causes the light from the polarization maintaining fiber 53 to enter the light receiver 16. The polarization maintaining fiber 53 also transmits the light from the optical circulator 51 to the reflective optical modulator 52 and the light from the reflective optical modulator 52 to the optical circulator 51.

【0026】反射型光変調器52は、図6に示すよう
に、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム結晶製の基
板61と、基板61の表面に形成された入出射導波路6
2及びこの入出射導波路62に連結する2つの位相シフ
ト光導波路63と、位相シフト光導波路63の表面に形
成された変調電極64と、基板61の端面に形成され位
相シフト光導波路63を伝播してきた光を全反射する全
反射膜65とを有している。
As shown in FIG. 6, the reflection type optical modulator 52 includes a substrate 61 made of a lithium niobate crystal having an electro-optical effect, and an input / output waveguide 6 formed on the surface of the substrate 61.
2 and two phase shift optical waveguides 63 connected to the input / output waveguide 62, the modulation electrode 64 formed on the surface of the phase shift optical waveguide 63, and the phase shift optical waveguide 63 formed on the end face of the substrate 61. It has a total reflection film 65 that totally reflects the incident light.

【0027】この反射型光変調器52においても、図2
の光変調器14と同様に、偏波保持ファイバ23から入
射してきた光が、入出射導波路62から2つの位相シフ
ト光導波路63へと分岐して、変調電極64の近傍を通
過する。さらに2つの位相シフト光導波路63を通過し
た光は、全反射膜65で反射されて再び変調電極64の
近傍を通って入出射導波路62で合流する。光は、変調
電極64の近傍を通過する際に、圧力検出素子18から
の電圧信号に応じた変調を受ける。つまり、2つの位相
シフト光導波路63を通過する光の間に位相差が生じ、
入出射導波路62で合流した時点で、圧力検出素子18
からの電圧信号に応じた強度変化を有する光となる。
Also in this reflection type optical modulator 52, as shown in FIG.
Similarly to the optical modulator 14, the light incident from the polarization maintaining fiber 23 branches from the input / output waveguide 62 into the two phase shift optical waveguides 63 and passes near the modulation electrode 64. Further, the light that has passed through the two phase shift optical waveguides 63 is reflected by the total reflection film 65, passes through the vicinity of the modulation electrode 64 again, and joins in the input / output waveguide 62. The light undergoes modulation in accordance with the voltage signal from the pressure detection element 18 when passing through the vicinity of the modulation electrode 64. That is, a phase difference occurs between the lights passing through the two phase shift optical waveguides 63,
At the time of joining at the input / output waveguide 62, the pressure detection element 18
The light has an intensity change according to the voltage signal from.

【0028】このように、本実施例の圧力変動検出器で
は、光源11及び受光器16と光変調器52とを接続す
る光ファイバーを1本にすることができる。
As described above, in the pressure fluctuation detector of this embodiment, the number of optical fibers for connecting the light source 11 and the light receiver 16 to the optical modulator 52 can be one.

【0029】さて、第1及び第3の実施例では、圧力検
出素子と光変調器とが互いに独立しているものとした
が、図7に示すように、これら圧力検出素子と光変調器
とは一体的に形成することができる。つまり、厚さ方向
に分極されたニオブ酸リチウム結晶基板71の表裏面の
中央部に電極72を形成して圧電素子を構成し、基板7
1の裏面側にダイヤフラム73及びベース74を貼付け
て、圧力検出素子とする。そして、基板71表面の周辺
部に光導波路75を形成し、光導波路75の一部を覆う
変調電極76を形成し、この変調電極76と電極72と
をストリップ導体77で接続する。さらに、反射型光変
調器の場合には、反射膜78を形成し、光導波路75に
光ファイバ79を接続する。
In the first and third embodiments, the pressure detecting element and the optical modulator are independent of each other. However, as shown in FIG. 7, the pressure detecting element and the optical modulator are independent of each other. Can be integrally formed. That is, the electrodes 72 are formed in the central portions of the front and back surfaces of the lithium niobate crystal substrate 71 polarized in the thickness direction to form a piezoelectric element, and the substrate 7
The diaphragm 73 and the base 74 are attached to the back surface side of 1 to form a pressure detecting element. Then, an optical waveguide 75 is formed on the peripheral portion of the surface of the substrate 71, a modulation electrode 76 covering a part of the optical waveguide 75 is formed, and the modulation electrode 76 and the electrode 72 are connected by a strip conductor 77. Further, in the case of a reflection type optical modulator, a reflection film 78 is formed and an optical fiber 79 is connected to the optical waveguide 75.

【0030】このようにして、圧力検出素子と光変調器
とを一体化することにより、小形軽量化を達成できると
共に、作製、組み立て工程の簡略化を達成できる。ま
た、集積化による耐久性の向上も実現できる。また、圧
力検出素子と光変調器を接続する信号線を、圧力検出対
象物を収めた容器から外側へ引き出す必要がなく、さら
にノイズの影響等を排除することができる。
In this way, by integrating the pressure detecting element and the optical modulator, it is possible to reduce the size and weight and to simplify the manufacturing and assembling steps. In addition, the durability can be improved by integration. Further, it is not necessary to draw the signal line connecting the pressure detection element and the optical modulator outward from the container containing the pressure detection target, and it is possible to eliminate the influence of noise and the like.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、圧力検出手段からの電
圧信号で、光変調器を駆動し、光源からの光を変調する
ようにしたことで、遠隔地への検出結果の伝送に光を用
いることができ、周辺のノイズや雷の影響を受けること
がない。特に光ファイバを用いて伝送を行えば、周囲へ
の情報の漏洩もなく、伝送路の損失も小さいので、遠方
への情報伝送を実現できる。
According to the present invention, the optical modulator is driven by the voltage signal from the pressure detecting means to modulate the light from the light source, so that the detection result can be transmitted to a remote place. Can be used and is not affected by surrounding noise or lightning. In particular, if transmission is performed using an optical fiber, there is no leakage of information to the surroundings and the loss of the transmission path is small, so that information transmission to a distant place can be realized.

【0032】又、圧力検出手段として圧電素子を用いる
ことにより、広い測定範囲、及び高異周波数の圧力変動
に対応できると共に、圧力検出部が駆動電源を必要とし
ないので、引火性、或いは爆発性の雰囲気内での圧力検
出が可能となる。
Further, by using a piezoelectric element as the pressure detecting means, it is possible to cope with a wide measurement range and pressure fluctuation of a high different frequency, and since the pressure detecting portion does not require a driving power source, it is flammable or explosive. The pressure can be detected in the atmosphere.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の圧力変動検出器の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a pressure fluctuation detector according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の圧力変動検出器に使用される光変調器の
構成図である。
2 is a configuration diagram of an optical modulator used in the pressure fluctuation detector of FIG. 1. FIG.

【図3】図1の圧力変動検出器に使用される圧力検出素
子の構成を示す一部断面斜視図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional perspective view showing a configuration of a pressure detection element used in the pressure fluctuation detector of FIG.

【図4】本発明の第2の実施例の圧力変動検出器の構成
図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a pressure fluctuation detector according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例の圧力変動検出器の構成
図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a pressure fluctuation detector according to a third embodiment of the present invention.

【図6】図5の圧力変動検出器に使用される光変調器の
構成図である。
6 is a configuration diagram of an optical modulator used in the pressure fluctuation detector of FIG.

【図7】図5の圧力変動検出器に使用される同一基板上
に作製された光変調器と圧力検出素子との構成を示す一
部断面斜視図である。
7 is a partial cross-sectional perspective view showing a configuration of an optical modulator and a pressure detection element, which are manufactured on the same substrate and are used in the pressure fluctuation detector of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 光源 12 光源用電源 13 入力光ファイバ 14 光変調器 15 出力光ファイバ 16 受光器 17 計測器 18 圧力検出素子 21 基板 22 入射導波路 23 出射導波路 24 位相シフト光導波路 25 変調電極 31 圧電素子基板 32、33 電極 34 ダイヤフラム 35 ベース 36、37 端子 41 光変調器 42 ガラス板 43 偏光素子 44 透明電極 45 液晶 51 光サーキュレータ 52 反射型光変調器 53 偏波保持ファイバ 61 基板 62 入出射導波路 63 位相シフト光導波路 64 変調電極 65 全反射膜 71 ニオブ酸リチウム結晶基板 72 電極 73 ダイヤフラム 74 ベース 75 光導波路 76 変調電極 77 ストリップ導体 78 反射膜 79 光ファイバ 11 light source 12 Light source power supply 13 Input optical fiber 14 Optical modulator 15 Output optical fiber 16 light receiver 17 measuring instruments 18 Pressure detection element 21 board 22 Incident waveguide 23 Output waveguide 24 Phase shift optical waveguide 25 modulation electrode 31 Piezoelectric element substrate 32, 33 electrodes 34 diaphragm 35 base 36, 37 terminals 41 Optical modulator 42 glass plate 43 Polarizer 44 Transparent electrode 45 LCD 51 Optical circulator 52 Reflective optical modulator 53 Polarization maintaining fiber 61 board 62 Input / output waveguide 63 Phase shift optical waveguide 64 modulation electrode 65 Total reflection film 71 Lithium niobate crystal substrate 72 electrodes 73 diaphragm 74 base 75 Optical waveguide 76 Modulation electrode 77 Strip conductor 78 Reflective film 79 optical fiber

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧力を検出して該圧力に応じた電圧信号
を発生する圧力検出手段と、光を発生する光源と、該光
源から入射する前記光を前記電圧信号に基づいて変調し
て変調光を出射する光変調手段と、前記変調光を電気信
号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの前
記電気信号に基づいて前記圧力を求める圧力計測手段と
有し、 前記光変調手段が、前記光源からの光が入射する入射光
導波路と、前記変調光を出射する出射光導波路と、前記
入射光導波路と前記出射光導波路を連結し、前記電圧信
号に応答して屈折率がそれぞれ変化する2つの位相シフ
ト光導波路とを有するマッハツェンダー干渉計を構成す
る透過型光導波路素子であることを特徴とする圧力変動
検出器
1. A pressure detecting means for detecting a pressure to generate a voltage signal corresponding to the pressure, a light source for generating light, and the light incident from the light source is modulated based on the voltage signal to be modulated. It has a light modulating means for emitting light, and a photoelectric conversion means for converting the modulated light into an electrical signal, and a pressure measuring means for determining the pressure based on the electric signal from the photoelectric conversion means, wherein the light modulation A means connects the incident optical waveguide on which the light from the light source is incident, the outgoing optical waveguide for emitting the modulated light, the incoming optical waveguide and the outgoing optical waveguide, and has a refractive index in response to the voltage signal. Pressure fluctuation characterized by being a transmission-type optical waveguide device that constitutes a Mach-Zehnder interferometer having two phase-shifting optical waveguides that change respectively
Detector .
【請求項2】 前記圧力検出手段が圧電素子を含むこと
を特徴とする請求項1の圧力変動検出器。
2. The pressure fluctuation detector according to claim 1, wherein the pressure detecting means includes a piezoelectric element.
【請求項3】 前記透過型光導波路素子が前記圧電素子
の基板上に形成されていることを特徴とする請求項1又
は2の圧力変動検出器
3. A process according to claim 1, wherein the transmission optical waveguide elements are formed on a substrate of the piezoelectric element also
2 is a pressure fluctuation detector .
【請求項4】 前記光変調手段の前記入射導波路が第1
の光ファイバによって前記光源に接続され、前記光変調
手段の前記出射導波路が第2の光ファイバによって前記
光電変換手段に接続されていることを特徴とする請求項
1、2又は3の圧力変動検出器。
4. The incident waveguide of the light modulating means is first.
Claims of being connected to the light source by an optical fiber, wherein the emitting waveguide of the optical modulation means is connected to said photoelectric conversion means by the second optical fiber
1, 2 or 3 pressure fluctuation detector.
【請求項5】 圧力を検出して該圧力に応じた電圧信号
を発生する圧力検出手段と、光を発生する光源と、該光
源から入射する前記光を前記電圧信号に基づいて変調し
て変調光を出射する光変調手段と、前記変調光を電気信
号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの前
記電気信号に基づいて前記圧力を求める圧力計測手段と
有し、 前記光変調手段が、前記光が入射する光導波路と、該光
導波路からの光を2つに分岐させ、前記電圧信号に応じ
て屈折率がそれぞれ変化する2つの位相シフト光導波路
と、該位相シフト光導波路の端面に形成され該位相シフ
ト光導波路を伝搬してきた光を前記光導波路へ向けて全
反射する全反射鏡とを有する干渉計を構成する反射型光
導波路素子であることを特徴とする圧力変動検出器
5. A pressure detecting means for detecting a pressure to generate a voltage signal corresponding to the pressure, a light source for generating light, and the light incident from the light source is modulated based on the voltage signal to be modulated. It has a light modulating means for emitting light, and a photoelectric conversion means for converting the modulated light into an electrical signal, and a pressure measuring means for determining the pressure based on the electric signal from the photoelectric conversion means, wherein the light modulation An optical waveguide on which the light is incident, and two phase-shifting optical waveguides that split the light from the optical waveguide into two, and the respective refractive indices change according to the voltage signal, and the phase-shifting optical waveguide. Pressure fluctuation which is a reflection-type optical waveguide element which constitutes an interferometer having a total reflection mirror which is formed on the end face of the optical fiber and propagates through the phase shift optical waveguide toward the optical waveguide. Detector .
【請求項6】 前記圧力検出手段が圧電素子を含むこと6. The pressure detecting means includes a piezoelectric element.
を特徴とする請求項5の圧力変動検出器。The pressure fluctuation detector according to claim 5, wherein
【請求項7】 前記反射型光導波路素子が前記圧電素子
の基板上に形成されていることを特徴とする請求項5又
は6の圧力変動検出器。
7. The reflection type optical waveguide element is formed on a substrate of the piezoelectric element, according to claim 5.
6 is a pressure fluctuation detector.
【請求項8】 前記光変調手段の前記光導波路が光ファ
イバに接続され、該光ファイバが光方向性分離手段を介
して前記光源と前記光電変換手段とに接続されているこ
とを特徴とする請求項5,6又は7の圧力変動検出器。
8. The optical waveguide of the light modulating means is connected to an optical fiber, and the optical fiber is connected to the light source and the photoelectric converting means via an optical direction separating means. The pressure fluctuation detector according to claim 5, 6 or 7 .
【請求項9】 圧力を検出して該圧力に応じた電圧信号
を発生する圧力検出手段と、光を発生する光源と、該光
源から入射する前記光を前記電圧信号に基づいて変調し
て変調光を出射する光変調手段と、前記変調光を電気信
号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの前
記電気信号に基づいて前記圧力を求める圧力計測手段と
有し、 前記光変調手段が、偏光素子及び透明電極を形成した2
つの透明体の間に液晶を挟み込んで構成されていること
特徴とする圧力変動検出器
9. A pressure detecting means for detecting a pressure and generating a voltage signal corresponding to the pressure, a light source for generating light, and the light incident from the light source is modulated based on the voltage signal to be modulated. It has a light modulating means for emitting light, and a photoelectric conversion means for converting the modulated light into an electrical signal, and a pressure measuring means for determining the pressure based on the electric signal from the photoelectric conversion means, wherein the light modulation 2 means for forming a polarizing element and a transparent electrode
A pressure fluctuation detector characterized in that a liquid crystal is sandwiched between two transparent bodies.
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