JP3489496B2 - 光式圧力センサ及びそれを用いた圧力計測方法 - Google Patents
光式圧力センサ及びそれを用いた圧力計測方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光式圧力センサ及
びそれを用いた圧力計測方法に関する。
びそれを用いた圧力計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力計にはブルドン管圧力計と歪みゲー
ジ式圧力計とがある。
ジ式圧力計とがある。
【０００３】図４は本発明の前提となったブルドン管圧
力計の一部破断図である。
力計の一部破断図である。
【０００４】同図に示すブルドン管圧力計は、断面が楕
円形（または偏平形）の管８５をＣ字形状に曲げ、その
一端（固定側）８２´を固定端８２に固定し、他端（自
由端）８１を密閉したブルドン管８からなり、そのブル
ドン管８の固定端８２に測定圧を加えると、管８５の断
面が円に近づこうと膨張し、曲げられた管８５は直線に
近付こうと変形するが、管８５の弾性によりある程度管
８５が伸びたところで両者がつりあう。この伸びによる
ブルドン管８の自由端８１の変位量は管８５内の圧力に
比例する。ブルドン管圧力計はこのような原理を利用し
た圧力計であり、広く用いられている。
円形（または偏平形）の管８５をＣ字形状に曲げ、その
一端（固定側）８２´を固定端８２に固定し、他端（自
由端）８１を密閉したブルドン管８からなり、そのブル
ドン管８の固定端８２に測定圧を加えると、管８５の断
面が円に近づこうと膨張し、曲げられた管８５は直線に
近付こうと変形するが、管８５の弾性によりある程度管
８５が伸びたところで両者がつりあう。この伸びによる
ブルドン管８の自由端８１の変位量は管８５内の圧力に
比例する。ブルドン管圧力計はこのような原理を利用し
た圧力計であり、広く用いられている。
【０００５】ここで、ブルドン管８の自由端８１の変位
は数ｍｍ程度に設計されており、内機８６と呼ばれる変
位拡大機構により指針８７を最大２７０度程度まで回動
させて圧力を指示するようになっている。ブルドン管８
の材料は、黄銅、りん青銅、ベリリウム銅、Ｎｉ−ｐａ
ｎＣ、ＳＵＳ３１６やモネル等が用いられている。な
お、ブルドン管８の形状はＣ字形状以外に渦巻き状や螺
旋状に巻いたものも用いられている。
は数ｍｍ程度に設計されており、内機８６と呼ばれる変
位拡大機構により指針８７を最大２７０度程度まで回動
させて圧力を指示するようになっている。ブルドン管８
の材料は、黄銅、りん青銅、ベリリウム銅、Ｎｉ−ｐａ
ｎＣ、ＳＵＳ３１６やモネル等が用いられている。な
お、ブルドン管８の形状はＣ字形状以外に渦巻き状や螺
旋状に巻いたものも用いられている。
【０００６】一方、歪みゲージ式圧力計は、弾性体にダ
イアフラムや中空円筒形状のものを用い、弾性体に歪み
ゲージを貼り付け、圧力により弾性体に生じる歪みを電
気信号に変換して検出する圧力計である。
イアフラムや中空円筒形状のものを用い、弾性体に歪み
ゲージを貼り付け、圧力により弾性体に生じる歪みを電
気信号に変換して検出する圧力計である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ブルドン管
圧力計は、圧力計測結果が指針８７の示す角度で表され
るため、計測結果の自動記録を行ったり、遠隔計測した
りすることには適さない。
圧力計は、圧力計測結果が指針８７の示す角度で表され
るため、計測結果の自動記録を行ったり、遠隔計測した
りすることには適さない。
【０００８】一方、歪みゲージ式圧力計は、圧力をセン
サヘッド部で歪みとして電気信号に変換し、得られた測
定結果を遠隔の検出部まで伝送する手段として電子回路
を使用している。このため、電子回路が電磁ノイズの影
響を受けて、センサの出力が誤った値となる場合があ
る。また歪みゲージ式圧力計は、電子回路用の電源が必
要であり、電源確保が困難な場所には適用できないとい
う問題があった。
サヘッド部で歪みとして電気信号に変換し、得られた測
定結果を遠隔の検出部まで伝送する手段として電子回路
を使用している。このため、電子回路が電磁ノイズの影
響を受けて、センサの出力が誤った値となる場合があ
る。また歪みゲージ式圧力計は、電子回路用の電源が必
要であり、電源確保が困難な場所には適用できないとい
う問題があった。
【０００９】 そこで、本発明の目的は、上記課題を解
決し、遠隔計測が可能であり、電磁誘導による誤動作が
なく、しかもセンサ部に電源が不要な光式圧力センサ及
びそれを用いた圧力計測方法を提供することにある。
決し、遠隔計測が可能であり、電磁誘導による誤動作が
なく、しかもセンサ部に電源が不要な光式圧力センサ及
びそれを用いた圧力計測方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光式圧力センサは、ブルドン管の自由端側と
固定端側との間に光ファイバ型歪みセンサ７１を取り付
けると共に前記自由端側が圧力で変位したときに前記光
ファイバ型歪みセンサ７１に引張り歪みが発生するよう
に前記光ファイバ型歪みセンサ７１が前記ブルドン管の
自由端と固定端で固定され、前記光ファイバ型歪みセン
サ７１と同じ種類の他の光ファイバ型歪みセンサ７２が
前記光ファイバ型歪みセンサ７１の取り付け間隔と等し
い間隔で、且つ前記光ファイバ型歪みセンサ７１と同じ
温度になるように近接して取り付けられたものである。
に本発明の光式圧力センサは、ブルドン管の自由端側と
固定端側との間に光ファイバ型歪みセンサ７１を取り付
けると共に前記自由端側が圧力で変位したときに前記光
ファイバ型歪みセンサ７１に引張り歪みが発生するよう
に前記光ファイバ型歪みセンサ７１が前記ブルドン管の
自由端と固定端で固定され、前記光ファイバ型歪みセン
サ７１と同じ種類の他の光ファイバ型歪みセンサ７２が
前記光ファイバ型歪みセンサ７１の取り付け間隔と等し
い間隔で、且つ前記光ファイバ型歪みセンサ７１と同じ
温度になるように近接して取り付けられたものである。
【００１１】 また、本発明の圧力計測方法は、上記の
光式圧力センサを用いた圧力計測方法であって、前記光
ファイバ型歪みセンサ７１の歪みから前記他の光ファイ
バ型歪みセンサ７２の歪みを差し引いて圧力を求めるこ
とを特徴とするものである。
光式圧力センサを用いた圧力計測方法であって、前記光
ファイバ型歪みセンサ７１の歪みから前記他の光ファイ
バ型歪みセンサ７２の歪みを差し引いて圧力を求めるこ
とを特徴とするものである。
【００１２】ここで、本発明者らは、遠隔計測が可能
で、電磁誘導による誤動作が起きず、しかもセンサ部に
電源が不要な圧力センサを提供するために、歪みによっ
て反射波長が変化するＦＢＧ (Fiber Bragg Grating)や
歪みにより干渉光強度の変化するファブリペロー型等の
光ファイバ型の歪みセンサを用いて圧力により生じる歪
みを計測することを試みた。
で、電磁誘導による誤動作が起きず、しかもセンサ部に
電源が不要な圧力センサを提供するために、歪みによっ
て反射波長が変化するＦＢＧ (Fiber Bragg Grating)や
歪みにより干渉光強度の変化するファブリペロー型等の
光ファイバ型の歪みセンサを用いて圧力により生じる歪
みを計測することを試みた。
【００１３】図５は図１に示す光式圧力センサに用いら
れるＦＢＧ型歪みセンサの構造図である。図６は図５に
示すＦＢＧ型歪みセンサの原理を説明するための説明図
であり、横軸が歪み軸であり、縦軸が反射中心波長軸で
ある。
れるＦＢＧ型歪みセンサの構造図である。図６は図５に
示すＦＢＧ型歪みセンサの原理を説明するための説明図
であり、横軸が歪み軸であり、縦軸が反射中心波長軸で
ある。
【００１４】図５に示すＦＢＧは光ファイバのコア１１
に長手方向の屈折率分布が一定間隔で変化するように構
成したものであり（高屈折率部１２及び低屈折率部１３
の繰り返し構造）、入射光２１に対して屈折率分布の幅
Λ（＝λ／（２・ｎ）ｎはコアの屈折率。高屈折率部１
２の屈折率ｎ12と低屈折率部１３の屈折率ｎ13は０．１
１程の違いしかないので、ｎ＝（ｎ12＋ｎ13）／２と考
えてよい。）の２倍の長さの波長λの光２２を反射し、
それ以外の波長λτρの光を透過する特性を有する。こ
のＦＢＧに歪みが印加されると、屈折率分布の幅Λが変
化し、この変化に対応して反射される光２２の波長λが
図６に示すように直線的に変化する。
に長手方向の屈折率分布が一定間隔で変化するように構
成したものであり（高屈折率部１２及び低屈折率部１３
の繰り返し構造）、入射光２１に対して屈折率分布の幅
Λ（＝λ／（２・ｎ）ｎはコアの屈折率。高屈折率部１
２の屈折率ｎ12と低屈折率部１３の屈折率ｎ13は０．１
１程の違いしかないので、ｎ＝（ｎ12＋ｎ13）／２と考
えてよい。）の２倍の長さの波長λの光２２を反射し、
それ以外の波長λτρの光を透過する特性を有する。こ
のＦＢＧに歪みが印加されると、屈折率分布の幅Λが変
化し、この変化に対応して反射される光２２の波長λが
図６に示すように直線的に変化する。
【００１５】従って、ＦＢＧに波長帯域の広い光を入射
させ、反射される光の波長を計測することにより、ＦＢ
Ｇに印加された歪みを求めることができる。
させ、反射される光の波長を計測することにより、ＦＢ
Ｇに印加された歪みを求めることができる。
【００１６】複数のＦＢＧを直列あるいは並列に接続し
て各々のＦＢＧに発生する歪を計測することもできる。
このためには、各々のＦＢＧの歪が印加されない状態で
の反射波長が異なり、さらに計測歪範囲内での反射波長
変化範囲が全てのＦＢＧについて重複しないように設定
すればよい。
て各々のＦＢＧに発生する歪を計測することもできる。
このためには、各々のＦＢＧの歪が印加されない状態で
の反射波長が異なり、さらに計測歪範囲内での反射波長
変化範囲が全てのＦＢＧについて重複しないように設定
すればよい。
【００１７】図７は図１に示す光式圧力センサに用いら
れるファブリペロー型の光ファイバセンサの構造図であ
る。図８は図７に示す光式圧力センサの原理を説明する
ための説明図であり、横軸がギャップ長さ軸であり、縦
軸が干渉信号強度軸である。
れるファブリペロー型の光ファイバセンサの構造図であ
る。図８は図７に示す光式圧力センサの原理を説明する
ための説明図であり、横軸がギャップ長さ軸であり、縦
軸が干渉信号強度軸である。
【００１８】図７に示すファブリペロー型の光ファイバ
センサは、光ファイバ１と、光ファイバ１の端面に平行
かつ光ファイバ１の長手方向に対して直角にギャップ
（ギャップ長Δδ）４を隔てて配置されたミラー３とで
構成され、光ファイバ１に入射光２１が入射されると、
光ファイバ１の端面からの反射光２４とミラー３からの
反射光２５とで干渉信号が生じる。この干渉信号を計測
するとギャップ長Δδに応じて図８に示すように信号出
力が変化する。したがって、ギャップ長Δｄの小さい領
域（λ／２以下、λ：光の波長）での信号強度のギャッ
プ長依存性が単調減少することを用いて、ギャップ長Δ
δを検出することができる。センサ部に印加された歪み
によりギャップ長Δδが変化した場合、このギャップ長
Δδの変化量を計測することができる。
センサは、光ファイバ１と、光ファイバ１の端面に平行
かつ光ファイバ１の長手方向に対して直角にギャップ
（ギャップ長Δδ）４を隔てて配置されたミラー３とで
構成され、光ファイバ１に入射光２１が入射されると、
光ファイバ１の端面からの反射光２４とミラー３からの
反射光２５とで干渉信号が生じる。この干渉信号を計測
するとギャップ長Δδに応じて図８に示すように信号出
力が変化する。したがって、ギャップ長Δｄの小さい領
域（λ／２以下、λ：光の波長）での信号強度のギャッ
プ長依存性が単調減少することを用いて、ギャップ長Δ
δを検出することができる。センサ部に印加された歪み
によりギャップ長Δδが変化した場合、このギャップ長
Δδの変化量を計測することができる。
【００１９】複数のファブリペロー型の光ファイバセン
サを直列あるいは並列に接続して、各々のセンサに発生
する歪を計測することもできる。このためには、各々の
センサ部の歪が印加されない状態でのギャップ長が異な
り、さらに計測歪範囲内でのギャップ長変化範囲が全て
のセンサについて重複しないようにすればよい。
サを直列あるいは並列に接続して、各々のセンサに発生
する歪を計測することもできる。このためには、各々の
センサ部の歪が印加されない状態でのギャップ長が異な
り、さらに計測歪範囲内でのギャップ長変化範囲が全て
のセンサについて重複しないようにすればよい。
【００２０】このように、ＦＢＧ型センサも、ファブリ
ペロー型センサも、センサ部には電源が不要であり、遠
隔でセンサ部の歪みを計測することが可能であることが
分かる。また、いずれのセンサも歪み計測精度は１μｓ
ｔｒａｉｎ（０．０００１％）程度と高精度の歪み計測
が可能であることが分かる。
ペロー型センサも、センサ部には電源が不要であり、遠
隔でセンサ部の歪みを計測することが可能であることが
分かる。また、いずれのセンサも歪み計測精度は１μｓ
ｔｒａｉｎ（０．０００１％）程度と高精度の歪み計測
が可能であることが分かる。
【００２１】ここで、本発明の目的である遠隔計測が可
能であり、電磁誘導による誤動作が起きず、また、セン
サ部に電源が不要な圧力センサを提供するため、従来の
歪みゲージ式圧力計の歪みセンサ部を光ファイバ式歪み
計に置き換えることを検討した。
能であり、電磁誘導による誤動作が起きず、また、セン
サ部に電源が不要な圧力センサを提供するため、従来の
歪みゲージ式圧力計の歪みセンサ部を光ファイバ式歪み
計に置き換えることを検討した。
【００２２】図９は本発明の前提となった光式圧力セン
サの構造図である。
サの構造図である。
【００２３】同図に示すダイアフラム６の両端に光ファ
イバ１の接続されている光ファイバ歪みセンサ７を貼り
付けて、圧力によりダイアフラム６に生じる歪みを計測
する方式で検討を行った。１ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で０．
１％程度の歪みを発生させることを目標としたが、直接
１００ｍｍφのダイアフラムを用いた場合、圧力に対す
る発生歪みが目標の１／５程度と小さかった。
イバ１の接続されている光ファイバ歪みセンサ７を貼り
付けて、圧力によりダイアフラム６に生じる歪みを計測
する方式で検討を行った。１ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で０．
１％程度の歪みを発生させることを目標としたが、直接
１００ｍｍφのダイアフラムを用いた場合、圧力に対す
る発生歪みが目標の１／５程度と小さかった。
【００２４】次にブルドン管の自由端が圧力に比例して
変位することを利用して、光ファイバ歪みセンサに歪み
を印加することを試みた。
変位することを利用して、光ファイバ歪みセンサに歪み
を印加することを試みた。
【００２５】図１０は本発明の前提となった光式圧力セ
ンサの構造図である。
ンサの構造図である。
【００２６】同図に示す台座９２に固定したブルドン管
８の自由端８１と固定端８２との間に圧力歪み変換部材
８３を取り付け、この圧力歪み変換部材８３に光ファイ
バ歪みセンサ７を貼り付ける構造を検討した。しかし、
この方式であっても、目標の圧力に対する歪み感度の１
／５程度しか得ることができなかった。
８の自由端８１と固定端８２との間に圧力歪み変換部材
８３を取り付け、この圧力歪み変換部材８３に光ファイ
バ歪みセンサ７を貼り付ける構造を検討した。しかし、
この方式であっても、目標の圧力に対する歪み感度の１
／５程度しか得ることができなかった。
【００２７】この原因として、ブルドン管で発生する力
で圧力歪み変換部材に目標とした大きさの歪みを発生さ
せることが難しいと考え、図３に示すように、圧力歪み
変換部材を用いずに、光ファイバ歪みセンサ７をブルド
ン管８の自由端８１と固定端８２との間に固定治具９
３、９４を用いて取り付ける構造を検討した。
で圧力歪み変換部材に目標とした大きさの歪みを発生さ
せることが難しいと考え、図３に示すように、圧力歪み
変換部材を用いずに、光ファイバ歪みセンサ７をブルド
ン管８の自由端８１と固定端８２との間に固定治具９
３、９４を用いて取り付ける構造を検討した。
【００２８】図３は本発明の光式歪みセンサの原理を説
明するための構造図である。
明するための構造図である。
【００２９】同図に示す光式歪みセンサはブルドン管８
で発生する力で光ファイバ歪みセンサ７を直接引っ張っ
て歪みを発生させることになり、図１０に示した方式で
用いていた圧力歪み変換部材を引っ張る必要がないた
め、圧力でブルドン管に発生した力で効率よく歪みに変
換できると考えられる。この構造での特性を測定したと
ころ、目標の圧力に対する歪み感度を得ることができ
た。
で発生する力で光ファイバ歪みセンサ７を直接引っ張っ
て歪みを発生させることになり、図１０に示した方式で
用いていた圧力歪み変換部材を引っ張る必要がないた
め、圧力でブルドン管に発生した力で効率よく歪みに変
換できると考えられる。この構造での特性を測定したと
ころ、目標の圧力に対する歪み感度を得ることができ
た。
【００３０】すなわち、本発明によれば、ブルドン管内
の測定圧が変化すると、ブルドン管の自由端側と固定端
側との間の間隔が変化することにより、ブルドン管の自
由端側と固定端側との間に取り付けられた光式歪みセン
サが伸縮する。光式歪みセンサの変位は測定圧に比例
し、電磁誘導の影響を受けないので誤作動がなく、しか
も電源が不要なため光式歪みセンサの歪み信号を光ファ
イバで離れた場所に情報を伝達することができるので遠
隔監視が可能となる。
の測定圧が変化すると、ブルドン管の自由端側と固定端
側との間の間隔が変化することにより、ブルドン管の自
由端側と固定端側との間に取り付けられた光式歪みセン
サが伸縮する。光式歪みセンサの変位は測定圧に比例
し、電磁誘導の影響を受けないので誤作動がなく、しか
も電源が不要なため光式歪みセンサの歪み信号を光ファ
イバで離れた場所に情報を伝達することができるので遠
隔監視が可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００３２】図１は本発明の光式圧力センサの一実施の
形態を示す概略図である。
形態を示す概略図である。
【００３３】同図において、ステンレス等からなる防水
構造のセンサヘッド９の底部（図では下側）にフィルタ
９１が設けられている。フィルタ９１の内側（図では上
側）には貫通穴９２ａを有する台座９２が設けられてい
る。台座９２はステンレス等の金属が用いられている。
台座９２の上には貫通穴９２ａと連通するようにブルド
ン管８の固定端８２が取り付けられており、ブルドン管
８の内部にセンサヘッド９の外部の圧力が印加されるよ
うになっている。フィルタ９１は、センサヘッド９の外
部の圧力をブルドン管８の内部に導くが、圧力測定対象
の液体や気体中のゴミ粒子等を通さない構造となってい
る。
構造のセンサヘッド９の底部（図では下側）にフィルタ
９１が設けられている。フィルタ９１の内側（図では上
側）には貫通穴９２ａを有する台座９２が設けられてい
る。台座９２はステンレス等の金属が用いられている。
台座９２の上には貫通穴９２ａと連通するようにブルド
ン管８の固定端８２が取り付けられており、ブルドン管
８の内部にセンサヘッド９の外部の圧力が印加されるよ
うになっている。フィルタ９１は、センサヘッド９の外
部の圧力をブルドン管８の内部に導くが、圧力測定対象
の液体や気体中のゴミ粒子等を通さない構造となってい
る。
【００３４】ブルドン管８の自由端８１には固定治具９
３が取り付けられており、ブルドン管８の固定端には固
定治具９４が取り付けられている。固定治具９３、９４
の材質にはステンレス等の金属が用いられている。固定
治具９３と固定治具９４との間にはＦＢＧ型歪みセンサ
あるいはファブリペロー型光ファイバ歪みセンサ等の光
ファイバ歪みセンサ７１が取り付けられている。
３が取り付けられており、ブルドン管８の固定端には固
定治具９４が取り付けられている。固定治具９３、９４
の材質にはステンレス等の金属が用いられている。固定
治具９３と固定治具９４との間にはＦＢＧ型歪みセンサ
あるいはファブリペロー型光ファイバ歪みセンサ等の光
ファイバ歪みセンサ７１が取り付けられている。
【００３５】光ファイバ歪みセンサ７１の一端（図では
上端）は光ファイバ心線１ａの一端（図では下端）が接
続され、光ファイバ歪みセンサ７１の他端（図では下
端）は光ファイバ心線１ｂの一端（図では右端）が接続
されている。
上端）は光ファイバ心線１ａの一端（図では下端）が接
続され、光ファイバ歪みセンサ７１の他端（図では下
端）は光ファイバ心線１ｂの一端（図では右端）が接続
されている。
【００３６】台座９２の光ファイバ歪みセンサ７１の近
傍にはＦ字形状のステンレス等の金属からなる固定治具
９５が立設されている。固定治具９５の突き出し部９５
ａ、９５ｂには、光ファイバ歪みセンサ７１と同じ種類
の光ファイバ歪みセンサ７２が光ファイバ歪みセンサ７
１と同じ温度になるように近接して取り付けられてい
る。また、固定治具９５の突き出し部９５ａ、９５ｂの
間隔は、固定治具９３、９４の間隔に略等しくなるよう
に設定されている。光ファイバ歪みセンサ７２の一端
（図では下端）は光ファイバ心線１ｂの他端（図では左
端）に接続されており、光ファイバ歪みセンサ７２の他
端（図では上端）は光ファイバ心線１ｃの一端（図では
下端）に接続されている。光ファイバ心線１ｃの他端
（図では上端）は光ファイバ心線１ａの他端（図では上
端）と共にセンサヘッド９の蓋部（図では上側）に接続
された中空パイプ９６を通って図示しない圧力検出器に
接続されている。光ファイバ心線１ａの他端は中空パイ
プ９６を通った後、次段のセンサヘッドの光ファイバ心
線１ｃに接続されている。次段のセンサヘッドがない場
合には光ファイバ心線１ａはどこにも接続する必要がな
い。
傍にはＦ字形状のステンレス等の金属からなる固定治具
９５が立設されている。固定治具９５の突き出し部９５
ａ、９５ｂには、光ファイバ歪みセンサ７１と同じ種類
の光ファイバ歪みセンサ７２が光ファイバ歪みセンサ７
１と同じ温度になるように近接して取り付けられてい
る。また、固定治具９５の突き出し部９５ａ、９５ｂの
間隔は、固定治具９３、９４の間隔に略等しくなるよう
に設定されている。光ファイバ歪みセンサ７２の一端
（図では下端）は光ファイバ心線１ｂの他端（図では左
端）に接続されており、光ファイバ歪みセンサ７２の他
端（図では上端）は光ファイバ心線１ｃの一端（図では
下端）に接続されている。光ファイバ心線１ｃの他端
（図では上端）は光ファイバ心線１ａの他端（図では上
端）と共にセンサヘッド９の蓋部（図では上側）に接続
された中空パイプ９６を通って図示しない圧力検出器に
接続されている。光ファイバ心線１ａの他端は中空パイ
プ９６を通った後、次段のセンサヘッドの光ファイバ心
線１ｃに接続されている。次段のセンサヘッドがない場
合には光ファイバ心線１ａはどこにも接続する必要がな
い。
【００３７】センサヘッド９の内部は外部から圧力計測
対象の液体や気体から隔離されており、中空パイプ９６
を通して大気圧が印加されるようになっている。これに
対してブルドン管８の内部には、フィルタ９１を通して
被測定圧力が印加されるようになっている。
対象の液体や気体から隔離されており、中空パイプ９６
を通して大気圧が印加されるようになっている。これに
対してブルドン管８の内部には、フィルタ９１を通して
被測定圧力が印加されるようになっている。
【００３８】従って、ブルドン管８にはセンサヘッド９
の外部から圧力が印加されると、自由端８１が図の上方
に向かって変位しようとする力が発生する。ブルドン管
８の自由端８１が上方に変位しようとすると、ブルドン
管８に取り付けられた光ファイバ歪みセンサ７１に対し
て圧力に略比例した引っ張り歪みが発生する。このとき
光ファイバ歪みセンサ７１には、その周囲温度に依存し
て発生する歪みも発生する。
の外部から圧力が印加されると、自由端８１が図の上方
に向かって変位しようとする力が発生する。ブルドン管
８の自由端８１が上方に変位しようとすると、ブルドン
管８に取り付けられた光ファイバ歪みセンサ７１に対し
て圧力に略比例した引っ張り歪みが発生する。このとき
光ファイバ歪みセンサ７１には、その周囲温度に依存し
て発生する歪みも発生する。
【００３９】光ファイバ心線１ｃに接続された図示しな
い圧力検出器で光ファイバ歪みセンサ７１、７２の歪み
εを測定する。光ファイバ歪みセンサ７１の歪みε71は
計測圧力Ｐに起因する歪みεP と、周囲温度Ｔに起因す
る歪みεT との和が印加されており、光ファイバ歪みセ
ンサ７２に印加されている歪みε72は周囲温度Ｔに起因
する歪みεT のみである。
い圧力検出器で光ファイバ歪みセンサ７１、７２の歪み
εを測定する。光ファイバ歪みセンサ７１の歪みε71は
計測圧力Ｐに起因する歪みεP と、周囲温度Ｔに起因す
る歪みεT との和が印加されており、光ファイバ歪みセ
ンサ７２に印加されている歪みε72は周囲温度Ｔに起因
する歪みεT のみである。
【００４０】したがって、計測圧力に起因する歪みεP
はε71−ε72を計算することで求めることができる。
はε71−ε72を計算することで求めることができる。
【００４１】なお、本実施の形態ではブルドン管８の自
由端８１に取り付けられた固定治具９３と、固定端８２
に取り付けられた固定治具９４との間に光ファイバ歪み
センサ７１が取り付けられた場合で説明したが、これに
限定されず、ブルドン管８の自由端８１と固定端８２に
取り付けられた固定治具９４との間、ブルドン管８の自
由端８１に取り付けられた固定治具９３と固定端８２と
の間、かあるいはブルドン管８の自由端８１と固定端８
２との間に光ファイバ歪みセンサ７１を取り付けてもよ
い。
由端８１に取り付けられた固定治具９３と、固定端８２
に取り付けられた固定治具９４との間に光ファイバ歪み
センサ７１が取り付けられた場合で説明したが、これに
限定されず、ブルドン管８の自由端８１と固定端８２に
取り付けられた固定治具９４との間、ブルドン管８の自
由端８１に取り付けられた固定治具９３と固定端８２と
の間、かあるいはブルドン管８の自由端８１と固定端８
２との間に光ファイバ歪みセンサ７１を取り付けてもよ
い。
【００４２】また、本実施の形態では、外部圧力をブル
ドン管に導く途中にフィルタを設けたが、これに限定さ
れず、圧力伝達機能を有するダイアフラムを用いてもよ
い。このダイアフラムを用いた場合、外部圧力がダイア
フラムを介してブルドン管内に伝達されることになる
が、密閉構造のため、圧力計測対象の液体や気体中のゴ
ミや粒子を完全に遮断することができる。
ドン管に導く途中にフィルタを設けたが、これに限定さ
れず、圧力伝達機能を有するダイアフラムを用いてもよ
い。このダイアフラムを用いた場合、外部圧力がダイア
フラムを介してブルドン管内に伝達されることになる
が、密閉構造のため、圧力計測対象の液体や気体中のゴ
ミや粒子を完全に遮断することができる。
【００４３】次に複数の光式圧力計を用いて複数箇所の
圧力を計測する場合について説明する。
圧力を計測する場合について説明する。
【００４４】図２は本発明の光式圧力センサの他の実施
の形態を示す概略図である。
の形態を示す概略図である。
【００４５】図１に示した光式圧力センサとの相違点
は、複数の光式圧力センサを用いて圧力を計測する点で
ある。
は、複数の光式圧力センサを用いて圧力を計測する点で
ある。
【００４６】この光式圧力センサは、圧力検出器８９か
ら光ファイバ心線１１１ａを介して圧力センサヘッド９
ａの光ファイバ歪みセンサ７１ａが接続され、光ファイ
バ心線１１２ａ、光ファイバ歪みセンサ７２ａ、光ファ
イバ心線１１３ａ（１１１ｂ）、圧力センサヘッド９ｂ
の光ファイバ歪みセンサ７１ｂ、…のように複数の圧力
センサヘッド９ａ、９ｂ、…、９ｎが光ファイバ心線１
１１ａ、１１３ａ（１１１ｂ）、１１３ｂ（１１１
ｃ）、…、１１３ｎで直列に接続されたものである。
ら光ファイバ心線１１１ａを介して圧力センサヘッド９
ａの光ファイバ歪みセンサ７１ａが接続され、光ファイ
バ心線１１２ａ、光ファイバ歪みセンサ７２ａ、光ファ
イバ心線１１３ａ（１１１ｂ）、圧力センサヘッド９ｂ
の光ファイバ歪みセンサ７１ｂ、…のように複数の圧力
センサヘッド９ａ、９ｂ、…、９ｎが光ファイバ心線１
１１ａ、１１３ａ（１１１ｂ）、１１３ｂ（１１１
ｃ）、…、１１３ｎで直列に接続されたものである。
【００４７】この光式圧力センサにより、複数箇所の圧
力を１本の光ファイバで計測することができる。
力を１本の光ファイバで計測することができる。
【００４８】このような光式圧力センサを、川や湖等の
水中に沈めておくと、水位と水圧とが対応することによ
り、水位を遠隔で監視することができる。
水中に沈めておくと、水位と水圧とが対応することによ
り、水位を遠隔で監視することができる。
【００４９】 以上において、本発明によれば、遠隔計
測が可能で、電磁誘導による誤動作が起きず、センサ部
に電源が不要となる。
測が可能で、電磁誘導による誤動作が起きず、センサ部
に電源が不要となる。
【００５０】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００５１】 遠隔計測が可能であり、電磁誘導による
誤動作がなく、しかもセンサ部に電源が不要な光式圧力
センサ及びそれを用いた圧力計測方法の提供を実現する
ことができる。
誤動作がなく、しかもセンサ部に電源が不要な光式圧力
センサ及びそれを用いた圧力計測方法の提供を実現する
ことができる。
【図１】本発明の光式圧力センサの一実施の形態を示す
概略図である。
概略図である。
【図２】本発明の光式圧力センサの他の実施の形態を示
す概略図である。
す概略図である。
【図３】本発明の光式歪みセンサの原理を説明するため
の構造図である。
の構造図である。
【図４】本発明の前提となったブルドン管圧力計の一部
破断図である。
破断図である。
【図５】図１に示す光式圧力センサに用いられるＦＢＧ
型歪みセンサの構造図である。
型歪みセンサの構造図である。
【図６】図５に示すＦＢＧ型歪みセンサの原理を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図７】図１に示す光式圧力センサに用いられるファブ
リペロー型の光ファイバセンサの構造図である。
リペロー型の光ファイバセンサの構造図である。
【図８】図７に示す光式圧力センサの原理を説明するた
めの説明図である。
めの説明図である。
【図９】本発明の前提となった光式圧力センサの構造図
である。
である。
【図１０】本発明の前提となった光式圧力センサの構造
図である。
図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ 光ファイバ心線
８ ブルドン管
９ センサヘッド
７１ 光ファイバ歪みセンサ
８１ 自由端
８２ 固定端
９１ フィルタ
９２ 台座
９３、９４、９５ 固定治具
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−126659（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−351915（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−249531（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−118935（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01L 7/04
G01B 11/16
G01L 11/02
Claims (2)
- 【請求項１】 ブルドン管の自由端側と固定端側との間
に光ファイバ型歪みセンサ７１を取り付けると共に前記
自由端側が圧力で変位したときに前記光ファイバ型歪み
センサ７１に引張り歪みが発生するように前記光ファイ
バ型歪みセンサ７１が前記ブルドン管の自由端と固定端
で固定され、前記光ファイバ型歪みセンサ７１と同じ種
類の他の光ファイバ型歪みセンサ７２が前記光ファイバ
型歪みセンサ７１の取り付け間隔と等しい間隔で、且つ
前記光ファイバ型歪みセンサ７１と同じ温度になるよう
に近接して取り付けられたことを特徴とする光式圧力セ
ンサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載された光式圧力センサを
用いた圧力計測方法であって、前記光ファイバ型歪みセ
ンサ７１の歪みから前記他の光ファイバ型歪みセンサ７
２の歪みを差し引いて圧力を求めることを特徴とする圧
力計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20794499A JP3489496B2 (ja) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | 光式圧力センサ及びそれを用いた圧力計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20794499A JP3489496B2 (ja) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | 光式圧力センサ及びそれを用いた圧力計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001033325A JP2001033325A (ja) | 2001-02-09 |
| JP3489496B2 true JP3489496B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=16548132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20794499A Expired - Fee Related JP3489496B2 (ja) | 1999-07-22 | 1999-07-22 | 光式圧力センサ及びそれを用いた圧力計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3489496B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100460825C (zh) * | 2005-10-13 | 2009-02-11 | 中国科学院半导体研究所 | 基于波登管作为换能器的光纤光栅传感器及方法 |
| CN109387309A (zh) * | 2017-08-08 | 2019-02-26 | 江苏弘开传感科技有限公司 | 一种压强传感器 |
| CN109238554A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-01-18 | 厦门大学 | 采用光纤光栅的压力传感器 |
| CN113567015B (zh) * | 2020-07-27 | 2023-01-17 | 山东光安智能科技有限公司 | 一种基于液压传动式光纤光栅应力检测装置 |
-
1999
- 1999-07-22 JP JP20794499A patent/JP3489496B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001033325A (ja) | 2001-02-09 |
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