JP4817786B2 - 差圧測定システム及び差圧測定方法 - Google Patents

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。

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光で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、光路差の変化を読み取るためには、干渉縞の中心位置の同定に複雑な信号処理が必要になるという問題があった。また干渉縞の中心位置を同定する時に、光源の発光パワーの低下や光導波路の透過率の低下が生じると、干渉縞の振幅も低下する。干渉縞の振幅が低下すると、隣接する干渉縞の明部との区別が困難になり、差圧測定に測定誤差をもたらすおそれがあった。さらに光を照射する光源の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等によって、光の光量が圧力とは無関係に変調する場合がある。光源等に由来する光量の変調は、差圧測定に測定誤差をもたらすという問題があった。
特開2003-166890号公報

本発明は、照射光の光量及び光導波路の透過率の変調の影響を受けずに、高い精度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。

本発明の第1の態様によれば、光源と、第１外圧に応じて光源の照射光のスペクトルにおける第１波長帯域の光強度を減衰させ、第１測定光として出力する第１センサと、第２外圧に応じて第１測定光のスペクトルにおける第２波長帯域の光強度を減衰させ、第２測定光として出力する第２センサと、第２測定光のスペクトルにおける第１及び第２波長帯域のいずれか一方の光量が一定となるよう、照射光の光量を調節するフィードバック回路と、第２測定光のスペクトルにおける第１波長帯域の光量及び第２波長帯域の光量から、第１及び第２外圧の差圧を測定する光量差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測定光のスペクトルにおける第１及び第２波長帯域のいずれか一方の光量が一定となるよう、照射光の光量を調節することにより、照射光の光量及び光導波路の透過率の変調の影響を除去することが可能となる。

本発明の第2の態様によれば、光源と、第１外圧に応じて光源の照射光のスペクトルにおける第１波長帯域の光強度を減衰させ、第１測定光として出力する第１センサと、第２外圧に応じて第１測定光のスペクトルにおける第２波長帯域の光強度を減衰させ、第２測定光として出力する第２センサと、第２測定光のスペクトルにおける第１波長帯域及び第２波長帯域のいずれか一方の光量に対する他方の光量の比に基づいて、第１外圧及び第２外圧の差圧を測定する補正光量比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測定光のスペクトルにおける第１波長帯域及び第２波長帯域のいずれか一方の光量に対する他方の光量の比を算出する過程で、照射光の光量及び光導波路の透過率の変調の影響を除去することが可能となる。

本発明の第3の態様によれば、照射光を照射するステップと、第１外圧に応じて照射光のスペクトルにおける第１波長帯域の光強度を減衰させ、第１測定光として出力するステップと、第２外圧に応じて第１測定光のスペクトルにおける第２波長帯域の光強度を減衰させ、第２測定光として出力するステップと、第２測定光のスペクトルにおける第１及び第２波長帯域のいずれか一方の光量が一定となるよう、照射光の光量を調節するステップと、第２測定光のスペクトルにおける第１波長帯域の光量及び第２波長帯域の光量の差に基づいて、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測定光のスペクトルにおける第１及び第２波長帯域のいずれか一方の光量が一定となるよう、照射光の光量を調節することにより、照射光の光量及び光導波路の透過率の変調の影響を除去することが可能となる。

本発明の第4の態様によれば、照射光を照射するステップと、第１外圧に応じて照射光のスペクトルにおける第１波長帯域の光強度を減衰させ、第１測定光として出力するステップと、第２外圧に応じて第１測定光のスペクトルにおける第２波長帯域の光強度を減衰させ、第２測定光として出力するステップと、第２測定光のスペクトルにおける第１波長帯域及び第２波長帯域のいずれか一方の光量に対する他方の光量の比に基づいて、第１外圧及び第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測定光のスペクトルにおける第１波長帯域及び第２波長帯域のいずれか一方の光量に対する他方の光量の比を算出する過程で、照射光の光量及び光導波路の透過率の変調の影響を除去することが可能となる。

本発明によれば、照射光の光量及び光導波路の透過率の変調の影響を受けずに、高い精度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。

以下に本発明の第1乃至第4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。

（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外圧P_O1に応じて光源4の照射光のスペクトルにおける第1波長帯域の光強度を減衰させ、第1測定光として出力する第1センサ5、第2外圧に応じて第1測定光のスペクトルにおける第1波長帯域とは異なる第2波長帯域の光強度を減衰させ、第2測定光として出力する第2センサ15、第2測定光のスペクトルにおける第2波長帯域の光量が一定となるよう、照射光の光量を調節するフィードバック回路8、及び第2測定光のスペクトルにおける第1波長帯域の光量及び第2波長帯域の光量から、第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧(|P_O1-P_O2|)を測定する光量差測定モジュール72Aを備える。

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には光源4の照射光を伝搬する光導波路30が接続されている。光導波路30、及び後述する光導波路30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38のそれぞれには、シングルモード或いはマルチモードの光ファイバ等が使用可能である。さらに光導波路30には、光カプラ等の第1スプリッタ21を介して光導波路31が接続されている。

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及び図2のA-A方向からの断面図である図3に示すように、コア130a及びクラッド131aを有する光導波路31が挿入されるホルダ60aを有する。さらに第1センサ5は、挿入された光導波路31の端面に配置された第1フィルタ26a、第1フィルタ26aと平行位置に配置され、第1外圧P_O1を受ける第1感圧膜50a、及び第1感圧膜50aの第1フィルタ26aと対向する表面に配置され、第1フィルタ26aを透過した光を受ける第1反射膜27aを有する。また第1センサ5は、第1フィルタ26aと第1反射膜27aとの第1間隔L_aを規定する第1筐体43aを有する。第1フィルタ26aは照射光のスペクトルにおける第2波長帯域の第2波長成分のみを反射する。第1フィルタ26aには五酸化タンタル(Ta₂O₅)膜及び二酸化珪素(SiO₂)膜を交互に複数積層させたバンドパスフィルタ等が使用可能である。第1反射膜27aには全反射鏡等が使用可能である。第1センサ5は、第1感圧膜50a、第1筐体43a、及びホルダ60aで囲まれた領域の第1内圧P_I1を調節するためにホルダ60aに設けられた通気孔160aと、通気孔160aの開閉を制御する開放弁70aを備える。さらに第1感圧膜50aの外部には、表出する第1感圧膜50aの図2に示した半径aを規定する第1基底部40aが配置される。なお、第1感圧膜50a、第1筐体43a、及びホルダ60aで囲まれた領域の屈折率をn_aとする。

第1センサ5の第1感圧膜50aは、第1内圧P_I1と第1外圧P_O1が等しい「定常状態」では撓みは生じない。これに対し、図4に示すように、第1内圧P_I1と比較して第1外圧P_O1が大きくなったときは、第1感圧膜50aは内部方向に撓む。また図5に示すように、第1内圧P_I1と比較して第1外圧P_O1が小さくなったときは、第1感圧膜50aは外部方向に撓む。図4に示すように第1外圧P_O1が加わったときの第1感圧膜50aの撓みw₁は、第1感圧膜50aが図2に示すように半径aである場合、下記(1)式で表される。:
w ₁ = (P_O1 - P_I1)× (a² - r²)² / (64 ×B) …(1)
ここでr(r : 0 ≦ r ≦ a)は第1感圧膜50aの中心位置Mから測定位置までの距離である。Bは下記(2)式で与えられる。:
B = E ×t³ / {12 × (1 - υ²)} …(2)
(2)式において、Eは第1感圧膜50aのヤング率、tは第1感圧膜50aの厚さ、υは第1感圧膜50aのポアッソン比である。図3乃至図5に示した第1感圧膜50aの厚さtが50μmの場合における第1外圧P_O1と撓みw₁の関係をプロットしたグラフが図6である。図6においては、図2に示した第1感圧膜50aの半径aが0.01mm、0.10mm、及び1.00mmの場合のそれぞれについてプロットされている。また第1感圧膜50aの厚さtが1μmの場合における第1外圧P_O1と撓みw₁の関係をプロットしたグラフが図7である。図7においては、第1感圧膜50aの半径aが0.01mm、0.10mm、及び1.00mmの場合のそれぞれについてプロットされている。図6及び図7に示すように、第1感圧膜50aの半径a及び厚みtによって第1感圧膜50aの感度は変わるので、半径a及び厚みtを調節することにより、第1外圧P_O1の測定レンジに適した第1センサ5の測定感度を設定できる。

図1に示す光導波路31で伝搬された照射光は、第1フィルタ26aで第2波長成分が反射され、その他の波長成分が第1フィルタ26aを透過する。ここで図8に示すように、光導波路31のコア130aの端面での回折効果により、第2波長成分以外の波長成分は、実線で示すように、第1反射膜27aに向かって放射状に広がりながら第1センサ5内部を進行する。さらに第2波長成分以外の波長成分は第1反射膜27aで反射され、破線で示すように、放射状に広がりながら再び第1フィルタ26aに到達する。したがって、第1フィルタ26a及び第1反射膜27aの間を往復する間に、第2波長成分以外の波長成分の単位面積あたりの光強度は減衰する。第2波長成分以外の波長成分の光強度の減衰量は、下記(3)式で表される第1測定光路差F₁の変動に応じて変動する。:
F₁ = 2n_a(L_a + w₁) …(3)
第1測定光路差F₁が0である場合の第1センサ5の反射率を100%とすると、第1測定光路差F₁と第1センサ5の反射率との関係は図9で示される。図9に示すように、第1測定光路差F₁が長くなるにつれて第1センサ5内部で第2波長成分以外の波長成分の光強度が減衰するため、第1センサ5の反射率は低下していく。なお、図10に示すように、第1測定光路差F₁の変動が±5μm程度であれば、第1センサ5の反射率の変動は微小である。以上示したように、第1センサ5が光導波路31に出力する第1測定光のスペクトルにおける第2波長帯域以外の波長帯域の光強度は、第1外圧P_O1に応じて変動する。

第1センサ5から出力された第1測定光は、図1に示す第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1測定光は第2スプリッタ22に接続された光導波路33で第2センサ15に伝搬される。第2センサ15は、図11に示すようにコア130b及びクラッド131bを有する光導波路33が挿入されるホルダ60bを有する。さらに第2センサ15は、挿入された光導波路33の端面に配置された第2フィルタ26b、第2フィルタ26bと平行位置に配置され、第2外圧P_O2を受ける第2感圧膜50b、及び第2感圧膜50bの第2フィルタ26bと対向する表面に配置され、第2フィルタ26bを透過した光を受ける第2反射膜27bを有する。第2フィルタ26bにはバンドパスフィルタ等が使用可能である。第2反射膜27bには全反射鏡等が使用可能である。また第2センサ15は、第2フィルタ26bと第2反射膜27bとの第2間隔L_bを規定する第2筐体43bを有する。第2フィルタ26bは第1測定光のスペクトルにおいて、第2波長帯域とは異なる第1波長帯域の第1波長成分のみを反射する。したがって、第1センサ5の第1フィルタ26aで反射された第2波長帯域の第2波長成分は第2フィルタ26bを透過し、第1センサ5で光強度が減衰した第1波長成分は第2フィルタ26bで反射される。なお、第2感圧膜50b、第2筐体43b、及びホルダ60bで囲まれた領域の屈折率をn_bとする。

また第2センサ15は、第2感圧膜50b、第2筐体43b及びホルダ60bで囲まれた領域の第2内圧P_I2を調節するためにホルダ60bに設けられた通気孔160bと、通気孔160bの開閉を制御する開放弁70bを備える。さらに第2感圧膜50bの外部には、表出する第2感圧膜50bの図2に示した半径aを規定する第1基底部40aと同様の第2基底部40bが配置される。第2感圧膜50bは第1感圧膜50aと同じ材料からなり、第2内圧P_I2は第1センサ5の第1内圧P_I1と同じに設定される。そのため、第2センサ15は第1センサ5と同じ圧力感度を有する。第2センサ15においても、第2フィルタ26b及び第2反射膜27bの間を往復する間に、第2波長成分の単位面積あたりの光強度は減衰する。第2波長成分の光強度の減衰量は、下記(4)式で表される第2測定光路差F₂の変動に応じて変動する。したがって、第2センサ15が光導波路33に出力する第2測定光の第2波長帯域の光強度は、第2外圧P_O2に応じて変動する。:
F₂ = 2n_b(L_b + w₂) …(4)
図1に示す第2センサ15から出力された第2測定光は、第2スプリッタ22に接続された光導波路34で伝搬され、第3スプリッタ23に到達する。第3スプリッタ23には光導波路35, 36のそれぞれが接続されている。第3スプリッタ23に到達した第2測定光は第3スプリッタ23によって2方向に分割され、光導波路35, 36のそれぞれに伝搬される。

光導波路35には基準用フィルタ3が接続されている。基準用フィルタ3は、第2測定光のスペクトルにおける第2波長帯域の第2波長成分のみを透過させる。基準用フィルタ3にはバンドパスフィルタ等が使用可能である。基準用フィルタ3には光導波路37が接続される。光導波路37で伝搬された第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2は基準用受光素子151で検出される。基準用受光素子151は第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を電気エネルギに光電変換し、フィードバック回路8に転送する。したがって、照射光のスペクトルにおける第2波長帯域の第2波長成分の差圧測定システムにおける経路は、以下のようになる。

まず、図12に示すように、光源4から第2波長成分を含む照射光が照射され、第2波長成分は光導波路30、第1スプリッタ21、及び光導波路31を経て、第1センサ5の第1フィルタ26aに到達する。第2波長成分は第1フィルタ26aで反射され、光導波路31、第1スプリッタ21、光導波路32、第2スプリッタ22、及び光導波路33を経由して第2センサ15の第2フィルタ26bに到達する。第2波長成分は第2フィルタ26bを透過し、第2反射膜27bで反射されて再び第2フィルタ26bに進行する。図8で説明したように、第2フィルタ26b及び第2反射膜27bの間を往復する間に、第2波長成分の光強度は第2外圧P_O2に応じて減衰する。第2波長成分は再び図12に示す第2フィルタ26bを透過し、光導波路33、第2スプリッタ22、光導波路34、第3スプリッタ23、及び光導波路35を経由して、基準用フィルタ3に到達する。第2波長成分は基準用フィルタ3を透過し、基準用フィルタ3を透過した第2波長成分は、光導波路37を経由して基準用受光素子151に到達する。
図1に示す光導波路36には測定用フィルタ13が接続されている。測定用フィルタ13は、第2測定光のうち第1波長帯域の第1波長成分のみを透過させる。測定用フィルタ13にはバンドパスフィルタ等が使用可能である。測定用フィルタ13には光導波路38が接続され、光導波路38で伝搬された第1波長成分の光量Q_D1は測定用受光素子152で検出される。測定用受光素子152は第1波長成分の光量Q_D1を電気エネルギに光電変換し、信号処理装置7Aに転送する。したがって、照射光のスペクトルにおける第1波長帯域の第1波長成分の差圧測定システムにおける経路は、以下のようになる。まず、図13に示すように、光源4から第1波長成分を含む照射光が照射され、第1波長成分は光導波路30、第1スプリッタ21、及び光導波路31を経て、第1センサ5の第1フィルタ26aに到達する。第1波長成分は第1フィルタ26aを透過し、第1反射膜27aで反射されて再び第1フィルタ26aに進行する。図8で説明したように、第1フィルタ26a及び第1反射膜27aの間を往復する間に、第1波長成分の光強度は第1外圧P_O1に応じて減衰する。第1波長成分は再び図13に示す第1フィルタ26aを透過し、光導波路31、第1スプリッタ21、光導波路32、第2スプリッタ22、及び光導波路33を経由して第2センサ15の第2フィルタ26bに到達する。第1波長成分は第2フィルタ26bで反射され、光導波路33、第2スプリッタ22、光導波路34、第3スプリッタ23、及び光導波路36を経由して、測定用フィルタ13に到達する。第1波長成分は測定用フィルタ13を透過し、測定用フィルタ13を透過した第1波長成分は、光導波路38を経由して測定用受光素子152に到達する。

図1に示すフィードバック回路8は、基準用受光素子151から電気エネルギに光電変換された第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を受け取り、基準用受光素子151が検出する第2波長成分の光量Q_D2が一定となるよう、光源4から照射される照射光の光量Q_Sを調節する。基準用受光素子151及び測定用受光素子152には、光量差測定モジュール72Aを有する信号処理装置7Aが接続されている。光量差測定モジュール72Aは第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2波長成分の光量Q_D2に基づいて第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧を算出する。例えば、第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と、フィードバック回路8で一定に保たれる第2波長成分の光量Q_D2に対する測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1との関係式を予め取得しておけば、測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1を関係式に代入することにより第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧を算出することが可能である。以下、光量差測定モジュール72Aが第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧を測定する態様について説明する。まず初期状態において、第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧が0であり、図14に示すように測定用受光素子152が受光する第1波長成分及び基準用受光素子151が受光する第2波長成分の両方の光量Q_D1, Q_D2が等しいものとする。図1に示す光量差測定モジュール72Aは、第1波長成分及び第2波長成分の両方の光量Q_D1, Q_D2が等しい場合、第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧が0であると認識する。ここで周辺環境の変化により光導波路30〜38の伝送効率が低下した場合、図15に示すように測定用受光素子152が受光する第1波長成分及び基準用受光素子151が受光する第2波長成分の両方の光量Q_D1, Q_D2が同等に低下する。この場合、図1に示すフィードバック回路8は、図16に示すように基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2が図14に示した初期状態における光量Q_D2と同じになるよう照射光の光量Q_Sを増やす。照射光の光量Q_Sの増加により測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1も増加するため、第1波長成分及び第2波長成分のそれぞれの光量Q_D1, Q_D2はフィードバック回路8の動作後も等しい。したがって図1に示す光量差測定モジュール72Aは、フィードバック回路8の動作後も第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧が0であると認識する。

図14に示す初期状態から第2外圧P_O2、照射光の光量Q_S、及び光導波路30〜38の伝送効率のそれぞれが一定のまま、第1外圧P_O1が低下した場合、第1センサ5で第1波長成分の光強度が低下する。そのため、図17に示すように測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1が低下する。この場合、基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2は初期状態から変動しないため、図1に示すフィードバック回路8は動作しない。よって、光量差測定モジュール72Aは図17に示す第2波長成分の光量Q_D2に対する第1波長成分の光量Q_D1に基づいて第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧を算出する。

図14に示す初期状態から第1外圧P_O1、照射光の光量Q_S、及び光導波路30〜38の伝送効率のそれぞれが一定のまま、第2外圧P_O2が低下した場合、第2センサ15で第2波長成分の光強度が低下する。そのため、図18に示すように基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2が低下する。この場合、図1に示すフィードバック回路8は図19に示すように基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2が図14に示した初期状態における光量Q_D2と同じになるよう照射光の光量Q_Sを増やす。照射光の光量Q_Sの増加により測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1も増加する。光量差測定モジュール72Aは、図19の状態における第2波長成分の光量Q_D2に対する第1波長成分の光量Q_D1に基づいて第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧を算出する。

図14に示す初期状態から照射光の光量Q_Sが一定のまま、第1外圧P_O1、第2外圧P_O2、及び光導波路30〜38の伝送効率のそれぞれが低下した場合、第1センサ5で第1波長成分の光強度が低下し、第2センサ15で第2波長成分の光強度が低下する。そのため、図20に示すように測定用受光素子152が受光する第1波長成分及び基準用受光素子151が受光する第2波長成分のそれぞれの光量Q_D1, Q_D2が低下する。この場合、図1に示すフィードバック回路8は図21に示すように基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2が図14に示した初期状態における光量Q_D2と同じになるよう照射光の光量Q_Sを増やす。照射光の光量Q_Sの増加により測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1も増加する。光量差測定モジュール72Aは、図21の状態における第2波長成分の光量Q_D2に対する第1波長成分の光量Q_D1に基づいて第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧を算出する。

図22に示す例では、第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2が基準差圧を保っていたのが、光源4の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等によって照射光の光量Q_Sの低下が生じ、測定用受光素子152が受光する第1波長成分及び基準用受光素子151が受光する第2波長成分の両方の光量Q_D1, Q_D2が時間0から時間t₁の間に低下している。そのため、時間t₁でフィードバック回路8が動作して照射光の光量Q_Sを調節し、基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2を1.0に戻している。照射光の光量Q_Sの調節により、測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1も時間0の状態に戻される。時間t₂から時間t₃の間、第1外圧P_O1が低下すると、測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1が低下する。時間t₄で第1外圧P_O1が上昇すると、第1測定光路差F₁が短くなる。そのため、測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1が増加する。ここで、例えばフィードバック回路8がなかった場合、時間t₂から時間t₃の間に測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1が測定レンジ外まで低下する可能性がある。これに対し、図1に示す差圧測定システムはフィードバック回路8を有するため、光源4の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等によって照射光の光量Q_Sの低下が生じても、第1波長成分の光量Q_D1が測定レンジ外まで低下しない。そのため照射光の光量Q_Sの低下が生じても、第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧の算出を続行することが可能となる。

信号処理装置7Aにはデータ記憶装置170Aが接続されている。データ記憶装置170Aは、光量記憶モジュール272A、関係式記憶モジュール275A、及び差圧記憶モジュール276Aを有する。光量記憶モジュール272Aは、測定用受光素子152が検出した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を保存する。また光量記憶モジュール272Aは、基準用受光素子151が検出した第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2も保存する。関係式記憶モジュール275Aは、予め取得した第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と、フィードバック回路8で一定に保たれる第2波長成分の光量Q_D2に対する測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1との関係式を保存する。差圧記憶モジュール276Aは、光量差測定モジュール72Aが算出した第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を保存する。

次に図23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。

(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。光導波路30で伝搬された照射光は、第1スプリッタ21及び光導波路32を経て第1フィルタ26aに到達する。第1フィルタ26aで、第2波長帯域の第2波長成分が反射される。ステップS102で、第1波長帯域の第1波長成分は第1フィルタ26aを透過し、第1反射膜27aで反射された後、再び第1フィルタ26aを透過する。第1波長成分の光強度は、第1外圧P_O1を受ける第1センサ5内部の第1測定光路差F₁の変動よって変動する。

(b) ステップS103で、第1フィルタ26aで反射された第2波長成分及び第1センサ5内を往復した第1波長成分を含む第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。第2センサ15の第2フィルタ26bで第1波長成分は反射される。第2波長成分は第2フィルタ26bを透過し、第2反射膜27bで反射された後、再び第2フィルタ26bを透過する。第2波長成分の光強度は、第2外圧P_O2を受ける第2センサ15内部の第2測定光路差F₂の変動よって変動する。

(c) ステップS104で、第2フィルタ26bで反射された第1波長成分及び第2センサ15内を往復した第2波長成分を含む第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で第3スプリッタ23に伝搬される。第3スプリッタ23で第2測定光は2方向に分割され、分割された一方の第2測定光は光導波路35で伝搬され、分割された他方の第2測定光は光導波路36で伝搬される。光導波路35で伝搬された第2測定光のうち、第2波長成分のみが基準用フィルタ3を透過する。第2測定光の第2波長成分は光導波路37で伝搬され、基準用受光素子151で受光される。基準用受光素子151は、第2波長成分の光量Q_D2を電気エネルギに変換し、フィードバック回路8に転送する。

(d) ステップS105で、フィードバック回路8は、第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2が一定となるよう、光源4から照射される照射光の光量Q_Sを調節する。基準用受光素子151は調節後の第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を光量差測定モジュール72Aに転送し、光量差測定モジュール72Aは第2波長成分の光量Q_D2を光量記憶モジュール272Aに保存する。

(e) 一方、ステップS106で、光導波路36で伝搬された第2測定光のうち、第1波長成分のみが測定用フィルタ13を透過する。第2測定光の第1波長成分は光導波路38で伝搬され、測定用受光素子152で受光される。測定用受光素子152は、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を電気エネルギに変換し、信号処理装置7Aに転送する。光量差測定モジュール72Aは受信した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を光量記憶モジュール272Aに保存する。

(f) ステップS107で、光量差測定モジュール72Aは第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を光量記憶モジュール272Aから読み出す。次に光量差測定モジュール72Aは関係式記憶モジュール275Aから、予め取得しておいた第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と、フィードバック回路8で一定に保たれる第2波長成分の光量Q_D2に対する測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1との関係式を読み出す。光量差測定モジュール72Aは関係式で規定する第2波長成分の光量Q_D2が検出した第2波長成分の光量Q_D2と等しいか確認する。その後、光量差測定モジュール72Aは関係式に測定用受光素子152が検出した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を代入して第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出する。光量差測定モジュール72Aは算出した第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を差圧記憶モジュール276Aに保存し、第1の実施の形態に係る差圧測定方法を終了する。

以上示した例では、基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2を一定に保って第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出する例を示した。これに対し、基準用受光素子151が第1波長成分を受光するようにし、フィードバック回路8で基準用受光素子151が受光する第1波長成分の光量Q_D1を一定に保つことによって第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出してもよい。この場合、基準用フィルタ3は第1波長成分のみ透過するように設定し、測定用フィルタ13は第2波長成分のみ透過するように設定する。また測定用受光素子152は第2波長成分の光量Q_D2を検出するように設定する。予め第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧と、一定に保たれた第1波長成分の光量Q_D1に対する測定用受光素子152が受光する第2波長成分の光量Q_D2との関係式を取得しておけば、第2波長成分の光量Q_D2を測定用受光素子152で検出することにより、第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出することが可能となる。

（第1の実施の形態の変形例）
図1に示す第1反射膜27a及び第2反射膜27bのそれぞれには全反射鏡等が使用可能であると上述した。これに対し、第1フィルタ26aと第2反射膜27bのそれぞれに第2波長成分を反射する同じ光学素子を用い、第2フィルタ26bと第1反射膜27aのそれぞれに第1波長成分を反射し、反射スペクトルが第1フィルタ26a及び第2反射膜27bの反射スペクトルと合同となる同じ光学素子を用いてもよい。この場合、温度等の周囲環境の影響がなければ、第1フィルタ26aと第2反射膜27bのそれぞれの反射スペクトルは一致し、第2フィルタ26bと第1反射膜27aのそれぞれの反射スペクトルも一致する。しかし、例えば第2センサ15の周囲の温度が変化すると、図24及び図25に示すように、第2反射膜27b及び第2フィルタ26bの反射スペクトルが波長シフトする場合がある。この場合、基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2は第1フィルタ26aの反射スペクトルと第2反射膜27bの反射スペクトルの論理積で与えられ、測定用受光素子152が受光する第1波長成分の光量Q_D1は第2フィルタ26bの反射スペクトルと第1反射膜27aの反射スペクトルの論理積で与えられる。第1フィルタ26a、第2反射膜27b、第2フィルタ26b、及び第1反射膜27aのそれぞれの反射スペクトルは合同であるから、温度変化等により第2反射膜27b及び第2フィルタ26bの反射スペクトルが波長シフトしても、基準用受光素子151が検出する第2波長成分の光量Q_D2に対する測定用受光素子152が検出する第1波長成分の光量Q_D1は変化しない。そのため、温度変化等による反射スペクトルの波長シフトが生じても、差圧測定に誤差が生じない。

（第2の実施の形態）
図26に示す第2の実施の形態に係る差圧測定システムが図1と異なるのは、測定用受光素子152及び基準用受光素子151に信号処理装置7Bが接続されており、信号処理装置7Bが補正光量比算出モジュール71B及び補正光量比測定モジュール272Bを有するところである。図26に示す差圧測定システムのその他の構成要素は、図1に示す差圧測定システムと同様である。第2の実施の形態に係る差圧測定システムにおける第2波長成分の経路を図27を用いて説明する。光源4から照射された第2波長成分を含む照射光は、光導波路30及び第1スプリッタ21を経て光導波路31で伝搬され、第1センサ5の第1フィルタ26aに到達する。第1フィルタ26aで照射光の第2波長成分は反射される。反射された第2波長成分は、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で伝搬され、第2センサ15の第2フィルタ26bに到達する。第2波長成分は第2フィルタ26bを透過し、第2センサ15内部で放射状に広がりながら第2反射膜27bに向かって進行する。第2反射膜27bで第2波長成分は反射され、反射された第2波長成分はさらに放射状に広がりながら第2フィルタ26bに向かって進行する。したがって、第2センサ15内部を往復する間に第2波長成分の光強度は減衰する。第2波長成分は再び第2フィルタ26bを透過し、光導波路33、第2スプリッタ22、光導波路34、及び第3スプリッタ23を経て光導波路35で伝搬され、基準用フィルタ3に到達する。第2波長成分は基準用フィルタ3を透過し、光導波路37で基準用受光素子151に伝搬される。基準用受光素子151で第2波長成分の光量Q_D2が検出され、基準用受光素子151は第2波長成分の光量Q_D2を電気エネルギに光電変換し、信号処理装置7Bに転送する。

次に、第2の実施の形態に係る差圧測定システムにおける第1波長成分の経路を図28を用いて説明する。光源4から照射された照射光は、光導波路30及び第1スプリッタ21を経て光導波路31で伝搬され、第1センサ5の第1フィルタ26aに到達する。照射光の第1波長成分は第1フィルタ26aを透過し、第1センサ5内部で放射状に広がりながら第1反射膜27aに向かって進行する。第1反射膜27aで第1波長成分は反射され、反射された第1波長成分はさらに放射状に広がりながら第1フィルタ26aに向かって進行する。したがって、第1センサ5内部を往復する間に第1波長成分の光強度は減衰する。第1波長成分は再び第1フィルタ26aを透過し、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で伝搬され、第2センサ15の第2フィルタ26bに到達する。第2フィルタ26bで第1波長成分は反射される。反射された第1波長成分は、光導波路33、第2スプリッタ22、光導波路34、及び第3スプリッタ23を経て光導波路36で伝搬され、測定用フィルタ13に到達する。第1波長成分は測定用フィルタ13を透過し、光導波路38で測定用受光素子152に伝搬される。測定用受光素子152で第1波長成分の光量Q_D1が検出され、測定用受光素子152は第1波長成分の光量Q_D1を電気エネルギに光電変換し、信号処理装置7Bに転送する。

信号処理装置7Bの補正光量比算出モジュール71Bは、測定用受光素子152で検出された第1波長成分の光量Q_D1を基準用受光素子151で検出された第2波長成分の光量Q_D2で割った補正光量比を算出する。図29に示す例では、時間t₂までの間、第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は一定であり、第1波長成分の光量Q_D1に対する第2波長成分の光量Q_D2の比は一定である。ここで、光源4の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等によって、時間t₁で第1波長成分の光量Q_D1及び第2波長成分の光量Q_D2のそれぞれが変調している。これに対し、第1波長成分の光量Q_D1を第2波長成分の光量Q_D2で割った補正光量比は光源4の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等による変調が打ち消されている。時間t₂から時間t₃の間、第2外圧P_O2が低下し、基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2が低下する。そのため、第1波長成分の光量Q_D1を第2波長成分の光量Q_D2で割った補正光量比は上昇する。時間t₃で第2外圧P_O2が上昇し、基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2が上昇する。そのため、第1波長成分の光量Q_D1を第2波長成分の光量Q_D2で割った補正光量比は低下する。図26に示す補正光量比測定モジュール272Bは、補正光量比算出モジュール71Bが算出した補正光量比に基づいて第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出する。例えば、予め第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と、補正光量比との関係式を取得しておけば、補正光量比から第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出することが可能である。

信号処理装置7Bにはデータ記憶装置170Bが接続されている。データ記憶装置170Bは、光量記憶モジュール272B、補正光量比記憶モジュール274B、関係式記憶モジュール275B、及び差圧記憶モジュール276Bを有する。光量記憶モジュール272Bは、測定用受光素子152が検出した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を保存する。また光量記憶モジュール272Bは、基準用受光素子151が検出した第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2も保存する。補正光量比記憶モジュール274Bは補正光量比算出モジュール71Bが算出した補正光量比を保存する。関係式記憶モジュール275Bは、予め取得しておいた第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と、補正光量比との関係式を保存する。差圧記憶モジュール276Bは、補正光量比測定モジュール272Bが算出した第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を保存する。

次に図30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。

(a) ステップS201で、広波長帯域の照射光を図26に示す光源4から光導波路30に照射する。光導波路30で伝搬された照射光は、第1スプリッタ21及び光導波路32を経て第1フィルタ26aに到達する。第1フィルタ26aで、第2波長帯域の第2波長成分が反射される。ステップS202で、第1波長帯域の第1波長成分は第1フィルタ26aを透過し、第1反射膜27aで反射された後、再び第1フィルタ26aを透過する。第1波長成分の光強度は、第1外圧P_O1を受ける第1センサ5内部の第1測定光路差F₁の変動よって変動する。

(b) ステップS203で、第1フィルタ26aで反射された第2波長成分及び第1センサ5内を往復した第1波長成分を含む第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。第2センサ15の第2フィルタ26bで第1波長成分が反射される。第2波長成分は第2フィルタ26bを透過し、第2反射膜27bで反射された後、再び第2フィルタ26bを透過する。第2波長成分の光強度は、第2外圧P_O2を受ける第2センサ15内部の第2測定光路差F₂の変動よって変動する。

(c) 第2フィルタ26bで反射された第1波長成分及び第2センサ15内を往復した第2波長成分を含む第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で第3スプリッタ23に伝搬される。第3スプリッタ23で第2測定光は2方向に分割され、分割された一方の第2測定光は光導波路35で伝搬され、分割された他方の第2測定光は光導波路36で伝搬される。ステップS204で、光導波路35で伝搬された第2測定光のうち、第2波長成分のみが基準用フィルタ3を透過する。第2波長成分は光導波路37で伝搬され、基準用受光素子151で受光される。基準用受光素子151は、第2波長成分の光量Q_D2を電気エネルギに変換し、信号処理装置7Bに転送する。補正光量比算出モジュール71Bは、受信した第2波長成分の光量Q_D2を光量記憶モジュール272Bに保存する。

(d) またステップS205で、光導波路36で伝搬された第2測定光のうち、第1波長成分のみが測定用フィルタ13を透過する。第1波長成分は光導波路38で伝搬され、測定用受光素子152で受光される。測定用受光素子152は、第1波長成分の光量Q_D1を電気エネルギに変換し、信号処理装置7Bに転送する。補正光量比算出モジュール71Bは、受信した第1波長成分の光量Q_D1を光量記憶モジュール272Bに保存する。

(e) ステップS206で、補正光量比算出モジュール71Bは光量記憶モジュール272Bから第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び 第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を読み出す。次に補正光量比算出モジュール71Bは第1波長成分の光量Q_D1を第2波長成分の光量Q_D2で割った補正光量比を算出する。補正光量比算出モジュール71Bは算出した補正光量比を補正光量比記憶モジュール274Bに保存する。ステップS207で、補正光量比測定モジュール272Bは補正光量比記憶モジュール274Bから補正光量比を読み出す。また補正光量比測定モジュール272Bは関係式記憶モジュール275Bから予め取得しておいた第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と、補正光量比との関係式を読み出す。補正光量比測定モジュール272Bは補正光量比を関係式に代入し、第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出する。補正光量比測定モジュール272Bは算出した第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を差圧記憶モジュール276Bに保存し、第1の実施の形態に係る差圧測定方法を終了する。

以上示した例では、測定用受光素子152が受光した第1波長成分の光量Q_D1を基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2で割って補正光量比を算出する例を示した。これに対し、基準用受光素子151が受光する第2波長成分の光量Q_D2を測定用受光素子152が受光した第1波長成分の光量Q_D1で割って補正光量比を算出してもよい。この場合、基準用フィルタ3は第1波長成分のみ透過するように設定し、測定用フィルタ13は第2波長成分のみ透過するように設定する。予め第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧と、第2波長成分の光量Q_D2を第1波長成分の光量Q_D1で割って補正光量比との関係式を取得しておけば、測定した補正光量比から第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出することが可能となる。

（第3の実施の形態）
第3の実施の形態に係る差圧測定システムは、図31に示すように、第1波長帯域の第1照射光を照射する第1の光源14、及び第2波長帯域の第2照射光を照射する第2の光源24を有する。第1の光源14には第1照射光を伝搬する光導波路90, 92のそれぞれが接続されている。光導波路90で伝搬された第1照射光の光量Q_S1は、第1照射光受光素子155で検出される。第2の光源24には第2照射光を伝搬する光導波路91, 93のそれぞれが接続されている。光導波路91で伝搬された第2照射光の光量Q_S2は、第2照射光受光素子156で検出される。

光導波路92, 93のそれぞれには光源用光カプラ20が接続されている。光源用光カプラ20には光導波路30、第1スプリッタ21、光導波路31、及び第1センサ5が図1と同様に接続されている。図31に示す光導波路92で伝搬された第1波長帯域の第1照射光は、光源用光カプラ20、光導波路30、第1スプリッタ21、及び光導波路31を経て第1センサ5の第1フィルタ26aを透過する。第1照射光は第1反射膜27aで反射され、再び第1フィルタ26aを透過し、第1測定光の第1波長成分として第1センサ5から出力される。第1センサ5内部を往復する間に、第1照射光の光強度は第1外圧P_O1に応じて減衰する。また、光導波路93で伝搬された第2波長帯域の第2照射光は、光源用光カプラ20、光導波路30、第1スプリッタ21、及び光導波路31を経て第1センサ5の第1フィルタ26aで第1測定光の第2波長成分として反射される。

第1測定光は、光導波路31、第1スプリッタ21、光導波路32、第2スプリッタ22、及び光導波路33を経て第2センサ15に到達する。ここで、第1測定光のうち第1波長成分は、第2センサ15の第2フィルタ26bで第2測定光の第1波長成分として反射される。また、第1測定光の第2波長成分は第2フィルタ26bを透過する。第1測定光の第2波長成分は第2反射膜27bで反射され、再び第2フィルタ26bを透過し、第2測定光の第2波長成分として第2センサ15から出力される。第2センサ15内部を往復する間に、第1測定光の第2波長成分の光強度は第2外圧P_O2に応じて減衰する。

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で伝搬され、第3スプリッタ23に到達する。第3スプリッタ23で第2測定光は2方向に分割され、一方は光導波路35で伝搬され、他方は光導波路36で伝搬される。光導波路35には基準用フィルタ53が接続されている。バンドパスフィルタ等である基準用フィルタ53は、光導波路35で伝搬された第2測定光のうち、第2波長帯域の第2波長成分のみを透過させる。基準用フィルタ53には光導波路94が接続されている。光導波路94で伝搬された第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2は下記(5)式で表され、基準用受光素子153で検出される。

Q_D2 = Q_S2×R₂×T …(5)
(5)式において、R₂は第2波長成分の第2センサ15における光強度の変化率を示す。上述したように、第2波長成分の光強度は第2センサ15において第2外圧P_O2応じて変動するため、光強度の変化率R₂は第2外圧P_O2に応じて変動する。(5)式のTは第2波長成分が経由した光導波路30〜35, 93, 94等の透過率を表す。

光導波路36には測定用フィルタ63が接続されている。バンドパスフィルタ等である測定用フィルタ63は、光導波路36で伝搬された第2測定光のうち、第1波長帯域の第1波長成分のみを透過させる。測定用フィルタ63には光導波路95が接続されている。光導波路95で伝搬された第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1は下記(6)式で表され、測定用受光素子154で検出される。

Q_D1 = Q_S1×R₁×T …(6)
(6)式において、R₁は第1波長成分の第1センサ5における光強度の変化率を示す。上述したように、第1波長成分の光強度は第1センサ5において第1外圧P_O1に応じて変動するため、光強度の変化率R₁は第1外圧P_O1に応じて変動する。(6)式のTは第1波長成分が経由した光導波路30〜34, 36, 92, 95等の透過率を表す。光導波路35と光導波路36、光導波路92と光導波路93、光導波路94と光導波路95の透過率を等しくすることにより、(5)式における第2波長成分の経路の透過率Tと、(6)式における第1波長成分の経路の透過率Tとは等しいとみなすことができる。

第1照射光受光素子155、第2照射光受光素子156、基準用受光素子153、及び測定用受光素子154のそれぞれは、信号処理装置17Aに電気的に接続されている。信号処理装置17Aは、第1光源変調補正モジュール73A、第2光源変調補正モジュール273A、補正光量比算出モジュール74A、及び補正光量比測定モジュール75Aを有する。第1光源変調補正モジュール73Aは、下記(7)式に示すように、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を第1照射光の光量Q_S1で割り、第1光量比N₁を算出する。第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を第1照射光の光量Q_S1で割ることにより、第2測定光のスペクトルにおける第1波長帯域の光量の変調が、第1照射光の光量の変調で打ち消される。

N₁ = Q_D1 ÷Q_S1 = Q_S1×R₁×T ÷Q_S1 = R₁×T …(7)
第2光源変調補正モジュール273Aは、下記(8)式に示すように、第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を第2照射光の光量Q_S2で割り、第2光量比N₂を算出する。第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を第2照射光の光量Q_S2で割ることにより、第2測定光のスペクトルにおける第2波長帯域の光量の変調が、第2照射光の光量の変調で打ち消される。

N₂ = Q_D2 ÷Q_S2 = Q_S2×R₂×T ÷Q_S2 = R₂×T …(8)
補正光量比算出モジュール74Aは、下記(9)式に示すように、第1光量比N₁を第2光量比N₂で割り、補正光量比A_Rを算出する。

A_R = N₁ ÷ N₂ = (R₁×T) ÷ (R₂×T) = R₁ / R₂ …(9)
上述したように、第1波長成分の第1センサ5における光強度の変化率R₁は第1外圧P_O1を反映し、第2波長成分の第2センサ15における光強度の変化率R₂は第2外圧P_O2を反映する。したがって、第1波長成分の第1センサ5における光強度の変化率R₁を第2波長成分の第2センサ15における光強度の変化率R₂で割った値に等しい補正光量比A_Rは、第2外圧P_O2に対する第1外圧P_O1の比を反映している。

補正光量比測定モジュール75Aは、補正光量比算出モジュール74Aが算出した補正光量比A_Rを測定し、第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を測定する。例えば、予め第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と、補正光量比A_Rとの関係式を取得しておけば、補正光量比A_Rから第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出することが可能である。

信号処理装置17Aにはデータ記憶装置270Aが接続されている。データ記憶装置270Aは、光量記憶モジュール172A、光量比記憶モジュール173A、補正光量比記憶モジュール174A、関係式記憶モジュール175A、及び差圧記憶モジュール176Aを有する。光量記憶モジュール172Aは、照射光受光素子157が検出した第1照射光の光量Q_S1及び第2照射光の光量Q_S2を保存する。また光量記憶モジュール172Aは、第2測定光受光素子158が検出した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を保存する。光量比記憶モジュール173Aは、第1光源変調補正モジュール73Aが算出した第1光量比N₁、及び第2光源変調補正モジュール273Aが算出した第2光量比N₂を保存する。補正光量比記憶モジュール174Aは、補正光量比算出モジュール74Aが算出した補正光量比A_Rを保存する。関係式記憶モジュール175Aは、予め取得した第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と補正光量比A_Rとの関係式を保存する。差圧記憶モジュール176Aは、補正光量比測定モジュール75Aが算出した第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を保存する。

次に図32を用いて、第3の実施の形態に係る差圧測定方法について説明する。

(a) ステップS301で、第1波長帯域の第1照射光を図31に示す第1の光源14から光導波90, 92のそれぞれに照射し、第2波長帯域の第2照射光を第2の光源24から光導波91, 93のそれぞれに照射する。ステップS302で、第1照射光受光素子155は、光導波路90で伝搬された第1照射光の光量Q_S1を検出する。第1照射光受光素子155は検出した第1照射光の光量Q_S1を第1光源変調補正モジュール73Aに転送する。第1光源変調補正モジュール73Aは、受信した照射光の第1照射光の光量Q_S1を、データ記憶装置270Aの光量記憶モジュール172Aに保存する。ステップS322で、第2照射光受光素子156は、光導波路91で伝搬された第2照射光の光量Q_S2を検出する。第2照射光受光素子156は検出した第2照射光の光量Q_S2を第2光源変調補正モジュール273Aに転送する。第2光源変調補正モジュール273Aは、受信した照射光の第2照射光の光量Q_S2を、光量記憶モジュール172Aに保存する。

(b) ステップS303で第1センサ5は、光導波路92、光源用光カプラ20、光導波路30、第1スプリッタ21を経由して光導波路31で伝搬された第1照射光の光強度を第1外圧P_O1に応じて減衰させ、第1測定光の第1波長成分として出力する。また第1センサ5の第1フィルタ26aは、光導波路93、光源用光カプラ20、光導波路30、第1スプリッタ21を経由して光導波路31で伝搬された第2照射光を、第1測定光の第2波長成分として反射する。

(c) ステップS304で第2センサ15の第2フィルタ26b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を経由して光導波路33で伝搬された第1測定光の第1波長成分を、第2測定光の第1波長成分として反射する。また第2センサ15は、第1測定光の第2波長成分の光強度を第2外圧P_O2に応じて減衰させ、第2測定光の第2波長成分として出力する。

(d) ステップS305で測定用受光素子154は、光導波路33、第2スプリッタ22、光導波路34、第3スプリッタ23、光導波路36、及び測定用フィルタ63を経由して光導波路95で伝搬された上記(6)式で与えられる第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を検出する。測定用受光素子154は検出した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を第1光源変調補正モジュール73Aに転送する。第1光源変調補正モジュール73Aは、受信した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を、光量記憶モジュール172Aに保存する。またステップS325で基準用受光素子153は、光導波路33、第2スプリッタ22、光導波路34、第3スプリッタ23、光導波路35、及び基準用フィルタ53を経由して光導波路94で伝搬された上記(5)式で与えられる第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を検出する。基準用受光素子153は検出した第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を第2光源変調補正モジュール273Aに転送する。第2光源変調補正モジュール273Aは、受信した第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を、光量記憶モジュール172Aに保存する。

(e) ステップS306で、第1光源変調補正モジュール73Aは、光量記憶モジュール172Aから第1照射光の光量Q_S1及び第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を読み出す。次に第1光源変調補正モジュール73Aは、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を第1照射光の光量Q_S1で割り、上記(7)式で与えられる第1光量比N₁を算出する。第1光源変調補正モジュール73Aは、算出した第1光量比N₁を光量比記憶モジュール173Aに保存する。またステップS326で第2光源変調補正モジュール273Aは、光量記憶モジュール172Aから第2照射光の光量Q_S2及び第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を読み出す。次に第2光源変調補正モジュール273Aは、第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を第2照射光の光量Q_S1で割り、上記(8)式で与えられる第2光量比N₂を算出する。第2光源変調補正モジュール273Aは、算出した第2光量比N₂を光量比記憶モジュール173Aに保存する。

(f) ステップS307で、補正光量比算出モジュール74Aは光量比記憶モジュール173Aから第1光量比N₁及び第2光量比N₂を読み出す。次に補正光量比算出モジュール74Aは、第1光量比N₁を第2光量比N₂で割り、上記(9)式で与えられる補正光量比A_Rを算出する。補正光量比算出モジュール74Aは、算出した補正光量比A_Rを補正光量比記憶モジュール174Aに保存する。ステップS308で、補正光量比測定モジュール75Aは補正光量比記憶モジュール174Aから補正光量比A_Rを読み出す。次に補正光量比測定モジュール75Aは、予め取得した第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と補正光量比A_Rとの関係式を、関係式記憶モジュール175Aから読み出す。補正光量比測定モジュール75Aは関係式に補正光量比A_Rを代入し、第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出する。補正光量比測定モジュール75Aは算出した第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を差圧記憶モジュール176Aに保存し、第3の実施の形態に係る差圧測定方法を終了する。

以上示した第3の実施の形態に係る差圧測定システム及び差圧測定方法によれば、第1照射光の光量Q_S1及び第2照射光の光量Q_S2のそれぞれの変調に影響されることなく、高い精度で第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を測定することが可能となる。図33は、第1センサ5の第1間隔L_aが1.55mmである場合に、測定用受光素子154が検出する第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1の実測値の例を示している。また図34は、第2センサ15の第2間隔L_bが1.31mmである場合に、基準用受光素子153が検出する第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2の実測値の例を示している。(5)式に示したように、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1は第1照射光の光量Q_S1及び透過率Tのそれぞれの変調の影響を受ける。また(6)式に示したように、第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2は第2照射光の光量Q_S2及び透過率Tのそれぞれの変調の影響を受ける。第1の光源14の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等によって、第1照射光の光量Q_S1は図35に示すように変調を来す場合がある。第2照射光の光量Q_S2についても同様である。そのため、図33及び図34に示した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2波長成分の光量Q_D2のそれぞれの実測値の波形にはノイズが現れている。ここで、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2で割った下記(10)式で与えられる参考光量比Q_Rの波形は図36で示される。図36において、時間0から時間t_R1までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は0である。時間t_R1から時間t_R2までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は28.1kPaである。時間t_R2から時間t_R3までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は56.3kPaである。時間t_R3から時間t_R4までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は84.4kPaである。時間t_R4から時間t_R5までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は112.5kPaである。時間t_R5から時間t_R6までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は140.6kPaである。

Q_R = Q_D1 ÷Q_D2
= (Q_S1×R₁×T) ÷ (Q_S2×R₂×T)
= (Q_S1×R₁) / (Q_S2×R₂) …(10)
また補正光量比算出モジュール74Aが算出する上記(9)式で与えられる補正光量比A_Rの波形は図37で示される。図37において、時間0から時間t_A1までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は0である。時間t_A1から時間t_A2までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は28.1kPaである。時間t_A2から時間t_A3までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は56.3kPaである。時間t_A3から時間t_A4までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は84.4kPaである。時間t_A4から時間t_A5までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は112.5kPaである。時間t_A5から時間t_A6までは第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧は140.6kPaである。上記(10)式に示すように、参考光量比Q_Rは第1照射光の光量Q_S1及び第2照射光の光量Q_S2のそれぞれの変調の影響を受けるため、図36に示す参考光量比Q_Rの波形にはノイズが現れる。これに対し、補正光量比算出モジュール74Aが算出する補正光量比A_Rは、上記(9)式に示すように第1照射光の光量Q_S1及び第2照射光の光量Q_S2のそれぞれの変調の影響を受けない。そのため、図37に示す補正光量比A_Rの波形に現れるノイズは、図36と比較して抑制されている。そのため、第3の実施の形態に係る差圧測定システムは、高い精度で第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を測定することを可能にする。

（第3の実施の形態の変形例）
第3の実施の形態において、第1光源変調補正モジュール73Aは第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を第1照射光の光量Q_S1で割り、第1光量比N₁を算出すると説明した。これに対し、第1照射光の光量Q_S1を第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1で割った値を第1光量比N₁としてもよい。この場合第2光源変調補正モジュール273Aは、第2照射光の光量Q_S2を第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2で割った値を第2光量比N₂とする。また第3の実施の形態において、補正光量比算出モジュール74Aは第1光量比N₁を第2光量比N₂で割り、補正光量比A_Rを算出すると説明した。これに対し、第2光量比N₂を第1光量比N₁で割った値を補正光量比A_Rとしてもよい。

（第4の実施の形態）
図38に示す第4の実施の形態に係る差圧測定システムは、波長可変光源44を有する。波長可変光源44は、照射光のスペクトルにおける第1波長帯域の第1波長成分又は第2波長帯域の第2波長成分を択一的に照射する。波長可変光源44には光導波路90を介して照射光受光素子157が接続されている。照射光受光素子157は、波長可変光源44が照射光の第1波長成分を照射した場合、光導波路90で伝搬された照射光の第1波長成分の光量Q_S1を検出する。また、照射光受光素子157は、波長可変光源44が照射光の第2波長成分を照射した場合、光導波路90で伝搬された照射光の第2波長成分の光量Q_S2を検出する。

さらに波長可変光源44には、光導波路30、第1スプリッタ21、及び光導波路31を介して第1センサ5が接続されている。波長可変光源44から照射光の第1波長成分が照射された場合、照射光の第1波長成分は第1フィルタ26aを透過し、第1反射膜27aで反射されて再び第1フィルタ26aを透過し、第1測定光の第1波長成分として第1センサ5から出力される。第1センサ5内部を往復する間に、第1波長成分の光強度は第1外圧P_O1に応じて減衰する。また波長可変光源44から照射光の第2波長成分が照射された場合、照射光の第2波長成分は第1フィルタ26aで第1測定光の第2波長成分として反射される。

第1測定光は、光導波路31、第1スプリッタ21、光導波路32、第2スプリッタ22、及び光導波路33を経て第2センサ15に到達する。ここで、第1測定光の第1波長成分は、第2センサ15の第2フィルタ26bで第2測定光の第1波長成分として反射される。また、第1測定光の第2波長成分は第2フィルタ26bを透過する。第1測定光の第2波長成分は第2反射膜27bで反射され、再び第2フィルタ26bを透過し、第2測定光の第2波長成分として第2センサ15から出力される。第2センサ15内部を往復する間に、第1測定光の第2波長成分の光強度は第2外圧P_O2に応じて減衰する。

第2測定光は、光導波路33及び第2スプリッタ22を経て第2測定光受光素子158で受光される。第2測定光受光素子158は、波長可変光源44から照射光の第1波長成分が照射された場合、上記(6)式で与えられる第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を検出する。また第2測定光受光素子158は、波長可変光源44から照射光の第2波長成分が照射された場合、上記(5)式で与えられる第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を検出する。

照射光受光素子157及び第2測定光受光素子158のそれぞれは、信号処理装置17Bに電気的に接続されている。信号処理装置17Bは、第1光源変調補正モジュール73B、第2光源変調補正モジュール273B、補正光量比算出モジュール74B、及び補正光量比測定モジュール75Bを有する。第1光源変調補正モジュール73Bは、波長可変光源44が照射光の第1波長成分を照射している間、上記(7)式で与えられる第1光量比N₁を算出する。第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を照射光の第1波長成分の光量Q_S1で割ることにより、第2測定光のスペクトルにおける第1波長帯域の光量の変調が、照射光のスペクトルにおける第1波長帯域の光量の変調で打ち消される。第2光源変調補正モジュール273Bは、波長可変光源44が照射光の第2波長成分を照射している間、上記(8)式で与えられる第2光量比N₂を算出する。第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を照射光の第2波長成分の光量Q_S2で割ることにより、第2測定光のスペクトルにおける第2波長帯域の光量の変調が、照射光のスペクトルにおける第2波長帯域の光量の変調で打ち消される。補正光量比算出モジュール74Bは、上記(9)式を用いて補正光量比A_Rを算出する。補正光量比測定モジュール75Bは、図31に示した補正光量比測定モジュール75Aと同様に、補正光量比A_Rを測定することにより、第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を測定する。

信号処理装置17Bにはデータ記憶装置270Bが接続されている。データ記憶装置270Bは、光量記憶モジュール172B、光量比記憶モジュール173B、補正光量比記憶モジュール174B、関係式記憶モジュール175B、及び差圧記憶モジュール176Bを有する。光量記憶モジュール172Bは、照射光受光素子157が検出した照射光の第1波長成分の光量Q_S1及び照射光の第2波長成分の光量Q_S2を保存する。また光量記憶モジュール172Bは、第2測定光受光素子158が検出した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を保存する。光量比記憶モジュール173Bは、第1光源変調補正モジュール73Bが算出した第1光量比N₁、及び第2光源変調補正モジュール273Bが算出した第2光量比N₂を保存する。補正光量比記憶モジュール174Bは、補正光量比算出モジュール74Bが算出した補正光量比A_Rを保存する。関係式記憶モジュール175Bは、予め取得した第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と補正光量比A_Rとの関係式を保存する。差圧記憶モジュール176Bは、補正光量比測定モジュール75Bが算出した第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を保存する。

次に図39を用いて、第4の実施の形態に係る差圧測定方法について説明する。

(a) ステップS401で、照射光のスペクトルにおける第1波長帯域の第1波長成分を図38に示す波長可変光源44から光導波30, 90のそれぞれに照射する。ステップS402で、照射光受光素子157は、光導波路90で伝搬された照射光の第1波長成分の光量Q_S1を検出する。照射光受光素子157は検出した照射光の第1波長成分の光量Q_S1を第1光源変調補正モジュール73Bに転送する。第1光源変調補正モジュール73Bは、受信した照射光の第1波長成分の光量Q_S1を、データ記憶装置270Bの光量記憶モジュール172Bに保存する。

(b) ステップS403で第1センサ5は、光導波路30、第1スプリッタ21を経由して光導波路31で伝搬された照射光の第1波長成分の光強度を第1外圧P_O1に応じて減衰させ、第1測定光の第1波長成分として出力する。第1測定光の第1波長成分は、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を経由して、光導波路33で第2センサ15に伝搬される。第2センサ15の第2フィルタ26bは、第1測定光の第1波長成分を第2測定光の第1波長成分として反射する。

(c) ステップS404で第2測定光受光素子158は、光導波路33及び第2スプリッタ22を経由して、光導波路34で伝搬された上記(6)式で与えられる第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を検出する。第2測定光受光素子158は検出した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を第1光源変調補正モジュール73Bに転送する。第1光源変調補正モジュール73Bは、受信した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を、光量記憶モジュール172Bに保存する。

(d) ステップS411で、照射光のスペクトルにおける第2波長帯域の第2波長成分を波長可変光源44から光導波30, 90のそれぞれに照射する。ステップS412で、照射光受光素子157は、光導波路90で伝搬された照射光の第2波長成分の光量Q_S2を検出する。照射光受光素子157は検出した照射光の第2波長成分の光量Q_S2を第2光源変調補正モジュール273Bに転送する。第2光源変調補正モジュール273Bは、受信した照射光の第2波長成分の光量Q_S2を、光量記憶モジュール172Bに保存する。

(e) ステップS413で第1センサ5は、光導波路30、第1スプリッタ21を経由して光導波路31で伝搬された照射光の第2波長成分を第1測定光の第2波長成分として反射する。第1測定光の第2波長成分は、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を経由して、光導波路33で第2センサ15に伝搬される。第2センサ15は、1測定光の第2波長成分の光強度を第2外圧P_O2に応じて減衰させ、第2測定光の第2波長成分として出力する。

(f) ステップS414で第2測定光受光素子158は、光導波路33及び第2スプリッタ22を経由して、光導波路34で伝搬された上記(5)式で与えられる第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を検出する。第2測定光受光素子158は検出した第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を第2光源変調補正モジュール273Bに転送する。第2光源変調補正モジュール273Bは、受信した第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を、光量記憶モジュール172Bに保存する。

(g) ステップS421で第1光源変調補正モジュール73Bは、光量記憶モジュール172Bから照射光の第1波長成分の光量Q_S1及び第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を読み出す。次に第1光源変調補正モジュール73Bは、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を照射光の第1波長成分の光量Q_S1で割り、上記(7)式で与えられる第1光量比N₁を算出する。第1光源変調補正モジュール73Bは、算出した第1光量比N₁を光量比記憶モジュール173Bに保存する。

(h) ステップS422で第2光源変調補正モジュール273Bは、光量記憶モジュール172Bから照射光の第2波長成分の光量Q_S2及び第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を読み出す。次に第2光源変調補正モジュール273Bは、第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を照射光の第2波長成分の光量Q_S2で割り、上記(8)式で与えられる第2光量比N₂を算出する。第2光源変調補正モジュール273Bは、算出した第2光量比N₂を、光量比記憶モジュール173Bに保存する。

(i) ステップS423で、補正光量比算出モジュール74Bは光量比記憶モジュール173Bから第1光量比N₁及び第2光量比N₂を読み出す。次に補正光量比算出モジュール74Bは、第1光量比N₁を第2光量比N₂で割り、上記(9)式で与えられる補正光量比A_Rを算出する。補正光量比算出モジュール74Bは、算出した補正光量比A_Rを補正光量比記憶モジュール174Bに保存する。

(j) ステップS424で、補正光量比測定モジュール75Bは補正光量比記憶モジュール174Bから補正光量比A_Rを読み出す。次に補正光量比測定モジュール75Bは、予め取得した第1外圧P_O1及び第2外圧P_O2の差圧と補正光量比A_Rとの関係式を、関係式記憶モジュール175Bから読み出す。補正光量比測定モジュール75Bは関係式に補正光量比A_Rを代入し、第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を算出する。補正光量比測定モジュール75Bは算出した第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を差圧記憶モジュール176Bに保存し、第4の実施の形態に係る差圧測定方法を終了する。

以上図38及び図39に示した第4の実施の形態に係る差圧測定システム及び差圧測定方法によれば、照射光の第1波長成分の光量Q_S1、照射光の第2波長成分の光量Q_S2、及び光導波路30, 31, 32, 33, 34の透過率Tのそれぞれの変調の影響を受けない補正光量比A_Rに基づいて第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧が測定される。そのため、高い精度で第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を測定することが可能となる。

さらに、第4の実施の形態に係る差圧測定システムは、照射光の第1波長成分の光量Q_S1及び第2波長成分の光量Q_S2の両方を照射光受光素子157で検出する。また第4の実施の形態に係る差圧測定システムは、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2波長成分の光量Q_D2の両方を第2測定光受光素子158で検出する。ここで、例えばフォトダイオード等の受光素子は、同種の製品にも拘わらず、感度特性が製品間でばらつく場合がある。同一のシリコンウェハから製造されたフォトダイオードは、受光した光の光量に対して発生する電流を示す光電流の特性は、通常同じである。しかし、異なるシリコンウェハから製造されたフォトダイオードどうしでは、光電流の特性が異なる場合がある。図40に示す例では、フォトダイオードAとフォトダイオードBは同種の製品であるが、それぞれ異なるシリコンウェハから製造されたために、光電流の特性が異なった例を示している。そのため、照射光の第1波長成分の光量Q_S1及び第2波長成分の光量Q_S2のそれぞれを異なる受光素子で受光するには、受光素子間の感度のばらつきを補正する必要がある場合がある。また受光素子それぞれの周囲環境が異なれば、温度等により受光素子の感度特性がそれぞれ独立して変動する場合も生じる。第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2波長成分の光量Q_D2のそれぞれを異なる受光素子で受光する場合も同様である。これに対し、第4の実施の形態に係る差圧測定システムは、照射光の第1波長成分の光量Q_S1及び第2波長成分の光量Q_S2の両方を照射光受光素子157で検出するため、第1波長成分の光量Q_S1及び第2波長成分の光量Q_S2のそれぞれを異なる受光素子で検出する際に必要となる受光素子間のばらつき補正が不要となる。同様に、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2波長成分の光量Q_D2の両方を第2測定光受光素子158で検出するため、第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1及び第2波長成分の光量Q_D2のそれぞれを異なる受光素子で検出する際に必要となる受光素子間のばらつき補正も不要となる。

（第4の実施の形態の変形例）
図41に示す第4の実施の形態の変形例に係る差圧測定システムが図38と異なり、第1波長帯域の第1照射光を照射する第1の光源14、及び第2波長帯域の第2照射光を照射する第2の光源24を有する。第1の光源14及び第2の光源24には光源制御装置114が接続されている。光源制御装置114は、第1の光源14及び第2の光源24のいずれかを択一的に選択し、電源を供給する。第1の光源14が選択された場合、第1の光源14が照射した第1照射光は光導波路92を経由して光源用光カプラ20で2方向に分割される。分割された一方の第1照射光は光導波路96で伝搬され、照射光受光素子159で受光される。照射光受光素子159は、受光した第1照射光の光量Q_S1を信号処理装置17Bに転送し、第1光源変調補正モジュール73Bは受信した第1照射光の光量Q_S1を光量記憶モジュール172Bに保存する。分割された他方の第1照射光は、第1センサ5で第1外圧P_O1に応じて光強度が減衰し、第2測定光受光素子158で第2測定光の第1波長成分として受光される。第2測定光受光素子158は、受光した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を信号処理装置17Bに転送し、第1光源変調補正モジュール73Bは受信した第2測定光の第1波長成分の光量Q_D1を光量記憶モジュール172Bに保存する。

第2の光源24が選択された場合、第2の光源24が照射した第2照射光は光導波路92を経由して光源用光カプラ20で2方向に分割される。分割された一方の第2照射光は光導波路96で伝搬され、照射光受光素子159で受光される。照射光受光素子159は、受光した第2照射光の光量Q_S2を信号処理装置17Bに転送し、第2光源変調補正モジュール273Bは受信した第2照射光の光量Q_S2を光量記憶モジュール172Bに保存する。分割された他方の第2照射光は、第2センサ15で第2外圧P_O2に応じて光強度が減衰し、第2測定光受光素子158で第2測定光の第2波長成分として受光される。第2測定光受光素子158は、受光した第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を信号処理装置17Bに転送し、第2光源変調補正モジュール273Bは受信した第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2を光量記憶モジュール172Bに保存する。

図41に示す差圧測定システムのその他の構成要件は、図38と同様であるので説明は省略する。図41に示す差圧測定システムにおいても、第1照射光の光量Q_S1、第2照射光の光量Q_S2、及び光導波路30〜34, 92, 93の透過率のそれぞれの変調の影響を受けることなく、高い精度で第1外圧P_O1と第2外圧P_O2との差圧を測定することが可能となる。

（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 図1に示す第1センサ5及び第2センサ15のそれぞれの内部での光の干渉を防ぐために、光源4から低コヒーレント光を照射してもよい。また、第1測定光路差F₁及び第2測定光路差F₂のそれぞれをコヒーレント長以上にしてもよい。あるいは、光導波路31, 33のそれぞれの端面に、反射防止膜を形成してもよい。

また、図1に示した第1フィルタ26aには、図42に示すように第1回折素子163を用いてもよい。第1回折素子163は、コア130aにおいて第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …のそれぞれが交互に配置された周期構造を有するファイバブラッググレーティングである。第1回折素子163に入射した照射光は、第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …の周期構造により、特定の波長成分のみが選択的に反射される。ここで、第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …の周期構造における平均屈折率をn_Dとし、周期構造の間隔を第1格子間隔Λ_m1とすると、下記(11)式で表されるブラッグ波長λ_Bに光強度のピークを有する第2波長成分が反射される。また図2に示した第2フィルタ26bにおいても、第1波長成分を反射する第2回折素子を用いてもよい。

λ_B = 2 ×n_D ×Λ_m1 …(11)
また、図43に示すように、照射光の光強度がガウス分布を示す場合、第1及び第2外圧P_O1, P_O2のそれぞれが差圧を一定に保ったまま変動しても、図44に示すように、第2測定光の第2波長成分の光量Q_D2が減少してしまう場合がある。この場合、図45に示す透過率分を有する多層膜フィルタあるいは透過型ファブリペロ共振器等を光源4と光導波路30の間に配置し、図46に示すように光源4の照射光の中心波長近傍の光強度を低下させ、照射光の光強度を平滑にしてもよい。

さらに図1に示した第1フィルタ26a及び第2フィルタ26bのそれぞれには、図47に示すように特定の波長成分を反射するノッチフィルタや、図48に示すように特定の波長成分を透過させるバンドパスフィルタが使用可能である。例えば第1フィルタ26aに図47に示す特性を有するノッチフィルタを用いると第1波長成分が反射され、第2波長成分は第1フィルタ26aを透過する。これに対し第2フィルタ26bに図48に示す特性を有するバンドパスフィルタを用いると第1波長成分は透過し、第2波長成分が反射される。ノッチフィルタ及びバンドパスフィルタは、図49に示すように、中間層326の両面に第1屈折率層126a, 126b, 126c, 126d, 126e, 126f及び第2屈折率層226a, 226b, 226c, 226d, 226e, 226fのそれぞれを交互に積層することにより製造される。ここで、中間層326の厚みを透過させたい光の波長の半分にすればバンドパスフィルタが得られる。

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。

本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第１測定ユニットの上面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの第１の断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの第２の断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの第３の断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る感圧膜に関する第１のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る感圧膜に関する第２のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの反射率の第１のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの反射率の第２のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る第２センサの断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第２波長成分の光路を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第１波長成分の光路を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光強度を示す第１のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光強度を示す第２のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光強度を示す第３のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光強度を示す第４のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光強度を示す第５のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光強度を示す第６のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光強度を示す第７のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光強度を示す第８のグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る波長成分の光量を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る第１及び第２センサの第１の反射スペクトルである。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る第１及び第２センサの第２の反射スペクトルである。 本発明の第２の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る第２波長成分の光路を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る第１波長成分の光路を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る波長成分の光量を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る第２測定光の第１波長成分の光量を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る第２測定光の第２波長成分の光量を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る第１照射光の光量を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る参照光量比を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る補正光量比を示すグラフである。 本発明の第４の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係るフォトダイオード毎の光電流の特性を説明するためのグラフである。 本発明の第４の実施の形態の変形例に係る差圧測定システムの模式図である。 本発明のその他の実施の形態に係る回折素子の模式図である。 本発明のその他の実施の形態に係る光強度の第１のグラフである。 本発明のその他の実施の形態に係る光強度の第２のグラフである。 本発明のその他の実施の形態に係る透過率の第１のグラフである。 本発明のその他の実施の形態に係る光強度の第３のグラフである。 本発明のその他の実施の形態に係る透過率の第２のグラフである。 本発明のその他の実施の形態に係る透過率の第３のグラフである。 本発明のその他の実施の形態に係るフィルタの断面図である。

符号の説明

3, 53…基準用フィルタ
4…光源
5…第1センサ
7A, 7B, 17A, 17B…信号処理装置
8…フィードバック回路
13, 63…測定用フィルタ
14…第1の光源
15…第2センサ
20…光源用光カプラ
21…第1スプリッタ
22…第2スプリッタ
23…第3スプリッタ
24…第2の光源
26a…第1フィルタ
26b…第2フィルタ
27a…第1反射膜
27b…第2反射膜
30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96…光導波路
40a…第1基底部
40b…第2基底部
43a…第1筐体
43b…第2筐体
44…波長可変光源
50a…第1感圧膜
50b…第2感圧膜
60a, 60b…ホルダ
70a, 70b…開放弁
72A…光量差測定モジュール
73A, 73B…第1光源変調補正モジュール
71B, 74A, 74B…補正光量比算出モジュール
75A, 75B, 272B…補正光量比測定モジュール
100a…第1屈折率部
114…光源制御装置
126a…第1屈折率層
130a, 130b…コア
131a, 131b…クラッド
151, 153…基準用受光素子
152, 154…測定用受光素子
155…第1照射光受光素子
156…第2照射光受光素子
157, 159…照射光受光素子
158…第2測定光受光素子
160a, 160b…通気孔
163…第1回折素子
170A, 170B, 270A, 270B…データ記憶装置
172A, 172B, 272A, 272B…光量記憶モジュール
173A, 173B…光量比記憶モジュール
174A, 174B, 274B…補正光量比記憶モジュール
175A, 175B, 275A, 275B…関係式記憶モジュール
176A, 176B, 276A, 276B…差圧記憶モジュール
200a…第2屈折率部
226a…第2屈折率層
273A, 273B…第2光源変調補正モジュール
326…中間層

Claims (18)

1. 光源と、
   第１外圧に応じて前記光源の照射光のスペクトルにおける第１波長帯域の光強度を減衰させ、第１測定光として出力する第１センサと、
   第２外圧に応じて前記第１測定光のスペクトルにおける第２波長帯域の光強度を減衰させ、第２測定光として出力する第２センサと、
   前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１及び第２波長帯域のいずれか一方の光量が一定となるよう、前記照射光の光量を調節するフィードバック回路と、
   前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量及び前記第２波長帯域の光量から、前記第１及び第２外圧の差圧を測定する光量差測定モジュール
   とを備えることを特徴とする差圧測定システム。
2. 光源と、
   第１外圧に応じて前記光源の照射光のスペクトルにおける第１波長帯域の光強度を減衰させ、第１測定光として出力する第１センサと、
   第２外圧に応じて前記第１測定光のスペクトルにおける第２波長帯域の光強度を減衰させ、第２測定光として出力する第２センサと、
   前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域のいずれか一方の光量に対する他方の光量の比に基づいて、前記第１外圧及び第２外圧の差圧を測定する補正光量比測定モジュール
   とを備えることを特徴とする差圧測定システム。
3. 前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量の変調を前記照射光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量の変調で打ち消す第１光源変調補正モジュールを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の差圧測定システム。
4. 前記第１光源変調補正モジュールは、前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量を前記照射光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量で割ることを特徴とする請求項３に記載の差圧測定システム。
5. 前記第１光源変調補正モジュールは、前記照射光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量を前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量で割ることを特徴とする請求項３に記載の差圧測定システム。
6. 前記第２測定光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量の変調を前記照射光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量の変調で打ち消す第２光源変調補正モジュールを更に備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
7. 前記第２光源変調補正モジュールは、前記第２測定光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量を前記照射光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量で割ることを特徴とする請求項６に記載の差圧測定システム。
8. 前記第２光源変調補正モジュールは、前記照射光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量を前記第２測定光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量で割ることを特徴とする請求項６に記載の差圧測定システム。
9. 前記第１センサは、
   前記照射光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の第２波長成分を反射し、前記照射光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の第１波長成分を透過させる第１フィルタと、
   前記第１フィルタと平行に配置され、前記第１外圧の変動により変位する第１感圧膜と、
   前記第１感圧膜上に配置され、前記第１フィルタを透過した前記照射光の前記第１波長成分を反射する第１反射膜
   とを備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
10. 前記第２センサは、
    前記第１測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の第１波長成分を反射し、前記第１測定光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の第２波長成分を透過させる第２フィルタと、
    前記第２フィルタと平行に配置され、前記第２外圧の変動により変位する第２感圧膜と、
    前記第２感圧膜上に配置され、前記第２フィルタを透過した前記第１測定光の前記第２波長成分を反射する第２反射膜
    とを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
11. 照射光を照射するステップと、
    第１外圧に応じて前記照射光のスペクトルにおける第１波長帯域の光強度を減衰させ、第１測定光として出力するステップと、
    第２外圧に応じて前記第１測定光のスペクトルにおける第２波長帯域の光強度を減衰させ、第２測定光として出力するステップと、
    前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１及び第２波長帯域のいずれか一方の光量が一定となるよう、前記照射光の光量を調節するステップと、
    前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量及び前記第２波長帯域の光量の差に基づいて、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。
12. 照射光を照射するステップと、
    第１外圧に応じて前記照射光のスペクトルにおける第１波長帯域の光強度を減衰させ、第１測定光として出力するステップと、
    第２外圧に応じて前記第１測定光のスペクトルにおける第２波長帯域の光強度を減衰させ、第２測定光として出力するステップと、
    前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域のいずれか一方の光量に対する他方の光量の比に基づいて、前記第１外圧及び第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。
13. 前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量の変調を前記照射光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量の変調で打ち消すステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の差圧測定方法。
14. 前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量を前記照射光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量で割るステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の差圧測定方法。
15. 前記照射光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量を前記第２測定光のスペクトルにおける前記第１波長帯域の光量で割るステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の差圧測定方法。
16. 前記第２測定光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量の変調を前記照射光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量の変調で打ち消すステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の差圧測定方法。
17. 前記第２測定光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量を前記照射光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量で割るステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の差圧測定方法。
18. 前記照射光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量を前記第２測定光のスペクトルにおける前記第２波長帯域の光量で割るステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の差圧測定方法。

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