JPH02128130A - 光圧力センサ - Google Patents
光圧力センサInfo
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- JPH02128130A JPH02128130A JP63282090A JP28209088A JPH02128130A JP H02128130 A JPH02128130 A JP H02128130A JP 63282090 A JP63282090 A JP 63282090A JP 28209088 A JP28209088 A JP 28209088A JP H02128130 A JPH02128130 A JP H02128130A
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、圧力を検出するためのセンサに関し、とく
に光を利用した圧力センサに関する。
に光を利用した圧力センサに関する。
圧力センサとして、従来より、金属抵抗ゲージ、シリコ
ンのピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサ等の電
気的に検出する圧力センサが知られている。また、光を
利用して圧力を検出するものとして、圧電結晶を用いた
圧力センサや、ファブリベロー干渉計の原理を利用しエ
タロンを用いた圧力センサも知られている。
ンのピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサ等の電
気的に検出する圧力センサが知られている。また、光を
利用して圧力を検出するものとして、圧電結晶を用いた
圧力センサや、ファブリベロー干渉計の原理を利用しエ
タロンを用いた圧力センサも知られている。
しかしながら、電気的な圧力センサは、電磁界の影響を
受は易い、温度特性が大きい、等の欠点を持つ。また、
圧電結晶を用いた光圧力センサは、減圧下で用いた場合
は感度が低いという問題があり、さらに圧電結晶とガラ
ス材料とを接着しなければならないため信頼性にも問題
がある。ファブリペローエタロンを用いた光圧力センサ
はその製作が非常に難しいという問題がある。 この発明は、電磁界の影響を受けず、悪環境のなかでも
精度の高い圧力検出を行なうことができる、製造容易な
光圧力センサを提供することを目的とする。
受は易い、温度特性が大きい、等の欠点を持つ。また、
圧電結晶を用いた光圧力センサは、減圧下で用いた場合
は感度が低いという問題があり、さらに圧電結晶とガラ
ス材料とを接着しなければならないため信頼性にも問題
がある。ファブリペローエタロンを用いた光圧力センサ
はその製作が非常に難しいという問題がある。 この発明は、電磁界の影響を受けず、悪環境のなかでも
精度の高い圧力検出を行なうことができる、製造容易な
光圧力センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、この発明による光圧力センサ
においては、圧力に応じて変形する可撓性多層膜フィル
タと、端部より上記フィルタに向けて光を出射するとと
もに上記フィルタで反射した光が該端部に入射するよう
に端部が該フィルタに対面させられた光ファイバとが備
えられる。 また、多層膜フィルタを圧力に応じて変形させるための
アクチュエータを設けてもよい。
においては、圧力に応じて変形する可撓性多層膜フィル
タと、端部より上記フィルタに向けて光を出射するとと
もに上記フィルタで反射した光が該端部に入射するよう
に端部が該フィルタに対面させられた光ファイバとが備
えられる。 また、多層膜フィルタを圧力に応じて変形させるための
アクチュエータを設けてもよい。
多層膜フィルタに光ファイバの一端を対面させ、この一
端から光を出射させる。すると、この出射光は多層膜フ
ィルタで反射してふたたびこの一端から光ファイバに入
射することになる。 一方、この多層膜フィルタは可撓性であって圧力に応じ
て変形するようにされており、変形すると光の反射率が
変化する。 そこで、多層膜フィルタで反射して光ファイバに入射し
た反射光を検出すれば、その光の強度の変動により、多
層膜フィルタの変形、すなわち圧力の変動を測定するこ
とができる。 また、多層膜フィルタを圧力に応じて変形させるための
アクチュエータを設ければ、圧力に応じてより大きな変
形が生じ、より高感度の圧力測定を行なうことができる
。
端から光を出射させる。すると、この出射光は多層膜フ
ィルタで反射してふたたびこの一端から光ファイバに入
射することになる。 一方、この多層膜フィルタは可撓性であって圧力に応じ
て変形するようにされており、変形すると光の反射率が
変化する。 そこで、多層膜フィルタで反射して光ファイバに入射し
た反射光を検出すれば、その光の強度の変動により、多
層膜フィルタの変形、すなわち圧力の変動を測定するこ
とができる。 また、多層膜フィルタを圧力に応じて変形させるための
アクチュエータを設ければ、圧力に応じてより大きな変
形が生じ、より高感度の圧力測定を行なうことができる
。
つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図は第１の実施例を示すもので、基板１
の表面に設けられた多層膜フィルタ２に、光ファイバ３
の端部が対面するようにして、これらが金属クース４に
封着されている。そして基板１の裏面（多層膜フィルタ
２が設けられている面とは反対側の面）には凹部１１が
形成され、この部分で薄くされており、多層膜フィルタ
２に可視性を与えている。この凹部１１のみが金属ケー
ス４の外部に開かれており、光フアイバ３側の内部は金
属ケース４により真空または一定圧力の空気でシールさ
れている。 この光ファイバ３の他端（図の左側の端部）より光を入
射すると、この光は光ファイバ３を伝搬して図の右端よ
り出射し、多層膜フィルタ２で反射する。反射した光は
再び光ファイバ３の右端より入射し、光ファイバ３の左
端へと伝搬する。凹部１１側の圧力と金属ケース４の内
部側の圧力との間の関係に変化のない場合は、多層膜フ
ィルタ２は変形せず、多層膜フィルタ２での光の反射率
は一定であるが、外部の圧力が変化して多層膜フィルタ
２が変形すると、反射率が変化し、光フアイバ３中に伝
搬する反射光の強度が変化する。そこで、この光フアイ
バ３中を伝搬する反射光の強度を、たとえば図示しない
光パワーメーターなどを光ファイバ３の左端に接続して
、測定することにより外部圧力を知ることができる。 ここで、多層膜フィルタ２を形成する基板１としては、
石英ガラス、光学ガラス、５ｉ０２、ＢＫ７、パイレッ
クス等を使用できる。多層膜フィルタ２は、屈折率の大
きく異なる２種の誘電体の薄膜を交互に多層に形成すれ
ばよい、この２種の誘電体としてはたとえばＳｉｎ□と
ＴｉＯ２，５ｉ０２とＣａＦ２．５ｉ０２とＡＱ２０３
などの組合せが考えられる。これらの薄膜はイオンビー
ムアシスト電子ビーム蒸着法、基板加熱蒸着法、スパッ
タ法などの薄膜作製法により作製し、その後ガラス基板
部を研磨、エツチング等によりその一部あるいは全部を
除去して所定の厚さとする。光ファイバ３はグレーデッ
ドインデックス型あるいはステップインデックス型のマ
ルチモードファイバを使用できる。 具体的に上記の光圧力センサを作製してみたのでそれに
ついて述べる。まず、厚さ０．７ｍｍのＢＫ７を基板１
として用い、これにイオンアシスト電子ビーム蒸着法に
より、５ｉ０２膜とＴｉＯ２膜とを交互に形成した。こ
れらの膜の厚さはそれぞれ１４００人、２１５０人とし
た。これを２７層積層して多層膜フィルタ２を形成した
。この多層膜フィルタ２の波長１．３μｍの光に対する
反射率は９８％となった。この多層膜フィルタ２と光フ
ァイバ３の端部との距離を２０μｍに設定したところ、
光ファイバ３との結合損失は０．５ｄＢであった。この
ガラス基板１の裏面をボールを用いた化学的研磨法によ
り研磨して、底部が多層膜フィルタ２まで２０μｍの厚
さとなるような凹部１１を形成した。 この多層膜フィルタ２と光ファイバ３とを金属ケ−ス４
に封着して光圧力センサとし、光ファイバ３に波長１．
３μｍの光を入射し、その波長の反射光を検出したとこ
ろ、外部の圧力が減少する方向で５ ｍｍＨｇ／ ０．
２ ｄＢの精度で圧力測定ができた。 第２図は第２の実施例を示すもので、この実施例では、
第１図のように外気圧と内部の圧力との差で直接多層膜
フィルタ２を変形させるのでなく、ブルドン管などのア
クチュエータを用い、これにより多層膜フィルタを押し
て同じ圧力変動でもより大きな変形をもたらして、圧力
測定感度を高めるようにしている。すなわち、第２図に
おいて、基板１上に多層膜フィルタ２を形成し、その基
板１を一部を残して除去し、この残った基板１の部分を
金属ケース４で保持することにより、多層膜フィルタ２
の上端が左右に湾曲することができるようにしている（
ここで、上下左右は図面上のものである）。光ファイバ
３が金属ケース４により多層膜フィルタ２と所定の距離
を保って対面するよう固定されるとともに、金属ケース
４の内部がシールされる。この金属ケース４には金属バ
イブロが固定され、この金属バイブロにブルドン管５が
取り付けられ、その先端が多層膜フィルタ２に接触する
ようにされる。この金属バイブロ内に測定すべき圧力が
導入される。この圧力によってブルドン管５が伸縮する
ので、このブルドン管５の先端に押されて多層膜フィル
タ２の上端が左右に湾曲することになり、その反射率が
変化する。そこで、光ファイバ３の左端側から光を伝搬
させてその右端より出射させ、多層膜フィルタ２での反
射光をこの光ファイバ３に再入射させるようにしておき
、その光ファイバ３に伝搬する反射光を測定することに
より、金属バイブロに導入された圧力を測定することが
できる。 ここで用いる基板１、多層膜フィルタ２、光ファイバ３
は上記の第１の実施例と同じものでよく、圧力に応じて
多層膜フィルタ２を変形させるアクチュエータとしては
ブルドン管以外にゴム管などの、他の圧力を機械的変位
に変換する機構を用いることができる。 この第２の実施例にかかる光圧力センサを具体的に作っ
てみた。厚さ０．５ｍｍのＢＫ７を基板１として用い、
これにイオンアシスト電子ビーム蒸着法により、５ｉ０
２膜とＴｉＯ２膜とを交互に形成した。 これらの膜の厚さはそれぞれ１４００人、２１５０人と
した。これを２７層積層して多層膜フィルタ２を形成し
た。この多層膜フィルタ２の波長１゜３μｍの光に対す
る反射率は９８％となった。この多層膜フィルタ２と光
ファイバ３の端部との距離を２０μｍに設定したところ
、光ファイバ３との結合損失は０．７ｄＢであった。こ
のガラス基板１をフッ素樹脂系のエツチング剤を用いた
化学的方法により一部除去して、第２図のような構造と
した。 ブルドン管５として５ＵＳ４０４製のブルドン管を用い
た。光ファイバ３に波長１．３−の光を入射し、その波
長の反射光を検出したところ、外部の圧力が減少する方
向で３ ｍｉＨｇ／ ０．２ ｄＢの精度で圧力測定が
できな。
説明する。第１図は第１の実施例を示すもので、基板１
の表面に設けられた多層膜フィルタ２に、光ファイバ３
の端部が対面するようにして、これらが金属クース４に
封着されている。そして基板１の裏面（多層膜フィルタ
２が設けられている面とは反対側の面）には凹部１１が
形成され、この部分で薄くされており、多層膜フィルタ
２に可視性を与えている。この凹部１１のみが金属ケー
ス４の外部に開かれており、光フアイバ３側の内部は金
属ケース４により真空または一定圧力の空気でシールさ
れている。 この光ファイバ３の他端（図の左側の端部）より光を入
射すると、この光は光ファイバ３を伝搬して図の右端よ
り出射し、多層膜フィルタ２で反射する。反射した光は
再び光ファイバ３の右端より入射し、光ファイバ３の左
端へと伝搬する。凹部１１側の圧力と金属ケース４の内
部側の圧力との間の関係に変化のない場合は、多層膜フ
ィルタ２は変形せず、多層膜フィルタ２での光の反射率
は一定であるが、外部の圧力が変化して多層膜フィルタ
２が変形すると、反射率が変化し、光フアイバ３中に伝
搬する反射光の強度が変化する。そこで、この光フアイ
バ３中を伝搬する反射光の強度を、たとえば図示しない
光パワーメーターなどを光ファイバ３の左端に接続して
、測定することにより外部圧力を知ることができる。 ここで、多層膜フィルタ２を形成する基板１としては、
石英ガラス、光学ガラス、５ｉ０２、ＢＫ７、パイレッ
クス等を使用できる。多層膜フィルタ２は、屈折率の大
きく異なる２種の誘電体の薄膜を交互に多層に形成すれ
ばよい、この２種の誘電体としてはたとえばＳｉｎ□と
ＴｉＯ２，５ｉ０２とＣａＦ２．５ｉ０２とＡＱ２０３
などの組合せが考えられる。これらの薄膜はイオンビー
ムアシスト電子ビーム蒸着法、基板加熱蒸着法、スパッ
タ法などの薄膜作製法により作製し、その後ガラス基板
部を研磨、エツチング等によりその一部あるいは全部を
除去して所定の厚さとする。光ファイバ３はグレーデッ
ドインデックス型あるいはステップインデックス型のマ
ルチモードファイバを使用できる。 具体的に上記の光圧力センサを作製してみたのでそれに
ついて述べる。まず、厚さ０．７ｍｍのＢＫ７を基板１
として用い、これにイオンアシスト電子ビーム蒸着法に
より、５ｉ０２膜とＴｉＯ２膜とを交互に形成した。こ
れらの膜の厚さはそれぞれ１４００人、２１５０人とし
た。これを２７層積層して多層膜フィルタ２を形成した
。この多層膜フィルタ２の波長１．３μｍの光に対する
反射率は９８％となった。この多層膜フィルタ２と光フ
ァイバ３の端部との距離を２０μｍに設定したところ、
光ファイバ３との結合損失は０．５ｄＢであった。この
ガラス基板１の裏面をボールを用いた化学的研磨法によ
り研磨して、底部が多層膜フィルタ２まで２０μｍの厚
さとなるような凹部１１を形成した。 この多層膜フィルタ２と光ファイバ３とを金属ケ−ス４
に封着して光圧力センサとし、光ファイバ３に波長１．
３μｍの光を入射し、その波長の反射光を検出したとこ
ろ、外部の圧力が減少する方向で５ ｍｍＨｇ／ ０．
２ ｄＢの精度で圧力測定ができた。 第２図は第２の実施例を示すもので、この実施例では、
第１図のように外気圧と内部の圧力との差で直接多層膜
フィルタ２を変形させるのでなく、ブルドン管などのア
クチュエータを用い、これにより多層膜フィルタを押し
て同じ圧力変動でもより大きな変形をもたらして、圧力
測定感度を高めるようにしている。すなわち、第２図に
おいて、基板１上に多層膜フィルタ２を形成し、その基
板１を一部を残して除去し、この残った基板１の部分を
金属ケース４で保持することにより、多層膜フィルタ２
の上端が左右に湾曲することができるようにしている（
ここで、上下左右は図面上のものである）。光ファイバ
３が金属ケース４により多層膜フィルタ２と所定の距離
を保って対面するよう固定されるとともに、金属ケース
４の内部がシールされる。この金属ケース４には金属バ
イブロが固定され、この金属バイブロにブルドン管５が
取り付けられ、その先端が多層膜フィルタ２に接触する
ようにされる。この金属バイブロ内に測定すべき圧力が
導入される。この圧力によってブルドン管５が伸縮する
ので、このブルドン管５の先端に押されて多層膜フィル
タ２の上端が左右に湾曲することになり、その反射率が
変化する。そこで、光ファイバ３の左端側から光を伝搬
させてその右端より出射させ、多層膜フィルタ２での反
射光をこの光ファイバ３に再入射させるようにしておき
、その光ファイバ３に伝搬する反射光を測定することに
より、金属バイブロに導入された圧力を測定することが
できる。 ここで用いる基板１、多層膜フィルタ２、光ファイバ３
は上記の第１の実施例と同じものでよく、圧力に応じて
多層膜フィルタ２を変形させるアクチュエータとしては
ブルドン管以外にゴム管などの、他の圧力を機械的変位
に変換する機構を用いることができる。 この第２の実施例にかかる光圧力センサを具体的に作っ
てみた。厚さ０．５ｍｍのＢＫ７を基板１として用い、
これにイオンアシスト電子ビーム蒸着法により、５ｉ０
２膜とＴｉＯ２膜とを交互に形成した。 これらの膜の厚さはそれぞれ１４００人、２１５０人と
した。これを２７層積層して多層膜フィルタ２を形成し
た。この多層膜フィルタ２の波長１゜３μｍの光に対す
る反射率は９８％となった。この多層膜フィルタ２と光
ファイバ３の端部との距離を２０μｍに設定したところ
、光ファイバ３との結合損失は０．７ｄＢであった。こ
のガラス基板１をフッ素樹脂系のエツチング剤を用いた
化学的方法により一部除去して、第２図のような構造と
した。 ブルドン管５として５ＵＳ４０４製のブルドン管を用い
た。光ファイバ３に波長１．３−の光を入射し、その波
長の反射光を検出したところ、外部の圧力が減少する方
向で３ ｍｉＨｇ／ ０．２ ｄＢの精度で圧力測定が
できな。
この発明の光圧力センサによれば、光信号のみで圧力を
検出しているので電磁界の影響を受けず、たとえば上記
タービン内部などの悪環境のなかでも精度の高い圧力検
出を行なうことができる。しかも５可撓性の多層膜フィ
ルタと光ファイバの端部とを対面させるだけの構成であ
るため、構造簡単で信頼性が高く、製造も容易である。 さらに、アクチュエータを用いれば、より高感度の圧力
測定を行なうことができる。
検出しているので電磁界の影響を受けず、たとえば上記
タービン内部などの悪環境のなかでも精度の高い圧力検
出を行なうことができる。しかも５可撓性の多層膜フィ
ルタと光ファイバの端部とを対面させるだけの構成であ
るため、構造簡単で信頼性が高く、製造も容易である。 さらに、アクチュエータを用いれば、より高感度の圧力
測定を行なうことができる。
第１図はこの発明の第１の実施例の断面図、第２図は第
２の実施例の断面図である。 １・・・基板、２・・・多層膜フィルタ、３・・・光フ
ァイバ４・・・金属ケース、５・・・ブルドン管、６・
・・金属パイプ、１１・・・凹部。
２の実施例の断面図である。 １・・・基板、２・・・多層膜フィルタ、３・・・光フ
ァイバ４・・・金属ケース、５・・・ブルドン管、６・
・・金属パイプ、１１・・・凹部。
Claims (2)
- （１）圧力に応じて変形する可撓性多層膜フィルタと、
端部より上記フィルタに向けて光を出射するとともに上
記フィルタで反射した光が該端部に入射するように端部
が該フィルタに対面させられた光ファイバとを備えるこ
とを特徴とする光圧力センサ。 - （２）多層膜フィルタを圧力に応じて変形させるための
アクチュエータを設けたことを特徴とする請求項１記載
の光圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63282090A JPH02128130A (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 光圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63282090A JPH02128130A (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 光圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02128130A true JPH02128130A (ja) | 1990-05-16 |
Family
ID=17647993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63282090A Pending JPH02128130A (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 光圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02128130A (ja) |
-
1988
- 1988-11-08 JP JP63282090A patent/JPH02128130A/ja active Pending
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