JPH0682070B2 - 音響センサ - Google Patents
音響センサInfo
- Publication number
- JPH0682070B2 JPH0682070B2 JP61312189A JP31218986A JPH0682070B2 JP H0682070 B2 JPH0682070 B2 JP H0682070B2 JP 61312189 A JP61312189 A JP 61312189A JP 31218986 A JP31218986 A JP 31218986A JP H0682070 B2 JPH0682070 B2 JP H0682070B2
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- film
- core
- coating
- acoustic sensor
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧力、振動などの物理状態を光信号に変換する
音響センサに関するものである。
音響センサに関するものである。
従来の技術 近年、光センサは計測、監視、検査を目的とする多くの
装置システムに応用されている。
装置システムに応用されている。
従来の技術としては、例えば、大場他「光ファイバプロ
ーブマイクロホン」電子学会論文誌 （Vol.J64−Ｃ No.2 PP137〜143 1981/2）に示されているような音響センサがある。
ーブマイクロホン」電子学会論文誌 （Vol.J64−Ｃ No.2 PP137〜143 1981/2）に示されているような音響センサがある。
以下図面を参照しながら、上述した従来の音響センサの
一例について説明する。第３図は従来の音響センサの構
成を示すブロック図である。第３図において、１はレー
ザ、２はアイソレータでレーザ１への戻り光を阻止する
ものである。28は枠19に取りつけられた振動膜で、光フ
ァイバ20と中子13を介して対向位置関係にある。
一例について説明する。第３図は従来の音響センサの構
成を示すブロック図である。第３図において、１はレー
ザ、２はアイソレータでレーザ１への戻り光を阻止する
ものである。28は枠19に取りつけられた振動膜で、光フ
ァイバ20と中子13を介して対向位置関係にある。
21はビームンプリッタで光を分岐するものである。22は
光電検出器でビームスプリッタ21からの分岐光を電気に
変換するものである。23はフィルタ、９は出力端子であ
る。Ａは入射光、Ｃは反射光、Ｂは外部からの物理状態
を示し、ここでは圧力である。
光電検出器でビームスプリッタ21からの分岐光を電気に
変換するものである。23はフィルタ、９は出力端子であ
る。Ａは入射光、Ｃは反射光、Ｂは外部からの物理状態
を示し、ここでは圧力である。
以上のように構成された音響センサについて、以下その
動作について説明する。
動作について説明する。
まず、レーザ１からの光はアイソレータ２を介して光フ
ァイバ20に導かれる。さらにビームスプリッタ21を経由
して入射光Ａとなる。入射光Ａは光ファイバ20の一端に
形成された反射膜面に導かれ、光ファイバ20と対向位置
関係にある雲母の振動膜28に形成した反射膜面との間で
繰り返し反射干渉し、反射光Ｃになる。反射光Ｃはビー
ムスプリッタ21で分岐され光電変換器22で電気信号に変
換される。さらにフィルタ23を介して出力信号として出
力端子９より検出される。次に変換原理について説明す
る。反射光Ｃは圧力Ｂによって変化する。
ァイバ20に導かれる。さらにビームスプリッタ21を経由
して入射光Ａとなる。入射光Ａは光ファイバ20の一端に
形成された反射膜面に導かれ、光ファイバ20と対向位置
関係にある雲母の振動膜28に形成した反射膜面との間で
繰り返し反射干渉し、反射光Ｃになる。反射光Ｃはビー
ムスプリッタ21で分岐され光電変換器22で電気信号に変
換される。さらにフィルタ23を介して出力信号として出
力端子９より検出される。次に変換原理について説明す
る。反射光Ｃは圧力Ｂによって変化する。
第４図は変換器部の構成を示す模式図である。入射光Ａ
は光ファイバ部14の端面に形成された反射率40％の反射
膜からｘなる屈折角で、振動膜28の反射率40％を有する
反射膜面に導かれ、一部は透過し、一部は反射して再び
光ファイバ部14の端面に戻ってくる。戻ってきた光の一
部は反射光Ｃとなって光ファイバを伝搬して光信号とな
り、一部は反射されて再び振動膜28の反射面に導かれ
る。以下、同様に振動膜28と光ファイバ14との間で繰り
返し反射干渉する。上記の光信号は入射光Ａの強度と反
射光Ｃの強度との比である強度反射係数で決まる。入射
光Ａの強度をＩｉ，反射光Ｃの強度Ｉｒとすると、強度
反射係数は次式であらわすことができる。
は光ファイバ部14の端面に形成された反射率40％の反射
膜からｘなる屈折角で、振動膜28の反射率40％を有する
反射膜面に導かれ、一部は透過し、一部は反射して再び
光ファイバ部14の端面に戻ってくる。戻ってきた光の一
部は反射光Ｃとなって光ファイバを伝搬して光信号とな
り、一部は反射されて再び振動膜28の反射面に導かれ
る。以下、同様に振動膜28と光ファイバ14との間で繰り
返し反射干渉する。上記の光信号は入射光Ａの強度と反
射光Ｃの強度との比である強度反射係数で決まる。入射
光Ａの強度をＩｉ，反射光Ｃの強度Ｉｒとすると、強度
反射係数は次式であらわすことができる。
ここで、 δ＝４π・n0・ｄ・cos（χ）／λ ｄ＝d0＋Δｄ ｒ＝r1＝r2 r:光ファイバ端，振動膜の振幅反射係数 n0:空気の屈折率 d0:光ファイバ端と振動膜との間隔 Δd:振動膜の変位 χ：光ファイバ端から空気への屈折角 λ：入射波長 である。一般に用いられる反射率は、この振幅反射係数
を二乗したものである。
を二乗したものである。
いま入射波長λを1.3μm,厚さ15.0μｍの雲母に誘電体
多層膜コーティングを施した振動膜28の振幅反射係数
と、同様に誘電体多層膜コーティングを施した光ファイ
バ部14の振幅反射係数が同一とし、d0を最適に設定する
と、第１式から強度反射係数がｄの値によって変化す
る。つまり、外部からの圧力Ｂによる振動膜28の変位Δ
ｄによって変化することがわかる。
多層膜コーティングを施した振動膜28の振幅反射係数
と、同様に誘電体多層膜コーティングを施した光ファイ
バ部14の振幅反射係数が同一とし、d0を最適に設定する
と、第１式から強度反射係数がｄの値によって変化す
る。つまり、外部からの圧力Ｂによる振動膜28の変位Δ
ｄによって変化することがわかる。
また、第３図の中子13と光ファイバ20との固定状態の断
面図を第５図に示した。一般に光ファイバは石英ガラス
であるコアとクラッドからなる光ファイバ部14の周囲に
シリコン樹脂の緩衝材24が、さらにその周囲にポリアミ
ド被覆25があり、中子13とは接着剤26で固定される。ポ
リアミド被覆25の外径は0.9mmである。光ファイバ20の
先端部はシリコン樹脂の緩衝材24、ポリアミド被覆25を
除去した光ファイバ部14を直接、接着剤26で中子13に固
定する。このときの接着面積はφ125μｍで0.5mm〜1.0m
mの長さである。反射膜27と振動膜28はＥの箇所をYAG
（ヤグ）レーザで対向する位置関係に固定する。また反
射面を形成するコーテイングは、光ファイバ20の接着剤
26で中子13に固定し、反射膜面27を研磨した後に行って
いる。振動膜28は枠19に固定され、枠19は中子13に固定
一体化している。振動膜28の材料は雲母で高耐熱性を有
しており、誘電体多層膜のハードコーティングにより反
射膜を形成できる。ここでは、反射率を40％とした。ま
た、反射膜面27も反射率を40％とした。
面図を第５図に示した。一般に光ファイバは石英ガラス
であるコアとクラッドからなる光ファイバ部14の周囲に
シリコン樹脂の緩衝材24が、さらにその周囲にポリアミ
ド被覆25があり、中子13とは接着剤26で固定される。ポ
リアミド被覆25の外径は0.9mmである。光ファイバ20の
先端部はシリコン樹脂の緩衝材24、ポリアミド被覆25を
除去した光ファイバ部14を直接、接着剤26で中子13に固
定する。このときの接着面積はφ125μｍで0.5mm〜1.0m
mの長さである。反射膜27と振動膜28はＥの箇所をYAG
（ヤグ）レーザで対向する位置関係に固定する。また反
射面を形成するコーテイングは、光ファイバ20の接着剤
26で中子13に固定し、反射膜面27を研磨した後に行って
いる。振動膜28は枠19に固定され、枠19は中子13に固定
一体化している。振動膜28の材料は雲母で高耐熱性を有
しており、誘電体多層膜のハードコーティングにより反
射膜を形成できる。ここでは、反射率を40％とした。ま
た、反射膜面27も反射率を40％とした。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では光ファイバの被覆
外径が大きいため、中子や枠も大きくなり、必然的にセ
ンサの形状も大きくなる。さらに、光ファイバの被覆
と、光ファイバの被覆と中子とを一体化する接着剤の耐
熱性が低いため、ハードコーティングに要する300℃〜3
50℃の熱に耐えず、またコーティング時に発生するガス
によって反射膜面の品質に悪影響を及ぼす。従って、反
射膜はソフトコーティングでしか形成できず、温度や外
部からの力によって欠損するなど信頼性に問題があっ
た。このため小型で高信頼性である音響センサの開発が
望まれている。
外径が大きいため、中子や枠も大きくなり、必然的にセ
ンサの形状も大きくなる。さらに、光ファイバの被覆
と、光ファイバの被覆と中子とを一体化する接着剤の耐
熱性が低いため、ハードコーティングに要する300℃〜3
50℃の熱に耐えず、またコーティング時に発生するガス
によって反射膜面の品質に悪影響を及ぼす。従って、反
射膜はソフトコーティングでしか形成できず、温度や外
部からの力によって欠損するなど信頼性に問題があっ
た。このため小型で高信頼性である音響センサの開発が
望まれている。
本発明は上記問題点を鑑み、小型で信頼性の高い音響セ
ンサを提供するものである。
ンサを提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の音響センサは、光
ファイバ部の周囲に金属コーティングが施され、さらに
半田メッキが施された光ファイバが中子に一体化され、
上記光ファイバのどちらか一端に形成された反射膜面
と、枠で均張保持された高分子フイルム上に形成された
反射膜面とが対向する位置関係になるように、上記中子
と上記枠とが一体化された構成となっている。
ファイバ部の周囲に金属コーティングが施され、さらに
半田メッキが施された光ファイバが中子に一体化され、
上記光ファイバのどちらか一端に形成された反射膜面
と、枠で均張保持された高分子フイルム上に形成された
反射膜面とが対向する位置関係になるように、上記中子
と上記枠とが一体化された構成となっている。
作用 本発明は上記した構成によって、光ファイバのポリアミ
ド被覆を介せず、メタルコーティングにさらに半田メッ
キを施した光ファイバを中子に一体化することができる
ため小型化が図られ、狭空間，悪環境下での音響的な情
報が得られる。
ド被覆を介せず、メタルコーティングにさらに半田メッ
キを施した光ファイバを中子に一体化することができる
ため小型化が図られ、狭空間，悪環境下での音響的な情
報が得られる。
実施例 以下本発明の一実施例の音響センサについて、図面を参
照しながら説明する。第１図は本発明の一実施例におけ
る音響センサの構成を示す断面図である。第１図におい
て、５はポリイミドフィルムで形成され、厚さが7.5mm
に形成された振動膜である。このポリイミドフイルムは
耐熱が約400℃あり、300℃〜350℃の耐熱を要するハー
ドコーティングが可能のものである。ここでは誘電体の
多層膜をコーティングしている。このときの反射率は40
％にした。同様に光ファイバ４の反射率も40％とした
が、用途、目的によっては反射率は必ずしも40％である
必要はない。当然のことながら反射膜をコーティングし
たポリイミドフィルムの裏面は無反射のハードコーティ
ングを施している。
照しながら説明する。第１図は本発明の一実施例におけ
る音響センサの構成を示す断面図である。第１図におい
て、５はポリイミドフィルムで形成され、厚さが7.5mm
に形成された振動膜である。このポリイミドフイルムは
耐熱が約400℃あり、300℃〜350℃の耐熱を要するハー
ドコーティングが可能のものである。ここでは誘電体の
多層膜をコーティングしている。このときの反射率は40
％にした。同様に光ファイバ４の反射率も40％とした
が、用途、目的によっては反射率は必ずしも40％である
必要はない。当然のことながら反射膜をコーティングし
たポリイミドフィルムの裏面は無反射のハードコーティ
ングを施している。
14はコア、クラッドから成る光ファイバ部であり、これ
は従来例と同一である。15は光ファイバ部14の外周にア
ルミニウムでコーティングされたアルミニウムコーティ
ング層で、さらにその外周部にはニッケル部でコーティ
ングされたニッケルコーティング層16を有している。こ
こでは、この光ファイバ部14、アルミニウムコーティン
グ層15、ニッケルコーティング層16を総称して光ファイ
バ４と呼ぶ。光ファイバ４は半田メッキ17を介してＦの
箇所で半田付けあるいはYAG（ヤグ）レーザで中子に固
定一体化し、さらに光ファイバ４の端面を研磨し、反射
膜18をコーティングする。この反射膜18と振動膜５とが
対向するように、上記中子と振動膜５を均張保持する枠
19とをYAGレーザを用いてＥの箇所で固定一体化する。
ここで、中子13と枠19はニッケルが32％、コバルトが４
％、鉄が64％の低膨張合金を用いた。振動膜５は前述し
たように、反射膜の裏面は無反射のハードコーティング
が施してある。
は従来例と同一である。15は光ファイバ部14の外周にア
ルミニウムでコーティングされたアルミニウムコーティ
ング層で、さらにその外周部にはニッケル部でコーティ
ングされたニッケルコーティング層16を有している。こ
こでは、この光ファイバ部14、アルミニウムコーティン
グ層15、ニッケルコーティング層16を総称して光ファイ
バ４と呼ぶ。光ファイバ４は半田メッキ17を介してＦの
箇所で半田付けあるいはYAG（ヤグ）レーザで中子に固
定一体化し、さらに光ファイバ４の端面を研磨し、反射
膜18をコーティングする。この反射膜18と振動膜５とが
対向するように、上記中子と振動膜５を均張保持する枠
19とをYAGレーザを用いてＥの箇所で固定一体化する。
ここで、中子13と枠19はニッケルが32％、コバルトが４
％、鉄が64％の低膨張合金を用いた。振動膜５は前述し
たように、反射膜の裏面は無反射のハードコーティング
が施してある。
第２図は以上のように構成された音響センサを用いた音
響センサ装置の全体構成を示すものである。
響センサ装置の全体構成を示すものである。
第２図において、１はレーザ、２はアイソレータ、12は
レンズで、光を平行光にするものである。３は光分岐器
で、光を２等分に分岐するもので、光ファイバカプラと
も呼ばれている。４は光ファイバで、一端面には反射膜
が形成されている。５は振動膜で、光ファイバ４の反射
膜面と対向する面に反射膜を形成している。６はフォト
ダイオードで、光分岐器３で分岐された光を電気信号に
変換するもので、増幅器７で増幅される。８はフィル
タ、９は出力端子である。10はレーザ１の温度を制御す
る温度制御回路、11はレーザ１の駆動回路である。な
お、レーザ１、アイソレータ２、フィルタ８、出力端子
９は従来例と同一である。
レンズで、光を平行光にするものである。３は光分岐器
で、光を２等分に分岐するもので、光ファイバカプラと
も呼ばれている。４は光ファイバで、一端面には反射膜
が形成されている。５は振動膜で、光ファイバ４の反射
膜面と対向する面に反射膜を形成している。６はフォト
ダイオードで、光分岐器３で分岐された光を電気信号に
変換するもので、増幅器７で増幅される。８はフィル
タ、９は出力端子である。10はレーザ１の温度を制御す
る温度制御回路、11はレーザ１の駆動回路である。な
お、レーザ１、アイソレータ２、フィルタ８、出力端子
９は従来例と同一である。
以上のように構成された音響センサについて、以下第１
図、第２図を用いてその動作を説明する。第１図におい
て、レーザ１からの光はレンズ12で平行光に変換されア
イソレータ２を介してレンズ12で光分岐器３に結合され
る。このアイソレータ２はレーザ１への戻り光を阻止す
るものである。ここでは２段用いている。光分岐器３か
らの光は光ファイバ４を伝搬し、入射光Ａとなる。入射
光Ａはファイバ４の端面に施した反射膜と振動膜５に施
した反射膜間で繰り返し反射干渉し、反射光Ｃになる。
反射光Ｃは再び光ファイバ４を伝搬し、光分岐器３で分
岐されフォトダイオード６で電気に変換されて、増幅器
７、フィルタ８を介して出力端子９に導かれる。ここで
10は温度制御回路であり、温度変化によるレーザ１の発
振波長の不安定性を制御するものである。11はレーザ１
を駆動させるための定電流の駆動回路である。なお、動
作原理は従来例と同一である。
図、第２図を用いてその動作を説明する。第１図におい
て、レーザ１からの光はレンズ12で平行光に変換されア
イソレータ２を介してレンズ12で光分岐器３に結合され
る。このアイソレータ２はレーザ１への戻り光を阻止す
るものである。ここでは２段用いている。光分岐器３か
らの光は光ファイバ４を伝搬し、入射光Ａとなる。入射
光Ａはファイバ４の端面に施した反射膜と振動膜５に施
した反射膜間で繰り返し反射干渉し、反射光Ｃになる。
反射光Ｃは再び光ファイバ４を伝搬し、光分岐器３で分
岐されフォトダイオード６で電気に変換されて、増幅器
７、フィルタ８を介して出力端子９に導かれる。ここで
10は温度制御回路であり、温度変化によるレーザ１の発
振波長の不安定性を制御するものである。11はレーザ１
を駆動させるための定電流の駆動回路である。なお、動
作原理は従来例と同一である。
このように本実施例によれば、光ファイバ４にはポリア
ミド被覆を介せず、メタルコーティングにさらに半田メ
ッキを施した光ファイバを中子に一体化されているた
め、従来例と異なって光ファイバの外径が0.9mmから約
0.2mmにすることができ小型化が図れる。さらに、光フ
ァイバ４を接着剤でなく半田を介して合金化して固定す
るため耐熱性が向上する。従って、コーティング時の予
熱によって発生する接着剤等のガス発生もなく、信頼性
の高いハードコーティングの反射膜が得られる。
ミド被覆を介せず、メタルコーティングにさらに半田メ
ッキを施した光ファイバを中子に一体化されているた
め、従来例と異なって光ファイバの外径が0.9mmから約
0.2mmにすることができ小型化が図れる。さらに、光フ
ァイバ４を接着剤でなく半田を介して合金化して固定す
るため耐熱性が向上する。従って、コーティング時の予
熱によって発生する接着剤等のガス発生もなく、信頼性
の高いハードコーティングの反射膜が得られる。
以上のように本実施例によれば、金属をコーティングし
た光ファイバを用いることにより、小型化が図れると同
時に耐熱性が向上し信頼性の高い音響センサが得られ
る。
た光ファイバを用いることにより、小型化が図れると同
時に耐熱性が向上し信頼性の高い音響センサが得られ
る。
発明の効果 以上のように本発明は、金属コーティング光ファイバに
半田メッキを施したことによりYAGレーザあるいは半田
付けで中子に固定一体化できるため小型化が実現でき
る。従って、計測する雰囲気、状態を乱すことなく正確
な情報が得られ、今まで計ることが不可能であった狭空
間における計測が可能となる。また、耐熱性が向上した
ことによって反射膜のハードコーティングが可能とな
り、湿度の影響や外部からの力等によるコーティング面
の欠損がなくなり、悪環境下でも使用可能な信頼性の高
い反射膜を有する音響センサが得られる。さらに、従来
例のように温度によって光ファイバが中子内で移動する
こともなく安定性も向上する。
半田メッキを施したことによりYAGレーザあるいは半田
付けで中子に固定一体化できるため小型化が実現でき
る。従って、計測する雰囲気、状態を乱すことなく正確
な情報が得られ、今まで計ることが不可能であった狭空
間における計測が可能となる。また、耐熱性が向上した
ことによって反射膜のハードコーティングが可能とな
り、湿度の影響や外部からの力等によるコーティング面
の欠損がなくなり、悪環境下でも使用可能な信頼性の高
い反射膜を有する音響センサが得られる。さらに、従来
例のように温度によって光ファイバが中子内で移動する
こともなく安定性も向上する。
第１図は本発明の一実施例における音響センサの構成を
示す断面図、第２図は同音響センサを用いた音響センサ
装置のブロック図、第３図は従来の音響センサの構成を
示すブロック図、第４図は音響・光変換の原理を示す原
理図、第５図は従来例における音響・光変換部の断面図
である。 １……レーザ、４……光ファイバ、19……光ファイバ、
５……振動膜、27……振動膜、13……中子、15……アル
ミニウムコーティング、16……ニッケルコーティング、
17……半田メッキ、19……枠、18……反射膜、26……反
射膜、23……シリコン緩衝材、24……ポリアミド被覆、
Ａ……入射光、Ｂ……圧力、Ｃ……反射光。
示す断面図、第２図は同音響センサを用いた音響センサ
装置のブロック図、第３図は従来の音響センサの構成を
示すブロック図、第４図は音響・光変換の原理を示す原
理図、第５図は従来例における音響・光変換部の断面図
である。 １……レーザ、４……光ファイバ、19……光ファイバ、
５……振動膜、27……振動膜、13……中子、15……アル
ミニウムコーティング、16……ニッケルコーティング、
17……半田メッキ、19……枠、18……反射膜、26……反
射膜、23……シリコン緩衝材、24……ポリアミド被覆、
Ａ……入射光、Ｂ……圧力、Ｃ……反射光。
Claims (1)
- 【請求項１】光ファイバ部の周囲に金属コーティングが
施され、さらに半田メッキが施された光ファイバが中子
に一体化され、上記光ファイバのどちらか一端に形成さ
れた反射膜面と、枠で均張保持された高分子フィルム上
に形成された反射膜面とが対向する位置関係になるよう
に、上記中子と上記枠とが一体化された構成としたこと
を特徴とする音響センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61312189A JPH0682070B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 音響センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61312189A JPH0682070B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 音響センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63163216A JPS63163216A (ja) | 1988-07-06 |
| JPH0682070B2 true JPH0682070B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=18026288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61312189A Expired - Fee Related JPH0682070B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 音響センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682070B2 (ja) |
-
1986
- 1986-12-26 JP JP61312189A patent/JPH0682070B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63163216A (ja) | 1988-07-06 |
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