JPH07183620A - 半導体レーザを利用した多機能センサー - Google Patents
半導体レーザを利用した多機能センサーInfo
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- JPH07183620A JPH07183620A JP6276315A JP27631594A JPH07183620A JP H07183620 A JPH07183620 A JP H07183620A JP 6276315 A JP6276315 A JP 6276315A JP 27631594 A JP27631594 A JP 27631594A JP H07183620 A JPH07183620 A JP H07183620A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/28—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication
- G01D5/30—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication the beams of light being detected by photocells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
- G01K5/48—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid
- G01K5/56—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid constrained so that expansion or contraction causes a deformation of the solid
- G01K5/62—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid constrained so that expansion or contraction causes a deformation of the solid the solid body being formed of compounded strips or plates, e.g. bimetallic strip
- G01K5/70—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid constrained so that expansion or contraction causes a deformation of the solid the solid body being formed of compounded strips or plates, e.g. bimetallic strip specially adapted for indicating or recording
- G01K5/72—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid constrained so that expansion or contraction causes a deformation of the solid the solid body being formed of compounded strips or plates, e.g. bimetallic strip specially adapted for indicating or recording with electric transmission means for final indication
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は半導体レーザを利用した多機能セン
サーに関し、半導体レーザを利用して、温度、圧力、振
動又は湿度について周辺の状態変化にかかわりない高精
度の測定と信頼性の向上を目的とする。 【構成】 光源の半導体レーザを利用し温度、振動又は
圧力若しくは湿度のような測定対象を感応する測定対象
媒介体と、それら測定対象媒介体とレーザビーム焦点間
の距離を高精度に測定する光検出機構及び回路部とを備
えて半導体レーザを利用した多機能センサーを構成す
る。
サーに関し、半導体レーザを利用して、温度、圧力、振
動又は湿度について周辺の状態変化にかかわりない高精
度の測定と信頼性の向上を目的とする。 【構成】 光源の半導体レーザを利用し温度、振動又は
圧力若しくは湿度のような測定対象を感応する測定対象
媒介体と、それら測定対象媒介体とレーザビーム焦点間
の距離を高精度に測定する光検出機構及び回路部とを備
えて半導体レーザを利用した多機能センサーを構成す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザを利用し
た多機能センサーに係るもので、詳しくは、温度、湿度
及び圧力若しくは振動のような測定対象の変化に感応す
る測定対象媒介体と、それら測定対象媒介体に照射され
るレーザビームの焦点間の距離の変化とを利用し、温
度、湿度、圧力、振動等の対象値を高精度に測定し得る
半導体レーザを利用した多機能センサーに関するもので
ある。
た多機能センサーに係るもので、詳しくは、温度、湿度
及び圧力若しくは振動のような測定対象の変化に感応す
る測定対象媒介体と、それら測定対象媒介体に照射され
るレーザビームの焦点間の距離の変化とを利用し、温
度、湿度、圧力、振動等の対象値を高精度に測定し得る
半導体レーザを利用した多機能センサーに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】一般に、被測定物の温度を測定するセン
サーにおいては、測定地点の温度に該当する熱起電力を
サーモカップルにより発生させ、熱起電力に該当する電
圧の値を検出して、被測定物の温度を感知するようにな
っている。そして、前記サーモカップルを利用した従来
の温度センサーにおいては、図６に示すように、被測定
物の測定地点Ｐから検出された温度に該当する熱起電力
を発生するサーモカップルＴと、サーモカップルＴの接
続用端子体Ｃからの熱起電力を線形化させるリニアライ
ザー１と、冷接点補償回路２と、を備えていた。
サーにおいては、測定地点の温度に該当する熱起電力を
サーモカップルにより発生させ、熱起電力に該当する電
圧の値を検出して、被測定物の温度を感知するようにな
っている。そして、前記サーモカップルを利用した従来
の温度センサーにおいては、図６に示すように、被測定
物の測定地点Ｐから検出された温度に該当する熱起電力
を発生するサーモカップルＴと、サーモカップルＴの接
続用端子体Ｃからの熱起電力を線形化させるリニアライ
ザー１と、冷接点補償回路２と、を備えていた。
【０００３】且つ、前記サーモカップルＴは、数＋μＡ
／°Ｃ程度の低い熱起電力を有し、測定地点Ｐと接続用
端子体Ｃ間の距離がかなり離れているので、測定地点Ｐ
と接続用端子体Ｃ間にはかなりの温度差が発生してい
た。又、前記サーモカップルはそれ自体が雑音の発生源
として作用するので、このようなサーモカップルを利用
する温度センサーは、被測定物の温度を高精度に感知す
ることができなかった。従って、サーモカップルを利用
した温度センサーにより高精度に被測定物の温度を感知
するためには、温度センサーの構造が極めて複雑にな
り、そのため高価な装置を常時備える必要があった。
／°Ｃ程度の低い熱起電力を有し、測定地点Ｐと接続用
端子体Ｃ間の距離がかなり離れているので、測定地点Ｐ
と接続用端子体Ｃ間にはかなりの温度差が発生してい
た。又、前記サーモカップルはそれ自体が雑音の発生源
として作用するので、このようなサーモカップルを利用
する温度センサーは、被測定物の温度を高精度に感知す
ることができなかった。従って、サーモカップルを利用
した温度センサーにより高精度に被測定物の温度を感知
するためには、温度センサーの構造が極めて複雑にな
り、そのため高価な装置を常時備える必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来のサーモカップルを利用した温度センサーにおいて
は、高精度に被測定物の温度、湿度又は圧力若しくは振
動を測定する場合、高価な装備を必要とし、構造が極め
て煩雑であり、原価が上昇するという不都合な点があっ
た。
来のサーモカップルを利用した温度センサーにおいて
は、高精度に被測定物の温度、湿度又は圧力若しくは振
動を測定する場合、高価な装備を必要とし、構造が極め
て煩雑であり、原価が上昇するという不都合な点があっ
た。
【０００５】本発明の目的は、半導体レーザを利用し
て、温度、圧力又は振動若しくは湿度を周辺の状態変化
にかかわりなく高精度に測定し、信頼性を有して廉価な
半導体レーザを利用した多機能センサーを提供しようと
するものである。
て、温度、圧力又は振動若しくは湿度を周辺の状態変化
にかかわりなく高精度に測定し、信頼性を有して廉価な
半導体レーザを利用した多機能センサーを提供しようと
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
は、レーザビームを発散する半導体レーザと、レーザビ
ームの一部は透過しその他は反射させるビームスプリッ
ターと、測定しようとする測定対象の変化に感応される
測定対象媒介体と、前記ビームスプリッターから反射し
た一部のレーザビームを基準光として集束するレンズ
と、前記ビームスプリッターを透過したレーザビームの
焦点が前記測定対象媒介体に結像されるように該レーザ
ビームを集束するレンズと、前記測定対象媒介体及び前
記ビームスプリッターから順次反射されたレーザビーム
を反射光として集束する円筒レンズと、前記基準光量を
測定する基準光測定用光検出部と、前記反射光量を測定
する反射光測定用光検出部と、前記基準光用光検出部か
ら出力する信号を距離探知信号に変換する焦点距離探知
回路部と、基準光測定用光検出部の出力信号と焦点距離
探知回路部の出力信号との比を計算し、反射光の相対的
光量を測定する正規化回路部と、正規化回路部の出力信
号により各々該当する測定対象の制御信号を発生する制
御回路部と、を備えた半導体レーザを利用した多機能セ
ンサーを構成することにより達成される。
は、レーザビームを発散する半導体レーザと、レーザビ
ームの一部は透過しその他は反射させるビームスプリッ
ターと、測定しようとする測定対象の変化に感応される
測定対象媒介体と、前記ビームスプリッターから反射し
た一部のレーザビームを基準光として集束するレンズ
と、前記ビームスプリッターを透過したレーザビームの
焦点が前記測定対象媒介体に結像されるように該レーザ
ビームを集束するレンズと、前記測定対象媒介体及び前
記ビームスプリッターから順次反射されたレーザビーム
を反射光として集束する円筒レンズと、前記基準光量を
測定する基準光測定用光検出部と、前記反射光量を測定
する反射光測定用光検出部と、前記基準光用光検出部か
ら出力する信号を距離探知信号に変換する焦点距離探知
回路部と、基準光測定用光検出部の出力信号と焦点距離
探知回路部の出力信号との比を計算し、反射光の相対的
光量を測定する正規化回路部と、正規化回路部の出力信
号により各々該当する測定対象の制御信号を発生する制
御回路部と、を備えた半導体レーザを利用した多機能セ
ンサーを構成することにより達成される。
【０００７】
【作用】周辺の湿度、圧力又は振動若しくは温度により
測定対象媒介体が正常の位置から前後方側に変化し、測
定対象媒介体の反射面とレーザビーム焦点間の距離が変
化し、測定対象用媒介体の微細なたわみの距離が光検出
部により測定検出され、距離探知回路部により距離探知
信号に変換された後、正規化回路部及び制御回路部によ
り該当の温度、圧力又は振動若しくは湿度が高精度に測
定される。
測定対象媒介体が正常の位置から前後方側に変化し、測
定対象媒介体の反射面とレーザビーム焦点間の距離が変
化し、測定対象用媒介体の微細なたわみの距離が光検出
部により測定検出され、距離探知回路部により距離探知
信号に変換された後、正規化回路部及び制御回路部によ
り該当の温度、圧力又は振動若しくは湿度が高精度に測
定される。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に
説明する。図１に示したように、本発明に係る半導体レ
ーザを利用した多機能センサーにおいては、電源の供給
によりレーザビームを出力する光源としての例えば半導
体レーザ１１と、該半導体レーザ１１から出力するレー
ザビームの一部をレンズ１３に投射しその他のレーザビ
ームはレンズ１５に反射させるビームスプリッター１２
と、該ビームスプリッター１２を透過したレーザビーム
の焦点Ｆが測定対象媒介体１４に結像するように該レー
ザビームを集束するレンズ１３と、支持台により支持さ
れ測定対象値の変化により画面が窪み又は突出して前記
焦点Ｆの距離を変化させる測定対象媒介体１４と、前記
ビームスプリッター１２で一部反射されたレーザビーム
の基準光を集束するレンズ１５と、該レンズ１５で集束
された基準光の量を検出する基準光測定用光検出部１６
と、前記測定対象媒介体１４の表面から反射された後、
前記ビームスプリッター１２で再び反射されたレーザビ
ームを集束する円筒レンズ１７と、該円筒レンズ１７で
集束されたレンズビームの反射光量を測定する反射光測
定用検出部１８と、該反射光測定用光検出部１８の出力
信号を距離探知信号ＳＦに変換させる焦点距離探知回路
部１９と、それら基準光測定用光検出部１６の基準光量
及び焦点距離探知回路部１９の反射光量の比を計算し反
射光の相対的光量を測定する正規化回路部２０と、該正
規化回路部２０の出力信号を受け、該当する測定対象に
適合した制御信号を発生する制御回路部１１と、を備え
ている。
説明する。図１に示したように、本発明に係る半導体レ
ーザを利用した多機能センサーにおいては、電源の供給
によりレーザビームを出力する光源としての例えば半導
体レーザ１１と、該半導体レーザ１１から出力するレー
ザビームの一部をレンズ１３に投射しその他のレーザビ
ームはレンズ１５に反射させるビームスプリッター１２
と、該ビームスプリッター１２を透過したレーザビーム
の焦点Ｆが測定対象媒介体１４に結像するように該レー
ザビームを集束するレンズ１３と、支持台により支持さ
れ測定対象値の変化により画面が窪み又は突出して前記
焦点Ｆの距離を変化させる測定対象媒介体１４と、前記
ビームスプリッター１２で一部反射されたレーザビーム
の基準光を集束するレンズ１５と、該レンズ１５で集束
された基準光の量を検出する基準光測定用光検出部１６
と、前記測定対象媒介体１４の表面から反射された後、
前記ビームスプリッター１２で再び反射されたレーザビ
ームを集束する円筒レンズ１７と、該円筒レンズ１７で
集束されたレンズビームの反射光量を測定する反射光測
定用検出部１８と、該反射光測定用光検出部１８の出力
信号を距離探知信号ＳＦに変換させる焦点距離探知回路
部１９と、それら基準光測定用光検出部１６の基準光量
及び焦点距離探知回路部１９の反射光量の比を計算し反
射光の相対的光量を測定する正規化回路部２０と、該正
規化回路部２０の出力信号を受け、該当する測定対象に
適合した制御信号を発生する制御回路部１１と、を備え
ている。
【０００９】そして、図２に示したように、前記反射光
測定用光検出部１８及び焦点距離探知回路部１９を説明
すると、該反射光測定用光検出部１８は、同様な大きさ
を有した４個のフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤ
ｃ，ＰＤｄは微細な間隔を置いて正四角形状に各々形成
されている。次いで、それらフォトダイオードＰＤａ，
ＰＤｃから出力する電流信号Ｉａ，Ｉｃの和Ｉａ＋Ｉｃ
と各フォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｄから出力する電流
信号Ｉｂ，Ｉｄの和Ｉｄ＋Ｉｂとの出力を受け各々電圧
Ｖａｃ，Ｖｂｄに変換して出力する電流−電圧変換器１
１９と、該電流−電圧変換器１１９から出力する各電圧
Ｖａｃ，Ｖｂｄを受けそれら電圧Ｖａｃ，Ｖｂｄの差に
該当する距離探知信号ＳＦを前記正規化回路部２０に出
力する比較器２１９と、により構成されている。
測定用光検出部１８及び焦点距離探知回路部１９を説明
すると、該反射光測定用光検出部１８は、同様な大きさ
を有した４個のフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤ
ｃ，ＰＤｄは微細な間隔を置いて正四角形状に各々形成
されている。次いで、それらフォトダイオードＰＤａ，
ＰＤｃから出力する電流信号Ｉａ，Ｉｃの和Ｉａ＋Ｉｃ
と各フォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｄから出力する電流
信号Ｉｂ，Ｉｄの和Ｉｄ＋Ｉｂとの出力を受け各々電圧
Ｖａｃ，Ｖｂｄに変換して出力する電流−電圧変換器１
１９と、該電流−電圧変換器１１９から出力する各電圧
Ｖａｃ，Ｖｂｄを受けそれら電圧Ｖａｃ，Ｖｂｄの差に
該当する距離探知信号ＳＦを前記正規化回路部２０に出
力する比較器２１９と、により構成されている。
【００１０】又、前記測定対象媒介体は、１つの測定対
象に感応し得る測定対象媒介体に形成することもできる
し、複数の測定対象に感応し得る測定対象媒介体に形成
することもできる。更に、図３に示したように、温度セ
ンサーの場合、測定対象の温度変化により各々異なる膨
張係数を有した２種類のバイメタルＡ，Ｂを利用し、バ
イメタルＢの中央部にバイメタルＡを埋めて測定対象媒
介体１４が形成されている。
象に感応し得る測定対象媒介体に形成することもできる
し、複数の測定対象に感応し得る測定対象媒介体に形成
することもできる。更に、図３に示したように、温度セ
ンサーの場合、測定対象の温度変化により各々異なる膨
張係数を有した２種類のバイメタルＡ，Ｂを利用し、バ
イメタルＢの中央部にバイメタルＡを埋めて測定対象媒
介体１４が形成されている。
【００１１】このように構成された本発明に係る半導体
レーザを利用した多機能センサーの作用を以下に説明す
る。先ず、電流が半導体レーザ１１に供給され、該半導
体レーザ１１からレーザビームが出力してビームスプリ
ッター１２に照射されると、該ビームスプリッター１２
でビームの一部が透過され、他のレーザビームは該ビー
ムスプリッター１２から反射され基準光としてレンズ１
５に照射される。この場合、該基準光は測定対象媒介体
１４の反射面から反射される反射光を正規化させる役割
をする。次いで、前記ビームスプリッター１２を透過し
たレーザビームはレンズ１３により集束されて前記測定
対象媒介体１４に照射され、該測定対象媒介体１４から
反射された後、レンズ１３を通ってビームスプリッター
１２で再び反射され、反射光として円筒レンズ１７に照
射される。その後、該円筒レンズ１７を通って反射光測
定用光検出部１８に集束され、該反射光測定用光検出部
１８のフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤ
ｄ表面上に照射される。
レーザを利用した多機能センサーの作用を以下に説明す
る。先ず、電流が半導体レーザ１１に供給され、該半導
体レーザ１１からレーザビームが出力してビームスプリ
ッター１２に照射されると、該ビームスプリッター１２
でビームの一部が透過され、他のレーザビームは該ビー
ムスプリッター１２から反射され基準光としてレンズ１
５に照射される。この場合、該基準光は測定対象媒介体
１４の反射面から反射される反射光を正規化させる役割
をする。次いで、前記ビームスプリッター１２を透過し
たレーザビームはレンズ１３により集束されて前記測定
対象媒介体１４に照射され、該測定対象媒介体１４から
反射された後、レンズ１３を通ってビームスプリッター
１２で再び反射され、反射光として円筒レンズ１７に照
射される。その後、該円筒レンズ１７を通って反射光測
定用光検出部１８に集束され、該反射光測定用光検出部
１８のフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤ
ｄ表面上に照射される。
【００１２】一方、前記測定対象媒介体１４では、周辺
の温度変化により中央部位のバイメタルが膨張係数の差
により円錐状にたわみ又は突出され、測定対象媒介体１
４のバイメタル表面上反対面にレーザビームの焦点Ｆが
結ばれずに、該バイメタル表面の正常の位置から離れた
前後方側の位置に焦点Ｆが結像される。従って、測定対
象媒介体１４の反射面と焦点Ｆ間の距離が変化してレー
ザビームの距離が正常の距離よりも長短に形成され、反
射光測定用光検出部１８のフォトダイオードＰＤａ，Ｐ
Ｄｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄ上に結像するレーザビームの量が
変化する。即ち、図４に示したように、レーザビームの
焦点が測定対象媒介体１４の反対面上に結ばれる場合
は、フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄ
上に均一に分布される。しかし、レーザビームの焦点Ｆ
が測定対象媒介体１４の反対面の前後方側に結ばれる場
合は、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、各フォトダ
イオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄの特定なフォ
トダイオードに片寄ってたわんだ形状になる。且つ、こ
のようなたわみの方向は、次の式（１）で示したよう
に、各フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤ
ｄの光量ＯＰＤａ，ＯＰＤｂ，ＯＰＤｃ，ＯＰＤｄを利
用し該光量の差を求めて測定することができる。
の温度変化により中央部位のバイメタルが膨張係数の差
により円錐状にたわみ又は突出され、測定対象媒介体１
４のバイメタル表面上反対面にレーザビームの焦点Ｆが
結ばれずに、該バイメタル表面の正常の位置から離れた
前後方側の位置に焦点Ｆが結像される。従って、測定対
象媒介体１４の反射面と焦点Ｆ間の距離が変化してレー
ザビームの距離が正常の距離よりも長短に形成され、反
射光測定用光検出部１８のフォトダイオードＰＤａ，Ｐ
Ｄｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄ上に結像するレーザビームの量が
変化する。即ち、図４に示したように、レーザビームの
焦点が測定対象媒介体１４の反対面上に結ばれる場合
は、フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄ
上に均一に分布される。しかし、レーザビームの焦点Ｆ
が測定対象媒介体１４の反対面の前後方側に結ばれる場
合は、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、各フォトダ
イオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄの特定なフォ
トダイオードに片寄ってたわんだ形状になる。且つ、こ
のようなたわみの方向は、次の式（１）で示したよう
に、各フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤ
ｄの光量ＯＰＤａ，ＯＰＤｂ，ＯＰＤｃ，ＯＰＤｄを利
用し該光量の差を求めて測定することができる。
【００１３】 ＳＦ＝（ＯＰＤａ＋ＯＰＤｃ）−（ＯＰＤｂ＋ＯＰＤｄ） …（１） 上式（１）において、レーザビームの焦点Ｆが測定対象
媒介体１４の反対面に結ばれる場合は、フォトダイオー
ドＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄの光量ＯＰＤａ，Ｏ
ＰＤｂ，ＯＰＤｃ，ＯＰＤｄが各々同様で、距離探知信
号ＳＦの値は "０" になる。且つ、焦点Ｆが測定対象媒
介体反対面の前方側に結ばれる場合は、フォトダイオー
ドＰＤａ，ＰＤｃは多量の光を受けるが、フォトダイオ
ードＰＤｂ，ＰＤｄは小量の光を受けるので、フォトダ
イオードＰＤａ，ＰＤｃがフォトダイオードＰＤｂ，Ｐ
Ｄｄに比べ、相対的に多量の電流を発生し、前記距離探
知信号ＳＦは正（＋）の値を有するようになる。又、焦
点Ｆが測定対象媒介体反対面の他方側に結ばれる場合
は、フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｃは小量の光を受
け、フォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｄは多量の光を受け
るので、フォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｄに比べ、相対
的に小量の電流を発生し、前記距離探知信号ＳＦは負
（−）の値を有するようになる。
媒介体１４の反対面に結ばれる場合は、フォトダイオー
ドＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄの光量ＯＰＤａ，Ｏ
ＰＤｂ，ＯＰＤｃ，ＯＰＤｄが各々同様で、距離探知信
号ＳＦの値は "０" になる。且つ、焦点Ｆが測定対象媒
介体反対面の前方側に結ばれる場合は、フォトダイオー
ドＰＤａ，ＰＤｃは多量の光を受けるが、フォトダイオ
ードＰＤｂ，ＰＤｄは小量の光を受けるので、フォトダ
イオードＰＤａ，ＰＤｃがフォトダイオードＰＤｂ，Ｐ
Ｄｄに比べ、相対的に多量の電流を発生し、前記距離探
知信号ＳＦは正（＋）の値を有するようになる。又、焦
点Ｆが測定対象媒介体反対面の他方側に結ばれる場合
は、フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｃは小量の光を受
け、フォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｄは多量の光を受け
るので、フォトダイオードＰＤｂ，ＰＤｄに比べ、相対
的に小量の電流を発生し、前記距離探知信号ＳＦは負
（−）の値を有するようになる。
【００１４】即ち、図２に示したように、前記の各フォ
トダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄに結像さ
れるレーザビームの量によりそれらフォトダイオードＰ
Ｄａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄから各々電流Ｉａ，Ｉ
ｂ，Ｉｃ，Ｉｄが発生される。次いで、電流Ｉａ，Ｉｃ
の和Ｉａ＋Ｉｃと電流Ｉｂ，Ｉｄの和Ｉｂ＋Ｉｄとが焦
点距離探知回路部１９の電流−電圧変換器１１９により
各々電圧Ｖａｃ，Ｖｂｄに変換され、電圧Ｖａｃ，Ｖｂ
ｄの差が比較器２１９により距離探知信号ＳＦとして出
力される。該距離探知信号は、図５に示したように、レ
ーザビームの焦点Ｆと測定対象媒介体１４の反対面間の
距離により変化する。
トダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄに結像さ
れるレーザビームの量によりそれらフォトダイオードＰ
Ｄａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄから各々電流Ｉａ，Ｉ
ｂ，Ｉｃ，Ｉｄが発生される。次いで、電流Ｉａ，Ｉｃ
の和Ｉａ＋Ｉｃと電流Ｉｂ，Ｉｄの和Ｉｂ＋Ｉｄとが焦
点距離探知回路部１９の電流−電圧変換器１１９により
各々電圧Ｖａｃ，Ｖｂｄに変換され、電圧Ｖａｃ，Ｖｂ
ｄの差が比較器２１９により距離探知信号ＳＦとして出
力される。該距離探知信号は、図５に示したように、レ
ーザビームの焦点Ｆと測定対象媒介体１４の反対面間の
距離により変化する。
【００１５】そして、周辺の温度が上昇する時又は長時
間半導体レーザ１１が作動される場合は、該半導体レー
ザ１１の温度が上昇するので、該半導体レーザ１１から
発生するレーザビーム量が変化し、反射光測定用光検出
部１８の各フォトダイオード上に結像されるレーザビー
ムの量も変化する。従って、該反射光測定用光検出部１
８に反射されるレーザビームを利用し、外部の環境に係
る測定対象媒介体１４のたわみを測定するとき誤差が発
生するが、該誤差を防止するため、半導体レーザ１１か
ら発生するレーザビームの一部を基準光として使用する
のである。即ち、ビームスプリッター１２から反射され
る一部のビームがレンズ１５を通って基準光測定用光検
出部１６に照射されると、該基準光測定用光検出部は照
射されたレーザビームの量を測定し基準光量として使用
する。次いで、正規化回路部２０は、該基準光量と前記
測定対象媒介体１４の反対面から反射された反射光の相
対的光量とを測定し、次の式（２）に示したように、距
離探知信号ＳＦと、前記基準光量に該当する基準信号Ｒ
ＥＦとの比を利用し、測定対象媒介体１４のたわみ距離
信号（ＢＥＮＤＩＮＧ）を測定して、周辺環境に影響を
受けない反射光の相対的光量を求める。
間半導体レーザ１１が作動される場合は、該半導体レー
ザ１１の温度が上昇するので、該半導体レーザ１１から
発生するレーザビーム量が変化し、反射光測定用光検出
部１８の各フォトダイオード上に結像されるレーザビー
ムの量も変化する。従って、該反射光測定用光検出部１
８に反射されるレーザビームを利用し、外部の環境に係
る測定対象媒介体１４のたわみを測定するとき誤差が発
生するが、該誤差を防止するため、半導体レーザ１１か
ら発生するレーザビームの一部を基準光として使用する
のである。即ち、ビームスプリッター１２から反射され
る一部のビームがレンズ１５を通って基準光測定用光検
出部１６に照射されると、該基準光測定用光検出部は照
射されたレーザビームの量を測定し基準光量として使用
する。次いで、正規化回路部２０は、該基準光量と前記
測定対象媒介体１４の反対面から反射された反射光の相
対的光量とを測定し、次の式（２）に示したように、距
離探知信号ＳＦと、前記基準光量に該当する基準信号Ｒ
ＥＦとの比を利用し、測定対象媒介体１４のたわみ距離
信号（ＢＥＮＤＩＮＧ）を測定して、周辺環境に影響を
受けない反射光の相対的光量を求める。
【００１６】 ＢＥＮＤＩＮＧ＝ＳＦ／ＲＥＦ …（２） 従って、周辺の環境が変化し半導体レーザ１１から出力
するレーザビーム量に変化が発生しても、距離探知信号
ＳＦと基準信号ＲＥＦとが同様に変化するので、たわみ
距離信号（ＢＥＮＤＩＮＧ）の計算値は全然影響を及ぼ
さない。その後、該たわみの距離信号（ＢＥＮＤＩＮ
Ｇ）は制御回路部２１に印加され、該制御回路部２１か
らシステム全体を制御し、該当の測定値を得る制御信号
が発生される。従って、本発明に係る半導体レーザを利
用した多機能センサーにおいては、半導体レーザを利用
して周辺の温度変化による測定対象媒介のバイメタルの
たわみを検出し、該測定対象媒介体反射面のたわみ距離
の微細な変化を精密に測定して温度の変化を測定するこ
とができる。
するレーザビーム量に変化が発生しても、距離探知信号
ＳＦと基準信号ＲＥＦとが同様に変化するので、たわみ
距離信号（ＢＥＮＤＩＮＧ）の計算値は全然影響を及ぼ
さない。その後、該たわみの距離信号（ＢＥＮＤＩＮ
Ｇ）は制御回路部２１に印加され、該制御回路部２１か
らシステム全体を制御し、該当の測定値を得る制御信号
が発生される。従って、本発明に係る半導体レーザを利
用した多機能センサーにおいては、半導体レーザを利用
して周辺の温度変化による測定対象媒介のバイメタルの
たわみを検出し、該測定対象媒介体反射面のたわみ距離
の微細な変化を精密に測定して温度の変化を測定するこ
とができる。
【００１７】又、本発明に係る半導体レーザを利用した
多機能センサーにおいては、温度の外、圧力又は振動若
しくは湿度のような測定対象に適合した測定対象媒介体
を利用し、それら測定対象を少なくとも１つ以上支持部
に設置してそれら測定対象媒介体の反射面のたわみの距
離変化を検出し、該当の測定対象値を高精度に測定する
ことができる。例えば、測定すべき圧力に耐える弾性を
有した板状物質の測定対象媒介体を圧センサーの支持部
に設置し、周辺圧力の変化が測定対象媒介体に感応する
と、該測定対象媒介体は感応された圧力及び媒介体自身
の弾性によりたわみ、たわみの程度は周辺の圧力程度に
より決定されるので、圧力測定対象媒介体のたわみによ
り該測定対象媒介体の反射面とレーザビーム焦点間の距
離が変化し、前記の温度測定時と同様に、該測定対象媒
介体のたわみの微細な変化を精密に測定し圧力の変化を
測定することができる。
多機能センサーにおいては、温度の外、圧力又は振動若
しくは湿度のような測定対象に適合した測定対象媒介体
を利用し、それら測定対象を少なくとも１つ以上支持部
に設置してそれら測定対象媒介体の反射面のたわみの距
離変化を検出し、該当の測定対象値を高精度に測定する
ことができる。例えば、測定すべき圧力に耐える弾性を
有した板状物質の測定対象媒介体を圧センサーの支持部
に設置し、周辺圧力の変化が測定対象媒介体に感応する
と、該測定対象媒介体は感応された圧力及び媒介体自身
の弾性によりたわみ、たわみの程度は周辺の圧力程度に
より決定されるので、圧力測定対象媒介体のたわみによ
り該測定対象媒介体の反射面とレーザビーム焦点間の距
離が変化し、前記の温度測定時と同様に、該測定対象媒
介体のたわみの微細な変化を精密に測定し圧力の変化を
測定することができる。
【００１８】且つ、弾性力を有した薄膜を測定対象媒介
体として振動センサーの支持部に設置し、周辺の振動に
より該測定対象媒介体が感応すると、該測定対象媒介体
は感応した振動によりたわみ、該たわみの程度は周辺の
振動の程度により決定されるので、圧力測定対象媒介体
のたわみにより該測定対象媒介体の反射面とレーザビー
ム焦点間の距離が変化し、前記の温度測定時と同様に、
該測定対象媒介体のたわみの微細な変化を精密に測定し
て、振動の変化を測定することができる。更に、周辺の
湿気を吸収し得る吸湿膜を測定対象媒介体として湿度セ
ンサーの支持部に設置し、周辺の湿度により該測定対象
媒介体が感応してたわみ、たわみにより測定対象媒介体
の反対面とレーザビーム焦点間の距離が変化し、該測定
対象媒介体のたわみの微細な変化を前記の湿度測定時と
同様に精密に測定し、湿度の変化を測定することができ
る。
体として振動センサーの支持部に設置し、周辺の振動に
より該測定対象媒介体が感応すると、該測定対象媒介体
は感応した振動によりたわみ、該たわみの程度は周辺の
振動の程度により決定されるので、圧力測定対象媒介体
のたわみにより該測定対象媒介体の反射面とレーザビー
ム焦点間の距離が変化し、前記の温度測定時と同様に、
該測定対象媒介体のたわみの微細な変化を精密に測定し
て、振動の変化を測定することができる。更に、周辺の
湿気を吸収し得る吸湿膜を測定対象媒介体として湿度セ
ンサーの支持部に設置し、周辺の湿度により該測定対象
媒介体が感応してたわみ、たわみにより測定対象媒介体
の反対面とレーザビーム焦点間の距離が変化し、該測定
対象媒介体のたわみの微細な変化を前記の湿度測定時と
同様に精密に測定し、湿度の変化を測定することができ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体レーザを利用した多機能センサーにおいては、光源の
半導体レーザを利用して温度、圧力又は振動若しくは湿
度のような測定対象の変化量を、測定対象媒介体の反射
面とレーザビーム焦点間の距離の変化を検出した後、周
辺の状態変化にかかわりなく高精度に測定し得るように
なっているため、多様な測定対象をそれらに該当した個
別の媒介体を利用して高精度に測定し、信頼性のある多
機能センサーを廉価に供給することができるという効果
がある。
体レーザを利用した多機能センサーにおいては、光源の
半導体レーザを利用して温度、圧力又は振動若しくは湿
度のような測定対象の変化量を、測定対象媒介体の反射
面とレーザビーム焦点間の距離の変化を検出した後、周
辺の状態変化にかかわりなく高精度に測定し得るように
なっているため、多様な測定対象をそれらに該当した個
別の媒介体を利用して高精度に測定し、信頼性のある多
機能センサーを廉価に供給することができるという効果
がある。
【図１】本発明に係る半導体レーザを利用したセンサー
の概略図である。
の概略図である。
【図２】本発明に係る反射光測定用光検出部及び焦点距
離探知回路部を示した概略構成図である。
離探知回路部を示した概略構成図である。
【図３】本発明に係る測定対象媒介体のバイメタルを示
した構成図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図であ
る。
した構成図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図であ
る。
【図４】本発明に係る反射光測定用光検出部の光検出ダ
イオード上に形成される反射光を示した状態図である。
イオード上に形成される反射光を示した状態図である。
【図５】本発明に係る測定対象媒介体の反射面とレーザ
ビーム焦点間の距離の変化による距離探知信号の変化状
態を示したグラフである。
ビーム焦点間の距離の変化による距離探知信号の変化状
態を示したグラフである。
【図６】従来のサーモカップルを利用した温度センサー
の概略構成図である。
の概略構成図である。
１１…半導体レーザ １２…ビームスプリッター １３，１５…レンズ １４…測定対象媒介体 １６…基準光測定用光検出部 １７…円筒レンズ １８…反射光測定用光検出部 １９…焦点距離探知回路部 ２０…正規化回路部 ２１…制御回路部 １１９…電流−電圧変換器 ２１９…比較器 ＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄ…フォトダイオード
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体レーザを利用した多機能センサー
であって、 レーザビームを発散する半導体レーザと、 前記レーザビームの一部は透過し、その他のレーザビー
ムは反射するビームスプリッターと、 測定しようとする測定対象の変化に感応する測定対象媒
介体と、 前記ビームスプリッターから反射した一部のレーザビー
ムを基準光として集束するレンズと、 前記ビームスプリッターを透過したレーザビームの焦点
が前記測定対象媒介体に結像されるように前記レーザビ
ームを集束するレンズと、 前記測定対象媒介体及び前記ビームスプリッターから順
次反射されたレーザビームを反射光として集束する円筒
レンズと、 前記基準光の量を測定する基準光測定用光検出部と、 前記反射光の量を測定する反射光測定用検出部と、 前記基準光測定用光検出部から出力する信号を距離探知
信号に変換させる焦点距離探知回路部と、 前記基準光測定用光検出部の出力信号と焦点距離探知回
路部の出力信号との比を計算し、反射光の相対的光量を
測定する正規化回路部と、 前記正規化回路部の出力信号により各々該当する測定対
象の制御信号を発生する制御回路部と、を備えた半導体
レーザを利用した多機能センサー。 - 【請求項２】 前記正規化回路部は、前記基準光測定用
光検出部のフォトダイオード（ＰＤａ）、（ＰＤｃ）か
ら出力する電流信号の和（Ｉａ＋Ｉｃ）と、前記基準光
測定用光検出部のフォトダイオード（ＰＤｂ）（ＰＤ
ｄ）から出力する電流信号の和（Ｉｂ＋Ｉｄ）とを各々
電圧信号（Ｖａｃ）（Ｖｂｄ）に変換する電流−電圧変
換器と、前記電流−電圧変換器から出力する電圧信号
（Ｖａｃ）（Ｖｂｄ）の差を距離探知信号として出力す
る比較器と、を備えた請求項１記載の半導体レーザを利
用した多機能センサー。 - 【請求項３】 前記測定対象媒介体は、前記測定対象媒
介体と前記レーザビーム焦点間の距離が周辺の温度変換
により変化するようにバイメタルにより構成される請求
項１記載の半導体レーザを利用した多機能センサー。 - 【請求項４】 前記測定対象媒介体は、該測定対象媒介
体と前記レーザビーム焦点間の距離が周辺の圧力又は振
動若しくは湿度の変化により変化されるように、それら
圧力、振動、湿度の測定対象中少なくとも１つ以上の測
定対象に感応する物質により構成される請求項１記載の
半導体レーザを利用した多機能センサー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019930023964A KR970011144B1 (ko) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 반도체 레이저를 이용한 센서 |
| KR23964/1993 | 1993-11-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183620A true JPH07183620A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=19367868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6276315A Withdrawn JPH07183620A (ja) | 1993-11-11 | 1994-11-10 | 半導体レーザを利用した多機能センサー |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5532479A (ja) |
| JP (1) | JPH07183620A (ja) |
| KR (1) | KR970011144B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010117353A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-05-27 | Berkin Bv | コリオリ型流量センサシステム |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19721105C5 (de) * | 1997-05-20 | 2008-07-10 | Sick Ag | Opto-eletronischer Sensor |
| US6885006B2 (en) * | 2001-10-01 | 2005-04-26 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Ultraviolet sensing of the condition of the vanes and blades of gas turbines in service |
| CN100538260C (zh) * | 2007-02-07 | 2009-09-09 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 微位移高精度实时干涉测量仪 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4002975A (en) * | 1976-02-26 | 1977-01-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Electro-optic measurement of voltage on high-voltage power lines |
| US4521683A (en) * | 1981-03-20 | 1985-06-04 | The Boeing Company | Pressure-actuated optical switch |
| US4672199A (en) * | 1984-03-02 | 1987-06-09 | Fiberdynamics, Inc. | Fiberoptic temperature/pressure sensor system |
| US4762426A (en) * | 1986-12-19 | 1988-08-09 | Honeywell Inc. | Remote passive temperature sensor |
| US5031987A (en) * | 1990-01-02 | 1991-07-16 | Sundstrand Data Control, Inc. | Fiber optic thermal switch utilizing frustrated total internal reflection readout |
| US5351547A (en) * | 1990-05-02 | 1994-10-04 | Dynisco, Inc. | Optical pressure transducer having a fixed reflector and a movable reflector attached to a diaphragm |
| TW198114B (ja) * | 1991-04-23 | 1993-01-11 | Philips Nv |
-
1993
- 1993-11-11 KR KR1019930023964A patent/KR970011144B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-11-10 JP JP6276315A patent/JPH07183620A/ja not_active Withdrawn
- 1994-11-10 US US08/337,547 patent/US5532479A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010117353A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-05-27 | Berkin Bv | コリオリ型流量センサシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR970011144B1 (ko) | 1997-07-07 |
| US5532479A (en) | 1996-07-02 |
| KR950015881A (ko) | 1995-06-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |