JPH07260617A - Pressure sensor and pressure measuring system - Google Patents
Pressure sensor and pressure measuring systemInfo
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- JPH07260617A JPH07260617A JP5178794A JP5178794A JPH07260617A JP H07260617 A JPH07260617 A JP H07260617A JP 5178794 A JP5178794 A JP 5178794A JP 5178794 A JP5178794 A JP 5178794A JP H07260617 A JPH07260617 A JP H07260617A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は圧力センサ、特に内燃
機関の燃焼室内の圧力を検出する圧力センサに関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor for detecting the pressure inside a combustion chamber of an internal combustion engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】稼動する内燃機関の燃焼室圧力及び圧力
変動を検出して、空燃比、ガソリンエンジンの点火時期
又はディーゼルエンジンの燃料噴射時期等を精度良く制
御する内燃機関の燃焼制御装置は従来から自動車等に広
く使用されている。内燃機関のシリンダ内の圧力を検出
する圧力センサとして、歪ゲージ式、圧電式、光ファイ
バ式等の様々な方式の圧力センサが従来から提案されて
いる。2. Description of the Related Art A combustion control device for an internal combustion engine, which detects the combustion chamber pressure and pressure fluctuation of an operating internal combustion engine and accurately controls the air-fuel ratio, the ignition timing of a gasoline engine, the fuel injection timing of a diesel engine, etc., has been known. Widely used in automobiles, etc. As a pressure sensor for detecting the pressure inside the cylinder of an internal combustion engine, various types of pressure sensors such as a strain gauge type, a piezoelectric type, and an optical fiber type have been conventionally proposed.
【０００３】歪ゲージ式の圧力センサでは温度変化によ
る検出特性の影響を低減するため、歪ゲージの固定位置
に工夫が必要である。また、接着剤によるクリープ、ヒ
ステリシスの影響や耐熱性が低い等の信頼性上の問題が
あった。また、圧電式の圧力センサでは燃焼室内の圧力
に比例した出力電圧を直接取り出せる利点があるが、圧
電素子自体の抵抗率が高いため、スパーク等に起因する
ノイズが出力電圧に発生する欠点があった。また、圧電
材料の誘電率の温度変動等により精度が低下する難点が
あり、更に機械的振動によるノイズの影響を受け易い問
題があった。In the strain gauge type pressure sensor, in order to reduce the influence of the detection characteristic due to the temperature change, it is necessary to devise a fixed position of the strain gauge. In addition, there are reliability problems such as creep and hysteresis due to the adhesive and low heat resistance. Further, the piezoelectric pressure sensor has an advantage that the output voltage proportional to the pressure in the combustion chamber can be directly taken out, but since the piezoelectric element itself has a high resistivity, there is a drawback that noise due to sparks or the like is generated in the output voltage. It was In addition, there is a problem in that the accuracy is lowered due to temperature fluctuations of the dielectric constant of the piezoelectric material, and there is a problem that it is more susceptible to noise due to mechanical vibration.
【０００４】歪ゲージ式及び圧電式の圧力センサの持つ
欠点を解決する方式として特開昭６０−１１３１２６号
公報には、光ファイバ式の圧力センサが開示されてい
る。光ファイバの材料に石英を用いれば、スパーク等に
よるノイズの影響がなく、また耐熱性も高いので内燃機
関の燃焼室付近に設置できる利点がある。An optical fiber type pressure sensor is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-113126 as a method for solving the drawbacks of strain gauge type and piezoelectric type pressure sensors. If quartz is used as the material of the optical fiber, there is an advantage that it can be installed near the combustion chamber of the internal combustion engine because it is not affected by noise due to sparks and has high heat resistance.
【０００５】図４は、同心円上に３群の光ファイバを多
数束ねた従来の圧力センサに使用する導光装置の断面構
造を示す。この導光装置は、円周方向に配列した複数本
の光ファイバからなる投光用ファイバ束３１と、投光用
ファイバ束３１の内周に沿って配列された複数本の光フ
ァイバからなる内側受光用ファイバ束３２と、投光用フ
ァイバ束３１の外周に沿って配列された外側受光用ファ
イバ束３３と、ファイバ束３２、３３の中心軸と直角に
対向して配置された可撓性のダイアフラム３５（図５）
と、ダイアフラム３５の全周を支持する支持部材３４
（図５）とから構成される。この光ファイバ式の圧力セ
ンサの動作原理を図５(Ａ)〜(Ｃ)に基づいて説明する
と、圧力Ｐが大気圧に等しい場合（Ｐ＝０）には図５
(Ｂ)に示すように、ダイアフラム３５は変形せず、ダイ
アフラム３５の内面は平坦な状態である。ダイアフラム
３５が平坦な状態では、投光用光ファイバ束３１から出
力された光ｉ0はダイアフラム３５の下面で反射し、内
側受光用ファイバ束３２と外側受光用ファイバ束３３と
に均等に入射するから、内側受光用ファイバ束３２の受
光量ｉ1と外側受光用ファイバ束３３の受光量ｉ2は、ｉ
1＝ｉ2となる。次に、圧力Ｐが大気圧よりも高い場合
（Ｐ＞０）には図５(Ａ)に示すように、ダイアフラム３
５は下方に変位する。この場合は投光用ファイバ束３１
から出力された光量ｉ0のうち、ダイアフラム３５で反
射されて内側光ファイバ束３２に入射する受光量ｉ1は
外側光ファイバ束３３に入射する受光量ｉ2よりも少な
く、ｉ1＜ｉ2となる。また、圧力Ｐが大気圧よりも低い
場合（Ｐ＜０）には図５(Ｃ)に示すように、ダイアフラ
ム３５は上方に変位する。この場合には投光用光ファイ
バ束３１から出力された光量ｉ0はダイアフラム３５の
内面により反射されるが、内側受光用ファイバ束３２に
入射する受光量ｉ1は、外側受光用ファイバ束３３に入
射する受光量ｉ2よりも多く、ｉ1＞ｉ2となる。即ち、
圧力Ｐの大きさによりｉ1、ｉ2は相反する挙動を示す。
上記のように、光量比ｉ2／ｉ1は圧力Ｐに対して比例関
係になり、内側光ファイバ束３２の受光量ｉ1と外側光
ファイバ束３３の受光量ｉ2の比ｉ2／ｉ1を測定して、
ダイアフラム３５に加えられた圧力Ｐを検知することが
できる。FIG. 4 shows a sectional structure of a light guide device used for a conventional pressure sensor in which a large number of optical fibers of three groups are bundled on a concentric circle. This light guide device includes a light projecting fiber bundle 31 composed of a plurality of optical fibers arranged in the circumferential direction, and an inner side composed of a plurality of optical fibers arranged along the inner circumference of the light projecting fiber bundle 31. The light-receiving fiber bundle 32, the outer light-receiving fiber bundle 33 arranged along the outer periphery of the light-transmitting fiber bundle 31, and the flexible fiber bundles arranged to face the central axes of the fiber bundles 32, 33 at right angles. Diaphragm 35 (Fig. 5)
And a supporting member 34 that supports the entire circumference of the diaphragm 35.
(FIG. 5). The operating principle of this optical fiber type pressure sensor will be described with reference to FIGS. 5A to 5C. When the pressure P is equal to the atmospheric pressure (P = 0), FIG.
As shown in (B), the diaphragm 35 is not deformed, and the inner surface of the diaphragm 35 is flat. When the diaphragm 35 is flat, the light i 0 output from the light projecting optical fiber bundle 31 is reflected by the lower surface of the diaphragm 35 and is evenly incident on the inner light receiving fiber bundle 32 and the outer light receiving fiber bundle 33. from the received light amount i 2 of the light-receiving amount i 1 and the outer light receiving fiber bundle 33 of the inner light receiving fiber bundle 32, i
1 = i 2 . Next, when the pressure P is higher than the atmospheric pressure (P> 0), as shown in FIG.
5 is displaced downward. In this case, the light projecting fiber bundle 31
Of the light amount i 0 output from the light receiving device 1, the light receiving amount i 1 that is reflected by the diaphragm 35 and is incident on the inner optical fiber bundle 32 is smaller than the light receiving amount i 2 that is incident on the outer optical fiber bundle 33, i 1 <i 2 Becomes When the pressure P is lower than the atmospheric pressure (P <0), the diaphragm 35 is displaced upward as shown in FIG. 5 (C). In this case, the light amount i 0 output from the light projecting optical fiber bundle 31 is reflected by the inner surface of the diaphragm 35, but the light receiving amount i 1 incident on the inner light receiving fiber bundle 32 is the outer light receiving fiber bundle 33. more than amount of light received i 2 incident on, and i 1> i 2. That is,
Depending on the magnitude of the pressure P, i 1 and i 2 show opposite behaviors.
As described above, the light quantity ratio i 2 / i 1 becomes proportional to pressure P, the ratio i 2 / i of the received light quantity i 2 of the light-receiving amount i 1 and outer optical fiber bundles 33 of the inner optical fiber bundle 32 Measure 1 ,
The pressure P applied to the diaphragm 35 can be detected.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光フ
ァイバ式の圧力センサでは、投光用ファイバ束３１、内
側受光用ファイバ束３２及び外側受光用ファイバ束３３
を備えた３群の光ファイバ束を設けるため、多数本の光
ファイバが必要となり、光信号の伝送を含めて高価な石
英ファイバを多く使用しなければならない欠点があっ
た。また、これらを束ねて端面を正確に揃える作業には
高度な熟練した技術が必要であり、ダイアフラム３５の
肉厚又は平坦度及びダイアフラムと光ファイバ束との間
の間隔を与える高い精度が要求される。したがって、構
造が複雑でかつ組立作業が煩雑になる欠点があった。By the way, in the conventional optical fiber type pressure sensor, the light emitting fiber bundle 31, the inner light receiving fiber bundle 32 and the outer light receiving fiber bundle 33 are provided.
Since a large number of optical fibers are required to provide the three groups of optical fiber bundles, the disadvantage is that many expensive quartz fibers must be used for optical signal transmission. Further, the work of bundling these and accurately aligning the end faces requires a highly skilled technique, and requires high accuracy in providing the thickness or flatness of the diaphragm 35 and the distance between the diaphragm and the optical fiber bundle. It Therefore, there is a drawback that the structure is complicated and the assembling work is complicated.
【０００７】そこで、この発明では構造が簡単でかつ１
本の光ファイバにより圧力を高精度に検出できる圧力セ
ンサ及びそれを使用する圧力測定システムを提供するこ
とを目的とする。Therefore, in the present invention, the structure is simple and
An object of the present invention is to provide a pressure sensor that can detect pressure with high accuracy using a book optical fiber, and a pressure measurement system that uses the pressure sensor.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明による圧力セン
サは、光学的に平坦な反射面を有しかつ可撓性を有する
ダイアフラムと、ダイアフラムの反射面に対向しかつギ
ャップを形成すると共にダイアフラムを支持するベース
と、ギャップを介してダイアフラムの反射面に対向する
端面を有しかつダイアフラムの反射面に対してほぼ垂直
にベースに固定された光ファイバとを備えている。この
圧力センサでは、ベースに固定した１本の光ファイバの
端面からダイアフラムの反射面に可干渉性光を照射し、
ダイアフラムの反射面及び光ファイバの端面間で多重干
渉させて同心円状の干渉縞を発生し、ダイアフラムへの
圧力発生時にダイアフラムの撓みによりダイアフラムの
反射面及び光ファイバの端面間の光学距離が変化し、こ
の光学距離の変化に対して変化する干渉縞の数を光ファ
イバの端面から検出してダイアフラムに加えられる圧力
を検出する。図示の実施例では、ギャップに接続する大
気開放孔をベースに形成し、ダイアフラムは中央厚肉部
及び中央厚肉部の周囲に形成された環状薄肉部を有し、
中央厚肉部に反射面が形成されている。図示以外の実施
例では、ギャップは真空に封止される。SUMMARY OF THE INVENTION A pressure sensor according to the present invention comprises a diaphragm having an optically flat reflecting surface and flexibility, a diaphragm facing the reflecting surface of the diaphragm and forming a gap. A supporting base and an optical fiber having an end surface facing the reflecting surface of the diaphragm via a gap and fixed to the base substantially perpendicularly to the reflecting surface of the diaphragm are provided. In this pressure sensor, coherent light is radiated from the end surface of one optical fiber fixed to the base to the reflecting surface of the diaphragm,
Multiple interference occurs between the reflecting surface of the diaphragm and the end surface of the optical fiber to generate concentric interference fringes.When pressure is applied to the diaphragm, the deflection of the diaphragm changes the optical distance between the reflecting surface of the diaphragm and the end surface of the optical fiber. The pressure applied to the diaphragm is detected by detecting the number of interference fringes that change with the change in the optical distance from the end face of the optical fiber. In the illustrated embodiment, the atmosphere opening hole connected to the gap is formed on the base, and the diaphragm has a central thick portion and an annular thin portion formed around the central thick portion,
A reflective surface is formed in the central thick portion. In other embodiments than shown, the gap is vacuum sealed.
【０００９】また、この発明による圧力センサを使用す
る圧力測定システムは、圧力センサの光ファイバに接続
された光結合器と、圧力センサの光ファイバに光結合器
を通して接続された可干渉性光源と、光結合器の出力端
に接続された光強度測定器とを備えている。この圧力測
定システムでは、圧力センサのダイアフラムの反射面及
び光ファイバの端面間での可干渉性光の多重干渉により
発生した同心円状の干渉縞の数の変化を光強度測定器に
て検知する。Further, a pressure measuring system using the pressure sensor according to the present invention includes an optical coupler connected to the optical fiber of the pressure sensor, and a coherent light source connected to the optical fiber of the pressure sensor through the optical coupler. , A light intensity measuring device connected to the output end of the optical coupler. In this pressure measuring system, a change in the number of concentric interference fringes caused by multiple interference of coherent light between the reflecting surface of the diaphragm of the pressure sensor and the end surface of the optical fiber is detected by the light intensity measuring device.
【００１０】[0010]
【作用】この発明による圧力センサでは、微小変位の測
定が可能なファブリ−ペロー（Fabry-Perot）干渉計の
原理に基づいて、ギャップに入射した可干渉性光は多重
干渉を起こし、ギャップから出力される光に同心円状の
フリンジ（干渉縞）を発生する。このフリンジはギャッ
プの光学距離、即ち一対の反射面間の距離の変化に敏感
に対応する。したがって、一対の反射面のうちの一方を
可撓性を有するダイアフラムに設けることにより、ダイ
アフラムの反射面及び光ファイバの端面を一対の反射面
とするファブリ−ペロー干渉計が形成される。よって、
圧力によるダイアフラムの撓みにより、ダイアフラムの
反射面及び光ファイバの端面間の光学距離の微小な変化
に対してフリンジの数が変化するので、このフリンジの
数の変化を光ファイバの端面から検出することにより、
ダイアフラムに加えられる圧力を高精度に検出できる。
このため、１本の光ファイバにより簡単な構造の圧力セ
ンサを構成することができる。In the pressure sensor according to the present invention, based on the principle of a Fabry-Perot interferometer capable of measuring a minute displacement, coherent light incident on the gap causes multiple interference and is output from the gap. Generates concentric fringes (interference fringes) in the reflected light. This fringe sensitively responds to changes in the optical distance of the gap, that is, the distance between the pair of reflecting surfaces. Therefore, by providing one of the pair of reflecting surfaces on the flexible diaphragm, a Fabry-Perot interferometer having the reflecting surface of the diaphragm and the end surface of the optical fiber as the pair of reflecting surfaces is formed. Therefore,
The number of fringes changes due to a slight change in the optical distance between the reflecting surface of the diaphragm and the end face of the optical fiber due to the deflection of the diaphragm due to pressure.Therefore, the change in the number of fringes should be detected from the end face of the optical fiber. Due to
The pressure applied to the diaphragm can be detected with high accuracy.
Therefore, a pressure sensor having a simple structure can be configured with one optical fiber.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、この発明による圧力センサの実施例を
図１〜図３に基づいて説明する。図１はこの発明による
圧力センサ１０の断面図である。この圧力センサ１０
は、光学的に平坦な反射面１ａを有しかつ可撓性を有す
るダイアフラム３と、ダイアフラム３の反射面１ａに対
向しかつギャップ４を形成すると共にダイアフラム３を
支持するベース８と、ギャップ４を介してダイアフラム
３の反射面１ａに対向する端面６ａを有しかつダイアフ
ラム３の反射面１ａに対してほぼ垂直にベース８の光フ
ァイバ挿入孔５に固定された１本の光ファイバ６とを備
えている。この実施例では、ギャップ４に接続する大気
開放孔７をベース８に形成し、ダイアフラム３は中央厚
肉部１及び中央厚肉部１の周囲に形成された環状薄肉部
２を有し、中央厚肉部１に反射面１ａが形成されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the pressure sensor according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a pressure sensor 10 according to the present invention. This pressure sensor 10
Is a flexible diaphragm 3 having an optically flat reflecting surface 1a, a base 8 facing the reflecting surface 1a of the diaphragm 3 and forming a gap 4 and supporting the diaphragm 3, and a gap 4 One optical fiber 6 fixed to the optical fiber insertion hole 5 of the base 8 and having an end face 6a opposed to the reflection surface 1a of the diaphragm 3 via the I have it. In this embodiment, an atmosphere opening hole 7 connected to the gap 4 is formed in the base 8, and the diaphragm 3 has a central thick portion 1 and an annular thin portion 2 formed around the central thick portion 1, A reflective surface 1a is formed on the thick portion 1.
【００１２】上記の構成において、光ファイバ６の端面
６ａから照射されたレーザ光等の可干渉性光はダイアフ
ラム３に設けられた中央厚肉部１の反射面１ａにて反射
する。反射面１ａにて反射された光ファイバ６への戻り
光は光ファイバ６の端面６ａからの光と多重干渉し、光
ファイバ６の端面６ａと反対側の出力端（図示せず）に
同心円状のフリンジが発生する。ダイアフラム３に圧力
Ｐが加えられると、環状薄肉部２が撓み、中央厚肉部１
が下方に押し下げられるので、中央厚肉部１の反射面１
ａが下方に移動し、その結果ギャップ４が狭くなる。こ
れにより、ダイアフラム３の反射面１ａと光ファイバ６
の端面６ａとの間の光学距離が変化し、同心円状のフリ
ンジの数に変化が起こる。したがって、このフリンジの
数の変化を光ファイバ６の出力端から検出することによ
り、ダイアフラム３に加えられる圧力を高精度に検出す
ることができる。また、ダイアフラム３の中央厚肉部１
の周囲に環状薄肉部２を形成したので、ダイアフラム３
に加わる圧力Ｐにより環状薄肉部２が撓み、中央厚肉部
１の反射面１ａを圧力Ｐの変化に対応して上下に平行移
動させることができる。このため、光ファイバ６の端面
６ａの位置がベース８の中心からずれていても、入射さ
れた光はほとんど散乱されることなく、再び光ファイバ
６に戻るので、損失が少ない利点がある。In the above structure, coherent light such as laser light emitted from the end face 6a of the optical fiber 6 is reflected by the reflecting surface 1a of the central thick portion 1 provided on the diaphragm 3. The return light to the optical fiber 6 reflected by the reflecting surface 1a undergoes multiple interference with the light from the end face 6a of the optical fiber 6, and is concentric with the output end (not shown) opposite to the end face 6a of the optical fiber 6. Fringe occurs. When the pressure P is applied to the diaphragm 3, the annular thin portion 2 bends and the central thick portion 1
Is pushed downward, the reflection surface 1 of the central thick portion 1
a moves downward, resulting in a narrow gap 4. As a result, the reflecting surface 1a of the diaphragm 3 and the optical fiber 6
The optical distance between the end face 6a and the end face 6a changes, and the number of concentric fringes changes. Therefore, by detecting the change in the number of fringes from the output end of the optical fiber 6, the pressure applied to the diaphragm 3 can be detected with high accuracy. Also, the central thick portion 1 of the diaphragm 3
Since the annular thin portion 2 is formed around the
The annular thin portion 2 is bent by the pressure P applied to the reflective surface 1a of the central thick portion 1, and the reflecting surface 1a of the central thick portion 1 can be moved up and down in parallel with the change in the pressure P. Therefore, even if the position of the end face 6a of the optical fiber 6 deviates from the center of the base 8, the incident light is hardly scattered and returns to the optical fiber 6 again, so that there is an advantage that the loss is small.
【００１３】図１に示す圧力センサ１０の製造方法につ
いて説明すると、まず、ステンレス等の金属を機械加工
してダイアフラム３に環状薄肉部２を形成し、中央厚肉
部１の下端面を研磨し、光学的に平坦な反射面１ａを作
る。次に、ダイアフラム３と同じ材料を用いて反射面１
ａに対向する凹部８ａをベース８に形成し、凹部８ａの
中心に光ファイバ挿入孔５及び外周部に大気開放孔７を
形成する。その後、光ファイバ挿入孔５に光軸が垂直と
なるように石英製の光ファイバ６を挿入し、ガラス等の
接着剤９により固定する。最後に、光ファイバ６が中心
に固定されたベース８にダイアフラム３を溶接等により
接合して圧力センサ１０を完成する。The method of manufacturing the pressure sensor 10 shown in FIG. 1 will be described. First, a metal such as stainless is machined to form an annular thin portion 2 on the diaphragm 3, and the lower end surface of the central thick portion 1 is polished. , Make an optically flat reflecting surface 1a. Next, using the same material as the diaphragm 3, the reflecting surface 1
A concave portion 8a facing a is formed in the base 8, and an optical fiber insertion hole 5 is formed in the center of the concave portion 8a and an atmosphere opening hole 7 is formed in the outer peripheral portion. Then, the optical fiber 6 made of quartz is inserted into the optical fiber insertion hole 5 so that the optical axis is vertical, and is fixed by an adhesive 9 such as glass. Finally, the diaphragm 3 is joined by welding or the like to the base 8 on which the optical fiber 6 is fixed at the center to complete the pressure sensor 10.
【００１４】図１に示す圧力センサ１０を使用して圧力
測定を行うシステムの一実施例を図２に示す。この圧力
測定システムは、圧力センサ１０の光ファイバ６に接続
された光カプラ（光結合器）２３と、圧力センサ１０の
光ファイバ６に光カプラ２３及び入力ファイバ２２を通
して接続されたレーザ光源（可干渉性光源）２１と、光
カプラ２３の出力端に出力ファイバ２４を通して接続さ
れた光パワーメータ（光強度測定器）２５とを備えてい
る。干渉計にはコヒーレントな（可干渉性の）光が必要
であるため、可干渉性光源としてヘリウム−ネオン（Ｈ
e−Ｎe）レーザ光源（波長６３３ｎｍ）２１を用いる。
レーザ光源２１からの光は入力ファイバ２２により光カ
プラ２３に導かれる。光カプラ２３によりレーザ光源２
１からの光を分割し、一方を圧力センサ１０の光ファイ
バ６に接続し、もう片方は終端処理をする。圧力センサ
１０のダイアフラム３の反射面１ａ及び光ファイバ６の
端面６ａ間でのレーザ光の多重干渉によって発生した同
心円状のフリンジは光ファイバ６を経て光カプラ２３に
戻り、カップリングされた出力ファイバ２４により光パ
ワーメータ２５に入力される。この光パワーメータ２５
の出力波形をストレージオシロスコープ２６で観察する
ことにより、同心円状のフリンジを観察しかつ記録す
る。ダイアフラム３に圧力Ｐが加わり光ファイバの端面
６ａとダイアフラム３の反射面１ａとの間の光学距離ｌ
が減少すると、出力されるフリンジの数Ｎは増加する。
図３は図２の測定システムにおける圧力Ｐとフリンジの
数Ｎの関係を示すグラフであり、フリンジの数Ｎは圧力
Ｐに対して比例関係にあることがわかる。FIG. 2 shows an embodiment of a system for measuring pressure using the pressure sensor 10 shown in FIG. This pressure measuring system includes an optical coupler (optical coupler) 23 connected to the optical fiber 6 of the pressure sensor 10, and a laser light source (optical coupler) connected to the optical fiber 6 of the pressure sensor 10 through the optical coupler 23 and the input fiber 22. The optical power meter (light intensity measuring device) 25 is connected to the output end of the optical coupler 23 through the output fiber 24. Since the interferometer needs coherent (coherent) light, helium-neon (H
An e-Ne) laser light source (wavelength 633 nm) 21 is used.
The light from the laser light source 21 is guided to the optical coupler 23 by the input fiber 22. Laser light source 2 by optical coupler 23
The light from 1 is split, one is connected to the optical fiber 6 of the pressure sensor 10 and the other is terminated. A concentric fringe generated by multiple interference of laser light between the reflecting surface 1a of the diaphragm 3 of the pressure sensor 10 and the end surface 6a of the optical fiber 6 returns to the optical coupler 23 via the optical fiber 6 and is coupled to the output fiber. It is input to the optical power meter 25 by 24. This optical power meter 25
By observing the output waveform of the above with the storage oscilloscope 26, the concentric fringes are observed and recorded. The pressure P is applied to the diaphragm 3, and the optical distance l between the end surface 6a of the optical fiber and the reflecting surface 1a of the diaphragm 3
As N decreases, the number N of fringes output increases.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the pressure P and the number N of fringes in the measurement system of FIG. 2, and it can be seen that the number N of fringes is proportional to the pressure P.
【００１５】この考案の実施態様は前記の実施例に限定
されず変更が可能である。例えば、上記の実施例ではケ
ース８に大気開放孔７を設けた構造で大気圧との相対圧
力を測定する所謂ケージ圧タイプについて示したが、ベ
ース８に大気開放孔７を設けずにダイアフラム３とベー
ス８間のギャップ４を真空にして封止すれば絶対圧タイ
プの圧力センサとして使うことも可能である。また、ダ
イアフラム３に設けた環状薄肉部２の厚さｄ（図１）を
変えることにより、低圧から高圧までの広範囲の圧力測
定が可能である。The embodiment of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and can be modified. For example, in the above-described embodiment, the so-called cage pressure type in which the relative pressure to the atmospheric pressure is measured by the structure in which the atmosphere opening hole 7 is provided in the case 8 has been shown, but the diaphragm 3 is provided without providing the atmosphere opening hole 7 in the base 8. If the gap 4 between the base 8 and the base 8 is evacuated and sealed, it can be used as an absolute pressure type pressure sensor. Also, by changing the thickness d (FIG. 1) of the annular thin portion 2 provided on the diaphragm 3, it is possible to measure a wide range of pressure from low pressure to high pressure.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上のように、この発明によればダイア
フラムと１本の光ファイバにより圧力センサを構成し、
光の多重干渉を検出することにより、電磁的なノイズ等
の影響を受けずかつ耐熱性の高い簡単な構造の圧力セン
サを得ることができる。また、部品点数が極めて少ない
ので、組立作業を簡素化できる利点を有する。As described above, according to the present invention, the pressure sensor is composed of the diaphragm and one optical fiber,
By detecting multiple interference of light, it is possible to obtain a pressure sensor having a simple structure that is not affected by electromagnetic noise and has high heat resistance. Moreover, since the number of parts is extremely small, there is an advantage that the assembling work can be simplified.
【図１】 この発明による圧力センサの実施例を示す断
面図FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a pressure sensor according to the present invention.
【図２】 図１の圧力センサを使用した圧力測定システ
ムを示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing a pressure measurement system using the pressure sensor of FIG.
【図３】 図２の測定システムの出力特性のグラフFIG. 3 is a graph of output characteristics of the measurement system of FIG.
【図４】 従来の光学式圧力センサの横断面図FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional optical pressure sensor.
【図５】 図４の光学式圧力センサの動作説明図5 is an explanatory diagram of the operation of the optical pressure sensor of FIG.
１．．．中央厚肉部、１ａ．．．反射面、２．．．環状
薄肉部、３、３５．．．ダイアフラム、４．．．ギャッ
プ、５．．．光ファイバ挿入孔、６．．．光ファイバ、
６ａ．．．端面、７．．．大気開放孔、８．．．ベー
ス、８ａ．．．凹部、９．．．接着剤、１０．．．圧力
センサ、２１．．．レーザ光源（可干渉性光源）、２
２．．．入力ファイバ、２３．．．光カプラ（光結合
器）、２４．．．出力ファイバ、２５．．．光パワーメ
ータ（光強度測定器）、２６．．．ストレージオシロス
コープ、３１．．．投光用ファイバ束、３２．．．内側
受光用ファイバ束、３３．．．外側受光用ファイバ束、
３４．．．支持部材1. ． ． Central thick part, 1a. ． ． Reflective surface, 2. ． ． Annular thin portion, 3, 35. ． ． Diaphragm, 4. ． ． Gap, 5. ． ． Optical fiber insertion hole, 6. ． ． Optical fiber,
6a. ． ． End face, 7. ． ． Atmosphere opening hole, 8. ． ． Base, 8a. ． ． Recess, 9. ． ． Adhesive, 10. ． ． Pressure sensor, 21. ． ． Laser light source (coherent light source), 2
2. ． ． Input fiber, 23. ． ． Optical coupler (optical coupler), 24. ． ． Output fiber, 25. ． ． Optical power meter (light intensity measuring device), 26. ． ． Storage oscilloscope, 31. ． ． Projecting fiber bundle, 32. ． ． Inner light-receiving fiber bundle, 33. ． ． Outer light receiving fiber bundle,
34. ． ． Support member
Claims (5)
を有するダイアフラムと、ダイアフラムの反射面に対向
しかつギャップを形成すると共にダイアフラムを支持す
るベースと、ギャップを介してダイアフラムの反射面に
対向する端面を有しかつダイアフラムの反射面に対して
ほぼ垂直にベースに固定された光ファイバとを備えた圧
力センサにおいて、 ベースに固定した１本の光ファイバの端面からダイアフ
ラムの反射面に可干渉性光を照射し、ダイアフラムの反
射面及び光ファイバの端面間で多重干渉させて同心円状
の干渉縞を発生し、ダイアフラムへの圧力発生時にダイ
アフラムの撓みによりダイアフラムの反射面及び光ファ
イバの端面間の光学距離が変化し、この光学距離の変化
に対して変化する干渉縞の数を光ファイバの端面から検
出してダイアフラムに加えられる圧力を検出することを
特徴とする圧力センサ。1. A flexible diaphragm having an optically flat reflecting surface, a base facing the reflecting surface of the diaphragm and forming a gap and supporting the diaphragm, and a diaphragm of the diaphragm via the gap. A pressure sensor having an end face facing a reflecting surface and an optical fiber fixed to a base substantially perpendicularly to the reflecting surface of a diaphragm, wherein the end face of one optical fiber fixed to the base reflects the diaphragm. Irradiate the surface with coherent light and cause multiple interference between the reflection surface of the diaphragm and the end surface of the optical fiber to generate concentric interference fringes.When pressure is applied to the diaphragm, the diaphragm bends and the reflection surface of the optical fiber The optical distance between the end faces of the fiber changes, and the number of interference fringes that change with this change in optical length is measured from the end face of the optical fiber. Pressure sensor and detects the pressure applied to the diaphragm out.
に形成した「請求項１」に記載の圧力センサ。2. The pressure sensor according to claim 1, wherein an air opening hole connected to the gap is formed as a base.
１」に記載の圧力センサ。3. The pressure sensor according to claim 1, wherein the gap is sealed in a vacuum.
部の周囲に形成された環状薄肉部を有し、中央厚肉部に
反射面が形成された「請求項１」〜「請求項３」のいず
れかに記載の圧力センサ。4. The diaphragm according to claim 1, wherein the diaphragm has a central thick portion and an annular thin portion formed around the central thick portion, and a reflective surface is formed on the central thick portion. The pressure sensor according to any one of.
に記載の圧力センサの光ファイバに接続された光結合器
と、前記圧力センサの光ファイバに光結合器を通して接
続された可干渉性光源と、光結合器の出力端に接続され
た光強度測定器とを備え、 前記圧力センサのダイアフラムの反射面及び光ファイバ
の端面間での可干渉性光の多重干渉により発生した同心
円状の干渉縞の数の変化を光強度測定器にて検知するこ
とを特徴とする圧力測定システム。5. An optical coupler connected to the optical fiber of the pressure sensor according to any one of claims 1 to 4, and an optical coupler connected to the optical fiber of the pressure sensor through an optical coupler. A coherent light source and a light intensity measuring device connected to the output end of the optical coupler are provided, and are generated by multiple interference of coherent light between the reflecting surface of the diaphragm of the pressure sensor and the end surface of the optical fiber. A pressure measurement system characterized in that a change in the number of concentric interference fringes is detected by a light intensity measuring device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5178794A JPH07260617A (en) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | Pressure sensor and pressure measuring system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5178794A JPH07260617A (en) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | Pressure sensor and pressure measuring system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260617A true JPH07260617A (en) | 1995-10-13 |
Family
ID=12896661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5178794A Pending JPH07260617A (en) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | Pressure sensor and pressure measuring system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07260617A (en) |
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1994
- 1994-03-23 JP JP5178794A patent/JPH07260617A/en active Pending
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