JPH08145831A - Optical vibrator sensor - Google Patents
Optical vibrator sensorInfo
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- JPH08145831A JPH08145831A JP6305539A JP30553994A JPH08145831A JP H08145831 A JPH08145831 A JP H08145831A JP 6305539 A JP6305539 A JP 6305539A JP 30553994 A JP30553994 A JP 30553994A JP H08145831 A JPH08145831 A JP H08145831A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ加工技術によ
って形成された微小サイズの振動子に、光パルスとレー
ザ光を交互を照射し、光パルスの光熱効果により振動子
を押圧して振動子に共振を発生させ、その振動子の振動
をレーザ光の干渉を用いて検出することにより、振動子
の振動数を測定し、その振動数から温度、圧力等の物理
量を測定する光振動子センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator in which light pulses and laser light are alternately irradiated onto a vibrator of a small size formed by a micro processing technique, and the vibrator is pressed by the photothermal effect of the light pulse. An optical oscillator sensor that measures the vibration frequency of the oscillator by detecting the vibration of the oscillator by using the interference of laser light and measuring the physical quantity such as temperature and pressure from the vibration frequency. Regarding
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、小型の圧力検出装置として、図１
０に示す静電容量型のものがある。これは、センサ７を
構成する１対のシールダイヤフラム７１、７２に加えら
れた圧力を、それぞれマイクロキャパシタンスシリコン
センサ７３の両面に加えて、その圧力の差に応じた変形
量を静電容量の変化として電気的に取り出すものであ
る。検出された静電容量の値は、Ａ／Ｄ変換器７４によ
り、ディジタル信号に変換されてから信号処理部８のマ
イクロプロッサ８１へ送られ、圧力値が求められる。さ
らに得られた圧力値はＤ／Ａ変換器８２によりアナログ
信号に変換されて出力される。ここでは、静電容量と圧
力の関係は図１１のようになる。2. Description of the Related Art Conventionally, as a small pressure detecting device, FIG.
There is a capacitance type shown in FIG. This is because the pressure applied to the pair of seal diaphragms 71 and 72 forming the sensor 7 is applied to both sides of the microcapacitance silicon sensor 73, and the deformation amount according to the difference in the pressure is applied to change the capacitance. Is to be taken out electrically. The detected capacitance value is converted into a digital signal by the A / D converter 74 and then sent to the microprocessor 81 of the signal processing unit 8 to obtain the pressure value. Further, the obtained pressure value is converted into an analog signal by the D / A converter 82 and output. Here, the relationship between the capacitance and the pressure is as shown in FIG.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この圧
力検出装置は、センサ７３の検出回路部をブリッジ回路
により構成しているため、本質的に外来ノイズ等のコモ
ンモードノイズをノーマルモードノイズとして検出して
しまい、高精度の測定が不可能であった。本発明は上記
問題点を解決するためになされたもので、その目的とす
るところは、圧力、温度、その他の物理量を高精度で測
定することができる光振動子センサを提供することにあ
る。However, in this pressure detecting device, since the detection circuit portion of the sensor 73 is constituted by a bridge circuit, essentially common mode noise such as external noise is detected as normal mode noise. It was impossible to measure with high accuracy. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical transducer sensor capable of measuring pressure, temperature, and other physical quantities with high accuracy.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、両持ちまたは片持ちにより支持され
た振動子の振動面に、光パルスを照射して共振を発生さ
せるとともに、振動子の振動をレーザ光を用いた干渉計
測により検出して振動子の振動周波数を求めることによ
り、振動子の振動周波数に対応する物理量を測定する光
振動子センサにおいて、端面が振動子の振動面に対して
ほぼ垂直に支持されて干渉計測用のレーザ光を振動子に
送る光ファイバと、この計測用光ファイバの近傍に配設
されて振動子に光パルスを照射する光ファイバとを備え
たことを特徴とする。ここで、干渉計測用光ファイバを
シングルモード光ファイバとする。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention irradiates an optical pulse on a vibrating surface of a vibrator supported by both ends or a cantilever to generate resonance. In an optical vibrator sensor that measures the physical quantity corresponding to the vibration frequency of the vibrator by detecting the vibration of the vibrator by interferometric measurement using laser light and obtaining the vibration frequency of the vibrator, the end face of the vibrator is An optical fiber that is supported almost perpendicularly to the vibrating surface and that sends a laser beam for interference measurement to the oscillator, and an optical fiber that is arranged in the vicinity of this optical fiber for measurement and irradiates the oscillator with optical pulses are provided. It is characterized by having. Here, the optical fiber for interference measurement is a single-mode optical fiber.
【０００５】第２の発明は、第１の発明において、干渉
計測用光ファイバの周囲に光パルス供給用光ファイバを
複数本同軸上に配設して光ファイババンドルを形成した
ことを特徴とする。A second invention is characterized in that, in the first invention, a plurality of optical pulse supplying optical fibers are coaxially arranged around the interference measuring optical fiber to form an optical fiber bundle. .
【０００６】第３の発明は、第１の発明において、干渉
計測用光ファイバの周囲に、干渉計測用光ファイバより
も屈折率の小さい透光材により光パルス供給用光ファイ
バのコアを形成し、その周囲にさらに屈折率の小さい透
光材により光パルス供給用光ファイバのクラッドを形成
したことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, a core of the optical pulse supplying optical fiber is formed around the interference measuring optical fiber with a light-transmitting material having a smaller refractive index than the interference measuring optical fiber. The clad of the optical fiber for supplying the optical pulse is formed around the clad of the translucent material having a smaller refractive index.
【０００７】第４の発明は、第１の発明から第３の発明
において、干渉計測用光ファイバの他端にレーザダイオ
ードを接続するとともに、その接続部の手前に光方向性
結合器を並設し、この光方向性結合器に受光器を接続し
たことを特徴とする。また、これらの発明において、両
持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じて変形するダイ
ヤフラム面に形成し、また温度検出用の片持ち支持の振
動子を前記該圧力及び温度に応じて変形する振動子の近
傍に配設し、それぞれの振動子をマイクロプロセッサに
入力することにより両持ち支持の振動子の温度特性を片
持ち支持の振動子の出力により補正し、両持ち支持の振
動子を形成しているダイヤフラム面に働く圧力を正しく
出力することもできる。According to a fourth invention, in the first to third inventions, a laser diode is connected to the other end of the interference measuring optical fiber, and an optical directional coupler is arranged in front of the connecting portion. A light receiver is connected to the optical directional coupler. Further, in these inventions, a vibrator supported by both ends is formed on a diaphragm surface which is deformed according to pressure and temperature, and a cantilever supported vibrator for temperature detection is deformed according to the pressure and temperature. By placing each oscillator in the vicinity of the oscillator and inputting each oscillator to the microprocessor, the temperature characteristics of the oscillator with double-support can be corrected by the output of the oscillator with double-support. It is also possible to correctly output the pressure acting on the diaphragm surface that is being formed.
【０００８】[0008]
【作用】第１の発明においては、振動子の振動面に対し
てほぼ垂直に支持された干渉計測用の光ファイバの端面
からレーザ光が振動子に入射され、振動子からの反射光
が再び光ファイバに入射される。光ファイバ内では振動
子からの反射光と光ファイバ端面からの反射光が互いに
干渉して干渉光が得られる。また、計測用光ファイバの
近傍に光パルス供給用の光ファイバが配設されたことに
より、光パルスが計測用光と同軸的に振動子の振動面へ
送られる。ここで、干渉計測用光ファイバがシングルモ
ード光ファイバとされたことにより、干渉光の伝送が可
能になる。In the first aspect of the invention, the laser light is incident on the oscillator from the end face of the optical fiber for interference measurement which is supported almost perpendicularly to the oscillatory surface of the oscillator, and the reflected light from the oscillator is again generated. It is incident on the optical fiber. In the optical fiber, the reflected light from the oscillator and the reflected light from the end face of the optical fiber interfere with each other to obtain interference light. Further, since the optical fiber for supplying the optical pulse is arranged in the vicinity of the measuring optical fiber, the optical pulse is sent to the vibrating surface of the vibrator coaxially with the measuring light. Here, since the interference measurement optical fiber is a single mode optical fiber, it is possible to transmit interference light.
【０００９】第２の発明においては、干渉計測用光ファ
イバの周囲に光パルス供給用光ファイバが複数本同軸上
に配設されて光ファイババンドルが形成され、各光パル
ス供給用光ファイバごとに光パルスが干渉計測用光と同
軸的に振動子の振動面へ送られる。In the second aspect of the invention, a plurality of optical pulse supplying optical fibers are coaxially arranged around the interference measuring optical fiber to form an optical fiber bundle, and each optical pulse supplying optical fiber is formed. An optical pulse is sent to the vibrating surface of the oscillator coaxially with the interferometric light.
【００１０】第３の発明においては、干渉計測用光ファ
イバの周囲に、干渉計測用光ファイバよりも屈折率の小
さい透光材により光パルス供給用光ファイバのコアが形
成され、その周囲にさらに屈折率の小さい透光材により
光パルス供給用光ファイバのクラッドが形成されたこと
により、全体で１本の光ファイバにまとめられる。In the third aspect of the invention, the core of the optical pulse supplying optical fiber is formed around the interference measuring optical fiber by a light-transmitting material having a smaller refractive index than the interference measuring optical fiber, and the core is further provided around the core. Since the clad of the optical fiber for supplying the optical pulse is formed by the light-transmitting material having a small refractive index, the optical fiber is integrated into one optical fiber as a whole.
【００１１】第４の発明においては、干渉計測用光ファ
イバの他端に接続されたレーザダイオードからレーザ光
が入射されるとともに、その接続部の手前に並設された
光方向性結合器より干渉光が分離されて受光器に入射さ
れる。また、両持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じ
て変形するダイヤフラム面に形成し、また温度検出用の
片持ち支持の振動子を前記該圧力及び温度に応じて変形
する振動子の近傍に配設し、それぞれの振動子をマイク
ロプロセッサに入力することにより両持ち支持の振動子
の温度特性を片持ち支持の振動子の出力により補正し、
両持ち支持の振動子を形成しているダイヤフラム面に働
く圧力を正しく出力することが可能となる。In the fourth invention, laser light is incident from a laser diode connected to the other end of the interference measuring optical fiber, and interference is caused by an optical directional coupler arranged in front of the connecting portion. The light is separated and is incident on the light receiver. Further, a vibrator supported by both ends is formed on a diaphragm surface which is deformed according to pressure and temperature, and a cantilever supported vibrator for temperature detection is provided in the vicinity of the vibrator deformed according to the pressure and temperature. By arranging and inputting each vibrator to the microprocessor, the temperature characteristic of the vibrator supported by both ends is corrected by the output of the vibrator supported by cantilever,
It is possible to correctly output the pressure acting on the diaphragm surface forming the vibrator supported by both ends.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に係る実施例の構成を示すブロック図
である。図において、１は振動子であり、光ファイバ２
を介して、信号処理部３と接続されている。光ファイバ
２は、干渉光を伝送するシングルモードの光ファイバ２
１を中心にし、その外側を光パルスを伝送する複数の光
ファイバ２２を同軸上にバンドルして形成したものであ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 is an oscillator, and an optical fiber 2
Is connected to the signal processing unit 3 via. The optical fiber 2 is a single-mode optical fiber 2 that transmits interference light.
The optical fiber 22 is formed by coaxially bundling a plurality of optical fibers 22 centered at 1 and transmitting an optical pulse on the outside thereof.
【００１３】この光ファイバ２は、信号処理部３内で光
ファイバ２１と光ファイバ２２に分離され、光ファイバ
２２は、レーザダイオード３２に接続されて、レーザダ
イオード３２から出射される光パルスを、振動子１へ送
る。光ファイバ２１は、レーザダイオード３１に接続さ
れて、レーザダイオード３１から出射されるレーザ光
を、振動子１へ送る。また、分離されている部分の光フ
ァイバ２１には、同じくシングルモードの光ファイバか
らなる光方向性結合器（導波路）３３が平行に配設され
ている。The optical fiber 2 is separated into an optical fiber 21 and an optical fiber 22 in the signal processing unit 3. The optical fiber 22 is connected to a laser diode 32, and an optical pulse emitted from the laser diode 32 is Send to oscillator 1. The optical fiber 21 is connected to the laser diode 31 and sends the laser light emitted from the laser diode 31 to the vibrator 1. An optical directional coupler (waveguide) 33, which is also made of a single mode optical fiber, is arranged in parallel in the separated optical fiber 21.
【００１４】この光方向性結合器３３は、振動子１から
の反射光と光ファイバ２１の端面からの反射光が互いに
干渉して得られる干渉信号光を光ファイバ２１から分離
して受光器３４へ送る。受光器３４は干渉信号光を電気
信号に変換して、アンプ３５へ送る。アンプ３５はその
電気信号を増幅して、パルスカウンタ３６へ送る。パル
スカウンタ３６は、信号中のパルスをカウントしてマイ
クロプロセッサ３７へ送る。マイクロプロセッサ３７
は、入力されたパルスのカウント数に基づき、測定対象
の物理量を算出して、Ｄ／Ａ変換器３８へ送る。The optical directional coupler 33 separates the interference signal light obtained by the interference of the reflected light from the oscillator 1 and the reflected light from the end face of the optical fiber 21 from the optical fiber 21, and the light receiver 34. Send to. The light receiver 34 converts the interference signal light into an electric signal and sends it to the amplifier 35. The amplifier 35 amplifies the electric signal and sends it to the pulse counter 36. The pulse counter 36 counts the pulses in the signal and sends them to the microprocessor 37. Microprocessor 37
Calculates the physical quantity to be measured based on the input pulse count number and sends it to the D / A converter 38.
【００１５】Ｄ／Ａ変換器３８は、入力された物理量を
アナログ信号に変換し、信号処理部３より外部へ出力す
る。この実施例では、振動子１と信号処理部３までの間
が光ファイバ２により接続されているため、その間にお
いて電気的ノイズが侵入することなく、測定対象の振動
を高精度で検出することができる。なお、この実施例で
は、振動子１により、温度と圧力を測定する。The D / A converter 38 converts the input physical quantity into an analog signal and outputs it from the signal processing section 3 to the outside. In this embodiment, since the transducer 1 and the signal processing unit 3 are connected by the optical fiber 2, it is possible to detect the vibration of the measurement object with high accuracy without intrusion of electrical noise between them. it can. In addition, in this embodiment, the temperature and the pressure are measured by the vibrator 1.
【００１６】図２は、図１の振動子１の機械的構造を示
すための分解斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面
図であり、図４および図５は図２のＢ−Ｂ線断面図であ
る。図において、振動子１は、上面ウエハ４上にスリッ
トにより切断・形成された温度計測用のカンチレバー４
１と、圧力測定用の両端固定ビーム４２により構成され
る。この上面ウエハ４は下面ウエハ５と融着により接続
されて一体となる。下面ウエハ５は、下方に開放された
箱型の形状をして、板厚の薄い上面がダイヤフラム５１
となり内部がチャンバ５２となる。FIG. 2 is an exploded perspective view showing the mechanical structure of the vibrator 1 of FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and FIGS. FIG. 6 is a sectional view taken along line BB of FIG. In the figure, a vibrator 1 is a cantilever 4 for temperature measurement cut and formed by a slit on a top surface wafer 4.
1 and a fixed-end beam 42 for pressure measurement. The upper surface wafer 4 is fused with the lower surface wafer 5 to be integrated. The lower surface wafer 5 has a box shape opened downward, and the thin upper surface thereof is a diaphragm 51.
The inside becomes a chamber 52.
【００１７】また、ダイヤフラム５１上面の、カンチレ
バー４１および両端固定ビーム４２と当接する部分に
は、キャビティ５３が形成されて、カンチレバー４１お
よび両端固定ビーム４２の振動がダイヤフラム５１に干
渉することを防止する。これらは、シリコン材等を用い
た半導体加工技術によって作成される。次に、これら各
部の動作について説明する。チャンバ５２には、圧力測
定対象の流体が引き込まれ、その圧力の大きさに応じて
ダイヤフラム５１に歪みが生じ、上方または下方へたわ
む。Further, a cavity 53 is formed in a portion of the upper surface of the diaphragm 51 which abuts the cantilever 41 and the fixed beam 42 at both ends to prevent the vibration of the cantilever 41 and the fixed beam 42 at both ends from interfering with the diaphragm 51. . These are created by a semiconductor processing technique using a silicon material or the like. Next, the operation of each of these units will be described. The fluid whose pressure is to be measured is drawn into the chamber 52, and the diaphragm 51 is distorted in accordance with the magnitude of the pressure and bends upward or downward.
【００１８】同時に、ダイヤフラム５１と一体の上面ウ
エハ４もともに変形する。図４は、ダイヤフラム５１に
歪みが生じてない状態の上面ウエハ４を示し、図５はチ
ャンバ５２の圧力が上昇してダイヤフラム５１が上方に
歪んだ場合の上面ウエハ４の形状を示す。ここで、上面
ウエハ４の中央部に形成された両端固定ビーム４２は、
上面ウエハ４の上方に端面がほぼ垂直に位置する光ファ
イバ２２から光パルスが照射されると、その光熱作用に
より周期的に下方へ押圧されて、ミクロンオーダの振動
を発生する。両端固定ビーム４２は、その寸法や剛性に
応じた機械的共振周波数を有するため、光パルスの周期
と一致すると、図４、図５に示されるように、共振を発
生する。At the same time, the upper surface wafer 4 integrated with the diaphragm 51 is also deformed. 4 shows the upper surface wafer 4 in a state where the diaphragm 51 is not distorted, and FIG. 5 shows the shape of the upper surface wafer 4 when the pressure in the chamber 52 rises and the diaphragm 51 is distorted upward. Here, the both ends fixed beam 42 formed in the central portion of the upper surface wafer 4 is
When a light pulse is emitted from the optical fiber 22 whose end face is positioned substantially vertically above the upper wafer 4, the light pulse is periodically pressed downward by the photothermal action, and vibration of the micron order is generated. Since the fixed beam 42 at both ends has a mechanical resonance frequency according to its size and rigidity, when it coincides with the period of the optical pulse, it resonates as shown in FIGS. 4 and 5.
【００１９】また、両端固定ビーム４２と近接して上面
ウエハ４上に形成されているカンチレバー４１も、同様
に固有の共振周波数を有するため、光パルスにより振動
を発生し、その周期が光パルスの周期と一致すると共振
を発生する。特に、この両端固定ビーム４２は、両端が
ダイヤフラム５１と一体に支持されているため、ダイヤ
フラム５１の歪みに応じて共振周波数が増減する。すな
わち、これらチャンバ５２の圧力と両端固定ビーム４２
の共振周波数の間には、図６に示す関係が得られること
から、両端固定ビーム４２の共振周波数を測定すること
で、チャンバ５２の圧力を求めることができるFurther, since the cantilever 41 formed on the upper surface wafer 4 in the vicinity of the fixed beam 42 at both ends also has a peculiar resonance frequency, vibration is generated by an optical pulse, and its cycle is equal to that of the optical pulse. Resonance occurs when the period matches. In particular, since the both ends of the fixed beam 42 are supported integrally with the diaphragm 51, the resonance frequency increases or decreases depending on the strain of the diaphragm 51. That is, the pressure of these chambers 52 and the beam 42 fixed at both ends
Since the relationship shown in FIG. 6 is obtained between the resonance frequencies of, the pressure of the chamber 52 can be obtained by measuring the resonance frequency of the fixed beam 42 at both ends.
【００２０】また、カンチレバー４１の共振周波数は、
片持ち支持であるため、共振周波数がダイヤフラム５１
の歪みと無関係であり、温度のみによって変化する。こ
のようにして、カンチレバー４１および両端固定ビーム
４２に、それぞれ固有の振動数で発生した振動は、同じ
く、上方に位置する光ファイバ２１から送られてくる干
渉信号光により検出される。すなわち、光ファイバ２１
からレバー４１、ビーム４２の振動面にコーヒレントな
干渉信号光が入射され、それが反射して光ファイバ２１
へ入射される。さらに、光ファイバ２１内でも、その端
面で干渉信号光が反射する。この２種類の反射光は、互
いに干渉し、光ファイバ２１の端面からレバー４１、ビ
ーム４２の振動面までの距離が波長の２分の１の整数倍
であるとき最大の定常波が発生する。The resonance frequency of the cantilever 41 is
Since it is cantilevered, the resonance frequency of the diaphragm 51 is
It is irrelevant to the strain of and changes only with temperature. In this way, the vibrations generated in the cantilever 41 and the fixed beam 42 at both ends at their respective natural frequencies are similarly detected by the interference signal light sent from the optical fiber 21 located above. That is, the optical fiber 21
Coherent interference signal light is incident on the vibrating surfaces of the lever 41 and the beam 42 from the optical fiber 21
Is incident on. Further, even within the optical fiber 21, the interference signal light is reflected at the end face thereof. The two types of reflected light interfere with each other, and the maximum standing wave is generated when the distance from the end surface of the optical fiber 21 to the vibration surface of the lever 41 and the beam 42 is an integral multiple of half the wavelength.
【００２１】これら定常波の周波数間隔（モード間隔）
の経時変化を監視することにより、レバー４１およびビ
ーム４２の振動による位相の変化を検出して振動数を測
定することができる。こうして得られたレバー４１の振
動数から、予め用意されている両者の関係式にもとづき
レバー４１の温度が算出され、同様にして、ビーム４２
の振動数からチャンバ５２の圧力が算出される。また、
必要によってはこの温度を用いて、算出された圧力の値
を温度補正することも可能である。これらは周知の光振
動子の動作原理であり、実施例で測定した温度、圧力以
外にも、各種の物理量の測定に用いることができる。Frequency intervals of these standing waves (mode intervals)
By monitoring the change over time in (1), it is possible to detect the change in phase due to the vibration of the lever 41 and the beam 42 and measure the frequency. From the vibration frequency of the lever 41 thus obtained, the temperature of the lever 41 is calculated based on the relational expression of the two prepared in advance.
The pressure in the chamber 52 is calculated from the frequency of Also,
If necessary, this temperature can be used to correct the calculated pressure value. These are the operating principles of known optical oscillators, and can be used for measuring various physical quantities in addition to the temperature and pressure measured in the examples.
【００２２】図７は、振動子１と光ファイバ２との接続
部を示す断面図であり、図８は図７の光ファイバ２の横
断面図である。図７に示されるように、光ファイバ２
は、その光軸が振動子１と垂直になるように支持される
とともに、光ファイバ２の端面と振動子１との間は、振
動子１の振動が光ファイバ２の端面と干渉しないように
充分な間隔が確保されている。光ファイバ２の中心部に
配設された光ファイバ２１からはレーザ光が振動子１へ
送られ、さらのその振動子１からの反射光が光ファイバ
２１へ入射される。光ファイバ２１の外側にバンドルさ
れた複数の光ファイバ２２からは光パルスが振動子１へ
送られる。FIG. 7 is a sectional view showing a connecting portion between the vibrator 1 and the optical fiber 2, and FIG. 8 is a transverse sectional view of the optical fiber 2 of FIG. As shown in FIG. 7, the optical fiber 2
Is supported so that its optical axis is perpendicular to the oscillator 1, and between the end face of the optical fiber 2 and the oscillator 1, the vibration of the oscillator 1 does not interfere with the end face of the optical fiber 2. Sufficient space is secured. The laser light is sent from the optical fiber 21 arranged at the center of the optical fiber 2 to the oscillator 1, and the reflected light from the oscillator 1 is incident on the optical fiber 21. Optical pulses are sent to the oscillator 1 from the plurality of optical fibers 22 bundled outside the optical fiber 21.
【００２３】図９は、振動子１と信号処理部３を接続す
る光ファイバの他の実施例を示す断面図とその屈折率の
分布図である。この光ファイバ６は、中心部に屈折率の
最も大きい干渉計測用の光ファイバ６１を配置し、その
周囲に光ファイバ６１よりも屈折率の小さい、光パルス
供給用光ファイバのコア部６２を形成し、その周囲にさ
らに屈折率の小さい、光パルス供給用光ファイバのクラ
ッド部６３を形成したものである。なお、コア部６２
は、光ファイバ６１のクラッドをかねている。この実施
例では、干渉計測用光ファイバと光パルス供給用光ファ
イバが１本の光ファイバ６にまとめたことにより、光フ
ァイバの引き回しが容易になるとともに、光量が充分な
光パルスを振動子１の振動面へ送ることができる。FIG. 9 is a cross-sectional view showing another embodiment of the optical fiber connecting the vibrator 1 and the signal processing section 3 and a distribution diagram of its refractive index. In this optical fiber 6, an optical fiber 61 for interference measurement having the largest refractive index is arranged in the central portion, and a core portion 62 of the optical fiber for supplying optical pulses having a smaller refractive index than the optical fiber 61 is formed around the optical fiber 61. However, the clad portion 63 of the optical fiber for supplying an optical pulse having a smaller refractive index is formed around it. The core portion 62
Serves also as the cladding of the optical fiber 61. In this embodiment, the interference measurement optical fiber and the optical pulse supply optical fiber are integrated into one optical fiber 6, so that the optical fiber can be easily routed and an optical pulse with a sufficient light amount can be generated by the oscillator 1. Can be sent to the vibrating surface.
【００２４】また、本発明の両実施例は、干渉計測用光
ファイバの周囲に光パルス供給用光ファイバを同軸状に
配置して形成した光ファイバを、光振動子と接続したこ
とで、充分な光量の光パルスおよび干渉計測用光を振動
子へ供給することを可能にした。そのため、従来の単一
の光ファイバを用いたのでは、光量不足のために光振動
子センサを用いた圧力および温度測定用のセンサの製作
が不可能であったものが、これら光ファイバを用いたこ
とで、製作可能にすることができた。In both of the embodiments of the present invention, the optical fiber formed by arranging the optical fiber for supplying the optical pulse coaxially around the optical fiber for measuring the interference is connected to the optical oscillator. It has become possible to supply optical pulses with a large amount of light and interference measurement light to the oscillator. Therefore, if a conventional single optical fiber was used, it was impossible to manufacture a sensor for pressure and temperature measurement using an optical transducer sensor due to insufficient light intensity. By doing so, I was able to make it possible.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上述べたように第１の発明によれば、
端面が振動子の振動面に対してほぼ垂直に支持した光フ
ァイバにより干渉計測用のレーザ光を振動子に送るとと
もに、この計測用光ファイバの近傍に配設した光ファイ
バにより振動子に光パルスを照射することにより、電気
的ノイズに妨害されることなく、振動子の振動周波数に
対応する物理量を高精度に測定することができる。また
ここで、干渉計測用光ファイバをシングルモード光ファ
イバとすることにより、干渉計測用レーザ光の伝送が可
能になる。As described above, according to the first invention,
An optical fiber whose end face is supported almost perpendicularly to the vibrating surface of the oscillator sends laser light for interference measurement to the oscillator, and an optical fiber placed near this optical fiber for measurement gives an optical pulse to the oscillator. By irradiating with, the physical quantity corresponding to the vibration frequency of the vibrator can be measured with high accuracy without being disturbed by electrical noise. Further, here, by using a single-mode optical fiber as the interference measurement optical fiber, it is possible to transmit the interference measurement laser light.
【００２６】第２の発明によれば、干渉計測用光ファイ
バの周囲に光パルス供給用光ファイバを複数本同軸上に
配設して光ファイババンドルを形成したことにより、充
分な光量の光パルスを振動子の振動面へ送ることができ
る。According to the second aspect of the invention, a plurality of optical pulse supplying optical fibers are coaxially arranged around the interference measuring optical fiber to form an optical fiber bundle. Can be sent to the vibrating surface of the vibrator.
【００２７】第３の発明によれば、干渉計測用光ファイ
バの周囲に、干渉計測用光ファイバよりも屈折率の小さ
い透光材により光パルス供給用光ファイバのコアを形成
し、その周囲にさらに屈折率の小さい透光材により光パ
ルス供給用光ファイバのクラッドを形成したことによ
り、干渉計測用光ファイバと光パルス供給用光ファイバ
が１本にまとめられて、光ファイバの引き回しが容易に
なるとともに、充分な光量の光パルスを振動子の振動面
へ送ることができる。According to the third aspect of the invention, the core of the optical pulse supplying optical fiber is formed around the interference measuring optical fiber with a light-transmitting material having a smaller refractive index than the interference measuring optical fiber, and the core is formed around the core. Further, by forming the cladding of the optical pulse supply optical fiber with a light-transmitting material having a small refractive index, the interference measurement optical fiber and the optical pulse supply optical fiber are integrated into one, and the optical fiber can be easily routed. In addition, a sufficient amount of light pulses can be sent to the vibrating surface of the vibrator.
【００２８】第４の発明によれば、干渉計測用光ファイ
バの他端にレーザダイオードを接続するとともに、その
接続部の手前に光方向性結合器を並設し、この光方向性
結合器に受光器を接続したことにより、干渉光を干渉計
測用光ファイバから容易に分離して受光器へ入射するこ
とが可能になる。また、本発明にかかる光振動子センサ
において、両持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じて
変形するダイヤフラム面に形成し、また温度検出用の片
持ち支持の振動子を前記該圧力及び温度に応じて変形す
る振動子の近傍に配設し、それぞれの振動子をマイクロ
プロセッサに入力することにより両持ち支持の振動子の
温度特性を片持ち支持の振動子の出力により補正し、両
持ち支持の振動子を形成しているダイヤフラム面に働く
圧力を高精度に測定することができる。According to the fourth invention, a laser diode is connected to the other end of the optical fiber for interference measurement, and an optical directional coupler is arranged in front of the connecting portion. By connecting the light receiver, it is possible to easily separate the interference light from the interference measurement optical fiber and make the light incident on the light receiver. In addition, in the optical oscillator sensor according to the present invention, a both-end supported oscillator is formed on a diaphragm surface that is deformed according to pressure and temperature, and a cantilever-supported oscillator for temperature detection is provided at the pressure and temperature. It is arranged in the vicinity of the vibrator that deforms in accordance with the above, and by inputting each vibrator into the microprocessor, the temperature characteristics of the vibrator supported by both ends are corrected by the output of the cantilever supported vibrator, and both ends are supported. The pressure acting on the diaphragm surface forming the supporting oscillator can be measured with high accuracy.
【図１】本発明に係る実施例の構成を示すブロック図で
ある。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an exemplary embodiment according to the present invention.
【図２】図１の振動子の機械的構造を示す分解斜視図で
ある。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a mechanical structure of the vibrator of FIG.
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG.
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。5 is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図６】圧力と周波数の関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between pressure and frequency.
【図７】図１の振動子と光ファイバとの接続部を示す断
面図である。7 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the vibrator of FIG. 1 and an optical fiber.
【図８】図７の光ファイバの横断面図である。8 is a cross-sectional view of the optical fiber of FIG.
【図９】光ファイバの他の実施例の構造を示す説明図で
ある。FIG. 9 is an explanatory view showing the structure of another embodiment of the optical fiber.
【図１０】従来例の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional example.
【図１１】従来例の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional example.
１ 振動子 ２ 光ファイバ ３ 信号処理部 ４ 上面ウエハ ５ 下面ウエハ ６，２１，２２ 光ファイバ ３１，３２ レーザダイオード ３３ 光方向性結合器 ３４ 受光器 ３５ アンプ ３６ パルスカウンタ ３７ マイクロプロセッサ ３８ Ｄ／Ａ変換器 ４１ カンチレバー ４２ 両端固定ビーム ５１ ダイヤフラム ５２ チャンバ ５３ キャビティ ６１ 光ファイバ ６２ コア部 ６３ クラッド部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 oscillator 2 optical fiber 3 signal processing unit 4 upper surface wafer 5 lower surface wafer 6, 21, 22 optical fiber 31, 32 laser diode 33 optical directional coupler 34 light receiver 35 amplifier 36 pulse counter 37 microprocessor 38 D / A conversion 41 Cantilever 42 Fixed beam at both ends 51 Diaphragm 52 Chamber 53 Cavity 61 Optical fiber 62 Core part 63 Clad part
Claims (6)
動子の振動面に、光パルスを照射して共振を発生させる
とともに、振動子の振動をレーザ光を用いた干渉計測に
より検出して振動子の振動周波数を求めることにより、
振動子の振動周波数に対応する物理量を測定する光振動
子センサにおいて、端面が振動子の振動面に対してほぼ
垂直に支持されて干渉計測用のレーザ光を振動子に送る
光ファイバと、この計測用光ファイバの近傍に配設され
て振動子に光パルスを照射する光ファイバとを備えたこ
とを特徴とする光振動子センサ。1. A vibrating surface of a vibrator supported by both cantilever or cantilever is irradiated with an optical pulse to generate resonance, and vibration of the vibrator is detected by interferometric measurement using laser light. By obtaining the vibration frequency of the child,
In an optical oscillator sensor that measures a physical quantity corresponding to the oscillation frequency of an oscillator, an optical fiber whose end face is supported almost perpendicularly to the oscillator's oscillation surface and which sends a laser beam for interference measurement to the oscillator, An optical oscillator sensor, comprising: an optical fiber disposed near the measuring optical fiber to irradiate the oscillator with an optical pulse.
て、干渉計測用光ファイバをシングルモード光ファイバ
とした光振動子センサ。2. The optical oscillator sensor according to claim 1, wherein the interference measurement optical fiber is a single mode optical fiber.
センサにおいて、干渉計測用光ファイバの周囲に光パル
ス供給用光ファイバを同軸上に配設して光ファイババン
ドルを形成したことを特徴とする光振動子センサ。3. The optical oscillator sensor according to claim 1, wherein an optical fiber for supplying an optical pulse is coaxially arranged around the optical fiber for measuring interference to form an optical fiber bundle. Characteristic optical transducer sensor.
センサにおいて、干渉計測用光ファイバの周囲に、干渉
計測用光ファイバよりも屈折率の小さい透光材により光
パルス供給用光ファイバのコアを形成し、その周囲にさ
らに屈折率の小さい透光材により光パルス供給用光ファ
イバのクラッドを形成したことを特徴とする光振動子セ
ンサ。4. The optical oscillator sensor according to claim 1 or 2, wherein an optical pulse supplying optical fiber is provided around the interference measuring optical fiber by a translucent material having a smaller refractive index than the interference measuring optical fiber. An optical oscillator sensor, characterized in that the core is formed, and a clad of an optical fiber for supplying an optical pulse is formed around the core by a translucent material having a smaller refractive index.
記載の光振動子センサにおいて、干渉計測用光ファイバ
の他端にレーザダイオードを接続するとともに、その接
続部の手前に光方向性結合器を並設し、この光方向性結
合器に受光器を接続したことを特徴とする光振動子セン
サ。5. The optical oscillator sensor according to claim 1, wherein a laser diode is connected to the other end of the interference measuring optical fiber, and the optical direction is provided in front of the connecting portion. An optical oscillator sensor characterized in that a directional coupler is arranged in parallel, and a light receiver is connected to the directional coupler.
記載の光振動子センサにおいて、両持ち支持の振動子を
圧力及び温度に応じて変形するダイヤフラム面に形成
し、また温度検出用の片持ち支持の振動子を前記該圧力
及び温度に応じて変形する振動子の近傍に配設し、それ
ぞれの振動子をマイクロプロセッサに入力することによ
り両持ち支持の振動子の温度特性を片持ち支持の振動子
の出力により補正し、両持ち支持の振動子を形成してい
るダイヤフラム面に働く圧力を正しく出力することを特
徴とした光振動子センサ。6. The optical vibrator sensor according to claim 1, wherein the both-end-supported vibrator is formed on a diaphragm surface that is deformed according to pressure and temperature, and temperature detection is performed. A cantilever-supported oscillator for use is arranged in the vicinity of the oscillator that deforms according to the pressure and temperature, and the temperature characteristics of the doubly-supported oscillator are determined by inputting each oscillator into the microprocessor. An optical oscillator sensor characterized by being corrected by the output of a cantilever-supported oscillator and by correctly outputting the pressure acting on the diaphragm surface forming the oscillator supported by both ends.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6305539A JPH08145831A (en) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Optical vibrator sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6305539A JPH08145831A (en) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Optical vibrator sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145831A true JPH08145831A (en) | 1996-06-07 |
Family
ID=17946381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6305539A Withdrawn JPH08145831A (en) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Optical vibrator sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08145831A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006106874A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | National University Corporation Gunma University | Cantilever-type sensor |
| JP2007085953A (en) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Canon Inc | Vibration sensor, vacuum gauge using same, and method of measurement |
-
1994
- 1994-11-15 JP JP6305539A patent/JPH08145831A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006106874A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | National University Corporation Gunma University | Cantilever-type sensor |
| JP2006284391A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Gunma Univ | Cantilever type sensor |
| JP2007085953A (en) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Canon Inc | Vibration sensor, vacuum gauge using same, and method of measurement |
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