JPH0829128A - 物理量測定装置及びその測定器 - Google Patents

物理量測定装置及びその測定器

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JPH0829128A
JPH0829128A JP6159804A JP15980494A JPH0829128A JP H0829128 A JPH0829128 A JP H0829128A JP 6159804 A JP6159804 A JP 6159804A JP 15980494 A JP15980494 A JP 15980494A JP H0829128 A JPH0829128 A JP H0829128A
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polarization
light
measured
beam splitter
electro
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JP6159804A
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Toshio Akatsu
利雄 赤津
Sadao Mori
貞雄 森
Masao Fukunaga
正雄 福永
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
    • G01L9/0077—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light
    • G01L9/0079—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light with Fabry-Perot arrangements
    • 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
    • G01D5/268—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 using optical fibres

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Abstract

(57)【要約】 【目的】変位、圧力等の物理量の測定範囲を広げること
ができる物理量測定装置を提供する。 【構成】光ファイバ６からの波長の異なるレ−ザ−ビ−
ムを、検出器１００内の変形するダイアフラムに照射
し、このダイアフラムとこれに対向する基準面との反射
光を再び光ファイバ６に戻し、基準面と変形するダイア
フラムの間隔、すなわち差圧を光干渉法によって測定す
る。 【効果】ダイアフラムの変形量を、波長の異なるレ−ザ
−ビ−ムによって光学的に測定しているので、光ファイ
バの特性変化の影響が無く、測定精度が高いと共に、変
位、圧力等の物理量の広範囲の測定が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の物理量を測
定する装置に係り、更に詳しくは各種化学プラントでの
圧力、流量等の物理量を光学的に測定するための装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、被測定物の物理量を測定する装置
として、特開昭６２−２７６０３号公報に記載されたも
のがある。この公報に記載されたものは、光ファイバの
屈折率が各種外乱によって変化したとしても、その影響
を受けることがなく、被測定物の変位量とその変位方向
を測定可能にするために、波長の直線偏光を発する１つ
のレーザ発振器と、電圧によって駆動され前記レーザ発
振器から出た光の位相を変調する電気光学結晶と、前記
電気光学結晶から入射された光を被測定物側に出射する
と共に、被測定物側から戻ってきた反射光を前記電気光
学結晶側に出射する偏光面保存光ファイバと、前記偏光
面保存光ファイバの被測定物側端部と被測定物との間に
位置する１／４波長板と、前記偏光面保存光ファイバの
前記電気光学結晶側端部から出射された反射光を偏光面
によって２分割する偏光ビ−ムスプリッタと、前記偏光
ビ−ムスプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが
最大又は最小となるときの前記電気光学結晶への印加電
圧を検出し、この印加電圧及びその差から被測定物の変
位方向および変位量を算出する測定部とを備えているも
のである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
ては、１つのレーザ発振器からの偏光を被測定物に出射
し、その反射光を偏光ビ−ムスプリッタによって２分割
し、その分割されたそれぞれの光の明るさが最大又は最
小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧を検出
し、この印加電圧及びその差から被測定物の変位方向お
よび変位量を算出するものであるため、その印加電圧の
１／２周期の範囲内でしか測定ができない。
【０００４】一方、２個所の系内で発生した圧力差を測
定する差圧伝送器のような測定装置においては、測定す
る圧力差がその測定装置を適用するプラントで扱われる
流体の流量の２乗に比例すること、およびプラントで取
り扱われる流体の流量は、プラントの使用形態に応じ
て、幅広く変化する等の理由により、測定装置の測定範
囲を予め設定することができないのが現状である。
【０００５】このため、実プラントに測定装置を設置し
て、その測定範囲が適合するか否かの事前作業を行わな
ければず、その作業性が良好でないという問題があっ
た。
【０００６】本発明の目的は、被測定対象に対応した測
定範囲を提供できる、すなわち測定範囲が広い物理量測
定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、被測定物の物理量を光学的に測定する装
置において、異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２
つのレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそ
れぞれ透過させるハ−フミラ−と、電圧によって駆動さ
れ前記レーザ発振器から出た光の位相を変調する電気光
学結晶と、前記電気光学結晶から入射された光を被測定
物側に出射すると共に、被測定物側から戻ってきた反射
光を前記電気光学結晶側に出射する偏光面保存光ファイ
バと、前記偏光面保存光ファイバの被測定物側端部と被
測定物との間に位置する１／４波長板と、前記偏光面保
存光ファイバの前記電気光学結晶側端部から出射された
反射光を波長に応じて２分割するビ−ムスプリッタと、
前記ビ−ムスプリッタによって分割された一方の波長の
反射光を偏光面によって２分割する第１の偏光ビ−ムス
プリッタと、前記ビ−ムスプリッタによって分割された
他方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第２の
偏光ビ−ムスプリッタと、前記第１及び第２の偏光ビ−
ムスプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが最大
又は最小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧を
検出し、この印加電圧及びその差をそれぞれ求める手段
と、この手段からの印加電圧の差にもとづいて被測定物
の変位量を算出する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】波長の異なる直線偏光のレーザ−ビームを電気
光学結晶に高周波電圧を印加して偏光面が直交する２つ
の直線偏光の間の位相を変調して、偏光面保存光ファイ
バから基準面、１/４波長板を通して、被測定物に照射
し、その反射光を再び前記偏光面保存光ファイバに戻し
て、その出射光を偏波面の違いによって２つに分離する
と、干渉する。それぞれの干渉光は基準面からの反射光
の位相を基準にして被測定物からの反射光の位相は、基
準面と被測定物との間の間隙によって変化し、これに伴
ってその明るさが変化する。この明るさが最大または最
小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧を検出
し、この印加電圧及びその差にもとづいて被測定物の物
理量を算出する。上述したように、波長の異なる２つの
直線偏光のレーザ−ビームを用いることにより、被測定
物に対する測定範囲が拡大し、測定対象への適用性を拡
大させることができる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の測定装置を構成する圧力検出
器の一実施例を示すもので、この図１において、１００
は圧力検出器を示す。１は圧力に応じて変形する可撓体
であるダイアフラムである。２は透明なガラスで、この
ガラス２にダイアフラム１の外周部が接着されている。
ガラス２のダイアフラム１の表面３に対向する面の中心
部には１/４波長膜４が蒸着されている。５はガラス２
の中心部に挿入された反射ミラーである。６は偏光面保
存光ファイバで、この偏光面保存光ファイバ６は取付部
材１０６によってガラス２に着脱可能に取付けられてい
る。
【００１０】レ−ザ−ビ−ムは光ファイバ６内を伝播
し、その他端６Ｆから出射し、ロッドレンズ７で平行光
になり出射する。出射光は反射ミラー５で反射し、ガラ
ス２の端面に入射する。その入射光の１部はガラス２の
端面（基準面）３で反射し、一部の光は1/４波長膜４を
透過してダイアフラム１の表面で反射する。上記２つの
反射光は再び反射ミラー５，ロッドレンズ７を介して光
ファイバ６に戻る。
【００１１】ダイアフラム１側にはフランジ１０１が、
またガラス２のダイアフラム１とは反対側にはフランジ
１０２が設けられている。ダイアフラム１の一方の面と
シールダイアフラム９の一方の面との間の空間には、液
体１０が充満されている。シールダイアフラム９の他方
の面には、例えばプラントの１つの系内の高圧側の圧力
が作用している。これにより、シ−ルダイアフラム９に
作用する圧力は液体１０を介してダイアフラム１の表面
に加わる。
【００１２】一方、フランジ１０２にもシールダイアフ
ラム１１が設けられている。このシールダイアフラム１
１の一方の面とダイアフラム１の他方の面との間にも、
フランジ１０２に設けた通路１０３およびガラス２に設
けた通路１０４を通して液体１２が充満されている。シ
ールダイアフラム１１の他方の面には、例えばプラント
のもう１つの系内の低圧側の圧力が作用している。これ
により、シ−ルダイアフラム１１に作用する圧力は液体
１２を介してダイアフラム１の表面に加わる。ダイアフ
ラム１は高圧側の圧力と低圧側の圧力の差に比例して変
形し、ガラス２の端面３を基準面として、ここからの反
射光とダイアフラム１の表面からの反射光の間に位相差
が発生する。
【００１３】従って、反射光の位相差を測定すれば、高
圧側及び低圧側の差圧を検出することができる。また、
低圧側を大気に開放すれば、高圧側の圧力を測定するこ
とができる。
【００１４】図２は本発明の測定装置の一実施例の構成
を示すもので、この図２におて、図１と同符号のものは
同一あるいは相当する部分である。この図２において、
１３，１３’は波長λ1，λ2の直線偏光のレーザを発振
するレーザ発振器である。１４は２つの光を合成するハ
ーフミラーである。ハーフミラ１４では波長λ1とλ2の
偏光面を一致させて合成する。レーザ光の軸上には高周
波電源１５によって駆動され、入射光の位相変調するた
めの電気光学結晶１６が配置されている。電気光学結晶
１６を経た光の光軸上には光の一部を反射し、一部を透
過させるビームスプリッタ１７が配置してある。ビーム
スプリッタ１７の透過光の光軸上にはレンズ１８と偏光
面保存光ファイバ６が配置されている。
【００１５】ビームスプリッタ１７からの透過光は、レ
ンズ１８で光ファイバ６の端面６Ｅに集光されて、光フ
ァイバ６に導かれて光ファイバ６の他端部６Ｆから図１
に示す圧力検出器１００に向かって出射されるようにな
っている。
【００１６】出射光の一部は、図１に示す圧力検出器１
００内の基準面３で反射し、一部の光は１/４波長膜４
を透過しダイアフラム１の表面で反射し、光ファイバ６
を通って再びビームスプリッタ１７に戻る。ビームスプ
リッタ１７で反射した光はさらにビームスプリッタ１９
によって２分割される。ビームスプリッタ１９を透過し
た光のうち、波長λ1の光が干渉フィルタ２０を透過し
て偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
【００１７】偏光ビームスプリッタ２１は入射した光の
偏光面の違いによって、反射する光Ｉxλ1と透過する光
ＩYλ1とに２分割する。これらの光Ｉxλ1，ＩYλ1はそ
れぞれ光検出器２２，２３によって電気信号に変換さ
れ、それぞれの電気信号から最大（または最小）値検出
回路２４，２５によって最大（または最小）値が検出さ
れ、最大（または最小）値が発生する瞬間の電気光学結
晶１６に印加されている電圧値ｅxλ1，ｅYλ1をそれぞ
れサンプルホールド回路２６，２７に記憶する。記憶さ
れた電圧値ｅxλ1，ｅYλ1の差電圧ｅλ1は減算回路２
８で演算される。
【００１８】一方、ビームスプリッタ１９で反射した光
は干渉フィルタ２９を透過して波長λ2の光のみとなっ
て偏光ビームスプリッタ３０に入射する。この入射光は
偏光面の違いによって、反射光Ｉxλ2と，透過光ＩYλ2
とに２分割される。それぞれの光は光検出器３１，３２
で電気信号に変換される。それぞれの電気信号は最大
（または最小）値検出回路３３，３４で最大（または最
小）値が検出され、最大（または最小）値が検出された
瞬間の電気光学結晶１６に印加されている電圧値
ｅxλ2，ｅYλ2をそれぞれサンプルホールド回路３５，
３５に記憶する。記憶された電圧値ｅxλ2，ｅYλ2の差
電圧ｅλ2は減算回路３７で演算される。
【００１９】前述した減算回路２８からの差電圧ｅλ1
と減算回路３７からの差電圧ｅλ2とは、第１の演算回
路３８に入力される。この第１の演算回路３８は、差電
圧ｅλ1，ｅλ2の大小関係と差電圧ｅλ1，ｅλ2が不連
続に変化する回数Ｎとの関係を演算する。この演算内容
については、後述する。第２の演算回路３９は、前述し
た第１の演算回路３８の演算結果にもとづいてダイアフ
ラム１の変位量およびこの変位量から、ダイアフラム１
に作用している圧力を演算する。
【００２０】つぎに、上述した本発明の測定装置の一実
施例の動作を説明する。
【００２１】まず、圧力検出器１００内の受圧板となる
ダイアフラム１の表面の変形の測定について説明する。
電気光学結晶１６は図３に示すように直交３軸Ｘ，Ｙ，
Ｚを有し、光Ｉの入射方向にｌCなる長さを有してい
る。いま、ＸＺ方面に平行な面を偏光面とする直線偏光
ＩXがＺ方向に進行するときの結晶の屈折率をｎXC，同
様にＹＺ面に平行な面を偏光面とする直線偏光ＩYがＺ
方向に進行するときの結晶の屈折率をｎYCとすると、次
式が得られる。
【００２２】
【数１】
【００２３】
【数２】
【００２４】但し、ｅは電気光学結晶１６への印加電
圧、ＫXC，ＫYCは電気光学結晶の種類によって定る定
数、ｎXOC，ｎYOCは結晶への印加電圧が零のときの屈折
率で、電気光学結晶の種類によって決まる定数である。
【００２５】レーザ光の偏光面は電気光学結晶１６のＸ
軸に対して４５度傾斜した面に平行となるように電気光
学結晶１６が設置されている。レーザ光は電気光学結晶
１６のＸＺ面に平行な偏光面を持つ光ＩXλ1，ＩXλ2と
ＹＺ面に平行な偏光面を持つ光ＩYλ1，ＩYλ2とに分解
される。この４種類の光は電気光学結晶１６、ビームス
プリッタ１７を透過して偏光面保存光ファイバ６の端面
６Ｅに集光される。
【００２６】偏光面保存光ファイバ６は直交するＸ，Ｙ
軸を有しており、電気光学結晶１６のＸ，Ｙ軸と偏波面
保存光ファイバのＸ，Ｙ軸を一致するように配置してお
くと、光ＩXλ1，ＩXλ2，ＩYλ1，ＩYλ2は偏光面を保
存されたまま光ファイバ６の中を伝播し、その端面６Ｆ
から出射し、ロッドレンズ７で平行光となって、圧力検
出器１００に入射する。それぞれの光ＩXλ1，ＩXλ2，
ＩYλ1，ＩYλ2は基準面３で一部反射し、その他は１/
４波長膜４を透過してダイアフラム１の表面で反射す
る。
【００２７】ここで、１/４波長膜４の結晶軸Ｘ−Ｙは
偏向波面保存光ファイバ６のＸ−Ｙ軸と４５°回転した
状態になるように、光ファイバ６を配置しておく。光Ｉ
Xλ1，ＩXλ2，ＩYλ1，ＩYλ2が基準面３で反射した光
をＩXλ1r，ＩXλ2r，ＩYλ1r，ＩYλ 2rとすると、光Ｉ
Xλ1r，ＩXλ2rはＩXλ1，ＩXλ2と同じ偏光面を有して
いる。また、ダイアフラム１の表面で反射し、再び光フ
ァイバ６の端面６Ｆに入射する光をＩXλ1mY，
ＩXλ2mY，ＩYλ1mX，ＩYλ2mXとおくと、ＩXλ1mY，Ｉ
Xλ2mYの光は１/４波長膜４を往復しているので、それ
ぞれの偏光面はＩXλ1，ＩXλ2よりも９０度回転して、
ＩYλ1，ＩYλ2の偏光面と同じになる。同様にして、Ｉ
Yλ1mX，ＩYλ2mXの偏光面はＩYλ1，ＩYλ2の偏光面よ
り９０度回転してＩXλ1，ＩXλ2の偏光面と同じにな
る。
【００２８】８種類の反射光は偏向波面保存光ファイバ
６を伝播し、ビームスプリッタ１７で１部反射してビー
ムスプリッタ１９でさらに透過光と反射光に２分割され
る。透過光は干渉フィルタ２０を透過して波長λ1の光
のみとなる。この光はさらに偏光ビームスプリッタ２１
で、偏光面の違いによって反射光と透過光に２分割され
て、それぞれ光検出器２２，２３で電気信号に変換され
る。
【００２９】同様にして、ビームスプリッタ１９を反射
した光のうち、波長λ2の光は干渉フィルタ２９を透過
して、偏光ビームスプリッタ３０で偏光面の違いによっ
て２分割され、それぞれ光検出器３１，３２で電気信号
に変換される。
【００３０】つぎに８種類の光が光検出器２２，２３，
３１，３２に入射するときの強度を、それぞれＫ1Ｉ
Xλ1r，Ｋ2ＩXλ2r，Ｋ3ＩYλ1r，Ｋ4ＩYλ2r，Ｋ5Ｉ
Xλ1mY，Ｋ6ＩXλ 2mY，Ｋ7ＩYλ1mX，Ｋ8ＩYλ2mXとす
る。ここで、Ｋ1〜Ｋ8はレーザ発振器１３，１３’の出
射光が、光検出器２２，２３，３１，３２に入射するま
での総合的な伝送効率である。
【００３１】つぎに、前述した入射強度Ｋ1ＩXλ1r〜Ｋ
8ＩYλ2mXがそれぞれ光検出器２２，２３，３１，３２
に入射するときの位相について説明する。
【００３２】いま、反射光Ｋ1ＩXλ1rの位相を
φXλ1r、反射光Ｋ2ＩXλ2rの位相をφXλ2r、反射光Ｋ
3ＩYλ1rの位相をφYλ1r、反射光Ｋ4ＩYλ2rの位相を
φYλ2r、反射光Ｋ5ＩX λ1mYの位相をφXλ1mY、反射光
Ｋ6ＩXλ2mYの位相をφXλ2mY、反射光Ｋ7ＩYλ1mXの位
相をφYλ1mX、反射光Ｋ8ＩYλ2mXの位相をφYλ2mXと
すると、それぞれ次式が得られる。
【００３３】
【数３】
【００３４】
【数４】
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
【数８】
【００３９】
【数９】
【００４０】
【数１０】
【００４１】 ここで、ｌC ： 電気光学結晶１６の長さ ｌF ： 偏光面保存光ファイバ６の長さ ｎXF ： 偏光面保存光ファイバ６のＸ−Ｚ平面内に偏
光面を有する光に対する屈折率 ｎYF ： 偏光面保存光ファイバ６のＹ−Ｚ面内に偏光
面を有する光に対する屈折率 ｎ ： 基準面３とダイアフラム１の間の液体の屈折
率 ｌr ： ロッドレンズ７の端面から基準面３までの光
学的距離 ｌ ： 基準面３とダイアフラム間の間隔 φK1(φK3)： 波長λ1のレーザ−ビームがレーザ発振
器１３を出射して光検出器２２に（光検出器２３）に入
射するまでの光路中で、 電気光学
結晶，偏光面保存光ファイバ，圧力検出器以外の
光路で発生する位相変化の総量であ
る。
【００４２】φK2(φK4)： 波長λ2のレーザ−ビーム
がレーザ発振器１３’を出射してから光検出器３１（光
検出器３２）に入射するまでの光路中で、電気光学結
晶、偏光面保存光ファイバ，圧力検出器以外の光路で発
生する位相変化の総量である。
【００４３】φK5(φK7)： 波長λ2のレーザ−ビーム
がレーザ発振器を出射してから光検出器３１（光検出器
３２）に入射する光路中で電気光学結晶，偏光面保存光
ファイバ，圧力検出器以外の光路で発生する位相変化の
総量である。
【００４４】φK6(φK8)： 波長λ2のレーザ−ビーム
が、レーザ発振器を出射してから光検出器３２（光検出
器３１）に入射するまでの光路中で、
電気光学結晶，偏光面保存光ファイバ，圧力検出器
以外の 光路で発生する位相変化の
総量である。
【００４５】以上の結果から次式が得られる。
【００４６】
【数１１】
【００４７】つぎに、光検出器２２，２３，３１，３２
にそれぞれ入射する光の明るさを説明する。
【００４８】光検出器２２にはＫ1ＩXλ1rとＫ7Ｉ
Yλ1mXが入射する。この光の位相差を圧力検出器１００
の基準面３から反射した光（ＩXλ1r）を基準としてφ
Xλ1とおくと、次式が得られる。
【００４９】
【数１２】
【００５０】但し、
【００５１】
【数１３】
【００５２】従って、干渉光の明るさをＩXλ1とする
と、次式が得られる。
【００５３】
【数１４】
【００５４】ここで、電気光学結晶１６を高周波電源１
５で駆動すると、φXλ1が変化し、(１４）式で示され
る干渉光の明るさＩXλ1が変化する。この干渉光の明る
さＩXλ 1を光検出器２３で電気信号に変換すると、φ
Xλ1＝２πＮのとき、干渉光の明るさＩXλ1は最大とな
る。
【００５５】干渉光の明るさＩXλ1が最大となる瞬間を
最大値検出回路２４によって検出し、この瞬間の電気光
学結晶１６に印加されている電圧ｅXλ1をサンプルホー
ルド回路２６によって検出し、記憶する。ここで、電圧
ｅXλ1は（１２）式から、次式で示される。
【００５６】
【数１５】
【００５７】同様にして光検出器２３にはＫ3ＩYλ1r，
Ｋ5ＩXλ1mYの２つの光が入射して干渉する。また、２
つの光の位相差をφYλ1とおくと、次式が得られる。
【００５８】
【数１６】
【００５９】また、干渉光の明るさをＩYλ1とおき、こ
の干渉光の明るさＩYλ1を光検出器２３によって電気信
号に変換すると、２つの光の位相差φYλ1＝２πＮのと
き、最大となる。最大となる瞬間を最大値検出回路２５
で検出し、この瞬間の結晶印加電圧をサンプルホールド
回路２７で検出し、記憶する。この電圧をｅYλ1とする
と、次式が得られる。
【００６０】
【数１７】
【００６１】電圧ｅYλ1（１７式参照）と電圧ｅ
Xλ1（１５式参照）との差を減算器２８で求める。その
差電圧をｅλ1とすると、次式が得られる。
【００６２】
【数１８】
【００６３】φCKλ1は電気光学結晶１６に単位電圧を
印加したときの位相差であるから、電気光学結晶１６で
２πradの位相差を発生させる電圧をＶλ1とすると、次
式が得られる。
【００６４】
【数１９】
【００６５】(１８)式に(１９)式，（１３)式を代入す
ると、次式が得られる。
【００６６】
【数２０】
【００６７】全く同様にして、減算器３７の出力電圧ｅ
λ2は次式で示される。
【００６８】
【数２１】
【００６９】
【数２２】
【００７０】(２２)式を(２１)式に代入すると、次式が
得られる。
【００７１】
【数２３】
【００７２】(２０)式、(２３)式において、簡単なた
め、基準面３とダイアフラム１との間の間隔ｌ＝０のと
き電圧ｅλ1＝ｅλ2＝０とし、かつ、電気光学結晶１６
への印加電圧を±Ｖλ/2（Ｖλ/2は基準波長λで規格化
した半波長電圧）とすると、前記間隔ｌと電圧ｅλ1，
ｅλ2の関係は第４図のようになる。
【００７３】なお、波長λ1，λ2に対する半波長電圧Ｖ
λ1/2，Ｖλ2/2との関係は次式で示される。
【００７４】
【数２４】
【００７５】第４図において、電圧ｅλ1，ｅλ2が不連
続に変化する回数をＮ1，Ｎ2とすると、（１）ｅλ1＜
ｅλ2の範囲ではＮ1＝Ｎ2（＝Ｎとおく）である。
【００７６】従って、（２０)式から次式が得られる。
【００７７】
【数２５】
【００７８】(２３)式から次式が得られる。
【００７９】
【数２６】
【００８０】(２５)，(２６)式において、λ1＝λ2＋Δ
λとおいてＮ1を求めると次式が得られる。
【００８１】
【数２７】
【００８２】Ｎ1は正の整数である条件で(２７)式から
Ｎ1を独立に求め(２５)式に代入すれば、間隔ｌが求ま
る。
【００８３】また、(２７)式を直接(２５)式に代入する
と、次式が得られる。
【００８４】
【数２８】
【００８５】(２８)式からも間隔ｌを求めることができ
る。
【００８６】（２）ｅλ1＞ｅλ2の範囲ではＮ2＝Ｎ1＋
１であるからＮ1を求めると、次式が得られる。
【００８７】
【数２９】
【００８８】Ｎ1は正の整数である条件で(２９)式から
Ｎ1を独立に求め、(２５)式に代入すれば、間隔ｌが求
まる。また、(２９)式を直接(２５)式に導入すると次式
が得らる。
【００８９】
【数３０】
【００９０】(３０)式から間隔ｌを求めることもでき
る。
【００９１】前述した第１の演算回路３８は、（２７）
式および（２９）式にもとづいて、Ｎ1 を演算する。こ
の第１の演算回路３８の演算結果により、第２の演算回
路３９は、（２５）式によって間隔ｌを演算すると共
に、この演算した間隔ｌからダイアフラム１に作用して
いる圧力を演算する。
【００９２】上述の場合は、Ｎ1を独立に求めて、(２
５)式から間隔を求めたが、電圧ｅλ1，ｅλ2を（２
８）式、（３０）式に直接導入しても、間隔ｌを演算す
ると共に、この演算した間隔ｌからダイアフラム１に作
用している圧力を演算することができる。
【００９３】この実施例によれば、偏光面保存光ファイ
バの屈折率が周囲温度の変化、機械的外力の作用等によ
って変化しても、測定精度に影響を受けずにダイアフラ
ム１の変位量、ダイアフラム１に作用している圧力、差
圧力を測定することができる。また、波長の異なる２つ
の直線偏光のレ−ザビ−ムを用いたことにより、測定範
囲を広げることができる。その結果、測定範囲が大きく
変化する測定対象に対しても、精度良く測定することが
できると共に、検出器部分の小型化と光ファイバの使用
により、遠隔地に位置する測定対象の変位等の物理量を
測定することができる。
【００９４】図５は本発明の測定装置の他の実施例を示
すもので、この図５において、図２と同符号のものは同
一もしくは相当する部分である。この図５おいて、光検
出器２２，２３，３１，３２で得られる電気信号までの
構成は、図２に示す構成と同じであるので、その説明は
省略する。光検出器２２に入射する干渉光の明るさをＩ
Xλ1とすると、その干渉光の明るさＩXλ1は、（１４）
式で示される。これを電気信号に変換して中間値検出回
路２４’で干渉光の明るさＩXλ1の最大値と最小値の平
均値に相当する電圧を求め、この電圧と光検出器２２の
出力電圧とを減算器２５''で引算すると、（１４）式で
示される明るさの変動分に相当する電圧が得られる。減
算器２５''の出力電圧が零点と交差する瞬間の前記電気
光学結晶印加電圧をサンプルホ−ルド回路２６に記憶す
る。
【００９５】同様にしてサンプルホ−ルド回路２７，３
５，３６に記憶した電圧から減算回路２８，３７の出力
電圧を求めると、図２に示す実施例で説明したように
（２０）式、（２１）式と同じになる。
【００９６】したがって、これ以降は図２に示す実施例
の場合と同様な動作によって、ダイアフラム１の変位量
およびダイアフラム１に作用する圧力を求めることがで
きる。
【００９７】この実施例によれば、前述した実施例と同
様な効果を得ることができる。
【００９８】図６は本発明の測定装置のさらに他の実施
例を示すもので、図２と同符号のものは同一もしくは相
当する部分である。この図６において、図２に示す実施
例と相違する点は、図２における最大値検出回路２４，
２５，３３，３４を交流増幅器６１，６２，６３，６４
に置き換えて構成したものである。
【００９９】図６において、光検出器２２に入射する２
つの光の位相差はすでに説明したように（１２）式で示
される。つぎに、前記電気光学結晶１６に印加する電圧
の大きさについて説明する。
【０１００】（１２）式において
【０１０１】
【数３１】
【０１０２】とおくと、次式が得られる。
【０１０３】
【数３２】
【０１０４】ｃｏｓ（Ａｓｉｎωｔ），ｓｉｎ（Ａｓｉ
ｎωｔ）はベッセル関数Ｊnを用いて次式で示される。
【０１０５】
【数３３】
【０１０６】（３３）式を（３２）式に代入すると、次
式が得られる。
【０１０７】
【数３４】
【０１０８】（３４）式においてＪｏ(Ａ）＝０ すなは
ちＡ＝２.４となる条件から次式が得られる。
【０１０９】
【数３５】
【０１１０】前記電気光学結晶１６に（３５）式で示す
電圧を印加すると、（３４）式の第１項は０となり、干
渉光の明るさは電気光学結晶印加電圧の周波数ω及びそ
の整数倍を含む周波数で変化する。
【０１１１】従って、この実施例においては、図２に示
す最大値検出回路２４，２５，３３，３４を交流増幅器
６１乃至６４に置き換えることが可能である。これらの
交流増幅器６１乃至６４の出力電圧が零点と交差する瞬
間の電気光学結晶印加電圧をサンプルホ−ルド回路２
６，２７，３５，３６に記憶する。これ以降は図２に示
す実施例と同様な動作によって、ダイアフラム１の変位
及びダイアフラム１の両面に導入した圧力の差を測定す
ることができる。
【０１１２】ここで、電気光学結晶印加電圧は波長λ1
にたいして（３５）式が成立するように調整すると、波
長λ2の光に対しては誤差を含むが、λ1≒λ2なので誤
差は小さい。
【０１１３】従って、まず、波長λ1、λ2での測定値か
ら（２７）式または（２９）式から次数Ｎ（整数）を計
算する。Ｎは整数という条件があるので、波長λ2の測
定値の誤差に影響されないで正確に求めることができ
る。その後、波長λ1での正確な測定値とＮを使って
（２５）式からダイアフラム１の変位および作用する圧
力を正確に測定することができると共に、前述した実施
例と同様な効果を得ることができる。
【０１１４】図７は本発明の測定装置の他の実施例を示
すもので、図２と同符号のものは同一もしくは相当する
部分である。この図７において、７０，７１は直交２偏
光レ−ザ発振器で、これらの直交２偏光レ−ザ発振器７
０，７１はそれぞれ周波数が極く僅か異なり偏光面が直
交する光Ｂ1（波長λ1、偏光面Ｘ方向）、光Ｂ1'（波長
λ1'、偏光面Ｙ方向）および光Ｂ2（波長λ2、偏光面Ｘ
方向）、光Ｂ2'（波長λ2'、偏光面Ｙ方向）を発する。
【０１１５】ここで、λ1，λ1'，λ2，λ2'の間には
（３６）式で表される関係が成立するものとする。
【０１１６】
【数３６】
【０１１７】７２，７３は干渉フィルタで、これらの干
渉フィルタ７２，７３はそれぞれ波長λ1、λ1'とλ2、
λ2'の光のみを選択的に通過させる。７４，７５は位相
差計で、これらの位相差計７４，７５は（そのＢ端子入
力の位相）−（そのＡ端子入力の位相）を出力範囲：＋
π〜-πでそのＣ端子に出力する。
【０１１８】この実施例においては、図２に示した実施
例と同様に直交２偏光レ−ザ発振器７０から発した光が
偏光面保存ファイバ６を介して圧力検出器１００に至
り、そこで反射され、再び偏光面保存ファイバ６を逆行
し、ビームスプリッタ１７、１９、干渉フィルタ７２を
経て偏光ビームスプリッタ２１に至るまでに発生する位
相差を求める。
【０１１９】ただし、（３６）式で与えられる関係を用
いて近似計算を行う。まず、Ｘ方向に振動する成分に含
まれる光Ｂ1、Ｂ1'の位相差φXλ1は（１２）式と同じ
記号を使用して（３７）式で与えられる（光Ｂ1'の位相
は光Ｂ1よりもφXλ1だけ遅れる）。
【０１２０】
【数３７】
【０１２１】すなわち、光検出器２２で検出されるビー
ト信号ｅXλ1は（３８）式で与えられる。
【０１２２】
【数３８】
【０１２３】同様に、Ｙ方向に振動する成分に含まれる
光Ｂ1、Ｂ1'の位相差φYλ1は（３９）式で与えられ
（光Ｂ1の位相は光Ｂ1'よりもφXλ1だけ遅れる）。
【０１２４】
【数３９】
【０１２５】光検出器２３で検出されるビート信号ｅ
Yλ1は（４０）式で与えられる。
【０１２６】
【数４０】
【０１２７】したがって、位相差計７４の出力ｅ1は
（４１）式で表される。
【０１２８】
【数４１】
【０１２９】また、同様に直交２偏光レ−ザ発振器７１
から発した光が偏光ビームスプリッタ３０に至るまでの
位相変化を考えると、光検出器３１、３２で検出される
ビート信号ｅXλ2、ｅYλ2、位相差計７５の出力ｅ2は
それぞれ（４２）式、（４３）式、（４４）式で与えら
れる。
【０１３０】
【数４２】
【０１３１】
【数４３】
【０１３２】
【数４４】
【０１３３】これにより、図２の実施例と同様にして位
相差計７４，７５の出力ｅ1，ｅ2から圧力検出器１００
のダイアフラム１と基準面３との間隔を求めることがで
き、ダイアフラム１の変位およびダイアフラム１に作用
する圧力を測定することができる。
【０１３４】この実施例によれば、前述した実施例と同
様な効果を得ることができる。
【０１３５】図８は本発明の測定装置の他の実施例を示
すもので、図２と同符号のものは同一もしくは相当する
部分である。この実施例は、偏光面保存光ファイバ６に
光スイッチ８０を設け、この光スイッチ８０に圧力検出
器１００を複数個接続したものである。
【０１３６】この実施例によれば、前述した実施例と同
様な効果を得ることができると共に、光スイッチ８０の
切り替えにより、プラントにおける複数個所の状態量を
測定することができる。
【０１３７】なお、上述した光スイッチ８０は、図５乃
至図７に示す実施例にも適用することができる。
【０１３８】図９は本発明の測定装置に用いられる圧力
の検出器の他の実施例を示すもので、この図９におい
て、図１と同符号のものは同一または相当する部分であ
る。この図において、本体９０の中心部には検出用のダ
イアフラム１を溶接したベース９１、スペーサ９２、１
/４波長板４および半透膜９３を蒸着したガラス２、パ
ッキン９４、栓９５を順番に挿入し、最後にメタル９６
で本体９０に全体を固定している。
【０１３９】シールダイアフラム９の左側と圧力室９７
との間は導通口９８を介して連通しており、この空間に
は液体１０が充填されている。同様にシールダイアフラ
ム１１の右側の空間と圧力室９９との間は導通口９９１
で連通しており、この空間には液体１２が充填されてい
る。液体は栓９９２を抜いて、全体を真空に引いた後、
液体を注入し、最後に栓２２，２３を挿入すれば良い。
【０１４０】被測定圧力はシールダイアフラム９，１１
を介して加えられ、その差圧に比例して検出用のダイア
フラム１が変形する。先端にロッドレンス７，７'を装
着した偏向波面保存光ファイバ６，６'はコネクタ９９
３，９９４を介して栓９５に固定されている。偏波面保
存光ファイバ６，６'を伝播したレーザ光はロッドレン
ズ７，７'で平行光となって出射される。レーザ光は一
部半透膜９３で反射して光ファイバ６，６'にもどる。
また、その他の光は１/４波長板４、液体１２を透過し
て検出用のダイアフラム１の表面で反射されて光ファイ
バ６，６'にもどる。
【０１４１】この実施例によれば、半透膜９３を基準に
して、光ファイバ６にもどった光を測定すれば、検出用
のダイアフラム１の変位すなわち、高圧側圧力Ｐhと低
圧側圧力ＰLの差圧が測定できる。同様にして光ファイ
バ６'にもどった光を測定すれば、高圧側圧力Ｐhと温度
による液体１２の屈折率の変化が測定できる。必要に応
じて、差圧の測定結果を屈折率変化の測定結果で補正す
れば、差圧を高精度に測定できる。この補正方法は液体
１２の屈折率変化だけでなく、温度によってスペーサ９
２の厚さが変化してもその影響は除去できる特長もあ
る。
【０１４２】つぎに、高圧側または低圧側に過大圧力が
加わえられたときの保護機構について説明する。図９に
示した圧力検出器１００に定格値以上の過大圧力が加わ
ると、シールダイアフラム９，１１が本体９０の表面に
加工したストッパ９９５に接するまでは圧力室９７，９
９の圧力が上昇して検出用ダイアフラム１を破壊する可
能性がある。低圧側圧力が０で、高圧側圧力Ｐhのみが
加わった場合、高圧側圧力Ｐhとシールダイアフラム１
１の変位の関係は、検出用のダイアフラム１の剛性によ
って決まるから、圧力室９９の圧力の上限値を決め、高
圧側圧力Ｐhが該圧力値になったとき、シールダイアフ
ラム１１がストッパ９９５に接するように検出用のダイ
アフラム１の剛性を設計しておけば、それ以上の過大圧
力が加わっても圧力室９９の圧力は該上限値以上に上昇
することはない。
【０１４３】また、低圧側を上述と同様に構成すること
により、低圧側に過大圧力が加わっても、圧力室１８の
圧力は該上限値以上に上昇することはない。
【０１４４】上述のように圧力検出器１００の検出用の
ダイアフラム１は過大圧力からの保護と差圧を測定する
ための変換要素を兼ねているので、圧力検出器全体の構
造が簡単になる特長がある。
【０１４５】なお、図９に示す圧力検出器において、低
圧側を大気圧に開放しておけば、高圧側圧力の圧力検出
器として使用することができる。また、スペーサ９２の
材質として線膨張係数の小さい材料を用いれば、光ファ
イバ６'にもどった光を測定すれば、液体１２の屈折率
の変化から高圧側圧力の静圧を測定することができる。
【０１４６】図１０は本発明の測定装置に用いられる差
圧圧力の検出器の他の実施例を示すもので、この図１０
において、図９と同符号のものは同一または相当する部
分である。この実施例においては、ロッドレンズ７を出
射したレ−ザ光はビ−ムスプリッタ１１０で反射光と透
過光に２分割される。反射光はミラ−１１１で反射して
参照面１１２に入射する。ここで反射して偏光面保存光
ファイバ６に戻る。一方、ビ−ムスプリッタ１１０を透
過した光は検出用のダイアフラム１の表面で反射して光
ファイバ６に戻る。
【０１４７】この実施例によれば、検出用のダイアフラ
ム１の変位を参照面３２を基準にして測定できるので、
次の特徴が得られる。
【０１４８】（１）温度によってスペ−サ１４の厚さが
変化しても、差圧または圧力の測定誤差にならない。
【０１４９】（２）圧力室１９内の液体１２の屈折率が
変化した場合の差圧または圧力の測定誤差は図２の実施
例の場合と同じである。
【０１５０】（３）偏光面保存光ファイバは１本で差圧
または圧力を高精度に測定できる。
【０１５１】（４）測定回路が簡単になる。
【０１５２】図１１は本発明の測定装置に用いられる差
圧圧力の検出器のさらに他の実施例を示すもので、この
図１１において、図１０と同符号のものは同一または相
当する部分である。この実施例においては、ロッドレン
ズ７を出射したレ−ザ光を、ビ−ムスプリッタ１１０で
反射光と透過光に２分割する。この反射光をミラ−１１
５で反射して参照面１１２に入射する。ここで反射した
光は偏光面保存光ファイバ６に戻る。一方、ビ−ムスプ
リッタ１１０を透過した光は、ミラ−１１３，１１４で
反射して検出用のダイアフラム１の表面に導かれ、ここ
でで反射して光ファイバ６に戻るように構成されてい
る。。
【０１５３】この実施例によれば、前述した実施例と同
様な効果が得られると共に、ロッドレンズ７から出射し
たレ−ザ光の光路差のずれを補正することができる。
【０１５４】図１２は本発明の測定装置に用いられる光
干渉型圧力検出器の一実施例を示すもので、この図１１
において、図１と同符号のものは同一または相当する部
分である。この実施例においては、上蓋１２０と底板１
２１との間には１/４波長膜４を蒸着した光弾性素子１
２２が挿入されている。被測定圧力Ｐは油１０、ダイア
フラム１を介して光弾性素子１２２に加えられる。この
光弾性素子１２２は直交する２軸を有している。ロッド
レンズ７から出射する備光面が直交する２つの直線偏光
の偏光面の方向を光弾性素子１２２の結晶軸に一致させ
ておくと、２つの直線偏光の間には被測定圧力Ｐに比例
した位相差が発生する。
【０１５５】また、１/４波長膜４の結晶軸と光弾性素
子１２２の結晶軸とは４５度回転させてある。ロッドレ
ンズ７からの出射光は一部は半透膜９３で反射し、その
他の光は光弾性素子１２２、１/４波長膜４を透過し、
反射面３で反射する。それぞれの反射光を、再び光ファ
イバ６を通って図２、図５および図７に示した圧力測定
のための回路に接続させれば、光弾性素子１２２に作用
する圧力Ｐを測定することができる。
【０１５６】以上の実施例では圧力を測定する場合につ
いて説明したが、図１３に示すようにダイアフラム１の
中心部に質量１３０を取り付けておけば、水平方向の加
速度に比例してダイアフラム１が変形するから、前述し
た圧力の測定と同様にして加速度を測定することができ
る。また、図１３において、質量１３０を付加する代り
に直接ダイアフラム１に荷重を加えれば、荷重を測定す
ることができる。
【０１５７】以上述べたように、本発明の差圧または圧
力検出器は全光学式としたので、本質的に安全防爆型で
あると共に電磁ノイズの影響を受けない特徴がある。
【０１５８】また、前述した(２５)式には、Δ
φCOλ1，ΔφFλ1，ΔφCOλ2，ΔφFλ2は含まれてい
ない。すなわち、電気光学結晶で、印加電圧が零のと
き、偏光面が直交する２つの直線偏光の間に発生する位
相差及び、偏光面保存光ファイバを伝送中に２つの直線
変光の間に発生する位相差が、周囲の温度、光ファイバ
に作用する外力によって変化しても、測定精度には無関
係に圧力を測定できる。また、基準面と受圧板との間隔
ｌを測定しているから、複数の検出器の出力を１つの測
定回路で切替えて測定ができる。また、(２５)式から、
圧力の測定範囲が広い場合は、右辺第２項がλ1／２ｎ
を単位として変化するだけであるから、測定精度は第１
項によって決まるので、測定範囲には無関係に誤差の大
きさは一定である。
【０１５９】さらに、(２５)式から、基準面と受圧板の
間を屈折率ｎが１より大きい液体を満たすことによっ
て、同じ間隔ｌに対してｅλ1は空気中に比較して大き
くなる。すなわち、間隔ｌの測定感度が向上する。
【０１６０】また、図９に示した圧力検出器は圧力また
は差圧に比例して変形する検出用のダイアフラム１はシ
−ルダイアフラム９，１１に過大圧力が加わったときの
保護機構を兼ねているので、検出器は小形で構造が簡単
になる。また、高圧側圧力及び温度によって液体１２の
屈折率が変化してもまた、スペ−サ１３の厚みが変化し
てもその影響を受けない効果が得られる。
【０１６１】また、図１０の圧力検出器は１本の偏光面
保存光ファイバで、図９に示した圧力検出器と同じ効果
が得られる。
【０１６２】また、前記した圧力測定は圧力に比例して
変形する受圧板の変位を光干渉法で測定するものである
が、圧力によって屈折率が変化する光弾性素子を用いて
も全く同じ効果が得られる。
【０１６３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は偏光面保存
光ファイバの屈折率が周囲温度の変化、機械的外力の作
用等によって変化しても、測定精度に影響を受けずにダ
イアフラム１の変位量、ダイアフラム１に作用している
圧力、差圧力を測定することができる。また、波長の異
なる２つの直線偏光のレ−ザビ−ムを用いたことによ
り、測定範囲を広げることができる。その結果、測定範
囲が大きく変化する測定対象に対しても、精度良く測定
することができると共に、検出器部分の小型化と光ファ
イバの使用により、遠隔地に位置する測定対象の変位等
の物理量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定装置に用いられる検出器の一例を
示す縦断面図である。
【図２】本発明の測定装置の一実施例を示す構成図であ
る。
【図３】本発明の測定装置の一実施例を構成する電気光
学結晶の動作を示す説明図である。
【図４】図４に示す本発明の測定装置の一実施例を構成
する電気光学結晶の動作を説明する特性図である。
【図５】本発明の測定装置の他の実施例を示す構成図で
ある。
【図６】本発明の測定装置のさらに他の実施例を示す構
成図である。
【図７】本発明の測定装置の他の実施例を示す構成図で
ある。
【図８】本発明の測定装置のさらに他の実施例を示す構
成図である。
【図９】本発明の測定装置に用いられる検出器の他の例
を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の測定装置に用いられる検出器のさら
に他の例を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の測定装置に用いられる検出器の他の
例を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の測定装置に用いられる検出器のさら
に他の例を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の測定装置に用いられる検出器の他の
例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…ダイアフラム、２…ガラス、３…基準面、４…１／
４波長膜、５…ミラ−、６…偏光面保存光ファイバ、１
３，１３’…レ−ザ発振器、１６…電気光学結晶、１
７，１９…ビ−ムスプリッタ、２１，３０…偏光ビ−ム
スプリッタ、２０，２９…干渉フィルタ、２４，２５，
３３，３４…最大値検出回路、２６，２７，３５，３６
…サンプルホ−ルド回路、２８，３７…減算回路、３８
…第１の演算回路、３９…第２の演算回路、１００…検
出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｐ 15/03 Ｃ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２つ
    のレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそれ
    ぞれ透過させるハ−フミラ−と、電圧によって駆動され
    前記レーザ発振器から出た光の位相を変調する電気光学
    結晶と、前記電気光学結晶から入射された光を被測定物
    側に出射すると共に、被測定物側から戻ってきた反射光
    を前記電気光学結晶側に出射する偏光面保存光ファイバ
    と、前記偏光面保存光ファイバの被測定物側端部と被測
    定物との間に位置する１／４波長板と、前記偏光面保存
    光ファイバの前記電気光学結晶側端部から出射された反
    射光を波長に応じて２分割するビ−ムスプリッタと、前
    記ビ−ムスプリッタによって分割された一方の波長の反
    射光を偏光面によって２分割する第１の偏光ビ−ムスプ
    リッタと、前記ビ−ムスプリッタによって分割された他
    方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第２の偏
    光ビ−ムスプリッタと、前記第１及び第２の偏光ビ−ム
    スプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが最大又
    は最小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧を検
    出し、この印加電圧及びその差をそれぞれ求める手段
    と、この手段からの印加電圧の差にもとづいて被測定物
    の変位量を算出する手段とを備えたことを特徴とする物
    理量測定装置。
  2. 【請求項２】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２つ
    のレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそれ
    ぞれ透過させるハ−フミラ−と、電圧によって駆動され
    前記レーザ発振器から出た光の位相を変調する電気光学
    結晶と、前記電気光学結晶から入射された光を被測定物
    側に出射すると共に、被測定物側から戻ってきた反射光
    を前記電気光学結晶側に出射する偏光面保存光ファイバ
    と、前記偏光面保存光ファイバの被測定物側端部と被測
    定物との間に位置する１／４波長板と、前記偏光面保存
    光ファイバの前記電気光学結晶側端部から出射された反
    射光を波長に応じて２分割するビ−ムスプリッタと、前
    記ビ−ムスプリッタによって分割された一方の波長の反
    射光を偏光面によって２分割する第１の偏光ビ−ムスプ
    リッタと、前記ビ−ムスプリッタによって分割された他
    方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第２の偏
    光ビ−ムスプリッタと、前記第１及び第２の偏光ビ−ム
    スプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが最大又
    は最小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧を検
    出し、この印加電圧及びその差をそれぞれ求める手段
    と、この手段からの印加電圧の差にもとづいて被測定物
    の変位量を算出する手段と、この手段で算出された被測
    定物の変位量にもとづいて被測定物に作用している圧力
    を算出する手段とを備えたことを特徴とする物理量測定
    装置。
  3. 【請求項３】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２つ
    のレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそれ
    ぞれ透過させるハ−フミラ−と、電圧によって駆動され
    前記レーザ発振器から出た光の位相を変調する電気光学
    結晶と、前記電気光学結晶から入射された光を被測定物
    側に出射すると共に、被測定物側から戻ってきた反射光
    を前記電気光学結晶側に出射する偏光面保存光ファイバ
    と、前記偏光面保存光ファイバの被測定物側端部と被測
    定物との間に位置する１／４波長板と、前記偏光面保存
    光ファイバの前記電気光学結晶側端部から出射された反
    射光を波長に応じて２分割するビ−ムスプリッタと、前
    記ビ−ムスプリッタによって分割された一方の波長の反
    射光を偏光面によって２分割する第１の偏光ビ−ムスプ
    リッタと、前記ビ−ムスプリッタによって分割された他
    方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第２の偏
    光ビ−ムスプリッタと、前記第１及び第２の偏光ビ−ム
    スプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが最大又
    は最小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧を検
    出し、この印加電圧及びその差をそれぞれ求める手段
    と、この手段からの印加電圧の差にもとづいて被測定物
    の変位量を算出する手段と、この手段で算出された被測
    定物の変位量にもとづいて被測定物に作用している圧力
    差を算出する手段とを備えたことを特徴とする物理量測
    定装置。
  4. 【請求項４】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２つ
    のレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそれ
    ぞれ透過させるハ−フミラ−と、電圧によって駆動され
    前記レーザ発振器から出た光の位相を変調する電気光学
    結晶と、前記電気光学結晶から入射された光を被測定物
    側に出射すると共に、被測定物側から戻ってきた反射光
    を前記電気光学結晶側に出射する偏光面保存光ファイバ
    と、前記偏光面保存光ファイバの被測定物側端部と被測
    定物との間に位置する１／４波長板と、前記偏光面保存
    光ファイバの前記電気光学結晶側端部から出射された反
    射光を波長に応じて２分割するビ−ムスプリッタと、前
    記ビ−ムスプリッタによって分割された一方の波長の反
    射光を偏光面によって２分割する第１の偏光ビ−ムスプ
    リッタと、前記ビ−ムスプリッタによって分割された他
    方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第２の偏
    光ビ−ムスプリッタと、前記第１及び第２の偏光ビ−ム
    スプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが最大又
    は最小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧を検
    出し、この印加電圧及びその差をそれぞれ求める手段
    と、この手段からの印加電圧の差にもとづいて被測定物
    の変位量を算出する手段と、この手段で算出された被測
    定物の変位量にもとづいて被測定物に作用している加速
    度を算出する手段とを備えたことを特徴とする物理量測
    定装置。
  5. 【請求項５】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２つ
    のレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそれ
    ぞれ透過させるハ−フミラ−と、電圧によって駆動され
    前記レーザ発振器から出た光の位相を変調する電気光学
    結晶と、前記電気光学結晶から入射された光を被測定物
    側に出射すると共に、被測定物側から戻ってきた反射光
    を前記電気光学結晶側に出射する偏光面保存光ファイバ
    と、前記偏光面保存光ファイバの被測定物側端部と被測
    定物との間に位置する１／４波長板と、前記偏光面保存
    光ファイバの前記電気光学結晶側端部から出射された反
    射光を波長に応じて２分割するビ−ムスプリッタと、前
    記ビ−ムスプリッタによって分割された一方の波長の反
    射光を偏光面によって２分割する第１の偏光ビ−ムスプ
    リッタと、前記ビ−ムスプリッタによって分割された他
    方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第２の偏
    光ビ−ムスプリッタと、前記第１及び第２の偏光ビ−ム
    スプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさの変化を
    電気信号に変換し、これらの電気信号の最大又は最小値
    の平均値をそれぞれ求める手段と、これらの手段からの
    平均値を前記電気信号からそれぞれ減算した電気信号を
    求める手段と、この手段からの電気信号が零点と交差す
    る瞬間の前記電気光学結晶への印加電圧を検出し、この
    印加電圧及びその差をそれぞれ求める手段と、この手段
    からの印加電圧の差にもとづいて被測定物に作用する物
    理量を算出する手段とを備えたことを特徴とする物理量
    測定装置。
  6. 【請求項６】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２つ
    のレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそれ
    ぞれ透過させるハ−フミラ−と、前記ハ−フミラ−から
    入射された光を被測定物側に出射すると共に、被測定物
    側から戻ってきた反射光を前記前記ハ−フミラ−側に出
    射する偏光面保存光ファイバと、前記偏光面保存光ファ
    イバの被測定物側端部と被測定物との間に位置する１／
    ４波長板と、前記偏光面保存光ファイバから出射された
    反射光を波長に応じて２分割するビ−ムスプリッタと、
    前記ビ−ムスプリッタによって分割された一方の波長の
    反射光を偏光面によって２分割する第１の偏光ビ−ムス
    プリッタと、前記ビ−ムスプリッタによって分割された
    他方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第２の
    偏光ビ−ムスプリッタと、前記第１及び第２の偏光ビ−
    ムスプリッタで分割されたそれぞれの光の位相差を求め
    る手段と、これらの手段で求めた位相差の出力にもとづ
    いて被測定物に作用する物理量を算出する手段とを備え
    たことを特徴とする物理量測定装置。
  7. 【請求項７】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、圧力を受けて変形する被測定物と、異なる波
    長の直線偏光をそれぞれ発する２つのレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器からの偏光をそれぞれ透過させるハ−
    フミラ−と、電圧によって駆動され前記レーザ発振器か
    ら出た光の位相を変調する電気光学結晶と、前記電気光
    学結晶から入射された光を被測定物側に出射すると共
    に、被測定物側から戻ってきた反射光を前記電気光学結
    晶側に出射する偏光面保存光ファイバと、前記偏光面保
    存光ファイバの被測定物側端部と被測定物との間に位置
    する１／４波長板と、前記偏光面保存光ファイバの前記
    電気光学結晶側端部から出射された反射光を波長に応じ
    て２分割するビ−ムスプリッタと、前記ビ−ムスプリッ
    タによって分割された一方の波長の反射光を偏光面によ
    って２分割する第１の偏光ビ−ムスプリッタと、前記ビ
    −ムスプリッタによって分割された他方の波長の反射光
    を偏光面によって２分割する第２の偏光ビ−ムスプリッ
    タと、前記第１及び第２の偏光ビ−ムスプリッタで分割
    されたそれぞれの光の明るさが最大又は最小となるとき
    の前記電気光学結晶への印加電圧を検出し、この印加電
    圧及びその差をそれぞれ求める手段と、この手段からの
    印加電圧の差にもとづいて被測定物の変位量を算出する
    手段とを備えたことを特徴とする物理量測定装置。
  8. 【請求項８】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、圧力を受けて変形する被測定物と、異なる波
    長の直線偏光をそれぞれ発する２つのレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器からの偏光をそれぞれ透過させるハ−
    フミラ−と、電圧によって駆動され前記レーザ発振器か
    ら出た光の位相を変調する電気光学結晶と、前記電気光
    学結晶から入射された光を被測定物側に出射すると共
    に、被測定物側から戻ってきた反射光を前記電気光学結
    晶側に出射する偏光面保存光ファイバと、前記偏光面保
    存光ファイバの被測定物側端部と被測定物との間に位置
    する１／４波長板と、前記偏光面保存光ファイバの前記
    電気光学結晶側端部から出射された反射光を波長に応じ
    て２分割するビ−ムスプリッタと、前記ビ−ムスプリッ
    タによって分割された一方の波長の反射光を偏光面によ
    って２分割する第１の偏光ビ−ムスプリッタと、前記ビ
    −ムスプリッタによって分割された他方の波長の反射光
    を偏光面によって２分割する第２の偏光ビ−ムスプリッ
    タと、前記第１及び第２の偏光ビ−ムスプリッタで分割
    されたそれぞれの光の明るさが最大又は最小となるとき
    の前記電気光学結晶への印加電圧を検出し、この印加電
    圧及びその差をそれぞれ求める手段と、この手段からの
    印加電圧の差にもとづいて被測定物の変位量を算出する
    手段と、この手段で算出した被測定物の変位量にもとづ
    いて被測定物に作用している圧力を算出する手段とを備
    えたことを特徴とする物理量測定装置。
  9. 【請求項９】被測定物の物理量を光学的に測定する装置
    において、両側から圧力を受けて変形する被測定物と、
    異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２つのレーザ発
    振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそれぞれ透過さ
    せるハ−フミラ−と、電圧によって駆動され前記レーザ
    発振器から出た光の位相を変調する電気光学結晶と、前
    記電気光学結晶から入射された光を被測定物側に出射す
    ると共に、被測定物側から戻ってきた反射光を前記電気
    光学結晶側に出射する偏光面保存光ファイバと、前記偏
    光面保存光ファイバの被測定物側端部と被測定物との間
    に位置する１／４波長板と、前記偏光面保存光ファイバ
    の前記電気光学結晶側端部から出射された反射光を波長
    に応じて２分割するビ−ムスプリッタと、前記ビ−ムス
    プリッタによって分割された一方の波長の反射光を偏光
    面によって２分割する第１の偏光ビ−ムスプリッタと、
    前記ビ−ムスプリッタによって分割された他方の波長の
    反射光を偏光面によって２分割する第２の偏光ビ−ムス
    プリッタと、前記第１及び第２の偏光ビ−ムスプリッタ
    で分割されたそれぞれの光の明るさが最大又は最小とな
    るときの前記電気光学結晶への印加電圧を検出し、この
    印加電圧及びその差をそれぞれ求める手段と、この手段
    からの印加電圧の差にもとづいて被測定物の変位量を算
    出する手段と、この手段で算出した被測定物の変位量に
    もとづいて被測定物に作用している圧力差を算出する手
    段とを備えたことを特徴とする物理量測定装置。
  10. 【請求項１０】被測定物の物理量を光学的に測定する装
    置において、両側から圧力を受けて変形する複数の被測
    定物と、異なる波長の直線偏光をそれぞれ発する２つの
    レーザ発振器と、前記レーザ発振器からの偏光をそれぞ
    れ透過させるハ−フミラ−と、電圧によって駆動され前
    記レーザ発振器から出た光の位相を変調する電気光学結
    晶と、前記電気光学結晶から入射された光を光スイッチ
    によって前記複数の被測定物のうちのいずれか１つの被
    測定物側に出射すると共に、被測定物側から戻ってきた
    反射光を前記電気光学結晶側に出射する偏光面保存光フ
    ァイバと、前記偏光面保存光ファイバの被測定物側端部
    と被測定物との間に位置する１／４波長板と、前記偏光
    面保存光ファイバの前記電気光学結晶側端部から出射さ
    れた反射光を波長に応じて２分割するビ−ムスプリッタ
    と、前記ビ−ムスプリッタによって分割された一方の波
    長の反射光を偏光面によって２分割する第１の偏光ビ−
    ムスプリッタと、前記ビ−ムスプリッタによって分割さ
    れた他方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第
    ２の偏光ビ−ムスプリッタと、前記第１及び第２の偏光
    ビ−ムスプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが
    最大又は最小となるときの前記電気光学結晶への印加電
    圧を検出し、この印加電圧及びその差をそれぞれ求める
    手段と、この手段からの印加電圧の差にもとづいて被測
    定物の変位量を算出する手段と、この手段で算出した被
    測定物の変位量にもとづいて被測定物に作用している圧
    力差を算出する手段とを備えたことを特徴とする物理量
    測定装置。
  11. 【請求項１１】被測定物の物理量を光学的に測定する装
    置において、圧力を受けて変形する被測定物と、異なる
    波長の直線偏光をそれぞれ発する２つの第１のレーザ発
    振器と、前記第１のレーザ発振器からの偏光をそれぞれ
    透過させる第１のハ−フミラ−と、電圧によって駆動さ
    れ前記第１のレーザ発振器から出た光の位相を変調する
    第１の電気光学結晶と、前記第１の電気光学結晶から入
    射された光を前記被測定物の変形部側に出射すると共
    に、被測定物側から戻ってきた反射光を前記電気光学結
    晶側に出射する第１の偏光面保存光ファイバと、前記第
    １の偏光面保存光ファイバの被測定物側端部と被測定物
    との間に位置する第１の１／４波長板と、前記第１の偏
    光面保存光ファイバの前記第１の電気光学結晶側端部か
    ら出射された反射光を波長に応じて２分割する第１のビ
    −ムスプリッタと、前記第１のビ−ムスプリッタによっ
    て分割された一方の波長の反射光を偏光面によって２分
    割する第１の偏光ビ−ムスプリッタと、前記第１のビ−
    ムスプリッタによって分割された他方の波長の反射光を
    偏光面によって２分割する第２の偏光ビ−ムスプリッタ
    と、前記第１及び第２の偏光ビ−ムスプリッタで分割さ
    れたそれぞれの光の明るさが最大又は最小となるときの
    前記第１の電気光学結晶への印加電圧を検出し、この印
    加電圧及びその差をそれぞれ求める手段と、この手段か
    らの印加電圧の差にもとづいて被測定物の変位量を算出
    する第１の変位量算出手段と、異なる波長の直線偏光を
    それぞれ発する２つの第２のレーザ発振器と、前記第２
    のレーザ発振器からの偏光をそれぞれ透過させる第２の
    ハ−フミラ−と、電圧によって駆動され前記第２のレー
    ザ発振器から出た光の位相を変調する第２の電気光学結
    晶と、前記第２の電気光学結晶から入射された光を前記
    被測定物の非変形部の基準面に出射すると共に、被測定
    物側から戻ってきた反射光を前記電気光学結晶側に出射
    する第２の偏光面保存光ファイバと、前記第２の偏光面
    保存光ファイバの被測定物側端部と被測定物との間に位
    置する第２の１／４波長板と、前記第１の偏光面保存光
    ファイバの前記第２の電気光学結晶側端部から出射され
    た反射光を波長に応じて２分割する第２のビ−ムスプリ
    ッタと、前記第２のビ−ムスプリッタによって分割され
    た一方の波長の反射光を偏光面によって２分割する第３
    の偏光ビ−ムスプリッタと、前記第２のビ−ムスプリッ
    タによって分割された他方の波長の反射光を偏光面によ
    って２分割する第４の偏光ビ−ムスプリッタと、前記第
    ３及び第４の偏光ビ−ムスプリッタで分割されたそれぞ
    れの光の明るさが最大又は最小となるときの前記第２の
    電気光学結晶への印加電圧を検出し、この印加電圧及び
    その差をそれぞれ求める手段と、この手段からの印加電
    圧の差にもとづいて被測定物の変位量を算出する第２の
    変位量算出手段と、前記第１及び第２の変位量算出手段
    からの算出値にもとづいて被測定物に作用している圧力
    を算出する手段とを備えたことを特徴とする物理量測定
    装置。
  12. 【請求項１２】前記１／４波長板を除く機器及び手段を
    ユニット化したことを特徴とする請求項１乃至請求項１
    １のいずれかに記載の物理量測定装置。
  13. 【請求項１３】被測定物の物理量を光学的に測定する装
    置において、それぞれの面に圧力が作用する可撓体を備
    える被測定物と、前記被測定物を覆い保持する枠体と、
    前記被測定物のいづれか一方の面に対向するように前記
    枠体に配置した１／４波長板と、前記１／４波長板を通
    して前記被測定物に測定光を入射し、その反射光を出射
    するように前記枠体に設けた入出射光案内手段と、前記
    入出射光案内手段に偏光面保存光ファイバの端部を対向
    配置させるように前記枠体に設けた光ファイバ取付部と
    を備えたことを特徴とする物理量測定装置の測定器。
  14. 【請求項１４】被測定物の物理量を光学的に測定する装
    置において、それぞれの面に圧力が作用する可撓体を備
    える被測定物と、前記被測定物を覆い保持する枠体と、
    前記被測定物のいづれか一方の面に対向するように前記
    枠体に配置した１／４波長板と、前記１／４波長板を通
    して前記被測定物の変形部に測定光を入射し、その反射
    光を出射するように前記枠体に設けた第１の入出射光案
    内手段と、前記１／４波長板を通して前記被測定物の基
    準面となる非変形部に測定光を入射し、その反射光を出
    射するように前記枠体に設けた第２の入出射光案内手段
    と、前記第１の入出射光案内手段に第１の偏光面保存光
    ファイバの端部を対向配置させるように前記枠体に設け
    た第１の光ファイバ取付部と、前記第２の入出射光案内
    手段に第２の偏光面保存光ファイバの端部を対向配置さ
    せるように前記枠体に設けた第２の光ファイバ取付部と
    を備えたことを特徴とする物理量測定装置の測定器。
  15. 【請求項１５】被測定物の物理量を光学的に測定する装
    置において、一方の面に圧力が作用する可撓体を備える
    被測定物と、前記被測定物を保持する枠体と、前記被測
    定物の圧力が作用しない他方の面に対向するように前記
    枠体内に配置した１／４波長板と、前記１／４波長板に
    一端を接合した複屈折体と、この複屈折体から前記１／
    ４波長板を通して前記被測定物に測定光を入射し、その
    反射光を出射するように前記枠体に設けた入出射光案内
    手段と、前記入出射光案内手段に偏光面保存光ファイバ
    の端部を対向配置させるように前記枠体に設けた光ファ
    イバ取付部とを備えたことを特徴とする物理量測定装置
    の測定器。
  16. 【請求項１６】被測定物の物理量を光学的に測定する装
    置において、一方の面に圧力が作用する可撓体を備える
    被測定物と、前記被測定物を保持する枠体と、前記被測
    定物の圧力が作用しない他方の面に対向するように前記
    枠体内に配置した１／４波長板と、前記１／４波長板を
    通して前記被測定物に測定光を入射し、その反射光を出
    射するように前記枠体に設けた入出射光案内手段と、前
    記入出射光案内手段に偏光面保存光ファイバの端部を対
    向配置させるように前記枠体に設けた光ファイバ取付部
    とを備えたことを特徴とする物理量測定装置の測定器。
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