JPH09196775A - 光ファイバを用いた圧力測定方法及び装置 - Google Patents
光ファイバを用いた圧力測定方法及び装置Info
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- JPH09196775A JPH09196775A JP492796A JP492796A JPH09196775A JP H09196775 A JPH09196775 A JP H09196775A JP 492796 A JP492796 A JP 492796A JP 492796 A JP492796 A JP 492796A JP H09196775 A JPH09196775 A JP H09196775A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば水中等に圧力センサ部を設置して使用
しても、長期間の信頼性が得られる流体の圧力測定方法
及び装置。 【解決手段】 ＦＭ変調（２）されたレーザ光を発生し
（１）、このレーザ光を光カプラ（３）を介して２つに
分岐して２つの光ファイバ（４ａ，４ｂ）の一端より入
射し、この２つの光ファイバをそれぞれ円筒（１１）の
側面と下蓋（１３）に２つの光ファイバ間に光路差が生
じるように巻き付け、前記２つの光ファイバの他端より
出射される２つの光を光カプラ（５）で結合した干渉光
を出射すると共に、少くとも前記円筒と２つの光ファイ
バは被測定流体中に設置し、被測定流体の圧力増加によ
り前記２つの光ファイバ間の光路差が増加するように光
ファイバの一方又は両方の長さを変化させ、前記円筒へ
の印加圧力の変化による光路差の変化に対応した前記干
渉光を電気信号に変換し（６）、この電気信号からまず
位相変調指数を算出し、次にこの算出値に対応する圧力
を算出する（７）方法及び装置。
しても、長期間の信頼性が得られる流体の圧力測定方法
及び装置。 【解決手段】 ＦＭ変調（２）されたレーザ光を発生し
（１）、このレーザ光を光カプラ（３）を介して２つに
分岐して２つの光ファイバ（４ａ，４ｂ）の一端より入
射し、この２つの光ファイバをそれぞれ円筒（１１）の
側面と下蓋（１３）に２つの光ファイバ間に光路差が生
じるように巻き付け、前記２つの光ファイバの他端より
出射される２つの光を光カプラ（５）で結合した干渉光
を出射すると共に、少くとも前記円筒と２つの光ファイ
バは被測定流体中に設置し、被測定流体の圧力増加によ
り前記２つの光ファイバ間の光路差が増加するように光
ファイバの一方又は両方の長さを変化させ、前記円筒へ
の印加圧力の変化による光路差の変化に対応した前記干
渉光を電気信号に変換し（６）、この電気信号からまず
位相変調指数を算出し、次にこの算出値に対応する圧力
を算出する（７）方法及び装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバを用いて
流体の圧力を測定する方法及び装置に関するものであ
る。
流体の圧力を測定する方法及び装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、流体（気体又は液体）の圧力測定
器としては、種々の方式のものが使用されているが、一
般的には、圧力センサに印加される圧力に基づく変位や
歪みを、長さ、抵抗、静電容量、磁気、電圧又は電流等
の信号として検出し、この検出値を所定の電気信号（例
えばある計測範囲を０〜５Ｖの電圧信号や４〜２０ｍＡ
の電流信号等）に変換して出力するものが多い。
器としては、種々の方式のものが使用されているが、一
般的には、圧力センサに印加される圧力に基づく変位や
歪みを、長さ、抵抗、静電容量、磁気、電圧又は電流等
の信号として検出し、この検出値を所定の電気信号（例
えばある計測範囲を０〜５Ｖの電圧信号や４〜２０ｍＡ
の電流信号等）に変換して出力するものが多い。
【０００３】例えば、ダイヤフラムセンサは、圧力をま
ず変位として検出し、この変位を静電容量や抵抗等の電
気信号に変えて出力するものである。上記の静電容量型
ダイヤフラムセンサは、金属製のダイヤフラムを可動電
極として固定電極と対向させて設置し、可動電極と固定
電極との間隔に反比例する静電容量の値から圧力値を検
出するものである。また抵抗型圧力センサには、金属線
の固有抵抗値の変化や半導体のピエゾ抵抗効果を利用し
た歪みゲージにより圧力値を検出するものがある。
ず変位として検出し、この変位を静電容量や抵抗等の電
気信号に変えて出力するものである。上記の静電容量型
ダイヤフラムセンサは、金属製のダイヤフラムを可動電
極として固定電極と対向させて設置し、可動電極と固定
電極との間隔に反比例する静電容量の値から圧力値を検
出するものである。また抵抗型圧力センサには、金属線
の固有抵抗値の変化や半導体のピエゾ抵抗効果を利用し
た歪みゲージにより圧力値を検出するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の圧
力測定器は、圧力変化を静電容量や抵抗値等の電気信号
として検出しているため、液体中で（例えば水中での水
圧測定器として）利用するためには、電気信号を液体と
絶縁させるための絶縁処理を施さなければならない。し
かし液体中で圧力測定器を長期間使用すると、次第に絶
縁が劣化するので圧力測定器の故障や破壊を生じること
が多く、長期間安定に圧力測定を行う場合の長期信頼性
が得られないという問題があった。また複数の測定位置
の圧力を同時に測定するシステムを構成する場合に、従
来の圧力測定技術では、圧力センサ部と電気信号変換部
及びこの２つを接続する配線を、各計測点毎に所要数だ
け設ける必要があるので、計測点数が多くなると計測シ
ステムのコストが増大するという問題があった。
力測定器は、圧力変化を静電容量や抵抗値等の電気信号
として検出しているため、液体中で（例えば水中での水
圧測定器として）利用するためには、電気信号を液体と
絶縁させるための絶縁処理を施さなければならない。し
かし液体中で圧力測定器を長期間使用すると、次第に絶
縁が劣化するので圧力測定器の故障や破壊を生じること
が多く、長期間安定に圧力測定を行う場合の長期信頼性
が得られないという問題があった。また複数の測定位置
の圧力を同時に測定するシステムを構成する場合に、従
来の圧力測定技術では、圧力センサ部と電気信号変換部
及びこの２つを接続する配線を、各計測点毎に所要数だ
け設ける必要があるので、計測点数が多くなると計測シ
ステムのコストが増大するという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光ファイバ
を用いた圧力計測方法及び装置は、周波数変調されたレ
ーザ光を発生し、該発生されたレーザ光を２つに分岐し
てそれぞれ第１の光ファイバと第２の光ファイバの一端
より入射し、該第１の光ファイバと第２の光ファイバを
それぞれ特定容器の異なる位置に、前記２つの光ファイ
バ間に光路差が生じるように巻き付け、前記第１の光フ
ァイバと第２の光ファイバの他端より出射される２つの
光を結合した干渉光を出射すると共に、少くとも前記特
定容器と第１及び第２の光ファイバは被測定流体中に設
置し、該被測定流体の圧力が増加すると前記特定容器の
変形又は変位に基づき前記２つの光ファイバ間の光路差
が増加するように前記２つの光ファイバのいずれか一方
又は両方の長さを変化させ、前記圧力の変化による光路
差の変化に対応した前記干渉光を出射し、前記出射され
た干渉光を電気信号に変換し、該変換された電気信号か
らまず位相変調指数を算出して次に該位相変調指数に対
応する圧力を算出するようにしたものである。このよう
に被測定流体中に設置する光ファイバを用いた圧力検出
部分は電気回路を有しないものであるから、例えば水中
等で長期間使用しても絶縁不良が発生することがなく、
長期間の信頼性が得られる。
を用いた圧力計測方法及び装置は、周波数変調されたレ
ーザ光を発生し、該発生されたレーザ光を２つに分岐し
てそれぞれ第１の光ファイバと第２の光ファイバの一端
より入射し、該第１の光ファイバと第２の光ファイバを
それぞれ特定容器の異なる位置に、前記２つの光ファイ
バ間に光路差が生じるように巻き付け、前記第１の光フ
ァイバと第２の光ファイバの他端より出射される２つの
光を結合した干渉光を出射すると共に、少くとも前記特
定容器と第１及び第２の光ファイバは被測定流体中に設
置し、該被測定流体の圧力が増加すると前記特定容器の
変形又は変位に基づき前記２つの光ファイバ間の光路差
が増加するように前記２つの光ファイバのいずれか一方
又は両方の長さを変化させ、前記圧力の変化による光路
差の変化に対応した前記干渉光を出射し、前記出射され
た干渉光を電気信号に変換し、該変換された電気信号か
らまず位相変調指数を算出して次に該位相変調指数に対
応する圧力を算出するようにしたものである。このよう
に被測定流体中に設置する光ファイバを用いた圧力検出
部分は電気回路を有しないものであるから、例えば水中
等で長期間使用しても絶縁不良が発生することがなく、
長期間の信頼性が得られる。
【０００６】
実施形態１．図１は本発明の実施形態１に係る光ファイ
バを用いた圧力測定装置を示す図であり、図の１はレー
ザ光発生器、２はＦＭ変調信号発生器、３は分岐用光カ
プラ、４ａ，４ｂはそれぞれ第１及び第２の光ファイ
バ、５は干渉用光カプラ、６は光・電気変換器、７は位
相変調指数・圧力算出器、１１は単一の円筒、１２は円
筒１１の上蓋、１３は円筒１１の下蓋である。なお、光
カプラ３，５、光ファイバ４ａ，４ｂ及び上蓋１２及び
下蓋１３の取付けられた円筒１１により光ファイバ圧力
センサ部１０が構成される。図１は単円筒型光ファイバ
圧力測定装置の構成例を示すものであり、図の円筒１１
の両端には剛体の上蓋１２及び下蓋１３を取付け、円筒
１１の内部には空気室を設けてある。この円筒１１の外
側（もしくは内側）の側面に第１の光ファイバ４ａを巻
き付け、円筒１１の一方の蓋（図１の例では下蓋１３）
の外側に第２の光ファイバ４ｂを巻き付ける。
バを用いた圧力測定装置を示す図であり、図の１はレー
ザ光発生器、２はＦＭ変調信号発生器、３は分岐用光カ
プラ、４ａ，４ｂはそれぞれ第１及び第２の光ファイ
バ、５は干渉用光カプラ、６は光・電気変換器、７は位
相変調指数・圧力算出器、１１は単一の円筒、１２は円
筒１１の上蓋、１３は円筒１１の下蓋である。なお、光
カプラ３，５、光ファイバ４ａ，４ｂ及び上蓋１２及び
下蓋１３の取付けられた円筒１１により光ファイバ圧力
センサ部１０が構成される。図１は単円筒型光ファイバ
圧力測定装置の構成例を示すものであり、図の円筒１１
の両端には剛体の上蓋１２及び下蓋１３を取付け、円筒
１１の内部には空気室を設けてある。この円筒１１の外
側（もしくは内側）の側面に第１の光ファイバ４ａを巻
き付け、円筒１１の一方の蓋（図１の例では下蓋１３）
の外側に第２の光ファイバ４ｂを巻き付ける。
【０００７】そして２つの光ファイバ４ａ，４ｂの一端
を分岐用光カプラ３と結合させ、その他端を干渉用光カ
プラ５と結合させることにより光干渉計を構成してい
る。なお予め円筒１１に巻き付けた光ファイバ４ａの長
さを、下蓋１３に巻き付けた光ファイバ４ｂの長さより
短くして、円筒１１の外部より圧力を加えない状態（ま
たは大気圧下）で、光路差ΔＬを持たせた光干渉計とし
ておく。また圧力の測定時には、前記光ファイバ圧力セ
ンサ部１０または少くとも上蓋１２及び下蓋１３の取付
けられた円筒１１と光ファイバ４ａ及び４ｂは、被測定
流体（気体又は液体）中に設置される。
を分岐用光カプラ３と結合させ、その他端を干渉用光カ
プラ５と結合させることにより光干渉計を構成してい
る。なお予め円筒１１に巻き付けた光ファイバ４ａの長
さを、下蓋１３に巻き付けた光ファイバ４ｂの長さより
短くして、円筒１１の外部より圧力を加えない状態（ま
たは大気圧下）で、光路差ΔＬを持たせた光干渉計とし
ておく。また圧力の測定時には、前記光ファイバ圧力セ
ンサ部１０または少くとも上蓋１２及び下蓋１３の取付
けられた円筒１１と光ファイバ４ａ及び４ｂは、被測定
流体（気体又は液体）中に設置される。
【０００８】そしてＦＭ変調信号発生器２の出力するＦ
Ｍ変調信号がレーザ光発生器１に供給されることによ
り、レーザ光発生器２はＦＭ変調されたレーザ光を発生
し、これを光源からの出力として光カプラ３へ供給す
る。また光カプラ５からの光干渉出力は、光・電気変換
器６によって電気信号Ｉに変換され、この電気信号Ｉか
ら位相変調指数・圧力算出器７によって、まず位相変調
指数が算出され、次にこの算出された位相変調指数から
対応する圧力が算出される。
Ｍ変調信号がレーザ光発生器１に供給されることによ
り、レーザ光発生器２はＦＭ変調されたレーザ光を発生
し、これを光源からの出力として光カプラ３へ供給す
る。また光カプラ５からの光干渉出力は、光・電気変換
器６によって電気信号Ｉに変換され、この電気信号Ｉか
ら位相変調指数・圧力算出器７によって、まず位相変調
指数が算出され、次にこの算出された位相変調指数から
対応する圧力が算出される。
【０００９】図１の動作を説明する。なお説明の都合
上、ここでは光ファイバ圧力センサ部１０を水中に設置
し、その水圧を測定する場合につて説明するが、圧力を
測定する対象は液体又は気体のいずれの流体でもよい。
図１の円筒１１の内部は空気室にしているため、外側か
ら水圧が加わると円筒１１は潰される方向に変形し、円
筒１１に巻き付けられた第１の光ファイバ４ａは縮む。
一方蓋は剛体のため、下蓋１３に巻き付けてある第２の
光ファイバ４ｂの長さは変化しない。
上、ここでは光ファイバ圧力センサ部１０を水中に設置
し、その水圧を測定する場合につて説明するが、圧力を
測定する対象は液体又は気体のいずれの流体でもよい。
図１の円筒１１の内部は空気室にしているため、外側か
ら水圧が加わると円筒１１は潰される方向に変形し、円
筒１１に巻き付けられた第１の光ファイバ４ａは縮む。
一方蓋は剛体のため、下蓋１３に巻き付けてある第２の
光ファイバ４ｂの長さは変化しない。
【００１０】従って円筒１１の外側からの印加圧力によ
って光干渉計の光路差は、予め設定された長さのΔＬよ
り増加する方向に変化し、印加圧力の増加と共に光路差
も大きくなる。このＦＭ変調したレーザ光の干渉出力は
光カプラ５から得られ、この光干渉出力は光・電気変換
器６によって電気信号Ｉに変換される。そしてこの電気
信号Ｉは次の式（１）で与えられる。
って光干渉計の光路差は、予め設定された長さのΔＬよ
り増加する方向に変化し、印加圧力の増加と共に光路差
も大きくなる。このＦＭ変調したレーザ光の干渉出力は
光カプラ５から得られ、この光干渉出力は光・電気変換
器６によって電気信号Ｉに変換される。そしてこの電気
信号Ｉは次の式（１）で与えられる。
【００１１】 Ｉ＝Ａ＋Ｂcos ｛Ｃcos ωc ｔ＋φ（ｔ）｝ …（１） ここで、ωc は変調角周波数、ｔは時間、φ（ｔ）は干
渉光の位相変化、Ａ，Ｂは定数、Ｃは位相変調指数であ
る。また位相変調指数Ｃは（νd ・ｎ・ΔＬ／ｖ）に比
例する。ここでνd は角周波数変位、ｎは光ファイバコ
アの屈折率、ΔＬは干渉計の光路差、ｖは光速である。
式（１）中の位相変調指数Ｃは光路差ΔＬに比例する。
従って外側からの圧力によって中空の単円筒型光ファイ
バ圧力センサの光路差が変化すれば、光・電気変換器６
の出力の位相変調指数Ｃも変化することになる。
渉光の位相変化、Ａ，Ｂは定数、Ｃは位相変調指数であ
る。また位相変調指数Ｃは（νd ・ｎ・ΔＬ／ｖ）に比
例する。ここでνd は角周波数変位、ｎは光ファイバコ
アの屈折率、ΔＬは干渉計の光路差、ｖは光速である。
式（１）中の位相変調指数Ｃは光路差ΔＬに比例する。
従って外側からの圧力によって中空の単円筒型光ファイ
バ圧力センサの光路差が変化すれば、光・電気変換器６
の出力の位相変調指数Ｃも変化することになる。
【００１２】図２は図１の位相変調指数・圧力算出器の
構成例を示す図である。図２の回路は、前記式（１）で
示される光・電気変換信号Ｉを入力する高調波成分検出
回路５０と、この高調波成分検出回路５０の出力信号を
入力する高調波成分振幅比算出回路６０と、この高調波
成分振幅比算出回路６０の出力信号を入力し、圧力算出
値を出力する位相変調指数・圧力算出回路７０とで構成
されている。高調波成分検出回路５０は、４つの乗算器
５１ａ〜５１ｄと対応する４つのローパスフィルタ（以
下ＬＰＦという）５２ａ〜５２ｄを内蔵しており、入力
信号Ｉは、４つの乗算器５１ａ〜５１ｄの一方の入力端
にそれぞれ供給される。そして４つの乗算器５１ａ〜５
１ｄの他方の入力端には、式（１）の変調角周波数の基
本波及び第２〜第４高調波であるcos ωc ｔ、cos ２ω
c ｔ、cos ３c ｔ及びcos ４ωc ｔが入力され、各乗算
器においてそれぞれ乗算がさなれる。そしてこれらの乗
算結果は、それぞれ対応するＬＰＦ５２ａ〜５２ｄによ
り同期検波され、基本波、第２高周波、第３高周波及び
第４高周波の振幅に相当する信号が出力される。
構成例を示す図である。図２の回路は、前記式（１）で
示される光・電気変換信号Ｉを入力する高調波成分検出
回路５０と、この高調波成分検出回路５０の出力信号を
入力する高調波成分振幅比算出回路６０と、この高調波
成分振幅比算出回路６０の出力信号を入力し、圧力算出
値を出力する位相変調指数・圧力算出回路７０とで構成
されている。高調波成分検出回路５０は、４つの乗算器
５１ａ〜５１ｄと対応する４つのローパスフィルタ（以
下ＬＰＦという）５２ａ〜５２ｄを内蔵しており、入力
信号Ｉは、４つの乗算器５１ａ〜５１ｄの一方の入力端
にそれぞれ供給される。そして４つの乗算器５１ａ〜５
１ｄの他方の入力端には、式（１）の変調角周波数の基
本波及び第２〜第４高調波であるcos ωc ｔ、cos ２ω
c ｔ、cos ３c ｔ及びcos ４ωc ｔが入力され、各乗算
器においてそれぞれ乗算がさなれる。そしてこれらの乗
算結果は、それぞれ対応するＬＰＦ５２ａ〜５２ｄによ
り同期検波され、基本波、第２高周波、第３高周波及び
第４高周波の振幅に相当する信号が出力される。
【００１３】高調波成分振幅比算出回路６０は、２つの
乗算器６１ａ，６１ｂを内蔵しており、除算器６１ａは
ＬＰＦ５２ａから入力する基本波の信号振幅をＬＰＦ５
２ｃから入力する第３高調波の信号振幅で除算した値
（奇数高調波振幅比）を出力し、除算器６１ｂはＬＰＦ
５２ｂから入力する第２高調波の信号振幅をＬＰＦ５２
ｄから入力する第４高調波の信号振幅で除算した値（偶
数高周波振幅比）を出力する。位相変調指数・圧力算出
回路７０は、ＣＰＵ７１とＲＯＭ７２とＲＡＭ７３とを
内蔵しており、ＲＯＭ７２には、位相変調指数を算出す
るための演算プログラムや、あらかじめ位相変調指数と
対応する圧力とを較正して求めた較正データについての
テーブルメモリや較正曲線データ等が格納されている。
ＣＰＵ７１は、除算器６１ａ，６１ｂの出力する奇数、
偶数高周波振幅比の信号が位相変調指数Ｃのみにより規
定される値であることから、ＲＯＭ７２に格納されてい
る演算プログラムを用いてまず位相変調指数Ｃを算出
し、次にこの位相変調指数Ｃからあらかじめ較正された
較正用テーブルメモリ又は較正曲線を用いて対応する圧
力を算出して出力する。
乗算器６１ａ，６１ｂを内蔵しており、除算器６１ａは
ＬＰＦ５２ａから入力する基本波の信号振幅をＬＰＦ５
２ｃから入力する第３高調波の信号振幅で除算した値
（奇数高調波振幅比）を出力し、除算器６１ｂはＬＰＦ
５２ｂから入力する第２高調波の信号振幅をＬＰＦ５２
ｄから入力する第４高調波の信号振幅で除算した値（偶
数高周波振幅比）を出力する。位相変調指数・圧力算出
回路７０は、ＣＰＵ７１とＲＯＭ７２とＲＡＭ７３とを
内蔵しており、ＲＯＭ７２には、位相変調指数を算出す
るための演算プログラムや、あらかじめ位相変調指数と
対応する圧力とを較正して求めた較正データについての
テーブルメモリや較正曲線データ等が格納されている。
ＣＰＵ７１は、除算器６１ａ，６１ｂの出力する奇数、
偶数高周波振幅比の信号が位相変調指数Ｃのみにより規
定される値であることから、ＲＯＭ７２に格納されてい
る演算プログラムを用いてまず位相変調指数Ｃを算出
し、次にこの位相変調指数Ｃからあらかじめ較正された
較正用テーブルメモリ又は較正曲線を用いて対応する圧
力を算出して出力する。
【００１４】なお図１の円筒１１の材料に弾性材を使用
することにより、光ファイバ圧力センサ部１０に印加す
る圧力は、静圧のみならず脈動する動圧（但し円筒１１
の基本共振周波数以内における動圧である）をも測定す
ることができる。光ファイバ圧力センサの感度は円筒、
円形振動板等弾性材の変位に比例します。弾性材の変位
の周波数特性は一般的に図１の様に描けます。基本共振
周波数まで変位は周波数に関係なく一定になり、その後
小さくなります。したがって、光ファイバ圧力センサの
感度は弾性材の基本共振周波数まで一定になり、ある周
波数範囲の動圧を測定するのならば、基本共振以下で利
用するのが有利になります。以上のように図１の実施形
態１によれば、ＦＭ変調したレーザ光を光源として、単
円筒型光ファイバ圧力測定装置を用いて、液体や気体の
静圧及び動圧を測定することができる。
することにより、光ファイバ圧力センサ部１０に印加す
る圧力は、静圧のみならず脈動する動圧（但し円筒１１
の基本共振周波数以内における動圧である）をも測定す
ることができる。光ファイバ圧力センサの感度は円筒、
円形振動板等弾性材の変位に比例します。弾性材の変位
の周波数特性は一般的に図１の様に描けます。基本共振
周波数まで変位は周波数に関係なく一定になり、その後
小さくなります。したがって、光ファイバ圧力センサの
感度は弾性材の基本共振周波数まで一定になり、ある周
波数範囲の動圧を測定するのならば、基本共振以下で利
用するのが有利になります。以上のように図１の実施形
態１によれば、ＦＭ変調したレーザ光を光源として、単
円筒型光ファイバ圧力測定装置を用いて、液体や気体の
静圧及び動圧を測定することができる。
【００１５】また光ファイバ圧力センサ部１０または上
蓋１２及び下蓋１３の取付けられた円筒１１と第１及び
第２の光ファイバ４ａ，４ｂを液体や気体の流体中に設
置しても、これらはいずれも電気回路を持たないため、
絶縁不良が発生することがなく、流体中に設置して使用
しても長期間の信頼性が得られる。また光ファイバ圧力
センサ部１０は、円筒１１への印加圧力を検出するセン
サ機能のみならず、光ファイバを用いた信号伝送路とし
ての機能をも有しているので、この機能を利用して複数
の測定箇所の圧力を同時に測定する計測システムを構成
するのに、きわめて適しており、この計測システムの具
体例は実施形態４において説明する。
蓋１２及び下蓋１３の取付けられた円筒１１と第１及び
第２の光ファイバ４ａ，４ｂを液体や気体の流体中に設
置しても、これらはいずれも電気回路を持たないため、
絶縁不良が発生することがなく、流体中に設置して使用
しても長期間の信頼性が得られる。また光ファイバ圧力
センサ部１０は、円筒１１への印加圧力を検出するセン
サ機能のみならず、光ファイバを用いた信号伝送路とし
ての機能をも有しているので、この機能を利用して複数
の測定箇所の圧力を同時に測定する計測システムを構成
するのに、きわめて適しており、この計測システムの具
体例は実施形態４において説明する。
【００１６】実施形態２．図３は本発明の実施形態２に
係る光ファイバを用いた圧力測定装置を示す図であり、
図の１〜７は図１と同一のものである。図３は図１の単
円筒の代りに、２つの円筒、即ち内円筒２１と外円筒２
２とを同心円状に配置し、２つの円筒の両端にはドーナ
ツ状の蓋を取付け、内・外円筒２１，２２間を空気室に
している。そして外円筒２２の外側面に第１の光ファイ
バ４ａを、また内円筒２１の空気室側の側面に第２の光
ファイバ４ｂをそれぞれ巻き付けるが、この場合に、第
１の光ファイバ４ａの長さを第２の光ファイバ４ｂの長
さより短くして光路差ΔＬが生じるように巻き付ける。
係る光ファイバを用いた圧力測定装置を示す図であり、
図の１〜７は図１と同一のものである。図３は図１の単
円筒の代りに、２つの円筒、即ち内円筒２１と外円筒２
２とを同心円状に配置し、２つの円筒の両端にはドーナ
ツ状の蓋を取付け、内・外円筒２１，２２間を空気室に
している。そして外円筒２２の外側面に第１の光ファイ
バ４ａを、また内円筒２１の空気室側の側面に第２の光
ファイバ４ｂをそれぞれ巻き付けるが、この場合に、第
１の光ファイバ４ａの長さを第２の光ファイバ４ｂの長
さより短くして光路差ΔＬが生じるように巻き付ける。
【００１７】そして図１の場合と同様に、２つの光ファ
イバ４ａ，４ｂの一端を分岐用光カプラ３と結合させ、
その他端を干渉用光カプラ５と結合させることにより光
干渉計を構成している。なお光カプラ３，５、光ファイ
バ４ａ，４ｂ及び同心状の２重円筒２１，２２により光
ファイバ圧力センサ部２０が構成される。図３は２重円
筒筒型光ファイバ圧力測定装置の構成例を示すものであ
り、図１の構成との相違点は、光ファイバ圧力センサ部
２０のみである。従ってここでは、光ファイバ圧力セン
サ部２０のみの説明を行うが、その他の機器は図１の場
合と全く同一の動作を行う。
イバ４ａ，４ｂの一端を分岐用光カプラ３と結合させ、
その他端を干渉用光カプラ５と結合させることにより光
干渉計を構成している。なお光カプラ３，５、光ファイ
バ４ａ，４ｂ及び同心状の２重円筒２１，２２により光
ファイバ圧力センサ部２０が構成される。図３は２重円
筒筒型光ファイバ圧力測定装置の構成例を示すものであ
り、図１の構成との相違点は、光ファイバ圧力センサ部
２０のみである。従ってここでは、光ファイバ圧力セン
サ部２０のみの説明を行うが、その他の機器は図１の場
合と全く同一の動作を行う。
【００１８】光ファイバ圧力センサ部２０においては、
内・外円筒２１，２２間を空気室にしているため、この
センサ部２０を被測定流体中に設置し、この被測定流体
の圧力が内円筒２１及び外円筒２２に加わると、内円筒
２１は膨らむ方向に、外円筒２２は潰される方向にそれ
ぞれ変形し、内円筒２１に巻き付けられた光ファイバ４
ｂは伸び、外円筒２２に巻き付けられた光ファイバ４ａ
は縮む。即ち２つの光ファイバ４ａ，４ｂはそれぞれ逆
方向に伸縮し、光干渉計の光路差は、予め設定された長
さのΔＬより増加する方向に変化し、印加圧力の増加と
共に光路差も大きくなる。そしてこの光路差の増加分は
図１の場合の２倍となるから（図１の場合は、第１の光
ファイバ４ａのみが縮み、第２の光ファイバ４ｂの長さ
は変化していないので）、圧力に対するセンサ感度も図
１の２倍となる。そして図３の光ファイバ圧力センサ部
２０も、内・外円筒２１，２２の材料に弾性材を使用す
ることにより、静圧のみならず変動する動圧の測定が可
能となり、液体や気体中に設置して使用しても長期間の
信頼性が得られる。また複数箇所の圧力の同時計測に適
している点は、同１の場合と全く同様であり、図５にお
いてこの複数圧力測定装置を説明する。
内・外円筒２１，２２間を空気室にしているため、この
センサ部２０を被測定流体中に設置し、この被測定流体
の圧力が内円筒２１及び外円筒２２に加わると、内円筒
２１は膨らむ方向に、外円筒２２は潰される方向にそれ
ぞれ変形し、内円筒２１に巻き付けられた光ファイバ４
ｂは伸び、外円筒２２に巻き付けられた光ファイバ４ａ
は縮む。即ち２つの光ファイバ４ａ，４ｂはそれぞれ逆
方向に伸縮し、光干渉計の光路差は、予め設定された長
さのΔＬより増加する方向に変化し、印加圧力の増加と
共に光路差も大きくなる。そしてこの光路差の増加分は
図１の場合の２倍となるから（図１の場合は、第１の光
ファイバ４ａのみが縮み、第２の光ファイバ４ｂの長さ
は変化していないので）、圧力に対するセンサ感度も図
１の２倍となる。そして図３の光ファイバ圧力センサ部
２０も、内・外円筒２１，２２の材料に弾性材を使用す
ることにより、静圧のみならず変動する動圧の測定が可
能となり、液体や気体中に設置して使用しても長期間の
信頼性が得られる。また複数箇所の圧力の同時計測に適
している点は、同１の場合と全く同様であり、図５にお
いてこの複数圧力測定装置を説明する。
【００１９】実施形態３．図４は本発明の実施形態３に
係る光ファイバを用いた圧力測定装置を示す図であり、
図の１〜７は図１及び図３と同一のものである。図４
は、図１の単円筒又は図３の２重円筒の代りに、円筒筐
体３１の両端にそれぞれ円形振動板を取付け、円筒筐体
３１の内部を空気室にしている。そして一方の円形振動
板３２の外側面に第１の光ファイバ４ａを、また他方の
円形振動板３３の空気室側の側面に第２の光ファイバ４
ｂをそれぞれコイル状に巻いて取付ける（例えば接着す
る）が、この場合に、第１の光ファイバ４ａの長さを第
２の光ファイバ４ｂより短くして光路差ΔＬが生じるよ
うに取付ける。
係る光ファイバを用いた圧力測定装置を示す図であり、
図の１〜７は図１及び図３と同一のものである。図４
は、図１の単円筒又は図３の２重円筒の代りに、円筒筐
体３１の両端にそれぞれ円形振動板を取付け、円筒筐体
３１の内部を空気室にしている。そして一方の円形振動
板３２の外側面に第１の光ファイバ４ａを、また他方の
円形振動板３３の空気室側の側面に第２の光ファイバ４
ｂをそれぞれコイル状に巻いて取付ける（例えば接着す
る）が、この場合に、第１の光ファイバ４ａの長さを第
２の光ファイバ４ｂより短くして光路差ΔＬが生じるよ
うに取付ける。
【００２０】そして図１の場合と同様に、２つの光ファ
イバ４ａ，４ｂの一端を分岐用光カプラ３と結合させ、
その他端を干渉用光カプラ３と結合させることにより光
干渉計を構成している。なお、光カプラ３，５、光ファ
イバ４ａ，４ｂ及び円形振動板３２，３３の取付けられ
た円筒筐体３１により光ファイバ圧力センサ部３０が構
成される。図４は振動板型光ファイバ圧力測定装置の構
成例を示すものであり、図１の構成との相違点は、光フ
ァイバ圧力センサ部３０のみである。従ってここでは、
光ファイバ圧力センサ部３０のみの説明を行うが、その
他の機器は図１の場合と全く同一の動作を行う。
イバ４ａ，４ｂの一端を分岐用光カプラ３と結合させ、
その他端を干渉用光カプラ３と結合させることにより光
干渉計を構成している。なお、光カプラ３，５、光ファ
イバ４ａ，４ｂ及び円形振動板３２，３３の取付けられ
た円筒筐体３１により光ファイバ圧力センサ部３０が構
成される。図４は振動板型光ファイバ圧力測定装置の構
成例を示すものであり、図１の構成との相違点は、光フ
ァイバ圧力センサ部３０のみである。従ってここでは、
光ファイバ圧力センサ部３０のみの説明を行うが、その
他の機器は図１の場合と全く同一の動作を行う。
【００２１】光ファイバ圧力センサ部３０においては、
円筒筐体３１内を空気室にしているため、このセンサ部
３０を被測定流体中に設置し、この被測定流体の圧力が
円形振動板３２，３３に加わると、それぞれ空気室側に
たわむ。そして円形振動板３２の外側に取付けられた第
１の光ファイバ４ａは縮み、円形振動板３３の内側（空
気室側）に取付けられた第２の光ファイバ４ｂは伸び
る。即ち２つの光ファイバ４ａ，４ｂはそれぞれ逆方向
に伸縮し、光干渉計の光路差は、予め設定された長さの
ΔＬより増加する方向に変化し、印加圧力の増加と共に
大きくなる。そしてこの光路差の増加分は図１の場合の
２倍となるから、圧力に対するセンサ感度も図１の２倍
となる。
円筒筐体３１内を空気室にしているため、このセンサ部
３０を被測定流体中に設置し、この被測定流体の圧力が
円形振動板３２，３３に加わると、それぞれ空気室側に
たわむ。そして円形振動板３２の外側に取付けられた第
１の光ファイバ４ａは縮み、円形振動板３３の内側（空
気室側）に取付けられた第２の光ファイバ４ｂは伸び
る。即ち２つの光ファイバ４ａ，４ｂはそれぞれ逆方向
に伸縮し、光干渉計の光路差は、予め設定された長さの
ΔＬより増加する方向に変化し、印加圧力の増加と共に
大きくなる。そしてこの光路差の増加分は図１の場合の
２倍となるから、圧力に対するセンサ感度も図１の２倍
となる。
【００２２】なお図４の円形振動板は円筒に比べ変形し
やすいので、円筒型と比較して短いファイバでそれと同
程度の感度を得られる。円筒、円形振動板の基本振動周
波数は次式（２），（３）のように表せます。
やすいので、円筒型と比較して短いファイバでそれと同
程度の感度を得られる。円筒、円形振動板の基本振動周
波数は次式（２），（３）のように表せます。
【００２３】
【数１】
【００２４】さらに図４の光ファイバ圧力センサ部３０
も、液体や気体中に設置して使用しても長期間の信頼性
が得られ、また複数箇所の圧力の同時計測にも適してい
る点は、図１の場合と同様である。
も、液体や気体中に設置して使用しても長期間の信頼性
が得られ、また複数箇所の圧力の同時計測にも適してい
る点は、図１の場合と同様である。
【００２５】実施形態４．図５は本発明の実施形態４に
係る光ファイバを用いた複数圧力測定装置を示す図であ
り、図の２，６及び７は図１と同一のものである。図５
において、＃１〜＃３光ファイバ圧力センサ部１００
Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，…は、図１，３，４の光ファ
イバ圧力センサ部１０，２０，３０のいずれのタイプの
ものも使用可能であり、それぞれ距離を隔てた複数の圧
力測定位置（勿論液体又は気体中の測定位置）に設置さ
れたものである。
係る光ファイバを用いた複数圧力測定装置を示す図であ
り、図の２，６及び７は図１と同一のものである。図５
において、＃１〜＃３光ファイバ圧力センサ部１００
Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，…は、図１，３，４の光ファ
イバ圧力センサ部１０，２０，３０のいずれのタイプの
ものも使用可能であり、それぞれ距離を隔てた複数の圧
力測定位置（勿論液体又は気体中の測定位置）に設置さ
れたものである。
【００２６】図５において、４０はパルス化レーザ光発
生器であり、パルス化されたＦＭ変調レーザ光を発生す
る。４１，４４はそれぞれ光ファイバ、４２ａ，４２
ｂ，４２ｃ，…はそれぞれ入射光を２つに分岐して出射
する光カプラ、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，…はそれぞれ
２つの入射光を結合して出射する光カプラである。４３
ａ，４３ｂ，４３ｃ，…及び４６ａ，４６ｂ，４４ｃ，
…はそれぞれ遅延用光ファイバであり、この各遅延用光
ファイバ内を光が伝播する際にそれぞれ遅延時間ｔが発
生するように光ファイバを所定長さだけ巻いて構成した
ものである。
生器であり、パルス化されたＦＭ変調レーザ光を発生す
る。４１，４４はそれぞれ光ファイバ、４２ａ，４２
ｂ，４２ｃ，…はそれぞれ入射光を２つに分岐して出射
する光カプラ、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，…はそれぞれ
２つの入射光を結合して出射する光カプラである。４３
ａ，４３ｂ，４３ｃ，…及び４６ａ，４６ｂ，４４ｃ，
…はそれぞれ遅延用光ファイバであり、この各遅延用光
ファイバ内を光が伝播する際にそれぞれ遅延時間ｔが発
生するように光ファイバを所定長さだけ巻いて構成した
ものである。
【００２７】図５の動作を説明する。図１，３，４にお
けるレーザ光発生器１は、例えばＦＭ変調された搬送波
（連続波）に基づいて生成された光信号を発生するもの
でよい。しかし図５のパルス化レーザ光発生器４０は、
ＦＭ変調された搬送波をさらにパルス化した信号に基づ
いて生成された光信号を発生するものである。このパル
ス化されたＦＭ変調レーザ光は、光ファイバ４１を介し
て最初の光カプラ４２ａに入射され、この光カプラ４２
ａによって２つに分岐された光の一方は＃１光ファイバ
圧力センサ部１００Ａに入射され、その他方は遅延用光
ファイバ４３ａを介して時間ｔだけ遅れた光信号として
２番目の光カプラ４２ｂに入射される。同様に、光カプ
ラ４２ｂによって２つに分岐された光の一方は＃２光フ
ァイバ圧力センサ部１００Ｂに入射され、その他方は遅
延用光ファイバ４３ｂを介してさらに時間ｔだけ遅れた
光信号として３番目の光カプラ４２ｃに入射される。以
下同様に前段より時間ｔだけ遅延した光信号が後段の光
ファイバ圧力センサ部に順次供給される本接続方式を採
用することにより、例えば５０チャネル程度の光ファイ
バ圧力センサ部を接続したシステムを容易に構成するこ
とができる。
けるレーザ光発生器１は、例えばＦＭ変調された搬送波
（連続波）に基づいて生成された光信号を発生するもの
でよい。しかし図５のパルス化レーザ光発生器４０は、
ＦＭ変調された搬送波をさらにパルス化した信号に基づ
いて生成された光信号を発生するものである。このパル
ス化されたＦＭ変調レーザ光は、光ファイバ４１を介し
て最初の光カプラ４２ａに入射され、この光カプラ４２
ａによって２つに分岐された光の一方は＃１光ファイバ
圧力センサ部１００Ａに入射され、その他方は遅延用光
ファイバ４３ａを介して時間ｔだけ遅れた光信号として
２番目の光カプラ４２ｂに入射される。同様に、光カプ
ラ４２ｂによって２つに分岐された光の一方は＃２光フ
ァイバ圧力センサ部１００Ｂに入射され、その他方は遅
延用光ファイバ４３ｂを介してさらに時間ｔだけ遅れた
光信号として３番目の光カプラ４２ｃに入射される。以
下同様に前段より時間ｔだけ遅延した光信号が後段の光
ファイバ圧力センサ部に順次供給される本接続方式を採
用することにより、例えば５０チャネル程度の光ファイ
バ圧力センサ部を接続したシステムを容易に構成するこ
とができる。
【００２８】このようにパルス化されたＦＭ変調レーザ
光は、まず最初に＃１光ファイバ圧力センサ部１００Ａ
に入射され、この時点から遅延時間ｔの経過後に次の＃
２光ファイバ圧力センサ部１００Ｂに入射されるという
ように、順次時間的にずらされた光信号が各光ファイバ
圧力センサ部に入射される。各光ファイバ圧力センサ部
はこの入射光に基づき印加圧力に応じた干渉光をそれぞ
れ対応する光カプラに出射するので、光・電気変換器６
の入力には、まず＃１光ファイバ圧力センサ部１００Ａ
の出力する干渉光が光カプラ４５ａと光ファイバ４４を
介して入射され、次に＃２光ファイバ圧力センサ部１０
０Ｂの出力する干渉光が光カプラ４５ｂ、遅延用光ファ
イバ４６ａ、光カプラ４５ａ及び光ファイバ４４を介し
て入射される。このようにして光・電気変換器６の入力
には、＃１，＃２，＃３，…＃Ｎ光ファイバ圧部センサ
部の接続順に時分割された多重化光信号が入射される。
パルス化レーザ光発生部４０は、例えばＦＭ変調された
レーザ光の最初のパルス光を発生後休止時間を設け、＃
Ｎ（最後の）光ファイバ圧力センサ部の出力する干渉光
が光・電気変換部６に入射されてから、次のパルス光を
発生するようにすれば、時間的に重複することなく複数
の圧力計測チャネルの計測を繰り返すことができる。
光は、まず最初に＃１光ファイバ圧力センサ部１００Ａ
に入射され、この時点から遅延時間ｔの経過後に次の＃
２光ファイバ圧力センサ部１００Ｂに入射されるという
ように、順次時間的にずらされた光信号が各光ファイバ
圧力センサ部に入射される。各光ファイバ圧力センサ部
はこの入射光に基づき印加圧力に応じた干渉光をそれぞ
れ対応する光カプラに出射するので、光・電気変換器６
の入力には、まず＃１光ファイバ圧力センサ部１００Ａ
の出力する干渉光が光カプラ４５ａと光ファイバ４４を
介して入射され、次に＃２光ファイバ圧力センサ部１０
０Ｂの出力する干渉光が光カプラ４５ｂ、遅延用光ファ
イバ４６ａ、光カプラ４５ａ及び光ファイバ４４を介し
て入射される。このようにして光・電気変換器６の入力
には、＃１，＃２，＃３，…＃Ｎ光ファイバ圧部センサ
部の接続順に時分割された多重化光信号が入射される。
パルス化レーザ光発生部４０は、例えばＦＭ変調された
レーザ光の最初のパルス光を発生後休止時間を設け、＃
Ｎ（最後の）光ファイバ圧力センサ部の出力する干渉光
が光・電気変換部６に入射されてから、次のパルス光を
発生するようにすれば、時間的に重複することなく複数
の圧力計測チャネルの計測を繰り返すことができる。
【００２９】光・電気変換器６は、光ファイバ４４から
入力される時分割された多重化光信号を順次電気信号に
変換して位相変調指数・圧力算出器７に供給するので、
位相変調指数・圧力算出器７は、図１，２の説明のよう
に、順次＃１，＃２，＃３光ファイバ圧力センサ部１０
０Ａ，１００Ｂ，１００Ｃへの各印加圧力値を算出して
出力する。ここで注目すべきことは、図５の光カプラ４
２ａへの入力側の光源機器と光カプラ４５ａからの出力
側の計測機器（即ち電気機器）は一組だけ設け、光ファ
イバ圧力センサ部のみを測定場所に所要数だけ設置し、
光源からの出射光を各光ファイバ圧力センサ部にそれぞ
れ入射させるまでの前記遅延用光ファイバ４３ａ，４３
ｂ，４３ｃ，…を含む複数の各入射用光ファイバの長さ
と、各光ファイバ圧力センサ部からの出射光を計測機器
に入射させるまでの前記遅延用光ファイバ４６ａ，４６
ｂ，４６ｃ，…を含む対応する複数の各出射用光ファイ
バの長さとの合計長さにそれぞれ所定の差を設けておけ
ば、複数の測定場所の圧力を時分割の多重化によってほ
ぼ同時に測定できる計測システムがきわめて経済的に構
成できるこである。また複数の測定場所がそれぞれ遠隔
地であっても、光ファイバの長さのみの変更ですむの
で、システムのコスト増を小幅に抑えることができる。
入力される時分割された多重化光信号を順次電気信号に
変換して位相変調指数・圧力算出器７に供給するので、
位相変調指数・圧力算出器７は、図１，２の説明のよう
に、順次＃１，＃２，＃３光ファイバ圧力センサ部１０
０Ａ，１００Ｂ，１００Ｃへの各印加圧力値を算出して
出力する。ここで注目すべきことは、図５の光カプラ４
２ａへの入力側の光源機器と光カプラ４５ａからの出力
側の計測機器（即ち電気機器）は一組だけ設け、光ファ
イバ圧力センサ部のみを測定場所に所要数だけ設置し、
光源からの出射光を各光ファイバ圧力センサ部にそれぞ
れ入射させるまでの前記遅延用光ファイバ４３ａ，４３
ｂ，４３ｃ，…を含む複数の各入射用光ファイバの長さ
と、各光ファイバ圧力センサ部からの出射光を計測機器
に入射させるまでの前記遅延用光ファイバ４６ａ，４６
ｂ，４６ｃ，…を含む対応する複数の各出射用光ファイ
バの長さとの合計長さにそれぞれ所定の差を設けておけ
ば、複数の測定場所の圧力を時分割の多重化によってほ
ぼ同時に測定できる計測システムがきわめて経済的に構
成できるこである。また複数の測定場所がそれぞれ遠隔
地であっても、光ファイバの長さのみの変更ですむの
で、システムのコスト増を小幅に抑えることができる。
【００３０】なお図５においては、分岐用光カプラ４２
ａ，４２ｂ，４２ｃ，…は入射光を２つに分岐して出射
し、結合用光カプラ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，…は２つ
の入射光を結合して出射するものであるため、圧力測定
数と同数の光カプラをそれぞれ使用して、順次光の分岐
と結合を行う場合の例を示した。しかし本発明は必ずし
もこのような構成に限定されるものではなく、光の分岐
数と結合数の多い光カプラをそれぞれ使用することによ
って光カプラの必要数を低減することができる。例えば
圧力測定数が３〜４点の場合には、１つの分岐用光カプ
ラによる一括光分岐と、１つの結合用光カプラによる一
括光結合を行い、前記のように各光ファイバ圧力センサ
部への入射用光ファイバと対応する出射用光ファイバの
合計長さにそれぞれ差を設けるようにすれば、部品点数
の少い経済的な計測システムを構成できる。
ａ，４２ｂ，４２ｃ，…は入射光を２つに分岐して出射
し、結合用光カプラ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，…は２つ
の入射光を結合して出射するものであるため、圧力測定
数と同数の光カプラをそれぞれ使用して、順次光の分岐
と結合を行う場合の例を示した。しかし本発明は必ずし
もこのような構成に限定されるものではなく、光の分岐
数と結合数の多い光カプラをそれぞれ使用することによ
って光カプラの必要数を低減することができる。例えば
圧力測定数が３〜４点の場合には、１つの分岐用光カプ
ラによる一括光分岐と、１つの結合用光カプラによる一
括光結合を行い、前記のように各光ファイバ圧力センサ
部への入射用光ファイバと対応する出射用光ファイバの
合計長さにそれぞれ差を設けるようにすれば、部品点数
の少い経済的な計測システムを構成できる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、周波数変
調されたレーザ光を発生し、該発生されたレーザ光を２
つに分岐してそれぞれ第１の光ファイバと第２の光ファ
イバの一端より入射し、該第１の光ファイバと第２の光
ファイバをそれぞれ特定容器の異なる位置に、前記２つ
の光ファイバ間に光路差が生じるように巻き付け、前記
第１の光ファイバと第２の光ファイバの他端より出射さ
れる２つの光を結合した干渉光を出射すると共に、少く
とも前記特定容器と第１及び第２の光ファイバは被測定
流体中に設置し、該被測定流体の圧力が増加すると前記
特定容器の変形又は変位に基づき前記２つの光ファイバ
間の光路差が増加するように前記２つの光ファイバのい
ずれか一方又は両方の長さを変化させ、前記圧力の変化
による光路差の変化に対応した前記干渉光を出射し、前
記出射された干渉光を電気信号に変換し、該変換された
電気信号からまず位相変調指数を算出して次に該位相変
調指数に対応する圧力を算出するようにしたので、被測
定流体中に設置する光ファイバを用いた圧力検出部分は
電気回路を有しないため、例えば水中等で長期間使用し
ても絶縁不良が発生することがなく、長期間の信頼性が
得られるという効果がある。
調されたレーザ光を発生し、該発生されたレーザ光を２
つに分岐してそれぞれ第１の光ファイバと第２の光ファ
イバの一端より入射し、該第１の光ファイバと第２の光
ファイバをそれぞれ特定容器の異なる位置に、前記２つ
の光ファイバ間に光路差が生じるように巻き付け、前記
第１の光ファイバと第２の光ファイバの他端より出射さ
れる２つの光を結合した干渉光を出射すると共に、少く
とも前記特定容器と第１及び第２の光ファイバは被測定
流体中に設置し、該被測定流体の圧力が増加すると前記
特定容器の変形又は変位に基づき前記２つの光ファイバ
間の光路差が増加するように前記２つの光ファイバのい
ずれか一方又は両方の長さを変化させ、前記圧力の変化
による光路差の変化に対応した前記干渉光を出射し、前
記出射された干渉光を電気信号に変換し、該変換された
電気信号からまず位相変調指数を算出して次に該位相変
調指数に対応する圧力を算出するようにしたので、被測
定流体中に設置する光ファイバを用いた圧力検出部分は
電気回路を有しないため、例えば水中等で長期間使用し
ても絶縁不良が発生することがなく、長期間の信頼性が
得られるという効果がある。
【図１】本発明の実施形態１に係る光ファイバを用いた
圧力測定装置を示す図である。
圧力測定装置を示す図である。
【図２】図１の位相変調指数・圧力算出器の構成例を示
す図である。
す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る光ファイバを用いた
圧力測定装置を示す図である。
圧力測定装置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る光ファイバを用いた
圧力測定装置を示す図である。
圧力測定装置を示す図である。
【図５】本発明の実施形態４に係る光ファイバを用いた
複数圧力測定装置を示す図である。
複数圧力測定装置を示す図である。
１ レーザ光発生器 ２ ＦＭ変調信号発生器 ３ 光カプラ ４ａ 第１の光ファイバ ４ｂ 第２の光ファイバ ５ 光カプラ ６ 光・電気変換器 ７ 位相変調指数・圧力算出器 １０ 光ファイバ圧力センサ部 １１ 円筒 １２ 上蓋 １３ 下蓋
Claims (8)
- 【請求項１】 周波数変調されたレーザ光を発生し、該
発生されたレーザ光を２つに分岐してそれぞれ第１の光
ファイバと第２の光ファイバの一端より入射し、該第１
の光ファイバと第２の光ファイバをそれぞれ特定容器の
異なる位置に、前記２つの光ファイバ間に光路差が生じ
るように巻き付け、前記第１の光ファイバと第２の光フ
ァイバの他端より出射される２つの光を結合した干渉光
を出射すると共に、少くとも前記特定容器と第１及び第
２の光ファイバは被測定流体中に設置し、該被測定流体
の圧力が増加すると前記特定容器の変形又は変位に基づ
き前記２つの光ファイバ間の光路差が増加するように前
記２つの光ファイバのいずれか一方又は両方の長さを変
化させ、前記圧力の変化による光路差の変化に対応した
前記干渉光を出射し、前記出射された干渉光を電気信号
に変換し、該変換された電気信号からまず位相変調指数
を算出して次に該位相変調指数に対応する圧力を算出す
ることを特徴とする光ファイバを用いた圧力測定方法。 - 【請求項２】 周波数変調されパルス化されたレーザ光
を発生し、該発生されたレーザ光を複数に分岐してそれ
ぞれ入射用光ファイバを介して対応する複数の光ファイ
バ圧力センサに入射すると共に該複数の光ファイバ圧力
センサからそれぞれ出射用光ファイバを介して出射させ
る際に、複数の各入射用光ファイバと対応する各出射用
光ファイバの合計長さにそれぞれ差を設けることにより
前記複数の光ファイバ圧力センサからそれぞれ出射用光
ファイバを介して出射させる出射光に時間差を持たせ、
該時間差のある複数の出射光を結合して時分割多重光信
号を形成し、該時分割多重光信号を順次電気信号に変換
し、該時分割電気信号から順次位相変調指数を算出して
さらに該位相変調指数に対応する圧力値を算出すること
により複数の圧力を時分割で測定する光ファイバを用い
た圧力測定方法において、 前記複数の各光ファイバ圧力センサは、対応する入射用
光ファイバからの入射光を２つに分岐してそれぞれ第１
の光ファイバと第２の光ファイバの一端より入射し、該
第１の光ファイバと第２の光ファイバをそれぞれ特定容
器の異なる位置に、前記第１及び第２の光ファイバ間に
光路差が生じるように巻き付け、前記第１の光ファイバ
と第２の光ファイバの他端より出射される２つの光を結
合した干渉光を出射すると共に、少くとも前記特定容器
と第１及び第２の光ファイバは被測定流体中に設置し、
該被測定流体の圧力が増加すると前記特定容器の変形又
は変位に基づき前記２つの光ファイバ間の光路差が増加
するように前記２つの光ファイバのいずれか一方又は両
方の長さを変化させ、前記圧力の変化による光路差の変
化に対応した前記干渉光を出射するように構成されるこ
とを特徴とする光ファイバを用いた圧力測定方法。 - 【請求項３】 周波数変調されたレーザ光を発生するレ
ーザ光源と、 前記レーザ光源から出射された入射光を第１の光カプラ
が２つに分岐して出射し、該第１の光カプラが出射する
２つの光をそれぞれ第１の光ファイバと第２の光ファイ
バの一端より入射し、該第１の光ファイバと第２の光フ
ァイバを、円筒の両端に剛体の蓋を有し円筒内部を空気
室にした円筒の側面といずれか一方の蓋に、前記２つの
光ファイバ間に光路差が生じるようにそれぞれ巻き付
け、第２の光カプラが前記第１の光ファイバと第２の光
ファイバの他端から出射される２つの光を結合した干渉
光を出射するように構成した光ファイバ圧力検出手段で
あって、該光ファイバ圧力検出手段または少くとも前記
円筒と第１及び第２の光ファイバが被測定流体中に設置
されると共に、該被測定流体の圧力が増加すると前記円
筒の変形に基づき、前記２つの光ファイバ間の光路差が
増加するように前記円筒の側面に巻き付けられた第１の
光ファイバの長さを変化させ、前記圧力の変化による光
路差の変化に対応した前記干渉光を前記第２の光カプラ
が出射する光ファイバ圧力検出手段と、 前記光ファイバ圧力検出手段内の第２の光カプラの出射
光を電気信号に変換して出力する光・電気変換手段と、 前記光・電気変換手段の出力する電気信号からまず位相
変調指数を算出し、次に該位相変調指数に対応する圧力
を算出する位相変調指数・圧力算出手段とを備えたこと
を特徴とする光ファイバを用いた圧力測定装置。 - 【請求項４】 周波数変調されたレーザ光を発生するレ
ーザ光源と、 前記レーザ光源から出射された入射光を第１の光カプラ
が２つに分岐して出射し、該第１の光カプラが出射する
２つの光をそれぞれ第１の光ファイバと第２の光ファイ
バの一端より入射し、該第１の光ファイバと第２の光フ
ァイバを、２つの円管を同心円状に配置し、その内円筒
と外円筒の両端に蓋を取付け内・外円筒間を空気室にし
た外円筒の外側面と内円筒の空気室側の側面に、前記第
１の光ファイバの長さを第２の光ファイバの長さより短
くして光路差が生じるようにそれぞれ巻き付け、第２の
光カプラが前記第１の光ファイバと第２の光ファイバの
他端から出射される２つの光を結合した干渉光を出射す
るように構成した光ファイバ圧力検出手段であって、該
光ファイバ圧力検出手段または少くとも前記同心円筒と
第１及び第２の光ファイバが被測定流体中に設置される
と共に、該被測定流体の圧力が増加すると前記同心円筒
の変形に基づき前記２つの光ファイバ間の光路差が増加
するように前記第１及び第２の光ファイバの長さをそれ
ぞれ伸縮させ、前記圧力の変化による光路差の変化に対
応した前記干渉光を前記第２の光カプラが出射する光フ
ァイバ圧力検出手段と、 前記光ファイバ圧力検出手段内の第２の光カプラの出射
光を電気信号に変換して出力する光・電気変換手段と、 前記光・電気変換手段の出力する電気信号からまず位相
変調指数を算出し、次に該位相変調指数に対応する圧力
を算出する位相変調指数・圧力算出手段とを備えたこと
を特徴とする光ファイバを用いた圧力測定装置。 - 【請求項５】 周波数変調されたレーザ光を発生するレ
ーザ光源と、 前記レーザ光源から出射された入射光を第１の光カプラ
が２つに分岐して出射し、該第１の光カプラが出射する
２つの光をそれぞれ第１の光ファイバと第２の光ファイ
バの一端より入射し、該第１の光ファイバと第２の光フ
ァイバを、円筒筐体の両端に円形振動板を取付け筐体内
部を空気室にした一方の円形振動板の外側面と他方の円
形振動板の空気室側の側面に、前記第１の光ファイバの
長さを第２の光ファイバの長さより短くして光路差が生
じるようにコイル状に巻いて取付け、第２の光カプラが
前記第１の光ファイバと第２の光ファイバの他端から出
射される２つの光を結合した干渉光を出射するように構
成した光ファイバ圧力検出手段であって、該光ファイバ
圧力検出手段または少くとも前記円筒筐体と第１及び第
２の光ファイバが被測定流体中に設置されると共に、被
測定流体の圧力が増加すると前記円形振動板の変位に基
づき前記２つの光ファイバ間の光路差が増加するように
前記第１及び第２の光ファイバの長さをそれぞれ伸縮さ
せ、前記圧力の変化による光路差の変化に対応した前記
干渉光を前記第２の光カプラが出射する光ファイバ圧力
検出手段と、 前記光ファイバ圧力検出手段内の第２の光カプラの出射
光を電気信号に変換して出力する光・電気変換手段と、 前記光・電気変換手段の出力する電気信号からまず位相
変調指数を算出し、次に該位相変調指数に対応する圧力
を算出する位相変調指数・圧力算出手段とを備えたこと
を特徴とする光ファイバを用いた圧力測定装置。 - 【請求項６】 周波数変調されパルス化されたレーザ光
を発生するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射された入射光を一括又は順次複
数に分岐して出射する単数又は複数の分岐用光カプラ
と、 前記分岐用光カプラの出射する複数の各出射光をそれぞ
れ入射して対応する複数の各光ファイバ圧力検出手段に
出射する複数の入射用光ファイバ及び前記複数の各光フ
ァイバ圧力検出手段の出射する各出射光をそれぞれ入射
して対応する結合用光カプラに出射する複数の出射用光
ファイバであって、前記複数の各入射用光ファイバと対
応する各出射用光ファイバの合計長さにそれぞれ差を設
けた複数の入射用光ファイバ及び出射用光ファイバと、 前記複数の各入射用光ファイバ及び各出射用光ファイバ
とそれぞ対応して接続され、それぞれ圧力を測定する流
体中に設置された複数の光ファイバ圧力検出手段と、 前記複数の出射用光ファイバの出射光を一括又は順次結
合して時分割多重光信号を生成する単数又は複数の結合
用光カプラと、 前記結合用光カプラにより生成された時分割多重光信号
を順次電気信号に変換して出力する光・電気変換手段
と、 前記光・電気変換手段の出力する時分割電気信号から順
次位相変調指数を算出してさらに該位相変調指数に対応
する圧力値を算出することにより複数の圧力を時分割で
測定する位相変調指数・圧力算出手段とを備えた光ファ
イバを用いた圧力測定装置において、 前記複数の各光ファイバ圧力検出手段は、 前記対応する入射用光ファイバからの入射光を２つに分
岐して出射する第１の光カプラと、該第１の光カプラの
出射する２つの光をそれぞれの一端より入射し、それぞ
れの他端からの出射光を第２の光カプラに入射する第１
の光ファイバと第２の光ファイバであって、該第１の光
ファイバと第２の光ファイバは、円筒の両端に剛体の蓋
を有し円筒内部を空気室にした円筒の側面といずれか一
方の蓋に、前記第１及び第２の光ファイバ間に光路差が
生じるようにそれぞれ巻き付けられ、且つ前記被測定流
体が前記円筒に印加する圧力が増加すると該円筒の変形
に基づき前記光路差が増加するように前記円筒の側面に
巻き付けられた第１の光ファイバの長さのみが変化する
第１の光ファイバ及び第２の光ファイバと、該第１及び
第２の光ファイバの他端から出射される２つの光を結合
した干渉光を生成し、前記被測定流体の圧力の変化によ
る光路差の変化に対応した前記干渉光を前記対応する出
射用光ファイバに出射する第２の光カプラとを備えたこ
とを特徴とする光ファイバを用いた圧力測定装置。 - 【請求項７】 前記複数の各光ファイバ圧力検出手段
は、 前記対応する入射用光ファイバからの入射光を２つに分
岐して出射する第１の光カプラと、該第１の光カプラの
出射する２つの光をそれぞれの一端より入射し、それぞ
れの他端からの出射光を第２の光カプラに入射する第１
の光ファイバと第２の光ファイバであって、該第１の光
ファイバと第２の光ファイバは、２つの円管を同心円状
に配置し、その内円筒と外円筒の両端に蓋を取付け内・
外円筒間を空気室にした外円筒の外側面と内円筒の空気
室側の側面に、前記第１の光ファイバの長さを第２の光
ファイバの長さより短くして光路差が生じるようにそれ
ぞれ巻き付けられ、且つ前記被測定流体が前記同心円筒
に印加する圧力が増加すると該同心円筒の変形に基づき
前記光路差が増加するように前記第１及び第２の光ファ
イバの長さがそれぞれ伸縮する第１の光ファイバ及び第
２の光ファイバと、該第１及び第２の光ファイバの他端
から出射される２つの光を結合した干渉光を生成し、前
記被測定流体の圧力の変化による光路差の変化に対応し
た前記干渉光を前記対応する出射用光ファイバに出射す
る第２の光カプラとを備えたことを特徴とする請求項６
記載の光ファイバを用いた圧力測定装置。 - 【請求項８】 前記複数の各光ファイバ圧力検出手段
は、 前記対応する入射用光ファイバからの入射光を２つに分
岐して出射する第１の光カプラと、該第１の光カプラの
出射する２つの光をそれぞれの一端より入射し、それぞ
れの他端からの出射光を第２の光カプラに入射する第１
の光ファイバと第２の光ファイバであって、該第１の光
ファイバと第２の光ファイバは、円筒筐体の両端に円形
振動板を取付け筐体内部を空気室にした一方の円形振動
板の外側面と他方の円形振動板の空気室側の側面に、前
記第１の光ファイバの長さを第２の光ファイバの長さよ
り短くして光路差が生じるようにコイル状に巻いて取付
けられ、且つ前記被測定流体が前記円形振動板に印加す
る圧力が増加すると該円形振動板の変位に基づき前記光
路差が増加するように前記第１及び第２の光ファイバの
長さがそれぞれ伸縮する第１の光ファイバ及び第２の光
ファイバと、該第１及び第２の光ファイバの他端から出
射される２つの光を結合した干渉光を生成し、前記被測
定流体の圧力の変化による光路差の変化に対応した前記
干渉光を前記対応する出射用光ファイバに出射する第２
の光カプラとを備えたことを特徴とする請求項６記載の
光ファイバを用いた圧力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP492796A JPH09196775A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 光ファイバを用いた圧力測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP492796A JPH09196775A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 光ファイバを用いた圧力測定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196775A true JPH09196775A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=11597238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP492796A Pending JPH09196775A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 光ファイバを用いた圧力測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09196775A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002541575A (ja) * | 1999-04-09 | 2002-12-03 | キネティック リミテッド | 光フアイバ検知器集合体 |
| CN100442029C (zh) * | 2006-06-19 | 2008-12-10 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光纤光栅车辆轴重动态称重装置 |
| JP2016099242A (ja) * | 2014-11-21 | 2016-05-30 | 住友電気工業株式会社 | 干渉型光ファイバセンサシステム及び干渉型光ファイバセンサヘッド |
-
1996
- 1996-01-16 JP JP492796A patent/JPH09196775A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002541575A (ja) * | 1999-04-09 | 2002-12-03 | キネティック リミテッド | 光フアイバ検知器集合体 |
| CN100442029C (zh) * | 2006-06-19 | 2008-12-10 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光纤光栅车辆轴重动态称重装置 |
| JP2016099242A (ja) * | 2014-11-21 | 2016-05-30 | 住友電気工業株式会社 | 干渉型光ファイバセンサシステム及び干渉型光ファイバセンサヘッド |
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