JPH102809A - Pressure detector - Google Patents

Pressure detector

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JPH102809A
JPH102809A JP17566096A JP17566096A JPH102809A JP H102809 A JPH102809 A JP H102809A JP 17566096 A JP17566096 A JP 17566096A JP 17566096 A JP17566096 A JP 17566096A JP H102809 A JPH102809 A JP H102809A
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JP
Japan
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pressure
optical fiber
light
pressure detector
core
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Pending
Application number
JP17566096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Migiwa Ando
汀 安藤
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH102809A publication Critical patent/JPH102809A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure detector which has simple construction and which is easily minimize and lightened and which can detect fluid pressure in particular, hydraulic pressure and the like with desired accuracy. SOLUTION: A silica glass fiber to be a core is bent in U shape by heat processing and its both ends are specularly polished. Solution is prepared by dissolving tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinyliden fuluoride ternary copolymer in methylethylketone. Then, the fiber bent in U shape is dipped into this solution and taken out fiber is driednaturally to remove solvent. A clad of 20μm which comprises the ternary copolymer is formed. Both end of obtained optical fiber 2 are mounted through a through hole 41 of a fixture 4 and mounted to terminal parts 3a, 3b. A stainless steel made protecting cover 5 is mounted at a determined position of the fixture 4. The terminal, parts 3a, 3b are respectively connected with an optical power meter of white light source.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを利用
した圧力検出器に関する。本発明の圧力検出器は、空圧
機器、油圧機器、各種化学プラントの配管、反応槽等、
荷重計測機器、衝撃計測機器及び潜水艇などにおいて利
用することができる。
The present invention relates to a pressure detector using an optical fiber. Pressure detector of the present invention, pneumatic equipment, hydraulic equipment, piping of various chemical plants, reaction tanks, etc.
It can be used in load measuring devices, impact measuring devices, submersibles, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より圧力の検出には多様な手段があ
るが、光ファイバを利用した圧力検出器として、以下の
各種のものが開発されている。 (1) 光弾性素子型圧力検出器 透明弾性体の一方向に圧力を加えた場合、テンソル楕円
体で表わされる変形、歪みにより、光に対して複屈折性
結晶のように作用する。この現象を光弾性効果という
が、この効果を利用した光ファイバ圧力計の開発が進め
られている。この圧力計は、光軸を合わせてセットされ
たロッドレンズ付き入出力用光ファイバの間に、偏光
子、光学バイアス用1/4波長板、光弾性素子及び検光
子が配列された構造になっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are various means for detecting pressure. The following various pressure detectors using an optical fiber have been developed. (1) Photoelastic element type pressure detector When pressure is applied to a transparent elastic body in one direction, it acts on light as a birefringent crystal due to deformation and distortion represented by a tensor ellipsoid. This phenomenon is referred to as a photoelastic effect, and the development of an optical fiber pressure gauge utilizing this effect is being promoted. This pressure gauge has a structure in which a polarizer, a quarter-wave plate for optical bias, a photoelastic element, and an analyzer are arranged between an input / output optical fiber with a rod lens set with the optical axis aligned. ing.

【0003】(2) ダイヤフラム反射型圧力検出器 この圧力検出器は、ダイヤフラムの変位による光の反射
の変化を検出し、その信号を光ファイバによって伝送す
るものである。例えばダイヤフラムの両面の圧力がバラ
ンスしている状態の反射光及びタンク内の圧力によって
ダイヤフラムが歪んだ場合の反射光を測定し、その差に
よって圧力を検出する方式のものがある。また、3本の
光ファイバによって光伝送路を構成し、そのうちの2本
を光源よりの送光用、他の1本をダイヤフラムよりの反
射光の受光用としたものもある。この方式は、変調周波
数の異なる2つの光を、それぞれ2本の光ファイバでダ
イヤフラムに照射し、その反射光を検出した後、両者を
分離、比較して圧力信号を得るものである。
(2) Diaphragm reflection type pressure detector This pressure detector detects a change in the reflection of light due to the displacement of the diaphragm, and transmits the signal through an optical fiber. For example, there is a method in which reflected light when the pressure on both sides of the diaphragm is balanced and reflected light when the diaphragm is distorted by the pressure in the tank are measured, and the pressure is detected based on the difference. Also, there is an optical transmission line composed of three optical fibers, two of which are used for transmitting light from a light source and the other one for receiving reflected light from a diaphragm. In this method, two lights having different modulation frequencies are radiated to a diaphragm with two optical fibers, respectively, and after detecting the reflected light, the two are separated and compared to obtain a pressure signal.

【0004】(3) 液晶充填プローブ型圧力検出器 コレステリック液晶C45782 とネマチック液晶VL
−2055Nの混合物では、圧力によって光散乱量の変
化を生じる。これを利用した光散乱圧力検出器を用いた
血圧測定装置が開発されている。実験によれば極く微小
〜4×104 Paの圧力が検出できる。しかし、この圧
力検出器は温度依存性が大きいことが欠点で、実用化の
ためには温度補正を行う必要がある。
(3) Liquid crystal filled probe type pressure detector Cholesteric liquid crystal C 45 H 78 O 2 and nematic liquid crystal VL
In a mixture of -2055N, the pressure causes a change in the amount of light scattering. A blood pressure measurement device using a light scattering pressure detector utilizing this has been developed. According to the experiment, an extremely small pressure of 4 × 10 4 Pa can be detected. However, this pressure sensor is disadvantageous in that it has a large temperature dependency, and it is necessary to perform temperature correction for practical use.

【0005】(4) 光ファイバ機能型音響圧力検出器(光
ファイバ型ハイドロホン) 単一モード光ファイバ中を伝搬している導波光の位相
は、光ファイバに加えられた応力や曲げ等の変形、歪み
による光弾性効果によって変化する。この位相変化は光
ファイバ干渉計を構成することによって精度よく検出す
ることができる。具体的には、単一モード光ファイバに
よるマッハ・ツェンダ干渉計を用いた音響圧の測定用検
出器、即ち光ファイバ型ハイドロホンの開発が進められ
ている。
(4) Optical fiber function type acoustic pressure detector (optical fiber type hydrophone) The phase of the guided light propagating in the single mode optical fiber is changed by the stress or bending applied to the optical fiber. , Due to the photoelastic effect of strain. This phase change can be accurately detected by configuring an optical fiber interferometer. Specifically, a detector for measuring acoustic pressure using a Mach-Zehnder interferometer using a single mode optical fiber, that is, an optical fiber type hydrophone is being developed.

【0006】これはレーザ光源よりの射出光ビームをビ
ームスプリッタで二分し、その一方を信号検出用光ファ
イバに、他方を参照光用光ファイバに結合したものであ
る。光ファイバをコイル状に巻いた信号アームに音響圧
力信号が加わった場合、信号アームに導波光の位相変化
を生じる。この位相変化を受けた信号光と参照アームか
らの参照光とをビームスプリッタを介して重畳し、受光
素子で光学的にホモダイン検波することによって高感度
に測定することができる。
In this technique, a light beam emitted from a laser light source is split into two by a beam splitter, one of which is coupled to an optical fiber for signal detection and the other to an optical fiber for reference light. When an acoustic pressure signal is applied to a signal arm in which an optical fiber is wound in a coil shape, a phase change of guided light occurs in the signal arm. The signal light having undergone the phase change and the reference light from the reference arm are superimposed via a beam splitter, and optically homodyne-detected by a light-receiving element, whereby measurement can be performed with high sensitivity.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のように各種の原
理、構成による圧力検出器が開発されているが、それぞ
れ以下の問題点を有している。(1) の圧力検出器では、
光弾性素子、偏光子、検光子等、多数の要素部品を必要
とし、構成が複雑となり、小型化が困難である。また、
送光と受光用の光ファイバケーブルが向き合う構造とな
るため、被圧力検出部位への装着性に難点がある。(2)
の圧力検出器では、ダイヤフラムを用いるため、小型化
に限界がある。(3) の圧力検出器では、液体の封入のた
めに、特別の煩わしさが伴うとともに、前記のように温
度依存性が大きく、且つその耐熱温度にも限界がある。
また、(4) の圧力検出器では、構成が複雑で小型化が困
難である。
As described above, pressure detectors based on various principles and configurations have been developed, but each has the following problems. In the pressure detector of (1),
A large number of component parts such as a photoelastic element, a polarizer, and an analyzer are required, the configuration becomes complicated, and miniaturization is difficult. Also,
Since the optical fiber cables for transmitting and receiving light are opposed to each other, there is a problem in ease of attachment to the pressure detection site. (2)
In the pressure detector described above, since a diaphragm is used, there is a limit to miniaturization. In the pressure detector of (3), the liquid is sealed, which involves special troublesomeness, has a large temperature dependency as described above, and has a limit in its heat-resistant temperature.
Further, the pressure detector of (4) has a complicated structure and is difficult to miniaturize.

【0008】本発明は、上記の問題を解決するものであ
り、コアの外周面に特定の弾性変形し得るクラッドを設
けた光ファイバを用い、クラッドに外力が加わった場合
の光の伝送量の減少によって圧力を検出することを特徴
とする圧力検出器を提供することを目的とする。本発明
の圧力検出器は、簡易な構造であって、且つ小型化、軽
量化が容易であり、特に油圧等、流体の圧力を所要の精
度でもって検出することができる。
The present invention solves the above-mentioned problem, and uses an optical fiber provided with a specific elastically deformable cladding on the outer peripheral surface of the core, and reduces the light transmission amount when an external force is applied to the cladding. An object of the present invention is to provide a pressure detector that detects a pressure by a decrease. The pressure detector of the present invention has a simple structure, and can be easily reduced in size and weight, and can detect the pressure of a fluid such as a hydraulic pressure with a required accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】第1発明の圧力検出器
は、コアと、該コアの外周面に設けられた弾性変形し得
るクラッドとからなる光ファイバ、該光ファイバの一端
に接続された光源及び他端に接続された光量検知手段に
より構成され、上記光ファイバの少なくとも一部に加え
られた圧力を検出することを特徴とする。また、第2発
明の圧力検出器は、コアと、該コアの外周面に設けられ
た弾性変形し得るクラッドとからなる光ファイバ、該光
ファイバの一端に設けられた光反射手段、他端に接続さ
れた光分岐結合器並びに該光分岐結合器に接続された光
源及び光量検知手段により構成され、上記光ファイバの
少なくとも一部に加えられた圧力を検出することを特徴
とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a pressure detector comprising an optical fiber comprising a core, an elastically deformable clad provided on an outer peripheral surface of the core, and connected to one end of the optical fiber. The optical fiber is constituted by a light source and light amount detecting means connected to the other end, and detects a pressure applied to at least a part of the optical fiber. Further, the pressure detector of the second invention is an optical fiber comprising a core and an elastically deformable clad provided on the outer peripheral surface of the core, a light reflecting means provided at one end of the optical fiber, and The optical fiber is constituted by a connected optical splitter / coupler, a light source connected to the optical splitter / coupler, and a light amount detecting means, and detects a pressure applied to at least a part of the optical fiber.

【0010】上記「コア」を構成する素材としては、石
英ガラス系光ファイバのコアとして使用されているGe
2 を含有する石英ガラスを使用することができる。ま
た、多成分系光ファイバのコアとして使用されているB
aO、GeO2 、ZrO2 などを含有するSiO2 −N
2 O−CaO系及びSiO2 −Na2 O−B2 3
のガラスなどを用いることもできる。更に、プラスチッ
ク系光ファイバのコアとして使用されているポリメチル
メタアクリレート(PMMA)、ポリスチレン及び重水
素化PMMA等の樹脂を使用することもできる。
The material constituting the above-mentioned "core" is Ge, which is used as the core of a silica glass based optical fiber.
Quartz glass containing O 2 can be used. Also, B used as a core of a multi-component optical fiber
SiO 2 —N containing aO, GeO 2 , ZrO 2, etc.
a like 2 O-CaO-based and SiO 2 -Na 2 O-B 2 O 3 system glass may be used. Further, resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene and deuterated PMMA used as the core of the plastic optical fiber can be used.

【0011】上記「弾性変形し得るクラッド」は、コア
に比べて僅かに低い屈折率である必要があり、また、そ
の弾性変形の程度は、測定する圧力範囲、クラッドへの
力の加え方等を考慮して所要のものとすればよい。具体
的には、クラッドの厚さ及びクラッドを構成する素材の
弾性率、屈折率の変化のし易さ等を勘案して設定するこ
とができる。クラッドを構成する素材としては、テトラ
フルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体等のフッ
素樹脂、PMMA及びポリクロロアルキルメタアクリレ
ート等のアクリル樹脂などが挙げられる。
The "elastically deformable clad" needs to have a refractive index slightly lower than that of the core. The degree of the elastic deformation depends on the pressure range to be measured, the method of applying force to the clad, and the like. Should be taken into account as required. Specifically, it can be set in consideration of the thickness of the clad, the elastic modulus of the material constituting the clad, the easiness of the change in the refractive index, and the like. Examples of the material constituting the clad include a fluororesin such as a tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer and an acrylic resin such as PMMA and polychloroalkyl methacrylate.

【0012】このクラッドの構成素材としては、フッ素
樹脂の一種であるテトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン−ビニリデンフルオライド三元共重合体
(3M社製、商品名「THV200P」)が、耐熱、耐
食性を有している点で特に好ましい。これら構成素材を
コアの外周面に被覆する方法は特に限定されないが、例
えば構成素材を適宜の溶媒に溶解し、この溶液中にコア
を浸漬した後、取り出して乾燥し、溶媒を除去する方法
によって容易にクラッドを形成することができる。
As a constituent material of the clad, a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride terpolymer (a product of 3M, trade name "THV200P"), which is a kind of fluororesin, has heat resistance and corrosion resistance. It is particularly preferred in that it has. The method of coating these constituent materials on the outer peripheral surface of the core is not particularly limited.For example, by dissolving the constituent materials in an appropriate solvent, immersing the core in this solution, taking out and drying, and removing the solvent. Cladding can be easily formed.

【0013】上記「光源」としては、半導体レーザ、発
光ダイオード等が挙げられる。また、上記「光量検知手
段」としては、光の入射により光電流を生じるPIN光
ダイオード、光の入射によりなだれ効果を生じて光増幅
が起きるアバランシフォトダイオードなどを検出素子と
して使用した検知装置などを使用することができる。こ
れらは検出する圧力範囲、圧力検出器の具体的な構造等
によって適宜選定すればよい。
The "light source" includes a semiconductor laser, a light emitting diode and the like. The "light amount detecting means" includes a PIN photodiode which generates a photocurrent upon incidence of light, a detection device using an avalanche photodiode which generates an avalanche effect upon incidence of light and causes optical amplification, or the like as a detection element. Can be used. These may be appropriately selected depending on the pressure range to be detected, the specific structure of the pressure detector, and the like.

【0014】また、第2発明における上記「光反射手
段」としては、例えば光ファイバの一端を鏡面研磨した
後、銀等を蒸着したもの等が挙げられる。この第2発明
の場合、光は、光源から上記「光分岐結合器」に送ら
れ、この光分岐結合器から光ファイバに入射される。入
射された光は上記の光反射手段によって反射され、反射
光は再び光ファイバ内を通って光分岐結合器に伝送さ
れ、ここで入射光とは分離されて光量検知手段に送ら
れ、光量が検知される。
The "light reflecting means" in the second invention includes, for example, one obtained by mirror-polishing one end of an optical fiber and then depositing silver or the like. In the case of the second invention, the light is sent from the light source to the “optical branching / coupling device”, and is incident on the optical fiber from the optical branching / coupling device. The incident light is reflected by the light reflecting means described above, and the reflected light is transmitted again to the optical branching coupler through the optical fiber, where it is separated from the incident light and sent to the light quantity detecting means, and the light quantity is reduced. Is detected.

【0015】光ファイバは、屈折率の高い中心部のコア
と、それを取り巻く屈折率の低いクラッドとの二重構造
になっている。そして、このコアの中に入った光信号
は、コアとクラッドとの境界面で全反射を繰り返しなが
ら、コア内を伝わっていく。本発明の圧力検出器では、
このクラッドに圧力が加わった場合、クラッドが弾性変
形を生じ、この変形によってクラッドが圧縮される。そ
れによってクラッドの密度が高まり、その屈折率が僅か
に高くなる。そのため、コアとクラッドとの界面におけ
る臨界角が大きくなり、一部の光がコアからクラッドへ
漏れ出るようになり、光ファイバ中の光の伝送量が減少
する。
The optical fiber has a double structure of a central core having a high refractive index and a cladding surrounding the core having a low refractive index. Then, the optical signal entering the core propagates inside the core while repeating total reflection at the boundary surface between the core and the clad. In the pressure detector of the present invention,
When pressure is applied to the cladding, the cladding undergoes elastic deformation, which compresses the cladding. This increases the density of the cladding and slightly increases its refractive index. As a result, the critical angle at the interface between the core and the cladding increases, and some light leaks from the core to the cladding, reducing the amount of light transmitted through the optical fiber.

【0016】つまり、クラッドに加わった圧力が大きい
ほど、クラッドの密度はより高くなり、その結果、屈折
率も更に高くなる。それによって臨界角もより大きくな
り、クラッドへ漏れ出る光量も増大して、光伝送量はよ
り少なくなる。即ち、光ファイバに加わる圧力と光伝送
量との間に一定の関係が生じる。この光伝送量の変化を
第3発明のようにして計量するのが、本発明の圧力検出
器の原理である。
That is, the greater the pressure applied to the cladding, the higher the density of the cladding and, as a result, the higher the refractive index. As a result, the critical angle becomes larger, the amount of light leaking to the cladding increases, and the light transmission amount becomes smaller. That is, a certain relationship occurs between the pressure applied to the optical fiber and the amount of transmitted light. It is the principle of the pressure detector of the present invention that the change in the light transmission amount is measured as in the third invention.

【0017】一方、光ファイバを利用した従来の圧力検
出器は前記のように各種のものがある。しかし、例えば
(1) 、(2) 及び(3) の圧力検出器では、圧力を感知する
のは光ファイバそのものではなく、光ファイバ以外の光
弾性素子、ダイヤフラム又は液晶の混合物である。ま
た、(4) の圧力検出器では、光ファイバ中を伝搬してい
る導波光の位相が、光ファイバに加えられた応力或いは
曲げ等の変形、歪みによる光弾性効果によって変化する
現象を応用したものである。このように、同様に光ファ
イバを利用する圧力検出器とはいえ、本発明の圧力検出
器は、従来とはまったく異なった原理を応用したもので
ある。
On the other hand, there are various conventional pressure detectors utilizing optical fibers as described above. But for example
In the pressure detectors of (1), (2) and (3), the pressure is sensed not by the optical fiber itself but by a photoelastic element other than the optical fiber, a diaphragm or a mixture of liquid crystals. Also, in the pressure detector of (4), a phenomenon in which the phase of the guided light propagating in the optical fiber changes due to the photoelastic effect due to deformation or distortion such as stress or bending applied to the optical fiber is applied. Things. As described above, although the pressure detector similarly uses an optical fiber, the pressure detector of the present invention applies a completely different principle from the conventional one.

【0018】本発明の圧力検出器は上記のような原理で
作動するものであるため、光源から伝送された光以外の
光が外部からクラッドに入り込んだ場合には、誤作動の
原因となる。そのため、第4発明のように、クラッドの
外周面に「光吸収層」を設けることが好ましい。これに
よって外部からの光はこの光吸収層に吸収され、内部の
クラッドにまでその影響が及ぶことがない。この光吸収
層は、例えばクラッドの表面にカーボンを蒸着する等の
方法によって形成することができる。この蒸着されたカ
ーボンを光吸収層とする場合、その厚さは0.05〜
0.3μm程度であればよく、特に0.1μm程度の厚
さであれば光吸収層として十分に機能する。
Since the pressure detector of the present invention operates on the above principle, if light other than the light transmitted from the light source enters the cladding from the outside, it causes a malfunction. Therefore, it is preferable to provide a "light absorbing layer" on the outer peripheral surface of the clad as in the fourth invention. As a result, light from the outside is absorbed by the light absorbing layer and does not affect the inner cladding. This light absorbing layer can be formed by, for example, a method of depositing carbon on the surface of the clad. When the deposited carbon is used as a light absorbing layer, its thickness is 0.05 to
A thickness of about 0.3 μm is sufficient, and a thickness of about 0.1 μm functions sufficiently as a light absorbing layer.

【0019】また、外部からの光の影響をより確実に防
止するためには、第5発明のように、上記の光吸収層の
外周面に更に「光反射層」を設けることが好ましい。こ
の光反射層は、例えば光吸収層の表面に銀を蒸着する等
の方法によって形成することができる。この蒸着された
銀を光反射層とする場合、その厚さは0.05〜0.3
μm程度であればよく、特に0.1μm程度の厚さであ
れば光反射層として十分に機能する。
In order to more reliably prevent the influence of external light, it is preferable to further provide a "light reflecting layer" on the outer peripheral surface of the light absorbing layer as in the fifth invention. The light reflecting layer can be formed by, for example, a method of depositing silver on the surface of the light absorbing layer. When the deposited silver is used as a light reflecting layer, its thickness is 0.05 to 0.3.
A thickness of about 0.1 μm is sufficient, and particularly, a thickness of about 0.1 μm sufficiently functions as a light reflection layer.

【0020】尚、コアとクラッドとの2層構造であると
はいえ、光ファイバは十分な強度を有するものではな
い。従って、検出しようとする圧力以外の過大な圧力が
光ファイバに加わるのは好ましくない。そのため、この
光ファイバを、流体が容易に流入、流出することができ
る程度の貫通孔を有する保護カバーによって覆ってしま
うことが好ましい。貫通孔の形状、個数等は、保護カバ
ーが十分な強度を保つことができる限り特に制限はされ
ない。尚、この貫通孔は圧力が光ファイバに等方的に加
わるように、保護カバーの壁面に均等に設けることが好
ましい。
Although the optical fiber has a two-layer structure of a core and a clad, the optical fiber does not have sufficient strength. Therefore, it is not preferable that an excessive pressure other than the pressure to be detected is applied to the optical fiber. Therefore, it is preferable that this optical fiber be covered with a protective cover having a through-hole enough to allow the fluid to easily flow in and out. The shape and number of the through holes are not particularly limited as long as the protective cover can maintain sufficient strength. The through holes are preferably provided evenly on the wall surface of the protective cover so that pressure is applied to the optical fiber isotropically.

【0021】この保護カバーの材質は特に問わず、ステ
ンレス鋼、アルミニウム等の金属、ポリオレフィン、ポ
リエステル、ポリアミド等の樹脂及びガラス等を使用す
ることができる。これらの中では、加工が容易であり、
薄くても十分な強度を有し、そのため圧力検出器の素子
部を軽量なものとすることができるステンレス鋼が好ま
しい。光ファイバとこの保護カバーとは、後記の図1の
ように適宜の固定具等を用いた構成とすることが好まし
い。
The material of the protective cover is not particularly limited, and metals such as stainless steel and aluminum, resins such as polyolefin, polyester and polyamide, glass and the like can be used. In these, processing is easy,
Stainless steel, which has a sufficient strength even when thin, and which can reduce the weight of the element portion of the pressure detector is preferable. It is preferable that the optical fiber and the protective cover have a configuration using an appropriate fixing tool or the like as shown in FIG. 1 described later.

【0022】また、本発明の圧力検出器では、上記のよ
うに光ファイバに等方的に圧力が加わることが好まし
く、それによってより精度の高い圧力検出をすることが
できる。そのため、本発明の圧力検出器は気体、液体等
の流体の圧力検出に特に適している。但し、流体といっ
ても、必ずしも水、油等の粘度の低いものばかりではな
く、例えば粘土、ある種のゲル状物質等、ある程度の流
動性を有するものの圧力検出にも使用することができ
る。更に、光ファイバを、その径方向に被検物と治具と
によって圧縮することによって、被検物に対する圧縮応
力と歪みとの相関を求める等、本発明の圧力検出器は、
被検物が流体でない場合にも用いることができる。
Further, in the pressure detector of the present invention, it is preferable that the pressure is applied to the optical fiber isotropically as described above, so that more accurate pressure detection can be performed. Therefore, the pressure detector of the present invention is particularly suitable for detecting the pressure of a fluid such as a gas or a liquid. However, the fluid can be used for pressure detection of not only low-viscosity fluids such as water and oil but also fluids having a certain degree of fluidity such as clay and certain gel-like substances. Further, the pressure detector of the present invention, such as determining the correlation between the compressive stress and strain on the test object by compressing the optical fiber with the test object and the jig in the radial direction,
It can also be used when the test object is not a fluid.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例によって詳
しく説明する。 実施例 市販の石英ガラス繊維(直径;50μm、屈折率1.4
6)を用意する。これを熱加工によって幅3mmのU字
形に曲げ、U字の底部から両端までの高さが80mmと
なるように切り取り、両端部の切断面を鏡面研磨加工し
た。一方、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピ
レン−ビニリデンフロライド三元共重合体をメチルエチ
ルケトンに溶解し、濃度0.07g/ccの溶液を調製
した。次いで、U字形に曲げた上記の石英ガラス繊維
を、この溶液に室温で10分間浸漬し、取り出した石英
ガラス繊維を自然乾燥して溶媒を除去した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments. Example Commercially available quartz glass fiber (diameter; 50 μm, refractive index 1.4)
6) is prepared. This was bent into a U-shape having a width of 3 mm by thermal processing, cut off so that the height from the bottom to both ends of the U-shape was 80 mm, and the cut surfaces at both ends were mirror-polished. On the other hand, a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride terpolymer was dissolved in methyl ethyl ketone to prepare a solution having a concentration of 0.07 g / cc. Next, the quartz glass fiber bent in a U-shape was immersed in this solution at room temperature for 10 minutes, and the quartz glass fiber taken out was air-dried to remove the solvent.

【0024】上記のようにして、石英ガラス繊維の外周
面に、厚さ20μmの上記共重合体からなるクラッドを
形成した。その後、このクラッドの外周面にカーボンを
蒸着し、厚さ約0.1ミクロンの光吸収層を形成した。
また、この光吸収層の外周面に、銀を蒸着して厚さ約
0.1ミクロンの光反射層を形成した。このように加工
された光ファイバの両端部を、固定部の所定位置に設け
られた貫通孔に装通し、端子部に取り付けた。更に、固
定具にステンレス鋼製の保護カバーを取り付け、圧力検
出器の素子部を作製した。
As described above, a cladding made of the above-mentioned copolymer having a thickness of 20 μm was formed on the outer peripheral surface of the quartz glass fiber. Thereafter, carbon was deposited on the outer peripheral surface of the clad to form a light absorbing layer having a thickness of about 0.1 μm.
Further, silver was deposited on the outer peripheral surface of the light absorbing layer to form a light reflecting layer having a thickness of about 0.1 μm. Both ends of the optical fiber processed as described above were inserted into through holes provided at predetermined positions of the fixed portion, and attached to the terminal portion. Further, a stainless steel protective cover was attached to the fixture, and an element portion of the pressure detector was manufactured.

【0025】上記の本発明の圧力検出器の素子部を図1
に示す。図1において、1は素子部、2はU字状に形成
された光ファイバ、3a、3bは端子部、4は固定具、
41は固定具に設けられた貫通孔、5は保護カバー及び
51は保護カバーに設けられた貫通孔である。固定具4
もステンレス鋼製とし、保護カバー5はその下端部を固
定具4の所定位置に嵌装し、接着、溶接等の手段によっ
て固定した。被圧力検出流体は、保護カバー5に設けら
れた貫通孔51から流入又は流出する。尚、嵌装するこ
とによって、保護カバー5が容易に外れない程度に強固
に固定することができれば、上記のように特に接着、溶
接等をする必要はない。また、前記の光吸収層及び光反
射層は図が煩雑となるため図示していない。
FIG. 1 shows the element portion of the pressure detector of the present invention.
Shown in In FIG. 1, 1 is an element portion, 2 is an optical fiber formed in a U-shape, 3a and 3b are terminal portions, 4 is a fixture,
41 is a through hole provided in the fixture, 5 is a protective cover, and 51 is a through hole provided in the protective cover. Fixture 4
The protective cover 5 was also made of stainless steel, and the lower end of the protective cover 5 was fitted to a predetermined position of the fixture 4 and fixed by means such as adhesion or welding. The pressure detection fluid flows in or out of the through hole 51 provided in the protective cover 5. It should be noted that if the protective cover 5 can be firmly fixed to such an extent that the protective cover 5 is not easily detached by the fitting, there is no particular need to perform bonding, welding, or the like as described above. Further, the light absorbing layer and the light reflecting layer are not shown because the drawing is complicated.

【0026】図1の圧力検出器の素子部1を、図2に示
すように、油圧プレス機の油圧配管の所定部位に装着し
て、端子の一方を白色光源に接続し、他方を光パワーメ
ータに接続した。図2において、6は白色光源、7は光
パワーメータ、8は油圧プレス機の油圧配管、81は油
圧配管の分岐部である。
As shown in FIG. 2, the element section 1 of the pressure detector shown in FIG. 1 is mounted on a predetermined portion of a hydraulic pipe of a hydraulic press, one of the terminals is connected to a white light source, and the other is connected to an optical power source. Connected to meter. In FIG. 2, 6 is a white light source, 7 is an optical power meter, 8 is a hydraulic pipe of a hydraulic press, and 81 is a branch of the hydraulic pipe.

【0027】この図2において、下方の配管は油圧ポン
プに接続されており、上方の配管はピストンを駆動する
ための油圧機構に接続されている。そして、油は矢印の
方向に流れ、分岐部81の端縁に装着された素子部1の
保護カバー5に設けられた貫通孔51から流入、流出し
て光ファイバに接触する。尚、端子部3a、3bと白色
光源6及び光パワーメータ7との間は光ファイバによっ
て接続されている。また、素子部1は固定具4の外周に
設けられているネジを、油圧配管8の分岐部81の端縁
の内面に設けられたネジに嵌め込んで固定した。装着部
位からの油の漏れはまったくなかった。
In FIG. 2, the lower pipe is connected to a hydraulic pump, and the upper pipe is connected to a hydraulic mechanism for driving a piston. Then, the oil flows in the direction of the arrow, flows in and out of the through holes 51 provided in the protective cover 5 of the element portion 1 mounted on the edge of the branch portion 81, and comes into contact with the optical fiber. The terminals 3a, 3b and the white light source 6 and the optical power meter 7 are connected by an optical fiber. The element portion 1 is fixed by fitting a screw provided on the outer periphery of the fixture 4 to a screw provided on the inner surface of the end of the branch portion 81 of the hydraulic pipe 8. There was no oil leakage from the mounting site.

【0028】その後、油圧を変化させながら油圧プレス
機を作動させた。同時に従来のブルドン管式圧力計によ
っても油圧を検出し、その指示値と、この実施例の圧力
検出器の光パワーメータの指示値との関係を調べた。そ
の結果、図3に示す様に、良好な直線関係が確認され
た。また、圧力を、上げてまた下げる操作を行ってもヒ
ステリシス現象は認められず、良好な再現性を示した。
Thereafter, the hydraulic press was operated while changing the hydraulic pressure. At the same time, the oil pressure was also detected by a conventional Bourdon tube pressure gauge, and the relationship between the indicated value and the indicated value of the optical power meter of the pressure detector of this embodiment was examined. As a result, a good linear relationship was confirmed as shown in FIG. Further, even when the pressure was increased or decreased, no hysteresis phenomenon was observed, and good reproducibility was exhibited.

【0029】尚、本発明においては、前記具体的実施例
に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範
囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば
コアの種類、クラッドを構成する素材の種類、光ファイ
バの形状、寸法等は適宜変更することができる。また、
被圧力検出流体の種類等、又は流体以外の力の伝播手段
の場合にも、その圧力検出器として用いることができ
る。いずれの場合であっても、例えば上記のブルドン管
式圧力計等、適宜の他の圧力検出器の指示値との相関を
確認することにより、容易に且つ簡便に圧力を検出する
ことができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but can be variously modified within the scope of the present invention in accordance with the purpose and application. For example, the type of the core, the type of the material constituting the clad, the shape and size of the optical fiber, and the like can be appropriately changed. Also,
It can also be used as a pressure detector in the case of the type of the pressure-detected fluid to be detected or a means for transmitting a force other than fluid. In any case, the pressure can be easily and simply detected by confirming the correlation with the indicated value of another appropriate pressure detector such as the Bourdon tube pressure gauge described above.

【0030】[0030]

【発明の効果】第1〜2発明によれば、簡易な構造であ
って、小型、軽量であり、被圧力検出部位への装着性に
優れ、且つ信頼性に優れる圧力検出器を得ることができ
る。この圧力検出器では、光ファイバによって、情報を
伝送することができるため、遠隔監視及び遠隔制御等
を、電磁誘導障害などの影響を受けずに行うことができ
る。また、電気を使用しないため、防爆処置が不要であ
るとの長所も有する。
According to the first and second aspects of the present invention, it is possible to obtain a pressure detector which has a simple structure, is small in size and light in weight, has excellent mountability to a pressure-receiving portion, and has excellent reliability. it can. In this pressure detector, information can be transmitted by an optical fiber, so that remote monitoring and remote control can be performed without being affected by electromagnetic induction disturbance or the like. In addition, since electricity is not used, there is an advantage that explosion-proof treatment is not required.

【0031】更に、本発明は、第3発明のように、光フ
ァイバ中の光伝送量の変化を計量するものであり、その
測定が極めて容易である。また、第4発明の光吸収層を
設けることにより、或いは第5発明の光反射層を更に設
けることにより、外部からの光の影響をまったく受ける
ことなく、より信頼性の高い圧力検出器とすることもで
きる。
Further, according to the present invention, as in the third invention, the change in the amount of light transmission in the optical fiber is measured, and the measurement is extremely easy. Further, by providing the light absorbing layer of the fourth invention or further providing the light reflecting layer of the fifth invention, a more reliable pressure detector can be obtained without being affected by external light at all. You can also.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例における本発明の圧力検出器の素子部の
縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an element portion of a pressure detector of the present invention in an embodiment.

【図2】実施例における本発明の圧力検出器によって、
油圧プレス機の油圧配管の油圧を測定した場合の説明図
である。
FIG. 2 shows a pressure detector of the present invention in an embodiment.
It is explanatory drawing at the time of measuring the hydraulic pressure of the hydraulic piping of a hydraulic press machine.

【図3】実施例における本発明の圧力検出器の出力と、
従来のブルドン管式圧力計の出力との相関を示すグラフ
である。
FIG. 3 shows the output of the pressure detector of the present invention in the embodiment;
It is a graph which shows the correlation with the output of the conventional Bourdon tube pressure gauge.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;圧力検出器の素子部、2;U字状に形成された光フ
ァイバ、3a、3b;端子部、4;固定具、41;固定
具に設けられた貫通孔、5;保護カバー、51;保護カ
バーに設けられた貫通孔、6;白色光源、7;光パワー
メータ、8;油圧配管、81;油圧配管の分岐部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Element part of a pressure detector, 2; U-shaped optical fiber, 3a, 3b; Terminal part, 4; Fixing tool, 41; Through hole provided in fixing tool, 5; A through hole provided in the protective cover, 6; a white light source, 7; an optical power meter, 8; a hydraulic pipe, 81;

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コアと、該コアの外周面に設けられた弾
性変形し得るクラッドとからなる光ファイバ、該光ファ
イバの一端に接続された光源及び他端に接続された光量
検知手段により構成され、上記光ファイバの少なくとも
一部に加えられた圧力を検出することを特徴とする圧力
検出器。
1. An optical fiber comprising a core, an elastically deformable cladding provided on an outer peripheral surface of the core, a light source connected to one end of the optical fiber, and a light amount detecting means connected to the other end. And a pressure detector for detecting a pressure applied to at least a part of the optical fiber.
【請求項2】 コアと、該コアの外周面に設けられた弾
性変形し得るクラッドとからなる光ファイバ、該光ファ
イバの一端に設けられた光反射手段、他端に接続された
光分岐結合器並びに該光分岐結合器に接続された光源及
び光量検知手段により構成され、上記光ファイバの少な
くとも一部に加えられた圧力を検出することを特徴とす
る圧力検出器。
2. An optical fiber comprising a core and an elastically deformable cladding provided on the outer peripheral surface of the core, light reflecting means provided at one end of the optical fiber, and optical branching coupling connected to the other end. A pressure detector comprising: a light source connected to the optical branching coupler; and a light amount detecting means, and detecting a pressure applied to at least a part of the optical fiber.
【請求項3】 上記光ファイバに圧力を加えない場合
と、検出すべき圧力を加えた場合の、上記光量検知手段
によって計量された光量の差によって圧力を検出する請
求項1又は2記載の圧力検出器。
3. The pressure according to claim 1, wherein a pressure is detected based on a difference between a light amount measured by the light amount detection unit when no pressure is applied to the optical fiber and when a pressure to be detected is applied. Detector.
【請求項4】 上記クラッドの外周面に光吸収層を設け
た請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧力検出器。
4. The pressure detector according to claim 1, wherein a light absorbing layer is provided on an outer peripheral surface of the clad.
【請求項5】 上記光吸収層の外周面に光反射層を設け
た請求項4記載の圧力検出器。
5. The pressure detector according to claim 4, wherein a light reflecting layer is provided on an outer peripheral surface of the light absorbing layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004523042A (en) * 2001-02-15 2004-07-29 キネテイツク・リミテツド Road traffic monitoring system
JP2004524618A (en) * 2001-02-15 2004-08-12 キネティック リミテッド Road traffic monitoring system

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