JPH11110673A - 非音響型光圧力センサーまたは非音響型光圧力センサーのｔｄｍ（時分割多重送信）アレイを用いた圧力計測装置とその方法 - Google Patents
非音響型光圧力センサーまたは非音響型光圧力センサーのｔｄｍ（時分割多重送信）アレイを用いた圧力計測装置とその方法Info
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- JPH11110673A JPH11110673A JP10214621A JP21462198A JPH11110673A JP H11110673 A JPH11110673 A JP H11110673A JP 10214621 A JP10214621 A JP 10214621A JP 21462198 A JP21462198 A JP 21462198A JP H11110673 A JPH11110673 A JP H11110673A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
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- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 遠隔地で圧力を計測した場合でも、光信号の
伝送に伴なうノイズや損失の影響を受けない正確な計測
値を得られる光圧力センサーを提供する。 【解決手段】 レーザ光源１２が出力するパルス光信号
１４から、光伝送ケーブル１６に沿って配置された光結
合器１８がパルス光信号１４の一部を部分信号２０とし
て取り出す。光結合器１８は光圧力センサ２２、非感圧
レフレクター２６を有しており、取り出した部分信号２
０を２等分して光圧力センサ２２とレフレクター２６に
送る。これに対し、光圧力センサ２２は圧力提示信号２
４を、非感圧レフレクター２６は基準信号２８を光結合
器１８に返す。信号検知器３２は、圧力提示信号２４と
基準信号２８とを比較して光圧力センサに加わる圧力を
求める。
伝送に伴なうノイズや損失の影響を受けない正確な計測
値を得られる光圧力センサーを提供する。 【解決手段】 レーザ光源１２が出力するパルス光信号
１４から、光伝送ケーブル１６に沿って配置された光結
合器１８がパルス光信号１４の一部を部分信号２０とし
て取り出す。光結合器１８は光圧力センサ２２、非感圧
レフレクター２６を有しており、取り出した部分信号２
０を２等分して光圧力センサ２２とレフレクター２６に
送る。これに対し、光圧力センサ２２は圧力提示信号２
４を、非感圧レフレクター２６は基準信号２８を光結合
器１８に返す。信号検知器３２は、圧力提示信号２４と
基準信号２８とを比較して光圧力センサに加わる圧力を
求める。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、非音響型光圧力セ
ンサーを用いた圧力計測、さらには、複数の非音響型光
圧力センサーから成るアレイを用いて当該アレイのパス
に沿った複数の位置で圧力計測を行う圧力計測装置およ
び圧力計測方法に関する。
ンサーを用いた圧力計測、さらには、複数の非音響型光
圧力センサーから成るアレイを用いて当該アレイのパス
に沿った複数の位置で圧力計測を行う圧力計測装置およ
び圧力計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、小型の圧力センサーの分野では、
ピエゾ抵抗型あるいは静電容量型の変換素子を用いて圧
力を計測するものが知られている。ピエゾ抵抗型圧力セ
ンサーの場合、圧力を受けたダイヤフラムに生じる力学
的ひずみを計測し、このひずみ量から圧力の大きさを求
める仕組みになっている。しかし、ダイヤフラムの力学
的ひずみの程度を検知する方法には多くの困難がある。
例えば、この型のセンサーは、パッケージの応力に起因
する複合感度が高く、そのためにセンサーの精度に限界
がある。さらに抵抗素子は、高温になると温度に対する
感度が高くなる傾向があるため、高温の環境で用いた場
合の計測結果は、やはり不正確になる。
ピエゾ抵抗型あるいは静電容量型の変換素子を用いて圧
力を計測するものが知られている。ピエゾ抵抗型圧力セ
ンサーの場合、圧力を受けたダイヤフラムに生じる力学
的ひずみを計測し、このひずみ量から圧力の大きさを求
める仕組みになっている。しかし、ダイヤフラムの力学
的ひずみの程度を検知する方法には多くの困難がある。
例えば、この型のセンサーは、パッケージの応力に起因
する複合感度が高く、そのためにセンサーの精度に限界
がある。さらに抵抗素子は、高温になると温度に対する
感度が高くなる傾向があるため、高温の環境で用いた場
合の計測結果は、やはり不正確になる。
【０００３】一方、静電容量型圧力センサーは、ダイヤ
フラムとこれに隣接する第２プレートとの間にギャップ
可変のキャパシタを配置したものである。ダイヤフラム
に圧力が加わると、ギャップ可変キャパシタの静電容量
によってダイヤフラムの歪み量が計測され、歪み量から
ダイヤフラムに加わる圧力が求められる。この型の圧力
センサーにも多くの問題点がある。１つは、必要な計測
を行うのに電気が必要となることである。長距離送信が
必要となる遠隔地などで使用する場合、遠くの圧力セン
サーまで電気を供給するというのは不便であり実用的と
は言えない。このように、この型の圧力センサーも、必
ずしも容易に利用できるものではない。また、パッケー
ジの応力に起因する感度が高いことに加えて、高温で使
用すると測定値が温度の影響を強く受けることから、高
温の環境下では精度が落ちる傾向がある。さらに、電気
的なセンサーの場合、導電材料から成る接続端子をセン
サーに付属させる必要があるが、こうした接続端子を形
成するのに用いることのできる材料の種類には制限があ
る。腐食しやすいなどの厳しい環境で用いることを想定
すると、腐食に対する抵抗力がありしかも所望の感度を
有する接続端子を持つ圧力センサーを製造することは、
難しいうえに費用もかかる。
フラムとこれに隣接する第２プレートとの間にギャップ
可変のキャパシタを配置したものである。ダイヤフラム
に圧力が加わると、ギャップ可変キャパシタの静電容量
によってダイヤフラムの歪み量が計測され、歪み量から
ダイヤフラムに加わる圧力が求められる。この型の圧力
センサーにも多くの問題点がある。１つは、必要な計測
を行うのに電気が必要となることである。長距離送信が
必要となる遠隔地などで使用する場合、遠くの圧力セン
サーまで電気を供給するというのは不便であり実用的と
は言えない。このように、この型の圧力センサーも、必
ずしも容易に利用できるものではない。また、パッケー
ジの応力に起因する感度が高いことに加えて、高温で使
用すると測定値が温度の影響を強く受けることから、高
温の環境下では精度が落ちる傾向がある。さらに、電気
的なセンサーの場合、導電材料から成る接続端子をセン
サーに付属させる必要があるが、こうした接続端子を形
成するのに用いることのできる材料の種類には制限があ
る。腐食しやすいなどの厳しい環境で用いることを想定
すると、腐食に対する抵抗力がありしかも所望の感度を
有する接続端子を持つ圧力センサーを製造することは、
難しいうえに費用もかかる。
【０００４】また、現在使われている高精度設計の圧力
センサーには、大変高価なものが多い。例えば、水晶振
動周波数装置を用いた圧力センサーはセンサーに加わる
圧力が振動周波数として表れるものだが、この装置の場
合、０.５psi(pound per square inch)の圧力において
１フィート深度、という高い精度を有する。しかし、こ
うした振動周波数圧力センサーは、高価なだけでなく大
型になる。そのため、せまい空間での使用には適さな
い。
センサーには、大変高価なものが多い。例えば、水晶振
動周波数装置を用いた圧力センサーはセンサーに加わる
圧力が振動周波数として表れるものだが、この装置の場
合、０.５psi(pound per square inch)の圧力において
１フィート深度、という高い精度を有する。しかし、こ
うした振動周波数圧力センサーは、高価なだけでなく大
型になる。そのため、せまい空間での使用には適さな
い。
【０００５】電気的な圧力センサーにまつわる上記の問
題点を解消するために、非接触センサーの1種である光
圧力センサーを用いて、厳しい環境や高温による感度へ
の影響を最小限にとどめる方法がとられるようになって
きている。光圧力センサーは、光の波長に表れる干渉現
象を利用してセンサーに加わる圧力を求めるものであ
る。光の波長は光圧力センサーに送られ、センサーが有
する干渉計の内部には感圧性ミラーが配置されている。
このミラー位置はセンサーに加わる圧力に応じて変わる
ので、これにつれて干渉計内部のギャップが変化し、そ
の結果、干渉計内で光の波長に生じる干渉も変わってく
る。そのため、干渉の生じた光信号と予め求めておいた
所定値とを比較することで圧力の大きさを求めることが
できる。
題点を解消するために、非接触センサーの1種である光
圧力センサーを用いて、厳しい環境や高温による感度へ
の影響を最小限にとどめる方法がとられるようになって
きている。光圧力センサーは、光の波長に表れる干渉現
象を利用してセンサーに加わる圧力を求めるものであ
る。光の波長は光圧力センサーに送られ、センサーが有
する干渉計の内部には感圧性ミラーが配置されている。
このミラー位置はセンサーに加わる圧力に応じて変わる
ので、これにつれて干渉計内部のギャップが変化し、そ
の結果、干渉計内で光の波長に生じる干渉も変わってく
る。そのため、干渉の生じた光信号と予め求めておいた
所定値とを比較することで圧力の大きさを求めることが
できる。
【０００６】しかしながら、光の波長が長い距離をわた
って伝送される場合、光信号にはノイズや損失が生じ
る。そのため、所定値と比較される干渉後の光信号は、
センサーから出力される信号そのままではない。伝送さ
れる間に損失やノイズが生じるためである。この種の圧
力センサーで不正確な圧力計測結果が出る場合があるの
は、こうした理由による。
って伝送される場合、光信号にはノイズや損失が生じ
る。そのため、所定値と比較される干渉後の光信号は、
センサーから出力される信号そのままではない。伝送さ
れる間に損失やノイズが生じるためである。この種の圧
力センサーで不正確な圧力計測結果が出る場合があるの
は、こうした理由による。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題に
鑑み、電気的でない非接触型圧力センサーを用いること
で、従来の電気接続を必要とする圧力センサーに伴なう
問題を回避し、さらには、精度が高く場所を取らず、し
かも光信号の伝送に伴なう損失の影響を受けないような
圧力計測装置と圧力計測方法とを提供することを目的と
する。
鑑み、電気的でない非接触型圧力センサーを用いること
で、従来の電気接続を必要とする圧力センサーに伴なう
問題を回避し、さらには、精度が高く場所を取らず、し
かも光信号の伝送に伴なう損失の影響を受けないような
圧力計測装置と圧力計測方法とを提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の圧力計測装置は、パルス光信号を生成す
るレーザー光源と、前記レーザー光源に接続され、前記
パルス光信号を伝送する光伝送ケーブルと、前記光伝送
ケーブルに接続され、前記パルス光信号を第１の出力信
号と第２の出力信号とに２等分する光スプリッターと、
前記光スプリッターから第１の出力信号を受け取り、こ
れに対応する圧力提示信号を前記光スプリッター経由で
前記光伝送ケーブルに返す光圧力センサーと、前記光ス
プリッターから第２の出力信号を受け取り、これに対応
する基準信号を前記光スプリッター経由で前記光伝送ケ
ーブルに返す非感圧式レフレクターと、前記の圧力提示
信号と基準信号とを前記光伝送ケーブル経由で受信する
信号受信手段と、前記信号受信手段に接続され、圧力提
示信号と基準信号とを比較して前記光圧力センサーに加
わる圧力を求める圧力算出手段とを備えることを特徴と
する。また、上記の目的を達成するために、本発明の圧
力計測方法は、非電気的な光圧力センサーを用いて遠隔
地で圧力を計測する方法であって、レーザー光源にパル
ス光信号を生成させる信号生成ステップと、前記パルス
光信号を、前記レーザー光源に接続された光伝送ケーブ
ルを通じて伝送する伝送ステップと、前記光伝送ケーブ
ルから、前記パルス光信号の少なくとも一部分を分岐さ
せる分岐ステップと、前記の分岐されたパルス光信号の
部分を２等分して第１の信号と第２の信号とに分け、そ
れぞれを、光圧力センサーと非感圧レフレクターとに送
り、前記光圧力センサーから圧力提示信号を前記光伝送
ケーブルに返させ、前記非感圧レフレクターから基準信
号を前記光伝送ケーブルに返させる反射ステップと、前
記圧力提示信号と前記基準信号とを光伝送ケーブルから
受け取る受信ステップと、前記圧力提示信号と前記基準
信号とを比較し、前記光圧力センサーに加わる圧力を算
出する算出ステップとを有することを特徴とする。
めに、本発明の圧力計測装置は、パルス光信号を生成す
るレーザー光源と、前記レーザー光源に接続され、前記
パルス光信号を伝送する光伝送ケーブルと、前記光伝送
ケーブルに接続され、前記パルス光信号を第１の出力信
号と第２の出力信号とに２等分する光スプリッターと、
前記光スプリッターから第１の出力信号を受け取り、こ
れに対応する圧力提示信号を前記光スプリッター経由で
前記光伝送ケーブルに返す光圧力センサーと、前記光ス
プリッターから第２の出力信号を受け取り、これに対応
する基準信号を前記光スプリッター経由で前記光伝送ケ
ーブルに返す非感圧式レフレクターと、前記の圧力提示
信号と基準信号とを前記光伝送ケーブル経由で受信する
信号受信手段と、前記信号受信手段に接続され、圧力提
示信号と基準信号とを比較して前記光圧力センサーに加
わる圧力を求める圧力算出手段とを備えることを特徴と
する。また、上記の目的を達成するために、本発明の圧
力計測方法は、非電気的な光圧力センサーを用いて遠隔
地で圧力を計測する方法であって、レーザー光源にパル
ス光信号を生成させる信号生成ステップと、前記パルス
光信号を、前記レーザー光源に接続された光伝送ケーブ
ルを通じて伝送する伝送ステップと、前記光伝送ケーブ
ルから、前記パルス光信号の少なくとも一部分を分岐さ
せる分岐ステップと、前記の分岐されたパルス光信号の
部分を２等分して第１の信号と第２の信号とに分け、そ
れぞれを、光圧力センサーと非感圧レフレクターとに送
り、前記光圧力センサーから圧力提示信号を前記光伝送
ケーブルに返させ、前記非感圧レフレクターから基準信
号を前記光伝送ケーブルに返させる反射ステップと、前
記圧力提示信号と前記基準信号とを光伝送ケーブルから
受け取る受信ステップと、前記圧力提示信号と前記基準
信号とを比較し、前記光圧力センサーに加わる圧力を算
出する算出ステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧力計測機器
の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１０】図１は、本発明の実施の形態である圧力計
測装置１０の構成を示す図である。圧力計測装置１０
は、パルス光信号１４（図２参照）を発生させて、この
信号１４を光伝送ケーブル１６に出力するレーザ光源１
２を備える。パルス光信号１４は、レーザー光源１２に
接続された光伝送ケーブル１６（具体的には光ファイバ
ーケーブルなど）を伝わって伝送される。本実施の形態
においては、光伝送ケーブル１６は、単一モード光ファ
イバーケーブルから成る。しかしながら、光伝送技術に
通じた当業者には自明であるが、それ以外の光伝送ケー
ブルも使用可能である。レーザー光源１２は、分散形フ
ィードバック半導体レーザーか、これに類似の光源であ
ることが望ましい。また、パルス光信号１４の波長は、
1.3〜1.55ミクロンであることが望ましい。この波長で
あれば、パルス光信号１４は伝送損失が小さく、屈折率
（flexibility）も小さいからである。しかし、同様の
長所を持つ他の波長であってもよい。
測装置１０の構成を示す図である。圧力計測装置１０
は、パルス光信号１４（図２参照）を発生させて、この
信号１４を光伝送ケーブル１６に出力するレーザ光源１
２を備える。パルス光信号１４は、レーザー光源１２に
接続された光伝送ケーブル１６（具体的には光ファイバ
ーケーブルなど）を伝わって伝送される。本実施の形態
においては、光伝送ケーブル１６は、単一モード光ファ
イバーケーブルから成る。しかしながら、光伝送技術に
通じた当業者には自明であるが、それ以外の光伝送ケー
ブルも使用可能である。レーザー光源１２は、分散形フ
ィードバック半導体レーザーか、これに類似の光源であ
ることが望ましい。また、パルス光信号１４の波長は、
1.3〜1.55ミクロンであることが望ましい。この波長で
あれば、パルス光信号１４は伝送損失が小さく、屈折率
（flexibility）も小さいからである。しかし、同様の
長所を持つ他の波長であってもよい。
【００１１】光結合器１８は、光伝送ケーブル１８に接
続されて、光伝送ケーブル１８を伝わる光パルス信号１
４から一部を部分信号２０として取り出す。光結合器１
８は、他のファイバを通る光の一部を分岐させるタイプ
の融着ファイバー結合器を有する。光パルス信号１４の
部分信号２０は、光スプリッター１９を通過する際に２
等分され、ファイバーチャネル２１ａ、２１ｂに入る。
光スプリッター１９は、標準的な単一モードファイバー
から成る双方向３dBカプラーでよい。これは、Ｙカプラ
ーまたは３dBカプラーとして知られるものである。光ス
プリッター１９にはファイバーチャネル２１ａ、２１ｂ
のそれぞれに接続された２つの出力口があり、これらに
は、光スプリッター１９に供給される光パルス信号１４
の部分信号２０の半分ずつが入ってくる。
続されて、光伝送ケーブル１８を伝わる光パルス信号１
４から一部を部分信号２０として取り出す。光結合器１
８は、他のファイバを通る光の一部を分岐させるタイプ
の融着ファイバー結合器を有する。光パルス信号１４の
部分信号２０は、光スプリッター１９を通過する際に２
等分され、ファイバーチャネル２１ａ、２１ｂに入る。
光スプリッター１９は、標準的な単一モードファイバー
から成る双方向３dBカプラーでよい。これは、Ｙカプラ
ーまたは３dBカプラーとして知られるものである。光ス
プリッター１９にはファイバーチャネル２１ａ、２１ｂ
のそれぞれに接続された２つの出力口があり、これらに
は、光スプリッター１９に供給される光パルス信号１４
の部分信号２０の半分ずつが入ってくる。
【００１２】光圧力センサー２２は、光スプリッター１
９およびファイバーチャネル２１ａを介して光結合器１
８に接続されており、ここを通って光パルス信号１４の
部分信号２０の半分が光圧力センサー２２に送られる。
光圧力センサー２２は、簡単なファブリ・ペロー型光圧
力センサーであることが望ましく、この型のセンサーに
ついては、“A Silicon Pressure Sensor WithAn Inter
ferometric Optical Readout”（by B.Halg published
in Transducers '91,91 Int. Conf. Solid State Sens.
Actuators, International Conference on Solid-Stat
e Sensors and Actuators, San Francisco, CA, Jun. 2
4-28,1991(IEEE cat. n. 91 CH2817-5, pp.682-684）に
開示されている。光圧力センサ２２は、ファブリ・ペロ
ー干渉計を備えており、この干渉計は、ギャップを調整
できるよう移動可能に配置されている感圧性の反射シリ
コンマイクロメンブレイン(reflective silicon microm
embrane)と固定された部分透過型ミラーとを有する。光
圧力センサ２２に伝送された出力信号２０１ａ（図面が
煩雑になるので図示せず）は、固定の部分透過型ミラー
を通過してギャップに入り、そこからシリコンマイクロ
メンブレインに反射されて再びギャップに戻ると、部分
透過型ミラーを抜けて干渉計から出て行く。出力信号２
０１ａは、光圧力センサー２２のギャップにある間に自
分自身と干渉する。光圧力センサー２２においては、干
渉はサイン波的に発生し、干渉の位相は反射面間のギャ
ップによって制御される。つまり、信号干渉量は反射面
間のギャップ幅によって決まる。ギャップ幅は、シリコ
ンマイクロメンブレインの移動に伴なって変化する。シ
リコンマイクロメンブレインの位置は、これに加わる圧
力によって移動する。よって、出力信号２０１ａに生じ
る干渉の位相は、光圧力センサー２２に作用する圧力を
表すことになる。出力信号２０１ａのうち干渉を受けた
信号２４は、反射されて光圧力センサー２２から出て、
図３に示すように光スプリッター１９に戻る。干渉後の
信号２４は、上述の通り圧力の大きさを示すので、以
下、「圧力提示信号２４」とする。屈折率分布型（GRI
N）のロッドまたはこれに類似したレンズを光圧力セン
サーの直前に配置すれば、ファイバーから光圧力センサ
ー２２に入ってくる光と、光圧力センサー２２からファ
イバーに戻っていく光とを効率的に結合できる。出力信
号２０１ａとこれが干渉を受けた結果である圧力提示信
号２４とは、それぞれ、光圧力センサー２２に出入りす
る時に、屈折率分布型ロッドを通過する。
９およびファイバーチャネル２１ａを介して光結合器１
８に接続されており、ここを通って光パルス信号１４の
部分信号２０の半分が光圧力センサー２２に送られる。
光圧力センサー２２は、簡単なファブリ・ペロー型光圧
力センサーであることが望ましく、この型のセンサーに
ついては、“A Silicon Pressure Sensor WithAn Inter
ferometric Optical Readout”（by B.Halg published
in Transducers '91,91 Int. Conf. Solid State Sens.
Actuators, International Conference on Solid-Stat
e Sensors and Actuators, San Francisco, CA, Jun. 2
4-28,1991(IEEE cat. n. 91 CH2817-5, pp.682-684）に
開示されている。光圧力センサ２２は、ファブリ・ペロ
ー干渉計を備えており、この干渉計は、ギャップを調整
できるよう移動可能に配置されている感圧性の反射シリ
コンマイクロメンブレイン(reflective silicon microm
embrane)と固定された部分透過型ミラーとを有する。光
圧力センサ２２に伝送された出力信号２０１ａ（図面が
煩雑になるので図示せず）は、固定の部分透過型ミラー
を通過してギャップに入り、そこからシリコンマイクロ
メンブレインに反射されて再びギャップに戻ると、部分
透過型ミラーを抜けて干渉計から出て行く。出力信号２
０１ａは、光圧力センサー２２のギャップにある間に自
分自身と干渉する。光圧力センサー２２においては、干
渉はサイン波的に発生し、干渉の位相は反射面間のギャ
ップによって制御される。つまり、信号干渉量は反射面
間のギャップ幅によって決まる。ギャップ幅は、シリコ
ンマイクロメンブレインの移動に伴なって変化する。シ
リコンマイクロメンブレインの位置は、これに加わる圧
力によって移動する。よって、出力信号２０１ａに生じ
る干渉の位相は、光圧力センサー２２に作用する圧力を
表すことになる。出力信号２０１ａのうち干渉を受けた
信号２４は、反射されて光圧力センサー２２から出て、
図３に示すように光スプリッター１９に戻る。干渉後の
信号２４は、上述の通り圧力の大きさを示すので、以
下、「圧力提示信号２４」とする。屈折率分布型（GRI
N）のロッドまたはこれに類似したレンズを光圧力セン
サーの直前に配置すれば、ファイバーから光圧力センサ
ー２２に入ってくる光と、光圧力センサー２２からファ
イバーに戻っていく光とを効率的に結合できる。出力信
号２０１ａとこれが干渉を受けた結果である圧力提示信
号２４とは、それぞれ、光圧力センサー２２に出入りす
る時に、屈折率分布型ロッドを通過する。
【００１３】パルス光信号１４の部分信号２０から、光
スプリッター１９によって分波された出力信号２０１ｂ
（図面が煩雑になるので図示せず）は、光スプリッター
１９に接続された非感圧レフレクター２６に送られる。
非感圧レフレクター２６は出力信号２０１ｂを反射し
て、出力信号２０１ａおよび出力信号２０１ｂに実質的
に等しい信号である基準信号２８を光スプリッター１９
に返す。非感圧レフレクター２６は、端部固定ミラー、
またはこれに類似の光反射装置を備える。反射されて光
スプリッター１９に戻った圧力提示信号２４と基準信号
２８とは、 一組にまとめられて非オーバーラップ信号
対３０となる。出力信号２０１ａと２０１ｂとでは、進
行路の長さが異なっており、それによって、基準信号２
８が反射されて光スプリッター１９に戻るのに要する時
間は、圧力提示信号２４のそれよりも長くなる。その結
果、２つの信号はオーバーラップすることがない。非オ
ーバーラップ信号対３０は光結合器１８を通って、光伝
送ケーブル１６に入る。
スプリッター１９によって分波された出力信号２０１ｂ
（図面が煩雑になるので図示せず）は、光スプリッター
１９に接続された非感圧レフレクター２６に送られる。
非感圧レフレクター２６は出力信号２０１ｂを反射し
て、出力信号２０１ａおよび出力信号２０１ｂに実質的
に等しい信号である基準信号２８を光スプリッター１９
に返す。非感圧レフレクター２６は、端部固定ミラー、
またはこれに類似の光反射装置を備える。反射されて光
スプリッター１９に戻った圧力提示信号２４と基準信号
２８とは、 一組にまとめられて非オーバーラップ信号
対３０となる。出力信号２０１ａと２０１ｂとでは、進
行路の長さが異なっており、それによって、基準信号２
８が反射されて光スプリッター１９に戻るのに要する時
間は、圧力提示信号２４のそれよりも長くなる。その結
果、２つの信号はオーバーラップすることがない。非オ
ーバーラップ信号対３０は光結合器１８を通って、光伝
送ケーブル１６に入る。
【００１４】非オーバーラップ信号対３０は、光パルス
信号１４と同じ光伝送ケーブル１６を光パルス信号１４
とは反対方向へ進む。非オーバーラップ信号対３０が進
むのは、図３に示すようにレーザー光源１２の方向であ
る。なお、各信号の伝搬方向は図２，３において、矢印
で示してある。光結合器３１は、光結合器１８が部分信
号２０を取り出したのと同様に、光伝送ケーブル１６か
ら非オーバーラップ信号対３０を取り出して信号検知器
３２に送り、強度を計測させる。信号検知器３２は、光
ダイオード受信器またはこれに類似の装置とする。信号
検知器３２は、圧力提示信号２４および基準信号２８の
それぞれにつきその強度を表す出力信号を、処理装置３
４に供給する。処理装置３４は、マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）またはこれに類似の装置であって、信号検知
器３２に付属している。処理装置３４は、受信した信号
が示す圧力提示信号２４および基準信号２８の強度を比
較し、前者の後者に対する比率を求めて、光圧力センサ
ー２２に作用する圧力を算出する。比率を示す信号を処
理装置３４に予め格納されている所定値と比較して圧力
値を求めてもよい。処理装置３４は、非オーバーラップ
信号対３０を一定時間にわたって複数受信し、これらを
積分するなどして、計測圧力値の平均を求めることにし
てもよい。このようにすれば、各光圧力センサー２２に
ついてより正確な圧力値を求めることができる。平均値
であれば、計測圧力値に生じるわずかな偏差をも補正で
きるからである。
信号１４と同じ光伝送ケーブル１６を光パルス信号１４
とは反対方向へ進む。非オーバーラップ信号対３０が進
むのは、図３に示すようにレーザー光源１２の方向であ
る。なお、各信号の伝搬方向は図２，３において、矢印
で示してある。光結合器３１は、光結合器１８が部分信
号２０を取り出したのと同様に、光伝送ケーブル１６か
ら非オーバーラップ信号対３０を取り出して信号検知器
３２に送り、強度を計測させる。信号検知器３２は、光
ダイオード受信器またはこれに類似の装置とする。信号
検知器３２は、圧力提示信号２４および基準信号２８の
それぞれにつきその強度を表す出力信号を、処理装置３
４に供給する。処理装置３４は、マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）またはこれに類似の装置であって、信号検知
器３２に付属している。処理装置３４は、受信した信号
が示す圧力提示信号２４および基準信号２８の強度を比
較し、前者の後者に対する比率を求めて、光圧力センサ
ー２２に作用する圧力を算出する。比率を示す信号を処
理装置３４に予め格納されている所定値と比較して圧力
値を求めてもよい。処理装置３４は、非オーバーラップ
信号対３０を一定時間にわたって複数受信し、これらを
積分するなどして、計測圧力値の平均を求めることにし
てもよい。このようにすれば、各光圧力センサー２２に
ついてより正確な圧力値を求めることができる。平均値
であれば、計測圧力値に生じるわずかな偏差をも補正で
きるからである。
【００１５】上述の通り、光圧力センサー２２から反射
される圧力提示信号２４には、光圧力センサー２２に作
用する圧力の大きさが反映されており、光圧力センサー
２２において発生する出力信号２０１ａの干渉の位相
は、光圧力センサー２２内のミラーの反射面間のギャッ
プが変化するのに従って変わってくる。パルス光信号１
４は、光圧力センサー２２内に伝搬し、これに対して光
圧力センサー２２から反射されてくる圧力提示信号２４
の強度は、ギャップの変化に対してサイン的に変化す
る。光圧力センサー２２内で出力信号２０１ａは、ギャ
ップ幅と出力信号２０１ａ自体の波長とに応じ、強め合
う形あるいは弱めあう形で自己と干渉するのである。よ
って、光圧力センサー２２から反射されてくる圧力提示
信号２４を計測することで、出力光信号２０１ａの干渉
の位相は求められる。さらに、ギャップ幅、次いで、光
圧力センサー２２に作用する圧力が求められる。
される圧力提示信号２４には、光圧力センサー２２に作
用する圧力の大きさが反映されており、光圧力センサー
２２において発生する出力信号２０１ａの干渉の位相
は、光圧力センサー２２内のミラーの反射面間のギャッ
プが変化するのに従って変わってくる。パルス光信号１
４は、光圧力センサー２２内に伝搬し、これに対して光
圧力センサー２２から反射されてくる圧力提示信号２４
の強度は、ギャップの変化に対してサイン的に変化す
る。光圧力センサー２２内で出力信号２０１ａは、ギャ
ップ幅と出力信号２０１ａ自体の波長とに応じ、強め合
う形あるいは弱めあう形で自己と干渉するのである。よ
って、光圧力センサー２２から反射されてくる圧力提示
信号２４を計測することで、出力光信号２０１ａの干渉
の位相は求められる。さらに、ギャップ幅、次いで、光
圧力センサー２２に作用する圧力が求められる。
【００１６】光圧力センサー２２から出る圧力提示信号
２４の強度を正確に求めるためには、光圧力センサー２
２に入る部分信号２０（圧力提示信号２４の元になる信
号）の強度と比較が必要であり、そのために、非感圧レ
フレクター２６は、光圧力センサー２２が受け取る出力
信号２０１ａの代用として、これと実質的に同一の信号
である基準信号２８を返す。圧力提示信号２４を基準信
号２８と比較することで、長距離を伝送される信号に表
れる損失とノイズとは補正できる。パルス光信号１４か
ら取り出された部分信号２０は、全く同じ２つの出力信
号２０１ａ、２０１ｂに分割される。この２つの出力信
号は光圧力センサー２２とレフレクター２６とにそれぞ
れ送られるので、光伝送ケーブル１６に反射される圧力
提示信号２４と基準信号２８とはともに、パルス光信号
１４の部分信号２０が被るのと同じ損失を被ることにな
る。同様に、圧力提示信号２４と基準信号２８とには、
信号検知器３２に戻る際に、同じ損失とノイズとが生じ
る。よって、基準信号２８の強度は損失とノイズの情報
を含み、圧力提示信号２４の強度は圧力計測値と損失と
ノイズとの情報を含むことになるので、両者を比較すれ
ば、圧力提示信号２４の強度に含まれる情報のうち圧力
計測値を示す情報のみを抽出できる。つまり、圧力提示
信号２４と対になって伝送される基準信号２８は、ノイ
ズや損失を補正するためのものであり、この補正によっ
て、パルス光信号１４の強度のわずかな変化まで計測す
ることができるのである。
２４の強度を正確に求めるためには、光圧力センサー２
２に入る部分信号２０（圧力提示信号２４の元になる信
号）の強度と比較が必要であり、そのために、非感圧レ
フレクター２６は、光圧力センサー２２が受け取る出力
信号２０１ａの代用として、これと実質的に同一の信号
である基準信号２８を返す。圧力提示信号２４を基準信
号２８と比較することで、長距離を伝送される信号に表
れる損失とノイズとは補正できる。パルス光信号１４か
ら取り出された部分信号２０は、全く同じ２つの出力信
号２０１ａ、２０１ｂに分割される。この２つの出力信
号は光圧力センサー２２とレフレクター２６とにそれぞ
れ送られるので、光伝送ケーブル１６に反射される圧力
提示信号２４と基準信号２８とはともに、パルス光信号
１４の部分信号２０が被るのと同じ損失を被ることにな
る。同様に、圧力提示信号２４と基準信号２８とには、
信号検知器３２に戻る際に、同じ損失とノイズとが生じ
る。よって、基準信号２８の強度は損失とノイズの情報
を含み、圧力提示信号２４の強度は圧力計測値と損失と
ノイズとの情報を含むことになるので、両者を比較すれ
ば、圧力提示信号２４の強度に含まれる情報のうち圧力
計測値を示す情報のみを抽出できる。つまり、圧力提示
信号２４と対になって伝送される基準信号２８は、ノイ
ズや損失を補正するためのものであり、この補正によっ
て、パルス光信号１４の強度のわずかな変化まで計測す
ることができるのである。
【００１７】次いで、上記の光圧力センサー２２をアレ
イとして構成した場合の、圧力計測について説明する。
図１〜３に示すように、光圧力センサー２２のアレイを
用いれば、光伝送ケーブル１６沿いの複数の箇所で圧力
を計測することができる。ここに示す本発明の実施の形
態では、複数の光結合器１８が、間隔をおいて光伝送ケ
ーブル１６に接続されており、この接続箇所においてパ
ルス光信号１４から部分信号２０を取り出す。パルス光
信号１４が光伝送ケーブル１６に沿って伝わり、光圧力
センサー２２のアレイに入っていく様子を図２，３に示
す。複数ある光結合器１８はそれぞれ、光スプリッター
１９、光圧力センサー２２ならびに、これらに接続され
る非感圧レフレクター２６を備える。これら構成によ
り、非オーバーラップ信号対３０ａ、３０ｂ、３０ｃが
光伝送ケーブル１６に返される。非オーバーラップ信号
対３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、処理装置３４に入り、こ
こで各信号対３０ａ、３０ｂ、３０ｃについて、それぞ
れに含まれる圧力提示信号２４と基準信号２８との強度
比率が求められる。この方法であれば、すでに説明した
通り、基準信号２８を使ってノイズや損失を補正できる
ので、圧力センサーの位置に関係なく正確な圧力計測値
が得られる。
イとして構成した場合の、圧力計測について説明する。
図１〜３に示すように、光圧力センサー２２のアレイを
用いれば、光伝送ケーブル１６沿いの複数の箇所で圧力
を計測することができる。ここに示す本発明の実施の形
態では、複数の光結合器１８が、間隔をおいて光伝送ケ
ーブル１６に接続されており、この接続箇所においてパ
ルス光信号１４から部分信号２０を取り出す。パルス光
信号１４が光伝送ケーブル１６に沿って伝わり、光圧力
センサー２２のアレイに入っていく様子を図２，３に示
す。複数ある光結合器１８はそれぞれ、光スプリッター
１９、光圧力センサー２２ならびに、これらに接続され
る非感圧レフレクター２６を備える。これら構成によ
り、非オーバーラップ信号対３０ａ、３０ｂ、３０ｃが
光伝送ケーブル１６に返される。非オーバーラップ信号
対３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、処理装置３４に入り、こ
こで各信号対３０ａ、３０ｂ、３０ｃについて、それぞ
れに含まれる圧力提示信号２４と基準信号２８との強度
比率が求められる。この方法であれば、すでに説明した
通り、基準信号２８を使ってノイズや損失を補正できる
ので、圧力センサーの位置に関係なく正確な圧力計測値
が得られる。
【００１８】複数の非オーバーラップ信号対３０ａ、３
０ｂ、３０ｃは、戻りパルス信号３６として時間分割多
重送信されるので、複数ある非オーバーラップ信号対３
０は互いに干渉することがなく、干渉を受けない状態で
単一モード光ファイバー１６から読み出すことができ
る。よって、各センサーからの出力結果から個々のセン
サーの圧力計測値を求めるのに、従来の圧力センサーア
レイでは時に必要であった調整を行う必要がない。さら
に、本発明においては、信号の時分割多重送信を行うの
で、単一のパルス光信号１４とこれに対して返送されて
くる複数の非オーバーラップ信号対３０とを、単一モー
ドファイバーで伝送できる。そのため、圧力センサーご
とに専用のファイバーを接続する必要のあった従来とは
異なり、ファイバーは１つで足りる。
０ｂ、３０ｃは、戻りパルス信号３６として時間分割多
重送信されるので、複数ある非オーバーラップ信号対３
０は互いに干渉することがなく、干渉を受けない状態で
単一モード光ファイバー１６から読み出すことができ
る。よって、各センサーからの出力結果から個々のセン
サーの圧力計測値を求めるのに、従来の圧力センサーア
レイでは時に必要であった調整を行う必要がない。さら
に、本発明においては、信号の時分割多重送信を行うの
で、単一のパルス光信号１４とこれに対して返送されて
くる複数の非オーバーラップ信号対３０とを、単一モー
ドファイバーで伝送できる。そのため、圧力センサーご
とに専用のファイバーを接続する必要のあった従来とは
異なり、ファイバーは１つで足りる。
【００１９】パルス光信号１４には、GHzの一対の線幅
が必要である。線幅は、広ければパルス光信号の偏光解
消が可能になる一方、せまいと偏光の問題が生じる。し
かし逆に、広すぎる線幅はノイズ発生の原因ともなるの
で望ましくない。また、パルス光信号１４は、可能な限
り偏光に対する感度が小さい方がよい。パルス光信号１
４は、光源から射出される際に偏光スクランブル装置１
５を通過して、ここで光信号の偏光はスクランブルされ
解消される。この場合、偏光スクランブル装置１５に用
いられるパルス光信号１４の偏光解消の技術はどんなも
のでもよい。例えば、偏光スクランブル装置１５はパル
ス光信号１４を、ほぼ同じ振幅を持つ２つの直交する線
形偏光信号に分割し、これら光信号を、長さが異なるの
別々の光路に通し、それぞれ異なる遅延を生じさせるこ
とにすればよい。そうすれば、光路を通過した後に２つ
の信号を終端で結合させると、これら信号は互いにイン
コヒーレントであるため、結合後のパルス光信号１４に
おいては偏光がスクランブルされて解消されている。ま
た、偏光スクランブル装置１５は、偏光維持（ＰＭ）干
渉計を利用したものでもよい。その場合、偏光スクラン
ブル装置１５に入るパルス光信号１４は、ＰＭカプラに
よって２つの信号に分割される。分割された２つの信号
は、長さの異なるＰＭファイバー枝に別個に送られる。
パルス光信号１４は、例えばPMファイバーの速軸に沿っ
て偏光され、入力PMカプラーは、この速軸で偏光された
光とほぼ同じ振幅の２つの分割信号を、長さの異なる２
本のPMファイバー干渉計枝に送る。PMファイバー干渉計
枝はスプライスを有し、入力PMカプラーから出力PMカプ
ラーに達するまでの間に、このスプライスにおいてファ
イバーの方向は透過軸に対して９０度回転させられる。
PMファイバー干渉計枝内で、光はPMファイバーの遅軸に
沿って偏光され、出力カプラーに届く。そこで、出力カ
プラーは、速軸と遅軸とで偏光された振幅がほぼ等しい
これらの光を結合する。これらの光は、互いに直交する
形で偏光させられており、光路長の差が充分であればイ
ンコヒーレントになる。インコヒーレントになれば、偏
光は生じない。
が必要である。線幅は、広ければパルス光信号の偏光解
消が可能になる一方、せまいと偏光の問題が生じる。し
かし逆に、広すぎる線幅はノイズ発生の原因ともなるの
で望ましくない。また、パルス光信号１４は、可能な限
り偏光に対する感度が小さい方がよい。パルス光信号１
４は、光源から射出される際に偏光スクランブル装置１
５を通過して、ここで光信号の偏光はスクランブルされ
解消される。この場合、偏光スクランブル装置１５に用
いられるパルス光信号１４の偏光解消の技術はどんなも
のでもよい。例えば、偏光スクランブル装置１５はパル
ス光信号１４を、ほぼ同じ振幅を持つ２つの直交する線
形偏光信号に分割し、これら光信号を、長さが異なるの
別々の光路に通し、それぞれ異なる遅延を生じさせるこ
とにすればよい。そうすれば、光路を通過した後に２つ
の信号を終端で結合させると、これら信号は互いにイン
コヒーレントであるため、結合後のパルス光信号１４に
おいては偏光がスクランブルされて解消されている。ま
た、偏光スクランブル装置１５は、偏光維持（ＰＭ）干
渉計を利用したものでもよい。その場合、偏光スクラン
ブル装置１５に入るパルス光信号１４は、ＰＭカプラに
よって２つの信号に分割される。分割された２つの信号
は、長さの異なるＰＭファイバー枝に別個に送られる。
パルス光信号１４は、例えばPMファイバーの速軸に沿っ
て偏光され、入力PMカプラーは、この速軸で偏光された
光とほぼ同じ振幅の２つの分割信号を、長さの異なる２
本のPMファイバー干渉計枝に送る。PMファイバー干渉計
枝はスプライスを有し、入力PMカプラーから出力PMカプ
ラーに達するまでの間に、このスプライスにおいてファ
イバーの方向は透過軸に対して９０度回転させられる。
PMファイバー干渉計枝内で、光はPMファイバーの遅軸に
沿って偏光され、出力カプラーに届く。そこで、出力カ
プラーは、速軸と遅軸とで偏光された振幅がほぼ等しい
これらの光を結合する。これらの光は、互いに直交する
形で偏光させられており、光路長の差が充分であればイ
ンコヒーレントになる。インコヒーレントになれば、偏
光は生じない。
【００２０】ただし、PMファイバー干渉計枝の長さの差
を決めるには注意が必要である。パルス光信号１４の長
さよりは短くして、干渉計を抜ける際には、各枝から出
てくる２つの信号がほとんど全体的にオーバーラップさ
せる必要がある。そのためレーザー光源の線幅は、この
程度の枝長の差でもコヒーレンスを解消できるだけの大
きさでなければならない。本実施例で、レーザー光源と
してパルスDFBレーザーを用いるのは、パルスDFBレーザ
ーの線幅が数GHzで、上記の偏光制御の方法にも適用で
きるからである。
を決めるには注意が必要である。パルス光信号１４の長
さよりは短くして、干渉計を抜ける際には、各枝から出
てくる２つの信号がほとんど全体的にオーバーラップさ
せる必要がある。そのためレーザー光源の線幅は、この
程度の枝長の差でもコヒーレンスを解消できるだけの大
きさでなければならない。本実施例で、レーザー光源と
してパルスDFBレーザーを用いるのは、パルスDFBレーザ
ーの線幅が数GHzで、上記の偏光制御の方法にも適用で
きるからである。
【００２１】なお、各光結合器１８でパルス光信号１４
から取り出される部分信号の大きさは、アレイ長とアレ
イを構成する光圧力センサ２２の数に応じて様々に変え
ることができる。これによって、光圧力センサ２２から
戻される圧力提示信号２４を平均化できる。さらに、光
圧力センサ２２を取り換え可能に配置したい場合、各光
結合器で分岐されるパルス光信号１４の部分信号２０
は、光パルス信号１４の1/N（Nは光圧力センサ２２の
数）に等しくする。本発明の圧力計測装置１０では、光
圧力センサ２２の数はいくつでもかまわない。単一モー
ドファイバー（光伝送ケーブル１６）1本につき、１〜
１００個の光圧力センサー２２を用いることができる。
から取り出される部分信号の大きさは、アレイ長とアレ
イを構成する光圧力センサ２２の数に応じて様々に変え
ることができる。これによって、光圧力センサ２２から
戻される圧力提示信号２４を平均化できる。さらに、光
圧力センサ２２を取り換え可能に配置したい場合、各光
結合器で分岐されるパルス光信号１４の部分信号２０
は、光パルス信号１４の1/N（Nは光圧力センサ２２の
数）に等しくする。本発明の圧力計測装置１０では、光
圧力センサ２２の数はいくつでもかまわない。単一モー
ドファイバー（光伝送ケーブル１６）1本につき、１〜
１００個の光圧力センサー２２を用いることができる。
【００２２】本発明の圧力計測装置１０は、光学的特性
だけを利用して、多くの位置で圧力を計測する。そのた
め、各光圧力センサー２２に電気を供給する必要はな
く、光圧力センサー２２を光ファイバーに接続するだけ
でよい。また、本発明の圧力計測装置１０を構成する各
部は、非音響的なものなので、音響機器に用いた場合で
も、音響的な影響を受けることなく圧力計測を行うるこ
とができる。
だけを利用して、多くの位置で圧力を計測する。そのた
め、各光圧力センサー２２に電気を供給する必要はな
く、光圧力センサー２２を光ファイバーに接続するだけ
でよい。また、本発明の圧力計測装置１０を構成する各
部は、非音響的なものなので、音響機器に用いた場合で
も、音響的な影響を受けることなく圧力計測を行うるこ
とができる。
【００２３】上述の内容から分かるように、本実施の形
態における非音響型光圧力センサーは、小型かつ経済的
で、しかも電気を必要としない圧力センサーを実現して
おり、単一の光ファイバーを用いて複数箇所で圧力を計
測できる。さらに、この光圧力センサーでアレイを形成
すれば、圧力信号とともに基準信号を伝達して遠距離か
らの光信号伝達に伴なうノイズや損失を補正できるの
で、わずかな圧力変化も感知できる正確な圧力計測が可
能である。
態における非音響型光圧力センサーは、小型かつ経済的
で、しかも電気を必要としない圧力センサーを実現して
おり、単一の光ファイバーを用いて複数箇所で圧力を計
測できる。さらに、この光圧力センサーでアレイを形成
すれば、圧力信号とともに基準信号を伝達して遠距離か
らの光信号伝達に伴なうノイズや損失を補正できるの
で、わずかな圧力変化も感知できる正確な圧力計測が可
能である。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の圧力計測装置は、パルス光信号を生成するレーザー光
源と、前記レーザー光源に接続され、前記パルス光信号
を伝送する光伝送ケーブルと、前記光伝送ケーブルに接
続され、前記パルス光信号を第１の出力信号と第２の出
力信号とに２等分する光スプリッターと、前記光スプリ
ッターから第１の出力信号を受け取り、これに対応する
圧力提示信号を前記光スプリッター経由で前記光伝送ケ
ーブルに返す光圧力センサーと、前記光スプリッターか
ら第２の出力信号を受け取り、これに対応する基準信号
を前記光スプリッター経由で前記光伝送ケーブルに返す
非感圧式レフレクターと、前記の圧力提示信号と基準信
号とを前記光伝送ケーブル経由で受信する信号受信手段
と、前記信号受信手段に接続され、圧力提示信号と基準
信号とを比較して前記光圧力センサーに加わる圧力を求
める圧力算出手段とを備えるので、従来の電気接続を必
要とする圧力センサーに伴なう問題が発生せず、さらに
は、精度が高く場所を取らず、しかも光信号の伝送に伴
なう損失の影響を受けない。また、電気を用いない圧力
センサーであって、厳しい環境や高温がセンサーの感度
に及ぼす影響を最小限にとどめることもできる。また、
小型で低コストそして精度の高い光圧力センサーを提供
することができる。さらに、長距離を越えて伝送される
光圧力信号に生じるノイズや損失を補正して、遠隔地で
得る圧力計測値の精度を高めることのできる。さらに、
遠隔地から光圧力信号とともに伝送される基準信号を利
用して、長距離の伝送に伴なって生じるノイズや損失を
補正することができる。
の圧力計測装置は、パルス光信号を生成するレーザー光
源と、前記レーザー光源に接続され、前記パルス光信号
を伝送する光伝送ケーブルと、前記光伝送ケーブルに接
続され、前記パルス光信号を第１の出力信号と第２の出
力信号とに２等分する光スプリッターと、前記光スプリ
ッターから第１の出力信号を受け取り、これに対応する
圧力提示信号を前記光スプリッター経由で前記光伝送ケ
ーブルに返す光圧力センサーと、前記光スプリッターか
ら第２の出力信号を受け取り、これに対応する基準信号
を前記光スプリッター経由で前記光伝送ケーブルに返す
非感圧式レフレクターと、前記の圧力提示信号と基準信
号とを前記光伝送ケーブル経由で受信する信号受信手段
と、前記信号受信手段に接続され、圧力提示信号と基準
信号とを比較して前記光圧力センサーに加わる圧力を求
める圧力算出手段とを備えるので、従来の電気接続を必
要とする圧力センサーに伴なう問題が発生せず、さらに
は、精度が高く場所を取らず、しかも光信号の伝送に伴
なう損失の影響を受けない。また、電気を用いない圧力
センサーであって、厳しい環境や高温がセンサーの感度
に及ぼす影響を最小限にとどめることもできる。また、
小型で低コストそして精度の高い光圧力センサーを提供
することができる。さらに、長距離を越えて伝送される
光圧力信号に生じるノイズや損失を補正して、遠隔地で
得る圧力計測値の精度を高めることのできる。さらに、
遠隔地から光圧力信号とともに伝送される基準信号を利
用して、長距離の伝送に伴なって生じるノイズや損失を
補正することができる。
【００２５】そのためには、前記圧力提示信号と基準信
号とを前記光結合器を通過する際に結合して、オーバー
ラップしないパルス信号対としたうえで前記光伝送ケー
ブルに進ませる光結合器を更に備えることとする。また
は、前記レーザー光源が分散形フィードバックレーザー
であり、前記パルス光信号の波長は1.33から1.5マイク
ロメータであることとする。または、前記光圧力センサ
ーはファブリ・ペロー光圧力センサーであることとす
る。または、前記ファブリ・ペロー光圧力センサーは、
可動の感圧型シリコンミラーと固定された半透過性ミラ
ーとを有し、これら２つのミラー間のギャップにおいて
これらミラーから反射される信号に信号干渉を起こさせ
ることとする。または、前記非感圧レフレクターが端部
固定ミラーであることとする。または、前記光伝送ケー
ブルは単一モード光ファイバーであることとする。
号とを前記光結合器を通過する際に結合して、オーバー
ラップしないパルス信号対としたうえで前記光伝送ケー
ブルに進ませる光結合器を更に備えることとする。また
は、前記レーザー光源が分散形フィードバックレーザー
であり、前記パルス光信号の波長は1.33から1.5マイク
ロメータであることとする。または、前記光圧力センサ
ーはファブリ・ペロー光圧力センサーであることとす
る。または、前記ファブリ・ペロー光圧力センサーは、
可動の感圧型シリコンミラーと固定された半透過性ミラ
ーとを有し、これら２つのミラー間のギャップにおいて
これらミラーから反射される信号に信号干渉を起こさせ
ることとする。または、前記非感圧レフレクターが端部
固定ミラーであることとする。または、前記光伝送ケー
ブルは単一モード光ファイバーであることとする。
【００２６】さらに、以上の説明から同様に明らかなよ
うに、本発明の圧力計測装置は、パルス光信号を生成す
るレーザー光源と、前記レーザー光源に接続され、パル
ス光信号を伝送する光伝送ケーブルと、前記光伝送ケー
ブルに接続され、前記光伝送ケーブルからパルス光信号
の少なくとも一部を分岐させる複数の光結合器と、前記
複数の光結合器はそれぞれに接続されており、前記の分
岐させられたパルス光信号の一部を受け取り、これに対
して圧力提示信号を前記光結合器に返す複数の光圧力セ
ンサーと、前記圧力提示信号を前記光伝送ケーブルから
受信する信号受信手段と、前記信号受信手段に接続さ
れ、前記圧力提示信号から前記光圧力センサーに加わる
圧力を求める圧力算出手段とを備え、前記複数の光圧力
センサーは、前記光伝送ケーブルに沿った複数の箇所で
の圧力の計測を可能とするよう、間隔をおいて配置され
たアレイを形作り、前記複数の光圧力センサーからの圧
力提示信号は、前記光結合器を経由して光伝送ケーブル
に入ることとすれば、数箇所の遠隔地で求めた精度の高
い圧力計測値を単一の光路に沿って伝送することのでき
る光圧力センサーアレイを有する圧力計測装置を提供す
ることができる。
うに、本発明の圧力計測装置は、パルス光信号を生成す
るレーザー光源と、前記レーザー光源に接続され、パル
ス光信号を伝送する光伝送ケーブルと、前記光伝送ケー
ブルに接続され、前記光伝送ケーブルからパルス光信号
の少なくとも一部を分岐させる複数の光結合器と、前記
複数の光結合器はそれぞれに接続されており、前記の分
岐させられたパルス光信号の一部を受け取り、これに対
して圧力提示信号を前記光結合器に返す複数の光圧力セ
ンサーと、前記圧力提示信号を前記光伝送ケーブルから
受信する信号受信手段と、前記信号受信手段に接続さ
れ、前記圧力提示信号から前記光圧力センサーに加わる
圧力を求める圧力算出手段とを備え、前記複数の光圧力
センサーは、前記光伝送ケーブルに沿った複数の箇所で
の圧力の計測を可能とするよう、間隔をおいて配置され
たアレイを形作り、前記複数の光圧力センサーからの圧
力提示信号は、前記光結合器を経由して光伝送ケーブル
に入ることとすれば、数箇所の遠隔地で求めた精度の高
い圧力計測値を単一の光路に沿って伝送することのでき
る光圧力センサーアレイを有する圧力計測装置を提供す
ることができる。
【００２７】そのためには、前記複数の光結合器のそれ
ぞれに接続されて、前記光パルス信号から分岐された部
分信号を受け取り、これを第１の出力信号と第２の出力
信号とに２等分する光スプリッターと、前記の各光スプ
リッターに接続されて前記第２の出力信号を受け取り、
これに対して基準信号を前記光スプリッターおよび前記
光結合器経由で前記光伝送ケーブルに返す非感圧レフレ
クターとを更に備え、前記の各光圧力センサーは、それ
ぞれに光スプリッターのいずれか１つに接続されて前記
第１の出力信号を受け取り、これに対して、圧力提示信
号を前記光スプリッターおよび前記光結合器経由で前記
光伝送ケーブルに返すこととする。または、前記の圧力
提示信号と基準信号とは、オーバーラップしないパルス
信号対として前記光結合器を通過して前記光伝送ケーブ
ルに入り、また、前記信号受信手段は、前記基準信号を
これと対を成す圧力提示信号とともに受信し、前記圧力
算出手段は、前記圧力提示信号を前記基準信号と比較し
て前記光圧力センサーに加わる圧力を算出することとす
る。または、前記のオーバーラップしないパルス信号対
は、複数が単一モード光ファイバーで伝送されても互い
に干渉することがないよう、時分割多重送信されること
とする。または、前記レーザー光源は分散形フィードバ
ックレーザーであり、前記パルス光信号の波長は1.33か
ら1.5マイクロメータであることとする。または、前記
光圧力センサーはファブリ・ペロー光圧力センサーであ
ることとする。または、前記ファブリ・ペロー光圧力セ
ンサーは、可動の感圧型シリコンミラーと固定された半
透過性ミラーとを有し、これら２つのミラー間のギャッ
プにおいてこれらミラーから反射される信号が信号干渉
を起こすこととする。または、前記各光結合器には屈折
率分布型（GRIN）ロッドが接続され、前記屈折率分布型
（GRIN）ロッドは前記光伝送ケーブルと前記光圧力セン
サーとの間で効率的に光を結合させることとする。
ぞれに接続されて、前記光パルス信号から分岐された部
分信号を受け取り、これを第１の出力信号と第２の出力
信号とに２等分する光スプリッターと、前記の各光スプ
リッターに接続されて前記第２の出力信号を受け取り、
これに対して基準信号を前記光スプリッターおよび前記
光結合器経由で前記光伝送ケーブルに返す非感圧レフレ
クターとを更に備え、前記の各光圧力センサーは、それ
ぞれに光スプリッターのいずれか１つに接続されて前記
第１の出力信号を受け取り、これに対して、圧力提示信
号を前記光スプリッターおよび前記光結合器経由で前記
光伝送ケーブルに返すこととする。または、前記の圧力
提示信号と基準信号とは、オーバーラップしないパルス
信号対として前記光結合器を通過して前記光伝送ケーブ
ルに入り、また、前記信号受信手段は、前記基準信号を
これと対を成す圧力提示信号とともに受信し、前記圧力
算出手段は、前記圧力提示信号を前記基準信号と比較し
て前記光圧力センサーに加わる圧力を算出することとす
る。または、前記のオーバーラップしないパルス信号対
は、複数が単一モード光ファイバーで伝送されても互い
に干渉することがないよう、時分割多重送信されること
とする。または、前記レーザー光源は分散形フィードバ
ックレーザーであり、前記パルス光信号の波長は1.33か
ら1.5マイクロメータであることとする。または、前記
光圧力センサーはファブリ・ペロー光圧力センサーであ
ることとする。または、前記ファブリ・ペロー光圧力セ
ンサーは、可動の感圧型シリコンミラーと固定された半
透過性ミラーとを有し、これら２つのミラー間のギャッ
プにおいてこれらミラーから反射される信号が信号干渉
を起こすこととする。または、前記各光結合器には屈折
率分布型（GRIN）ロッドが接続され、前記屈折率分布型
（GRIN）ロッドは前記光伝送ケーブルと前記光圧力セン
サーとの間で効率的に光を結合させることとする。
【００２８】そして、以上の説明から同様に明らかなよ
うに、本発明の方法は、非電気的な光圧力センサーを用
いて遠隔地で圧力を計測する方法であって、レーザー光
源にパルス光信号を生成させる信号生成ステップと、前
記パルス光信号を、前記レーザー光源に接続された光伝
送ケーブルを通じて伝送する伝送ステップと、前記光伝
送ケーブルから、前記パルス光信号の少なくとも一部分
を分岐させる分岐ステップと、前記の分岐されたパルス
光信号の部分を２等分して第１の信号と第２の信号とに
分け、それぞれを、光圧力センサーと非感圧レフレクタ
ーとに送り、前記光圧力センサーから圧力提示信号を前
記光伝送ケーブルに返させ、前記非感圧レフレクターか
ら基準信号を前記光伝送ケーブルに返させる反射ステッ
プと、前記圧力提示信号と前記基準信号とを光伝送ケー
ブルから受け取る受信ステップと、前記圧力提示信号と
前記基準信号とを比較し、前記光圧力センサーに加わる
圧力を算出する算出ステップとを有するので、従来の電
気接続を必要とする圧力計測方法に伴なう問題が発生せ
ず、さらには、精度が高く場所を取らず、しかも光信号
の伝送に伴なう損失の影響を受けない。そのためには、
更に、前記圧力提示信号と基準信号とをオーバーラップ
しないパルス信号対として前記光伝送ケーブルに伝送す
る信号対生成ステップを有することとする。
うに、本発明の方法は、非電気的な光圧力センサーを用
いて遠隔地で圧力を計測する方法であって、レーザー光
源にパルス光信号を生成させる信号生成ステップと、前
記パルス光信号を、前記レーザー光源に接続された光伝
送ケーブルを通じて伝送する伝送ステップと、前記光伝
送ケーブルから、前記パルス光信号の少なくとも一部分
を分岐させる分岐ステップと、前記の分岐されたパルス
光信号の部分を２等分して第１の信号と第２の信号とに
分け、それぞれを、光圧力センサーと非感圧レフレクタ
ーとに送り、前記光圧力センサーから圧力提示信号を前
記光伝送ケーブルに返させ、前記非感圧レフレクターか
ら基準信号を前記光伝送ケーブルに返させる反射ステッ
プと、前記圧力提示信号と前記基準信号とを光伝送ケー
ブルから受け取る受信ステップと、前記圧力提示信号と
前記基準信号とを比較し、前記光圧力センサーに加わる
圧力を算出する算出ステップとを有するので、従来の電
気接続を必要とする圧力計測方法に伴なう問題が発生せ
ず、さらには、精度が高く場所を取らず、しかも光信号
の伝送に伴なう損失の影響を受けない。そのためには、
更に、前記圧力提示信号と基準信号とをオーバーラップ
しないパルス信号対として前記光伝送ケーブルに伝送す
る信号対生成ステップを有することとする。
【００２９】さらに、前記パルス光信号の少なくとも一
部分を、前記光伝送ケーブルの複数の点から分岐する複
数分岐ステップと、前記の分岐したパルス光信号の部分
についてそれぞれ光圧力センサーと非感圧レフレクター
とに送り、そして、それぞれの光圧力センサー／非感圧
レフレクターの組が圧力提示信号と基準信号とを、オー
バーラップしないパルス信号の組として前記光伝送ケー
ブルに反射する複数反射ステップと、前記光伝送ケーブ
ルから戻される複数のオーバーラップしないパルス信号
対を受け取る複数受信ステップと、前記圧力提示信号と
対応する前記基準信号とを比較し、前記複数の光圧力セ
ンサーのそれぞれに加わる圧力を算出する複数算出ステ
ップとを更に有するとすれば、数箇所の遠隔地で求めた
精度の高い圧力計測値を単一の光路に沿って伝送するこ
とのできる。そのためには、更に、前記のオーバーラッ
プしないパルス信号対を時分割多重送信して、前記の戻
りパルス信号の組を互いに干渉することなく伝送する複
数伝送ステップを有することとする。
部分を、前記光伝送ケーブルの複数の点から分岐する複
数分岐ステップと、前記の分岐したパルス光信号の部分
についてそれぞれ光圧力センサーと非感圧レフレクター
とに送り、そして、それぞれの光圧力センサー／非感圧
レフレクターの組が圧力提示信号と基準信号とを、オー
バーラップしないパルス信号の組として前記光伝送ケー
ブルに反射する複数反射ステップと、前記光伝送ケーブ
ルから戻される複数のオーバーラップしないパルス信号
対を受け取る複数受信ステップと、前記圧力提示信号と
対応する前記基準信号とを比較し、前記複数の光圧力セ
ンサーのそれぞれに加わる圧力を算出する複数算出ステ
ップとを更に有するとすれば、数箇所の遠隔地で求めた
精度の高い圧力計測値を単一の光路に沿って伝送するこ
とのできる。そのためには、更に、前記のオーバーラッ
プしないパルス信号対を時分割多重送信して、前記の戻
りパルス信号の組を互いに干渉することなく伝送する複
数伝送ステップを有することとする。
【図１】本発明に係る圧力計測装置の実施の形態を示す
図である。
図である。
【図２】同実施の形態においてパルス信号１４が光伝送
ケーブルを通って、図１に示した光圧力センサーアレイ
に達するまでを示す図である。
ケーブルを通って、図１に示した光圧力センサーアレイ
に達するまでを示す図である。
【図３】同実施の形態において図１に示した光圧力セン
サーアレイから返される信号を示す図である。
サーアレイから返される信号を示す図である。
１０ 圧力計測装置 １２ レーザー光源 １４ 光パルス信号 １５ 偏光スクランブル装置 １６ 光伝送ケーブル １８ 光結合器 １９ 光分波器 ２０ 部分信号 ２２ 光圧力センサー ２４ 圧力提示信号 ２６ 感圧レフレクター ２８ 基準信号 ３０ 非オーバーラップ信号対 ３１ 光結合器 ３２ 信号検知器 ３４ 処理装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド、ビー、ホール アメリカ合衆国、カリフォルニア州91214、 ラ クレセンタ、ファインヒル アベニュ ー 5165
Claims (19)
- 【請求項１】 パルス光信号を生成するレーザー光源
と、 前記レーザー光源に接続され、前記パルス光信号を伝送
する光伝送ケーブルと、 前記光伝送ケーブルに接続され、前記パルス光信号を第
１の出力信号と第２の出力信号とに２等分する光スプリ
ッターと、 前記光スプリッターから第１の出力信号を受け取り、こ
れに対応する圧力提示信号を前記光スプリッター経由で
前記光伝送ケーブルに返す光圧力センサーと、前記光ス
プリッターから第２の出力信号を受け取り、これに対応
する基準信号を前記光スプリッター経由で前記光伝送ケ
ーブルに返す非感圧式レフレクターと、 前記の圧力提示信号と基準信号とを前記光伝送ケーブル
経由で受信する信号受信手段と、 前記信号受信手段に接続され、圧力提示信号と基準信号
とを比較して前記光圧力センサーに加わる圧力を求める
圧力算出手段とを備えることを特徴とする圧力計測装
置。 - 【請求項２】 前記圧力提示信号と基準信号とを前記光
結合器を通過する際に結合して、オーバーラップしない
パルス信号対としたうえで前記光伝送ケーブルに進ませ
る光結合器を更に備えることを特徴とする、請求項１記
載の圧力計測装置。 - 【請求項３】 前記レーザー光源が分散形フィードバッ
クレーザーであり、前記パルス光信号の波長は1.33から
1.5マイクロメータであることを特徴とする請求項１記
載の圧力計測装置。 - 【請求項４】 前記光圧力センサーはファブリ・ペロー
光圧力センサーであることを特徴とする請求項１記載の
圧力計測装置。 - 【請求項５】 前記ファブリ・ペロー光圧力センサー
は、可動の感圧型シリコンミラーと固定された半透過性
ミラーとを有し、これら２つのミラー間のギャップにお
いてこれらミラーから反射される信号が信号干渉を起こ
すことを特徴とする請求項４記載の圧力計測装置。 - 【請求項６】 前記非感圧レフレクターが端部固定ミラ
ーであることを特徴とする請求項１記載の圧力計測装
置。 - 【請求項７】 前記光伝送ケーブルは単一モード光ファ
イバーであることを特徴とする請求項１記載の圧力計測
装置。 - 【請求項８】 パルス光信号を生成するレーザー光源
と、 前記レーザー光源に接続され、パルス光信号を伝送する
光伝送ケーブルと、 前記光伝送ケーブルに接続され、前記光伝送ケーブルか
らパルス光信号の少なくとも一部を分岐させる複数の光
結合器と、 前記複数の光結合器はそれぞれに接続されており、前記
の分岐させられたパルス光信号の一部を受け取り、これ
に対して圧力提示信号を前記光結合器に返す複数の光圧
力センサーと、 前記圧力提示信号を前記光伝送ケーブルから受信する信
号受信手段と、 前記信号受信手段に接続され、前記圧力提示信号から前
記光圧力センサーに加わる圧力を求める圧力算出手段と
を備え、 前記複数の光圧力センサーは、前記光伝送ケーブルに沿
った複数の箇所での圧力の計測を可能とするよう、間隔
をおいて配置されたアレイを形作り、 前記複数の光圧力センサーからの圧力提示信号は、前記
光結合器を経由して光伝送ケーブルに入ること、を特徴
とする圧力計測装置。 - 【請求項９】 前記複数の光結合器のそれぞれに接続さ
れて、前記光パルス信号から分岐された部分信号を受け
取り、これを第１の出力信号と第２の出力信号とに２等
分する光スプリッターと、 前記の各光スプリッターに接続されて前記第２の出力信
号を受け取り、これに対して基準信号を前記光スプリッ
ターおよび前記光結合器経由で前記光伝送ケーブルに返
す非感圧レフレクターとを更に備え、 前記の各光圧力センサーは、それぞれに光スプリッター
のいずれか１つに接続されて前記第１の出力信号を受け
取り、これに対して、圧力提示信号を前記光スプリッタ
ーおよび前記光結合器経由で前記光伝送ケーブルに返す
ことを特徴とする請求項８記載の圧力計測装置。 - 【請求項１０】 前記の圧力提示信号と基準信号とは、
オーバーラップしないパルス信号対として前記光結合器
を通過して前記光伝送ケーブルに入り、 また、前記信号受信手段は、前記基準信号をこれと対を
成す圧力提示信号とともに受信し、 前記圧力算出手段は、前記圧力提示信号を前記基準信号
と比較して前記光圧力センサーに加わる圧力を算出する
ことを特徴とする請求項９記載の圧力計測装置。 - 【請求項１１】 前記のオーバーラップしないパルス信
号対は、複数が単一モード光ファイバーで伝送されても
互いに干渉することがないよう、時分割多重送信される
ことを特徴とする請求項１０記載の圧力計測装置。 - 【請求項１２】 前記レーザー光源は分散形フィードバ
ックレーザーであり、前記パルス光信号の波長は1.33か
ら1.5マイクロメータであることを特徴とする請求項８
記載の圧力計測装置。 - 【請求項１３】 前記光圧力センサーはファブリ・ペロ
ー光圧力センサーであることを特徴とする請求項８記載
の圧力計測装置。 - 【請求項１４】 前記ファブリ・ペロー光圧力センサー
は、可動の感圧型シリコンミラーと固定された半透過性
ミラーとを有し、これら２つのミラー間のギャップにお
いてこれらミラーから反射される信号が信号干渉を起こ
すことを特徴とする請求項１３記載の圧力計測装置。 - 【請求項１５】 前記各光結合器には屈折率分布型（GR
IN）ロッドが接続され、前記屈折率分布型（GRIN）ロッ
ドは前記光伝送ケーブルと前記光圧力センサーとの間で
効率的に光を結合させることを特徴とする請求項８記載
の圧力計測装置。 - 【請求項１６】 非電気的な光圧力センサーを用いて遠
隔地で圧力を計測する方法であって、 レーザー光源にパルス光信号を生成させる信号生成ステ
ップと、 前記パルス光信号を、前記レーザー光源に接続された光
伝送ケーブルを通じて伝送する伝送ステップと、 前記光伝送ケーブルから、前記パルス光信号の少なくと
も一部分を分岐させる分岐ステップと、 前記の分岐されたパルス光信号の部分を２等分して第１
の信号と第２の信号とに分け、それぞれを、光圧力セン
サーと非感圧レフレクターとに送り、前記光圧力センサ
ーから圧力提示信号を前記光伝送ケーブルに返させ、前
記非感圧レフレクターから基準信号を前記光伝送ケーブ
ルに返させる反射ステップと、 前記圧力提示信号と前記基準信号とを光伝送ケーブルか
ら受け取る受信ステップと、 前記圧力提示信号と前記基準信号とを比較し、前記光圧
力センサーに加わる圧力を算出する算出ステップとを有
することを特徴とする方法。 - 【請求項１７】 更に、前記圧力提示信号と基準信号と
をオーバーラップしないパルス信号対として前記光伝送
ケーブルに伝送する信号対生成ステップを有することを
特徴とする請求項１６記載の方法。 - 【請求項１８】 前記パルス光信号の少なくとも一部分
を、前記光伝送ケーブルの複数の点から分岐する複数分
岐ステップと、 前記の分岐したパルス光信号の部分についてそれぞれ光
圧力センサーと非感圧レフレクターとに送り、そして、
それぞれの光圧力センサー／非感圧レフレクターの組が
圧力提示信号と基準信号とを、オーバーラップしないパ
ルス信号の組として前記光伝送ケーブルに反射する複数
反射ステップと、 前記光伝送ケーブルから戻される複数のオーバーラップ
しないパルス信号対を受け取る複数受信ステップと、 前記圧力提示信号と対応する前記基準信号とを比較し、
前記複数の光圧力センサーのそれぞれに加わる圧力を算
出する複数算出ステップとを更に有することを特徴とす
る請求項１７に示す方法。 - 【請求項１９】 更に、前記のオーバーラップしないパ
ルス信号対を時分割多重送信して、前記の戻りパルス信
号の組を互いに干渉することなく伝送する複数伝送ステ
ップを有することを特徴とする請求項１８記載の圧力計
測方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US5429097P | 1997-07-31 | 1997-07-31 | |
| US60/054290 | 1997-07-31 | ||
| US08/923707 | 1997-09-04 | ||
| US08/923,707 US6038926A (en) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | TDM array of optical non-acoustic pressure sensors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11110673A true JPH11110673A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=26732843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10214621A Pending JPH11110673A (ja) | 1997-07-31 | 1998-07-29 | 非音響型光圧力センサーまたは非音響型光圧力センサーのｔｄｍ（時分割多重送信）アレイを用いた圧力計測装置とその方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0895075A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11110673A (ja) |
| KR (1) | KR100639846B1 (ja) |
| CN (1) | CN1215158A (ja) |
| AU (1) | AU732668B2 (ja) |
| BR (1) | BR9802830A (ja) |
| CA (1) | CA2240550C (ja) |
| NO (1) | NO323869B1 (ja) |
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- 1998-07-09 AU AU75116/98A patent/AU732668B2/en not_active Ceased
- 1998-07-16 NO NO19983282A patent/NO323869B1/no not_active IP Right Cessation
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