JPH11218458A - 圧力センサ及び圧力測定装置 - Google Patents
圧力センサ及び圧力測定装置Info
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- JPH11218458A JPH11218458A JP31721398A JP31721398A JPH11218458A JP H11218458 A JPH11218458 A JP H11218458A JP 31721398 A JP31721398 A JP 31721398A JP 31721398 A JP31721398 A JP 31721398A JP H11218458 A JPH11218458 A JP H11218458A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ファイバを用いて流体の圧力を高精度で安
定して検出できるようにする。１本の光ファイバに複数
個の圧力センサを直列に接続して複数点の圧力測定を一
括して行えるようにする。 【解決手段】 長さ方向の一部にＦＢＧ（光ファイバブ
ラッグ回折格子）15を形成した光ファイバ13と、圧力の
変化をＦＢＧ15の伸び歪みの変化に変換する手段５、
７、９、１１とを備えた圧力センサ１を使用する。圧力
センサ１に、前記光ファイバ13に連続光を入射したとき
のＦＢＧ15のブラッグ反射光の波長シフト量を測定する
手段を組み合わせる。ブラッグ反射光の波長はＦＢＧ15
の伸び歪みに応じて変化するので、ブラッグ反射光の波
長のシフト量から圧力を測定できる。
定して検出できるようにする。１本の光ファイバに複数
個の圧力センサを直列に接続して複数点の圧力測定を一
括して行えるようにする。 【解決手段】 長さ方向の一部にＦＢＧ（光ファイバブ
ラッグ回折格子）15を形成した光ファイバ13と、圧力の
変化をＦＢＧ15の伸び歪みの変化に変換する手段５、
７、９、１１とを備えた圧力センサ１を使用する。圧力
センサ１に、前記光ファイバ13に連続光を入射したとき
のＦＢＧ15のブラッグ反射光の波長シフト量を測定する
手段を組み合わせる。ブラッグ反射光の波長はＦＢＧ15
の伸び歪みに応じて変化するので、ブラッグ反射光の波
長のシフト量から圧力を測定できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た圧力センサ及び圧力測定装置に関するものである。
た圧力センサ及び圧力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを用いて流体の圧力を検出す
る手段としては従来から次のようなものが知られてい
る。 光ファイバの端面間に配置した遮光部材を圧力によ
り上下させ、圧力の変化を光伝送損失の変化として検出
するもの（特開平８−１５２３７２号公報）。 光ファイバの端面間の間隔を圧力により変化させ、
圧力の変化を光伝送損失の変化として検出するもの（特
開昭６２−２５１６３２号公報）。 光ファイバの曲率を圧力により変化させ、圧力の変
化を光伝送損失の変化として検出するもの（特開平３−
１８１８３１号公報）。 磁気光学素子に印加する磁界を圧力により増減さ
せ、圧力の変化を偏波面の回転角の変化として検出する
もの（特開昭６３−２０５５３４号公報）。 光弾性材料に対する応力を圧力により変化させ、圧
力の変化を偏波面の回転角の変化として検出するもの
（特開平１−８８２２４号公報）。
る手段としては従来から次のようなものが知られてい
る。 光ファイバの端面間に配置した遮光部材を圧力によ
り上下させ、圧力の変化を光伝送損失の変化として検出
するもの（特開平８−１５２３７２号公報）。 光ファイバの端面間の間隔を圧力により変化させ、
圧力の変化を光伝送損失の変化として検出するもの（特
開昭６２−２５１６３２号公報）。 光ファイバの曲率を圧力により変化させ、圧力の変
化を光伝送損失の変化として検出するもの（特開平３−
１８１８３１号公報）。 磁気光学素子に印加する磁界を圧力により増減さ
せ、圧力の変化を偏波面の回転角の変化として検出する
もの（特開昭６３−２０５５３４号公報）。 光弾性材料に対する応力を圧力により変化させ、圧
力の変化を偏波面の回転角の変化として検出するもの
（特開平１−８８２２４号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの方法に
は次のような問題がある。 ａ．〜の方法では、遮光部材の位置、光ファイバの
端面間の間隔または光ファイバの曲率の初期状態が一定
のものを製作する必要があり、そのためには非常に微細
な調整が必要となり、コスト高になる。また運搬中に初
期状態が変化してしまう可能性もある。 ｂ．〜の方法は、圧力を光の伝送損失の大小として
検出するものであるため、このセンサを１本の光ファイ
バに複数個直列に接続して、複数点の圧力測定を一端側
の基地局で一括して（光源１個、受光器１個で）行う場
合、基地局に近い方のセンサで大きな伝送損失が生じる
と、それより遠い方のセンサの検出精度が著しく低下す
るという問題がある。これを避けるためには各センサの
伝送損失の最大値を小さくすることが考えられるが、そ
うすると各センサのダイナミックレンジが小さくなり、
検出精度が低下してしまう。
は次のような問題がある。 ａ．〜の方法では、遮光部材の位置、光ファイバの
端面間の間隔または光ファイバの曲率の初期状態が一定
のものを製作する必要があり、そのためには非常に微細
な調整が必要となり、コスト高になる。また運搬中に初
期状態が変化してしまう可能性もある。 ｂ．〜の方法は、圧力を光の伝送損失の大小として
検出するものであるため、このセンサを１本の光ファイ
バに複数個直列に接続して、複数点の圧力測定を一端側
の基地局で一括して（光源１個、受光器１個で）行う場
合、基地局に近い方のセンサで大きな伝送損失が生じる
と、それより遠い方のセンサの検出精度が著しく低下す
るという問題がある。これを避けるためには各センサの
伝送損失の最大値を小さくすることが考えられるが、そ
うすると各センサのダイナミックレンジが小さくなり、
検出精度が低下してしまう。
【０００４】ｃ．、の方法は、光源とセンサの間の
光ファイバ内で偏波面の回転が生じて、測定結果に誤差
が発生しやすい。 ｄ．、の方法は、１本の光ファイバに複数個直列に
接続して、複数点の圧力測定を一括して行うことができ
ない。
光ファイバ内で偏波面の回転が生じて、測定結果に誤差
が発生しやすい。 ｄ．、の方法は、１本の光ファイバに複数個直列に
接続して、複数点の圧力測定を一括して行うことができ
ない。
【０００５】本発明の目的は、以上のような問題点に鑑
み、高精度で安定して圧力を検出することができ、かつ
１本の光ファイバに複数個のセンサを直列に接続して複
数点の圧力検出を一括して行うことができるようにする
ことにある。
み、高精度で安定して圧力を検出することができ、かつ
１本の光ファイバに複数個のセンサを直列に接続して複
数点の圧力検出を一括して行うことができるようにする
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の圧力センサは、長さ方向の一部にＦＢＧ（光フ
ァイバブラッグ回折格子）を形成した光ファイバと、圧
力の変化を前記ＦＢＧの伸び歪みの変化に変換する手段
とを備えていることを特徴とする（請求項１）。このセ
ンサは圧力の変化をＦＢＧの伸び歪みに変換して圧力を
検出するものである。圧力の変化でＦＢＧの伸び歪みが
変化すると、ＦＢＧを含む光ファイバに光（連続光）を
入射したときのＦＢＧのブラッグ反射光の波長が変化す
るので、その波長のシフト量を測定すれば圧力を測定で
きる。
本発明の圧力センサは、長さ方向の一部にＦＢＧ（光フ
ァイバブラッグ回折格子）を形成した光ファイバと、圧
力の変化を前記ＦＢＧの伸び歪みの変化に変換する手段
とを備えていることを特徴とする（請求項１）。このセ
ンサは圧力の変化をＦＢＧの伸び歪みに変換して圧力を
検出するものである。圧力の変化でＦＢＧの伸び歪みが
変化すると、ＦＢＧを含む光ファイバに光（連続光）を
入射したときのＦＢＧのブラッグ反射光の波長が変化す
るので、その波長のシフト量を測定すれば圧力を測定で
きる。
【０００７】したがって本発明の圧力測定装置は、上記
圧力センサと、ＦＢＧを含む光ファイバに光（連続光）
を入射して、ＦＢＧのブラッグ反射光の波長シフト量を
測定する手段とを備えていることを特徴とするものであ
る（請求項２）。
圧力センサと、ＦＢＧを含む光ファイバに光（連続光）
を入射して、ＦＢＧのブラッグ反射光の波長シフト量を
測定する手段とを備えていることを特徴とするものであ
る（請求項２）。
【０００８】また前記目的を達成する本発明のもう一つ
の圧力センサは、ＦＢＧを含まない通常の光ファイバ
と、圧力の変化を前記光ファイバの長さ方向の一部の伸
び歪みの変化に変換する手段とを備えていることを特徴
とする（請求項３）。このセンサは圧力の変化を光ファ
イバの伸び歪みに変換して圧力を検出するものである。
圧力の変化で光ファイバの伸び歪みが変化すると、その
光ファイバにパルス光を入射したときの戻り光中のブリ
ルアン散乱光の波長が変化するので、その波長のシフト
量を測定すれば圧力を測定できる。
の圧力センサは、ＦＢＧを含まない通常の光ファイバ
と、圧力の変化を前記光ファイバの長さ方向の一部の伸
び歪みの変化に変換する手段とを備えていることを特徴
とする（請求項３）。このセンサは圧力の変化を光ファ
イバの伸び歪みに変換して圧力を検出するものである。
圧力の変化で光ファイバの伸び歪みが変化すると、その
光ファイバにパルス光を入射したときの戻り光中のブリ
ルアン散乱光の波長が変化するので、その波長のシフト
量を測定すれば圧力を測定できる。
【０００９】したがって本発明のもう一つの圧力測定装
置は、上記圧力センサと、それを構成する光ファイバに
パルス光を入射して、戻り光中のブリルアン散乱光の波
長シフト量を測定する手段とを備えていることを特徴と
するものである。（請求項４）。
置は、上記圧力センサと、それを構成する光ファイバに
パルス光を入射して、戻り光中のブリルアン散乱光の波
長シフト量を測定する手段とを備えていることを特徴と
するものである。（請求項４）。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。 〔実施形態１〕図１は本発明に係る圧力センサの一実施
形態を示す。図において、１は圧力センサ、３は圧力流
体が導入される容器、５は容器３の円形開口部を塞ぐダ
イヤフラム、７はダイヤフラム５の中心から容器３の外
に垂直に立ち上がる圧力伝達棒、９は圧力伝達棒７の先
端に垂直に固定された剛性円板、１１は剛性円板９と容
器３のダイヤフラム５の周りの部分とを弛みのない状態
で連結する抗張力線、１３はシングルモード光ファイ
バ、１５は光ファイバ１３の長手方向の一部に作り込ま
れたＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格子）である。
参照して詳細に説明する。 〔実施形態１〕図１は本発明に係る圧力センサの一実施
形態を示す。図において、１は圧力センサ、３は圧力流
体が導入される容器、５は容器３の円形開口部を塞ぐダ
イヤフラム、７はダイヤフラム５の中心から容器３の外
に垂直に立ち上がる圧力伝達棒、９は圧力伝達棒７の先
端に垂直に固定された剛性円板、１１は剛性円板９と容
器３のダイヤフラム５の周りの部分とを弛みのない状態
で連結する抗張力線、１３はシングルモード光ファイ
バ、１５は光ファイバ１３の長手方向の一部に作り込ま
れたＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格子）である。
【００１１】抗張力線１１は周方向に一定の間隔をおい
て複数本設けられている。ＦＢＧ１５はそのうちの１本
の抗張力線１１に、それと同じ方向に向けて接着剤など
で固定されている。
て複数本設けられている。ＦＢＧ１５はそのうちの１本
の抗張力線１１に、それと同じ方向に向けて接着剤など
で固定されている。
【００１２】この圧力センサ１は、容器３内の流体の圧
力が上昇すると、ダイヤフラム５が外側に変位し、圧力
伝達棒７が剛性円板９を押し上げようとするが、剛性円
板９は抗張力線１１によって容器３に引き留められてい
るため、抗張力線１１に圧力の大きさに応じた張力がか
かる。その結果、抗張力線１１には伸び歪みが発生し、
抗張力線１１と一体化されているＦＢＧ１５にも伸び歪
みが発生する。ＦＢＧ１５に伸び歪みが発生すると、Ｆ
ＢＧ１５のブラッグ反射光の波長が変化するので、その
変化を、後述するような手段で測定すれば、容器３内の
流体の圧力を測定することができる。
力が上昇すると、ダイヤフラム５が外側に変位し、圧力
伝達棒７が剛性円板９を押し上げようとするが、剛性円
板９は抗張力線１１によって容器３に引き留められてい
るため、抗張力線１１に圧力の大きさに応じた張力がか
かる。その結果、抗張力線１１には伸び歪みが発生し、
抗張力線１１と一体化されているＦＢＧ１５にも伸び歪
みが発生する。ＦＢＧ１５に伸び歪みが発生すると、Ｆ
ＢＧ１５のブラッグ反射光の波長が変化するので、その
変化を、後述するような手段で測定すれば、容器３内の
流体の圧力を測定することができる。
【００１３】〔実施形態２〕図２は本発明に係る圧力セ
ンサの他の実施形態を示す。この圧力センサ１は、容器
３内が大気圧になっていて、容器３外の流体の圧力を測
定するタイプである。このため圧力伝達棒７はダイヤフ
ラム５の中心から容器３内に垂直に立ち上がり、容器３
内に、剛性円板９、抗張力線１１、光ファイバ１３、Ｆ
ＢＧ１５が実施形態１と同様の形態で設けられている。
なおこの場合は容器３が圧力流体中に浸漬されるため、
光ファイバ１３は、容器３内と外部大気中とを連通する
パイプ１７を通して外部大気中に導出される。この圧力
センサ１の動作は実施形態１のものと同じである。
ンサの他の実施形態を示す。この圧力センサ１は、容器
３内が大気圧になっていて、容器３外の流体の圧力を測
定するタイプである。このため圧力伝達棒７はダイヤフ
ラム５の中心から容器３内に垂直に立ち上がり、容器３
内に、剛性円板９、抗張力線１１、光ファイバ１３、Ｆ
ＢＧ１５が実施形態１と同様の形態で設けられている。
なおこの場合は容器３が圧力流体中に浸漬されるため、
光ファイバ１３は、容器３内と外部大気中とを連通する
パイプ１７を通して外部大気中に導出される。この圧力
センサ１の動作は実施形態１のものと同じである。
【００１４】図３は図２の圧力センサを用いた圧力測定
装置の一実施形態を示す。この例では３台の圧力センサ
１が、伝送線路の光ファイバ１９により直列に接続され
ている。２１は圧力センサ１の光ファイバ１３と伝送線
路の光ファイバ１９との接続部を収納する接続箱であ
る。伝送線路の光ファイバ１９の基端は測定器２３に接
続されている。測定器２３は、光源２５、カプラ２９、
光スペクトルアナライザ３１等から構成されている。測
定器２３には、光スペクトルアナライザ３１の解析結果
を処理するコンピュータ（図示せず）を組み合わせるこ
とが好ましい。測定器２３から最も遠い圧力センサ１の
光ファイバ１３の末端には無反射終端部３３が設けられ
ている。
装置の一実施形態を示す。この例では３台の圧力センサ
１が、伝送線路の光ファイバ１９により直列に接続され
ている。２１は圧力センサ１の光ファイバ１３と伝送線
路の光ファイバ１９との接続部を収納する接続箱であ
る。伝送線路の光ファイバ１９の基端は測定器２３に接
続されている。測定器２３は、光源２５、カプラ２９、
光スペクトルアナライザ３１等から構成されている。測
定器２３には、光スペクトルアナライザ３１の解析結果
を処理するコンピュータ（図示せず）を組み合わせるこ
とが好ましい。測定器２３から最も遠い圧力センサ１の
光ファイバ１３の末端には無反射終端部３３が設けられ
ている。
【００１５】光源２５からカプラ２９を通して光（連続
光）を送り出すと、各圧力センサ１のＦＢＧ１５で発生
したブラッグ反射光が、光スペクトルアナライザ３１に
返ってくる。各圧力センサ１に取り付けてあるＦＢＧ１
５の圧力無の状態での中心周波数は予め所定の間隔だけ
ずらしてある。この間隔は各圧力センサ１の測定範囲に
応じたブラッグ反射光の中心波長変動幅を考慮して決め
られる。したがってブラッグ反射光の中心波長がどの範
囲にあるかで、どの圧力センサ１からの信号であるかを
区別できる。圧力センサ１のダイヤフラム５に圧力がか
かってＦＢＧ１５に伸び歪みが発生すると、ブラッグ反
射光の波長は、図４に示すように伸び歪みと明確な相関
を持って変化する。
光）を送り出すと、各圧力センサ１のＦＢＧ１５で発生
したブラッグ反射光が、光スペクトルアナライザ３１に
返ってくる。各圧力センサ１に取り付けてあるＦＢＧ１
５の圧力無の状態での中心周波数は予め所定の間隔だけ
ずらしてある。この間隔は各圧力センサ１の測定範囲に
応じたブラッグ反射光の中心波長変動幅を考慮して決め
られる。したがってブラッグ反射光の中心波長がどの範
囲にあるかで、どの圧力センサ１からの信号であるかを
区別できる。圧力センサ１のダイヤフラム５に圧力がか
かってＦＢＧ１５に伸び歪みが発生すると、ブラッグ反
射光の波長は、図４に示すように伸び歪みと明確な相関
を持って変化する。
【００１６】したがって光スペクトルアナライザ３１で
各ＦＢＧ１５から返ってきたブラッグ反射光の波長を測
定すれば、それぞれの圧力センサ１にかかっている圧力
を測定することができる。この測定では、ＦＢＧの伸び
歪みとブラッグ反射光の波長が明確な相関関係にあるの
で、正確な圧力測定を行うことができると共に、１つの
ＦＢＧの測定値が他のＦＢＧの測定値に影響を与えない
ので、複数箇所の圧力測定を一括して行うことができ
る。
各ＦＢＧ１５から返ってきたブラッグ反射光の波長を測
定すれば、それぞれの圧力センサ１にかかっている圧力
を測定することができる。この測定では、ＦＢＧの伸び
歪みとブラッグ反射光の波長が明確な相関関係にあるの
で、正確な圧力測定を行うことができると共に、１つの
ＦＢＧの測定値が他のＦＢＧの測定値に影響を与えない
ので、複数箇所の圧力測定を一括して行うことができ
る。
【００１７】〔実施形態３〕図５は本発明に係る圧力セ
ンサのさらに他の実施形態を示す。図において、図１又
は図２と同一部分には同一符号を付してある。この圧力
センサ１が、図１又は図２の圧力センサと異なる点は、
ダイヤフラムの代わりにベローズ３５を使用したことで
ある。ベローズ３５は、容器３の壁を貫通する圧力伝達
棒７の一端側を包囲するように配置されており、ベロー
ズ３５の一方の端部は容器３に、他方の端部は圧力伝達
棒７の一端のフランジ部３７に、それぞれ気密性又は液
密性を保って接合されている。容器３がベローズ３５側
を囲む形の場合は図１の実施形態と同様になり、容器３
が剛性円板９側を囲む形の場合は図２の実施形態と同様
になる。使用方法も図１又は図２のものと同じである。
ンサのさらに他の実施形態を示す。図において、図１又
は図２と同一部分には同一符号を付してある。この圧力
センサ１が、図１又は図２の圧力センサと異なる点は、
ダイヤフラムの代わりにベローズ３５を使用したことで
ある。ベローズ３５は、容器３の壁を貫通する圧力伝達
棒７の一端側を包囲するように配置されており、ベロー
ズ３５の一方の端部は容器３に、他方の端部は圧力伝達
棒７の一端のフランジ部３７に、それぞれ気密性又は液
密性を保って接合されている。容器３がベローズ３５側
を囲む形の場合は図１の実施形態と同様になり、容器３
が剛性円板９側を囲む形の場合は図２の実施形態と同様
になる。使用方法も図１又は図２のものと同じである。
【００１８】〔実施形態４〕図６は本発明に係る圧力セ
ンサのさらに他の実施形態を示す。図において、図２と
同一部分には同一符号を付してある。この圧力センサ１
が、図２の圧力センサと異なる点は、ダイヤフラムの代
わりにブルドン管３９を使用し、ブルドン管３９の先端
と固定支持点４１（容器３と一体）との間に抗張力線１
１を張り、この抗張力線１１にＦＢＧ１５を取り付けた
ことである。ブルドン管３９は内圧が高くなると、広が
ろうとするが、先端が抗張力線１１で引き留められてい
るため、その力は抗張力線１１にかかり、ＦＢＧ１５の
伸び歪みに変換される。したがって図２の実施形態と同
様に圧力測定を行うことができる。
ンサのさらに他の実施形態を示す。図において、図２と
同一部分には同一符号を付してある。この圧力センサ１
が、図２の圧力センサと異なる点は、ダイヤフラムの代
わりにブルドン管３９を使用し、ブルドン管３９の先端
と固定支持点４１（容器３と一体）との間に抗張力線１
１を張り、この抗張力線１１にＦＢＧ１５を取り付けた
ことである。ブルドン管３９は内圧が高くなると、広が
ろうとするが、先端が抗張力線１１で引き留められてい
るため、その力は抗張力線１１にかかり、ＦＢＧ１５の
伸び歪みに変換される。したがって図２の実施形態と同
様に圧力測定を行うことができる。
【００１９】〔実施形態５〕図７は本発明に係る圧力セ
ンサのさらに他の実施形態を示す。図において、図２と
同一部分には同一符号を付してある。この圧力センサ１
が、図２の圧力センサと異なる点は、ダイヤフラム５に
直接ＦＢＧ１５を張り付け、圧力伝達棒や抗張力線など
を省略したことである。ＦＢＧ１５は図示のようにダイ
ヤフラム５の中央部に径方向に向けて取り付けることが
望ましい。
ンサのさらに他の実施形態を示す。図において、図２と
同一部分には同一符号を付してある。この圧力センサ１
が、図２の圧力センサと異なる点は、ダイヤフラム５に
直接ＦＢＧ１５を張り付け、圧力伝達棒や抗張力線など
を省略したことである。ＦＢＧ１５は図示のようにダイ
ヤフラム５の中央部に径方向に向けて取り付けることが
望ましい。
【００２０】この実施形態の場合は、ダイヤフラム５に
圧力がかかると、ダイヤフラム５が弾性変形し、それに
よってＦＢＧ１５に伸び歪みが発生する。したがって図
２の実施形態と同様に圧力を測定することができる。こ
の実施形態の圧力センサは構造的に非常にシンプルであ
るため、製作が容易で、コストを安くできる利点があ
る。なお容器３をダイヤフラム５の反対側に形成すれ
ば、実施形態１の圧力センサと同様に、容器３内の圧力
を検出できる。
圧力がかかると、ダイヤフラム５が弾性変形し、それに
よってＦＢＧ１５に伸び歪みが発生する。したがって図
２の実施形態と同様に圧力を測定することができる。こ
の実施形態の圧力センサは構造的に非常にシンプルであ
るため、製作が容易で、コストを安くできる利点があ
る。なお容器３をダイヤフラム５の反対側に形成すれ
ば、実施形態１の圧力センサと同様に、容器３内の圧力
を検出できる。
【００２１】〔実施形態６〕図８は本発明に係る圧力セ
ンサのさらに他の実施形態を示す。この圧力センサは、
実施形態５と同様にダイヤフラム５にＦＢＧ１５を直接
固定したものであるが、実施形態５と異なる点は、ＦＢ
Ｇ１５を張力をかけた状態でダイヤフラム５に固定した
ことである。４７はＦＢＧ１５をダイヤフラム５に固定
する接着剤であり、ＦＢＧ１５は接着剤４７の中に埋ま
っている。
ンサのさらに他の実施形態を示す。この圧力センサは、
実施形態５と同様にダイヤフラム５にＦＢＧ１５を直接
固定したものであるが、実施形態５と異なる点は、ＦＢ
Ｇ１５を張力をかけた状態でダイヤフラム５に固定した
ことである。４７はＦＢＧ１５をダイヤフラム５に固定
する接着剤であり、ＦＢＧ１５は接着剤４７の中に埋ま
っている。
【００２２】ダイヤフラム５は一般にステンレス製であ
るため、ＦＢＧ１５を張力をかけずにダイヤフラム５に
固定すると、温度低下によりダイヤフラム５が収縮した
場合、ＦＢＧ１５がたるんで、図９Ｂのように測定圧力
の低い領域に不感帯が生じるが、ＦＢＧ１５を張力をか
けて固定すれば、ＦＢＧ１５のたるみが生じなくなるの
で、図９Ａのように不感帯をなくすことができる。
るため、ＦＢＧ１５を張力をかけずにダイヤフラム５に
固定すると、温度低下によりダイヤフラム５が収縮した
場合、ＦＢＧ１５がたるんで、図９Ｂのように測定圧力
の低い領域に不感帯が生じるが、ＦＢＧ１５を張力をか
けて固定すれば、ＦＢＧ１５のたるみが生じなくなるの
で、図９Ａのように不感帯をなくすことができる。
【００２３】ＦＢＧ１５を張力をかけてダイヤフラム５
に固定するには、図１０のような方法を採用するとよ
い。まず（ａ）のようにＦＢＧ１５をダイヤフラム５上
の所定位置（この場合は中央部径方向）に配置して、Ｆ
ＢＧ１５の一方の側の光ファイバ１３を接着テープ４９
Ａでダイヤフラム５に固定する。次にＦＢＧ１５の他方
の側の光ファイバ１３をクリップ５１で挟んで光ファイ
バ１３に張力をかける。このときクリップ５１にばねば
かり等の張力計５３を連結しておいて、張力の大きさが
分かるようにする。光ファイバ１３にかける張力は、後
述するように0.05kgf 程度が好ましい。
に固定するには、図１０のような方法を採用するとよ
い。まず（ａ）のようにＦＢＧ１５をダイヤフラム５上
の所定位置（この場合は中央部径方向）に配置して、Ｆ
ＢＧ１５の一方の側の光ファイバ１３を接着テープ４９
Ａでダイヤフラム５に固定する。次にＦＢＧ１５の他方
の側の光ファイバ１３をクリップ５１で挟んで光ファイ
バ１３に張力をかける。このときクリップ５１にばねば
かり等の張力計５３を連結しておいて、張力の大きさが
分かるようにする。光ファイバ１３にかける張力は、後
述するように0.05kgf 程度が好ましい。
【００２４】上記のようにして光ファイバ１３に所定の
張力をかけた状態で、（ｂ）のようにＦＢＧ１５の他方
の側の光ファイバ１３を接着テープ４９Ｂでダイヤフラ
ム５に固定し、その後クリップ５１を外す。この状態で
ＦＢＧ１５は張力がかかったままである。次に（ｃ）の
ようにＦＢＧ１５を接着剤４７でダイヤフラム５に固定
すると共に、光ファイバ１３を無理のない曲率（半径30
mm以上）で曲げて、ダイヤフラム５の台座５Ａ（容器の
底枠に相当）に接着剤４７で固定する。接着剤４７とし
ては２液混合型エポキシ系接着剤を使用することができ
る。接着剤４７が硬化した後、接着テープ４９Ａ、４９
Ｂを剥がせば（ｄ）のようになり、ＦＢＧ１５は張力が
かかった状態でダイヤフラム５に固定されたことにな
る。なお光ファイバ１３を台座５Ａにも接着固定したの
は、ＦＢＧ１５にダイヤフラム５の歪みに基づく張力以
外の張力がかからないようにするためである。
張力をかけた状態で、（ｂ）のようにＦＢＧ１５の他方
の側の光ファイバ１３を接着テープ４９Ｂでダイヤフラ
ム５に固定し、その後クリップ５１を外す。この状態で
ＦＢＧ１５は張力がかかったままである。次に（ｃ）の
ようにＦＢＧ１５を接着剤４７でダイヤフラム５に固定
すると共に、光ファイバ１３を無理のない曲率（半径30
mm以上）で曲げて、ダイヤフラム５の台座５Ａ（容器の
底枠に相当）に接着剤４７で固定する。接着剤４７とし
ては２液混合型エポキシ系接着剤を使用することができ
る。接着剤４７が硬化した後、接着テープ４９Ａ、４９
Ｂを剥がせば（ｄ）のようになり、ＦＢＧ１５は張力が
かかった状態でダイヤフラム５に固定されたことにな
る。なお光ファイバ１３を台座５Ａにも接着固定したの
は、ＦＢＧ１５にダイヤフラム５の歪みに基づく張力以
外の張力がかからないようにするためである。
【００２５】ＦＢＧ１５をダイヤフラム５に接着固定す
るときは、ＦＢＧ１５の張力を0.05kgf 程度に設定する
とよい。その理由は次の通りである。まずＦＢＧを含む
光ファイバに張力をかけたときのＦＢＧの歪み量を求め
ると、光ファイバ外径0.125mm、伸び方向の応力ｆ＝Ｆ
／Ｓ＝40.0×106 （Ｎ／ｍ2 ）、石英ガラスのヤング率
7.31×1010（Ｎ／ｍ2 ）から、歪み量ε＝547 με（0.
05％）となる。この値は光ファイバの使用時の許容歪み
（0.2 ％程度）と比較しても十分小さな値である。また
ダイヤフラムの材質は一般にステンレスであるため、ダ
イヤフラムに固定されたＦＢＧはステンレスの線膨張率
で伸縮する。ステンレスの線膨張率は15με／℃で、石
英ガラスの線膨張率0.5 με／℃に比べ30倍大きい。し
たがって予め500 με相当の張力を与えておけば、温度
が30℃程度低下しても、ダイヤフラムの収縮によってＦ
ＢＧがたるむことはなくなり、不感帯をなくすことがで
きる。
るときは、ＦＢＧ１５の張力を0.05kgf 程度に設定する
とよい。その理由は次の通りである。まずＦＢＧを含む
光ファイバに張力をかけたときのＦＢＧの歪み量を求め
ると、光ファイバ外径0.125mm、伸び方向の応力ｆ＝Ｆ
／Ｓ＝40.0×106 （Ｎ／ｍ2 ）、石英ガラスのヤング率
7.31×1010（Ｎ／ｍ2 ）から、歪み量ε＝547 με（0.
05％）となる。この値は光ファイバの使用時の許容歪み
（0.2 ％程度）と比較しても十分小さな値である。また
ダイヤフラムの材質は一般にステンレスであるため、ダ
イヤフラムに固定されたＦＢＧはステンレスの線膨張率
で伸縮する。ステンレスの線膨張率は15με／℃で、石
英ガラスの線膨張率0.5 με／℃に比べ30倍大きい。し
たがって予め500 με相当の張力を与えておけば、温度
が30℃程度低下しても、ダイヤフラムの収縮によってＦ
ＢＧがたるむことはなくなり、不感帯をなくすことがで
きる。
【００２６】なおＦＢＧ１５をダイヤフラム５に接着剤
で固定したときは、接着剤の硬化状態のバラツキにより
製品仕上がり段階でブラッグ反射波長のバラツキ（初期
波長バラツキ）が生じやすいが、接着剤硬化後に接着剤
のアニールを行うことにより、初期波長バラツキを十分
小さくすることができる。
で固定したときは、接着剤の硬化状態のバラツキにより
製品仕上がり段階でブラッグ反射波長のバラツキ（初期
波長バラツキ）が生じやすいが、接着剤硬化後に接着剤
のアニールを行うことにより、初期波長バラツキを十分
小さくすることができる。
【００２７】また図８の圧力センサは、ダイヤフラム５
が台座５Ａ（容器３の底枠に相当）と一体ものである場
合を示している。すなわちダイヤフラム５は台座３Ａと
同じ厚さの円板の片面を所要の厚さまで切削することに
より形成したものである。材質はステンレス（ＳＵＳ６
３０）である。このように削り出しにより形成したダイ
ヤフラム５は台座３Ａと一体であるため、高強度であ
り、剥離などのおそれがなく信頼性が高いという利点が
ある。ただしダイヤフラム５は台座に溶接または圧接に
より固定したもの（図７参照）であっても差し支えな
い。
が台座５Ａ（容器３の底枠に相当）と一体ものである場
合を示している。すなわちダイヤフラム５は台座３Ａと
同じ厚さの円板の片面を所要の厚さまで切削することに
より形成したものである。材質はステンレス（ＳＵＳ６
３０）である。このように削り出しにより形成したダイ
ヤフラム５は台座３Ａと一体であるため、高強度であ
り、剥離などのおそれがなく信頼性が高いという利点が
ある。ただしダイヤフラム５は台座に溶接または圧接に
より固定したもの（図７参照）であっても差し支えな
い。
【００２８】また図８の圧力センサは、容器３内に光フ
ァイバが光ファイバコード５５の形態で導入されてお
り、容器３内にはこの光ファイバコード５５の抗張力部
材（アラミド繊維等）を引き留めるための引き留め部５
７（図示の例では棒状体）が設けられている。この引き
留め部５７に光ファイバコード５５を引き留めておけ
ば、光ファイバコード５５に張力がかかっても、その張
力がＦＢＧ１５に影響を及ぼすことはない。光ファイバ
コード５５は、容器３に接続された可撓管５７内に収納
して、取扱い性と強度を確保している。なお圧力センサ
を図３のように直列接続する場合は、容器３内に入側と
出側の２本の光ファイバコードが導入されることになる
（図７参照）。
ァイバが光ファイバコード５５の形態で導入されてお
り、容器３内にはこの光ファイバコード５５の抗張力部
材（アラミド繊維等）を引き留めるための引き留め部５
７（図示の例では棒状体）が設けられている。この引き
留め部５７に光ファイバコード５５を引き留めておけ
ば、光ファイバコード５５に張力がかかっても、その張
力がＦＢＧ１５に影響を及ぼすことはない。光ファイバ
コード５５は、容器３に接続された可撓管５７内に収納
して、取扱い性と強度を確保している。なお圧力センサ
を図３のように直列接続する場合は、容器３内に入側と
出側の２本の光ファイバコードが導入されることになる
（図７参照）。
【００２９】また容器３内には光ファイバの余長収納部
５９が設けられている。ＦＢＧ１５側の光ファイバ１３
と光ファイバコード５５側の光ファイバは融着接続され
て、その接続余長が余長収納部５９に収納されるように
なっている。このような構造にすると圧力センサの組立
が容易になり、生産性が向上する。
５９が設けられている。ＦＢＧ１５側の光ファイバ１３
と光ファイバコード５５側の光ファイバは融着接続され
て、その接続余長が余長収納部５９に収納されるように
なっている。このような構造にすると圧力センサの組立
が容易になり、生産性が向上する。
【００３０】なおダイヤフラム５の温度変化に基づく測
定誤差を補正するためには、図１１に示すようにダイヤ
フラム５の歪みの影響を受けない位置にダイヤフラム５
の温度を検出するためのＦＢＧ６１を接着剤４７で固定
しておいて、このＦＢＧ６１でダイヤフラム５の温度を
検出し、それに基づいて圧力検出用ＦＢＧ１５の検出値
の温度補償を行えばよい。
定誤差を補正するためには、図１１に示すようにダイヤ
フラム５の歪みの影響を受けない位置にダイヤフラム５
の温度を検出するためのＦＢＧ６１を接着剤４７で固定
しておいて、このＦＢＧ６１でダイヤフラム５の温度を
検出し、それに基づいて圧力検出用ＦＢＧ１５の検出値
の温度補償を行えばよい。
【００３１】〔実施形態７〕図１２は本発明に係る圧力
センサのさらに他の実施形態を示す。この圧力センサ４
３は、ＦＢＧを含まない通常のシングルモード光ファイ
バ４５を使用して圧力検出を行うものである。光ファイ
バ４５はダイヤフラム５に渦巻き状に張り付けられる。
ダイヤフラム５及び容器３の構成は図７の実施形態と同
じである。
センサのさらに他の実施形態を示す。この圧力センサ４
３は、ＦＢＧを含まない通常のシングルモード光ファイ
バ４５を使用して圧力検出を行うものである。光ファイ
バ４５はダイヤフラム５に渦巻き状に張り付けられる。
ダイヤフラム５及び容器３の構成は図７の実施形態と同
じである。
【００３２】この実施形態の場合は、ダイヤフラム５に
圧力がかかると、ダイヤフラム５が弾性変形し、それに
よって光ファイバ４５の一部（ダイヤフラム５に張り付
けられている部分）に伸び歪みが発生する。すると、光
ファイバ４５の一端からパルス光を入射したときの、戻
り光中のブリルアン散乱光の波長が伸び歪みの大きさに
応じて変化するので、その波長のシフト量を測定すれば
圧力を測定できる。光ファイバ４５をダイヤフラム５に
渦巻き状に張り付けたのは、光ファイバ４５に伸び歪み
を発生させる長さを長くして、検出感度及び検出精度を
高めるためである。
圧力がかかると、ダイヤフラム５が弾性変形し、それに
よって光ファイバ４５の一部（ダイヤフラム５に張り付
けられている部分）に伸び歪みが発生する。すると、光
ファイバ４５の一端からパルス光を入射したときの、戻
り光中のブリルアン散乱光の波長が伸び歪みの大きさに
応じて変化するので、その波長のシフト量を測定すれば
圧力を測定できる。光ファイバ４５をダイヤフラム５に
渦巻き状に張り付けたのは、光ファイバ４５に伸び歪み
を発生させる長さを長くして、検出感度及び検出精度を
高めるためである。
【００３３】なお、ブリルアン散乱光の波長シフト量を
測定して、光ファイバ長さ方向の歪み分布を測定するブ
リルアンＯＴＤＲでは、その歪み量は距離分解能として
明示された長さ当たりの平均歪み量となる。
測定して、光ファイバ長さ方向の歪み分布を測定するブ
リルアンＯＴＤＲでは、その歪み量は距離分解能として
明示された長さ当たりの平均歪み量となる。
【００３４】図１３は測定結果を示すグラフである。圧
力センサ４５に水圧がかかって光ファイバ４５に伸び歪
みが発生し、その部分の戻り光中のブリルアン散乱光の
波長が他の部分に比べ増大しいていることを示してい
る。この戻り光中のブリルアン散乱光の波長のシフト量
を測定することにより、圧力を測定する。
力センサ４５に水圧がかかって光ファイバ４５に伸び歪
みが発生し、その部分の戻り光中のブリルアン散乱光の
波長が他の部分に比べ増大しいていることを示してい
る。この戻り光中のブリルアン散乱光の波長のシフト量
を測定することにより、圧力を測定する。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
ファイバを用いて流体の圧力を高精度で安定して測定す
ることができる。また１本の光ファイバに複数個の圧力
センサを直列に接続して複数点の圧力測定を一括して行
うことができるので、非常に経済的である。
ファイバを用いて流体の圧力を高精度で安定して測定す
ることができる。また１本の光ファイバに複数個の圧力
センサを直列に接続して複数点の圧力測定を一括して行
うことができるので、非常に経済的である。
【図１】 本発明に係る圧力センサの一実施形態を示す
断面図。
断面図。
【図２】 本発明に係る圧力センサの他の実施形態を示
す断面図。
す断面図。
【図３】 本発明に係る圧力測定装置の一実施形態を示
す説明図。
す説明図。
【図４】 ＦＢＧの伸び歪みとブラッグ反射光の波長と
の関係を示すグラフ。
の関係を示すグラフ。
【図５】 本発明に係る圧力センサのさらに他の実施形
態を示す断面図。
態を示す断面図。
【図６】 本発明に係る圧力センサのさらに他の実施形
態を示す断面図。
態を示す断面図。
【図７】 本発明に係る圧力センサのさらに他の実施形
態を示す、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ
線における横断面図。
態を示す、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ
線における横断面図。
【図８】 本発明に係る圧力センサのさらに他の実施形
態を示す半裁斜視図。
態を示す半裁斜視図。
【図９】 ＦＢＧをダイヤフラムに張力をかけて固定し
た場合と、張力をかけないで固定した場合の歪み量の検
出感度の違いを示すグラフ。
た場合と、張力をかけないで固定した場合の歪み量の検
出感度の違いを示すグラフ。
【図１０】 （ａ）〜（ｄ）はＦＢＧをダイヤフラムに
張力をかけて固定する方法を工程順に示す説明図。
張力をかけて固定する方法を工程順に示す説明図。
【図１１】 ダイヤフラムに温度補償用のＦＢＧを固定
した状態を示す平面図。
した状態を示す平面図。
【図１２】 本発明に係る圧力センサのさらに他の実施
形態を示す、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−
Ｂ線における横断面図。
形態を示す、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−
Ｂ線における横断面図。
【図１３】 図１２の圧力センサによる測定結果を示す
グラフ。
グラフ。
１：圧力センサ ３：容器 ５：ダイヤフラム ７：圧力伝達棒 ９：剛性円板 １１：抗張力線 １３：光ファイバ １５：ＦＢＧ（光ファイバブラッグ回折格子） １９：伝送線路の光ファイバ ２３：測定器 ２５：光源 ２９：カプラ ３１：光スペクトルアナライザ ３５：ベローズ ３９：ブルドン管 ４３：圧力センサ ４５：光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出雲 正樹 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】長さ方向の一部にＦＢＧ（光ファイバブラ
ッグ回折格子）を形成した光ファイバと、圧力の変化を
前記ＦＢＧの伸び歪みの変化に変換する手段とを備えて
いることを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項２】圧力検出用のダイヤフラムに、光ファイバ
の長さ方向の一部に形成したＦＢＧを張力をかけて固定
し、圧力変化によるダイヤフラムの歪みの変化を前記Ｆ
ＢＧの伸び歪みの変化として検出することを特徴とする
圧力センサ。 - 【請求項３】請求項１または２記載の圧力センサと、前
記ＦＢＧを含む光ファイバに光を入射して、ＦＢＧのブ
ラッグ反射光の波長シフト量を測定する手段とを備えて
いることを特徴とする圧力測定装置。 - 【請求項４】光ファイバと、圧力の変化を前記光ファイ
バの長さ方向の一部の伸び歪みの変化に変換する手段と
を備えていることを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項５】請求項４記載の圧力センサと、前記光ファ
イバにパルス光を入射して、戻り光中のブリルアン散乱
光の波長シフト量を測定する手段とを備えていることを
特徴とする圧力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31721398A JP3571936B2 (ja) | 1997-11-11 | 1998-11-09 | 圧力測定装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30830697 | 1997-11-11 | ||
| JP9-308306 | 1997-11-11 | ||
| JP31721398A JP3571936B2 (ja) | 1997-11-11 | 1998-11-09 | 圧力測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11218458A true JPH11218458A (ja) | 1999-08-10 |
| JP3571936B2 JP3571936B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=26565491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31721398A Expired - Lifetime JP3571936B2 (ja) | 1997-11-11 | 1998-11-09 | 圧力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3571936B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001108553A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 圧力測定用センサ |
| GB2396409A (en) * | 2002-12-16 | 2004-06-23 | Schlumberger Holdings | Fiber optic pressure & temperature sensor including a diaphragm and a compression element |
| JP2010513919A (ja) * | 2006-12-22 | 2010-04-30 | ネーデルランデ オルガニサティー ヴール トゥーヘパストナツールウェテンスハペライク オンデルズーク テーエヌオー | ファイバブラッググレーティングセンサを備えるカルマン渦流量計アセンブリおよび流量測定方法 |
| JP2011085487A (ja) * | 2009-10-15 | 2011-04-28 | Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd | センサ及びそのセンサを用いた地震計 |
| CN103017950A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-04-03 | 山东大学 | 一种高灵敏度光纤光栅土压力计 |
| JP2020095023A (ja) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | ローズマウント・エアロスペース・インコーポレーテッドＲｏｓｅｍｏｕｎｔ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｉｎｃ． | エアデータプローブ |
| EP3936846A1 (en) * | 2020-07-10 | 2022-01-12 | Kidde Technologies, Inc. | Fiber bragg grating-based pressure sensor for a pressure bottle |
| EP4080172A1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-10-26 | Palo Alto Research Center Incorporated | Apparatus for attaching optical fiber to a structure |
| US11668889B2 (en) | 2021-04-20 | 2023-06-06 | Palo Alto Research Center Incorporated | System for applying pre-strain to an optical sensor |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5371527B2 (ja) * | 2009-04-16 | 2013-12-18 | 株式会社安藤・間 | 土木用圧力変換器 |
-
1998
- 1998-11-09 JP JP31721398A patent/JP3571936B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001108553A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 圧力測定用センサ |
| GB2396409A (en) * | 2002-12-16 | 2004-06-23 | Schlumberger Holdings | Fiber optic pressure & temperature sensor including a diaphragm and a compression element |
| US6898339B2 (en) | 2002-12-16 | 2005-05-24 | Schlumberger Technology Corporation | Multiple mode pre-loadable fiber optic pressure and temperature sensor |
| GB2396409B (en) * | 2002-12-16 | 2005-07-20 | Schlumberger Holdings | Multiple mode pre-loadable fiber optic pressure and temperature sensor |
| JP2010513919A (ja) * | 2006-12-22 | 2010-04-30 | ネーデルランデ オルガニサティー ヴール トゥーヘパストナツールウェテンスハペライク オンデルズーク テーエヌオー | ファイバブラッググレーティングセンサを備えるカルマン渦流量計アセンブリおよび流量測定方法 |
| JP2011085487A (ja) * | 2009-10-15 | 2011-04-28 | Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd | センサ及びそのセンサを用いた地震計 |
| CN103017950A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-04-03 | 山东大学 | 一种高灵敏度光纤光栅土压力计 |
| JP2020095023A (ja) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | ローズマウント・エアロスペース・インコーポレーテッドＲｏｓｅｍｏｕｎｔ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｉｎｃ． | エアデータプローブ |
| EP3936846A1 (en) * | 2020-07-10 | 2022-01-12 | Kidde Technologies, Inc. | Fiber bragg grating-based pressure sensor for a pressure bottle |
| EP4080172A1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-10-26 | Palo Alto Research Center Incorporated | Apparatus for attaching optical fiber to a structure |
| US11668889B2 (en) | 2021-04-20 | 2023-06-06 | Palo Alto Research Center Incorporated | System for applying pre-strain to an optical sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3571936B2 (ja) | 2004-09-29 |
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