JPS58215510A - 光フアイバ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一方の境界面が元ファイバーの端面からなり他
方の境界面が可動体の表面からなり、元ファイバがファ
イバ及び可動体の各境界面に対して元エネルイを送受す
るように配置された少くとも２つの境界面間の動的運動
を測定する光ファイバー測定装置丁なわちセンサに関す
る。

１本のファイバで装置内の動的運動を測定する光フアイ
バセンサは複雑な精密機械素子を正確に嵌合する必要が
あり、発光を使用する際の動的範囲が制約されていた。

運動を測定する前記種類の元ファイバセンサは、特にス
エーデン国特許出願第７７１３２０７−４号（日本国特
願昭第１４４０５６７７８号）、スエーデン国特許出願
第７８０１９６５−０号、第７８０３０８６−３号、第
７８０６１８９−２号、第７８０６４８６−２号（日本
国待願昭第６７５４５７７９号）、第７８１１８２１−
３号（米国特許第４．３４５．４８２号）、スエーデン
国特許出願第７９０３２２０−７ｇ、スエーデン国特許
出Ｍ第７９１０７１５−７号（日本国特願昭第１８６６
８１／８０号）及びスエーデン国特許出願第８１０５９
５４−５号に開示されている。

これらの既知の測定装置のいくつかに関して次の問題の
少くとも一つが存在することがある。

１、　装置は給電及び信号帰還のための２本もしくはそ
れ以上のファイバーを必要とする。

２、ガラスと空気間の境界面において反射が変化するた
め装置に光ファイバ接７！ｌ！装置を設けることができ
ない。

６、　センサは複数個の機械的素子乞有し、それらは設
置時に非常に精密に嵌合しなければならな（１゜ ４、　動的範囲が制限される（信号／ノイズ比が小さい
。）。

本発明は前記問題及びそれに付随する他の問題を解決丁
・るものである。本発明は少くとも一つの境界面がホト
ルミネセンス材の少くとも一層を画定し、本体の境界面
から反射される元エネルギが境界面間の相対位置に依存
し本体はファイバーに堅固に接続されていて弾性部を有
し端面間の相対運動を行うことができるように測定装置
が配Ｗされていることを特徴としている。こうして弾性
部と組合せてホトルミネセンスのみならス可動体から反
射される光エネルギを使用することにより、一本の同じ
ファイバを給電及び信号帰還に使用することができる。

反射信号ビ使用することにより高い信号／ノイズ比が可
能となり、同時にホトルミネセンス信号を使用して境界
面内の例えはファイバ接合点において変化する反射に依
存することなく送信径路内の光の減衰が補償される。可
動体の設計時に低コストで高い精度が得られる半導体技
術ビ使用するのか適切である。

弾性部及び端面をファイバ一端に取りつけることにより
、簡単で実用的に設計できる組合体が得られる。

ルミネセンス信号により制御される制御回路と組合せて
可動体からの反射信号を使用することにより、高い信号
値が得られ同時に装置は接合点及び分岐における損失及
び反射に対し１非感応的となる。適応性のある光学及び
化学的性質乞有する半導体材料を使用して写真石版術及
び食刻技術により、製作経済性の良い一体化された機械
的及び光学的構造乞実現することができる。

第１図に後記する装置の原理と動作モードを示すＯ 発光ダイオード（ＬＥＤ　）　５はファイバー分岐３を
介してファイバー１に光エネルギを供給する。

境界面１５及び１６において入力元エネルギにより励起
されて夫々反射及びホトルミネセンスが生じる。反射及
びある場合にはホトルミネセンスチネルヤーも境界面１
５．１６間の相対位置に依存する。反射された元エネル
ギは分岐３及びさらにもう一つの分岐４及び少くとも１
個の光Ｐ波器１０を通過した後２つの測定チャネルに分
割される。このｆ波器は反射された光エネルギがルミネ
センスから分離されるように設計されている。これは例
えば薄層内の干渉を使用して縁ｆ波器すなわちバンドパ
スｒ波器により達成できる。多くの場合典型的にホトル
ミネセンスの寄与は全エネルギのおよそ署。。０　に過
ぎないため、反射光エネルギに対する測定チャネルは元
Ｐ波器を必要としな（１゜ 一方の測定チャネルにおいて信号はホトダイオード６．
１１により電流に変換され、増幅器７゜１２において適
正な電圧範囲に増幅される。反射信号はｆ波器８におい
て高域ｃｅされ、装置内例えば分岐内及びファイバー接
合点における靜反射の効果を解消する。同時にこれは境
界面１５及び１６間の位置の非常にゆるやかな変化に対
してセンサは応答しないことを意味する。高域Ｐ仮信号
はさらにレジスタユニット９に供給されてざらに信号処
理及び／もしくはドキュメンテーンヨンが行われる。Ｌ
ｌｌｉ；Ｄ　５及び制御回路１３．１４と共にホトルミ
ネセンスチャネルは帰還をＭする閉ループを形成し、そ
こで励起された元エネルギは既知の技術に従って一定の
ホトルミネセンス信号により制御される。境界面１５．
１６からの反射及びホトルミネセンスが共に入カエネル
イに対して解散であり且つ信号径路が同一であるため、
信号径路に沿って変化する光損失に対して非常に艮好な
補償が得られる。

性能が同等な別の方法は励起された元エネルギを２つの
測定チャネルからの信号の電気的仮着と組合せて一定に
維持することである。

ホトダイオード内の暗電流丁なわち外乱光線の効果の問
題を解消するには、位相ロック増幅器７゜１２と組合せ
てＬＥＤの脈動トリ７トン与えることが適切である。

第２図にファイバ１の端領域の特定実施例を示す。特定
実施例は加速度計であり本体２はファイバ一端面１６に
固定されまた弾性部１７及び地震コンパウンド１８に分
割され、それは加速度を加えると弾性部乞偏向させる。

こうして弾性部は部分１５及び１６と一体的に形成され
ておりそれらは共に光学的機能を行う。この組合体１５
〜１７はファイバ一端１６に固定されている。コンパウ
ンド１８は本体２の表面１５の小部分に集中することが
望ましく、この集中コンパウンドを弾性部１７の取付点
付近に配置することにより装置内におい′″Ｃ慨械的信
号増幅が得られる。次に境界面１５には境界面１６に対
する相対運動が与えられる。停止位置において境界面１
５．１６は７デイバの主方向に対して９０°からそれた
角度θを成しているため、あるｊ′ｔ、巌（光線２０．
２３）は境界面１５に向って反射した後ファイバーから
出て行くが他のｊｔ、線（元ｉ１９．２２）は全体反射
として既知の方法でファイバー内に戻る。角度θは反射
された放射のおよそ半分がファイバーから離されるよう
に調整することができる。この部分は表面１５及び１６
間の相対運動により生じる角度θ′の変化に対して非常
に鋭敏となる。本体２の弾性部１７はホトルミネセント
材乞含みそれは入力元エネルギよりも長い波長の発光を
行う。発光の方向依存性を入射光Ｉｌｊ！２１及び出力
光束２４により示し、その分布はランバートの法則に従
い方向依存性が比較的弱い。従って全機能は反射された
放射が被測定量（この場合加速度）Ｋ依存し、発光はそ
れから大部分独立しているということができる。実施例
の本体２は例えばＡｔｘＧａニーＸＡＳ　　のような半
導体を有するエピタキシャル層として形Ｉｉｙ、されて
おり、ある層においてはｘ　＝　０であり他の層におい
てはｘ＝０．３〜０．５である。半導体材はＩｎ）（Ｇ
ａニーＸＡＳＹＰエーアとすることもできる。Ｍ　の含
有量の変化により材料のエネルイイヤツデ従ってその発
光特性及び耐薬品性が影響を受ける。こうして化学食刻
及び写真石版パターン技術により前記したような弾性部
□び光学特性７有する三次元的に形成された本体ｙ！−
製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は装置のレイアウト、第２図はセンサの運動感知
部の実施例の詳細図である。 符号の説明 １・・・元ファイバー ２・・・可動体 ３．４・・・ファイバー分岐 ５・・・ＬＥＤ ６．１１・・・ホトダイオード ７．１２・・・増幅器 ８．１３・・・ｆ彼器 ９・・・レジスタユニット １４・・・制御回路 １５．１６・・・境界面 １７・・・弾性部 １８・・・コンパウンド 代理人　浅　村　　　晧 Ｆｌ（５，７ ＩＧ　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１一方の境界面が元ファイバー（１）の端面からな
   り、他方の境界面が可動体（２）の表面からなり、前記
   ファイバー（１）と前記可動体（２）の前記画境界面（
   １６，１５）に対して元ファイバー（１）が元エネルギ
   ーを送受するようにされている少くとも２つの前記境界
   面（１５，１６）間の動的運動欠測定する光フアイバー
   測定装置において、前記境界面（１５，１６）の少くと
   も一万がホトルミネセンス材の少くとも−Ｉ−ヲ画定し
   前記可動体（２）の前記境界面（１５）から反射された
   元工不ルヤーか前記画境界面（１５，１６）間の相対位
   置て依存するようになり且つ前記可動体（２）は前記フ
   ァイバー（１）に堅固に接合され弾性部（１７）を有し
   て前記画境界面（１５゜１６）間の相対運動を可能とす
   るように測定装置が構成されていること′ｌｔ特徴とす
   る元ファイバー測定装置。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記測定装置は
   前記ファイバー（１）と前記可動体（２）間の相対位置
   が前記ホトルミネセンス材により生じる元エネルギーの
   前記境界面（１５，１６）から前記ファイバー（１）へ
   の返送を決定するように構成されていることを特徴とす
   る光フアイバー測定装置。 （３）特許請求の範囲第１項もしくは第２項において、
   前記測定装置は前記ファイバー（１）と前記可動体（２
   ）間の相対位置が反射及びホトルミネセンスエネルギー
   の前記ファイバー（１）への返送に影響を及ぼし、後者
   のエネルギーの影響が前者のエネルギーの影響よりも著
   しく小さくなるように構成されていることン特徴とする
   光フアイバー測定装置。 （４）特許請求の範囲第１項におい℃、前記ファイバー
   （１）に反射される光エネルギーは少くとも１個の光ｆ
   波器（１０）により実質的に前記反射光エネルギーから
   生じる成分と実質的に前記ホトルミネセンス材（１５，
   １６）から生じる成分に分割されるようにされているこ
   とを特徴とする元ファイバー測定装置。 （５）％′許請求の範囲第４項において、反射光エネル
   ギーから電気的エネルギーに変換される信号は電子高域
   ｆ波器もしくは電子帯域ｆ波器へ通されるようにされて
   いること１ｆｒ：特徴とする元ファイバー測定装置。 （６ｉ　　特許請求の範囲第４項において、前記ホトル
   ミネセンス材により電気的エネルギーに変換される信号
   は制御回路（１２，１３，１４）へ通されてＬＥＤ　（
   ５）　Ｋより前記７アイバー（１）へ供給される元エネ
   ルギーもしくは検出増幅器（１゜１２）の増幅率の制御
   を行うことビ特徴とする元ファイバー測定装置。 （７）特許請求の範囲第４項において、反射及びホトル
   ミネセンス元からの信号成分は大々電気的信号へ変換さ
   れた後に電気回路へ供給されて２つの信号成分間の高音
   発生することを特徴とする光フアイバー測定装置。 （８）特許請求の範囲第１項において、前記可動体（２
   ）は弾性部（１７）及びそれに接続されたコンパウンド
   （１８）’ａ’有することを特徴とする光フアイバー測
   定装置。 （９）　　％許請求の範囲第１項において、前記境界面
   （１５，１６）の少くとも一方はファイバーの主方向に
   対して９０°からそれた角度をなすことヲ特徴とする光
   フアイバー測定装置。 ａ＠　特許請求の範囲第９項において、前記可動体（２
   ）はＡＬｚＧａｌ−ｚＡＳ　　もしくはＩｎｚＧａｌ、
   　）ＣＡＳｙＰｌ−ｙ等の半導体に構成されていること
   乞特徴とする元ファイバー測定装置。 αυ　特許請求の範囲第１０項において、半導体材はエ
   ピタキシャル層として作成されていることを特徴とする
   光フアイバー測定装置。 ａ４　　特許請求の範囲第１項におい℃、前記ファイバ
   一端面は前記ホトルミネセンス材（２５）が被覆されて
   いることを特徴とする元ファイバー測定装置。 （１３特許請求の範囲第１項において、前記元ファイバ
   ーは端面（１６）付近に前記ホトルミネセント材（２５
   ）を有することを特徴とする光フアイバー測定装置。 Ｑ４１　　％許請求の範囲第１項において、前記ホトル
   ミネセント材（２５）は金属イオンからなること乞特徴
   とする光フアイバー測定装置。 （１５）　　特許請求の範囲第８項において、前記コン
   パウンド（１８）は前記可動体（２）に属する前記境界
   面（１５）の小部分のみを占めることを特徴とする光フ
   アイバー測定装置。