JPS60219528A - 高温度圧力トランスジユーサ用溶融シリカダイヤフラムモジユール - Google Patents

高温度圧力トランスジユーサ用溶融シリカダイヤフラムモジユール

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JPS60219528A
JPS60219528A JP60063992A JP6399285A JPS60219528A JP S60219528 A JPS60219528 A JP S60219528A JP 60063992 A JP60063992 A JP 60063992A JP 6399285 A JP6399285 A JP 6399285A JP S60219528 A JPS60219528 A JP S60219528A
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deflection
base member
pressuretransducer
pressure
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JP60063992A
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ジヨン・ダブリユー・バートホルド・ザ・サード
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Babcock and Wilcox Co
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
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    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
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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】 〔技術分野〕 本発明は、高温度圧力ドランスジューサに関し、特定す
ると、溶融シリカダイヤフラムおよびダイヤプラムのた
わみを決定する関連する光フアイバ感知装置を利用する
高温度圧力ドランスジューサに関する。
〔従来技術〕
航空機エンジンのガス路のような高温度の応用における
正確な圧力測定は、エンジンの燃料効率、性能および信
頼性を監視し改良するために必要とされる。従来、厳し
い環境下におけるガス路圧力の測定は、金属ダイヤフラ
ムのたわみの測定により遂行されて来た。ダイヤプラム
に生じた機械的たわみは、数種の手法により電気的信号
に変換される。１つの方法は、ダイヤフラムの中央に取
り付けられた抵抗歪ゲージを利用する。他の１つの方法
は、可動ダイヤプラムと固定基準表面間の容量の変化を
利用する。これらの手法は、両方とも比較的低温度では
容認し得る結果を生ずるが、５００℃を越える温度では
、金属ダイヤフラムのクリープが加速し、これが、圧力
ドランスジューサ出力信号対圧力較正曲線の長期間のド
リフトを生ずる。さらに、この較正曲線のビステリシス
は、これらの圧力ドランスジューサがこのような高温度
で作動されるとき相当な値となることが分った。
望ましくないクリープやヒステリシスの影暢を避けるた
めに、高温度特性を有する代わりのグイ定性を有してい
るから、これらの材料は、圧力ドランスジューサダイヤ
７ラムに対する材料として金属に代わり得る。不幸にし
て、これらの材料の硬度や剛度、さらにはそれらの固有
のもろさのため、圧力に関して金属ダイヤフラムで達成
され得るたわみより小さいたわみをもたらすようなダイ
ヤフラム構造が要求された。たわみが小さいため、たわ
みを測定し得るように相当に増大された感度を有する感
知技術の使用を必要とする。このような感度の増大のた
め、測定は、動的振動や濃度変化により影響を受け、し
たがって、ダイヤプラムのたわみの測定は不正確となる
ことがある。
このため、高温度環境で使用でき、比較的小さなダイヤ
プラムのたわみに敏感であり、しかも動的振動および温
度変化により影響を受けないダイヤフラム形式のトラン
スジューサおよび関連するダイヤフラムたわみ感知装置
を開発することが望まれることとなった。
〔発明の概要〕
本発明は、溶融シリカダイヤ７ラムアセンブリおよび関
連する光フアイバダイヤフラムたわみ検出装置を提供す
ることにより、従来技術と関連する上述の問題およびそ
の他の問題を解決するものである。ダイヤプラムアセン
ブリは、溶融シリカ台板に光学的に接触される溶融シリ
カダイヤフラムより成る。１対の伝送および受信光ファ
イバが）ダイヤプラムおよび合板間のギャップの中心に
配置されており、そして第２の１対の伝送および受信光
ファイバが、同様にギャップ間で終端しているコヒーレ
ントレーザー源が設けられ、両伝送光７アイバを介して
ダイヤプラムの底面を照明する。
ダイヤプラムの底面により反射された光は、干渉縞模様
を生じさせ、これが受信光７アイパにより受光される。
光検出器および縞計数回路により・干渉縞の計数がなさ
れ、これがグイ、ヤ７ラムの偏向の大きさを決定するの
に利用される。
〔具体例の説明〕
以下、図面を参照して好ましい具体例について説明する
が、図面に例示されるものは、本発明の好ましい具体例
の説明を目的とするものであり、本発明を限定すること
を意図するものではない。
図は、モジュラ−形式の溶融シリカダイヤ７ラ　−ムア
七ンプリ１０およびダイヤフラムのたわみを測定する関
連する装置５０を略示するものである。
ダイヤ７ラムアセンブリ１０は、溶融シリカ台板１４に
光学的に接触される溶融シリカダイヤフラム１２より成
る。ダイヤフラム１２および台板１４間の光学的接触は
、λ／１０の表面平坦度を必要とする。このような表面
平坦度は、ダイヤフラム１２と合板１４間の真の分子接
合で達成できる。
溶融シリカダイヤフラム１２は、普通、固形のディスク
から形成される。ディスクは、所望のダイヤプラム厚さ
を得るため適当な深さにまでドリル穴あけし、腐食する
ことができる。膜１２および台板１４は、同一の材料、
すなわち溶融シリカから形成され、外部支持構造体を要
せず、それにより熱応力をできるだけ少なくしている。
台板１４は貫通孔１６を備えており、そしてこの孔１６
は、台板１４の基準表面２０とダイヤフラム１２の底部
表面２２間に位置するギャップ１８で終端している。切
取り狭搾部２６を有する石英管２４を、台板１４の底部
２８に融着して、管２４および孔１６を介して基準圧力
をギャップ１８中に導入するようにできる。基準圧力が
ギャップ１８内に導入された後、狭搾部２６は基準圧力
口を封止するように切り取ることができる。
ダイヤ７テムのたわみを測定するのに利用される装［Ｘ
Ｏは、「縞計数」技術を利用してこのようなたわみを測
定する。この装置３０の場合、２つの研摩された盲穴３
２．３４が、台板１４の頂部基準表面２０に設けられて
いる。盲穴３２は、頂部基準表面２０の中心の近傍に配
置されており、盲穴３４は、頂部基準表面２０とダイヤ
フラム１２の内縁部の接合部に隣接して盲穴５４が配置
されている。屈折率分布型ロッドレンズ３６が各盲穴３
２およびＳ４に設けられている。単一モード光ファイバ
３８およびマルチモード光ファイバ４０が台板１４を貫
通しており、盲゛穴３２に設けられた屈折率分布型ロッ
ドレンズをそれぞれ３ｄｂカツプラ４２および光検出器
４４に相互接続している。同様に、単一モード光ファイ
バ４６およびマルチモード光ファイバ４８が台板１４を
貫通しており、盲穴３４に設けられる屈折率分布型ロッ
ドレンズ３６を３ｄｂカツプラ４２および光検出器５０
に接続している。コヒーレントレーザーｉｌｌ！５２は
、３ｄｂカツプラ４２の入力に接続されている。
光検出器４４．５０の出力は、従来の装置を含む縞計数
回路５４に接続されている。その動作については追って
説明する。計数回路５４の出力は、適当な読出し装置５
６に接続されている。
動作について説明すると、レーザー源５２からの光は、
３ｄｈカツプラ４２に伝送され、ここで分割され、それ
ぞれ単一モード光ファイバ３８．４６を介して盲穴５２
．３４の各々に設けられた勾配指数ロッドレンズ３６に
供給される。勾配指数ロッドレンズ３６は、平行化され
た光ビームをダイヤフラム１２の底部基準表面２２に当
射する。盲穴３２に設けられた屈折率分布型ロッドレン
ズ３６から発する平行化光ビームは、ダイヤプラムの底
部表面の中心近傍に当たり、他方、盲穴３４に設けられ
た屈折率分布型ロッドレンズ３６から出る平行化光ビー
ムは、ダイヤフラムの底部表面にその中心からオフセッ
トされた位置に当たる。
上述の平行化光ビームは、ダイヤフラム１２の底部基準
表面２２および台板１４の頂部基準表面２０により部分
的に反射され、各屈折率分布型ワンドレンズ３６上に干
渉縞模様を発生させる。これらの干渉縞模様は、レンズ
５６によりマルチモード光７アイバ４０．４８の端部上
に焦点を結ぶ。
ダイヤフラム１２がたわむと、干渉縞模様は、マルチモ
ード光ファイバ４０．４８の内面を横切って単一方向に
移動する。移動の方向は、ダイヤフラム１２が、台板１
４の上部表面２０に向ってたわむか遠ざかる方向に移動
するかに依存する。光検出器４４から得られる出力′電
流は、縞を横切る空間的光強度分布と同様に、縞の位γ
ｔに関して余弦の平方の時間依存性を有する。
縞計数回路５４は、主として、論理ゲートレこより制御
される加減計数装置より成る。トリガスレッショルドの
適当な選択により、光検出装置４４．５０の１つを、論
理ゲートを介して加減計数装置の入力として利用できる
。干渉縞模様の各明−暗の縞の対は、４つの部分に分割
され、そして論理ゲートは、ディジタル「高」信号およ
びディジタル「低」信号を発生する。この信号はλ／８
の精度を有する個々の計数値に対応する。ここで、λは
し７ザー波長である。残りの光検出器４４または５０の
出力は、計数装置が第１の光検出器から受信される信号
を加算すべきか減算すべきかを決定するのに利用される
。上述の動作を遂行するためには、光検出器４４．５０
の出力は、位相がずれていなければならない。第１の光
検出器からの信号を加算すべきか減算すべきかの決定は
、両光検出＠４４．５８の出力が同時に増加するかまた
は同時に減少するかに依存する。このようにして、加減
計数装置は、干渉１ｓ計数値の動的総計値を維持する。
干渉１計数値ｍの大きさは、下式によりダイヤフラム１
２のたわみ△ｈに正比例する。すなわち１ ２Δｈ＝ｍλ このように、縞の計数値をディジタル的に決定すること
により、ダイヤフラム１２のたわみを感知し、たわみの
大きさを正確に決定できる。ディジタル技術を利用する
以上、信号の条件づけまたはアナログ処理は必要としな
い。加えて・干渉縞模様は一屈折率分布型ロンドレンズ
３６によってのみ形成されるから、マルチモード光７ア
イバ４０゜４Ｂの温度や振動は、縞模様に影響を及ぼす
ことはあり得ない。さらに、シングルモード光７アイパ
３８．４６により誘導される相対的な光学的位相シフト
は重大とならない。何故ならば、この種の位相シフトは
、ダイヤフラム１２の底部基準表面２２から反射される
ビームと台板１４の頂部基準表面２０から反射されるビ
ームに同じ影響を及ぼすからである。マルチモード光７
アイバ４０・４８を介して光検出器４４．５０に４６か
れる光に対して位相の保存は必要とされない。マルチモ
ード光ファイバ４０．４８は明縞から発する光に対して
コンジットとして作用し、暗縞からは光は発せられない
。
性能的に、上述のシステムの固有のダイナミックレンジ
は高い。何故ならば、縞の計数値ｍは、ダイヤフラム１
２のたわみ△ｈに正比例して変わるからである。この手
法の変位感度はλ／８で、これは赤色光の場合α０９μ
ｍに対応する。ダイヤフラム１２が４０■直径およびα
６　ｗ　ｆ！ｉを有すると仮定すると、上述の変位感度
に対応する最小検出可能圧力は約５．５　ＫＰａであり
、これは最大許容フルスケール圧力６９０　ＫＰｎの約
０４％である。
この感度は、各くの商第的に人手しイυる歪ゲージまた
は谷ｉｉ：圧力ドランスジューサに’−／　ｊ：＋ｉで
あるが、この種のトランスジューサは、溶Ｆ：：シリカ
装置Ｉ７に悲影皆を及はさないような４■当の高動作汰
ｉ度をδ′「容しイ；４ないものであった。最ｅ＆こ留
１デされたいこと６才、ｒ６　ｒＡ中フシリカダイヤフ
ラムアセンブリ１０本質的Ｇこ１ｊ、Ｊ　紳的でもある
ということである。これは、ダイヤ７ラムのたわみがＦ
Ｊ−力Ｇこｌ’ｌ　ｔ、て伯／？ｉ！　（＋’Ｊであり
・干渉縞の舶酢がダイヤフラムのたわみに１’ｉ’ｊ　
Ｌ　７　’ｌ”線的であるからである。
技術に積；１ｎシたものであれば、上１ボの説明からあ
る４・ハの変史や改］よを思いつくことができようが明
細：１しを簡明にするためこれらの改、［′美や変史に
ついては言及しない。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の装置を表わす正面概略図である。 １０：溶礎シリカアセンブリ １２：ダイヤ７ラム １４：台−Ｄ＜または基部利 １６：貝通孔 １８：ギャップ ２０　：　ＪＪｊ部詰準表血 ２２：ＪＫ部表面 ２４：石莢・は ２　６　：　９！Ｊプ１１イ２γ？■ζ２日：底部 ５　０　：　１ｆｉｌｌ　定％　ｊｊ’！３２．３４：
油水 ３６：ロッドレンズ ３Ｂ、４６：　ｑｊ−モードファイバ ４０．４Ｂ＝マルチモードファイバ ４２：カップラ ４４．５０：光検出器 ５２：コヒーレントレーザー源 ５４：縞計葬ｒ回路 ５６：読出し装置ｔＦ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基部材と該基部材に接続されたダイヤフラム部材
    とを備え、前記基部材とダイヤプラム部材が同じ溶融シ
    リカ材料から形成され、前記基部材と前記ダイヤフラム
    部材間に、該ダイヤプラム部材に加えられる圧力の変化
    に応答して燕ダイヤフラム部材をたわませるギャップが
    設けられたことを特徴とする高温度トランスジューサ。
  2. （２）前記基部材と前記ダイヤフラム部材とが光学的接
    触により接続されている特許請求の範囲第１項に記載の
    トランスジューサ。
  3. （３）前記ギャップに基準圧力を導入する手段を備える
    特許請求の範囲第１項に記載のトランスジューサ。
  4. （４）　前記ダイヤプラム部材の一部が、前記基部材と
    前記ダイヤフラム部材間に位置する前記ギャップを形成
    するように前記基部材からずらされている特許請求の範
    囲第１項に記載のトランスジューサ。
JP60063992A 1984-03-30 1985-03-29 高温度圧力トランスジユーサ用溶融シリカダイヤフラムモジユール Pending JPS60219528A (ja)

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US06/595,114 US4589286A (en) 1984-03-30 1984-03-30 Fused silica diaphragm module for high temperature pressure transducers

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JPS60219528A true JPS60219528A (ja) 1985-11-02

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