JPS60230016A - 光学的変位測定装置 - Google Patents
光学的変位測定装置Info
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- JPS60230016A JPS60230016A JP8552684A JP8552684A JPS60230016A JP S60230016 A JPS60230016 A JP S60230016A JP 8552684 A JP8552684 A JP 8552684A JP 8552684 A JP8552684 A JP 8552684A JP S60230016 A JPS60230016 A JP S60230016A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、変位、温度、圧力、差圧、液面などのプロセ
ス変数を機械的な変位に変換してプロセス変数を計測す
る光学的変位測定装置に関するものである。
ス変数を機械的な変位に変換してプロセス変数を計測す
る光学的変位測定装置に関するものである。
従来のこの種光学的変位測定装置として、例えば「光フ
アイバセンサ技術資料集、昭５８．８．１９第１インタ
ナショナル社」などに記載された第５図に示すようなも
のがあった。図において、（１）は光源、（２）は光フ
ァイバ、（３）はコリメートレンズ、（４）は集光レン
ズ、（５）は光ファイバ、（６）は光検知器、（７）は
遮光板、（８）は支持板、（９）は支持ばねである。
アイバセンサ技術資料集、昭５８．８．１９第１インタ
ナショナル社」などに記載された第５図に示すようなも
のがあった。図において、（１）は光源、（２）は光フ
ァイバ、（３）はコリメートレンズ、（４）は集光レン
ズ、（５）は光ファイバ、（６）は光検知器、（７）は
遮光板、（８）は支持板、（９）は支持ばねである。
次に、動作について説明する。光源（１）がらの光は光
ファイバ（２）を通ってフリメートレンズ（３）に入り
、ここで平行光束となって出入自在の遮光板（７）でそ
の位置に比例した遮光を受け、遮光されずに通過した光
束は集光レンズ（４）で集光されて光ファイバ（５）に
入り、伝送されて光検知器（６）に入射し、ここで遮光
板（力の位置に比例した光量の電気信号に変換される。
ファイバ（２）を通ってフリメートレンズ（３）に入り
、ここで平行光束となって出入自在の遮光板（７）でそ
の位置に比例した遮光を受け、遮光されずに通過した光
束は集光レンズ（４）で集光されて光ファイバ（５）に
入り、伝送されて光検知器（６）に入射し、ここで遮光
板（力の位置に比例した光量の電気信号に変換される。
ここで、遮光板（７）は、プロセス変数を機械的な変位
に変換する機構、例えば温度計用バイメタル、圧力計用
ブルドン管、差圧計用ダイヤフラム等に連結、されて、
プロセス変数の変動に応じてＸ方向に移動し、遮光板（
７）による遮光量を変化させ、光検知器（６）を介して
プロセス変数量Ｉ が計測される。
に変換する機構、例えば温度計用バイメタル、圧力計用
ブルドン管、差圧計用ダイヤフラム等に連結、されて、
プロセス変数の変動に応じてＸ方向に移動し、遮光板（
７）による遮光量を変化させ、光検知器（６）を介して
プロセス変数量Ｉ が計測される。
このように、光学的な変位測定でプロセス変数を計測す
るので、電磁気的な外乱がある場合においてもノイズを
拾うようなことはなく、また本質安全防爆の計測構造と
なる。しかしながら、このように構成された光伝送路に
おいては、光ファイバの曲りや経年劣化およびレンズの
汚れや経年的なやけの発生などで光透過率が変動するの
で、計測誤差発生の原因となり、安定した信頼性の高い
計測を行えないというような欠点があった。
るので、電磁気的な外乱がある場合においてもノイズを
拾うようなことはなく、また本質安全防爆の計測構造と
なる。しかしながら、このように構成された光伝送路に
おいては、光ファイバの曲りや経年劣化およびレンズの
汚れや経年的なやけの発生などで光透過率が変動するの
で、計測誤差発生の原因となり、安定した信頼性の高い
計測を行えないというような欠点があった。
本発明は、上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、波長λ、と波長λ。
めになされたもので、波長λ、と波長λ。
でなる平行光束を、波長λ、に対しては非透過性で波長
λ、に対しては透過性である第１領域と、両波長λ１．
λ、に対して共に透過性である第２領域でなる遮光対で
構成する遮光板で遮光し、変位に比例した波長λ、の検
知光量信号を、全量透過した波長λ、の検知光量信号で
光伝導路の透過率変動を補正することにより、環境変化
や経年変化などに対しても安定に測定を行える高信頼性
の光学 １的変位測定装置を提供するものである。
λ、に対しては透過性である第１領域と、両波長λ１．
λ、に対して共に透過性である第２領域でなる遮光対で
構成する遮光板で遮光し、変位に比例した波長λ、の検
知光量信号を、全量透過した波長λ、の検知光量信号で
光伝導路の透過率変動を補正することにより、環境変化
や経年変化などに対しても安定に測定を行える高信頼性
の光学 １的変位測定装置を提供するものである。
以下、本発明による一実施例を図にもとづいて説明する
。第１図において、（ＩＤは波長λ１の光を発する第１
の光源、（１っは波長λ２の光を発する第２の光源、（
１９は両波長の光を合成する分波用ビームスプリッタ、
（２）は光ファイバ、（３）はコリメートレンズ、（７
）は波長λ、に対しては非透過性で、波長λ。
。第１図において、（ＩＤは波長λ１の光を発する第１
の光源、（１っは波長λ２の光を発する第２の光源、（
１９は両波長の光を合成する分波用ビームスプリッタ、
（２）は光ファイバ、（３）はコリメートレンズ、（７
）は波長λ、に対しては非透過性で、波長λ。
に対しては透過性の第１の領域（７−１１）と、両波長
λいλ２に対して共に透過性の第２の領域（７４）から
なる出入自在の遮光板である。（４）は集光レンズ、（
５）は光ファイバ、αｅは波長入、および波長λ２の光
を夫々に振り分ける分波用ビームスプリッタ、６υは波
長λ、の光を検知する第１の光検知器、（６湯は波長λ
、の光を検知する第２の光検知器、（６３は両光検知器
ａｎ、鏝の出力信号の比を演算する演算器、（８）は支
持板、（９）は支持ばねである。
λいλ２に対して共に透過性の第２の領域（７４）から
なる出入自在の遮光板である。（４）は集光レンズ、（
５）は光ファイバ、αｅは波長入、および波長λ２の光
を夫々に振り分ける分波用ビームスプリッタ、６υは波
長λ、の光を検知する第１の光検知器、（６湯は波長λ
、の光を検知する第２の光検知器、（６３は両光検知器
ａｎ、鏝の出力信号の比を演算する演算器、（８）は支
持板、（９）は支持ばねである。
そして、遮光板（７）は、正・負のＸ方向変位の中間点
ｘ ＝ ｏ 、即ち測定変位の中間点でフリメートレン
ズ（３）からの円形状平行光束すの中心に両領域（７−
＋ ） 、（７−２”）の分割線が位置するように、第
２図に示すように配置される。この両領域（７−１）お
よび（７−ｔ）の両波長λ１．λ、に対する透過特性は
第３図で示される。即ち、第１の領域（７−１，）は波
長λ、に対しては遮光板として機能するが、波長λ、に
対しては遮光板として機能せず、第２の領域（７４）は
共に遮光板として機能せず、従って遮光板（７）は波長
λ１に対しては遮光板として作用するが、波長λ、に対
しては遮光板として何等作用しない。
ｘ ＝ ｏ 、即ち測定変位の中間点でフリメートレン
ズ（３）からの円形状平行光束すの中心に両領域（７−
＋ ） 、（７−２”）の分割線が位置するように、第
２図に示すように配置される。この両領域（７−１）お
よび（７−ｔ）の両波長λ１．λ、に対する透過特性は
第３図で示される。即ち、第１の領域（７−１，）は波
長λ、に対しては遮光板として機能するが、波長λ、に
対しては遮光板として機能せず、第２の領域（７４）は
共に遮光板として機能せず、従って遮光板（７）は波長
λ１に対しては遮光板として作用するが、波長λ、に対
しては遮光板として何等作用しない。
遮光板（７）の透過波長選択皮膜は、誘電体多層膜で形
成されるが、遮光板、（７）を２色性ガラス等で構成し
てもよい。
成されるが、遮光板、（７）を２色性ガラス等で構成し
てもよい。
光源αυ、α２としては、２個のＬＥＤ等からなる光源
で夫々波長λ１および波長λ２の光を発光させるが、２
つの波長の光を同時に発する光源、例えばＬＥＤ、レー
ザ光、白熱等とフィルタを組合せたものでもよい。合波
用および分波用のビームスプリッタ（１５） 、 ｆｉ
ｔｌｌは、波長札の光は透過し、波長λ２の光は透過さ
せず反射する特性の誘電体多層膜ミラーであるが、ハー
フミラ−を用いてもよい。光検知器−１關は、２個のＬ
Ｄ受光素子または同一チップ上にモノシリツクに構成さ
れた光検知器であ次に、本発明装置の動作について説明
する。第１および第２の光源（Ｌｌ）、ｕから発した波
長λ１．λ。
で夫々波長λ１および波長λ２の光を発光させるが、２
つの波長の光を同時に発する光源、例えばＬＥＤ、レー
ザ光、白熱等とフィルタを組合せたものでもよい。合波
用および分波用のビームスプリッタ（１５） 、 ｆｉ
ｔｌｌは、波長札の光は透過し、波長λ２の光は透過さ
せず反射する特性の誘電体多層膜ミラーであるが、ハー
フミラ−を用いてもよい。光検知器−１關は、２個のＬ
Ｄ受光素子または同一チップ上にモノシリツクに構成さ
れた光検知器であ次に、本発明装置の動作について説明
する。第１および第２の光源（Ｌｌ）、ｕから発した波
長λ１．λ。
の光は、合波用ビームスプリッタ（ｔ５）で合成されて
光ファイバ（２）を通り、コリメートレンズ（３）によ
って平行光線の円形状光束となって遮光板（７）に入射
する。ここで、波長λ１の光は変位Ｘで定まる遮光板（
７）の位置に比例した光量が透過し、波長λ、の光は全
量の光量が透過して集光レンズ４で集光され、光ファイ
バ（５）を通って分波用ビームスプリッタ（Ｉ６）によ
り波長への光と波長λ、の光とに分離される。
光ファイバ（２）を通り、コリメートレンズ（３）によ
って平行光線の円形状光束となって遮光板（７）に入射
する。ここで、波長λ１の光は変位Ｘで定まる遮光板（
７）の位置に比例した光量が透過し、波長λ、の光は全
量の光量が透過して集光レンズ４で集光され、光ファイ
バ（５）を通って分波用ビームスプリッタ（Ｉ６）によ
り波長への光と波長λ、の光とに分離される。
それぞれの波長λ、およびλ、の光は、対応する第１お
よび第２の光検知器１１）、（６２に入り、それぞれ光
量に応じた出力電気信号となって演算器（財）でその比
が演算される。
よび第２の光検知器１１）、（６２に入り、それぞれ光
量に応じた出力電気信号となって演算器（財）でその比
が演算される。
そして、このめた波長λ１とλ２との光量比から変位値
をめることになるが、この両波長の光は全く同一の光伝
送路のパスを透過するので、波長テ 為の光は伝送路を構成する各部品の経年劣化や環境変化
等による透過率の変化を補償するように作用し、光伝送
路の透過率が変化してもその影響を受けることのなあ安
定した変位測定を行うことができる。
をめることになるが、この両波長の光は全く同一の光伝
送路のパスを透過するので、波長テ 為の光は伝送路を構成する各部品の経年劣化や環境変化
等による透過率の変化を補償するように作用し、光伝送
路の透過率が変化してもその影響を受けることのなあ安
定した変位測定を行うことができる。
また、本発明の他の実施例として、第５図に示すような
変位測定の感度を高めたものがある。図において、ＣＤ
は第１および第２の領域（１１）。
変位測定の感度を高めたものがある。図において、ＣＤ
は第１および第２の領域（１１）。
（７４）で構成された遮光対が複数対で等ピッチに配置
されて、変位Ｘによって光束中に出入自在となる可動遮
光板、６２は可動遮光板συの遮光対ピッチと同一ピッ
チで、かつにピッチずつずらされて遮光対を配置する固
定遮光板である。こうすると、変位量Ｘに対して面領域
（７１）、（７−１）の変位方向に対する幅が狭くなり
、変位量Ｘに対する波長λ、の光の透過量の変化割合が
大きくなるので、分割された遮光対の数に応じて測定の
感度を高めることができる。従って、大きな変位を測定
したい場合には分割される遮光対の数を少なくシ、小さ
な変位を高精度に測定したい場合には、遮光対の数を多
くして測定感度を高めるようにする。ま Ｉた、両光源
←υ、α２および光検知器６υ、■のに温度依存性の高
い素子を使用する場合は、両者を夫々近接させて同一環
境下に置くように配置し、両波長に対する温度依存性に
よる影響を排除する。このようにして、温度による光量
検知の変動も補償することができる。
されて、変位Ｘによって光束中に出入自在となる可動遮
光板、６２は可動遮光板συの遮光対ピッチと同一ピッ
チで、かつにピッチずつずらされて遮光対を配置する固
定遮光板である。こうすると、変位量Ｘに対して面領域
（７１）、（７−１）の変位方向に対する幅が狭くなり
、変位量Ｘに対する波長λ、の光の透過量の変化割合が
大きくなるので、分割された遮光対の数に応じて測定の
感度を高めることができる。従って、大きな変位を測定
したい場合には分割される遮光対の数を少なくシ、小さ
な変位を高精度に測定したい場合には、遮光対の数を多
くして測定感度を高めるようにする。ま Ｉた、両光源
←υ、α２および光検知器６υ、■のに温度依存性の高
い素子を使用する場合は、両者を夫々近接させて同一環
境下に置くように配置し、両波長に対する温度依存性に
よる影響を排除する。このようにして、温度による光量
検知の変動も補償することができる。
なお、上記の説明では本発明を変位測定装置に実施した
場合を示したが、可動遮光板７１にプロセス変数を機械
的な変位に変換する機構、例えば、温度計のバイメタル
、圧力計のべｐ−ズやブルドン管、差圧計のダイヤフラ
ムあるいは液面計のレバー等を連結すれば、各種のプロ
セス変数を計測することができる。
場合を示したが、可動遮光板７１にプロセス変数を機械
的な変位に変換する機構、例えば、温度計のバイメタル
、圧力計のべｐ−ズやブルドン管、差圧計のダイヤフラ
ムあるいは液面計のレバー等を連結すれば、各種のプロ
セス変数を計測することができる。
以上説明した通り、本発明によれば、２つの波長の光を
同一光伝送路を通し、第１の波長の光に対しては遮光板
として作用し、第２の波長の光に対しては遮光板として
作用しない構成の遮光板で遮光し、遮光板の変位に応じ
た第１の波長の光量を第２の波長の光量で補償するよう
に構成したので、光伝送路の光透過率がそれを構成する
部品の設置条件や環境による変動、経年的な劣化にょる
変動等に起因して変化しても透過率の変化を有効に保償
することができ、変位やプロセス変数を安定に信頼性高
く、かつ本質安全防雪構造として測定できるという効果
が得られる。
同一光伝送路を通し、第１の波長の光に対しては遮光板
として作用し、第２の波長の光に対しては遮光板として
作用しない構成の遮光板で遮光し、遮光板の変位に応じ
た第１の波長の光量を第２の波長の光量で補償するよう
に構成したので、光伝送路の光透過率がそれを構成する
部品の設置条件や環境による変動、経年的な劣化にょる
変動等に起因して変化しても透過率の変化を有効に保償
することができ、変位やプロセス変数を安定に信頼性高
く、かつ本質安全防雪構造として測定できるという効果
が得られる。
第１図は本発明の一実施例による光学的変位測定装置の
構成図、第２図は本発明の遮光板の形状図、第６図は遮
光板の遮光特性を示す線図、第４図は本発明の他の実施
例による光学的変位測定装置の一部構成図、第５図は従
来の光学的変位測定装置の構成図である。 １．１１．１２・・・光源、２，５・・・光ファイバ、
６．４・・・レンズ、６．６１．６２・・・光検知器、
６３゜・・・演算器、７・・・遮光板、７１・・・可動
遮光板、７２・・・固定遮光板、７−１・・・第１の領
域、７−ｔ・・・第２の領域、８・・・支持板、９・・
・支持ばね、１５・・・合波用ビームスプリッタ、１６
・・・分波ビームスプリッタなお図中同一符号は同一部
分または相当部分を示すものとする。 代理人 弁理士 木 杓 三 朗 第１（２） 第２閃 “３７ 第４ ｈ １× 第 ５凹 丁続補正書（自発） 昭和５９年 ９Ｊ４２０日 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭 ５９−８５５２６号２、発明
の名称 光学的変位測定装置 ３、補正をする者 ４、代理人 ５オ、補正の対象 、°゛′ ６、補正の内容 （１）明細書第６頁第２０行の「光検知器であ」を「光
検知器である。」と補正する。 （２）明細書第８頁第１行の「受けることのなあ」を「
受けろことのない」と補正する。 以 上
構成図、第２図は本発明の遮光板の形状図、第６図は遮
光板の遮光特性を示す線図、第４図は本発明の他の実施
例による光学的変位測定装置の一部構成図、第５図は従
来の光学的変位測定装置の構成図である。 １．１１．１２・・・光源、２，５・・・光ファイバ、
６．４・・・レンズ、６．６１．６２・・・光検知器、
６３゜・・・演算器、７・・・遮光板、７１・・・可動
遮光板、７２・・・固定遮光板、７−１・・・第１の領
域、７−ｔ・・・第２の領域、８・・・支持板、９・・
・支持ばね、１５・・・合波用ビームスプリッタ、１６
・・・分波ビームスプリッタなお図中同一符号は同一部
分または相当部分を示すものとする。 代理人 弁理士 木 杓 三 朗 第１（２） 第２閃 “３７ 第４ ｈ １× 第 ５凹 丁続補正書（自発） 昭和５９年 ９Ｊ４２０日 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭 ５９−８５５２６号２、発明
の名称 光学的変位測定装置 ３、補正をする者 ４、代理人 ５オ、補正の対象 、°゛′ ６、補正の内容 （１）明細書第６頁第２０行の「光検知器であ」を「光
検知器である。」と補正する。 （２）明細書第８頁第１行の「受けることのなあ」を「
受けろことのない」と補正する。 以 上
Claims (4)
- （１）波長λ、および波長λ、の光を発するそれぞれの
第１および第２の光源と、上記両光源からの光を合成す
る合波用ビームスプリッタと、合成された光を伝送する
光ファイバと、伝送された光を略平行光束とするコリメ
ートレンズと、この平行光束中に出入自在であって上記
波長λ１に対しては非透過性で上記波長λ、に対しては
透過性の第１の領域とこれに接して上記両波長λ１．λ
２に対して共に透過性の第２の領域とからなる遮光対を
有する遮光板と、集光レンズと、集光され光を伝送する
光ファイバと、伝送された光を上記波長λ１とλ、とに
分離する分波用ビームスプリッタと、分波された光をそ
れぞれ検知する第１および第２め検知器と、上記両検知
器の出力電圧信号の比を演算する演算器とからなる光学
的変位測定装置。 - （２）上記遮光板を可動遮光板と固定遮光板とて構成し
、それぞれに複数の上記遮光対を等ピッチで互いのピッ
チを％ピッチずつずらして配置することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の光学的変位測定装置。 - （３）上記遮光対は誘電体多層膜でなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光学的変位測定装置。 - （４）上記遮光対は２色性ガラスでなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光学的変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8552684A JPS60230016A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | 光学的変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8552684A JPS60230016A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | 光学的変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60230016A true JPS60230016A (ja) | 1985-11-15 |
Family
ID=13861337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8552684A Pending JPS60230016A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | 光学的変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60230016A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0211627A2 (en) * | 1985-08-02 | 1987-02-25 | Pandrol Limited | Measuring displacement between two relatively movable structures |
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| JPS63317718A (ja) * | 1987-06-22 | 1988-12-26 | Saginomiya Seisakusho Inc | 光学式計測装置 |
| US4798951A (en) * | 1987-12-14 | 1989-01-17 | Consolidated Controls Corporation | Fiber optic displacement transducer with dichroic target |
| JP2003294491A (ja) * | 2002-03-04 | 2003-10-15 | Independence Technology Llc | センサ |
| JP2006330093A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Mitsutoyo Corp | フィルタリングユニット，照明装置，画像処理装置 |
-
1984
- 1984-04-27 JP JP8552684A patent/JPS60230016A/ja active Pending
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