JPS60237333A - 光ファイバ形圧力センサ - Google Patents
光ファイバ形圧力センサInfo
- Publication number
- JPS60237333A JPS60237333A JP22724983A JP22724983A JPS60237333A JP S60237333 A JPS60237333 A JP S60237333A JP 22724983 A JP22724983 A JP 22724983A JP 22724983 A JP22724983 A JP 22724983A JP S60237333 A JPS60237333 A JP S60237333A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical fiber
- microlens
- diaphragm
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
- G01L9/0077—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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】
［発明の背景と目的コ
本発明は光ファイバ形圧力センサに係り、特に高い圧力
感度とするのに好適なダイアフラムを用いた光ファイバ
膨圧力センザに関するものである。
感度とするのに好適なダイアフラムを用いた光ファイバ
膨圧力センザに関するものである。
第１図は従来のダイアフラムを用いた光ファイバ膨圧ツ
ノセンサの構造説明図で、第２図はそれのダイアフラム
部の構成図である。発光ダイオード１からの光は送光用
ファイババンドル２ａを通ってダイアフラム３に達し、
ダイアフラム３で反射された光は受光用ファイババンド
ル２ｂを通って受光ダイオード４に入射し、電気信号に
変換される。５はスリーブである。ところで、ダイアフ
ラム３は、圧力が印加されるとたわむので、それによっ
てファイババンドル２ａ、２ｂの端面とダイアフラム３
との間の距離ｇ （第２図参照）が変化し、その結果と
して受光用ファイババンドル２ｂに入射する光量が変化
し、圧力の変化を検知することができる。しかし、第１
図に示す構成の光ファイバ形圧力センサでは、感度を高
めるためには多数の光ファイバを必要とし、しかも、送
光用ファイババンドル２ａの各光ファイバと受光用ファ
イババンドル２ｂの各光ファイバを第２図に示しである
ように交互に隣接するように配置しなければならないの
で、製造工程が複雑化するという問題を生ずる。また、
光ファイバの数が多くなるので細径化できないという欠
点もある。
ノセンサの構造説明図で、第２図はそれのダイアフラム
部の構成図である。発光ダイオード１からの光は送光用
ファイババンドル２ａを通ってダイアフラム３に達し、
ダイアフラム３で反射された光は受光用ファイババンド
ル２ｂを通って受光ダイオード４に入射し、電気信号に
変換される。５はスリーブである。ところで、ダイアフ
ラム３は、圧力が印加されるとたわむので、それによっ
てファイババンドル２ａ、２ｂの端面とダイアフラム３
との間の距離ｇ （第２図参照）が変化し、その結果と
して受光用ファイババンドル２ｂに入射する光量が変化
し、圧力の変化を検知することができる。しかし、第１
図に示す構成の光ファイバ形圧力センサでは、感度を高
めるためには多数の光ファイバを必要とし、しかも、送
光用ファイババンドル２ａの各光ファイバと受光用ファ
イババンドル２ｂの各光ファイバを第２図に示しである
ように交互に隣接するように配置しなければならないの
で、製造工程が複雑化するという問題を生ずる。また、
光ファイバの数が多くなるので細径化できないという欠
点もある。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、送光用光ファイバと受光用光ファイバとをそ
れぞれ１本とすることができ、しかも、高い圧力感度と
することができる光ファイバ形圧力センサを提供するこ
とにある。
ところは、送光用光ファイバと受光用光ファイバとをそ
れぞれ１本とすることができ、しかも、高い圧力感度と
することができる光ファイバ形圧力センサを提供するこ
とにある。
Ｕ発明の概要］
本発明の特徴は、光源と、この光源からの光を伝送する
送光用光ファイバと、この送光用光ファイバとの位置関
係が変化しないように固定したマイクロレンズと、この
マイクロレンズを透過した上記送光用光ファイバからの
光を反射させる印加圧力の大きさに応じてたわむ上記マ
イクロレンズとの位置関係が変化しないように固定した
ダイアフラムと、このダイアフラムで反射され上記マイ
クロレンズを透過した光を伝送する上記マイクロレンズ
との位置関係が変化しないように固定した受光用光ファ
イバと、この受光用光ファイバからの出射光を光−電変
換する受光素子とからなり、上記マイクロレンズおよび
このマイクロレンズと上記送光用光ファイバ、上記受光
用光ファイバの端面との距離は、上記送光用光ファイバ
および上記受光用光ファイバから入射した光が出射端に
おいて平行光となるように構成した点にある。
送光用光ファイバと、この送光用光ファイバとの位置関
係が変化しないように固定したマイクロレンズと、この
マイクロレンズを透過した上記送光用光ファイバからの
光を反射させる印加圧力の大きさに応じてたわむ上記マ
イクロレンズとの位置関係が変化しないように固定した
ダイアフラムと、このダイアフラムで反射され上記マイ
クロレンズを透過した光を伝送する上記マイクロレンズ
との位置関係が変化しないように固定した受光用光ファ
イバと、この受光用光ファイバからの出射光を光−電変
換する受光素子とからなり、上記マイクロレンズおよび
このマイクロレンズと上記送光用光ファイバ、上記受光
用光ファイバの端面との距離は、上記送光用光ファイバ
および上記受光用光ファイバから入射した光が出射端に
おいて平行光となるように構成した点にある。
［実施例コ
以下本発明を第３図、第７図に示した実施例および第４
図〜第６図を用いて詳細に説明する。
図〜第６図を用いて詳細に説明する。
第３図は本発明の光ファイバ膨圧力センサの一実施例を
示す構造説明図である。第３図において、１は発光ダイ
オード、６ａは発光ダイオード１からの光を伝送づる送
光用光ファイバ、７は送光用光ファイバ６ａとの位置関
係が変化しないようにスリーブ５に固定しであるマイク
ロレンズ、３はマイクロレンズ７との位置関係が変化し
ないようにマイクロレンズ７とともにスリーブ５に固定
しであるマイクロレンズ７を透過した送光用光ファイバ
６ａからの光を反射さける印加圧力の大きさに応じてた
わむダイアフラム、６ｂはダイアフラム３で反射されマ
イクロレンズ７を透過した光を伝送するマイクロレンズ
７との位置関係が変化しないように送光用光ファイバ６
ａとともに図示のようにスリーブ５内に固定した受光用
光ファイバ、４は受光用光ファイバ６ｂからの出射光を
光−電変換する受光ダイオードである。ところで、マイ
クロレンズ７およびマイクロレンズ７と送光用光ファイ
バ６ａ、受光用光ファイバ６の端面との距離は、送光用
光ファイバ６ａおよび受光用光ファイバ６ｂから出射し
た光がマイクロレンズ７に入射したとき、マイクロレン
ズ７の出射端でほぼ平行光となるように定めである。上
記構成の光ファイバ形圧力センサによれば、受光ダイオ
ード４の受光量がダイアフラム３に印加される圧力に応
じて変化するから、その圧力の変化を検知することがで
きる。
示す構造説明図である。第３図において、１は発光ダイ
オード、６ａは発光ダイオード１からの光を伝送づる送
光用光ファイバ、７は送光用光ファイバ６ａとの位置関
係が変化しないようにスリーブ５に固定しであるマイク
ロレンズ、３はマイクロレンズ７との位置関係が変化し
ないようにマイクロレンズ７とともにスリーブ５に固定
しであるマイクロレンズ７を透過した送光用光ファイバ
６ａからの光を反射さける印加圧力の大きさに応じてた
わむダイアフラム、６ｂはダイアフラム３で反射されマ
イクロレンズ７を透過した光を伝送するマイクロレンズ
７との位置関係が変化しないように送光用光ファイバ６
ａとともに図示のようにスリーブ５内に固定した受光用
光ファイバ、４は受光用光ファイバ６ｂからの出射光を
光−電変換する受光ダイオードである。ところで、マイ
クロレンズ７およびマイクロレンズ７と送光用光ファイ
バ６ａ、受光用光ファイバ６の端面との距離は、送光用
光ファイバ６ａおよび受光用光ファイバ６ｂから出射し
た光がマイクロレンズ７に入射したとき、マイクロレン
ズ７の出射端でほぼ平行光となるように定めである。上
記構成の光ファイバ形圧力センサによれば、受光ダイオ
ード４の受光量がダイアフラム３に印加される圧力に応
じて変化するから、その圧力の変化を検知することがで
きる。
次に、動作原理について第４図〜第６図を用いて説明す
る。第４図はその原理を示した図で、ここでは説明を容
易にするため、光ファイバ６ａ。
る。第４図はその原理を示した図で、ここでは説明を容
易にするため、光ファイバ６ａ。
６ｂの端面はマイクロレンズ７に密着しており、かつ、
マイクロレンズ７の長さはπ／２ＪＴ（Ａ′屈折率分布
定数）で与えられるものとする。
マイクロレンズ７の長さはπ／２ＪＴ（Ａ′屈折率分布
定数）で与えられるものとする。
この場合、マイクロレンズ７の人出射光間では次式が成
立する。
立する。
・ ・ ・（１）
ここに、τ１．； □；人入射端上における光線の位置
および角度 τ２．″ｒ ２；出射端面上における光線の位置および
角度 ｔＬ Ｏ；マイクロレンズ７の中心軸上の屈折率 Ｚ；マイクロレンズ７の長さ ところで、Ｚ＝π／２ｂ二のときはｃｏｓ Ｊ”；Ｖ
ｚ ＝ 。
および角度 τ２．″ｒ ２；出射端面上における光線の位置および
角度 ｔＬ Ｏ；マイクロレンズ７の中心軸上の屈折率 Ｚ；マイクロレンズ７の長さ ところで、Ｚ＝π／２ｂ二のときはｃｏｓ Ｊ”；Ｖ
ｚ ＝ 。
となるので、（１）式よシ、
が得られる。いま、送光用光ファイバ６ａがマイクロレ
ンズ７の入射端面で点光源とみなせれば、第４図におい
て、送光用光ファイバ６αよりマイクロレンズ７に入射
した光は、マイクロレンズ７の出射端においては、（２
）式より、マイクロレンズ７の中心軸に対してα＝ｎｏ
ｆｆ１ｄ （ｄは入射光の中心軸からの距離）なる角
度をなす平行光となる。そして、この平行光はおよそ円
柱状で、その半径ａは、ａ＝ｅｃ ７ｎｏ ｆ７；Ｊ
（θＣは光ファイバ６ａの臨界角で、ｓｉｎθｃ ＝Ｎ
Ａである）である。
ンズ７の入射端面で点光源とみなせれば、第４図におい
て、送光用光ファイバ６αよりマイクロレンズ７に入射
した光は、マイクロレンズ７の出射端においては、（２
）式より、マイクロレンズ７の中心軸に対してα＝ｎｏ
ｆｆ１ｄ （ｄは入射光の中心軸からの距離）なる角
度をなす平行光となる。そして、この平行光はおよそ円
柱状で、その半径ａは、ａ＝ｅｃ ７ｎｏ ｆ７；Ｊ
（θＣは光ファイバ６ａの臨界角で、ｓｉｎθｃ ＝Ｎ
Ａである）である。
受光用光ファイバ６ｂも点光源とみなせれば、同様の平
行光となり、両手行光は、ダイアフラム３上では、第５
図に示ずように、２つの円を描き、２つの円の重なり部
分の面積Ｓとその変化率ｄｓ／ ｄｘは次式で示される
。
行光となり、両手行光は、ダイアフラム３上では、第５
図に示ずように、２つの円を描き、２つの円の重なり部
分の面積Ｓとその変化率ｄｓ／ ｄｘは次式で示される
。
ｘ ＝ｇ ｔａｎ ｎｏ 乃ｄ
２ｄ：光フアイバ間距離
ｇ二マイクロレンズ７とダイアフラム６間の距離
９＝０のときの受光用光ファイバ６ｂへの反射光量の受
光量に対する比Ｑ／ＱＯは、ａ／ｑｏ＝Ｓ／πａ２であ
るから、相対反射光量とその変化率との関係は第６図に
示すようになる。
光量に対する比Ｑ／ＱＯは、ａ／ｑｏ＝Ｓ／πａ２であ
るから、相対反射光量とその変化率との関係は第６図に
示すようになる。
ところで、第３図に示す本発明に係る光ファイバ形圧力
センサにおいては、光ファイバ６ａ。
センサにおいては、光ファイバ６ａ。
６ｂマイクロレンズ７およびダイアフラム３との位置関
係が変化しないことが圧力検出精度を高めるためには欠
かせない重要なことである。第７図はそのための一実施
例を示す構造図である。第７図において、５はスリーブ
、５ａ 、５ｂは光ファイバ、７はマイクロレンズ、３
はダイアフラムで、金属セラミックのように変形しにく
い材料よりなる２本の細い穴をあけた円柱状フェルール
８の２本の細い穴にそれぞれ光ファイバ６ａ、６ｂを挿
入し、接着剤などで固定して、このフェルール８とマイ
クロレンズ７とをさらに円筒スリーブ５の中に挿入して
接着剤などで固定し、ダイアフラム３は、事前または事
後にスリーブ５に溶接などの方法で固定するようにしで
ある。
係が変化しないことが圧力検出精度を高めるためには欠
かせない重要なことである。第７図はそのための一実施
例を示す構造図である。第７図において、５はスリーブ
、５ａ 、５ｂは光ファイバ、７はマイクロレンズ、３
はダイアフラムで、金属セラミックのように変形しにく
い材料よりなる２本の細い穴をあけた円柱状フェルール
８の２本の細い穴にそれぞれ光ファイバ６ａ、６ｂを挿
入し、接着剤などで固定して、このフェルール８とマイ
クロレンズ７とをさらに円筒スリーブ５の中に挿入して
接着剤などで固定し、ダイアフラム３は、事前または事
後にスリーブ５に溶接などの方法で固定するようにしで
ある。
上記した本発明の実施例によれば、
（１） 光ファイバが送光用光ファイバ６ａと受光用光
ファイバ６ｂの２本で済み、従来のファイババンドルを
用いていたものに比べて構造が簡略化され、製造が容易
になる。
ファイバ６ｂの２本で済み、従来のファイババンドルを
用いていたものに比べて構造が簡略化され、製造が容易
になる。
（２）細径化が可能である。
（３） フェルール８を用いて光ファイバ５ａ、５ｂと
マイクロレンズ７との位置関係が変化しないようにしで
あるので、圧ツノ検出精度を向上することができる。
マイクロレンズ７との位置関係が変化しないようにしで
あるので、圧ツノ検出精度を向上することができる。
などの利点がある。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば、送光用光ファイ
バと受光用光ファイバとをそれぞれ１本とすることがで
き、構造を簡略化できるとともに高い圧力感度とするこ
とができるという効果がある。
バと受光用光ファイバとをそれぞれ１本とすることがで
き、構造を簡略化できるとともに高い圧力感度とするこ
とができるという効果がある。
第１図は従来のダイアフラムを用いた光ファイバ形圧力
センサの構造説明図、第２図は第１図の要部構成図、第
３図は本発明の光ファイバ膨圧力センサの一実施例を示
す構造説明図、第４図〜第６図は第３図の圧力のセンサ
の動作原理を説明するための図、第７図は第３図の圧力
センサの光フアイバ固定部分一実施例を示す断面図であ
る。 １：発光ダイオード、３：ダイアフラム、４：受光ダイ
オード、５ニスリーブ、６ａ ：送光用光ファイバ、６
ｂ：受光用光ファイバ、７：マイクロレンズ、８：フェ
ルール。 樺 Ｉ 図 冗 ２目
センサの構造説明図、第２図は第１図の要部構成図、第
３図は本発明の光ファイバ膨圧力センサの一実施例を示
す構造説明図、第４図〜第６図は第３図の圧力のセンサ
の動作原理を説明するための図、第７図は第３図の圧力
センサの光フアイバ固定部分一実施例を示す断面図であ
る。 １：発光ダイオード、３：ダイアフラム、４：受光ダイ
オード、５ニスリーブ、６ａ ：送光用光ファイバ、６
ｂ：受光用光ファイバ、７：マイクロレンズ、８：フェ
ルール。 樺 Ｉ 図 冗 ２目
Claims (1)
- （１）光源と、該光源からの光を伝送する送光用光ファ
イバと、該送光用光ファイバとの位置関係が変化しない
ように固定したマイクロレンズと、該マイクロレンズを
透過した前記送光用光ファイバからの光を反射させる印
加圧力の大きさに応じてたわむ前記マイクロレンズとの
位置関係が変化しないように固定したダイアフラムと、
該ダイアフラムで反射され前記マイクロレンズを透過し
た光を伝送する前記マイクロレンズとの位置関係が変化
しないように固定した受光用光ファイバと、該受光用光
ファイバからの出射光を光−電変換する受光素子とから
なり、前記マイクロレンズおよび該マイクロレンズと前
記送光用光フフイバ、前記受光用光ファイバとの端面と
の距離は、前記送光用光ファイバおよび前記受光用光フ
ァイバから入射した光が出射端において平行光となるよ
うに構成しであることを特徴とする光ファイバ膨圧力セ
ンサ。 （２前記送光用光ファイバと前記受光用光ファイバとは
、変形しにくい材料よりなる２本の細い穴をあけた円柱
状フェルールの前記２本の細い穴にそれぞれ挿入して固
定してあり、前記フェルールは前記マイクロレンズとと
もに円筒状のスリーブ内に固着しである特許請求の範囲
第１項記載の光ファイバ膨圧力センザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22724983A JPS60237333A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 光ファイバ形圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22724983A JPS60237333A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 光ファイバ形圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60237333A true JPS60237333A (ja) | 1985-11-26 |
Family
ID=16857851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22724983A Pending JPS60237333A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 光ファイバ形圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60237333A (ja) |
-
1983
- 1983-12-01 JP JP22724983A patent/JPS60237333A/ja active Pending
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