JPS61111100A - 光センサ装置 - Google Patents
光センサ装置Info
- Publication number
- JPS61111100A JPS61111100A JP23362884A JP23362884A JPS61111100A JP S61111100 A JPS61111100 A JP S61111100A JP 23362884 A JP23362884 A JP 23362884A JP 23362884 A JP23362884 A JP 23362884A JP S61111100 A JPS61111100 A JP S61111100A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- sensor
- optical
- laser
- light
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (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】
産業上の利用分野
本発明は圧力、振動などの物理状態を光信号に変換する
光センサ装置に関するものである。
光センサ装置に関するものである。
従来の技術
近年、光センサは計測、監視、検査を目的とする多くの
装置、システムに応用されている。
装置、システムに応用されている。
従来の技術としては、例えば、１．Ｉｅｕｄｙ他「Ｏｐ
ｔ、 ａｎｄ Ｌａ５ｅｒ ＴｅｃｈＪＶｏｔ、 ８，
４３．Ｐ、 １１７．１９７６゜に示されているような
光センサ装置がある。
ｔ、 ａｎｄ Ｌａ５ｅｒ ＴｅｃｈＪＶｏｔ、 ８，
４３．Ｐ、 １１７．１９７６゜に示されているような
光センサ装置がある。
以下図面を参照しながら、上述した従来の光センサ装置
の一例について説明する。第２図は従来の光センサ装置
の構成を示すものである。第２図において、１はレーザ
、２はビームスプリフタで吊器、６は光検出器６の出力
端子である。Ａは外部からの物理状態を示し、ここでは
圧力である。
の一例について説明する。第２図は従来の光センサ装置
の構成を示すものである。第２図において、１はレーザ
、２はビームスプリフタで吊器、６は光検出器６の出力
端子である。Ａは外部からの物理状態を示し、ここでは
圧力である。
Ｂはレーザ１の出射光、Ｃは帰還光で、光変換素子４で
変換された光信号である。
変換された光信号である。
以上のように構成された光センサ装置について、以下そ
の動作について説明する。
の動作について説明する。
まず、レーザ１からの出射光Ｂはビームスプリッタ２と
光ファイバ３を介して液晶４に導かれる。
光ファイバ３を介して液晶４に導かれる。
圧力Ａによって光７フイパ３の先端に設けた液晶４の透
過率あるいは反射率が変化する。これは液晶４の分子の
異方性によって屈折率が変化するために生ずる現象であ
る。したがって外部圧力Ａの変化に対応した光の強度変
化が帰還光Ｃとなって、光ファイバ３とビーム・スプリ
ッタ２を介して光検出器５で光電変化され、出力信号と
して出力端子６より検出される。
過率あるいは反射率が変化する。これは液晶４の分子の
異方性によって屈折率が変化するために生ずる現象であ
る。したがって外部圧力Ａの変化に対応した光の強度変
化が帰還光Ｃとなって、光ファイバ３とビーム・スプリ
ッタ２を介して光検出器５で光電変化され、出力信号と
して出力端子６より検出される。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、上記のような構成では１つのレーザで１
つのセンサの情報しか得られない。さらに１つのセンサ
では圧力検出の範囲に限界があるため狭帯域で、広帯域
の検出は望めないという問題点を有しており、特に広帯
域の圧力検出が可能なセンサの開発が望まれている。
つのセンサの情報しか得られない。さらに１つのセンサ
では圧力検出の範囲に限界があるため狭帯域で、広帯域
の検出は望めないという問題点を有しており、特に広帯
域の圧力検出が可能なセンサの開発が望まれている。
本発明は上記問題点に鑑み、広帯域にわたって圧力検出
が可能な光センサ装置を提供するものである。
が可能な光センサ装置を提供するものである。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するため本発明の光センナ装置は、レ
ーザ光を分岐あるいは２つのセンナからの帰還光を結合
する２本の７フイパの長さ方向の中央部で個々のコアを
結合した４つの光７フイパ端を有するＸ字状の光ファイ
バ分岐結合器を用いている。すなわち、上記光ファイバ
分岐結合器の中央部を基準にして、第１．第４の光ファ
イバ端は第２．第３の光ファイバ端とは反対側にあって
、上記光ファイバ分岐結合器の第１光ファイバ端に設け
たレーザと、第２．第３の光ファイバ端に設けた物理状
態を光に変換するセンサと、第４の光ファイバ端には上
記センサの帰還光を電気信号に変換する光検出と上記２
つのセンサの電気信号を分割するフィルタとで構成され
ている。
ーザ光を分岐あるいは２つのセンナからの帰還光を結合
する２本の７フイパの長さ方向の中央部で個々のコアを
結合した４つの光７フイパ端を有するＸ字状の光ファイ
バ分岐結合器を用いている。すなわち、上記光ファイバ
分岐結合器の中央部を基準にして、第１．第４の光ファ
イバ端は第２．第３の光ファイバ端とは反対側にあって
、上記光ファイバ分岐結合器の第１光ファイバ端に設け
たレーザと、第２．第３の光ファイバ端に設けた物理状
態を光に変換するセンサと、第４の光ファイバ端には上
記センサの帰還光を電気信号に変換する光検出と上記２
つのセンサの電気信号を分割するフィルタとで構成され
ている。
作用
本発明は上記した構成によって、１つのレーザで２つの
センサの情報が得られる。したがって、周波数帯域の異
なるセンサを組合せることにより広帯域な情報が得られ
ることになる。
センサの情報が得られる。したがって、周波数帯域の異
なるセンサを組合せることにより広帯域な情報が得られ
ることになる。
実施例
以下本発明の一実施例の光センサ装置について、図面を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
第１図は本発明の実施例における光センサ装置の構成を
示すものである。第１図において、１゜はレーザ１への
帰還光を防止するアイソレータ、１１は第１のセンナ、
１１ａは第１のセンサ１１の受音撮動膜、１２は第２の
センサ、１２ａは第２のセンサ１２の受音振動膜で、受
音振動膜１１ａより大きい径を有している。１３は光フ
ァイバ分岐結合器、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは光フフイ
バ分岐結合器１３から分岐された第１．第２．第３゜第
４の光ファイバ、１４はフィルタ、Ｄはセンサ１１の帰
還光、Ｅはセンサ１２の帰還光、Ｆは帰還光りとＥを合
わせた出力光である。なお１はレーザ、６は光検出器、
６は出力端子、Ａは圧力、Ｂは出射光で、これらは従来
の構成と同じものである。
示すものである。第１図において、１゜はレーザ１への
帰還光を防止するアイソレータ、１１は第１のセンナ、
１１ａは第１のセンサ１１の受音撮動膜、１２は第２の
センサ、１２ａは第２のセンサ１２の受音振動膜で、受
音振動膜１１ａより大きい径を有している。１３は光フ
ァイバ分岐結合器、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは光フフイ
バ分岐結合器１３から分岐された第１．第２．第３゜第
４の光ファイバ、１４はフィルタ、Ｄはセンサ１１の帰
還光、Ｅはセンサ１２の帰還光、Ｆは帰還光りとＥを合
わせた出力光である。なお１はレーザ、６は光検出器、
６は出力端子、Ａは圧力、Ｂは出射光で、これらは従来
の構成と同じものである。
以上のように構成された光センサ装置について、以下第
１図を用いてその動作を説明する。第１図は光センサ装
置の構成を示すものであり、レーザ１からの出射光Ｂは
レーザ１への戻り光を防止するアイソレータ１０と光フ
ァイバ分岐結合器１３の第１の光ファイバ（以下、単に
第１の光ファイバという。同様に光７フイパ分岐器１３
の第２゜第３．第４の光ファイバを単に第２の光ファイ
バ。
１図を用いてその動作を説明する。第１図は光センサ装
置の構成を示すものであり、レーザ１からの出射光Ｂは
レーザ１への戻り光を防止するアイソレータ１０と光フ
ァイバ分岐結合器１３の第１の光ファイバ（以下、単に
第１の光ファイバという。同様に光７フイパ分岐器１３
の第２゜第３．第４の光ファイバを単に第２の光ファイ
バ。
第３の光ファイバ、第４の光ファイバという）３ａを介
して光ファイバ分岐結合器１３にて第２の光ファイバ３
ｂと第３の光ファイバ３Ｃに分岐され、第１のセンサ１
１．第２のセンサ１２に導かれる。
して光ファイバ分岐結合器１３にて第２の光ファイバ３
ｂと第３の光ファイバ３Ｃに分岐され、第１のセンサ１
１．第２のセンサ１２に導かれる。
センサ１１に導かれた出射光Ｂの％のレーザ光は、第２
の光ファイバ３ｂの端と半透明の受音振動膜１１ａとの
間で繰返し反射干渉をする。繰返し反射干渉された帰還
光りは再び第２の光ファイバ３ｂを伝播する。第２のセ
ンサ１２も同様な動作をし、第３の光ファイバ３Ｃの端
と受音振動膜１２ａとの間で繰返し反射干渉した帰還光
Ｅは再び第３の光ファイバ３Ｃを伝播し、光ファイバ分
岐結合器１３で上記帰還光りと合成され出力光Ｆとなっ
て第４の光ファイバ３ｄを介して光検出器５に導かれ電
気信号に変換される。得られた電気信号は用途に応じて
フィルタ１４で分割され、分割された出力信号が出力端
子６から得られる。
の光ファイバ３ｂの端と半透明の受音振動膜１１ａとの
間で繰返し反射干渉をする。繰返し反射干渉された帰還
光りは再び第２の光ファイバ３ｂを伝播する。第２のセ
ンサ１２も同様な動作をし、第３の光ファイバ３Ｃの端
と受音振動膜１２ａとの間で繰返し反射干渉した帰還光
Ｅは再び第３の光ファイバ３Ｃを伝播し、光ファイバ分
岐結合器１３で上記帰還光りと合成され出力光Ｆとなっ
て第４の光ファイバ３ｄを介して光検出器５に導かれ電
気信号に変換される。得られた電気信号は用途に応じて
フィルタ１４で分割され、分割された出力信号が出力端
子６から得られる。
帰還光りとＥの光量は入射光の強度Ｉｉと反射光の強度
Ｉｒとの比、すなわち強度反射係数で決定され、次式で
表わすことができる。
Ｉｒとの比、すなわち強度反射係数で決定され、次式で
表わすことができる。
■、 （１−ｒ２）＋、＊ｒ２．５ｉｎ２（δ／２）
ここで δ＝ ４πｎＱｄｃｏｓ（Ｘ） ／λ ｄ＝ｄＱ ＋△ｄ ｒ：光ファイバ端、受音振動膜の振幅反射係数ｎｏ：空
気の屈折率 ｄｏ：光ファイバ端と受音振動膜間距離△ｄ：受音振動
膜の変位 Ｘ：光ファイバ端から空気への屈折角 λ：入射波長 である。
ここで δ＝ ４πｎＱｄｃｏｓ（Ｘ） ／λ ｄ＝ｄＱ ＋△ｄ ｒ：光ファイバ端、受音振動膜の振幅反射係数ｎｏ：空
気の屈折率 ｄｏ：光ファイバ端と受音振動膜間距離△ｄ：受音振動
膜の変位 Ｘ：光ファイバ端から空気への屈折角 λ：入射波長 である。
いま入射波長を８３０ｎｍ、石英ガラスにコーティング
を行ない、光ファイバ端と同一の振幅反射率ｒを同一に
し、ｄｏを最適に設定すると、第１式から強度反射係数
がｄの値によって変化する。
を行ない、光ファイバ端と同一の振幅反射率ｒを同一に
し、ｄｏを最適に設定すると、第１式から強度反射係数
がｄの値によって変化する。
つまり△ｄによって変化することがわかる。
一般に振動膜径が大きくなるにつれて共振周波数が低く
なシ、低周波の圧力を検出できる。反面、高周波の圧力
は検出できないことはよく知られている。また、同様に
振動膜が小さくなるにつれて共振周波数が高くなり、高
周波の圧力を検出できる。反面、低周波の圧力は検出で
きないこともよく知られている。したがって振動膜径が
大きいものと小さいものを組合せれば広い周波数帯域が
得られる。
なシ、低周波の圧力を検出できる。反面、高周波の圧力
は検出できないことはよく知られている。また、同様に
振動膜が小さくなるにつれて共振周波数が高くなり、高
周波の圧力を検出できる。反面、低周波の圧力は検出で
きないこともよく知られている。したがって振動膜径が
大きいものと小さいものを組合せれば広い周波数帯域が
得られる。
以上のように本実施例によれば、光ファイバ分岐結合器
１３の第２の光ファイバ３ｂに受音振動膜１１ａの径が
第３の光ファイバ３Ｃに設けられた受音撮動膜１２ａの
径より小さいセンサ１１を設けることによシ、広帯域な
圧力“が検出できる。
１３の第２の光ファイバ３ｂに受音振動膜１１ａの径が
第３の光ファイバ３Ｃに設けられた受音撮動膜１２ａの
径より小さいセンサ１１を設けることによシ、広帯域な
圧力“が検出できる。
なお、本実施例ではセンサ１１とセンサ１２は圧力を検
出するものとしたが、振動、流速等の種類の異なるもの
を検出する光センサでもよい。また、種類の異なるセン
サを組合せてもよい。
出するものとしたが、振動、流速等の種類の異なるもの
を検出する光センサでもよい。また、種類の異なるセン
サを組合せてもよい。
発明の効果
以上のように本発明は、光ファイバ分岐結合器によって
、１つのレーザで１．２つの周波数帯域の異なる圧力を
検出できるため広帯域にわたる圧力検出が可能となり、
また、周波数をフィルタで分割できるためセンナの情報
を区別することもできる。さらに、センナが２つに対し
てレーザが１個でよく安価に構成できる。
、１つのレーザで１．２つの周波数帯域の異なる圧力を
検出できるため広帯域にわたる圧力検出が可能となり、
また、周波数をフィルタで分割できるためセンナの情報
を区別することもできる。さらに、センナが２つに対し
てレーザが１個でよく安価に構成できる。
第１図は本発明の一実施例における光センサ装置の構成
図、第２図は従来の光センサ装置の構成図である。 １・・・・・・レーザ、２・・・・・・ビームスプリッ
タ、３ａ。 ｓｂ、３ｃ、３ｄ・・・・・・光ファイバ、５・・・・
・・光検出器、１ｏ・・・・・・アイソレータ、１１・
・・・・・第１のセンサ、１２・・・・・・第２のセン
サ、１３・・・・・・光ファイバ分岐器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ 図 １？シ第ハセは−費奮課初櫃 第２図 ！ −レ一す゛。 ２・・・ビームスアリ・ツタ ３° 光ファイバ。 ４・・瑣５ん ５・・光検出器 ６・・出力４子 Ａ・・・厘 り Ｂ・・出射光 Ｃ・・・ゾ令還プ仁
図、第２図は従来の光センサ装置の構成図である。 １・・・・・・レーザ、２・・・・・・ビームスプリッ
タ、３ａ。 ｓｂ、３ｃ、３ｄ・・・・・・光ファイバ、５・・・・
・・光検出器、１ｏ・・・・・・アイソレータ、１１・
・・・・・第１のセンサ、１２・・・・・・第２のセン
サ、１３・・・・・・光ファイバ分岐器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ 図 １？シ第ハセは−費奮課初櫃 第２図 ！ −レ一す゛。 ２・・・ビームスアリ・ツタ ３° 光ファイバ。 ４・・瑣５ん ５・・光検出器 ６・・出力４子 Ａ・・・厘 り Ｂ・・出射光 Ｃ・・・ゾ令還プ仁
Claims (1)
- レーザ光を分岐あるいは２つのセンサからの帰還光を結
合する２本の光ファイバの長さ方向の中央部で個々のコ
アを結合した４つの光ファイバ端を有するＸ字状の光フ
ァイバ分岐結合器と、上記光ファイバ分岐結合器の第１
の光ファイバ端にレーザ光を入射させ、上記第１の光フ
ァイバからの出射光を入射光とする第２と第３の光ファ
イバ端に設けられた物理状態を光信号に変換するセンサ
と第４の光ファイバ端に設けられ、かつ上記センサの帰
還光である光信号を電気信号に変換する光検出器と、上
記電気信号を分割するフィルタとを備えたことを特徴と
する光センサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23362884A JPS61111100A (ja) | 1984-11-06 | 1984-11-06 | 光センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23362884A JPS61111100A (ja) | 1984-11-06 | 1984-11-06 | 光センサ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61111100A true JPS61111100A (ja) | 1986-05-29 |
Family
ID=16958021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23362884A Pending JPS61111100A (ja) | 1984-11-06 | 1984-11-06 | 光センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61111100A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020111260A1 (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 日本電気株式会社 | 光ファイバセンシング拡張装置及び光ファイバセンシングシステム |
-
1984
- 1984-11-06 JP JP23362884A patent/JPS61111100A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020111260A1 (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 日本電気株式会社 | 光ファイバセンシング拡張装置及び光ファイバセンシングシステム |
| JPWO2020111260A1 (ja) * | 2018-11-30 | 2021-10-14 | 日本電気株式会社 | 光ファイバセンシング拡張装置及び光ファイバセンシングシステム |
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