JPS61191932A - 光フアイバ圧力センサ - Google Patents

光フアイバ圧力センサ

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Publication number
JPS61191932A
JPS61191932A JP3026985A JP3026985A JPS61191932A JP S61191932 A JPS61191932 A JP S61191932A JP 3026985 A JP3026985 A JP 3026985A JP 3026985 A JP3026985 A JP 3026985A JP S61191932 A JPS61191932 A JP S61191932A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
optical fiber
pressure
pressure sensor
tip
Prior art date
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Pending
Application number
JP3026985A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumiki Sone
曽根 文樹
Toshio Fukahori
敏夫 深堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP3026985A priority Critical patent/JPS61191932A/ja
Publication of JPS61191932A publication Critical patent/JPS61191932A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/02Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0076Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
    • G01L9/0077Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light

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】 [産業上の利用分野] この発明は光ファイバを用いた反射型の圧力センサに係
り、特に反射面を有し圧力を受けて撓むダイアフラムを
有底筒体状とした光ファイバ圧力センサに関する。
[従来の技術] 第5図、第6図に従来の光ファイバを用いた圧力センサ
を示す。この構造の圧力センサは細径に作り易いため、
カテーテル先端型血圧計などの用途として研究開発され
ている。第5図の圧力センサは、多モード動作の送光フ
ァイバ1と受光ファイバ2とをそれぞれ多数本用いたも
ので、これら送・受光ファイバ1.2を束ねたものの圧
力検出端部がスリーブ3に収められている。スリーブ3
の外周には、送・受光ファイバ1.2の圧力検出端に対
向して設けられる円盤状のダイアフラム4を支持するた
めの内筒5ど外筒6が嵌挿されている。ダイアフラム4
の周縁部は内筒5の先端と外筒6先端の内フランジ部と
の間に挾持された状態で接着剤により接着固定されるか
、或いは溶接止めされている。また、第6図の圧力セン
サは、送光ファイバ1と受光ファイバ2とを各1本ずつ
用いたもので、送・受光ファイバ1.2はフェルール7
により保持されでおり、フェルール7の外周には第5図
と同一構成にて内筒5.外筒6が設けられると共にこれ
らによりダイアフラム4が固定支持されている。
上記圧力センサの動作原理を第7図により説明すると、
送光ファイバ1からの出射光はファイバ間口数によって
定まる拡がり角θCで拡がり、ダイアフラム4の送・受
光ファイバ1,2に対向する反射面で反射されて受光フ
ァイバ2に入射する。
受光ファイバ2への入射光量は、図示のように、ダイア
フラム4による受光ファイバ2の像8に対して送光ファ
イバ1からの直進光が入射する最として考えることがで
きる。圧力Pが加わってダイアフラム4が撓むと、ファ
イバ端面からダイアフラム4までの距!!!igが変化
するので、像8の位置(ファイバ端面からの距離2Q)
も変化する。その結果、@8への入射光量が変化し、し
たがって受光ファイバ2への入射光量が変化する。この
受光ファイバ2の入射光量の変化から、逆に圧力Pがわ
かる。この動作原理は、送光ファイバ1.受光ファイバ
2がそれぞれ多数本の第5図の圧力センナでも同様であ
る。なお、ダイアフラム4を撓み易くするために、第8
図に示すように、ダイアフラム4の周縁部にエツチング
により環状の溝9を形成したものもある。
[発明が解決しようとする問題点] 円盤状のダイアフラム4は、普通、内筒5と外筒6との
間に接着剤により固定されるが、接着剤は一般に有機物
であるため、温度や湿度により伸縮し圧力センサの不安
定性の要因となる。即ち、温度・湿度の変化によってフ
ァイバ端面とダイアフラム4との間の距l!1li9が
変化し、これが見かけの圧力変化となり、測定誤差とな
る。
これに対し、ダイアフラム4を溶接により固定する方法
では温度・湿度の変化に対して安定である。溶接法とし
ては、圧接、超音波振動溶接、し−ザビーム溶接、リン
グウェルド(通電発熱による溶接)などが考えられる。
ところが、圧接ではダイアフラム4が薄肉(十数ミクロ
ン−数十ミクロン)であるため押圧によりダイアフラム
4が破断し易く適用が困難である。また、超音波振動溶
接では被溶接面相互を超音波振動ですり合わせるため、
精密位置合せが困難である。レーザビーム溶接、リング
ウェルドでは以上の問題はなく、特にレーザビーム溶接
は有望な加工法であるが、溶接部分が発熱する。この熱
によりダイアフラム4に歪みが発生するが、円盤状のダ
イアフラム4の周縁部の溶接部分と中心部の感圧部分と
が極めて接近しているので、ダイアフラム4の溶接部分
の歪みによってダイアフラム4の撓み一圧力特性にヒス
テリシスその他の不安定性が生じてしまう。
[発明の目的] この発明は以上の従来技術の問題点を解消すべく創案さ
れたちのであり、この発明の目的は、温度・湿度に対し
て安定であると共にダイアフラムの熱歪みによるヒスプ
リシスや感泣低下がない^安定・高感度の光ファイバ圧
力センサを提供することにある。
[発明の概要] 上記の目的を達成するために、この発明は、送光用およ
び受光用の光ファイバの圧力検出端部を包囲して設けら
れた筒状体と、筒状体の先端に冠看されるように有底筒
体状に形成されその内底部に上記光ファイバの圧力検出
端部に対向させて反射面を有するダイアフラムとを備え
てなるものである。
[実施例] 以下に、この発明の実施例を添付図面に従って詳述する
第1図において、1,2は多モード動作の送光ファイバ
、受光ファイバであり、送光ファイバ1と受光ファイバ
2の圧力検出端部はフェルール7により保持されている
。送光ファイバ1の他端側には光源が、また受光ファイ
バ2の他端側には光/電気変換器、電圧計などが設置さ
れている(図示省略)。フェルール7の外周には、筒状
体としての内筒5が嵌挿されている。内[5はフェルー
ル7先端よりわずかに突出されており、内筒5の先端に
はその先端間口を被って有底筒体状ないしキャップ状の
ダイアフラム10が冠着されている。
ダイアフラム10は送・受光ファイバ1.2に適宜離間
して対向する底部10aと、内筒5の外周に被せられる
筒部10bとからなる。送・受光ファイバ1.2に対向
する底部10aの内面、特に中心感圧部は反射面となっ
ている。また、筒部10bの長さhのうち、その裾部分
Wにおいて筒部10bと内筒5とは溶接により、或いは
接着剤により固定されている。また、内筒5とフェルー
ル7との固定は溶接、接着剤などによって行なう。
なお、第3図に示すように、その先端に内フランジを有
する外筒6でダイアフラム10の外側を被うようにして
もよい。このようにすると、ダイアフラム10に直接他
の物体が当たることを避けることができると共に、ダイ
アフラム10が何らかの原因で内筒5から剥離したとし
てもダイアフラム10の脱落を防止することができる。
外筒6の裾部分Uにおいて外筒6と内筒5とは溶接や接
着剤により互いに固定される。
上記のようにダイアフラム10が有底筒体状をなしその
筒部10b、特に裾部分Wにおいて溶接等により固定さ
れるので、圧力Pにより撓む底部10aと筒部10bの
溶接部分とがh−wだけ離れる。このため、溶接時の熱
が底部10aに伝わりにくくなり、底部10aの熱によ
る歪みを防止することができる。また、溶接幅Wを充分
にとることができるので、ダイアフラム10を内筒5に
強固に固定でき、温度変化等によりダイアフラム10と
内筒5との位置関係が変化するようなこともない。また
、ダイアフラム10と内筒5とを接着剤で固定する場合
にも、従来の円盤状のダイアフラムを用いた圧力センサ
に比し、接着面積を大きくできるので接着強度が高く、
ダイアフラム10の温度や湿度に対する安定性も高い。
第2図には有底筒体状のダイアフラム10の製造方法の
一例を示す。底部に窪み12を有する円柱状の型11は
金属またはプラスチック製であり、切削加工・射出成形
・ダイカスト等により製造する。型ホルダ13により型
11を支持してメッキ槽または蒸着装置内に入れる。そ
して、無電界または電界メッキ、真空蒸着、イオンビー
ムスパッタ等の方法により、型11の表面にダイアフラ
ム10を形成する。ダイアフラム形成後、蒸着装置等か
ら型11を取り出し、金属型の場合には化学的溶解によ
り、プラスチック型の場合には熱溶解等により、型11
を溶かし去り、ダイアフラム10を得る。型11を射出
成形・ダイカスト等で製造しこれにメッキ法または蒸着
法によりダイアフラム10を形成しているので、ダイア
フラム10の形状・寸法のばらつきを解消できる。型1
1の窪み12は、型11の溶解を容易にするためのもの
である。
また、ダイアフラム10の底部10aを、第4図に示す
ように、その中央の感圧部分を平面とすると共に周縁部
に環状の波状のベロー部14を形成するようにしてもよ
い。このようにすると、中央の感圧部はその温度・湿度
等による圧力誤差を増すことな〈従来のまま安定に維持
できると共に周縁部の撓みをベロー部14により大きく
することができ、ダイアフラム10の圧力感度を向上す
ることができる。このベロー部14を有するダイアフラ
ム10は、上記の型11を用いたメッキ・、4W等の方
法によれば、型11の形状に従ってダイアフラム10が
形成されるので比較的容易に製造できる。また、型11
を成型・ダイカスト等の方法で製造すれば、ダイアフラ
ム10の寸法・形状の再現性は十分に確保できる。
なお、上記実施例では送光ファイバ1と受光ファイバ2
とを各1本ずつ用いた例を示したが、第5図に示すよう
な送光ファイバ1と受光ファイバ2とをそれぞれ多数本
用いたちのにも適用できるのは勿論である。また、本発
明の圧力センサの動作原理は第7図で説明したと同様の
ものである。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、この発明によれば次の
ようイ1優れた効果を発揮する。
(1)  有底筒体状のダイアフラムを光ファイバの圧
力検出端部を包囲する筒状体に冠着するようにしたので
、ダイアフラムの筒部と筒状体を溶接固定する場合に、
溶接時の熱がダイアフラムの底部に伝達されにくく底部
の熱による歪みを防止でき、歪みによるヒステリシスや
感度低下を防止できる。またダイアフラムの筒部と筒状
体とを接着剤で固定する場合にも、従来に比較して接着
面積を大ぎく採ることができ、接着強度が高く温度・湿
度に対して安定である。
(υ ダイアフラムの底部の周縁部に環状のベロー部を
形成すれば、中央の感圧部分の温度変化等による安定性
を維持しつつダイアフラムの撓み性を増大でき、センサ
の圧力感度を更に向上することができる。
(3)  有底筒体状のダイアフラムは、これを射出成
形・ダイカスト等で製造した型にメッキ・蒸着等の方法
で形成した後、型を化学溶解または熱溶解で除去するこ
とにより容易にしかも形状・寸法のばらつきがなく再現
性よく四産できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る圧力センサの一実施例を示す縦断
面図、第2図は同圧力センサのダイアフラムの製造方法
の一例を示す側断面図、第3図は本発明の圧力センサの
他の実施例を示す縦断面図、第4図は本発明に用いられ
るダイアフラムの他の実施例を示す側断面図、第5図。 第6図は従来の光ファイバを用いた圧力センサの縦断面
図、第7図は光ファイバを用いた反射型圧力センサの動
作原理を説明する説明図、第8図は従来のダイアフラム
の他の例を示す側断面図である。 図中、1は送光ファイバ、2は受光ファイバ、3はスリ
ーブ、4はダイアフラム、5は内筒、6は外筒、7はフ
ェルール、8はダイアフラムによる受光ファイバの像、
9は溝、10はダイアフラム、10aは底部、10bは
筒部、11は型、12は窪み、13は型ホルダ、14は
べ〇一部、Pは圧力である。 第2図 第6図 第7図      第8図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)送光用および受光用の光ファイバの圧力検出端部
    を包囲して設けられた筒状体と、筒状体の先端に冠着さ
    れるように有底筒体状に形成されその内底部に上記光フ
    ァイバの圧力検出端部に対向させて反射面を有するダイ
    アフラムとを備えたことを特徴とする光ファイバ圧力セ
    ンサ。
  2. (2)上記ダイアフラムの上記筒状体に止着される筒部
    が筒状体に溶接により固定されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の光ファイバ圧力センサ。
  3. (3)上記ダイアフラムの底部がその周縁部に環状のベ
    ロー部を有していることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項または第2項記載の光ファイバ圧力センサ。
JP3026985A 1985-02-20 1985-02-20 光フアイバ圧力センサ Pending JPS61191932A (ja)

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Cited By (6)

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