JPS63269030A - 光フアイバ圧力センサ - Google Patents

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通じて光を、被測定圧により変
位する反射鏡に入射し、その反射光を他の光ファイバで
受光素子が導き、その受光素子の出力により被測定圧を
検出する光ファイバ圧力センサに関する。

「従来の技術」 従来の光ファイバ圧力センサを第４図に示す。

発光素子１）からの光は光ファイバ１２の一端に入射さ
れ、光ファイバ１２の他端部は保持体１３に挿入保持さ
れ、保持体１３内に屈折率分布形ロッドレンズ１４が保
持され、そのロッドレンズ１４の一端面中心部に光ファ
イバ１２の端面が結合されている。光ファイバ１２から
の光はロッドレンズ１４により平行光１５とされて反射
鏡１６に入射される。反射鏡１６の周縁部はへローグイ
ヤフラム１７の一端に取付けられ、ベローダイヤフラム
１７の他端は保持体１３に固定され、ベローダイヤフラ
ム１７内は気密に保持され、かつ反射鏡１６は保持体１
３に対して進退できるように保持される。

反射鏡１６で反射された光１８は屈折率分布形ロッドレ
ンズ１９の一端に入射される。ロッドレンズ１９は保持
体１３に保持され、ロッドレンズ１９の他端面の中心に
光ファイバ２１の一端面が対接され、光ファイバ２１は
保持体１３から外部に導出され、その他端に受光素子２
２が接続される。保持体１３、反射鏡１６、ベローダイ
ヤフラノ、１７で囲まれた空間内と基準圧力Ｐ０の媒体
２３とがバイブ２４で連通されている。反射鏡１６の外
面に被測定圧力Ｐ、が印加される。

被測定圧ＰＩと基準圧力Ｐ０との圧力差に応じて反射鏡
１６の位置が決る。もしＰ＋＞Ｐｏとなると、第４図に
示すように、ベローダイヤフラム１７が圧縮され、反射
鏡１６はロッドレンズ１４゜１９側に近づく、すると反
射鏡１６に入射する光１５のうち受光素子２２側に達す
る反射光１８は第４図に斜線で示す部分だけになり、受
光素子２２に達する光量が減少する。つまりこの受光量
変化を監視することでＰ＋、Ｐｏの圧力差を検出するこ
とができる。

「発明が解決しようとする問題点」 この従来の光ファイバ圧力センサは、光ファイバとロッ
ドレンズを２組用い相互に位置合せが必要となり、調整
が難しく部品点数が多い為、高価になる。さらに被測定
圧力ＰＩの箇所と基準圧力Ｐ０の箇所とに相互に温度差
がある場合レンズ１４゜１９の面に結露が生じる恐れが
ある。またベローダイヤフラム１７は振動による影響を
受は易く受光量、つまり検出値が不安定になる。

この発明の目的は以上の問題を解決するよう、より簡単
な光学系の調整で済み、部品点数が少なくさらに結露や
振動による光量の不安定さがなく高精度で安価な光ファ
イバ圧力センサを提供することにある。

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば第１光ファイバからの光を第２光ファ
イバ及び第３光ファイバに分岐し、これら第２光ファイ
バ及び第３光ファイバからの各光を第１光ファイバに結
合する光分岐結合器が設けられ、その第２光ファイバに
発光素子から光が入射され、第３光ファイバからの光が
受光素子に受光される。第１光ファイバの他端部は保持
体に挿入保持され、その保持体にはレンズが保持され、
そのレンズに第１光ファイバが光学的に結合される。そ
のレンズと対向して反射鏡が配され、その反射鏡はレン
ズから入射された光をレンズに反射するようにされる。

また反射鏡は保持体と弾性体を介して連結保持され、反
射鏡はレンズに対して進退できるようにされる。このレ
ンズ及び反射鏡間には透明な粘性液体が満され、この液
体の一部は基準圧力媒体と接している。

反射鏡の外面に被測定圧力が印加され、従って被測定圧
力と基準圧力との差に応じて反射鏡が位：ｎし、反射鏡
の位置に応じてレンズから反射鏡に入射し、反射鏡で反
射されてレンズに入射される光の量が変化し、この反射
光に応じ光量が受光素子に受光され、受光素子の受光量
は被測定圧と基準圧との差に対応したものとなる。しか
も光ファイバとレンズとの光学系は１組で済み、調整が
頗る簡単であり、また部品点数が少ない利点がある。

「実施例」 第１図にこの発明の実施例を示す。第１図においてこの
発明では光分岐結合器３１が設けられる。

光分岐結合器３１は第１光ファイバ３２からの光を第２
光ファイバ３３と第３光ファイバ３４とに１：１で分岐
し、第２光ファイバ３３及び第３光ファイバ３４からの
光を結合して第１光ファイバ３２へ出射する。第２光フ
ァイバ３３の他端に発光素子３５からの光を入射するこ
とができ、第３光ファイバ３４からの光は受光素子３６
にて受光される。

第１光ファイバ３２の他端部は保持体３７内に挿入保持
され、保持体３７にロッドレンズ３８が保持され、ロッ
ドレンズ３８の一端面中央部に第１光ファイバ３２の端
面が対接されて光学的に結合されている。ロッドレンズ
３８の他端面と対向して反射鏡３９が配され、反射鏡３
９の周縁はベローダイヤフラム４１に連結され、ベロー
ダイヤフラム４１の他端は保持体３７に固定される。反
射鏡３９とロッドレンズ３８との間にシリコーンオイル
のような透明粘性液体４２が満される。つまり保持体３
７のロッドレンズ３８の第１光ファイバ３２の反対の面
側は開口が形成され、その開口が反射鏡３９とベローダ
イヤフラム４１で塞がれている。

この開口と連通して保持体３７に沿って上方の連通孔が
形成され、その連通孔にパイプ４３が連結され、パイプ
４３の他端は外気などの基準圧力Ｐ０の媒体４４と連通
されている。

この例では、ロッドレンズ３８の光の焦点が反射鏡３９
上に在り、反射鏡３９、ベローダイヤフラム４１、保持
体３７により囲まれた部分は気密に保持されている０反
射鏡３９の外側の被測定圧力Ｐ１と基準圧力Ｐ０との間
に圧力差が生じると、バネ定数をもつベローダイヤフラ
ム４１が伸びるか圧縮し、反射鏡３９の位置が変化する
。

発光素子３５からの光は第２光ファイバ３３内を伝搬し
、光分岐結合器３１を通過した後第１光ファイバ３２内
を伝搬し、屈折率分布形ロッドレンズ３８に到る。ロッ
ドレンズ３８は中心軸の屈折率が高く中心軸からはずれ
るに従って屈折率の低くなっているものである。その為
第１図に示すような光路４５をたどり、ある距離で焦点
を結ぶ、第１図ではわかり易くする為、反射鏡３９が焦
点に在る時の図を示しである。この場合、ロッドレンズ
３８から出た光は反射鏡３９により反射し、同一光路を
逆のぼり第１光ファイバ３２に入射。

伝搬し、その反射光の約半分は光分岐結合器３１により
第３光ファイバ３４に導入され受光素子３６に到る。

第１図に示した状態よりも被測定圧力Ｐ、が基準圧力Ｐ
０より大きい場合は第２図に示すように、ベローダイヤ
フラム４１を縮めるように圧力差が働く為、反射鏡３９
はロッドレンズ３８に近づくことになる。その反射鏡３
９の変位量をｌとするとｌに応じて第１光ファイバ３２
とロッドレンズ３８との接面に生じるビーム径が変化す
る。このビーム径が大きくなると単位面積当りの光量が
小さくなる為、第１光ファイバ３２に入射する光は少な
くなる。

第３図は反射鏡３９の焦点からのロフトレンズ３８方向
への変位Ｎｌと受光素子３６に導かれる反射光量との関
係を表す。変位量！が大きくなるに従って反射受光量が
減少する。

ところでこの反射鏡３９は、あるバネ定数をもつベロー
ダイヤフラム４１で保持されている為、反射鏡３９の変
位ｉ［と圧力差（Ｐ、と圧力Ｐ０との差）は、比例関係
にある。よって反射光量と焦点からの距離ｌとの関係は
反射光量と圧力差との関係と同じになる。

「発明の効果」 第１図ではわかり易（する為、第１光ファイバ３２とロ
ッドレンズ３日との接合面で焦点が合う様な図を示した
が、実用上はビーム径を大きくした状態で使用する。つ
まり第３図で示す実用範囲に設定することで反射光量と
圧力差の直線性がよくなりかつ、この範囲では第１光フ
ァイバ３２へ入射する反射光のビーム径が大きい為、ロ
ッドレンズ３８と第１光ファイバ３２との位置調整が容
易になる。

さらに光分岐結合器３１を用いることでロッドレンズ３
８を１つしか使用しない為に安価になる。

また、ロッドレンズ３８と反射鏡３９との間には透明で
ある粘度をもつ液体４２を入れることで温度差によるレ
ンズでの結露の発生を防止し、かつ振動に対するダンパ
ーとなる為、より安定化された光ファイバ圧力センサが
可能となる。

尚この圧力センサは液体の液面位置の検出に容易に応用
できる。つまりベローダイヤフラム４１の外側は液体容
器底部に配置し、ベローダイヤフラム４１内部はパイプ
等により液体容器最上部の液のこない箇所に配置するこ
とで検出できる差圧は液面の上下位置と直線的に決まる
為、液面位置の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光ファイバ圧力センサの一例を
示す構成図、第２図は第１図においてＰＩ　　＞ｐｏと
なった状態の一部を示す断面図、第３図は反射光量と反
射鏡の変位量ｌとの関係を示す特性図、第４図は従来の
光ファイバ圧力センサを示す構成図、第５図は第４図に
おいてＰＩ＞ＰＯとなった状態の一部を示す断面図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１光ファイバからの光を第２光ファイバ及び第
   ３光ファイバに分岐し、これら第２光ファイバ及び第３
   光ファイバからの各光を上記第１光ファイバに結合する
   光分岐結合器と、 上記第２光ファイバに光を入射する発光素子と、上記第
   ３光ファイバよりの光を受光する受光素子と、 上記第１光ファイバの上記光分岐結合器と反対側の端部
   が挿入保持された保持体と、 その保持体内に保持され、上記第１光ファイバと光学的
   に結合されたレンズと、 そのレンズと対向して設けられ、そのレンズから入射さ
   れた光をそのレンズに反射し、外面に被測定圧が印加さ
   れる反射鏡と、 その反射鏡と上記保持体とを反射鏡が上記レンズに対し
   進退できるように連結保持する弾性体と、上記レンズ及
   び反射鏡間に満され、一部が基準圧力媒体と接している
   透明粘性液体とを具備する光ファイバ圧力センサ。