KR100200453B1 - 광 압력 검출 방법 및 광 압력 검출 장치 - Google Patents

Abstract

광원으로부터의 광을 편파면 보존 화이버에서 센싱 프로브에 입사하여, 기준빔과 측정빔의 2개의 강 빔으로 분할하고, 기준빔을 기준 매체 내에 통과를 하고, 측정빔을 감압 매질인 기체 내에 통과시키고, 계속해서 기준빔과 측정빔을 편파면 보존 화이버를 통해 수광부로 유도하여 전기 신호로 변환하고, 해당 전기 신호를 신호처리부에 입력하여, 상기 기준빔과 측정빔 각각의 매질 내를 통과한 후의 광로 길이차를 구하고, 해당 광로 길이차로부터 상기 감압 매질의 압력을 구한다.

Description

광 압력 검출 방법 및 광 압력 검출 장치

제1도는 본 발명의 제1 실시예인 기체의 압력을 검출하는 광식 압력 센서에 의해 구성된 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 구성을 도시한 도면.

제2도는 제1도에 도시한 광식 압력 검출 방법 및 광식 압력 센서에 의한 압력 검출에 있어서의 광로 길이차와 가산 회로의 출력의 관계를 도시한 도면.

제3도는 본 발명의 광식 압력 센서의 압력 검출 원리를 나타내기위한 것으로, 상기 제1도에 도시한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 센싱 프로브의 설명도.

제4도는 제1도에 도시한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 1/4 파장판의 일례를 나타내는 구조도.

제5도는 제1도에 도시한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 미러의 일례를 나타내는 구조도.

제6a도는 제1도에 도시한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 액티브 미러의 일례를 나타내는 평면도.

제6b도는 제6a도에 도시한 액티브 미러의 측면도.

제7도는 제3도에 도시한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 센싱 프로브의 다른 구조를 나타내는 도면.

제8도는 제3도에 도시한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 센싱 프로브의 또 다른 구조를 나타내는 도면.

제9도는 본 발명의 제2 실시예를 이루는 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 구성을 나타내는 도면.

제10도는 제9도에 도시한 다점 계측 광식 압력 신서 시스템의 센싱 프로브의다른 실시예를 도시하는 도면.

제11도는 본 발명의 제3 실시예를 이루는 또 다른 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 구성을 나타내는 도면.

제12a도는 제1도에 도시한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 액티브 미러의 다른 구성예를 나타내는 평면도.

제12b 도는 제12a도에 도시한 액티브 미러의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 2 : LD 광원 3, 7, 25, 35 : 빔 분할기

4 : 편광판 5 : 위상 변조기

6 : 광 분배기 8 ∼ 11 : 액티브 미러

12 ∼ 15, 24 : 렌즈 16 ∼ 19 : 편파면 보존 화이버

20 ∼ 23 : 센싱 프로브 26 : 기밀 용기

27, 28 : 투명창 29 : 1/4 파장판

30 : 반사막 31, 32 : 미러

34 : 수광부 35 : 선택형 빔 분할기

36, 37 : 편광 빔 분할기 38 ∼ 41 : 광검출기

42 : 신호 처리부 43 ∼ 46 : 신호 처리 회로

47, 48 : 가산 회로 49 : 연산 회로

50 : 스위칭 회로

본 발명은 유체의 압력을 검지하기 위한 강식 압력 검출에 관한 것으로, 특히, 화학 플랜트 등에 있어서 필요한 방폭형(防爆型) 센서 혹은 벼락 등의 고전압이나 고전류가 존재하는 환경하에서의 측정에 적합한 광식 압력 검출 방법과 그 센서 또는, 이러한 광식 압력 센서에서 사용되는 파장판, 편광 선택 장치, 빔 분배기 및 이러한 방법에 의한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템과 그 센싱 프로브에 관한 것이다.

화학 플래트 등에 있어서 기체나 액체 등의 유체의 압력을 검지하기 위해서, 통상 압력 센서가 사용되고 있지만, 이러한 압력 센서로서의 전기식 압력 센서는 종래, 예를 들면 JISC 0903의 방폭 규격을 만족시키는 방폭 구조를 취한 것이 이미 알려져 있다. 또한, 그 밖의 종래 기술로서는, 광 집적 회로(오음사 1985년) P371에 기재되어 있는 것이 이미 알려져 있고, 여기에 기재되어 있는 압력 센서는 광을 이용한 것으로, 그 검출 원리에서 특별한 방폭 구조를 필요로 하지 않는 것이다.

그런데, 상기한 압력 센서 중, 전자의 압력 센서는 전기식 센서이며, 그렇기 때문에, 화학 플래트에서 사용하려면 소위 방폭형으로 할 필요가 있다. 또한, 이러한 압력 센서를 고압이나 고전류의 환경하에서 사용하기 위해서는 고전압이나 노이즈를 포함하는 악환경(惡環境)에 대처하기 위한 특별한 구조가 필요하다.

한편, 후자의 압력 센서는 광을 이용한 것으로, 상술한 전기식 센서와 같은 방폭이나 대 악환경을 위한 특별한 구조는 불필요하다. 이 광을 이용한 센서는 화이버 일부이 글래드 층을 제외하고, 광의 파장 정도의 미소 갭을 통해 알루미늄 등으로 코팅한 다이아프램에 압력을 가해 휘어짐으로써 센싱 프로브에 전파(傳播) 손실이 발생하는 것을 이용하는 것이다.

그러나, 상기한 종래 기술에 있어서는, 특히 후자의 광을 이용한 압력 센서는 다이아프램과 화이버 간의 미소 갭을 안정적으로 제작하는 것이 곤란하고, 그 때문에 센서로서의 신뢰성이 부족하다고 하는 결점이 있었다. 또한, 상기한 종래 기술을 이루는 광식 센서는 일반적으로, 광원의 광량 변동이나 광로 도중에서의 광손실 변동의 영향을 받기 쉽다고 하는 결점이 있었다.

그래서, 본 발명에서는 상기한 종래 기술에 있어서의 문제점을 감안하여 우선, 그 제1 목적으로서는 특별한 방폭 구조없이 화학 플랜트 등에 있어서 사용 가능한 광식 압력 센서로서, 그 제작이 용이하고 또한 신뢰성이 높은 광식 압력 겸출 방법 및 광식 압력 센서 및 이러한 방법에 의한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제2 목적으로서는 그 취급이 용이한 광식 압력 센서 및 다점 계측 광식 압력 센서 시스템을 제공하는 것이고, 또한, 본 발명의 제3 목적으로서는 하나의 신호 처리부에서 복수개의 점에서의 압력을 검출하는 것이 가능한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제4 목적은 측정범위가 넓은 광식 압력 센서를 제공하는 것이고 부가하여, 본 발명의 제5 목적은 주위 온도의 변화의 영향을 받기 어려운 광식 압력 센서를 제공하는 것이고, 그리고 본 발명의 제5 목적은 주위 온도의 변화의 영향을 받기 어려운 광식 압력 센서를 제공하는 것이고 그리고 본 발명의 제6 목적은 광원의 광력 변동이나 광로 도중의 광손실 변동의 영향을 받기 어려운 광식 압력 센서를 제공하는 것이다.

또한, 이러한 강식 압력 검출 방법이나 광식 압력 센서에 사용하는 데 적합한 파장판, 편가 선택 장치, 빔 분배기, 또한, 이러한 다접 계측 고아식 압력 센서 시스템에 있어서 적합한 센싱 프로브를 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 첫째로, 광원으로부터의 광을 적어도 2개의 광 빔으로 분할하여 기준빔과 측정빔으로 하고, 상기 분할된 기준빔을 기준 매체 내를 통과시키고, 상기 분할된 측정빔은 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질 내를 통과시키고, 상기 기준빔과 측정빔 각각의 매질 내를 통과 후의 광로 길이차를 구하고, 해당 광로 길이차로부터 상기 감압 매질의 압력을 검출하는 광식 압력 검출 방법이 제안된다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 광원, 상기 광원으로부터의 광을 적어도 2개의 광 빔으로 분할하여 기준빔과 측정빔을 생성하는 수단, 기준 매체를 내부로 밀봉하고 상기 분할된 광 빔 중의 상기 측정빔이 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 피검출 감압 매질을 통과 후의 상기 기준빔과 측정빔의 광로 길이차를 검출하는 수단, 및 상기 광로 길이차 검출 수단에서 검출된 광에 의해 얻어지는 상기 기준 매체 및 피검출 감압 매질을 통과 후의 상기 기준빔과 측정빔과의 광로 길이차에 기초하여 상기 피검출 감압 매질의 압력을 산출하는 신호 처리 수단을 구비하고 있는 광식 압력 센서가 제안된다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 광원, 신호 처리부, 센싱 프로브 광원과 센싱 프로브를 연결하는 제1 화이버, 및 센싱 프로브와 신호처리부를 연결하는 제2 화이버로 이루어지는 광식 압력 센서에 있어서, 상기 센싱 프로브는 광원의 광을 측정빔과 기준빔으로 2분할하는 빔 분할 수단, 기준빔과 측정빔중 어느 한쪽의 광로 도중에 삽입된 파장판, 기준빔을 반사하는 제1 미러, 측정빔을 반사하는 제2 미러, 기준빔이 광로에 설치된 기준 광로 부재 및 측정빔 광로 중에 채워진 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질을 갖고, 상기 제1 화이버는 상기 광원의 광을 상호 편파면이 90도 다른 2개의 광으로서 전파시키는 편파면 보존형 화이버이고, 상기 제2 화이버는 상기 제1 화이버가 겸하고, 상기 신호 처리부는 상기 편파면 보존 화이버의 출력 광(센싱 프로브로부터의 귀환광)을 편광에 의해 2분할하는 편광 분할 수단, 상기 편광 분할 수단의 출력광으로부터 측정빔과 기준빔의 광로 길이차를 구하는 신호 처리 회로, 및 상기 신호 처리 회로의 출력을 상호 가산하는 가산 회로를 갖는 광식 압력 센서가 제안되어 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 역시 상기한 목적을 달성하기 위해서, 광원, 신호 처리부, 센싱 프로부, 광원과 센싱 프로브를 연결하는 제1 화이버, 및 센싱 프로브와 신호 처리부를 연결하는 제2 화이버로 이루어지는 광식 압력 센서에 있어서, 상기 센싱 프로부는 광원의 광을 측정빔과 기준빔으로 2분할하는 빔 분할 수단, 기준빔과 측정빔 중 어느 한쪽의 광로 도중에 삽입된 파장파, 기준빔을 반사하는 제1 미러, 측정빔을 반사하는 제2 미러, 기준빔의 광로에 설치된 기준 광로 부재, 측정빔 광로 중에 채워진 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질, 및 상기 측정빔과 기준빔 반사광을 편광에 의해 2분할하는 편광 분할 수단을 갖고, 상기 제1 화이버는 상기 광원의 광을 상호 편파면이 90도 다른 2개의 광으로서 전파시키는 편파면 보존형 화이버이고, 상기 제2 화이버는, 상기 편광 분할 수단의 2종류의 출력광 각각을 측정빔과 기준빔의 광로 길이차를 구하는 신호 처리 회로로 유도하는 2개의 화이버이고, 상기 신호 처리부는 상기 신호 처리 회로의 출력을 상호 가산하는 가산회로를 갖는 광식 압력 센서가 제안된다.

본 발명에 따르면, 또한, 역시 상기한 목적을 달성하기 위해서, 광원, 신호 처리부, 센싱 프로부, 광원과 센싱 프로브를 연결하는 제1 화이버, 및 센싱 프로브와 신호 처리부를 연결하는 제2 화이버로 이루어지는 광식 압력 센서에 있어서, 상기 센싱 프로브는 광원의 광을 2분할하는 빔 분할 수단, 편광에 의해서 측정빔과 기준빔으로 분할하여 재차 통합하는 편광빔 분할 통합 수단, 기준빔의 광로에 설치된 기준 광로 부재, 및 측정빔 광로 중에 채워진 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질로 이루어지고, 상기 제1 화이버는 상기 광원의 광을 상호 편파면이 90도 다른 2개의 광으로서 전파시키는 편파면 보존형 화이버이고, 상기 제2 화이버는 상기빔 분할 통합 수단의 출력과 상기 편광빔 분할 수단의 출력광을 각각 편광이 다른 광 빔 간의 광로 길이차를 구하는 신호 처리회로로 유도하는 2개의 화이버이고, 상기 신호 처리부는 상기 신호처리회로의 출력을 상호 가산하는 가산 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서가 제안되어 있다.

본 발명에 따르면, 역시 상기한 목적을 달성하기 위해서, 광원, 신호 처리부, 센싱 프로브, 광원과 센싱 프로브를 연결하는 제1 화이버, 및 센싱 프로브와 신호 처리부를 맺는 제2 화이버로 이루어지는 광식 압력 센서에 있어서, 상기 센싱 프로브는 광원이 광을 측정빔과 기준빔으로 2분할하는 빔 분할 수단, 기준빔과 측정빔 양쪽의 광로 도중에 삽입된 편광을 선책하는 편광 선택 회전 수단, 상기 편광 선택 회전 수단 후방에 설치한 미러, 및 측정빔 광로 중에 채워진 압력 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질을 갖고, 상기 제1 화이버는 상기광원의 광을 상호 편파면이 90도 다른 2개의 광으로서 전파시키는 편파면 보존형 화이버이고, 상기 제2 화이버는 상기 제1 화이버가 겸하고, 상기 기준빔 광로 중에 삽입된 편과 선택 회전 수단은 상기 제1 화이버를 전파한 다른 2편광의 광의 한쪽만을 투과시키고, 그 편광면을 90도 회전시키는 기능을 갖고, 상기 측정빔 광로 중에 삽입된 상기 편과 선택 회전 수단을 상기 제1 화이버를 전파한 다른 2편광의 광중 기준빔 광로 중에 삽입된 편광 수단으로 선택된 것과는 다른 편광을 투과시키고, 그 편광면을 90도 회전시키는 기능을 갖고, 상기 신호 처리부는 상기 편파면 보존 화이버의 출력광(센싱 프로브로부터의 귀환광)을 편광에 의해 2분할하는 편광 분할 수단과, 상기 편광 분할 수단의 출력광으로부터 측정빔과 기준빔의 광로 길이차를 구하는 신호 처리 회로를 갖는 광식 압력 센서가 제안되어 있다.

부가하여, 본 발명에 따르면, 역시 상기한 목적을 달성하기 위해서, 광원으로부터의 광을 적어도 2개의 광 빔으로 분할하여 기준빔과 측정빔으로 하고, 상기 분할된 기준빔을 기준 매체 내를 통과시켜서, 상기 분할된 측정빔은 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질 내를 통과시키고, 상기 기준빔과 측정빔의 각각의 매질 통과 후의 광로 길이차를 구하고, 해당 광로 길이차로부터 상기 감압 매질의 압력을 검출하는 광식 압력 검출 방법에 의해, 상기 광원으로부터 원격의 복수개의 검출 개소에서의 상기 감압 매질의 압력을 각각 검출하는 것이 가능한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템으로서, 상기 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 상기 복수개의 검출개소로 분배하는 광 분배 수단과, 상기 광 분배 수단으로부터의 광을 상기 복수개의 검출 개소로 유도하는 광화이버망과, 상기 원격의 복수개의 검출 개소에 배치되고, 상기 광원으로부터 상기 광 분배 수단 및 상기 광화이버망을 통해 송출되는 광을 적어도 2개의 광 빔으로 분할하여 기준빔과 측정빔으로 하고, 상기 분할된 기준빔을 기준 매체 내를 통과시킴과 동시에, 상기 분할된 측정빔은 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질 내를 통과시켜서 송출하는 센싱 프로브와, 상기 복수개의 센싱 프로부로부터의 상기 기준빔과 측정빔을 수광부와 상기 수광부에서 검출되는 상기 기준빔과 측정빔으로부터 얻어지는 광로 길이차에 따라서, 상기 복수개이 검출 개소에서의 상기 감압 매질의 압력을 각각 산출하는 신호 처리부를 구비한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템이 제안되어 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 광식 압력 센서에 있어서 사용되는 파장판으로서, 분할되어 생성된 기준빔과 측정빔의 적어도 그 중 어느 한쪽의 광로 도중에 삽입되어 사용되는 파장판으로서, 제1 입사광 파장에 대응하는 1/4 파장판과, 제1 파장의 광은 반사하지만 제2 파장의 광은 투과하는 파장 선택 반사막과, 상기 제2 파장의 광에 대해서 상기 제1 파장판에서 발생하는 입사광의 F축 성분과 S축 성분의 우상차의 1/4 파장으로부터의 오차분만을 발생시키는 보상 파장판과, 반사막을 접합시켜서 구성된 광식 압력 센서의 파장판이 제안되어 있다.

본 발명에 따르면, 상기한 광식 압력 센서에 있어서 사용되는 편과 선택 회전 장치로서, 분할되어 생성된 기준빔과 측정빔 양쪽의 광로의 도중에 삽입되고, 그 들 빔의 편광명을 선택하기 위한 편광 선택 회전 창지로서, 제1 파장의 입사광의 편광면을 45도 회전시키는 1편광 회전 수단과, 제1 파장의 광은 반사하지만 제2 파장의 광은 투과하는 파장 선택 수단과, 상기 파장 선택 수단 반사광의 편광을 선택하는 제1 편광 선택 수단과, 상기 제1 편광 선택 수단 후방에 설치된 미러와, 상기 파장 선택 수단 투과광에 대해 제1 편광 회전 수단에서 발생하는 편광면의 회전의 45도로부터의 오차분만을 발생시키는 제2 편광 회전 수단과, 상기 제1 편광 선택 수단과는 90도 편광면이 다른 광을 선택하는 제2 편광 선택 수단과, 상기 제2 편광 선택 수단 후방에 설치된 미러를 갖는 광식 압력 센서의 편광 선택 회전 장치가 제안되어 있다.

또한, 상기한 광식 압력 센서에 있어서 사용되는 빔 분배기에 있어서, 광원 출력빔을 복수개로 분배하기 위해서 사용되는 빔 분매기로서, 두개의 투명한 부재를 미소한 틈을 통해 그 거리를 간극 조절 수단을 이용하여 변화시킴으로써, 거기에 도달한 광 빔을 반사, 혹은 투과시키는 능동적 미러를 복수개 나란히 한 빔 분배기가 제안되어 있다.

마지막으로, 상기의 다점 계측 광식 압력 센서 시스템에 사용되는 센싱 프로브로서, 광원으로부터 원경되어 배치되고, 상기 광원으로부터의 광 빔을 분할하여 기준빔과 측정빔을 생성하는 수단과, 상기 기준 매체를 내부에 밀봉하고, 상기 분할된 기준빔으로부터 그 내부를 통과하는 광로를 구성하는 수단과, 상기 측정빔이 압력에 따라서, 굴절율이 변화하는 상기 감압 매질 내를 통과하는 광로를 구성하기 위한 수단과, 상기 기준 매체 및 피검출 감압 매질 내를 통과하는 광로를 구성하기 위한 수단과, 상기 기준 매체 및 피검출 감압 매질을 통과 후의 상기 기준빔과 측정빔을 원격의 광로 길이차를 구하기 위한 수광부로 송출하는 수단을 구비하고 있는 다점 계측 광식 압력 센서의 센싱 프로부가 제안되어 있다.

상기한 본 발명에 관해 구체적으로 설명하면, 우선, 상기 제1 목적을 달상하기 위해서, 특히 그 센싱 프로부에 있어서, 광원으로부터의 입사광을 측정빔과 기준빔으로 2분할하고, 측정빔은 측정 대상의 압력과 같은 압력을 갖는 기체를 포함하는 감압 매질 중을 통과시켜서, 기준빔은 피측정 기체와는 다른 밀페된 기체, 혹은, 진공, 혹은 개체를 포함하는 기준 매질 중을 통과시키고, 이들 측정빔과 기준빔을 간섭시켜 제1 기체에 발생하는 압력 변화에 따른 광로 길이 변화를 검출하기로 한 것이고, 이에 따라 광에 의한 계측이므로 특별한 방폭 구조의 필요가 없고, 또한, 센싱 프로브에 있어서도 가동부가 없으므로 신뢰성이 높은 압력 검출이 가능해진다

또한, 제2 목적을 달성하기 위해서 센싱 프로브에 편파면 보존 화이머에서 광을 도입하고, 또한, 화이버를 이용하여 센싱 프로브로부터 광을 신호 처리부까지 유도하는 구조로 하였다. 이 때 화이버를 통과할 때 발생하는 진동 등의 외란의 영향은 제1 구성에서는 광을 센싱 프로부에 유도한 것과 동일한 화이버를 이용하여 측정 신호를 신호 처리부까지 유도하고, 출사광을 편광의 차이로 2분할하고 각각으로부터 압력을 산출하고, 그 후 산출치를 가산함으로써 상쇄하였다. 또한 제2 구성에서는 센싱 프로부에서 광을 측정빔과 기준빔으로 2분할하기 전에 화이버를 통과한 다른 편광을 갖는 광을 간섭시켜서 보상 신호를 얻고, 측정 신호와 보상 신호의 2개를 화이버를 이용하여 신호 처리 회로에 유도하고 그 각각으로부터 얻은 값을 가산하고 상쇄하였다. 또한, 제3 구성에서는 측정빔과 기준빔 중 동일한 편광 성분을 선택하고 간섭시켜서, 이들을 2개의 화이버를 이용하여 신호 처리회로로 유도하고 그 각각으로부터 얻은 값을 감산하여 상쇄하였다. 또한 제4 구성에서는 측정빔, 기준빔의 광로 도중에 편광 회전 선택 수단을 삽입하고, 기준빔, 측정빔으로서 다른 편광을 선택하고, 또한 그 편광면을 90도 회전시켜서 재차 편파면 보존 화이버에서 신호 처리부로 유도함으로써 문제를 해결하였다.

이와 같이, 광원, 신호 처리부와 센싱 프로부 간을 화이버로 연결함으로써 취급이 용이하게 된다. 즉, 제1 구성에서는 센싱 프로브로부터의 귀환 반사광은 편광은 다르지만 각각 동일한 외란의 영향을 받고 있으므로 상호 가산함으로써 화이버 통과시의 외란의 영향은 상쇄한다. 제2 구성에서는 측정 신호에는 외란과 압력의 정보가, 보상 신호에는 외란의 정보가 포함되므로 2개를 이용하여 압력 정보만을 얻을 수 있다. 제3 구성에서는, 편광에 의해서 선택된 상호 간섭하는 측정빔과 기준빔은 각각 편파면 보존 화이버의 2개의 전파 모드로 나누어져 센싱 프로부까지 전파하고 있으므로 2조의 간섭 신호로부터 얻어진 측정치를 가산함으로써 화이버 통과시의 외란의 영향은 상쇄한다. 제4 구성에서는 측정빔, 기준빔 모두 편광을 90도 회전시켜서 편파면 보존 화이버를 왕복하므로, 외란에 의해 편파면 보존 화이버의 2개의 모드에 대한 굴절율이 변동하여도 상쇄한다.

제3 목적을 달성하기 위해서 다수의 측정점으로 광원으로부터의 광을 분배하고, 그 곳에서 귀환된 광을 광검출기에서 검출하고, 그 후로 전기적 수단에서 희망하는 측정점에서의 신호를 선택하도록 한 센서 시스템에 의해 달성된다. 또한 제3목적을 달상하는 구체적 수단으로서는, 제어 신호에 의해서 어느 때는 광을 투과시키고, 어떤 때는 반사시킬 수 있는 액티브 미러를 설치함으로써 이에 따라 측정점의 신호를 선택하도록 한 것도 제안된다.

또한, 제4 목적을 달성하기 위해서 2파장을 이용한 동시 계측으로 한 것이고, 제5 목적을 달성하기 위해서, 기준빔의 광로 도중에 광로 길이의 온도 의존성이 측정빔의 광로 길이의 온도 의존성과 같은 매질을 배치하였다. 또한 제6 목적을 달성하기 위해서 기준빔과 측정빔의 광로 길이차로부터 압력을 구하도록 한 것이다.

덧붙여서, 그 밖의 본 발명을 이루는 광식 압력 센서 파장판, 편광 선택 장치 빔 분배기, 또한, 이러한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템 및 이하에 상술하는 본 발명의 실시 형태를 부가하여, 2파장에 의한 측정 결과를 이용함으로써, 측정 정밀도를 희생으로 하지 않고 등가적으로 광원의 파장을 크게 할 수 있다. 또한, 주위 온도의 변화에 의한 측정빔의 광로 길이 변화와 기준빔의 광로 길이의 변화가 상쇄하므로 주위 온도의 변화에 기인하는 오차를 제거할 수 있다. 또한 기준빔과 측정빔의 광로 길이차는 광량 변동 등의 영향을 받지 않도록 하는 것이 가능해진다.

상술한 것 이외의 본 발명의 특징, 구성, 작용 효과 등을 이하에 첨부도를 참조하여 설명하는 본 발명의 적합 실시에에 의해 상세 또한 정확하게 이해할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예의 상세에 관해서 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.

우선 제1도 내지 제6도를 이용하여, 본 발명의 제1 실시예인 광식 압력 센서 시스템에 관해서 설명한다.

제1도에는 본 발명의 광식 압력 센서의 전체 구성이 도시되어 있고, 이 제1도에 있어서, 광원(1, 2)은 레이저 다이오드(LD)로 구성되고, 이들 LD 광원(1, 2)은, 각각, 파장 λ₁, λ₂의 광을 발한다. 또한, 빔 분할기(3)는 상기 LD 광원(1, 2)의 광을 합성하고 편광판(4)은 입사광 중 지면에 대해서 45도의 각도를 이루는 편광 성분만을 투과시키는 기능을 갖는다. 위상 변조기(5)는 입사광 중 도면의 지면에 수직인 편광면을 갖는 성분과 지면과 평행한 편광면을 갖는 성분광의 위상차를 변조하는 것이다.

다음으로, 광 분배기(6)는 빔 분할기(7)와 복수개의 액티브 미러(8, 9, 10,11)로 이루어진다. 또, 이들 액티브 미러의 상세는 제6도를 참조하여 후에 설명하지만, 그 기능은 스위칭 회로의 출력을 받아, 거기에 이른 입사광을 투과시키거나 혹은 반사시키는 것이다. 또한 액티브 미러(8, 9, 10, 11)로부터의 레이저 빔은 렌즈(12, 13, 14, 15)를 통해 편파면 보존 화이버(16, 17, 18, 19)에 유도된다. 편파면 보존 화이버(16, 17, 18, 19)는, 지면에 수직인 편광면을 갖는 광과 지면에 평행한 편광면을 갖는 광을 각각 그 편광면을 유지하면서 전파시키는 것이지만, 그 굴절율에 관해서는, 지면에 수직인 편광면을 갖는 광에 대한 굴절율과 그것에 평행한 편광면을 갖는 광에 대해서는 각각 ns, np와 다른 굴절율을 나타내는 것이다.

레이저빔은 편파면 보존 화이버(16, 17, 18, 19)에서 센싱 프로부(20, 21, 22, 23)로 입사한다. 센싱 프로브(20)는 베이스(100), 렌즈(24), 빔 분할기(25), 온도 보상 부재(101), 기밀 용기(26), 기밀용기(26)에 부착된 투명창(27, 28), 반사막 부착된 1/4 파장판(29), 1/4 파장판(29)에 부착된 반사막(30), 및 미러(31, 32)로 이루어진다.

또, 기밀 용기(26)는 진공을 유지하고 있다. 또, 이 센싱 프로부를, 예를 들면 10 내지 20개, 광원으로부터 원격된 압력 검출의 장소에 장착함으로써 다점 계측이 가능한 시스템을 구성할 수 있다.

수광부(34)는 파장 선택형 빔 분할기(35), 편광 빔 분할기(36, 37), 및 광검출기(38, 39, 40, 41) 등으로 이루어진다. 이들 중, 파장 선택형 빔 분할기(35)는 파장 λ₁의 광은 통과시키고 λ₂의 광은 반사하는 기능을 갖는다.

신호 처리부(42)는 신호 처리 회로(43, 44, 45, 46), 가산 회로(47, 48), 및 연산 회로(49)로 이루어진다. 이들 신호 처리 회로(43, 44, 45, 46)는 각각, 상기한 광 변조기(5)에 입사하는 광 중, 지면에 수직인 편광면을 갖는 광과 지면과 편행한 편광면을 갖는 광의 광로 길이차를 구하는 것이고, 이들은, 예를 들면 특허 공개 소 62-27603호 공부 및 미국 특허 제4708481호에 개시되어 있는 것이다. 또, 이 장치는 광로 길이차를 λ를 단위로서 측정하고, 그 단수(端數)만을 출력하는 것이다.

또한, 스위칭 회로(50)는 광 분배기(6)를 구동하고, 이에 따라, 상기의 화이버(16 내지 19) 중 1개에 광을 선택적으로 공급한다.

다음으로, 상기에 그 구성을 서술한 광식 압력 센서의 동작을 설명한다. 우선, 상기한 LD광원(1, 2)을 발한 파장 λ₁, λ₂의 광은, 빔 분할기(3)로 합성되고, 편광판(4)을 통과한다. 이 편광판(4)을 통과한 광은 지면과 45도 방향의 편광면을 갖게 된다. 그리고, 이 편행한 편광 성분과 수직인 편광 성분간의 위상차를 위상 변조기(5)에서 변조한다. 이 위상 변조기(5)로부터의 출사광은 광 분배기(6)에 입사하고, 거기서 빔 분할기(7)를 통과한 후, 액티브 미러(8내지 11)에 도달한다.

여기서, 상기한 액티브 미러(8 내지11) 중 어느 하나는 상기한 스위칭 회로(50)에 의해 반사 모드로 설정되고, 그 이외는 투과 모드로 설정된다. 지금, 액티브 미러(8)가 반사 모드로 설정되어 있다고 하면, 광은 여기서 반사되고 렌즈(12)를 통해 편파면 보존 화이버(16)에 입사한다. 이 편파면 보존 화이버(16)로부터의 출사광은, 센싱 프로브(20) 내의 렌즈(24)에서 평행광으로 변환된 후에 빔 분광기(25)에 도달하고 거기서 투과광(기준빔)과 반사광(측정빔)으로 2분할된다. 즉, 기준빔은 기밀용기(26)의 투명창(27)을 통해서 그 내부를 통과하고, 또한, 기밀 용기(26)의 투명창(28)를 통과하여 1/4 파장판(29)에 도달하고, 이 1/4 파장판(29)의 이면에 설정된 반사막(30)에 의해 반사된다. 한편, 측정빔은 미러(31)에서 반사되어 미러(32)에 도달하고, 여기서 반사되게 된다.

이와 같이 반사된 기준빔과 측정빔은, 상기 센싱 프로브(20) 내에서 그 광로를 역행하고, 그리고, 렌즈(24), 편파면 보존 화이버(16), 그리고 렌즈(12)를 통과하여 액티브 미러(8)에 도달하고, 거기서 반사된다. 이 액티브 미러(8)에서 반사된 광은 또한, 빔 분할기(7)에서 반사되고, 이에 따라 수광부(34)에 도달한다. 이 수광부(34)에서는, 입사된 광을 우선 파장 선택형 빔 분할기(35)를 통과한 파장 λ₁의 광은 편광 빔 분할기(36)로, 여기서 반사한 λ₂의 광은 편광 빔 분할기(37)로 유도된다. 그리고, 각각의 편광 빔 분할기(36, 37)에서는, 입사한 광을 다시 2분할하고, 파장 λ₁의 광은 광검출기(38, 39)로 그리고 λ₂의 광은 광검출기(40, 41)로 이르게 한다.

이들 광검출기(38, 39, 40, 41)는 각각 입사된 광을 전기 신호로 변화하고, 그 출력은 신호 처리부(42)에 입력된다. 이 신호 처리부(42)에서는, 우선, 신호 처리 회로(43, 44)에서 측정빔과 기준빔과의 광로 길이차를 구하고, 가산 회로(47)에 입력한다. 이에 따라, 편파면 보존 화이버(16)에 온도 변화나 진동 등의 외란이 가해지더라도, 광로 길이차를 정확히 구할 수 있다. 또, 측정빔의 광로 길이는 공기의 기압이 변화하면 변화지만, 기준빔의 광로 길이는 빔이 진공 중을 통과하고 있으므로 변화하지 않는다. 그래서, 이 측정빔과 기준빔이 광로 길이차를 구함으로써 기압을 정확히 측정하는 것이 가능해진다.

다음에 측정빔과 기준빔과의 광로 길이차를 고려한다. 우선, 각부에서 발생하는광로 길이를 고려한다. 광원(1)으로부터 편파면 보존 화이버(16)까지의 광로 길이를, l₁, 편파면 보존 화이버(16)로부터 빔 분할기(25)까지의 광로 길이를 l₂, 빔 분할기(25)로부터 1/4 파장판(29) 이면의 반사막(30)까지의 광로 길이를 l₃, 빔 분할기(25)로부터 미러(32)까지의 광로 길이를 l₄로한다. 또한, 편파면 보존 화이버(16)의 길이를 df로하며, 지면과 수직인 편광을 갖는 광에 대한 광로 길이는 d_f×n_s이고, 편행한 편광을 갖는 광에 대한 광로 길이는 d_f×n_p가 된다.

우선, 광원(1)을 발한 파장 λ₁의 광이 센싱 프로브(20)에 도달하고, 거기서 반사한 후, 수광부(34)의 파장 선택형 빔 분할기(35)에 도달할 때까지의 광로 길이에 관해서 서술한다. 광원(1)을 발한 지면과 수직인 편광을 갖는 광을 빔 분할기(7), 액티브 미러(8), 및 편파면 보존 화이버(16)를 통과하여 센싱 프로브(20) 내의 빔 분할기(25)에 도달하고, 여기서 투과광(제1 기준빔)과 반사광(제1 측정빔)으로 분리된다. 이 제1 기준빔은 1/4 파장판(29)의 이면에 설치된 반사막(30)에서 반사되어 빔 분할기(25)에 복귀하여, 편파면 보존 화이버(16), 액티브 미러(8), 그리고 빔 분할기(7)를 지나서 파장 선택형 빔 분할기(35)에 도달한다. 그 편광면은 반사막(30)에서 반사할 때에 90도 회전함으로써 지면과 평행하게 되어 있다. 한편, 제1 측정빔의 편광면은 변화하지 않는다, 따라서, 제1 기준빔의 광로 길이 L₁과 제1 측정빔의 광로 길이 L₂는, 각각,

L₁= 1₁+ 2×1₂+ 2×1₃+d_f×n_s+ d_f×n_p

L₂= 1₁+ 2×l₂+ 2×1₄+ 2×d_f×n_s

로 부여된다.

마찬가지로, 지면과 평행한 편광면을 갖는 강도 빔 분할기(25)에 도달하고, 여기서 투과광(제2 기준빔)과 반사광(제2 측정빔)으로 분리된다. 이 경우도, 제2 기준빔의 편광면은 90도만 회전하지만, 그런, 제2 측정빔의 편광면은 회전하지 않는다. 따라서, 이 제2 기준빔의 광로 길이 L과 제2 측정빔의 광로 길이 L도, 각각,

L₃= 1₁+ 2×1₂+ 2×1₃+ d_f×n_s+ d_f×n_p

L₄= 1₁+ 2×1₂+ 2×1₄+ 2×d_f×n_s

로 부여된다.

계속해서, 수광부(34)의 파장 선택형 빔 분할기(35)에 도달한 상기 4개의 빔(제1, 제2 기준빔, 제1, 제2 측정빔)중, 제1 측정빔과 제2 기준빔은 지면과 수직인 편광을 갖기 위해서, 편광 빔 분할기(36)에 의해 반사되어 간섭한다. 이들의 강로 길이차 △L₂₃은,

로 부여된다. 한편, 제1 기준빔과 제2 측정빔은 지면과 평행한 편광을 갖기 때문에, 편광 빔 분할기(36)를 투과하고 간섭한다. 이들의 광로 길이차 △L₄₁은,

로 부여된다.

신호 처리부(42)에서는 위 식의 광로 길이차 △L₂₃, △L₄₁이 각각 신호 처리 회로(43, 44)에서 측정되므로, 가산 회로(47)에는,

로 부여되는 광로 길이차가 출력된다.

즉, 온도 변화나 진동 등의 외란이 편파면 보존 화이버(16)에 가해져서 굴절율이 변동하여도, 신호 처리부(42)의가산 회로(47)의 출력에는 그 영향은 없고, 측정빔과 기준빔의 광로 길이차(실제로는, 그 -4배)가 측정된다, 또한, 광원(2)을 발한 파장의 광을 이용한 측정에 관해서도 상기화 마찬가지의 것이 성립한다. 즉, 가산 회로(48)에는,

로 부여되는 광로 길이차가 출력되게 된다.

다음으로, 제2도를 이용하면서, 측정빔과 기준빔과의 광로 길이차를 다른 파장에서 구함으로써 측정 가능한 광로 길이차의 범위를 확대하는 원리에 관해서 서술한다. 상술한 신호 처리부(42)는 광로 길이차를 측정빔과 기준빔 사이의 위상차를 검출함으로써 구하고 있다. 이 위상차는,로 표기한다. 이 식을 광로 길이 식에서는,으로 표시 되고, 사용 파장 λ로 나누어 무차원화하면이 된다. 신호 처리 회로(42)의 가산 회로(47)의 출력에서는, 상술한 위상차의 식 중의 θ의 값만 얻어진다. 즉 실제의 광로 길이차의 실에서는,에 상당하는 값이 출력으로서 얻어진다.

제2도에는, 광로 길이차 X, 상기 가산 회로(47, 48)로부터의 출력치와의 관계가 나타나 있다. 즉, 가산 회로(47, 48)의 출력은, 상호 길이차가 제로(0)일 때 제로(0)이고, 광로 길이차 λ가 될 때까지 직선적으로 증가하여 다시 출력은 제로(0)의 값이 된다. 즉 출력치는 주기적이고, 일반적으로는, x= nλ +△L에 대해 0에서 λ의 값이 주기적으로 얻어진다. 즉, 광로 길이차 X를 파장 단위(파장에서 무차원화)로 측정하면, n+△L'/λ중 △L'/λ의 값, 즉 소수점부만이 출력되게 된다. 따라서, 단일 파장으로 광로 길이차 X를 측정하면, △L'/λ만 구하고, n이 0, 1, 2, 3, … 중 어느 것인가 불명확하다. 그러나 본 발명에서는, 다른 파장 λ₁, λ₂의 광으로 광로 길이차를 측정하여, 각각 파장 λ₁, λ₂에 대응하는 광로 길이차 X₁, X₂를 요구하고, 이들 광로 길이차의 비교에 의해 n의 값을 구하고 있다. 이 점에 관해 상세히 설명한다.

이다.

이에 따라, 이하의 식이 성립한다.

즉, 상기한 가산 회로(47, 48)의 출력은, 각각가 되고, 이들은 가우스 기호 [ ]를 이용하여 하기의 식으로 나타낸다.

여기서, 기지량에서 상기한 (식11)를 만족하는 정수의 쌍([x₁], [x₁])를 구한다. 적어도 1쌍은 존재하지만, 복수개의 쌍을 구했을 때에는, 측정빔과 기준빔이 광로 길이차가 가장 작아지는 조를 취한다(여기서, 복수개의 쌍을 구한 경우, 그 어느 쪽의 쌍을 채용하더라도 문제는 없다), 다음 측정에서는, 얻어진 상기의 (식11)를 만족시키는 정수의 쌍(여기서, 복수개의 수치쌍이 구해지는 경우는, 전회의 수치쌍과 가장 가까운 수치의 쌍을 채용한다)를 이용한다. 이에 따라, 전회의 측정시와 이번의 측정시에서 광로 길이차가 변동하여 정수의 쌍([x₁], [x₂])의 값이 변동하더라도, 정확한 값을 구할 수 있다.

또한, 여기서는, 상기하는 방법에 의한 광로 길이차의 측정 범위가 어떻게 될지에 관해서 진술한다. 우선, x₁-x₂평면에서 상기의 (식11)을 만족하는 격자점이 여러개 존재하는 경우, 이웃하는 2개의 격자점의 사이에는, 단수부 α₁와α₂가 2개 이상 일치하는 점이 없다는 것을 증명한다.

격자점(a₁, a₂)과 (a₁', a₂') 사이에 단수부가 일치하는 점이 여러개 있는 것으로 한다. 그 중의 격자점(a₁', a₂')에 가까운 쪽을 (x₁, x₂), 먼 쪽을 (x₁', x₂')로 하면, 점은 격자점이 되지만,그리고 이기 때문에, 이것은가 이웃하는 격자점이라는 가정에 반한다.

따라서, 이웃한 격자점을 부여하는 [x₁] 값의 차 △[x₁]를 λ₁배한 량이, 단수부뿐이므로 광로 길이차를 일률적으로 결정할 수 있는 범위가 된다. 지금, λ₁/λ₂의 비를,

로 나타낸다.

여기서, k 및 1 은 서로소인 정수이다.

이것을 상기의 (식11)에 적용하여 λ₁,λ₂를 소거하면, 하기의 (식15)를 얻을 수 있다.

k와 1은 서로소이기 때문에, 이것을 만족하는 다른 쌍와의 차의 최소치는, 각각 1, k이다. 따라서, 광로 길이차의 변화 △X가 1△[x₁] 이내이면, 상기한 (식11)를 만족하는 X를 일률적으로 결정된다. (λ₁/λ₂의 비가 무리수이고, 상기의 (식14)에는 나타나지 않은 때에는, 원리적으로는 모든 범위에서 X가 정해진다.) 예를 들면,이다. 따라서, 광로길이차 변화가이내이면, 일률적으로 광로 길이차가 구해진다.

다음으로, 온도 변화에 의한 오차를 보정하는 방법을 서술한다. 제3도는 센싱 프로브(20)의 설명도이고, 이 도면에서 베이스(100), 렌즈(24), 빔 분할기(25), 온도 보상 부재(101), 기밀 용기(26), 투명창(27, 28), 및 미러(31)는 모두 석영 유리로 되어 있다. 또한, 미러(32)는 후술하겠지만, 상기한 1/4 파장판(29)과 같은 재질 및 같은 온도 특성을 갖는 것으로 한다. 빔 분할기(25)와 미러(31)는 한변이 1인 정방체로 한다. 또한, 온도 부상 부재(101)의 두께를 d_b', 투명창(27, 28)의 두께를 d_b'', 그리고, 미러(32)의 두께를 d_c로 한다.

또한, 상기한 미러(32) 및 1/4 파장판(29)의 광로 길이를 1Q_op, 빔분할기(25)로부터 1/4 파장판(29)까지의 거리를 D, 그리고 미러(31)로부터 미러(32)까지의 거리를 D로 하면, 기준빔에 관한 빔 분할기(25)로부터 미러(32)로 반사될 때까지의 편도의 광로 길이 L_r와, 그리고 측정빔에 관한 편도의 광로 길이 L_m는, 다음 식과 같이 부여된다.

단, 상기한 식에 있어서는,

이고, 또한, 상기한 식에 있어서,

따라서, 측정빔과 기준빔의 광로 길이차 L_m-L_r은,

가 된다.

여기에서는, 온도 T의 변화에 대한 광로 길이 변화를 구한다. 또, 길이 및 굴절율은, 다음 식에 따라서 변화하는 것으로 한다.

다만, 상기한 식에 있어서,는 각각 온도 T=0일 때의 길이 및 굴절율을 나타내고 있다.

다음에 상기한 식을 상기의 (식19)에 대입하고, 또한, 온도계수 αQ, βQ 등의 고차항을 무시하여 정리하면,

를 얻는다.

(식26)의 우변을 T의 함수로 간주하고, 그 0차 계수(정수항)을 제로(0)로 두면, T=0에서 측정빔과 기준빔과의 광로 길이차 L_m-L_r이 같은 조건을 얻을 수 있다, 또한, 1차 계수를 제로(0)로 두면, 온도 T가 변화하더라도 상기의 측정빔과 기준빔과의 광로 길이차 L_m-L_r이 변화지 않은 조건을 얻을 수 있다. 이들의 2개의 조건을 연립하면, 온도 T가 변화하더라도 상기한 광로 길이차 L_m-L_r이 제로(0)인 조건을 얻을 수 있다. 예를 들면, 으로서,을 얻는다. 이것으로부터, 투명창(27, 28)의 두께를 2mm로 하면, 온도 보상 부재(101)의 두께는 3.017mm이 된다.

계속해서, 제4도는, 상기한 1/4 파장판(29)의 구조를 도시한 도면이다. 이 도면에서, 참조 번호(51)는 파장 λ₁의 광에 대한 1/4 파장판을 도시하고, 한편, 참조번호(52)는 파장 λ₁의 광은 반사하지만 파장 λ₂의 광은 투과하는 파장 선택성 반사막을 도시하고 있다. 또한, 참조 번호(53)는, 파장 λ₂의 광에 대해서, 상기 1/4 파장판(51)과 합쳐서 1/4 파장판으로서 기능하도록 위상차를 보상하는 보상판을, 그리고, 참조 번호(30)는 반사막을 나타내고 있다. 여기서, 상기한 1/4 파장판(51) 자체도 또한 상호 결정축을 90도 어긋나게 한, 두께가 수십 μm 다른 2매의 수장판(51a와 51b)으로 이루어진다. (예를 들면, Handbook of Optics 1978, McGrraw - Hill Book Company, 10 -112를 참조)

여기서, 수정판(51a와 51b)을 합친 두께를 dQ'로 한다. 마찬가지로, 보상판(53)도 상호 결첫축을 90도 어긋나게 한, 두께가 다른 2매의 수정판(53a와 53b)으로 이루어지고, 이들 수정판(53a와 53b)을 합친 두께를 d_Q''로 한다. 이 1/4 파장판(29)에 입사한 파장 λ1의 광은, 상기한 파장 선택성 반사막(52)에서 반사되기 때문에 그 편광면이 90도 회전한다. 한편, 파장 λ₂의 광은 상기 1/4 파장판(51)과 보상판(53)의 양쪽을 왕복하게 되기 때문에, 역시, 편광면이 90도 회전하게 된다. 또한, 상기 1/4 파장판(51)과 보상판(53)은, 예를 들면 수정으로 되어 있다.

또한, 제5도는 상기한 미러(32)의 구조를 도시한 도면이다. 도면 중의 참조 번호(54)는, 투명 부재로 상호 결정축을 90도 어긋나게 한 두께 d_Q'/2의 2개의 수정판(54a과 54b)으로 이루어진다. 따라서, 수정판(54a와 54b)를 합친 두께는, 상기의 1/4 파장판(51)의 두께와 같이 d_Q'이다. 또한, 도면 중의 참조 번호(55)는, 파장 λ₁의 광은 반사하지만 파장 λ₂의 광은 투과하는, 소위, 파장 선택성 반사막이다. 또한, 도면 중의 참조 번호(56)는 투명 부재를 도시하고 있고, 이것은 상호 결정축을 90도 어긋나게 한 두께 d_Q''/2의 수정판(56a과 56b)으로 이루어지고, 이 투명 부재(56)의 두께는 d_Q이다. 또한, 도면 중의 참조번호 57은 반사막이다. 또, 상기한 1/4 파장판(29)과 미러(32)에 관해서는, 전자가 입사광의 편광면을 90도 회전시키는 기능을 갖는 점만 다르고, 그 밖의 광학적 성질에 관해서는 서로 같다.

제6a도는, 제1도의 액티브 미러(8 내지 11)의 구조의 일례를 도시한 평면도이고, 제6b도는 측면도이다. 참조 번호 58은 베이스를, 그리고, 참조번호 59와 60의 프리즘을 도시하고 있고, 이들은 상호 밀착하고 있다. 또한, 참조 번호 61은 압전 소자이고, 전압에 의해, 어긋남 변위를 발생시키는 것이다. 이 압전 소자(61)에는 프리즘(60)이 장착되어 있다. 이러한 액티브 미러의 구조에 있어서, 통상, 프리즘(59와 60)는 밀착하고 있기 때문에 입사광은 투과하지만, 이 압전 소자(61)에 전압을 가하면, 상기 프리즘(60)이 이동하여 벗어나기 때문에, 입사광은 반사하게 된다.

여기서, 상기에 상세한 내용을 설명한 실시예에서는, 제1도나 제3도에서도 분명히 알 수 있듯이, 기준빔의 광로 도중에 1/4 파장판(29)을, 그리고, 측정빔의 광고 중에 미러(32)를 설치하고 있지만, 이들의 배치 관계는 반대로 좋다는 것은 두말 할 나위도 없다.

다음으로, 첨부의 제7도 및 제8도에는 상기 제3도에 도시한 센싱 프로브의 또 다른 구조예를 도시하는 도면이다. 우선, 제7도에 있어서, 이 밖의 구조가 되는 센싱 프로브(62)는 베이스(63), 렌즈(64), 빔 분할기(65), 석영 로드(66), 반사막 부착 1/4 파장판(67), 미러(68과 69) 및 보상용 유리부재(70)로 구성되어 있다. 또한, 이들 베이스(63), 빔 분할기(65), 석영 로드(66)는 석영 유리이고, 다른쪽, 보상용 유리부재(70)는, 상기 석영 유리와는 다른 광로 길이의 온도 의존성을 갖는 광학 유리, 예를 들면 BK7으로 구성되어 있고 온도 변화에 기인하는 광로 길이의 변동을 보상한다. 또한, 반사막 부착의 1/4 파장판(67) 및 미러(69)는, 각각, 상기한 제1 실시예의 1/4 파장판(29), 미러(32)와 같은 구조로 하고 있다. 이 센싱 프로브는 상술한 구조 설명으로부터도 분명한 바와 같이, 기밀 용기가 불필요하고, 그 때문에, 구조가 비교적 간단하고 염가로 제작할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 제8도에 있어서, 센싱 프로브(71)는 베이스(72), 렌즈(73), 빔 분할기(74), 용기(75와 76), 투명창(77, 78, 79, 80), 반사막 부착 1/4 파장판(81), 및 미러(82와 83)로 이루어진다. 이 중, 베이스(72), 빔 분할기(74), 및 용기(75와 76)는 석영 유리로 되어 있다. 또한, 2개의 용기 중 용기(75)는 외부와의 사이를 홀(84)로, 용기(76)는 작은 홀(85)로 연결되어 있다. 또한, 그 반사막 부착 1/4 파장판(81)과 미러(83)는 각각 상기한 제1 실시예에 있어서의 1/4파장판(29)이나 미러(32)와 같은 구조로 되어 있다. 또, 이밖의 실시예가 되는 센싱 프로브에서는 외기압이 변화하면, 우선 홀(84)를 통해서 용기(75)의 압력이 외기의 압력과 같아지고, 그 후, 작은 홀(85)로 맺어진 용기(76)의 내압이 외기압과 같아진다. 그리고, 이 센싱 프로브(71)는 이때의 비평형 상태의 압력 변화를 광로 길이차로서 검출하는 것이다.

또한, 제9도에는 본 발명의 다른 실시예가 나타내지고, 이 밖의 실시예에서, 상기 제1도에 도시한 제 1 실시예는 센싱 프로브, 광 분배부 및 수광부 등의 구성이 다르다. 즉, 이 제9도에 있어서, 참조 번호 102는 광 분배기이고, 이것은 빔 분할기(103) 및 2개의 액티브 미러(104, 105)로 이루어진다. 또, 이들의 액티브 미러(104와 105)는 상기 제1실시예와 같은 구조의 것이다.

또한, 다른 실시예에 있어서, 참조 번호 106, 107, 108, 109, 110, 및 111은 렌즈를, 참조 번호 112와 113은 편파면 보존 화이버를, 그리고, 참조 번호 114, 115, 116, 및 117은 멀티모드 화이버를 도시하고 있다. 또한, 도면 중의 참조 번호 118과 119는 센싱 프로브이고, 예를 들면 센싱 프로브(118)는 베이스(120), 렌즈(121, 122, 123) 빔 분할기(124), 편광 빔 분할기(125), 미러(126, 127, 128), 온도 보상 부재(129), 기밀 용기(130), 투염창(131, 132) 및 반사막 부착 1/4파장판(133)으로 이루어진다. 또한, 제9도중의 참조 번호 134는 수상부이고, 이것은 파장 선택형 빔스프리티(135), 그리고, 복수개의 광 검출기(136, 137, 138, 139)로 이루어진다. 도한, 참조 번호 140은 신호 처리부이고, 복수개의 신호 처리 회로(141, 142, 143, 144), 가산 회로(145, 146), 연산 회로(147)로 이루어진다. 또한, 도면 중위 참조 번호 148은 스위치 회로이다.

지금, 상기한 광 분배기(102)에서 센싱 프로브(118)가 선택되어 있으므로, 그 동작을 설명한다. 우선, 도시되지 않은 광원을 발하여 광 분배기(102)에 입사한 광은, 상기 광 분배기(102)의 액티브 미러(104)로 반사되고, 렌즈(107)로 편파면 보존 화이버(112)에 집광된다. 한편, 센싱 프로브(119)가 선택될 때에는, 액티브 미러(104)는 투과 모드로, 그리고 액티브 미러(105)가 반사 모드가 된다. 그리고, 이 편파면 보존 화이버(112)의 출사광은 렌즈(123)로 평행빔으로 변환되고, 빔 분할기(124)에서 기준빔(투과광)과 측정빔(반사광)으로 2분할된다. 이들의 2분할된 빔 중 기준빔은 온도 보상 부재(129), 투명창(131), 기밀용기(130)의 내부, 그리고 투명창(132)를 거쳐서 반사막부 1/4 파장판(133)으로 반사된다. 이 반사막 부착 1/4파장판(133)에 의한 반사에 의해 기준빔은 역행하고 재차 빔 분할기(124)로 입사하고, 여기서 반사된다.

한편, 측정빔은 미러(127)로 반사되어 미러(128)에 이르고, 여기서 반사된다. 이 반사된 빔은, 그 후, 역행하여 재차 빔 분할기(124)에 입사하고, 여기서 반사된다. 또, 이 빔 분할기(124)에 입사한 상기 기준빔과 측정빔 중, 지면과 수직인 편광 성분은 편광 빔 분할기(125)로 반사되고, 렌즈(122)로 화이버(114)에 집광된다. 다른쪽 지면과 평행한 편광 성분은 편광 빔 분할기(125)를 투과하고, 미러(126)로 반사되어 렌즈(121)로 화이버(115)에 집광된다. 그 후, 화이버(114)의 출사광은, 렌즈(106), 액티브 미러(104), 및 빔 분할기(103)를 거쳐서 수광부(134)에 입사한다. 또한, 화이버(115)의 출사광, 마찬가지로 렌즈(108), 액티브 미러(104), 그리고 빔 분할기(103)를 거쳐서 수광부(134)로 입사한다.

또한, 수광부(134)에 있어서, 이들의 광은 파장 선택형 빔 분할기(135)의 동작에 의해, 파장에 따라서 투과광 혹은 반사광으로 분할된다. 즉, 이 파장 선택형 빔 분할기(135)에 의해, 파장 λ₁의 광은 투과되고, 한편, 파장 λ₂의 광은 반사되고, 이것에 의해서 투과광과 반사광으로 분할되게 된다.

우선, 화이버(114)로부터의 출사광은, 파장별로 광검출기[(136)(λ₁)와139(λ₂)]에 도달한다. 한편, 화이버(115)로부터의 출사광은, 역시 파장별로 광검출기[137(λ₁)와 138(λ₂)]에 도달한다. 이 파장 λ₁의 광을 사용한 측정빔과 기준빔과의 광로 길이차의 측정은 광검출기(136와 137)의 출력을 각각 신호 처리 회로(141, 142)에 입력함으로써, 편파면 보존 화이버(112,113)의 외란에 의한 오차를 포함하는 광로 길이차를 구하고, 그 출력을 가산 회로(145)에서 가산함으로써 행해진다. 또, 그 원리에 관해서는 후술하겠지만, 이와 같이 가산 회로(145)를 이용함으로써, 외란에 의한 오차를 제거할 수 있다. 또한, 파장 λ₂를 사용한 측정빔과 기준빔과의 광로 길이차의 측정은 광검출기(138와 139)의 출력을 각각 신호 처리 회로(143, 144)에 입력하여 편파면 보존 화이버(112, 113)의 외란에 의한 오차를 포함하는 광로 길이차를 구하고, 그 출력을 가산 회로(146)에서 가산함으로써 행해진다. 또, 2파장(λ₁, λ₂)의 광에 의한 측정 결과로부터, 연산 회로(147)에 의해 측정 범위를 펴는 처리에 관해서는 상기한 제1 실시예와 마찬가지이다.

다음으로, 상술한 가산에 의해 외란의 영향을 제거하는 원리에 관해서, 여기서 간단히 진술한다.

우선, 화이버(114)에 집광된 광은, 측정빔으로 최초에 지면과 수직인 편광면을 가지고 있는 성분과, 기준빔으로 최초에 지면과 평행한 편광면을 가지고 있는 성분이다. 따라서, 화이버(114)에 입사하는 시점에서의 측정빔가 기준빔의 강로 길이차는 L은 편파면 보존 화이버의 길이를 df로서,

로 부여된다.

마찬가지로, 화이버(115)에 입사하는 시점에서의 광로 길이차 L은, 편파면 보존 화이버의 길이를 d_f로서, 하기의 식28에서 부여된다.

따라서, 이들의 값은 가산함으로써 외란의 영향으로 편파면 보존 화이버(112, 113)의 굴절율차가 변화하는 것에 기인하는 오차를 상쇄할 수 있다.

제10도는, 상기 제9도에 도시한 본 발명의 다른 실시예가 되는 광식 압력 센서의 센싱 프로브의 다른 변형 구성예이다. 즉, 이 변형예가 되는 센싱 프로브센서의 센싱 프로브의 다른 변형 구성예이다. 즉, 이 변형예가 되는 센싱 프로브(149)는 베이스(150), 3개의 렌즈(151, 152, 153), 빔분할기(154), 편광 빔 분할기(155), 3개의 미러(156, 157, 158), 온도 보상 부재(159), 기밀용기(160), 투명창(161, 162), 반사막 부착 1/4 파장판(163, 164), 편파면 보존 화이버(165), 및 멀티모드 화이버(166, 167)로 이루어진다.

이 밖의 변형예가 되는 센싱 프로브의 구성으로서는 그 편파면 보존 화이버(165)로부터의 출력광은 최초에 빔 분할기(154)로 2분할된다. 또한, 반사광은 미러(156)로 반사되고, 렌즈(153)로 멀티모드 화이버(166)에 집광된다. 이 멀티모드 화이버(166)에 집광된 광의 편광면은 랜덤하게 되기 때문에, 지면에 수직인 편광면을 갖는 광과, 또한 그것에 평행한 편광면을 갖는 광이 혼합하여 간섭한다. 따라서, 멀티모드 화이버(166)의 출력광으로부터, (가) 「편파면 보조 화이버를 전파 중에 발생하는 지면에 수직인 편광면을 갖는 광과 이것에 평행한 편광을 갖는 광과의 광로 길이차」을 측정할 수 있다.

또한, 빔 분할기(154)의 투과광은 편광 빔 분할기(155)에 도달한다. 여기서, 지면과 수직인 편광 성분은 반사되어 측정빔이 되고, 한편, 지면에 평행한 편광 성분은 투과하여 기준빔이 된다. 이들의 빔 중, 측정빔은 미러(157), 반사막 부착 1/4 파장판(164)(여기에서 반사된다), 그리고, 다시, 미러(157)의 경로를 취하여 편광 빔 분할기(155)로 되돌아가지만, 이 때 반사막 부착 1/4 파장판(163)으로 반사될 때의 편광면이 90도 회전하기 때문에, 이 편광 빔 분할기(155)를 투과하는 것이 된다.

이것에 대해서, 기준빔은 오도 보상 부재(159), 투명창(161), 기밀 용기(160)의 내부, 투명창(162), 반사막 부착 1/4 파장판(163)(여기서 반사한다.), 그리고, 다시 투명창(162), 기밀 용기(160)의 내부, 투명창(161), 온도 보상 부재(159)의 경로를 통해서, 편광 빔 분할기(155)에 이른다. 여기서, 기준빔은 상기 반사막부 1/4 파장판(163)으로 반사될 때, 그 편광면이 90도 회전하기 때문에, 다시 이 편광 빔 분할기(155)에 이를 때에는 반사되게 된다. 결국, 상기한 측정빔 및 기준빔은 모두 미러(158)에 도달하고, 여기서 반사되어 렌즈(151)로 멀티모드 화이버(167)에 집광되게 된다.

이 멀티모드 화이버(167)는, 상기한 측정빔과 기준빔이 서로 간섭하기 때문에, 이 멀티모드 화이버(167)의 출력광으로부터, (나) 「센싱 프로브(149)에서 발생하는 상기 측정빔과 기준빔과의 광로 길이차」와 그리고, 상기 (가)의 「편파면 보조 화이버를 전파 중에 발생하는 지면에 수직인 편광면을 갖는 광과 이것에 평행한 편광을 갖는 광과의 광로 길이차」와의 합을 측정할 수 있다.

따라서, 상기 제9도의 신호 처리부(140)에서는, 상기 멀티모드 화이버(166)의 출력광으로부터 측정한 광로 길이차의 츨정치와, 상기 멀티모드 화이버(167)의 출력광으로부터 측정한 광로 길이차의 측정치를 감산함으로써, 상기 센싱 프로브에서 발생하는 광로 길이차를 정확히 구할 수 있다.

제11도는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예를 이루는 광식 압력 센서에 있어서, 광 분배 회로(168)는 빔 분할기(169)와 액티브 미러(170, 171)로 이루어진다. 또한, 도면 중의 참조 번호(172, 173)는 렌즈, 참조 변호 174과 175는 편파면 보존 화이버, 그리고, 참조 번호 176과 177은 센싱 프로브이다. 그리고, 상기 센싱 프로브(176)는, 렌즈(178), 베이스(179), 빔 분할기(180), 미러(181), 온도 보상 부재(182), 기밀 용기(183), 투명창(184, 185), 패러데이 회전 소자(186, 187, 188, 189), 파장 선택형 빔 분할기 (190, 191), 그리고, 반사막 부착 편광판(192, 193, 194, 195)으로 이루어진다.

상기 센싱 프로브(176)를 구성하는 구성 부품 중, 상기 파장 선택형 빔 분할기(190,191)는, 파장 λ₁의 광은 투과시키지만 λ₂의 광은 반사한다. 상기 패러데이 회전 소자(186, 187)는 파장 λ₂의 광의 편광면을 진행 방향을 향해서 오른쪽으로 45도 회전시키지만, 이것에 대해서, 파장 λ₂의 광의 편광면은 일반적으로 정확하게는 45도 회전하지 않는 기능을 갖는다. 상기 반사막부 편광판(192, 193)은 지면 방향과, 반사막이 없는 쪽에서 광이 입사했을 때의 광의 진행 방향을 향해서 오른쪽으로 45도 방향으 편광 성분을 투과시키는 기능을 갖는다. 이것에 대해서, 반사막부 편광판(194, 195)은, 지면 방향과, 반사막이 없는 쪽에서 광이 입사할 때의 광의 진행 방향을 향해서 왼쪽으로 45도 방향의 편광 성분을 투과시키는 기능을 갖는다. 또한, 페러데이 회전 소자(188,189)는, 상기의 패러데이 회전 소자(186, 187)로 편광면을 회전시킨 파장 λ₁의 광의 편광면을 정확하게 45도 회전시키는 기능을 갖는다. 즉, 패러데이 회전소자(186과 188), 및 패러데이 회전 소자(187과 189)는, 파장 λ₁의 광의 편광면을 진행 방향을 향해서 오른쪽으로 45도 회전시킨다.

또한 도면 중의 참조 번호(196)는 수광부이고, 이 수광부(196)는 파장 선택형 빔 분할기(197), 편광 빔 분할기(198, 199)(지면과 45도 방향으로 투과축을 갖도록 설치한다.), 그리고, 광검출기(200, 201)로 이루어져 있다. 또한, 도면 중의 참조 번호(202)는 신호 처리부이고, 이 신호 처리부(202)는, 신호 처리 회로(203, 204) 및 연산 회로(205)로 이루어지고, 도면 중의 참조 번호(206)는 스위칭 회로이다.

이러한 구성의 실시예가 되는 광식 압력 센서에 있어서, 우선, 상기 광 분배 회로(168)의 액티브 미러(170)로부터 렌즈(172), 편파면 보존 화이버(174), 편파면 보존 화이버(174)를 통해 센싱 프로브(176)로 입사된 광은, 빔 분할기(180)에서 기준빔(투과광)과 측정빔(반사광)으로 분할된다. 이 기준빔 중 파장 λ₁의 광은 온도 보상 부재(182), 투명창(184), 기밀 용기(183)의 내부, 투명창(185), 패러데이 회전 소자(186), 파장 선택성 빔 분할기(190), 그리고 패러데이 회전 소자(188)를 거쳐서, 반사막부 편광판(193)에 도달한다. 여기서, 지면 방향과 오른쪽으로 45도 방향으로 편광면을 갖는 광이 선택되고, 이에 따라, 광원으로부터의 광을 센싱 프로브로 전파하는 편파면 보존 화이버 중에서는 지면과 수평 방향의 편광면을 갖는 광만이 선택되는 것이다. 이 광은 반사막 부착 편광판(193)의 반사막으로 반사되고, 상기의 입사해오는 광로를 역행하고, 0다시 상기의 편파면 보존 화이버(174)에 이른다. 이때, 그 광의 편광면의 패러데이 회전 소자(188)와 패러데이 회전 소자(186)에 의해 45도 더 회전하여 지면과 수직으로 된다.

또한, 파장 λ₂의 광은 온도 보상 부재(182), 투명창(184), 기밀 용기(183)의 내부, 투명창(185), 패러데이 회전 소자(186), 및 파장 선택형 빔 분할기(190)를 거쳐서, 반사막부 편광판(192)에 이른다. 여기서도, 지면 방향과 오른쪽으로도 45도 방향의 편광면을 갖는 광 즉, 편파면 보존 화이버 중에서는 지면과 수평 방향의 편광면을 갖는 광만이 선택된다. 이 광은, 반사막부 편광판(193)의 반사막으로 반사되어 오는 광로를 역행하여 편파면 보존 화이버에 도달한다. 이 때의 광은 편광면은, 패러데이 회전 소자(188)와 패러데이 회전소자(186)에 의해 45도 회전하고, 지면과 수직으로 되어 있다.

한편, 측정빔에 관해서도 상기와 같은 원리에 의해 파장 λ₁의 광은 패러데이 회전 소자(187), 파장 선택형 빔 분할기(191), 패러데이 회전소자(189), 및 반사막 부착 편광판(195)의 경로를 왕복함으로써, 즉, 반사막 부착 편광판(195)은 지면 수평 방향과 진행 방향을 향해서 왼쪽으로 45도 방향의 편광 성분을 투과시키기 때문에, 상기 편파면 보존 화이버(174) 중에서는 지면과 수직 방향의 편광면을 갖는 광만이 선택되고, 재차 상기 편파면 보존 화이버(174)에 입사한다. 또한, 파장 λ₂의 광은, 역시 패러데이 회전 소자(187), 파장 선택형 빔 분할기(191), 반사막 부착 편광판(194)의 경로를 왕복함으로써, 상기한 파장의 광의 경우와 같이, 상기 편파면 보존 화이버(174)중에서는 지면과 수직 방향의 편광면을 갖는 광만이 선택되고, 재차, 상기 편파면 보존 화이버(174)에 입사하게 된다.

이와 같이, 광의 파장에 관계없이, 측정빔은 그 광원으로부터 센싱 프로브(176)로부터 수광부(196)에 이르는 경우에는 지면과 수직인 편광면을 갖는다. 한편, 기준빔은, 광원으로부터 센싱 프로브(176)에 이르는 경우에는 지면과 수직인 편광면을 갖고, 센싱 프로브(76)로부터 수광부(196)에 이르는 경우에는 지면과 평행한 편광면을 갖는다. 따라서, 측정빔과 기준빔은 쌍방 모두 편파면 보존 화이버 중을 일회는 지면에 수직인 편광을 갖는 광으로서, 그리고 일회는 지면과 평행한 편광을 갖는 광으로서 전파하고 있으므로, 편파면 보존 화이버(174)에 외란이 가해지고, 지면에 수직인 편광면을 갖는 광에 대하는 굴절율 n_s와 지면에 평행한 편광면을 갖는 광에 대한 굴절율 n_p가 변화해도, 그 영향은, 측정빔과 기준빔 모두 받고 있으므로, 상쇄하고, 센싱 프로브(176)에서 발생하는 기압 변화에 기인하는 광로 길이차만을 신호처리부(202)에서 측정할 수 있다.

또한, 제12a도 및 제12a도는 제1도에 도시한 광 분배기를 구성하는 액티브 미러(8 내지 11)의 다른 변형예를 이루는 구조를 도시한 도면이고, 제12a도는 이 변형예를 이루는 액티브 미러의 평면도, 그리고, 제12b도는 그 측면도를 나타내고 있다. 이 도면에서 참조 번호 207은 베이스를, 참조 번호 208과 209는 프리즘을 나타내고 있고 이들은 상호 밀착하고 있다. 또한, 도면 중의 참조 번호 210은 광왜곡소자이고 광에 의해 왜곡을 발생시키는 기능을 갖는다. 또한, 도면 중의 참조 번호 211은 이동 베이스, 그리고, 참조 번호 212는 판용수철이고, 그리고 이 이동 베이스(211)에는 프리즘(209)이 장착되어 있다.

상술한 구조를 갖는 변형예를 이루는 액티브 미러에서, 통상은, 판용수철(212)에 의해 프리즘(209)이 프리즘(208)에 압착되어 밀착하고 있으므로, 입사광은 투과하지만, 그러나, 광왜곡 소자(210)에 광을 조사하면, 이 조사광에 의해 프리즘(209)이 이동하여 분리하므로 입사광은 반사하다. 이 변형예에 의하면, 전기를 일체 사용하지 않은 광 분배기를 구성할 수 있으므로, 특히 전기적 노이즈에 강한 압력 센싱 시스템을 구성할 수 있다. 또한, 상기한 광왜곡 소자를 대신해서, 예를 들면 형상 기억 합금을 사용하고, 광조사에 의해서 가열하여 프리즘을 이동시키는 것도 가능하다.

이상의 상세한 설명으로부터도 분명한 바와 같이, 본 발명을 이루는 광식 압력 검출 방법과 그 센서 및 광식 압력 센서의 파장판, 편광 선택 장치와 빔 분배기 및 이러한 방법에 의한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템과 그 센싱 프로브에 의하면, 특별한 방폭 구조없이 화학 플랜트 등에 있어서 사용 가능한 광식 압력 센서로서, 그 제작이 용이하고 또한 신뢰성이 높은 광식 압력 검출 방법 및 광식 압력 센서 등을 이러한 방법에 의한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템을 제공하고, 또한, 그 취급이 용이한 광식 압력 센서 및 다점 계측 광식 압력 센서 시스템을 제공하는 것, 또한, 하나의 신호 처리부에서 복수개의 점에서의 압력을 검출하는 것이 가능한 다점 계측 광식 압력 센서 시스템을 제공하는 것이 가능하게 되고, 부가하여, 이러한 본 발명에 의해 제공되는 광식 압력센서는 측정 범위가 넓고, 덧붙여, 주위 온도의 변화의 영향을 받기 어렵고, 광원의 광량 변동이나 광로 도중의 광손실 변동의 영향을 받기 어렵다고 하는 기술적으로도 뛰어난 효과를 발휘한다.

Claims (24)

1. 광식 압력 검출 방법에 있어서: 광원으로부터의 광을 적어도 기준빔과 측정빔의 2개의 빔으로 분할하는 단계; 상기 기준빔을 기준 매체 내를 통과시킴과 동시에 상기 측정빔을 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 갑압 매질 내를 통과 시키는 단계; 상기 기준빔과 상기 측정빔이 각 매질 내를 통과한 후의 광로 길이차를 구하는 단계; 상기 광로 길이차로부터 상기 감압 매질의 압력을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 검출 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기준 매체 및 감압 매질은 기체인 것을 특징으로 하는 광식 압력 검출 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 광원으로부터의 광을 그 편광면에 의해 적어도 2개의 광 빔으로 분할함으로써, 상기 기준빔과 측정빔으로 분할하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 검출 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 광로 길이차는 상기 기준빔과 상기 측정빔과의 위상차를 검출함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 광식 압력 검출 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 광원으로부터의 광은 상이한 두 개의 파장을 갖는 것이고, 상기 두 개의 파장에 대하여 상기 기준빔과 상기 측정빔의 위상차를 각각 구하여, 이들 위상차를 상호 비교함으로써 광범위하게 걸친 광로 길이차를 구함으로써 광범위하게 걸친 압력을 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 광식 압력 검출 방법.
6. 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 적어도 2개의 광 빔으로 분할하여 기준빔과 측정빔을 생성하는 수단과, 기준 매체를 내부에 밀봉하고, 상기 분할된 광 빔 중의 상기 기준빔이 그 내부를 통과하는 광로를 구성하기 위한 수단과, 상기 분할된 광 빔 중의 상기 측정빔이, 압력에 따라서, 굴절율이 변화하는 피검출 감압 매질 내를 통과하는 광로를 구성하기 위한 수단과, 상기 기준 매체 및 피검출 감압 매질을 통과한 후의 상기 기준빔과 측정빔과의 광로 길이차를 검출하는 수단과, 상기 광로 길이차 검출 수단에서 검출된 광에 의해 얻어지는 상기 기준 매체 및 피검출 감압 매질을 통과한 후의 상기 기준빔과 측정빔과의 광로 길이차에 기초하여 상기 피검출 감압 매질의 압력을 산출하는 신호 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
7. 제5항에 있어서, 상기 기준 및 피검출 감압 매질은 기체인 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
8. 제5항에 있어서, 상기 광 빔의 분할 수단은 상기 광원으로부터의 광을 그 편광면에 의해 적어도 2개의 광 빔으로 분할함으로써, 상기 기준빔과 상기 측정빔으로 분할하는 빔스플리터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
9. 광원, 신호 처리부, 센싱 프로브, 광원과 센싱 프로브를 연결하는 제1 화이버, 및 센싱 프로브와 신호 처리부를 연결하는 제2 화이버로 이루어지는 광식 압력 센서에 있어서: 상기 센싱 프로브는 광원의 광을 측정빔과 기준빔으로 2분할하는 빔 분할 수단, 기준빔과 측정빔 중 어느 한쪽의 광로 도중에 삽입된 파장판, 기준빔을 반사하는 제1 미러, 측정빔을 반사하는 제2 미러, 기준빔의 광로에 설치된 기준 광로 부재, 및 측정빔 광로 중에 채워진 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질을 포함하고, 상기 제1 화이버는 상기 광원의 광을 상호 편파면이 90도 상이한 2개의 광으로서 전파시키는 편파면 보존형 화이버이고, 상기 제2 화이버는 상기 제1 화이버가 겸하고, 상기 신호 처리부는 상기 편파면 보존 화이버의 출력광(센싱 프로브로부터의 귀환광)을 편광에 의해 2분할하는 편광 분할 수단, 상기 편광 분할 수단의 출력광으로부터 측정빔과 기준빔이 광로 길이차를 구하는 신호 처리 회로, 및 상기 신호 처리 회로의 출력을 상호 가산하는 가산 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
10. 광원, 신호 처리부, 센싱 프로브, 광원과 센싱 프로브를 연결하는 제1 화이버, 및 센싱 프로브와 신호 처리부를 연결하는 제2 화이버로 이루어지는 광식 압력 센서에 있어서: 상기 센싱 프로브는, 광원의 광을 측정빔과 기준빔으로 2분할하는 빔 분할 수단, 기준빔과 측정빔 중 어느 한쪽의 광로 도중에 삽입된 파장판, 기준빔을 반사하는 제1 미러, 측정빔을 반사하는 제2 미러, 기준빔의 광로에 설치된 기준 광로 분재, 측정빔 광로 중에 채워진 압력 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질, 및 상기 측정빔과 기준빔 반사광을 편광에 의해 2분할하는 편광 분할 수단을 포함하고, 상기 제1 하이버는 상기 광원의 광을 상호 편파면이 90도 상이한 2개의 광으로서 전파시키는 편파면 보존형 화이버이고, 상기 제2 화이버는 상기 편광 분할 수단의 2종류의 출력광 각각을 측정빔과 기준빔의 광로 길이차를 구하는 신호 처리 회로로 유도하는 2개의 화이버이고, 상기 신호 처리부는 상기 신호 처리 회로의 출력을 상호 가산하는 가산 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
11. 광원, 신호 처리부, 센싱 프로브, 광원과 센싱 프로브를 연결하는 제1 화이버, 및 센싱 프로브와 신호 처리부를 연결하는 제2 화이버로 이루어지는 광식 압력 센서에 있어서: 상기 센싱 프로브는, 광원의 광을 2분할하는 빔 분할 수단, 편광에 의해 측정빔과 기준빔으로 2분할하여 다시 통합하는 편광 빔 분할 통합 수단, 기준빔의 광로에 설치된 기준 광로 부재, 및 측정빔 광로 중에 채워진 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질로 이루어지고, 상기 제1 화이버는 상기 광원의 광을 상호 편파면이 90도 상이한 2개의 광으로서 전파시키는 편파면 보존형 화이버이고, 상기 제2 화이버는 상기 편광 빔 분할 통합 수단의 출력과 상기 빔 분할 수단의 출력광을 각각 편광이 상이한 광 빔 간의 광로 길이차를 구하는 신호 처리 회로로 유도하는 2개의 화이버이고, 상기 신호 처리부는 상기 신호 처리 회로의 출력을 상호 감산하는 감산 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
12. 광원, 신호 처리부, 센싱 프로브, 광원과 센싱 프로브를 연결하는 제1 하이버, 및 센싱 프로브와 신호 처리부를 연결하는 제2 하이버로 이루어지는 광식 압력 센서에 있어서: 상기 센싱 프로브는 광원의 광을 측정비가 기준빔으로 2분할하는 빔 분할 수단, 기준빔가 측정빔 양쪽의 광로 도중에 삽입되어 편광을 선택하는 편광 선택 회전 수단, 상기 편광 선택 회전 수단 후방에 설치한 미러 및 측정빔 광로 중에 채워지고 그 굴절율이 압력에 따라서 변화하는 감압 매질을 갖고, 상기 제1 하이버는 상기 광원의 광을 상호 편파면이 90도 상이한 2개의 광으로서 전파시키는 편파면 보존형 화이버이고, 상기 제2 하이버는 상기 제1 화이버가 겸하고, 상기 기준빔 광로 중에 삽입된 편광 선택 회전 수단을 상기 제1 화이버를 전파한 다른 2편광 광의 한쪽망을 투과시키고, 그 편광면을 90도 회전시키는 기능을 갖고, 상기 측정빔 광로 중에 삽입된 상기 편광 선택 회전 수단은 상기 제1 화이버를 전파한 상이한 2편광의 광 중 기준빔 광로 중에 삽입된 편광 수단으로 선택된 것과는 상이한 편광을 투과시키고, 그 편광면을 90도 회전시키는 기능을 갖고, 상기 신호 처리부는 상기 편파면 보존 화이버의 출력광(센싱 프로브로부터의 귀환광)을 편광에 의해 2분할하는 편광 분할 수단과, 상기 편광 분할 수단의 출력광으로부터 측정빔과 기준빔의 광로 길이차를 구하는 신호 처리 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
13. 제10항에 있어서, 상기 기준빔 광로 길이와 상기 측정빔 광로 길이의 온도 의존성이 갖추어지도록 상기 기준빔 광로 중 또는 상기 측정빔 광로 중, 또는 이들 양쪽에 보상용 투명 부내를 삽입한 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
14. 제10항에 있어서, 상기 광원은 파장이 상이한 광을 발하고, 상기 센싱 프로브로부터의 귀환광을 파장에 의해 분리하는 파장 분리 수단과, 그 각각의 파장 신호로부터 광로 길이차를 산출하는 복수개의 신호 처리 회로 및 가산 회로 또는 감산 회로를 구비하고, 각 파장에 대응하는 상기 가산 회로의 출력으로부터 광로 길이차를 얻어 압력을 구하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광식 압력센서.
15. 제10항에 있어서, 상기 광원 출력빔을 복수개로 분배하는 빔 분배 수단과, 상기 빔 분배 수단으로부터의 출력광(센싱 프로브로부터의 귀환광)을 시분할하여 상기 신호 처리 회로로 유도하는 스위칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
16. 제15항에 있어서, 상기 빔 분배 수단은 두개의 투명한 부재를 미소한 틈을 통해 나란히 하고 그 거리를 간극 조절 수단을 이용하여 변화시킴으로써, 거기에 도달한 광 빔을 반사 또는 투과시키는 능동적 미러를 복수개 늘어 세운 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
17. 제9항의 상기 광식 압력 센서에 이용되는 파장판에 있어서; 제1 파장에 대응하는 1/4 파장판; 상기 제1 파장의 광은 반사하고 제2 파장의 광은 투과하는 파장 선택 반사막; 상기 제2 파장의 광에 대하여 상기 제1 파장판에서 발생하는 입사광의 F축 성분과 S축 성분간의 위상차의 1/4 파장으로부터의 오차분만을 발생시키는 보상 파장판; 및 반사막을 포함하고, 상기 1/4 파장판, 상기 파장 선택 반사막, 상기 보상 파장판, 및 상기 반사막을 서로 접합시켜서 구성되는 것을 특징으로 하는 파장판.
18. 제12항의 광식 압력 센서에 이용되는 편광 선택 회전 장치에 있어서: 상기 편광 선택 회전 장치는 분할되어 생성된 기준빔과 측정빔 양쪽 광로의 도중에 삽입되어, 그 빔들의 편광면을 선택하기 위한 것으로서, 제1 파장의 입사광의 편광면을 45도 회전시키는 1편광 회전 수단; 제1 파장의 광은 반사하지만 제2 파장의 광은 투과하는 파장 선택 수단; 상기 파장 선택 수단 반사광의 편광을 선택하는 제1 편광 선택 수단; 상기 제1 편광 선택 수단 후방에 설치된 미러; 상기 파장 선택 수단 투과광에 대해 제1 편광 회전 수단에서 발생하는 편광면 회전의 45도로부터의 오차분만을 발생시키는 제2 편광 회전 수단; 상기 제1 편광 선택 수단과 같은 편광의 광을 선택하는 제2 편광 선택 수단; 및 상기 제2 편광 선택 수단 후방에 설치된 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 선택 회전 장치.
19. 제15항의 광식 압력 센서에 이용되는 빔 분배기에 있어서: 상기 빔 분배기는 광원 출력빔을 복수개로 분배하기 위해 사용되는 것으로서, 두개의 투명한 부재를 미소한 틈을 통하여 나란히 한 그 거리를 간극 조절 수단을 이용하여 변화시킴으로써, 거기에 도달한 광 빔을 반사 또는 투과시키는 능동적 미러를 복수개 나란히 한 것을 특징으로 하는 빔 분배기.
20. 광원으로부터의 광을 적어도 2개의 광 빔으로 분할하여 기준빔과 측정빔으로 하고, 상기 분할된 기준빔을 기준 매체 내를 통과시키고, 상기 분할된 측정빔은 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질 내를 통과시키고, 상기 기준빔과 측정빔 각각의 매질 통과 후의 광로 길이차를 구하고, 해당 광로 길이차로부터 상기 감압 매질의 압력을 검출하는 광식 압력 검출 방법에 의해, 상기 광원으로부터 원격의 복수개의 검출 개소에서의 상기 감압 매질의 압력을 각각 검출할 수 있는 다점 계측 광식 압력 센서 시스템에 있어서: 상기 광원; 상기 광원으로부터의 광을 상기 복수개의 검출 개소로 분배하는 광 분배 수단; 상기 광 분배 수단으로부터의 광을 상기 복수개의 검출 개소로 유도하는 광 화이버망; 상기 원격의 복수개의 검출 개소에 배치되고, 상기 광원으로부터 상기 광 분배 수단 및 상기 광화이버망을 통해 송출되는 광을 적어도 2개의 광 빔으로 분할하여 기준빔과 측정빔으로 하고, 상기 분할된 기준빔을 기준 매체 내를 통과시킴과 동시에, 상기 분할된 측정빔은 압력에 따라 굴절율이 변화하는 감압 매질 내를 통과시켜 송출하는 센싱 프로브; 상기 복수개의 센싱 프로브로부터의 상기 기준빔과 측정빔을 수광하여 매질통과 후의 상기 기준빔과 측정빔과의 광을 검출하는 수광부; 및 상기 수광부에서 검출되는 상기 기준빔과 측정빔과의 광로 길이차에 기초하여, 상기 복수개의 검출 개소에 있어서의 상기 감압 매질의 압력을 각각 산출하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 계측 광식 센서 시스템.
21. 광원으로부터의 광을 적어도 2개의 광 빔으로 분할하여 기준빔과 측정빔으로 하고, 상기 분할된 기준빔을 기준 매체 내를 통과시키고, 상기 분할된 측정 빔은 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 감압 매질 내를 통과시키고, 상기 기준빔과 측정빔 각각의 매질 통과 후의 광로 길이차를 구하고, 해당 광로 길이차로부터 상기 감압 매질의 압력을 검출하는 광식 압력 겁출 방법으로 상기 광원으로부터 원격의 복수개의 검출 개소에서의 상기 감압 매질의 압력을 각각 검출할 수 있는 다점 계측 광식 압력 센서 시스템의 센싱 프로브에 있어서: 상기 광원으로부터 원격되어 배치되고, 상기 광원으로부터의 광빔을 분할하여 기준빔과 측정빔을 생성하는 수단; 상기 기준 매체를 내부에 밀봉하고 상기 분할된 기준빔이 그 내부를 통과하는 광로를 구성하는 수단; 상기 측정빔이 압력에 따라서 굴절율이 변화하는 상기 감압 매질 내를 통과하는 광로를 구성하기 위한 수단; 및 상기 기준 매체 및 피검출 감압 매질을 통과한 후의 상기 기준빔과 측정빔을 원격의 광로 길이차를 구하기 위한 수광부에 송출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 계측 광식 압력 센서의 센싱 프로브.
22. 제11항에 있어서, 상기 기준빔 광로 길이와 상기 측정빔 광로 길이의 온도 의존성이 갖추어지도록 상기 기준빔 광로 중 또는 상기 측정빔 광로 중, 또는 이들 양쪽에 보상용 투명 부재를 삽입한 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
23. 제11항에 있어서, 상기 광원은 파장이 상이한 광을 발하고, 상기 센싱 프로브로부터의 귀환광을 파장에 의해 분리하는 파장 분리 수단과, 그 각각의 파장 신호로부터 광로 길이차를 산출하는 복수개의 신호 처리 회로 및 가산 회로 또는 감산 회로를 구비하고, 각 파장에 대응하는 상기 가산 회로의 출력으로부터 광로 길이차를 얻어 압력을 구하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.
24. 제11항에 있어서, 상기 광원 출력빔을 복수개로 분배하는 빔 분배 수단과, 상기 빔 분배 수단으로부터의 출력강(센싱 프로브로부터의 귀환광)을 시분할하여 상기 신호 처리 회로로 유도하는 스위칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광식 압력 센서.