JPH023128B2 - - Google Patents

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JPH023128B2
JPH023128B2 JP56092239A JP9223981A JPH023128B2 JP H023128 B2 JPH023128 B2 JP H023128B2 JP 56092239 A JP56092239 A JP 56092239A JP 9223981 A JP9223981 A JP 9223981A JP H023128 B2 JPH023128 B2 JP H023128B2
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JP
Japan
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diaphragm
optical fiber
pressure sensor
pipe
manufacturing
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP56092239A
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English (en)
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JPS57207838A (en
Inventor
Satoshi Shimada
Kyomitsu Suzuki
Takao Sasayama
Motohisa Nishihara
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 Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP9223981A priority Critical patent/JPS57207838A/ja
Publication of JPS57207838A publication Critical patent/JPS57207838A/ja
Publication of JPH023128B2 publication Critical patent/JPH023128B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • 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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバ型圧力センサに係り、特に
ダイアフラムが設けられている感圧部の接合方法
に関する。
近年、光フアイバを用いた圧力センサは小形で
ノイズ環境に強いという特徴を生かして、徐々に
応用分野が広がりつつある。第1図は従来この種
の光フアイバ型圧力センサの例を示したものであ
る。ガラスフアイバ1が内蔵されているパイプ状
カテーテル2の先端部にダイアフラムからなる感
圧部3が接合されている。この感圧部3の一面は
測定雰囲気4中に挿入されており、他の面はガラ
スフアイバ1と所定の隙間を隔てて対向してい
る。ガラスフアイバ1の後部は入射フアイバと受
光フアイバの2つの束5,6に分かれており、そ
れぞれ発光ダイオード7と受光ダイオード8とに
導びかれている。更に、発光ダイオード7には電
源9が接続されており、受光ダイオードは増幅器
10に接続されている。
第2図A乃至Cは第1図で示したガラスフアイ
バ1の先端部の構造の例である。A図では円形の
ガラスフアイバの反面が入射フアイバ5で他の反
面が受光フアイバ6となつている。B図では入射
フアイバ5と受光フアイバ6が同心状に配置さ
れ、中心部にある入射フアイバ5を受光フアイバ
6が取囲んでいる。C図では入射フアイバ5と受
光フアイバ6が円形断面上に適当に分布配置され
ている横造となつている。
このような構成の光フアイバ型圧力センサで
は、感圧部3に圧力が与えられると感圧部を構成
しているダイアフラムとガラスフアイバ1との間
隙が減少し、入射フアイバ5から出た光を受光フ
アイバ6が受光する量が増加するため、受光フア
イバ6の光を電気信号に変換する受光ダイオード
8の出力を増幅する増幅器10の出力は第3図の
ように変化する。即ち圧力が高くなると出力もそ
れに伴なつて高くなる。なお図中Aは第2図Aに
示した構造のガラスフアイバを用いたものでBで
示したものは第2図Bで示した構造のものを用い
た場合を示してあり、増幅器10の出力は入射フ
アイバ5と受光フアイバ6の配置及びダイアフラ
ムとフアイバとの初期間隙の値に依存する。な
お、図中V1,V2は増幅器10の出力オフセツト
を示している。
特に小形で高感度を得ようとする光フアイバ型
の圧力センサでは、第4図A及びBに示すように
ダイアフラム11とガラスフアイバ1との初期間
隙12が数〜数10μmと極めて小さく設定される
必要が生じる。このため、初期間隙12のばらつ
きが大きいと前記出力オフセツトV1,V2がばら
ついてしまうという欠点が生じ、量産化を阻害す
る要因となつていた。これは第4図においてパイ
プ状のカテーテル2とダイアフラム11とを接着
剤13にて接合しているためであり、この接着剤
13の厚みが初期間隙12を決める因子であるか
らである。即ち、前述のように初期間隙12が数
μmとなると接着剤13の厚みのばらつきを管理
することが難しくなり、第4図AとBに見られる
ようにこの接着剤13の厚みのばらつきによつて
初期間隙12がばらついてしまう。
また、このような従来例では接着剤13の熱膨
張が他の部材に比べて大きいため、周囲温度の変
化により初期間隙12が変化して出力オフセツト
が変化する欠点があつた。更に、接着剤13の強
度変化により圧力感度が変化する恐れもあつた。
本発明の目的は上記の欠点に鑑み、特性にばら
つきが少なく且つ温度特性に優れた高感度な光フ
アイバ型圧力センサの製造方法を提供するにあ
る。
本発明により上記の目的は、感圧部であるダイ
アフラムとガラスフアイバとの初期間隙をダイア
フラムに設けた凹形穴の深さだけで決まる構造と
し、感圧部を接着剤を用いない静電接合法で固定
することにより達成される。
以下、本発明の一実施例を図面に従つて説明す
る。
第5図A乃至Eは本発明に係る光フアイバ型圧
力センサの一実施例を示す説明図である。以下説
明の便宜上製作順序に従つて説明する。
A図において、鉄、ニツケル系合金から成るパ
イプ(カテーテル)51の端面に、このパイプ5
1と熱膨張の近似せる朋珪酸ガラスでできた固定
環52が接合している。これらパイプ51と固定
環52の端面は鏡面仕上げ行なわれ、両者は数百
℃に加熱した状態で数百〜数千ボルトの電圧を印
加して静電的に接合されている。これは、パイプ
51側に正、固定環52側に負の電圧を与える
と、両者の界面において互いのイオンが近接交換
され、このイオン間に働く結合力により接合が行
なわれる。なお、図中符号53は接合面である。
次にB図のようにガラスフアイバ54をパイプ
51の中に嵌挿する。この時、ガラスフアイバの
先端55を若干突出した状態でパイプ51を絞
り、ガラスフアイバ54との位置決めが行なわれ
る。次にC図に示すようにガラスフアイバ54の
突出部55をラツピングしてガラスフアイバ54
と固定環52との平面出しを行なつた後、両者を
鏡面仕上げとする。次にD図に示すように、片側
に凹形穴56が形成されたシリコンダイアフラム
57の厚肉周辺部(固定部)58を前記A図で述
べたように固定環52の端面と静電接合する。
接合部はガラス製の固定環52が変形しない温
度で固定環52とダイアフラム57との接合がな
されているため、シリコンダイアフラム57の凹
形穴56の深さがそのまま光フアイバ54とダイ
アフラム57との初期間隙となる。従つて、ダイ
アフラム57の凹形穴56の深さの加工精度を上
げ、この部分のばらつきを少なくすることによ
り、出力オフセツトの低減を圧力、出力特性の揃
いを向上させることができる。
次にE図に示すように、パイプ51、固定環5
2及びダイアフラム57の外筒面に樹脂コーテイ
ング59を施し、ガラス製の固定環52からの光
の放射を防止すると共に外筒面を平滑化する。こ
の際、ダイアフラム56の表面までコーテイング
しても良い。
第6図A乃至Fはシリコンダイヤフラムの凹形
穴の加工法を説明したものである。A図におい
て、(100)面方位のシリコン単結晶基板61を水
蒸気中にて高温にし酸化することにより、B図の
ようにその表面に酸化皮膜62,62′を形成さ
せる。次に酸化皮膜62の上面全体にレジスト膜
63を塗り、ホトエツチングの手法でこのレジス
ト膜63の凹形穴領域となる中央部領域を除去
し、周辺部のみ残す。次に沸酸を用いてD図のよ
うに凹形穴領域の酸化皮膜62を除去し厚肉部6
4を残す。こうしておいて、次にE乃F図に示す
ように水酸化カリウムの水溶液を用いてシリコン
単結晶基板61の前記凹形穴領域の部分を必要な
深さだけ取除いて凹形穴56を形成する。この
際、エツチング加工の抑制剤としてアルコールを
適当量加えると良い結果が得られ、実験によれば
加工精度は深さ20μmの凹形穴を得る場合±0.1μ
m程となつた。
本実施例によれば、凹形穴56を有するダイア
フラム57を固定環52に静電接合して接着剤を
排除したことにより、ダイアフラム57とガラス
フアイバ54との初期間隙はダイアフラム57の
凹形穴56の深さにより設定でき、且つシリコン
を用いたダイアフラム57の加工精度が極めて高
いため、初期設定が簡単且つ高精度に行い得る効
果があり、製品による初期間隙のばらつきをなく
す効果がある。従つて、出力オフセツトのばらつ
きが小さく、圧力、出力特性の揃いが向上する効
果がある。また熱膨張が大き接着剤を用いていな
いため、周囲温度の変化による初期間隙の変化が
少なく、また接着剤の強度変化等もないため、感
圧部の温度特性に優れ、信頼性を向上させる効果
がある。また、ダイアフラム57の材料として弾
性特性の優れたシリコン単結晶板を用いているた
め、ヒステリシスがなく高精度であり長期的に特
性を安定させる効果がある。更に、このシリコン
単結晶板を用いたダイアフラム57はアルカリエ
ツチング法により量産できるためコストを低減さ
せる効果がある。
第7図は本発明の他の実施例を示したものであ
る。但し第5図と対応する部分は同一符号を用い
て示してある。本実施例の特徴は固定環をなくし
てパイプ51にダイアフラム57を直接静電接合
した構造となつているところにあり、ダイアフラ
ム57の材料としては朋珪酸ガラスあるいは石英
ガラス等で作られる。本実施例も先きの実施例と
同様の効果があるが、特に構造が単純なため原価
を低減させる効果が著しい。
以上の説明から明かなように本発明によれば、
凹形穴を有するダイアフラムをパイプに直接ある
いは固定環を介して静電接合することにより、特
性にばらつきが少なく且つ温度特性に優れた高感
度な光フアイバ型圧力センサを提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光フアイバ型圧力センサの一例
を示す構成図、第2図A乃至Cは従来のガラスフ
アイバ端面から見た入射フアイバと受光フアイバ
の配置図、第3図は光フアイバ型圧力センサの圧
力、出力特性線図、第4図A及びBは従来の光フ
アイバ型圧力センサの感圧部を示す構成図、第5
図A乃至Eは本発明に係る光フアイバ型圧力セン
サの一実施例の製作工程及び構造を示す概略図、
第6図A乃至Fは第5図で用いられるダイアフラ
ムの製作工程を示した説明図、第7図は本発明に
係る光フアイバ型圧力センサの他の実施例を示す
構成図である。 51……パイプ、52……固定環、54……ガ
ラスフアイバ、56……凹形穴、57……ダイア
フラム、58……固定部、59……コーテイン
グ、61……シリコン単結晶板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 パイプに内蔵されたガラスフアイバの先端部
    とダイヤフラムを接合し、圧力を検知する該ダイ
    ヤフラムの動きに伴つて変化する光フアイバを通
    る光を受光素子にて光電変換して圧力を検出する
    光フアイバ型圧力センサの製造方法において、パ
    イプの先端面とガラスフアイバの先端面を同一平
    面に揃えるとともに鏡面加工し、このパイプの先
    端面に凹形穴を有するダイアフラムの厚肉部を静
    電接合することを特徴とする光フアイバ型圧力セ
    ンサの製造方法。 2 パイプに金属材料を用い、ダイアフラムに朋
    珪酸ガラスまたは石英ガラスを用いることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の光フアイバ型
    圧力センサの製造方法。 3 パイプ先端面に環状をした固定環を同心状に
    静電接合し、この固定環の先端面とガラスフアイ
    バの先端面とを同一平面とし、この固定環の先端
    面に凹形穴を有するダイアフラムの厚肉部を静電
    接合すること特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の光フアイバ型圧力センサの製造方法。 4 パイプと固定環及びダイアフラムの外筒面を
    被覆シールすることを特徴とする特許請求の範囲
    第3項記載の光フアイバ型圧力センサの製造方
    法。 5 固定環に朋珪酸ガラスを用い、ダイアフラム
    にシリコン単結晶板を用いることを特徴とする特
    許請求の範囲第3項記載または第4項記載の光フ
    アイバ型圧力センサの製造方法。 6 凹形穴をエツジング加工により形成すること
    を特徴とする特許請求の範囲第5項記載の光フア
    イバ型圧力センサの製造方法。
JP9223981A 1981-06-17 1981-06-17 Optical fiber type pressure sensor Granted JPS57207838A (en)

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JPS57207838A JPS57207838A (en) 1982-12-20
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Families Citing this family (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59109913U (ja) * 1983-01-13 1984-07-24 横河電機株式会社 変位変換装置
EP2095084A2 (de) * 2006-11-27 2009-09-02 Kistler Holding AG Optischer drucksensor mit mindestens zwei optischen fasern

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JPS5552925A (en) * 1978-10-16 1980-04-17 Hitachi Ltd Standard type pressure sensor

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