JPH06201497A - 光学圧力変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体毛細管現象を利用しない光を利用した圧
力センサを提供する。 【構成】 光学圧力変換器は、内部に入力光ファイバ
と、出力光ファイバの双方を支持する本体を含む。光源
は入力光ファイバに対して入力光を発生する。力応答ダ
イアフラムは本体に固着されており、感知された圧力に
応答してたわむ。固定反射鏡と、ダイアフラムに取付け
られて、ダイアフラムと共に移動する移動自在の反射鏡
とは、入力光ファイバと出力光ファイバとの間の光路の
中に配設されており、入力光の少なくとも一部分を入力
光ファイバから出力光ファイバへ反射する。反射される
光の量はダイアフラムのたわみによって決まる。光源に
より発生される光の量が一定のままであり且つ最大にな
るように、フィードバック構成の中の光学検出器を含め
て、光源を監視し且つ制御するシステムが設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、圧力変換
器に関し、特に、光学手段により圧力を感知するのに適
する圧力変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願の譲受人は、現在、下記の米国特
許の１つ以上の対象となっている溶融圧力変換器を製
造、販売している。米国特許 発行日 第３，３４９，６２３号 １９６７年１０月３１日 第３，６７８，７５３号 １９７２年 ７月２５日 第４，６８０，９７２号 １９８７年 ７月２１日 第４，６７９，４３８号 １９８７年 ７月１４日 第４，７０２，１１３号 １９８７年１０月２７日 第４，７１２，４３０号 １９８７年１２月１５日 第４，８２９，８２７号 １９８９年 ５月１６日 第４，８１９，４８７号 １９８９年 ４月１１日 第４，８５８，４７１号 １９８９年 ８月２２日 これらの圧力変換器構成の大部分は、液体金属を充満さ
せた毛管システムを使用する。典型的な充填材料は水銀
である。特に毒性が重大な問題になりうる用途の場合に
は、水銀を充満させた圧力変換器は動作中に幾分か安全
性に欠けることになると思われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、液体金属充満毛管システムの必要はないが、それで
でもなお、苛酷な高温／高圧作業環境の中で動作可能で
ある別の圧力センサ構成を提供することである。本発明
の別の目的は、信号調整用電子回路を信号の保全性をそ
こなうことなく作業環境から遠く離して配設できるよう
な光学圧力変換器を提供することである。

【０００４】本発明の別の目的は、相対的に小さなサイ
ズで構成でき、特に標準形の溶融圧力変換器の構造に本
質的に後から組込むのに適する改良された光学圧力変換
器を提供することである。本発明のさらに別の目的は、
一定の最大入力光源を有する改良された光学圧力変換器
を提供することである。本発明のさらに別の目的は、入
力光が一定のままであるように光源を監視し且つ制御す
るシステムを有する改良された光学圧力変換器を提供す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的、特徴及び利
点、並びにその他の目的、特徴及び利点を達成するため
に、入力光ファイバと、出力光ファイバとの双方を内部
に支持する本体を含む光学圧力変換器が提供される。圧
力変換器は、入力光ファイバに対して入力光を発生する
光源をさらに具備する。力応答ダイアフラムは本体に固
着され、感知された圧力に応答してたわむ。一対の反射
鏡は入力光ファイバと出力光ファイバとの間の光路の中
に配設され、入力光ファイバから入力光の少なくとも一
部分を出力光ファイバへ反射する。反射される光の量は
ダイアフラムのたわみによって決まる。変換器は、光源
により発生される光の量が一定のままであるように光源
を監視し且つ制御するシステムをさらに含む。

【０００６】本発明の好ましい一実施例では、光源を監
視し且つ制御するこのシステムはフィードバック構成を
含む。このフィードバック構成は、入力光ファイバに対
してある角度を成して配設されて、入力光の所定の反射
部分を検出する光学検出器を含む。可変電源はフィード
バック構成の中で光学検出器と、光源とに動作接続し、
光学検出器が検出した光のレベルに従って光源にあるレ
ベルの電力を印加する。添付の図面と関連させて以下の
詳細な説明を読むことにより、本発明の他の数多くの目
的、特徴及び利点は明白になるはずである。

【０００７】

【実施例】ここでは、先に、本発明の譲受人のいくつか
の以前の特許を引用した。それらの溶融圧力変換器構成
は一般的に細長いフレームを採用しており、従来、充満
毛管システムを使用する場合には、フレームの筒口端部
でダイアフラム又はカップラを採用し、フレームの反対
側の端部に感知ヘッドが現われる。感知ヘッドは、感知
圧力を電気信号に実質的に変換するためにひずみゲージ
などを採用しても良い。ここで例示するように本発明に
よれば、ダイアフラムにおけるたわみを光学方式で感知
するので、電子感知回路を作業環境から離れた場所、言
いかえれば、ダイアフラム又はカップラが配置されてい
る場所から離れたところに設けることができる。

【０００８】図１から図３に示す本発明の第１の実施例
に関していえば、光学圧力変換器は剛性金属から構成さ
れているのが好ましい本体１と、力集約ダイアフラム２
とから成るものと考えられる。図１に見られる矢印２１
は、ダイアフラム２に加えられる圧力の方向を指示す
る。本発明の光学圧力変換器が感知しているのはこの圧
力である。

【０００９】ダイアフラム２は金属材料から構成されて
いても良い。材料の例としては、ステンレス鋼又はニッ
ケルクロム鉄合金がある。ダイアフラム２は電子ビーム
溶接などの手段によって変換器本体１に溶接されれば良
い。これは図１には２２で示されている。

【００１０】本体１の内部には光ファイバ３及び４が配
設されている。図１は、本体１を貫通しているそれらの
光ファイバを示す。光ファイバは上端部で図示されてい
る発光ダイオード３Ａなどの光源からの光を受取る入力
光ファイバ３を含む。光ファイバ３の下端部は本体１の
下部端面と同一平面にある位置の固着されている。これ
は、図１で横断面２−２をとった平面である平面に沿っ
ている。

【００１１】出力光ファイバ４もその下端部でこれと同
じ平面に固定して配設されている。ファイバ４の上端部
は出力光を図示したフォトダイオード４Ａなどの感光素
子へ導くように位置している。

【００１２】変換器本体１の中心には、通路２３も設け
られている。この通路２３は、調整ねじ１２を回すため
のねじ回しなどの部材を受入れる。この作業については
以下にさらに詳細に説明する。図１において、破線の矢
印２５は光ファイバ３と光ファイバ４との間の光路を表
わす。以下に詳細に説明する反射鏡１０及び１１が遮断
するのは、この光路である。この光路はここでは、たと
えば、図１及び図２に示す窓板５としても表わしてある
何らかのマスク板により制御される。この窓板５は溝穴
形の開口８及び９を含む。入力光ファイバ３のセンサ端
部から発した光は入力開口８によりマスキングされ、入
力開口８は光ファイバ３から入射する光強さパターンを
変化させる。このパターンは、調整ねじ１２によって力
集約ダイアフラム２に結合する移動自在の反射鏡１０で
反射される。

【００１３】修正後の強さパターン（光路２５）は移動
自在の反射鏡１０から固定反射鏡１１へ反射され、そこ
から出力開口９を経て出力光ファイバ４に入る。出力開
口９は修正後の強さパターンをある比例量だけ閉塞し
て、そのパターンが出力光ファイバ４に入射するのを阻
止する。出力光ファイバ４の端部から閉塞される初期量
は、移動自在の反射鏡１０の初期垂直位置により確定さ
れる。ダイアフラム２の面に圧力が加わると、移動自在
の反射鏡１０は垂直方向に変位するので、出力光ファイ
バ４の受光端部に入射する修正後の強さパターンの比例
量が変化する。この変化は、出力光ファイバ４の出力端
部で、図示したフォトダイオード４Ａなどの感光素子に
より検出される。

【００１４】先に指示した通り、ダイアフラム２に圧力
が加わると、移動自在の反射鏡１０は変化する。このこ
とは、たとえば、図５に示されている。想像輪郭線は移
動自在の反射鏡１０の初期位置を示し、実線の輪郭線は
移動自在の反射鏡１０の変位後の位置を示す。図４と図
５とを比較すると、比例量の強さパターンが出力光ファ
イバ４に対してどのようにして閉塞されるか又は通過す
るかが明らかにわかる。たとえば、図４では、光ファイ
バ４に入射する反射信号の割合ははるかに少ない。これ
に対し、図５においては、信号の相当に大きな部分が出
力光ファイバ４に供給される。

【００１５】光ファイバ３及び４は、それぞれ、コアが
シリカである金属被覆シリカクラッド、多モード段階屈
折率光ファイバであれば良い。それらの光ファイバは変
換器本体に設けられている穴の中に、高温（６００℃）
エポキシを使用してエポキシ接合されれば良い。光ファ
イバ３及び４の端部と、本体１の正面とは、図１の横断
面２−２により規定される平面に沿って、鏡面仕上げと
なるまで研磨されている。これにより、取付け面はなめ
らかになり、また、ファイバの端部は平坦で、光学的に
は透明になる。なめらかな取付け面は一連の板を受入れ
るためのものであり、たとえば、開口と反射鏡を規定し
ている。それらの様々な板は図２，図３及び図９に示さ
れている。

【００１６】図２は、本発明の第１の実施例に従った窓
板５を示す。これは、２つの開口８及び９の光ファイバ
３及び４に対する整列関係を確保するように本体の研磨
面に配置される、光化学エッチングされた金属窓板であ
っても良い。この位置を図２に示す。窓板５を所定位置
に置いたならば、変換器本体１に抵抗溶接すれば良い。

【００１７】次に、光化学エッチングされた金属スペー
サ板６が設けられている。このスペーサ板を図３に示
す。これも窓板５と整列しており、窓板５に抵抗溶接さ
れている。それらの様々な板を適正に整列させるため
に、整列用のタブ、穴などを設けても良い。

【００１８】次に、成形後の金属たわみ板の平面図を示
す図９を参照する。これは、高温に耐える反射被覆膜を
有する。光化学エッチングされた板である。この板も、
同様に、移動自在の反射鏡１０と固定反射鏡１１が窓板
５の開口８及び９と平行に整列されるように整列してい
る。そこで、たわみ板７はスペーサ板６及び窓板を介し
て本体１に抵抗溶接される。後に、特に調整ねじ１２の
動作に関連して、たわみ板７のさらに詳細な事項を参照
する。

【００１９】図１に示す変換器においては、ファイバ３
及び４の上部は、ファイバの端部を適切な長さに裂開
し、フェルールにエポキシ接合し、研磨し、機能検査の
ために規格光源及び規格検出器に挿入する。規格光源／
検出器を利用することにより、ねじ山に少量の高温エポ
キシが塗布されているコース外れ調整ねじ１２を調整し
て、移動自在の反射鏡１０の初期垂直位置を設定し、関
連電子回路を伴う規格光源／検出器からの適切な出力設
定を得る。ねじ１２を所定の場所に保持するために、コ
ース外れ調整ねじ１２のエポキシを硬化させる。

【００２０】そこで、図６に関していえば、入力光ファ
イバから射出して入力開口８を通る入力強さパターンＰ
−１が示されている。図４にも示すように、入力強さパ
ターンＰ−１は開口８の出力端におけるパターンであ
り、移動自在の反射鏡１０へ導かれるパターンである。
図７は、適切なコース外れ調整ねじの設定を行った後に
出力開口９を通して結合し、出力光ファイバ４に入射す
る修正後の強さパターンの比例量を示す。図４において
は、ダイアフラムの正規の休止位置に関して、これは強
さパターンＰ−２として示されている。図７も参照のこ
と。

【００２１】動作中、光源から発した修正前の光強さパ
ターンは入力光ファイバ３を通って進んで入力開口８に
至り、図４及び図６に示す修正強さパターンとして射出
する。この強さパターンは下方の移動自在の反射鏡１０
で反射されて固定反射鏡１１に至り、そこから上方の出
力開口９に達する。出力開口９は、たとえば、図４及び
図７に示すような修正強さパターンの適切な割合の部分
をマスキングする。従って、出力光ファイバ４に入射す
る光の量がマスキングされるのである。

【００２２】図５に示す通り、移動自在の反射鏡１０の
垂直方向の変位は出力光ファイバ４に入射する光強さパ
ターンの量を正比例関係で増加させ、それにより、光検
出器４Ａに結合する光の量をも正比例関係で増加させ
る。移動自在の反射鏡１０の初期垂直位置と、垂直方向
変位の範囲とは、修正強さパターンの最低限の非直線性
が得られるように選択される。この点に関しては図５を
参照。図５は、この図では出力光ファイバ４へ射出する
パターンＰ−３として現されている強さパターンの比例
増加を示す。

【００２３】図３及び図９に示すように、反射鏡板７
は、移動自在の反射鏡１０が一体のＳ字形たわみ部材２
６によって板７の固定周囲部分に取付けられるような構
成になっている。図９には、そのようなＳ字形たわみ部
材が４つ示されている。それらのたわみ部材は移動自在
の反射鏡１０の支持体を形成し、反射鏡１０を板７の平
面に対して垂直な方向に平行移動させる。

【００２４】組立て工程の間に、Ｓ字形たわみ部材２６
は板７の固定部分にある取付け箇所でわずかに変形し
て、移動自在の反射鏡板の位置を窓板５に向かって偏向
させる。そこで、特性調整（感光素子及び関連電子回
路）ＤＣ（直流）電圧出力と、移動自在の反射鏡の変化
との関係を表わす曲線を示す図１１を参照する。調整
（校正）ねじ１２を時計回り方向に調整する（締付け
る）と、ねじは支柱２８のねじ山と係合する。続いて、
動作曲線上に点Ａで指示するように、ねじの頭の底部は
移動自在の反射鏡１０の底面（クリアランスホール２９
の周囲の領域）と係合する。

【００２５】校正ねじ１２を時計回り方向に調整し続け
ると、移動自在の反射鏡１０はダイアフラム２に向かっ
て徐々に移動して、Ｓ字形たわみ部材２６に張力を発生
させる。これにより、移動自在の反射鏡１０の底面は図
１に示すようにねじの頭の底面に押付ける。先に指示し
た通り、ねじを移動自在の反射鏡１０にあるクリアラン
スホール２９に差込み、ダイアフラム支柱２８のねじ山
と係合させるのに先立って、ねじのねじ山と、ねじの頭
部の下面とに高温エポキシを塗布する。また、エポキシ
は硬化すると、ねじをダイアフラム支柱に係止すると共
に、移動自在の反射鏡１０をねじの頭の下面に係止す
る。

【００２６】ところが、エポキシが硬化する前に校正ね
じ１２を時計回り方向に調整して、図１１に曲線の中の
点Ｂ（移動自在の反射鏡１０の底面と、固定反射鏡１１
の底面とが同一平面にあり、電圧出力を最大にする位置
に対応する）から点Ｃへと出力電圧を変化させる。尚、
点ＣはダイアフラムＰによって圧力が全く感知されない
ときの電圧出力である零圧力電圧出力を表わす。点Ｃ、
すなわち、零圧力電圧出力は光学センサの直線電圧出力
動作範囲の底端に当たり、ダイアフラムに最も近接して
いる移動自在の反射鏡１０の位置と一致する。直線動作
範囲とは、全範囲圧力を感知しており、最大のたわみが
起こるスパン電圧と、零圧力電圧との間の範囲、すなわ
ち、曲線上の点Ｄから点Ｃまでの線形範囲である。これ
は、出力電圧の傾きが急であり且つ直線的であるため
に、最適の動作範囲である。

【００２７】さらに、Ｓ字形たわみ部材２６により校正
ねじ１２に対して発生され、ダイアフラム支柱とダイア
フラム２へ伝達される張力は、ダイアフラム自体により
発生される逆方向の力と比較して小さいことに注意すべ
きである。ねじ１２のエポキシが硬化した後、エポキシ
は動作曲線上の点Ｃにより指示される位置で移動自在の
反射鏡１０を係止する。弾性の高い金属ダイアフラム２
が圧力によって窓板５に向かってたわむと（たわみは、
あらゆる圧力範囲に対して．００１± ．０００２イン
チで固定している）、その結果、移動自在の反射鏡１０
は窓板５に向かって、動作曲線上の点Ｄとして示されて
いる位置、すなわち、スパン（フルスケール）電圧出力
まで移動する。圧力が解放されると、移動自在の反射鏡
１０は動作曲線上の点Ｃとして示されている初期開始位
置に戻る。従って、ねじ１２を適正に調整することによ
り、移動自在の反射鏡板の位置は全範囲にわたる圧力検
出を実行できるように設定されるのである。さらに、図
１１のグラフにより表わされるように、この範囲は直線
比例範囲である。

【００２８】次に、本発明の代替実施例を示す図８を参
照する。図８において、同じ図中符号は図１に示す実施
例のような本発明の第１の実施例と先に関連していた部
分を識別するために使用されている。すなわち、図８の
実施例の中には光ファイバ３及び４と、反射鏡１０及び
１１とが示されている。ところが、この実施例の場合、
入力光ファイバを分割して、実質的に別個の入力光ファ
イバ１３をさらに含む二又ファイバを形成している。こ
の分岐入力光ファイバ１３は、修正前の入力強さパター
ンのうち、変換器本体１の固定面３０へと導かれる部分
を搬送する。この光はその面３０から反射されて、第２
の基準出力光ファイバ１４に入射する。基準出力光ファ
イバ１４の出力端部では、図示したフォトダイオード４
Ｂなどの感光素子により、比例量の反射光を検出する。
光源と、分岐入力光ファイバ１３と、固定反射面３０と
の組合せは、変換器と関連するいくつかの検出信号を制
御するフィードバック構造を形成する。調整用の電子回
路（図示せず）に結合するこのフィードバック構造は光
ファイバの微細な屈曲によって外部で誘起される信号誤
差と、温度によって変換器本体１の機械部品に誘起され
る寸法の変化とを最小限に抑える。

【００２９】図１０は、本発明のさらに別の実施例を示
す。同様に、図１０では、図１及び図８に関連して先に
説明したのと同様の部品を識別するときに同じ図中符号
を使用している。図１０の実施例においても、入力光フ
ァイバ３を分割して、二又入出力光ファイバ３３を形成
する。この二又入出力光ファイバ３３は光源からの修正
前の強さパターンの一部分を図示したフォトダイオード
４Ｃなどの第２の感光素子へ直接搬送する。入力光ファ
イバと、二又ファイバと、付加的な感光素子との組合せ
は、調整用電子回路に対して、時間／温度に伴う光源の
ドリフト及び感光素子の熱影響に起因する信号誤差を最
小にするためのフィードバック構成を形成している。こ
の特定の構成では、ファイバの微妙な屈曲は示されてい
ない。

【００３０】本発明の好ましい一実施例では、光学圧力
変換器から窓板５と、金属スぺーサ板６とを取除いてい
る。その実施例を図１２に示す。図中、同様の要素は同
じ図中符号により指示されている。この実施例において
は、以下にさらに詳細に説明するように、入力光ファイ
バ３と出力光ファイバ４は光をマスキングするように作
用することを理解すべきである。図１３は、窓板５及び
金属スペーサ板６を伴わないこの好ましい実施例に従っ
て形成した金属たわみ板７の平面図を示す。これは、高
温反射被覆膜を上面に有する光化学エッチングした板７
である。この板は、移動自在の反射鏡１０が入力光ファ
イバ３と整列し且つ固定反射鏡１１は出力光ファイバ４
と整列するように整列している。たわみ板７は本体１に
直接に抵抗溶接されている。

【００３１】図１４は、この好ましい実施例において、
圧力が感知されず、ダイアフラム２がたわんでいないと
きに光がたどる経路を示す。図１４に示す通り、入力強
さパターンＰ１′は入力光ファイバ３から入力し、移動
自在の反射鏡１０から反射されて、固定反射鏡１１へ進
み、そこから反射されて出力光ファイバ４に至る。反射
光のごく一部分が出力強さパターンＰ２′として出力光
ファイバ４へ出力される。反射光の残る部分は出力光フ
ァイバ４自体によりマスキングされる。

【００３２】図１５は、ダイアフラム２が幾分かたわん
でいる中間圧力感知状態の間の、窓板をもたないこの好
ましい実施例に従った光の経路を示す。図１５に示す通
り、入力強さパターンＰ１′は入力光ファイバ３から入
力し、ダイアフラム２のたわみによって幾分変位した移
動自在の反射鏡１０から反射され、固定反射鏡１１から
反射されて、全出力強さパターンＰ３′が出力光ファイ
バ４へ出力される。図示するように、この中間圧力感知
状態においては、ほぼ全ての入力強さパターンＰ１′が
Ｐ３′として出力光ファイバ４へ出力される。この中間
圧力感知状態で出力光ファイバ４へ出力される出力強さ
パターンＰ３′は、零圧力状態にあるときに出力光ファ
イバへ出力される出力強さパターンＰ２′よりはるかに
大きい。

【００３３】図１４からわかるように、出力光ファイバ
４は出力強さパターンＰ２′の一部分をマスキングする
ように作用する。従って、本発明の第１の実施例に示し
たような開口８及び９を有する窓板は必要ないのであ
る。図１６に示す通り、入力強さパターンＰ１′の形状
は入力光ファイバの直径により規定される。同様に、図
１７に示すように、出力強さパターンＰ２′の形状は出
力光ファイバ４の直径により規定される。

【００３４】開口８及び９を有する窓板５が不要である
ばかりではなく、窓板の除去によって有利な結果も得ら
れる。入力光ファイバと出力光ファイバが図１４〜図１
７に示すようにそれぞれ入力光強さパターンと、出力光
強さパターンとをマスキングするように作用している場
合、スパン電圧と零圧力電圧との間の出力電圧の直線動
作範囲と、傾きの険しさは共に増す。この結果を図１８
に示す。図には、窓板及びスペーサ板を含まない好まし
い実施例に関する出力電圧曲線と、窓板及びスペーサ板
を利用する第１の実施例に関する出力電圧曲線の双方が
示されている。図示する通り、好ましい実施例に関する
出力電圧のＤ′からＣ′までの直線動作範囲は、第１の
実施例に関する出力電圧の点Ｄ及びＣを通る直線動作範
囲よりはるかに急な傾きを有するのみならず、その範囲
も広い。好ましい実施例の零圧力出力電圧Ｃ′は第１の
実施例の零圧力出力電圧Ｃよりはるかに高い電圧レベル
にある。好ましい実施例のスパン電圧Ａ′−Ｄ′は第１
の実施例のスパン電圧Ａ−Ｄははるかに高いレベルにあ
る。従って、窓板及びスペーサ板を含まない光学圧力変
換器の正確さは大きく向上する。加えて、動作範囲は大
きく広がっている。さらに、より高い出力電圧は熱影響
の助けとなり、圧力変換器の性能を向上させる。その上
に、零圧力出力電圧及びスパン出力電圧が高くなれば、
圧力変換器と関連する固有雑音は重大ではなくなる。

【００３５】図１４及び図１５に示す通り、移動自在の
反射鏡１０と光ファイバの下方の水平底面とが成す角度
Ａと、固定反射鏡１１と同じ水平面とが成す角度Ｂは、
それぞれ４５°であるのが好ましい。双方の角度Ａ及び
Ｂは４５°±１０°の範囲内にある。角度Ａ及びＢの変
化が出力強さパターンＰ２′に影響を及ぼすことを理解
すべきである。角度Ａは移動自在の反射鏡１０と関連し
ており、出力強さは反射鏡１１からの反射によって合成
されるので、角度Ａの変化は出力強さパターンに対し
て、角度Ｂの変化より大きな影響を及ぼす。従って、そ
れらの角度の変化は光学圧力変換器の利得と感度に影響
するのである。角度Ａに関していえば、角度Ａが小さく
なるにつれて、変換器のダイアフラム２のたわみに対す
る感度は高くなる。また、反射鏡の間の光学的交差の軌
跡はほぼ２本の光ファイバの中間点にあることに注意す
べきである。

【００３６】本発明の代替実施例においては、光源３Ａ
を監視すると共に、入力光が一定のままであるように可
変電源を設ける。発光ダイオード（ＬＥＤ）は時間の関
数としてパワーを失うことを理解すべきである。光学圧
力変換器を適正に動作させるためには、入力光を最大に
することのみならず、一定のままにしておくことも必要
である。従って、図１９に示すような代替実施例は、入
力光の強さを監視する構成を形成する。図示する通り、
入力光ファイバ３に対してある角度を成すように追加の
光学検出器（フォトダイオード）４Ｂが設けられてお
り、この検出器は入力光源（ＬＥＤ）３Ａにより発生さ
れた入力光の反射部分３０を受取る。このように、光検
出器４Ｂは入力光の変化を検出することができる。光検
出器４Ｂが入力光の強さの減少を検出すると、それを補
正し且つ一定の光発生レベルを与えるために入力光源３
Ａに追加の電力が供給される。

【００３７】図２６を参照すると、本発明のフィードバ
ック構成がブロック線図の形態で示されている。図示す
る通り、入力光７０はＬＥＤ３Ａにより発生されて、入
力光ファイバ３に入力する。入力光７０の一部分７２は
面７６から反射され、光検出器４Ｂに至る。光検出器４
Ｂは反射光７２の強さを検出する。この反射光が所定の
強さより低下すると、ＬＥＤ３Ａがその出力強さを増加
させ、一定の入力光７０を維持するように補正を行うた
めに、回路１００はＬＥＤ３Ａに電力を供給する。フィ
ードバック構成は光検出器４Ｂと、回路１００と、ＬＥ
Ｄ３Ａとを含む。光検出器４Ｂは反射光７２の強さを表
わす信号を回路１００へ出力する。そこで、回路１００
はこの強さの信号を閾値電圧と比較する。この比較器に
よって、反射光７２の強さが低下したことがわかると、
回路１００に含まれている可変電源（図示せず）はより
大きな電力をＬＥＤ３Ａに供給する。

【００３８】図２０は、この代替実施例による光学圧力
変換器の部分露出図である。図示する通り、圧力変換器
はＬＥＤ３Ａと、光検出器４Ｂとを含む。ＬＥＤ３Ａ
は、変換器の本体９０を通って走る入力光ファイバ３に
光を供給する。ＬＥＤ３ＡはＬＥＤスリーブ６２に取付
けられており、光検出器４Ｂは検出器スリーブ５０に取
付けられている。２つのスリーブは、溝穴４８でブラケ
ット３６に取付けられたＬＥＤブロック３２に取付けら
れている。光検出器４Ｂは、回路板８６に接触する入力
線及び出力線８０を受入れている。入力線８２は回路板
８６からＬＥＤ３Ａまで続いている。このようなフィー
ドバック構成を使用した場合、光検出器４ＢがＬＥＤ３
Ａにより発生された入力光の減少を検出すると、そのよ
うな減少を表わす信号が回路板８６へ送信されるので、
そこで、回路板８６はそのような減少を補正するために
比例量の電力をＬＥＤ３Ａへ送り出す。以下にさらに詳
細に説明するように、光検出器４Ｂは光源ＬＥＤ３Ａに
より発生される入力光の所定の反射部分のみを受取るこ
とを理解すべきである。

【００３９】図２１は、図２０の線２１−２１に沿った
横断面図である。図示する通り、アセンブリはＬＥＤブ
ロック３２と、隣接する検出器ブロック３４とから構成
されている。ブロック３２及び３４はブラケット３６の
溝穴４８及び４６にねじ３８及び４２と、ナット４０及
び４４とによりそれぞれ装着されている。ねじ３８及び
４２はブラケット３６の溝穴４８及び４６を貫通してお
り、ねじ４０及び４４をゆるめたときには、ブロック３
２及び３４をそれらの溝穴の中で動かすことができる。
ブロック３２は光源ＬＥＤ３Ａを収納するＬＥＤスリー
ブ６２と、検出器４Ｂを収納する検出器スリーブ５０と
を含む。検出器ブロック３４は検出器４Ａを保持する。
ＬＥＤ３Ａは入力光ファイバ３に光を供給し、そこで、
出力光ファイバ４はセンサ出力光を検出器４Ａへ伝送す
る。検出器４Ａから回路板８６に至る出力線８４に注意
のこと。

【００４０】図２２は、図２１の線２２−２２に沿った
横断面図である。図２２は、ＬＥＤブロック３２と検出
器ブロック３４との関係をさらに明瞭に示している。図
２３は、図２２の線２３−２３に沿った横断面図であ
る。図示する通り、ＬＥＤブロック３２は検出器ブロッ
ク３４に隣接して配設され、それら２つのブロックはブ
ラケット３６に装着されている。

【００４１】ＬＥＤブロック３２は検出器スリーブ５０
と、光源３Ａを含むＬＥＤスリーブ６２とを収納してい
る。光源３ＡはＬＥＤスリーブ６２の内部に、その縁部
７４に当接するように位置している。ＬＥＤスリーブ６
２の中にはフェルールアセンブリ６４も入っている。検
出器ブロック３４は検出器４Ａと、フェルールアセンブ
リ６６とを含む。フェルールアセンブリ６４及び６６は
接着剤５２及び５４によって入力光ファイバ３と、出力
光ファイバ４とにそれぞれ取付けられている。フェルー
ルアセンブリ６４の面７６と、フェルールアセンブリ６
６の面７８とは、機械研磨技法によって鏡面仕上げ（．
０５ミクロン以下の面）となるまで研磨されている。動
作中、光源３Ａは焦点６８を通して矢印７０により示す
光を入力光ファイバ３の中へ供給する。この光の所定の
一部分が面７６から反射されて、アセンブリ５２及び検
出器４Ｂに至る。

【００４２】検出器４Ａ及び４Ｂは、耐用寿命、安定性
及び光学系の感度を最大にし且つＬＥＤ３Ａの光学出力
特性と一致するように設計されたガラス密封レンズ形金
属カバーを有する素子である。検出器４Ｂは、熱特性に
すぐれ且つ高い長期間安定特性をもつ適切な接着剤によ
って金属スリーブ５０に接合されている。スリーブ５０
は同様の適切な接着剤によってＬＥＤブロック３２に接
合されている。検出器４Ａは検出器ブロック３４の背面
に設けられた穴９７の中に同様の適切な接着剤によって
接合されている。光ファイバ３及び４は、研磨に先立っ
て、熱に関して一致する特性を有すると共に、熱特性及
び長期間安定特性にすぐれている接着剤５２及び５４に
よって、フェルールアセンブリ６４及び６６にそれぞれ
接合されている。フェルールアセンブリ６６は検出器ブ
ロック３４にある穴９８の中に設置されている。穴９８
は穴９７と同心であるので、出力光ファイバ４からフェ
ルールアセンブリ６６を通って光学検出器４Ａに至る直
接光路が形成される。フェルールアセンブリ６６の研磨
面７８は検出器４Ａのレンズ状面から、検出器４Ａに対
して十分な光を維持する一方で電磁干渉を最小にするの
に十分なほど離間している。同様に、フェルールアセン
ブリ６４の研磨面７６はＬＥＤ３Ａのレンズ状面及び検
出器４Ｂから、ＬＥＤ３Ａから入力光ファイバ３へ直接
に結合し、研磨面７６から検出器４Ｂへ反射される光を
最大にするのに十分なほど離間している。

【００４３】止めねじ５６，５８及び６０は、初期セッ
トアップ手続きの間に要求される光のレベルを受取るた
めに構成要素を適切に相対位置決めするのを助けると共
に、それらの構成要素の接着剤による接合の間には要素
の相対位置を保持するのを助けるために利用される。そ
れらの構成要素としては、主ＬＥＤスリーブ６２と、フ
ェルールアセンブリ６４及び６６と、ブロック３２及び
３４がある。次に図２４を参照して、セットアップ手続
きを説明する。まず初めに、止めねじ５８を締付け、止
めねじ６０をゆるめる。止めねじ５８はＬＥＤブロック
３２をＬＥＤスリーブアセンブリ６２に係止する。止め
ねじ６０をゆるめると、ＬＥＤスリーブアセンブリ６２
をフェルールアセンブリ６４に対して動かすことができ
る。この状態では、ＬＥＤブロック３２とＬＥＤスリー
ブアセンブリ６２は１つのユニットとしてフェルールア
センブリ６４に対して前後に動く。この動きによって、
ＬＥＤ３Ａと、フェルールアセンブリ６４の研磨面７６
との離間距離を増減させるのである。この動きの間に、
検出器４Ａは出力光ファイバ４から出力される光の量を
検出するが、この量は入力光ファイバ３に入力する光の
量に直接に関係している。この光が最大であるときに
は、ＬＥＤブロック３２と主ＬＥＤスリーブ６４の位置
は保持、設定されている。この時点で、止めねじ６０を
締付けて、主ＬＥＤスリーブ６２とフェルールアセンブ
リ６４の互いに対する位置を係止する。この位置にある
とき、ＬＥＤ３Ａにより発生され、入力光ファイバ３に
入力する光は最適の位置で最大になる。

【００４４】この時点で、止めねじ６０は締付けられ、
主ＬＥＤスリーブ６２はフェルールアセンブリ６４に係
止されており、このときに止めねじ５８をゆるめると、
ＬＥＤブロック３２と主ＬＥＤスリーブ６２との相対運
動が可能になる。ＬＥＤブロック３２と主ＬＥＤスリー
ブ６２との間の動きは、光検出器４Ｂからフェルールア
センブリ６４の研磨面７６までの距離を変化させる。こ
の動きの間に、研磨面７６から光検出器４Ｂへ反射され
る光の量を監視するのである。この反射光が最適、すな
わち、最大であるときに、この最適位置を保持し、止め
ねじ５８を締付けることにより、ＬＥＤブロック３２と
主ＬＥＤスリーブ６２との互いに対する位置を係止す
る。この係止は、フェルールアセンブリ６４に関する金
属スリーブ５０及び光検出器４Ｂの位置を設定する。す
なわち、この時点で、ＬＥＤ３Ａにより発生されて入力
光ファイバ３に入力する入力光と、光検出器４Ｂへ反射
される反射光とは、変換器を正確に動作させるために望
まれる最大の、すなわち、最適のレベルである。

【００４５】図２５を参照して説明すると、検出器ブロ
ック３４に関するフェルールアセンブリ６６の位置決め
は、先に説明したのと同様にして、出力光ファイバ４か
ら光学検出器４Ａへ最適の量の光が出力されるように設
定される。光学検出器４Ａは検出器ブロック３４に関し
て固定されていることを理解すべきである。光学検出器
４Ａは検出器ブロック３４にある穴９７の中に入ってお
り、接着剤８８によってブロック３４に接合されてい
る。

【００４６】さらに、初期セットアップ段階の間に、Ｌ
ＥＤ３Ａを所定の位置に接着係止する前に、光学検出器
４Ａにおいて最大の出力を得るためにＬＥＤ３Ａを主Ｌ
ＥＤスリーブの中で回転させることができるという点も
理解すべきである。タブ９５によるこの調整の間に、Ｌ
ＥＤ３Ａは段部７４に当接するように所定の場所に保持
される。光検出器４Ａ及び４Ｂと、主ＬＥＤスリーブ６
２と、ＬＥＤ３Ａと、フェルールアセンブリ６４及び６
６とは穴９７、ＬＥＤブロック３２及び検出器ブロック
３４の中の所定の場所に係止される。

【００４７】動作中、フェルールアセンブリ６４の研磨
面７６からの反射光７２を光検出器４Ｂにより検出す
る。この反射光の量は（初期セットアップ段階の間に確
定した）所定の反射光量である。検出した光を正確な基
準電圧と比較する。この反射（検出）光量が強さについ
て降下すると、発生される光の量を増加させることによ
り、入力光ファイバ３に入力すべき出力光を一定のレベ
ルに維持するために、電流の形態をとるより多くのパワ
ーをＬＥＤ光源３Ａに供給する。先に述べた通り、光学
圧力変換器を正確に動作させるためには、一定量の入力
光を発生することが非常に重要である。このように、入
力光のわずかな部分を、反射光を正確な基準電圧と比較
して、フィードバック構成を介してＬＥＤにパワーを供
給する検出器へ反射させる構成は、一定の入力光を発生
するためのコストはかからないが、正確な方法である。
以上、本発明の限定された数の実施例を説明したが、本
発明の他の数多くの実施例及び変形は特許請求の範囲に
より規定される本発明の範囲の中に含まれることは当業
者には明白なはずである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学圧力変換器の部分断面図。

【図２】光学圧力変換器のさらに詳細な部分を示す図１
の線２−２に沿った横断面図。

【図３】特に金属たわみ板及びスペーサ板に関してさら
に詳細に示す図１の線３−３に沿った横断面図。

【図４】圧力応答ダイアフラムの休止位置における光路
の部分横断面図。

【図５】図４に示した図に類似しているが、ダイアフラ
ムがたわんだときの反射鏡の位置を幾分か誇張して示す
部分横断面図。

【図６】入力光の強さパターンを示す図。

【図７】出力光の強さパターンを示す図。

【図８】図１に示したのと同様の主光路を有するが、変
換器の別の基準部分をさらに含む変換器構成を採用する
本発明の第２の実施例を示す図。

【図９】ここで開示した実施例に従った反射鏡板の特定
の構成の平面図。

【図１０】本発明の第３の実施例を示す図。

【図１１】本発明の変換器に従って実行される調整を説
明するときに使用する出力電圧とたわみとの関係を表わ
すグラフ。

【図１２】本発明の好ましい一実施例により光学圧力変
換器の部分断面図。

【図１３】この好ましい実施例による光学圧力変換器を
さらに詳細に示す図１２の線１３−１３に沿った横断面
図。

【図１４】本発明の好ましい一実施例に従ったダイアフ
ラムが休止位置にあるときの光路の部分横断面図。

【図１５】図１４に示したのに類似しているが、ダイア
フラムがたわんだときの、本発明の好ましい一実施例に
従った反射鏡の位置を示す部分横断面図。

【図１６】本発明の好ましい一実施例に従った入力光強
さパターンを示す図。

【図１７】本発明の好ましい一実施例に従った出力光強
さパターンを示す図。

【図１８】本発明の第１の実施例と、本発明の好ましい
実施例の双方について出力電圧とたわみとの関係を表わ
すグラフ。

【図１９】本発明の代替実施例による光学圧力変換器の
部分断面図。

【図２０】本発明の代替実施例による光学圧力変換器の
部分露出側面図。

【図２１】本発明の代替実施例による図２０の線２１−
２１に沿った横断面図。

【図２２】本発明の代替実施例による図２１の線２２−
２２に沿った横断面図。

【図２３】本発明の代替実施例による図２２の線２３−
２３に沿った横断面図。

【図２４】本発明の代替実施例による図２３の線２４−
２４に沿った横断面図。

【図２５】本発明の代替実施例による図２３の線２５−
２５に沿った横断面図。

【図２６】本発明の代替実施例のフィードバック構成の
ブロック図。

【符号の説明】

１ 本体 ２ ダイアフラム ３ 入力光ファイバ ３Ａ 光源（ＬＥＤ） ４ 出力光ファイバ ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ フォトダイオード ５ 窓板 ６ 金属スペーサ板 ７ 金属たわみ板 ８，９ 開口 １０ 移動自在の反射鏡 １１ 固定反射鏡 １２ 調整ねじ １３ 分岐入力光ファイバ １４ 第２の基準出力光ファイバ ２３ 接着剤 ２５ 光路 ２６ Ｓ字たわみ部材 ２８ 支柱 ２９ クリアランスホール ３２ ＬＥＤブロック ３６ ブラケット ４６，４８ 溝穴 ５０ 検出器スリーブ ５６，５８，６０ 止めねじ ６２ ＬＥＤスリーブ ６４，６６ フェルールアセンブリ ８６ 回路板 ９０ 本体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体と；前記本体の中に配設され且つ長
   手方向軸を有し、入力光を受取る入力光ファイバと；前
   記本体の中に配設され且つ長手方向軸を有し、前記入力
   光ファイバ及び整列している出力光ファイバと；本体に
   固着され、圧力が感知されないときは休止位置をとり、
   様々に異なるレベルの圧力が感知されたときにはたわみ
   位置をとる力応答ダイアフラムと；本体に固着された位
   置固定反射鏡と；位置固定反射鏡と共に、入力光ファイ
   バと出力光ファイバとの間の光路の中に配置され、入力
   光の少なくとも一部分を入力光ファイバから出力光ファ
   イバへ反射する移動自在の反射鏡と；移動自在の反射鏡
   がダイアフラムと共に移動し、ダイアフラムが中間たわ
   み位置にあるとき、ダイアフラムが休止位置にあるとき
   より多くの量の光が出力光ファイバへ反射されるよう
   に、移動自在の反射鏡をダイアフラムに固着する手段と
   を具備する圧力変換器。
2. 【請求項２】 本体と；本体の中に配設され且つ長手方
   向軸を有する入力光ファイバと；前記入力光ファイバに
   向かって入力光を発生する光源と；本体の中に配設され
   且つ長手方向軸を有する出力光ファイバと；本体に固着
   され、感知された圧力に応答してたわむ力応答ダイアフ
   ラムと；本体に固着された位置固定反射鏡と；位置固定
   反射鏡と共に、入力光ファイバと出力光ファイバとの間
   の光路の中に配置され、入力光の少なくとも一部分を入
   力光ファイバから出力光ファイバへ反射する移動自在の
   反射鏡と；移動自在の反射鏡がダイアフラムと共に移動
   するように移動自在の反射鏡をダイアフラムに固着し、
   反射される光の量がダイアフラムのたわみによって決ま
   るような手段と；前記光源により発生される光の量が一
   定のままであるように光源を監視し且つ制御する手段と
   を具備する圧力変換器。
3. 【請求項３】 本体と；前記本体の中に配設された入力
   光ファイバと；前記入力光ファイバに対して入力光を発
   生する光源と；前記本体の中に配設された出力光ファイ
   バと；前記本体に固着され、感知された圧力に応答して
   たわむ力応答ダイアフラムと；入力光ファイバと出力光
   ファイバとの間の光路の中に配設されて、入力光の少な
   くとも一部分を入力光ファイバから出力光ファイバへ反
   射し、反射される光の量がダイアフラムのたわみによっ
   て決まるような一対の反射鏡と；前記光源により発生さ
   れる光の量が一定のままであるように光源を監視し且つ
   制御する手段とを具備する圧力変換器。