JPH068724B2 - 光学的検出装置 - Google Patents
光学的検出装置Info
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- JPH068724B2 JPH068724B2 JP59267877A JP26787784A JPH068724B2 JP H068724 B2 JPH068724 B2 JP H068724B2 JP 59267877 A JP59267877 A JP 59267877A JP 26787784 A JP26787784 A JP 26787784A JP H068724 B2 JPH068724 B2 JP H068724B2
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光学的に圧力、温度の物理量を検出する光学
的検出装置に関する。
的検出装置に関する。
電気的手段による圧力あるいは温度測定装置は、その測
定信号を電気的な信号に変換して遠隔地へ伝送すること
が一般的である。そのため、この測定信号を伝送する途
中において、電気的な誘導雑音を受ける可能性が高い。
この点、光学的手段を用いた圧力あるいは温度測定装置
は、伝送路に光フアイバを用いることで遠隔測定が可能
となり、耐雑音性のある信号伝送が実現できる。
定信号を電気的な信号に変換して遠隔地へ伝送すること
が一般的である。そのため、この測定信号を伝送する途
中において、電気的な誘導雑音を受ける可能性が高い。
この点、光学的手段を用いた圧力あるいは温度測定装置
は、伝送路に光フアイバを用いることで遠隔測定が可能
となり、耐雑音性のある信号伝送が実現できる。
光学的手段として利用する光の性質には、光の強度、位
相、周波数および偏光がある。特に、光の強度変化を測
定する装置は、取り扱いが比較的簡単であり、また信号
処理が容易である点から、種々多数の測定方法および測
定装置に利用されている。しかしながら、一般に、光の
強度変化を利用する測定装置においては、圧力あるいは
温度の検出部以外での光量変化、例えば光フアイバを光
の伝送路とした場合の伝送損失変化による光量変化が測
定誤差の要因となる。この伝送損失変化が発生する原因
として、光フアイバの曲がりによつて臨界角より大なる
反射角を持つ伝送光の発生、あるいは光フアイバ全体の
振動によるマイクロベンドの発生等があり、これらは光
フアイバの伝送損失を変化させる。
相、周波数および偏光がある。特に、光の強度変化を測
定する装置は、取り扱いが比較的簡単であり、また信号
処理が容易である点から、種々多数の測定方法および測
定装置に利用されている。しかしながら、一般に、光の
強度変化を利用する測定装置においては、圧力あるいは
温度の検出部以外での光量変化、例えば光フアイバを光
の伝送路とした場合の伝送損失変化による光量変化が測
定誤差の要因となる。この伝送損失変化が発生する原因
として、光フアイバの曲がりによつて臨界角より大なる
反射角を持つ伝送光の発生、あるいは光フアイバ全体の
振動によるマイクロベンドの発生等があり、これらは光
フアイバの伝送損失を変化させる。
このようなことから、光フアイバを利用して光の強度変
化により圧力あるいは温度を測定する装置では、測定制
度を高めるために、伝送損失変化を小さくするか、伝送
損失変化を補償する必要がある。この光フアイバの伝送
損失変化の補償方式については、第２６回自動制御連合
講演会、昭和５８年１１月、ｐ．４３５に“光フアイバ
センサの基準パス検出法の改良と光圧力計の応用”と題
する文献において論じられている。前記の文献の中で述
べられている伝送損失補償方式の光圧力センサの補償回
路への適用例を第９図に示す。
化により圧力あるいは温度を測定する装置では、測定制
度を高めるために、伝送損失変化を小さくするか、伝送
損失変化を補償する必要がある。この光フアイバの伝送
損失変化の補償方式については、第２６回自動制御連合
講演会、昭和５８年１１月、ｐ．４３５に“光フアイバ
センサの基準パス検出法の改良と光圧力計の応用”と題
する文献において論じられている。前記の文献の中で述
べられている伝送損失補償方式の光圧力センサの補償回
路への適用例を第９図に示す。
第９図において、圧力センサ部は、送光フアイバ３，６
と受光フアイバ８，９と、これら４本の光フアイバ３，
６，８および９の端面と対向して配置された反射板を兼
ねるダイアフラム２２と、これらの位置関係を固定する
ハウジング２３から構成される。圧力センサ部における
送光フアイバ３，６からの光は、光フアイバとダイアフ
ラム２２との距離、すなわち圧力信号に対応した光量が
受光フアイバ８，９によりそれぞれ受光される。発光ダ
イオード１，４は、演算制御回路２０により制御される
駆動回路７，１０によつて駆動され、同一波長の光２，
５を発生する。受光ダイオード１５，１６が接続された
光電変換回路１７，１８は、受光フアイバ８，９からの
圧力信号１１，１２，１３および１４を受光電圧信号に
変換する。演算処理回路１９は、これらの受光電圧信号
に対し後述の演算をする。この演算結果は、演算制御回
路２０で補正され圧力表示回路２１にて表示される。
と受光フアイバ８，９と、これら４本の光フアイバ３，
６，８および９の端面と対向して配置された反射板を兼
ねるダイアフラム２２と、これらの位置関係を固定する
ハウジング２３から構成される。圧力センサ部における
送光フアイバ３，６からの光は、光フアイバとダイアフ
ラム２２との距離、すなわち圧力信号に対応した光量が
受光フアイバ８，９によりそれぞれ受光される。発光ダ
イオード１，４は、演算制御回路２０により制御される
駆動回路７，１０によつて駆動され、同一波長の光２，
５を発生する。受光ダイオード１５，１６が接続された
光電変換回路１７，１８は、受光フアイバ８，９からの
圧力信号１１，１２，１３および１４を受光電圧信号に
変換する。演算処理回路１９は、これらの受光電圧信号
に対し後述の演算をする。この演算結果は、演算制御回
路２０で補正され圧力表示回路２１にて表示される。
次に、この補償方式の原理について説明する。発光ダイ
オード１が発光したときの光電変換回路１７，１８の受
光電圧信号は、次式で表わされる。
オード１が発光したときの光電変換回路１７，１８の受
光電圧信号は、次式で表わされる。
Ｖ11＝Ｋ17・Ｐ11＝Ｋ17・Ｌ３・Ｌ3-9・Ｌ９・Ｐ２ ………(1) Ｖ12＝Ｋ18・Ｐ12＝Ｋ18・Ｌ３・Ｌ3-8・Ｌ８・Ｐ２ ………(2) また、発光ダイオード４が発光したときの受光電圧信号
は、同様にして次式で表わされる。
は、同様にして次式で表わされる。
Ｖ13＝Ｋ17・Ｐ13＝Ｋ17・Ｌ６・Ｌ6-9・Ｌ９・Ｐ５ ………(3) Ｖ14＝Ｋ18・Ｐ14＝Ｋ18・Ｌ６・Ｌ6-8・Ｌ８・Ｐ５ ………(4) ただし、Ｖｉ；圧力信号ｉによる受光電圧信号 Ｋｊ；光電変換回路ｊの変換係数 Ｐｉ；圧力信号光ｉの光量 Ｌｌ；光フアイバｌの伝送効率 Ｌm-a；光フアイバｍ，ｎ間の結合効率 Ｐｒ；発光ダイオード１，４の光ｒの光量 演算処理回路１９は、第(1)式、第(2)式、第(3)式およ
び第(4)式の受光電圧信号をそれぞれ記憶した後、次の
演算を行う。
び第(4)式の受光電圧信号をそれぞれ記憶した後、次の
演算を行う。
第(5)式の演算結果は、送光フアイバ３，６あるいは受
光フアイバ８，９の伝送損失の項を含まず、送光フアイ
バ３，６と受光フアイバ８，９との光の結合係数の関数
すなわち圧力のみの関数となる。また、第(5)式が定数
とならないためには、送光フアイバ３，６と受光フアイ
バ８，９との光の結合係数が異なる必要があるが、光フ
アイバ３，６，８および９を例えば第１０図に示すよう
に検出端面を対称配置することで第１１図の関係を得る
ことができ、第１１図の例えばＺ１〜Ｚ２の範囲（直線
部分）を圧力センサとして利用することにより正確な検
出を行いうる。しかしながら、以上の補償方式は、送受
光フアイバとして４本の光フアイバを必要とするため、
圧力センサ部の構造が複雑となる。
光フアイバ８，９の伝送損失の項を含まず、送光フアイ
バ３，６と受光フアイバ８，９との光の結合係数の関数
すなわち圧力のみの関数となる。また、第(5)式が定数
とならないためには、送光フアイバ３，６と受光フアイ
バ８，９との光の結合係数が異なる必要があるが、光フ
アイバ３，６，８および９を例えば第１０図に示すよう
に検出端面を対称配置することで第１１図の関係を得る
ことができ、第１１図の例えばＺ１〜Ｚ２の範囲（直線
部分）を圧力センサとして利用することにより正確な検
出を行いうる。しかしながら、以上の補償方式は、送受
光フアイバとして４本の光フアイバを必要とするため、
圧力センサ部の構造が複雑となる。
本発明は、光フアイバを利用して光の強度変化により圧
力や温度等の物理量を測定する場合において、使用する
光フアイバの本数を減らすとともに、装置構造を簡略化
しうる光学的検出装置を提供することを目的とする。
力や温度等の物理量を測定する場合において、使用する
光フアイバの本数を減らすとともに、装置構造を簡略化
しうる光学的検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は送光に用いる光フア
イバと受光に用いる光フアイバの種類を異ならせ、送光
フアイバと受光フアイバとの間の光の結合効率を光の進
行方向に応じて変えることにより光フアイバの伝送損失
の変化を補償するようにした点に特徴を有する。
イバと受光に用いる光フアイバの種類を異ならせ、送光
フアイバと受光フアイバとの間の光の結合効率を光の進
行方向に応じて変えることにより光フアイバの伝送損失
の変化を補償するようにした点に特徴を有する。
すなわち、本発明は、時分割的に駆動される第１の発光
源および第２の発光源と、 被測定物理量の変化に応じて後述する光フアイバの端面
との相対距離が変化する反射板を有する測定部と、 前記第１および第２の発光源と測定部との間に配され、
互に異なる光特性を有する第１、第２の光フアイバと、 前記第２の光源からの光であつて第２の光フアイバを介
して伝送され測定部で反射されたのち第１の光フアイバ
を介して伝送された第２の光を受光して電気信号に変換
する第１の光電変換部および前記第１の光源からの光で
あつて第１の光フアイバを介して伝送され測定部で反射
されたのち第２の光フアイバを介して伝送された第１の
光を受光して電気信号に変換する第２の光電変換部と、 前記第１の光源からの光を第１の光フアイバに導入し、
かつ第２の光源からの反射光を前記第１光電変換部に導
く第１の光分岐器および前記第２の光源からの光を第２
の光フアイバに導入し、かつ第１の光源からの反射光を
前記第２光電変換部に導く第２の光分岐器と、 前記第１の光電変換器と第２の光電変換器からの電気信
号の比を演算して前記被測定物理量を求める演算部と、
を備えた点に特徴を有する。
源および第２の発光源と、 被測定物理量の変化に応じて後述する光フアイバの端面
との相対距離が変化する反射板を有する測定部と、 前記第１および第２の発光源と測定部との間に配され、
互に異なる光特性を有する第１、第２の光フアイバと、 前記第２の光源からの光であつて第２の光フアイバを介
して伝送され測定部で反射されたのち第１の光フアイバ
を介して伝送された第２の光を受光して電気信号に変換
する第１の光電変換部および前記第１の光源からの光で
あつて第１の光フアイバを介して伝送され測定部で反射
されたのち第２の光フアイバを介して伝送された第１の
光を受光して電気信号に変換する第２の光電変換部と、 前記第１の光源からの光を第１の光フアイバに導入し、
かつ第２の光源からの反射光を前記第１光電変換部に導
く第１の光分岐器および前記第２の光源からの光を第２
の光フアイバに導入し、かつ第１の光源からの反射光を
前記第２光電変換部に導く第２の光分岐器と、 前記第１の光電変換器と第２の光電変換器からの電気信
号の比を演算して前記被測定物理量を求める演算部と、
を備えた点に特徴を有する。
この場合において、第１，第２の光フアイバは、コア
径、コア内部の屈折率分布または開口数のうち、少なく
ともいずれか一つを各光フアイバで異ならせることによ
り光特性を異ならせた点に特徴を有する。
径、コア内部の屈折率分布または開口数のうち、少なく
ともいずれか一つを各光フアイバで異ならせることによ
り光特性を異ならせた点に特徴を有する。
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
第１実施例 第１図は、本発明による光学的検出装置を光圧力センサ
に適用した場合の一実施例である。発光ダイオード１，
４は、駆動制御回路３４により制御される駆動回路７，
１０により駆動され、同一波長の出射光３０，３２を発
生する。発光ダイオード１からの出射光３０は、第１の
光分岐器２４およびロツドレンズ２６を介して第１の光
フアイバ２８に入射後、圧力センサ部へ伝送される。
に適用した場合の一実施例である。発光ダイオード１，
４は、駆動制御回路３４により制御される駆動回路７，
１０により駆動され、同一波長の出射光３０，３２を発
生する。発光ダイオード１からの出射光３０は、第１の
光分岐器２４およびロツドレンズ２６を介して第１の光
フアイバ２８に入射後、圧力センサ部へ伝送される。
圧力センサ部は、第１の光フアイバ２８と第２の光フア
イバ２９と、これらの光フアイバ２８，２９の検出端面
に対向して配置された反射板を兼ねるダイアフラム２２
と、これらの位置関係を固定するハウジング２３とから
構成される。
イバ２９と、これらの光フアイバ２８，２９の検出端面
に対向して配置された反射板を兼ねるダイアフラム２２
と、これらの位置関係を固定するハウジング２３とから
構成される。
圧力センサ部における第１の光フアイバ２８からの投射
光は、光フアイバ２８，２９とダイアフラム２２との距
離、すなわち圧力信号に対応した光量が第２の光フアイ
バ２９により受光される。第２の光フアイバ２９で受光
された光は再び伝送され、第２のロツドレンズ２７を通
過後第２の光分岐器２５で光の進行方向が変えられ、第
１の受光ダイオード１６１に圧力信号光３１として照射
され、第１の光電変換回路１８１により受光電圧信号に
変換される。同様にして、発光ダイオード４からの出射
光３２は、発光ダイオード１の出射光３０と逆の経路を
経て第１の光分岐器２４により光の進行方向を変えら
れ、第２の受光ダイオード１５１に圧力検出信号３３と
して照射され、第２の光電変換回路１７１により受光電
圧信号に変換される。これらの受光電圧信号は、演算処
理回路３５に入力される。
光は、光フアイバ２８，２９とダイアフラム２２との距
離、すなわち圧力信号に対応した光量が第２の光フアイ
バ２９により受光される。第２の光フアイバ２９で受光
された光は再び伝送され、第２のロツドレンズ２７を通
過後第２の光分岐器２５で光の進行方向が変えられ、第
１の受光ダイオード１６１に圧力信号光３１として照射
され、第１の光電変換回路１８１により受光電圧信号に
変換される。同様にして、発光ダイオード４からの出射
光３２は、発光ダイオード１の出射光３０と逆の経路を
経て第１の光分岐器２４により光の進行方向を変えら
れ、第２の受光ダイオード１５１に圧力検出信号３３と
して照射され、第２の光電変換回路１７１により受光電
圧信号に変換される。これらの受光電圧信号は、演算処
理回路３５に入力される。
演算処理回路３５では、後述の演算処理が実行され、マ
イクロコンピユータ３６によりその演算結果は補正され
る。マイクロコンピユータ３６は、駆動制御回路３４へ
の制御信号を出力し、間接的に駆動回路７，１０を制御
する。マイクロコンピユータ３６で補正された演算結果
は、圧力表示回路３７に表示される。
イクロコンピユータ３６によりその演算結果は補正され
る。マイクロコンピユータ３６は、駆動制御回路３４へ
の制御信号を出力し、間接的に駆動回路７，１０を制御
する。マイクロコンピユータ３６で補正された演算結果
は、圧力表示回路３７に表示される。
次に、演算処理回路３５の演算処理について説明する。
発光ダイオード１が発光した時、第１の光電変換回路１
８１の受光電圧信号は次式で表わされる。
発光ダイオード１が発光した時、第１の光電変換回路１
８１の受光電圧信号は次式で表わされる。
Ｖ31＝Ｋ181・Ｐ31＝Ｋ181・Ｌ28・Ｌ(28-29)・Ｌ29・Ｐ30………(6) また、発光ダイオード４が発光した時、第２の光電変換
回路１７１の受光電圧信号は、同様に次式で表わされ
る。
回路１７１の受光電圧信号は、同様に次式で表わされ
る。
Ｖ33＝Ｋ171・Ｐ33＝Ｋ171・Ｌ29・Ｌ(29-28)・Ｌ28・Ｐ32………(7) ただし、Ｖｉ；圧力信号ｉによる受光電圧信号 Ｋｊ；光電変換回路ｊの変換係数 Ｐｉ；圧力信号光ｉの光量 Ｌｌ；光フアイバｌの伝送効率 Ｌ(m-a)；光が光フアイバｍからｎへ進行するときの結
合効率 Ｐ30；光フアイバ２８への入射光３０の光量 Ｐ32；光フアイバ２９への入射光３２の光量 演算処理回路３５は、第(6)式および第(7)式の受光電圧
信号をそれぞれ記憶したのち、次の演算を行う。
合効率 Ｐ30；光フアイバ２８への入射光３０の光量 Ｐ32；光フアイバ２９への入射光３２の光量 演算処理回路３５は、第(6)式および第(7)式の受光電圧
信号をそれぞれ記憶したのち、次の演算を行う。
ここで 第(8)式の演算結果は、第１の光フアイバ２８の伝送損
失および第２の光フアイバ２９の伝送損失の項を含ま
ず、第１の光フアイバ２８と第２の光フアイバ２９との
間の結合効率の関数、すなわち圧力のみの関数となる。
また、第(8)式が定数とならないためには、光の進行方
向に応じて光フアイバ２８，２９間の結合効率Ｌ
(28-29)，Ｌ(29-28)が異なる必要がある。この条件を満
足するためには、例えばコア径，コア内部の屈折率分布
あるいは開口数が異なる２種類の光フアイバを第１の光
フアイバ２８、第２の光フアイバ２９として使用すれば
よい。
失および第２の光フアイバ２９の伝送損失の項を含ま
ず、第１の光フアイバ２８と第２の光フアイバ２９との
間の結合効率の関数、すなわち圧力のみの関数となる。
また、第(8)式が定数とならないためには、光の進行方
向に応じて光フアイバ２８，２９間の結合効率Ｌ
(28-29)，Ｌ(29-28)が異なる必要がある。この条件を満
足するためには、例えばコア径，コア内部の屈折率分布
あるいは開口数が異なる２種類の光フアイバを第１の光
フアイバ２８、第２の光フアイバ２９として使用すれば
よい。
圧力センサ部におけるこれらの種類が異なる光フアイバ
２８，２９から、反射板を兼ねたダイアフラム２２への
それぞれの出射光強度分布Ｉ１，Ｉ２は、例えば第２図
のようになる。すなわち、第１の光フアイバ２８と第２
の光フアイバ２９との種類を異ならせることによりダイ
アフラム２２における出射光強度分布Ｉ１，Ｉ２が異な
つてくる。その結果、光の進行方向に応じ、ダイアフラ
ム２２の反射を介した光フアイバ２８，２９の間の結合
効率Ｌ(28-29)，Ｌ(29-28)が異なり、必要とする結合効
率が得られる。したがつて、これらの種類が異なる第１
の光フアイバ２８と第２の光フアイバ２９を用いること
により、第３図の特性を有する光圧力センサを得ること
ができる。
２８，２９から、反射板を兼ねたダイアフラム２２への
それぞれの出射光強度分布Ｉ１，Ｉ２は、例えば第２図
のようになる。すなわち、第１の光フアイバ２８と第２
の光フアイバ２９との種類を異ならせることによりダイ
アフラム２２における出射光強度分布Ｉ１，Ｉ２が異な
つてくる。その結果、光の進行方向に応じ、ダイアフラ
ム２２の反射を介した光フアイバ２８，２９の間の結合
効率Ｌ(28-29)，Ｌ(29-28)が異なり、必要とする結合効
率が得られる。したがつて、これらの種類が異なる第１
の光フアイバ２８と第２の光フアイバ２９を用いること
により、第３図の特性を有する光圧力センサを得ること
ができる。
この光圧力センサにおいて、ダイアフラム２２に圧力が
加わると光フアイバ２８，２９とダイアフラム２２との
距離が変化し、光フアイバ２８，２９間の光の結合効率
が変化する。この結合効率の変化は、第(6)式および第
(7)式に示されるように受光電圧信号Ｖ31，Ｖ33の変化
となる。受光電圧信号Ｖ31，Ｖ33は、圧力および光フア
イバ２８，２９の伝送損失の関数であるが、演算処理回
路３５の演算結果である第(8)式は、発光ダイオード
１，４の出射光が一定の場合、圧力変化があるときのみ
（Ｖ31／Ｖ33）は変化する。したがつて、第３図の例え
ばＺ３〜Ｚ４の範囲を圧力センサの圧力検出範囲として
利用する。マイクロコンピユータ３６は、演算処理回路
３５の第(8)式の演算結果から、第３図の圧力と（Ｖ31
／Ｖ33）との関係に基づいて圧力を決定する。
加わると光フアイバ２８，２９とダイアフラム２２との
距離が変化し、光フアイバ２８，２９間の光の結合効率
が変化する。この結合効率の変化は、第(6)式および第
(7)式に示されるように受光電圧信号Ｖ31，Ｖ33の変化
となる。受光電圧信号Ｖ31，Ｖ33は、圧力および光フア
イバ２８，２９の伝送損失の関数であるが、演算処理回
路３５の演算結果である第(8)式は、発光ダイオード
１，４の出射光が一定の場合、圧力変化があるときのみ
（Ｖ31／Ｖ33）は変化する。したがつて、第３図の例え
ばＺ３〜Ｚ４の範囲を圧力センサの圧力検出範囲として
利用する。マイクロコンピユータ３６は、演算処理回路
３５の第(8)式の演算結果から、第３図の圧力と（Ｖ31
／Ｖ33）との関係に基づいて圧力を決定する。
以上のように、光フアイバを利用し、光の強度変化によ
り圧力を測定する光応用センサにおいて、光フアイバの
伝送損失変化に影響されることなく高精度な圧力の測定
が種類の異なる２本の光フアイバを用いることで実現で
き、これに伴つて圧力センサ部の構造の簡単化が図れ
る。また光フアイバの伝送損失変化は、光フアイバと光
フアイバとを接続する場合に使用する光コネクタの接続
損失をも含むと考えることができる。このため、光フア
イバを長距離にわたつて敷設する場合は、圧力センサ部
と発光ダイオード、受光ダイオードおよび光フアイバを
含む信号処理部とを分離することができ、信号処理部の
光フアイバと圧力センサ部の光フアイバとを必要に応じ
て光コネクタを用いて接続することが可能となる。した
がつて、この光コネクタによる接続点数も２点と少なく
て済み、光フアイバの取扱いが簡単となる。
り圧力を測定する光応用センサにおいて、光フアイバの
伝送損失変化に影響されることなく高精度な圧力の測定
が種類の異なる２本の光フアイバを用いることで実現で
き、これに伴つて圧力センサ部の構造の簡単化が図れ
る。また光フアイバの伝送損失変化は、光フアイバと光
フアイバとを接続する場合に使用する光コネクタの接続
損失をも含むと考えることができる。このため、光フア
イバを長距離にわたつて敷設する場合は、圧力センサ部
と発光ダイオード、受光ダイオードおよび光フアイバを
含む信号処理部とを分離することができ、信号処理部の
光フアイバと圧力センサ部の光フアイバとを必要に応じ
て光コネクタを用いて接続することが可能となる。した
がつて、この光コネクタによる接続点数も２点と少なく
て済み、光フアイバの取扱いが簡単となる。
第２の実施例 次に、本発明の第２の実施例を第４図に示す。この実施
例において、圧力センサ部は、第１の光フアイバ２８、
第２の光フアイバ２９、圧力が加わることにより変化す
るダイアフラム２２０、ダイアフラム２２０に取付けら
れた光の遮断板221およびこれらの位置関係を固定する
ハウジング２３０とから構成される。このような構成に
おいて、遮断板２２１の移動量すなわち圧力に対する光
電変換回路１７１，１８１から出力される受光電圧信号
の変化は、第５図のような特性になる。この特性上、例
えば、Ｚ５〜Ｚ６の範囲を圧力センサの圧力検出範囲と
して利用する。
例において、圧力センサ部は、第１の光フアイバ２８、
第２の光フアイバ２９、圧力が加わることにより変化す
るダイアフラム２２０、ダイアフラム２２０に取付けら
れた光の遮断板221およびこれらの位置関係を固定する
ハウジング２３０とから構成される。このような構成に
おいて、遮断板２２１の移動量すなわち圧力に対する光
電変換回路１７１，１８１から出力される受光電圧信号
の変化は、第５図のような特性になる。この特性上、例
えば、Ｚ５〜Ｚ６の範囲を圧力センサの圧力検出範囲と
して利用する。
発光ダイオード１，４の駆動回路７，１０は、駆動制御
回路３４により発光ダイオード１，４が時分割的に駆動
されるように制御される。発光ダイオード１，４を時分
割駆動とすることで、光分岐器２４，２５とロツドレン
ズ２６，２７との間の多重反射光、あるいは光分岐器２
４，２５と空気との間の屈折率の違いにより発生する反
射光が受光ダイオード１５１，１６１に照射され、圧力
信号による受光電圧信号に対する誤差信号となることを
防止できる。すなわち、例えば発光ダイオード１を駆動
した場合、多重反射光等が受光ダイオード１５１に照射
されるが、この多重反射光は圧力センサ信号ではないた
め使用せず、受光ダイオード１６１に照射される圧力信
号光３１を使用し、多重反射光の影響を避ける。
回路３４により発光ダイオード１，４が時分割的に駆動
されるように制御される。発光ダイオード１，４を時分
割駆動とすることで、光分岐器２４，２５とロツドレン
ズ２６，２７との間の多重反射光、あるいは光分岐器２
４，２５と空気との間の屈折率の違いにより発生する反
射光が受光ダイオード１５１，１６１に照射され、圧力
信号による受光電圧信号に対する誤差信号となることを
防止できる。すなわち、例えば発光ダイオード１を駆動
した場合、多重反射光等が受光ダイオード１５１に照射
されるが、この多重反射光は圧力センサ信号ではないた
め使用せず、受光ダイオード１６１に照射される圧力信
号光３１を使用し、多重反射光の影響を避ける。
第３の実施例 また、発光ダイオード１，４の出射光量の変動は、第
(8)式に示されるように圧力信号が変化しない場合にお
いても受光電圧信号の比（Ｖ31／Ｖ33）が変動すること
となり、圧力信号に対する測定誤差となる。そこで、第
６図に示すように第３の受光ダイオード４０および第３
の光電変換回路４１を設け、この光電変換回路４１から
の受光電圧信号を検出することで、発光ダイオード１，
４の出射光量の変動による測定誤差の影響を補償するこ
とができる。以下、第６図における受光電圧信号の処理
方法を考慮した第３の実施例について説明する。
(8)式に示されるように圧力信号が変化しない場合にお
いても受光電圧信号の比（Ｖ31／Ｖ33）が変動すること
となり、圧力信号に対する測定誤差となる。そこで、第
６図に示すように第３の受光ダイオード４０および第３
の光電変換回路４１を設け、この光電変換回路４１から
の受光電圧信号を検出することで、発光ダイオード１，
４の出射光量の変動による測定誤差の影響を補償するこ
とができる。以下、第６図における受光電圧信号の処理
方法を考慮した第３の実施例について説明する。
発光ダイオード１が発光したとき、第３の光電変換回路
４１の受光電圧信号は次式となる。
４１の受光電圧信号は次式となる。
Ｖ38＝Ｋ41・Ｐ38 ………(9) また、発光ダイオード４が発光したとき、第３の光電変
換回路４１の受光電圧信号は、同様に次式となる。
換回路４１の受光電圧信号は、同様に次式となる。
Ｖ39＝Ｋ41・Ｐ39 (10) 第(6)式、第(7)式、第(9)式および第(10)式から次の関
係が得られる。
係が得られる。
ただし、Ｖ38；第１の光分岐器２４からの分岐光３８に
よる受光電圧信号 Ｖ39；第２の光分岐器２５からの分岐光３９による受光
電圧信号 Ｋ41；第３の光電変換回路の変換係数 Ｐ38；光分岐器２４からの分岐光３８の光量 Ｐ39；光分岐器２５からの分岐光３９の光量 第(11)式において、（Ｐ30／Ｐ38）の項は第１の光分岐
器２４の分岐比であり、（Ｐ32／Ｐ39）の項は第２光分
岐器２５の分岐比であることからそれぞれ定数となる。
したがつて、第(11)式は発光ダイオード１，４の出射光
量の変動の影響を受けない。
よる受光電圧信号 Ｖ39；第２の光分岐器２５からの分岐光３９による受光
電圧信号 Ｋ41；第３の光電変換回路の変換係数 Ｐ38；光分岐器２４からの分岐光３８の光量 Ｐ39；光分岐器２５からの分岐光３９の光量 第(11)式において、（Ｐ30／Ｐ38）の項は第１の光分岐
器２４の分岐比であり、（Ｐ32／Ｐ39）の項は第２光分
岐器２５の分岐比であることからそれぞれ定数となる。
したがつて、第(11)式は発光ダイオード１，４の出射光
量の変動の影響を受けない。
第(11)式の演算の具体的処理の構成を第６図にて説明す
る。発光ダイオード１を発光したとき、第１の光電変換
回路１８１および第３の光電変換回路４１からのそれぞ
れの受光電圧信号Ｖ31，Ｖ38は除算回路４２に入力され
る。また発光ダイオード４を発光したとき、第２の光電
変換回路１７１および第３の光電変換回路４１からのそ
れぞれの受光電圧信号Ｖ33，Ｖ39は除算回路４２に入力
される。発光ダイオード１，４は時分割的に駆動するた
め、除算回路４２，４３の出力も時分割的に得られるこ
とから、除算回路４２，４３の出力はサンプルホールド
回路４４，４５にそれぞれ保持される。マイクロコンピ
ユータ４７は発光ダイオード１，４の駆動制御回路３４
に時分割駆動のための信号を出力するほか、サンプルホ
ールド回路４４，４５のセツト信号、リセツト信号を出
力し、除算回路４２，４３からの出力が得られた時点で
除算回路４６にサンプルホールド回路４４，４５からの
信号が出力されるよう制御する。除算回路４６からの出
力は、第(11)式の演算結果であり、マイクロコンピユー
タはこの演算結果から、第３図の関係に基づいてダイア
フラム２２に加わつている圧力を決定し、圧力表示回路
４８にて表示する。
る。発光ダイオード１を発光したとき、第１の光電変換
回路１８１および第３の光電変換回路４１からのそれぞ
れの受光電圧信号Ｖ31，Ｖ38は除算回路４２に入力され
る。また発光ダイオード４を発光したとき、第２の光電
変換回路１７１および第３の光電変換回路４１からのそ
れぞれの受光電圧信号Ｖ33，Ｖ39は除算回路４２に入力
される。発光ダイオード１，４は時分割的に駆動するた
め、除算回路４２，４３の出力も時分割的に得られるこ
とから、除算回路４２，４３の出力はサンプルホールド
回路４４，４５にそれぞれ保持される。マイクロコンピ
ユータ４７は発光ダイオード１，４の駆動制御回路３４
に時分割駆動のための信号を出力するほか、サンプルホ
ールド回路４４，４５のセツト信号、リセツト信号を出
力し、除算回路４２，４３からの出力が得られた時点で
除算回路４６にサンプルホールド回路４４，４５からの
信号が出力されるよう制御する。除算回路４６からの出
力は、第(11)式の演算結果であり、マイクロコンピユー
タはこの演算結果から、第３図の関係に基づいてダイア
フラム２２に加わつている圧力を決定し、圧力表示回路
４８にて表示する。
第４の実施例 次に、第１の光フアイバ２８と第２の光フアイバ２９と
の間の光の結合のみならず、発光ダイオード１を駆動し
た場合の圧力センサ部からの戻り光３１１、発光ダイオ
ード４を駆動した場合の圧力センサ部からの戻り光３１
１を利用して補償する第４の実施例について、第７図に
より説明する。
の間の光の結合のみならず、発光ダイオード１を駆動し
た場合の圧力センサ部からの戻り光３１１、発光ダイオ
ード４を駆動した場合の圧力センサ部からの戻り光３１
１を利用して補償する第４の実施例について、第７図に
より説明する。
発光ダイオード１が発光したとき得られた受光電圧信号
は、次式となる。
は、次式となる。
Ｖ311＝Ｋ171・Ｐ311＝Ｋ171・Ｌ2/28・Ｌ28-28・Ｐ30 ………(12) Ｖ31＝Ｋ181・Ｐ31＝Ｋ181・Ｌ28・Ｌ(28-29)・Ｌ29・Ｐ30………(6) また同様に発光ダイオード４が発光したとき得られた受
光電圧信号は、次式となる。
光電圧信号は、次式となる。
Ｖ331＝Ｋ181・Ｐ331＝Ｋ181・Ｌ2/29・Ｌ29-29・Ｐ32 ………(13) Ｖ33＝Ｋ171・Ｐ33＝Ｋ171・Ｌ29・Ｌ(29-28)・Ｌ28・Ｐ32………(7) 演算処理回路３５は、第(6)式、第(7)式、第(12)式およ
び第(13)式の受光電圧信号をそれぞれ記憶したのち、次
の演算をする。
び第(13)式の受光電圧信号をそれぞれ記憶したのち、次
の演算をする。
第(14)式は、第１の光フアイバ２８および第２の光フア
イバ２９の伝送損失の項を含まず、圧力のみの関数であ
る。また、第１の光フアイバ２８と第２の光フアイバ２
９との間の光の結合係数は光の進行方向にかかわらず同
じであつてもよく、例えばこの場合の各受光電圧信号は
第８図のようになり、（Ｚ７，Ｚ８）の範囲を圧力セン
サの圧力測定範囲に利用する。したがつて、演算処理回
路３５の第(14)式の演算結果から、第８図の圧力と（Ｖ
31・Ｖ33）／（Ｖ311・Ｖ331）との関係に基づいて圧力
を決定し、圧力表示回路３７にて表示する。
イバ２９の伝送損失の項を含まず、圧力のみの関数であ
る。また、第１の光フアイバ２８と第２の光フアイバ２
９との間の光の結合係数は光の進行方向にかかわらず同
じであつてもよく、例えばこの場合の各受光電圧信号は
第８図のようになり、（Ｚ７，Ｚ８）の範囲を圧力セン
サの圧力測定範囲に利用する。したがつて、演算処理回
路３５の第(14)式の演算結果から、第８図の圧力と（Ｖ
31・Ｖ33）／（Ｖ311・Ｖ331）との関係に基づいて圧力
を決定し、圧力表示回路３７にて表示する。
以上の実施例では、本発明を光圧力センサに適用した例
について説明したが、例えば圧力検出のためのダイアフ
ラムを温度検出のためのバイメタルとすることで光温度
センサとすることができる。また変位、歪み等の測定に
本発明を適用できることは、当業者にとつては明らかで
ある。
について説明したが、例えば圧力検出のためのダイアフ
ラムを温度検出のためのバイメタルとすることで光温度
センサとすることができる。また変位、歪み等の測定に
本発明を適用できることは、当業者にとつては明らかで
ある。
本発明によれば、光フアイバを利用し光の強度変化によ
り、圧力、温度および歪み等を測定する光応用センサに
おいて、光フアイバの間の光の結合効率が、光の進行方
向に応じて変わる２本の種類が異なる光フアイバを使用
することにより光フアイバの伝送損失の変化に対し圧
力、温度および歪み等の測定値が影響を受けないため、
高精度な測定が可能となる。また、圧力あるいは温度等
のセンサ部に格別な構成を用いることが不要となり、構
成を簡素化しうる。
り、圧力、温度および歪み等を測定する光応用センサに
おいて、光フアイバの間の光の結合効率が、光の進行方
向に応じて変わる２本の種類が異なる光フアイバを使用
することにより光フアイバの伝送損失の変化に対し圧
力、温度および歪み等の測定値が影響を受けないため、
高精度な測定が可能となる。また、圧力あるいは温度等
のセンサ部に格別な構成を用いることが不要となり、構
成を簡素化しうる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第２図は
本発明に用いる光フアイバの出射光強度分布を示した特
性図、第３図は第１図における受光電圧信号の変化を示
した特性図、第４図は本発明の第２の実施例を示すブロ
ツク図、第５図は第４図の実施例における受光電圧信号
の変化を示した特性図、第６図は本発明の第３の実施例
を示すブロツク図、第７図は本発明の第４の実施例を示
すブロツク図、第８図は第７図の実施例における受光電
圧信号の変化を示した特性図、第９図は従来の光学的検
出装置の例を示すブロツク図、第１０図は従来のセンサ
部における光フアイバの配置例を示す図、第１１図は第
９図における受光電圧信号の変化を示す特性図である。 １，４…発光ダイオード、３，６，８，９，２８，２９
…光フアイバ、７，１０…駆動回路、１５，１６，４０
…受光ダイオード、２２，２２０…ダイアフラム、１
７，１８，１７１，１８１，４１…光電変換回路、２０
…演算制御回路、２１，３７…圧力表示回路、２４，２
５…光分岐器、３４…駆動制御回路、３５…演算制御回
路、３６…マイクロコンピユータ、４２，４３，４６…
除算回路、４４，４５…サンプルホールド回路。
本発明に用いる光フアイバの出射光強度分布を示した特
性図、第３図は第１図における受光電圧信号の変化を示
した特性図、第４図は本発明の第２の実施例を示すブロ
ツク図、第５図は第４図の実施例における受光電圧信号
の変化を示した特性図、第６図は本発明の第３の実施例
を示すブロツク図、第７図は本発明の第４の実施例を示
すブロツク図、第８図は第７図の実施例における受光電
圧信号の変化を示した特性図、第９図は従来の光学的検
出装置の例を示すブロツク図、第１０図は従来のセンサ
部における光フアイバの配置例を示す図、第１１図は第
９図における受光電圧信号の変化を示す特性図である。 １，４…発光ダイオード、３，６，８，９，２８，２９
…光フアイバ、７，１０…駆動回路、１５，１６，４０
…受光ダイオード、２２，２２０…ダイアフラム、１
７，１８，１７１，１８１，４１…光電変換回路、２０
…演算制御回路、２１，３７…圧力表示回路、２４，２
５…光分岐器、３４…駆動制御回路、３５…演算制御回
路、３６…マイクロコンピユータ、４２，４３，４６…
除算回路、４４，４５…サンプルホールド回路。
Claims (2)
- 【請求項１】時分割的に駆動される第１の発光源および
第２の発光源と、 被測定物理量の変化に応じて後述する光フアイバの端面
との相対距離が変化する反射板を有する測定部と、 前記第１および第２の発光源と測定部との間に配され、
互に異なる光特性を有する第１、第２の光フアイバと、 前記第２の光源からの光であつて第２の光フアイバを介
して伝送され測定部で反射されたのち第１の光フアイバ
を介して伝送された第２の光を受光して電気信号に変換
する第１の光電変換部および前記第１の光源からの光で
あつて第１の光フアイバを介して伝送され測定部で反射
されたのち第２の光フアイバを介して伝送された第１の
光を受光して電気信号に変換する第２の光電変換部と、 前記第１の光源からの光を第１の光フアイバに導入し、
かつ第２の光源からの反射光を前記第１光電変換部に導
く第１の光分岐器および前記第２の光源からの光を第２
の光フアイバに導入し、かつ第１の光源からの反射光を
前記第２光電変換部に導く第２の光分岐器と、 前記第１の光電変換器と第２の光電変換器からの電気信
号の比を演算して前記被測定物理量を求める演算部と、
を備えたことを特徴とする光学的検出装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、第１，第２の光フアイバは、コア径、コア内部の屈
折率分布または開口数のうち、少なくともいずれか一つ
を各光フアイバで異ならせることにより光特性を異なら
せたことを特徴とする光学的検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59267877A JPH068724B2 (ja) | 1984-12-19 | 1984-12-19 | 光学的検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59267877A JPH068724B2 (ja) | 1984-12-19 | 1984-12-19 | 光学的検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61145403A JPS61145403A (ja) | 1986-07-03 |
| JPH068724B2 true JPH068724B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=17450866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59267877A Expired - Lifetime JPH068724B2 (ja) | 1984-12-19 | 1984-12-19 | 光学的検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH068724B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7465916B2 (en) | 2006-10-19 | 2008-12-16 | Fujikura Ltd. | Optical detection sensor |
| US7615736B2 (en) | 2007-05-31 | 2009-11-10 | Fujikura Ltd. | Optical sensor |
| WO2010103999A1 (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-16 | 株式会社山武 | 蛍光温度センサ |
| US8934739B2 (en) | 2010-08-06 | 2015-01-13 | Fujikura Ltd. | Sensor head and optical sensor |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5113070A (en) * | 1991-03-29 | 1992-05-12 | Abb Vetco Gray Inc. | Temperature compensator for an optic fiber pressure transducer |
| JP2007003274A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Ritsumeikan | アナログセンサとこれを用いたセンサ装置、駆動装置及びロボット |
| US20160139337A1 (en) * | 2013-10-17 | 2016-05-19 | Ofs Fitel, Llc | Dual-Ended Optical Fiber Pathway |
-
1984
- 1984-12-19 JP JP59267877A patent/JPH068724B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7465916B2 (en) | 2006-10-19 | 2008-12-16 | Fujikura Ltd. | Optical detection sensor |
| US7615736B2 (en) | 2007-05-31 | 2009-11-10 | Fujikura Ltd. | Optical sensor |
| WO2010103999A1 (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-16 | 株式会社山武 | 蛍光温度センサ |
| US8934739B2 (en) | 2010-08-06 | 2015-01-13 | Fujikura Ltd. | Sensor head and optical sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61145403A (ja) | 1986-07-03 |
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