JPS6190032A - 圧力測定装置 - Google Patents
圧力測定装置Info
- Publication number
- JPS6190032A JPS6190032A JP21218784A JP21218784A JPS6190032A JP S6190032 A JPS6190032 A JP S6190032A JP 21218784 A JP21218784 A JP 21218784A JP 21218784 A JP21218784 A JP 21218784A JP S6190032 A JPS6190032 A JP S6190032A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- light
- semiconductor
- cdingas4
- photodetector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は化合物半導体を用いて圧力を測定する光学式圧
力測定装置に関する。
力測定装置に関する。
従来光学的な圧力測定装置として大別して次の二つの方
式が用いられている。
式が用いられている。
１）圧力による光の散乱量の変化を利用する。
２）圧力による光の干渉の変化を利用する。
これらのうち、１）の光散乱量変化を利用した光学式圧
力測定装置は何針ばコリステリック液晶とネマチック液
晶の混合液からなる液晶の圧力による光散乱量の変化を
用いるのが一般的であるがこの方式は温度依存性による
影響が太きいために好ましくない。一方２）の光干渉の
変化を利用した光学式圧力測定装置は光ファイバーの有
する干渉特性の圧力変化から圧力を測定するものである
がこの方式は圧力変化に対して求められる圧力が精度よ
く得られず、しかも振動などの外乱によって干渉が乱さ
れるために、特殊な偏波保存ファイバを使用しなければ
ならないという点で不都合である。
力測定装置は何針ばコリステリック液晶とネマチック液
晶の混合液からなる液晶の圧力による光散乱量の変化を
用いるのが一般的であるがこの方式は温度依存性による
影響が太きいために好ましくない。一方２）の光干渉の
変化を利用した光学式圧力測定装置は光ファイバーの有
する干渉特性の圧力変化から圧力を測定するものである
がこの方式は圧力変化に対して求められる圧力が精度よ
く得られず、しかも振動などの外乱によって干渉が乱さ
れるために、特殊な偏波保存ファイバを使用しなければ
ならないという点で不都合である。
これに対して例えばＧａＡｓ 、 ＧａＰなと周知の化
合物半導体を用いてこれらの光透過強度が圧力変化に対
応して変化することを利用した圧力測定装置も知られて
いるが、これら化合物半導体結晶は高温において例えば
１００℃程度以上になると表面の変化に伴って化学量論
的組成比のずれを生ずるために、不安定で測定の再現性
に乏しいという欠点をもっている。
合物半導体を用いてこれらの光透過強度が圧力変化に対
応して変化することを利用した圧力測定装置も知られて
いるが、これら化合物半導体結晶は高温において例えば
１００℃程度以上になると表面の変化に伴って化学量論
的組成比のずれを生ずるために、不安定で測定の再現性
に乏しいという欠点をもっている。
以上のことからこの種の光学式圧力測定装置は一般に使
用可能な圧力を広範囲に選ぶことができ、使用圧力範囲
において長期間にわたって測定の信頼性が確保されると
ともに、高温における圧力測定が再現性よく行なわれる
ことが望まれる。
用可能な圧力を広範囲に選ぶことができ、使用圧力範囲
において長期間にわたって測定の信頼性が確保されると
ともに、高温における圧力測定が再現性よく行なわれる
ことが望まれる。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は広範囲な圧力測定が高温まで高い信頼性をもって可
能な光学式圧力測定装置を提供することＫある。
的は広範囲な圧力測定が高温まで高い信頼性をもって可
能な光学式圧力測定装置を提供することＫある。
本発明は光吸収の圧力依存性を利用したものであり、圧
力検出素子として４元化合物半導体ＣｄＩｎＧａ５４を
使用することにより達成され、高温まで安定でしかも信
頼性の高い圧力測定が可能な光学式圧力測定装置である
。
力検出素子として４元化合物半導体ＣｄＩｎＧａ５４を
使用することにより達成され、高温まで安定でしかも信
頼性の高い圧力測定が可能な光学式圧力測定装置である
。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
１ まず本発明者は上記目的に適う光学式圧力測
定装置の圧力検出素子として用いる光学結晶について種
々検討を加えた結果、４元化合物半導体ＣｄＩｎＧａＳ
４が最も合目的であるとの結論を得た。このＣｄＩｎＧ
ａＳ４ は通常のブリッジマン法により容易に良質の
層状単結晶を得ることができ、また簡単な気相成長法を
用いても光学的に均一な層状単結晶が得られるが、気相
成長法によれば結晶の膜厚を任意にコントロールするこ
とができるだけでなく、得られた結晶は表面を研磨加工
することなく、所定の圧力検出素子として使用できると
いう利点をもっている。
定装置の圧力検出素子として用いる光学結晶について種
々検討を加えた結果、４元化合物半導体ＣｄＩｎＧａＳ
４が最も合目的であるとの結論を得た。このＣｄＩｎＧ
ａＳ４ は通常のブリッジマン法により容易に良質の
層状単結晶を得ることができ、また簡単な気相成長法を
用いても光学的に均一な層状単結晶が得られるが、気相
成長法によれば結晶の膜厚を任意にコントロールするこ
とができるだけでなく、得られた結晶は表面を研磨加工
することなく、所定の圧力検出素子として使用できると
いう利点をもっている。
次に４元化合物半導体ＣｄＩｎＧａ５４の光学的特性を
第１図、第２図に示す。第１図はＣｄＩｎＧａＳ４の光
吸収係数αの圧力依存性を圧力Ｐをパラメータとして光
子エネルギー五ωの変化で表わした線図である。図から
ある圧力Ｐにおいて２ｇ（Ｐ） ＝ １．２４／Ｅｇ
（Ｐ）に対応する波長λｇ（Ｐ）を吸収端として２ｇ（
Ｐ）より短かい波長域すなわち光子エネルギー五ωが大
きくなる領域の元に対して急激に光吸収係数αが増大し
、ＣｄＩｎＧａ５４の光吸収領域は可視光頭載であって
圧力Ｐが増大するにつれて吸収端λｇ（Ｐ）は短波長側
に移行することがわかる。第１図の矢印は圧力Ｐの増大
する方向を表わしている。
第１図、第２図に示す。第１図はＣｄＩｎＧａＳ４の光
吸収係数αの圧力依存性を圧力Ｐをパラメータとして光
子エネルギー五ωの変化で表わした線図である。図から
ある圧力Ｐにおいて２ｇ（Ｐ） ＝ １．２４／Ｅｇ
（Ｐ）に対応する波長λｇ（Ｐ）を吸収端として２ｇ（
Ｐ）より短かい波長域すなわち光子エネルギー五ωが大
きくなる領域の元に対して急激に光吸収係数αが増大し
、ＣｄＩｎＧａ５４の光吸収領域は可視光頭載であって
圧力Ｐが増大するにつれて吸収端λｇ（Ｐ）は短波長側
に移行することがわかる。第１図の矢印は圧力Ｐの増大
する方向を表わしている。
ＣｄＩｎＧａ５４の光吸収係数αの圧力依存性は光吸収
係数αの変化から求められるエネルギーギャップＥｇと
圧力変化との関係を示した第２図の線図に対応する。第
２図かられかるように本発明の装置に適用されるＣｄＩ
ｎＧａＳ４は４０Ｋｂａｒまでの圧力に対し直線的にエ
ネルギーギャップＥｇが変化する。
係数αの変化から求められるエネルギーギャップＥｇと
圧力変化との関係を示した第２図の線図に対応する。第
２図かられかるように本発明の装置に適用されるＣｄＩ
ｎＧａＳ４は４０Ｋｂａｒまでの圧力に対し直線的にエ
ネルギーギャップＥｇが変化する。
そのエネルギーギャップＥｇの圧力変化率は約６，４Ｘ
１Ｏ−３ｅＶｈｂａｒ であって中領域圧力の精密
測定が可能となる。
１Ｏ−３ｅＶｈｂａｒ であって中領域圧力の精密
測定が可能となる。
さらにＣｄＩｎＧａ５４結晶は５００”０以上の高温に
おいても酸化されることなく光吸収性に対して変動を示
すことがないから、長期間の使用に対して安定性を保持
することができ高温下の圧力測定用検出素子として用い
るのに適している。
おいても酸化されることなく光吸収性に対して変動を示
すことがないから、長期間の使用に対して安定性を保持
することができ高温下の圧力測定用検出素子として用い
るのに適している。
第３図は本発明によるＣｄＩｎＧａＳ４を圧力検出素子
として用いた透過型の光学式圧力測定装置を説明するた
めの概略構成図であり、光の経路および電気信号経路を
矢印で表わしである。第３図において光源１から出射し
た元は光ファイバー２を経て４元化合物半導体ＣｄＩｎ
Ｇａ５４からなる圧力検出素子３に入射する。この圧力
検出素子３に測定すべ縫圧力が負荷される。この際広い
圧力領域の測定には光源１として白色光を用いればよく
、また光源１の出射部にフィルターを挿入することによ
り任意の測定圧力範囲を設定することも可能である。
として用いた透過型の光学式圧力測定装置を説明するた
めの概略構成図であり、光の経路および電気信号経路を
矢印で表わしである。第３図において光源１から出射し
た元は光ファイバー２を経て４元化合物半導体ＣｄＩｎ
Ｇａ５４からなる圧力検出素子３に入射する。この圧力
検出素子３に測定すべ縫圧力が負荷される。この際広い
圧力領域の測定には光源１として白色光を用いればよく
、また光源１の出射部にフィルターを挿入することによ
り任意の測定圧力範囲を設定することも可能である。
さらに光源１１Ｃ発光ダイオードや半導体レーザーを使
用することで狭い圧力領域の精密測定を行うこともでき
る。圧力検出素子３を透過した光は元ファイバー加を経
て受光器４で受光される。同時に光源１の変動を補償す
るため光源１からの光を別途に設けた受光器５により直
接受け、その出力と受光器４における出力との比を信号
処理部６で求める。さらに信号処理部６ではその出力信
号を圧力に変換し、圧力表示部７において測定圧力値が
表示される。
用することで狭い圧力領域の精密測定を行うこともでき
る。圧力検出素子３を透過した光は元ファイバー加を経
て受光器４で受光される。同時に光源１の変動を補償す
るため光源１からの光を別途に設けた受光器５により直
接受け、その出力と受光器４における出力との比を信号
処理部６で求める。さらに信号処理部６ではその出力信
号を圧力に変換し、圧力表示部７において測定圧力値が
表示される。
第４図は第３図とは異なる実施例を説明するための反射
型の光学式圧力測定装置の概略構成図であり、第３図と
同様に光の経路および電気信号経路を矢印で示し、また
第３図と共通部分は同−符号をもって表わしである。第
４図がＭ３図と異なる点は光源１から受光器４に至る光
の経路の途中圧力検出素子３の前にビームスプリッタ−
８を置き、さらに圧力検出素子３に設けられた反射膜３
０により反射された光を受光器４で受けるようにしであ
ることである。すなわち、第４図において光源１から出
射した光は光ファイバー２．ビームスプリッタ−８およ
び光ファイバー２０を経て４元化合物半導体ＣｄＩｎＧ
ａ５４圧力検出素子３に入射し、圧力検出素子３の一面
に設けられた反射膜（資）により反射された光が再び圧
力検出素子３および光ファイバー加を通り、ビームスプ
リッタ−８で反射され光ファイバー２１を経て受光器４
で受光される。
型の光学式圧力測定装置の概略構成図であり、第３図と
同様に光の経路および電気信号経路を矢印で示し、また
第３図と共通部分は同−符号をもって表わしである。第
４図がＭ３図と異なる点は光源１から受光器４に至る光
の経路の途中圧力検出素子３の前にビームスプリッタ−
８を置き、さらに圧力検出素子３に設けられた反射膜３
０により反射された光を受光器４で受けるようにしであ
ることである。すなわち、第４図において光源１から出
射した光は光ファイバー２．ビームスプリッタ−８およ
び光ファイバー２０を経て４元化合物半導体ＣｄＩｎＧ
ａ５４圧力検出素子３に入射し、圧力検出素子３の一面
に設けられた反射膜（資）により反射された光が再び圧
力検出素子３および光ファイバー加を通り、ビームスプ
リッタ−８で反射され光ファイバー２１を経て受光器４
で受光される。
光源変動を補償するための処理は第３図に示した透過型
の場合と同様に受光器５．信号処理部６を経て、圧力に
変換され最後に圧力表示部７に測定・ 値が表示され
る。
の場合と同様に受光器５．信号処理部６を経て、圧力に
変換され最後に圧力表示部７に測定・ 値が表示され
る。
以北のように本発明によるＣｄＩｎＧａ５４結晶を用い
た光学式圧力測定装置は光透過型にも光反射型にも適し
ており、いずわを用いるかは測定対象によって決めれば
よいが、これらの装置は光を利用しているために無誘導
性であり高速伝送ができ、しかも高電圧下、危険物下、
腐食性環境下などにおいても圧力の計測が可能となるな
ど元の持つ長所を十分に活用した圧力測定装置というこ
とができるものである。
た光学式圧力測定装置は光透過型にも光反射型にも適し
ており、いずわを用いるかは測定対象によって決めれば
よいが、これらの装置は光を利用しているために無誘導
性であり高速伝送ができ、しかも高電圧下、危険物下、
腐食性環境下などにおいても圧力の計測が可能となるな
ど元の持つ長所を十分に活用した圧力測定装置というこ
とができるものである。
以上実施例で説明したように、本発明の光学式圧力測定
装置は圧力の大きさに対応して圧力検出素子の光透過強
度が変化することを利用したものであって圧力検出素子
としてとくに４元化合物半導体ＣｄＩｎＧａ５４の単結
晶を用いたために次のような効果が得られる。
装置は圧力の大きさに対応して圧力検出素子の光透過強
度が変化することを利用したものであって圧力検出素子
としてとくに４元化合物半導体ＣｄＩｎＧａ５４の単結
晶を用いたために次のような効果が得られる。
１ ） ＣｄＩｎＧａＳ４化合物は気相成長法により良
好な平面度をもった光学的に均一な箔状羊結晶として育
成することができるので研磨加工を必要とせず圧力検出
素子の作製が容易なために、透過型２反射型のいずれに
も適用されて安価な装置とすることができ、広い圧力範
囲の測定が可能である。
好な平面度をもった光学的に均一な箔状羊結晶として育
成することができるので研磨加工を必要とせず圧力検出
素子の作製が容易なために、透過型２反射型のいずれに
も適用されて安価な装置とすることができ、広い圧力範
囲の測定が可能である。
２ ） ＣｄＩｎＧａＳ４ 圧力検出素子は５００°Ｃ
以上で特性が変化することのない安定な化合物であるか
ら、従来よく知られた化合物半導体例えばＧａＡｇやＧ
ａＰなどでは実現することのできない高温下においても
、長期間にわたり素子が劣化することなく、良好な再現
性、高度の信頼性を有する測定値が得られる。
以上で特性が変化することのない安定な化合物であるか
ら、従来よく知られた化合物半導体例えばＧａＡｇやＧ
ａＰなどでは実現することのできない高温下においても
、長期間にわたり素子が劣化することなく、良好な再現
性、高度の信頼性を有する測定値が得られる。
第１図は４元化合物半導体ＣｄＩｎＧａＳ４の光吸収係
数の圧力依存性を示す線図、第２図は同じく光吸収端エ
ネルギーギヤ、プの圧力依存性を示す線図、第３図は本
発明による透過型の圧力測定＠置の概略構成図、第４図
は同じく反射型の圧力測定装置の概略構成図である。 １・・・光源、２ 、２０ 、２１・・・元ファイバー
、３・・・圧力検出素子、４，５・・・受光器、６・・
・信号処理部、７・・・圧力表示部、８・・・ビームス
プリッタ−０２．５ ２．７ ２．ｑ ３
．ｆ′Ｌ子工キルギ−’１ｗ ＣｔＶ） 才１ 口 Ｏｔｏ ２０ ３０ ４θ圧 力
Ｐ （Ｋｂσｒ） ？２ 図
数の圧力依存性を示す線図、第２図は同じく光吸収端エ
ネルギーギヤ、プの圧力依存性を示す線図、第３図は本
発明による透過型の圧力測定＠置の概略構成図、第４図
は同じく反射型の圧力測定装置の概略構成図である。 １・・・光源、２ 、２０ 、２１・・・元ファイバー
、３・・・圧力検出素子、４，５・・・受光器、６・・
・信号処理部、７・・・圧力表示部、８・・・ビームス
プリッタ−０２．５ ２．７ ２．ｑ ３
．ｆ′Ｌ子工キルギ−’１ｗ ＣｔＶ） 才１ 口 Ｏｔｏ ２０ ３０ ４θ圧 力
Ｐ （Ｋｂσｒ） ？２ 図
Claims (1)
- １）光源と受光器との間を光の吸収が圧力により変化す
る圧力検出素子を介在させて光ファイバーで連結するこ
とにより光経路が形成された圧力測定装置において、前
記圧力検出素子としてＣｄＩｎＧａＳ４単結晶を用いた
ことを特徴とする圧力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21218784A JPS6190032A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 圧力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21218784A JPS6190032A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 圧力測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6190032A true JPS6190032A (ja) | 1986-05-08 |
Family
ID=16618364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21218784A Pending JPS6190032A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 圧力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6190032A (ja) |
-
1984
- 1984-10-09 JP JP21218784A patent/JPS6190032A/ja active Pending
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