JPS6190033A - 光学式圧力測定装置 - Google Patents
光学式圧力測定装置Info
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- JPS6190033A JPS6190033A JP21218884A JP21218884A JPS6190033A JP S6190033 A JPS6190033 A JP S6190033A JP 21218884 A JP21218884 A JP 21218884A JP 21218884 A JP21218884 A JP 21218884A JP S6190033 A JPS6190033 A JP S6190033A
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- 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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- 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＠ 〔従来技術とその問題点〕 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。
力測定装置に関する＠ 〔従来技術とその問題点〕 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。
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
力測定装置は例えばコリステリック液晶とネ１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
る影響が大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測定圧力
が精度よく得られず、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ーを使用しなけ
ればならないという点で不都合である。
力測定装置は例えばコリステリック液晶とネ１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
る影響が大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測定圧力
が精度よく得られず、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ーを使用しなけ
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 、 ＩｎＰなどＩ−Ｖ族
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。
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。
例えばＧａＡ＠、 ＧａＰ 、 Ｇａｒｂなどｇ（Ｇａ
）−Ｖ族化合物半導体およびＩｎＡｓ 、 ＩｎＰ
、 Ｉｎ８ｂなど■（Ｉｎ）−Ｖ族化合物半導体はある
圧力Ｐにおいて、２ｇ （Ｐ ） ＝ １．２４／Ｂｇ
（Ｐ） Ｋ対応する波長λｇ （Ｐ）を吸収端として
、２ｇ（Ｐ）より短かい波長域の光に対して光吸収係数
αが急激に増大し、光吸収領域は圧力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知ら
れており、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は圧力Ｐの増大に対して直線的に犬とな
る関係をもっている。
）−Ｖ族化合物半導体およびＩｎＡｓ 、 ＩｎＰ
、 Ｉｎ８ｂなど■（Ｉｎ）−Ｖ族化合物半導体はある
圧力Ｐにおいて、２ｇ （Ｐ ） ＝ １．２４／Ｂｇ
（Ｐ） Ｋ対応する波長λｇ （Ｐ）を吸収端として
、２ｇ（Ｐ）より短かい波長域の光に対して光吸収係数
αが急激に増大し、光吸収領域は圧力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知ら
れており、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は圧力Ｐの増大に対して直線的に犬とな
る関係をもっている。
第１表はこれら電−ｖ族化合物半導体のエネルギーギャ
ップＢｇの圧力変化率（ｄＥｇ／ｄＰ ）を示したもの
である。
ップＢｇの圧力変化率（ｄＥｇ／ｄＰ ）を示したもの
である。
第 １ 表
以上のことから、これら化合物半導体を用いて光透過強
度の圧力依存性を利用した圧力測定値には、例えば第４
図、第５図に示すものがある。
度の圧力依存性を利用した圧力測定値には、例えば第４
図、第５図に示すものがある。
第４図は上記化合物半導体のいずれかを圧力検出素子と
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
印で示しである。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を経て化合物半導体からなる圧力検
出素子３に入射する。この圧力検出素子３に測定すべき
圧力が負荷される。圧力検出素子３を透過した光は、光
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に、光源１からの光を別途設け
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。
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
印で示しである。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を経て化合物半導体からなる圧力検
出素子３に入射する。この圧力検出素子３に測定すべき
圧力が負荷される。圧力検出素子３を透過した光は、光
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に、光源１からの光を別途設け
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５図は反射型の光学式圧力測定装置の概略構成図を示
したものであり、第４図と共通部分は同一符号で表わし
である。第５図が第４図と異なる点は、光源ｌ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の一面
に設けられた反射膜３０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５図
において光源１から出射した光は光フアイバー２１ビー
ムスプリツタ−８および光ファイバー加を経て圧力検出
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３０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。
したものであり、第４図と共通部分は同一符号で表わし
である。第５図が第４図と異なる点は、光源ｌ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の一面
に設けられた反射膜３０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５図
において光源１から出射した光は光フアイバー２１ビー
ムスプリツタ−８および光ファイバー加を経て圧力検出
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３０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４図に示した透過
型の場合と同様に行なわれ、光源１からの出射光が受光
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。
型の場合と同様に行なわれ、光源１からの出射光が受光
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。
しかしながら、これらの光透過方式の圧力測定装置は圧
力変化を光強度変化に変換しているために１例えばノイ
ズ、電圧変動、長期的ドリフトなど外部から付加される
変動要因の影響を直接受けやすく、測定値の精度が屡々
問題となる。そのため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、高精度な測定値の得られることが望ま
しい。
力変化を光強度変化に変換しているために１例えばノイ
ズ、電圧変動、長期的ドリフトなど外部から付加される
変動要因の影響を直接受けやすく、測定値の精度が屡々
問題となる。そのため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、高精度な測定値の得られることが望ま
しい。
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外的変動を受けることなく、高
精度、高感度の測定値を得ることができる光学式圧力測
定装置を提供することにある。
的は広範囲な圧力測定が外的変動を受けることなく、高
精度、高感度の測定値を得ることができる光学式圧力測
定装置を提供することにある。
本発明は光吸収の圧力依存性を利用し、圧力検出素子に
化合物半導体を用い、圧力変化を光透過強度に変換する
のではなく、光吸収波長を直接読みとり圧力に変換する
ことによって、高精度、高感度の測定を可能とした光学
式圧力測定装置である。
化合物半導体を用い、圧力変化を光透過強度に変換する
のではなく、光吸収波長を直接読みとり圧力に変換する
ことによって、高精度、高感度の測定を可能とした光学
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。
第１図は本発明の適用される光透過型の圧力測定装置を
第４図に做って概略構成図で示したものであり、第４図
と共通部分は同一符号で表わしである。第１図中の矢印
は光および電気信号経路である。＠１図が第４図と異な
る主な膚は、圧力検出素子３と受光器４との間の分波器
９と分波器９から光が伝達される分光器ｌＯが設けられ
ていることである。すなわち、第１図の圧力測定装置で
は光源１から出射した光が元ファイバー２を経て、例え
ば前記したＩ−Ｖ族化合物半導体からなる測定圧の負荷
された圧力検出素子３に入射し、圧力検出素子３を透過
した光は元ファイバー四を経て分波器９に達し、分波器
９により光の進路は二つに分けられ、一方の光は分光器
１０から圧力表示部に、他方の光は受光器４に導かれる
。光源変動を補償するための処理として第４図の場合と
同様に、光源１からの出射光が受光器５．信号処理部６
に入り、信号処理部６で受光器４と受光器５からの信号
演算が行なわれ、その信号出力が出力表示部７０に表示
される。
第４図に做って概略構成図で示したものであり、第４図
と共通部分は同一符号で表わしである。第１図中の矢印
は光および電気信号経路である。＠１図が第４図と異な
る主な膚は、圧力検出素子３と受光器４との間の分波器
９と分波器９から光が伝達される分光器ｌＯが設けられ
ていることである。すなわち、第１図の圧力測定装置で
は光源１から出射した光が元ファイバー２を経て、例え
ば前記したＩ−Ｖ族化合物半導体からなる測定圧の負荷
された圧力検出素子３に入射し、圧力検出素子３を透過
した光は元ファイバー四を経て分波器９に達し、分波器
９により光の進路は二つに分けられ、一方の光は分光器
１０から圧力表示部に、他方の光は受光器４に導かれる
。光源変動を補償するための処理として第４図の場合と
同様に、光源１からの出射光が受光器５．信号処理部６
に入り、信号処理部６で受光器４と受光器５からの信号
演算が行なわれ、その信号出力が出力表示部７０に表示
される。
前述のように圧力Ｐの増大とともに光吸収波長は短波長
側に移行するが、このことと透過光出力との関係を示し
た第２図の線図を用いて次に本発明装置の作用を説明す
る。
側に移行するが、このことと透過光出力との関係を示し
た第２図の線図を用いて次に本発明装置の作用を説明す
る。
第２図において例えば圧力Ｐの大きさはＰｌ＜Ｐ２＜Ｐ
３であり、これらに対応する波長λはλｌ〉λ２）λ３
であるとすわば、本実施例では、測定圧力の変化に伴っ
て変化し出力表示部７０に表示される信号出力Ｑが常に
一定となるように分光器１０を操作して、出力Ｑに対応
する波長を選択する。例えば分光器１０で選択された波
長がλ３であったとき、圧力表示部７において波長λ３
に対応する圧力Ｐ３に変換さね、測定圧力がＰ３として
求められる。
３であり、これらに対応する波長λはλｌ〉λ２）λ３
であるとすわば、本実施例では、測定圧力の変化に伴っ
て変化し出力表示部７０に表示される信号出力Ｑが常に
一定となるように分光器１０を操作して、出力Ｑに対応
する波長を選択する。例えば分光器１０で選択された波
長がλ３であったとき、圧力表示部７において波長λ３
に対応する圧力Ｐ３に変換さね、測定圧力がＰ３として
求められる。
第３図は反射型の光学式圧力ｆｊ、１１定装置の板装置
成図であり、前記した各図と共通部分は同一符号で表わ
しである。第３図が第１図と異なる点は前述した第４図
と第５図との相違点と同様であって、第３図にはビーム
スプリッタ−８が付加され、圧力検出素子３に設けられ
た反射膜３ｏにより反射された光を用いていることにあ
る。すなわち第３図では、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３ｏ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２０を通り、ビー
ムスプリ、ター８で反射さね光ファイバー２１を経て分
波器９に達する。分波器９以後の装置構成と処理過程は
、第１図の場合と全く同様であるから説明を省略する。
成図であり、前記した各図と共通部分は同一符号で表わ
しである。第３図が第１図と異なる点は前述した第４図
と第５図との相違点と同様であって、第３図にはビーム
スプリッタ−８が付加され、圧力検出素子３に設けられ
た反射膜３ｏにより反射された光を用いていることにあ
る。すなわち第３図では、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３ｏ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２０を通り、ビー
ムスプリ、ター８で反射さね光ファイバー２１を経て分
波器９に達する。分波器９以後の装置構成と処理過程は
、第１図の場合と全く同様であるから説明を省略する。
なおこれらの圧力測定装置により広い圧力領域の測定を
行うときは、光源１として白色光を用いレハヨ＜、また
光源１の出射部にフィルターヲ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り、さらに
光源ｌに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なうこともできる。
行うときは、光源１として白色光を用いレハヨ＜、また
光源１の出射部にフィルターヲ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り、さらに
光源ｌに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なうこともできる。
また圧力検出素子には前述したように、Ｉ族元素をＧａ
またはＩｎとするＩ−Ｖ族化合物半導体が用いられるが
、これらの化合物半導体は、例えば１００°Ｃ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、光学的特性が不安定となり、測定の再
現性に乏しいという難点をもっている。
またはＩｎとするＩ−Ｖ族化合物半導体が用いられるが
、これらの化合物半導体は、例えば１００°Ｃ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、光学的特性が不安定となり、測定の再
現性に乏しいという難点をもっている。
これに対して、光強度の圧力依存性を利用した圧力測定
装置の圧力検出素子として、本発明者が特許出願中の高
温まで安定な化合物半導体ＣｄＩｎＧａＳ４を用いると
きは、 この４元化合物半導は５００°Ｃ以との高温に
おいても酸化されることなく、しかも４０Ｋｂａｒまで
の圧力に対してエネルギーギャップＢｇが直線的に変化
し、エネルギーギャップＢｇの圧力変化率は＋６．４
Ｘ １０ ’ ｅｖ／ｂａｒという特性を備えているか
ら、本発明の装置の高温測定の場合に好適である。した
がって本発明の装置は室温から高温に至るまで圧力検出
素子釦用いられる化合物半導体を実状に応じて選択する
ことにより、所定温度化おける圧力測定が可能である。
装置の圧力検出素子として、本発明者が特許出願中の高
温まで安定な化合物半導体ＣｄＩｎＧａＳ４を用いると
きは、 この４元化合物半導は５００°Ｃ以との高温に
おいても酸化されることなく、しかも４０Ｋｂａｒまで
の圧力に対してエネルギーギャップＢｇが直線的に変化
し、エネルギーギャップＢｇの圧力変化率は＋６．４
Ｘ １０ ’ ｅｖ／ｂａｒという特性を備えているか
ら、本発明の装置の高温測定の場合に好適である。した
がって本発明の装置は室温から高温に至るまで圧力検出
素子釦用いられる化合物半導体を実状に応じて選択する
ことにより、所定温度化おける圧力測定が可能である。
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、従来のように測定される圧力のＩ 大きさ
に応じて圧力検出素子を透過する光の強度が変化するこ
とを利用したものではなく、光透過強度はモニターとし
て使用する一方、分波器や分光器を付加すること釦よっ
て、圧力の変化はあくまで波長の変化を利用して検出す
るものであるから、従来装置に比べてノイズや電圧変動
などの外部からの変動要因の影響を直接受けることがな
いために、本発明の装置を用いるときは、広範囲な領域
の圧力を、より高感度、高精度で測定することが可能と
なった。
装置は、従来のように測定される圧力のＩ 大きさ
に応じて圧力検出素子を透過する光の強度が変化するこ
とを利用したものではなく、光透過強度はモニターとし
て使用する一方、分波器や分光器を付加すること釦よっ
て、圧力の変化はあくまで波長の変化を利用して検出す
るものであるから、従来装置に比べてノイズや電圧変動
などの外部からの変動要因の影響を直接受けることがな
いために、本発明の装置を用いるときは、広範囲な領域
の圧力を、より高感度、高精度で測定することが可能と
なった。
第１図は本発明による透過型の圧力測定装置の概略構成
図、第２図透過光出力と吸収波長との圧力依存性を示す
線図、第３図は本発明による反射型の圧力測定装置の概
略構成図、第４図、第５図はそれぞれ従来の透過型と反
射型の圧力測定装置の概略構成図である。 １・・・光源、２，２０．２１・・・光ファイバー、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−１９・・・分波器、ｌＯ・・・分光器、７０−・出
力表示部。 ヤ１ 図 ′ｔ′２ 酬 才３図
図、第２図透過光出力と吸収波長との圧力依存性を示す
線図、第３図は本発明による反射型の圧力測定装置の概
略構成図、第４図、第５図はそれぞれ従来の透過型と反
射型の圧力測定装置の概略構成図である。 １・・・光源、２，２０．２１・・・光ファイバー、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−１９・・・分波器、ｌＯ・・・分光器、７０−・出
力表示部。 ヤ１ 図 ′ｔ′２ 酬 才３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）光源と分波器との間に光ファイバーにより形成され
た光経路に介在する化合物半導体からなる圧力検出素子
、前記分波器で二分された一方の光を受けて出力する受
光器、該受光器の出力を表示する出力表示部、前記受光
器からの出力が一定となるように前記分波器からのもう
一方の光の吸収波長を選択する分光器、および前記吸収
波長を受けて対応する圧力に変換する圧力表示部とを備
えたことを特徴とする光学式圧力測定装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、光経路
の一部にビームスプリッターを用いることを特徴とする
光学式圧力測定装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置にお
いて、化合物半導体としてII（Ｇａ）−Ｖ族化合物半導
体を用いることを特徴とする光学式圧力測定装置。 ４）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置にお
いて、化合物半導体としてII（Ｉｎ）−Ｖ族化合物半導
体を用いることを特徴とする光学式圧力測定装置。 ５）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置にお
いて、化合物半導体として４元化合物ＣｄＩｎＧａＳ＿
４を用いることを特徴とする光学式圧力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21218884A JPS6190033A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 光学式圧力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21218884A JPS6190033A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 光学式圧力測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6190033A true JPS6190033A (ja) | 1986-05-08 |
Family
ID=16618380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21218884A Pending JPS6190033A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 光学式圧力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6190033A (ja) |
-
1984
- 1984-10-09 JP JP21218884A patent/JPS6190033A/ja active Pending
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