JPS61275632A - 圧力測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、大電流、高電圧に伴なう電磁誘導等に強い
圧力測定装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来の歪み式圧力計においては、信号を伝達するために
電気的な接続線が必要となり、工業ブラント内の電力機
器、動力機械の大電流、高電圧化に伴なう電磁誘導に影
響を受は易く、出力に誤差が起き易い。この電磁誘導の
影響に強いものとして、例えば特開昭６０−２９６２６
号公報に記載されたような光フアイバ応用の圧力測定装
置がある。この圧力測定装置は第５図に示すように、圧
力Ｐを受けるダイヤフラム鏡１０１に光源１０３の光線
を光源用光ファイバ１０５で投光し、その反射光を再び
受光用光ファイバ１０７で感光素子１０９に投光して電
気信号に変換し、ダイヤフラム！［１０１の歪みによる
反射光の変化から圧力を測定するものである。

しかしながら、このような従来の装置では、一般の光源
を使用するために光量が変動するとともに、外力による
光ファイバの振動により光量が変動し、この光量変動が
みかけの圧力変動として現われるという問題点がある。

また、ダイヤフラム鏡１０１の取付部に防塵対策が施さ
れていないのでダイヤフラム鏡１０１に塵埃等の付着に
よる汚れが生じ、この汚れによって反射光量が低下し、
この反射光量の低下がみがけの圧力低下として現われる
という問題点があった。特に、光源用光ファイバと受光
用ファイバとは共にダイヤフラム鎖の反射面に法線に対
し角度を有していないため、受光用光ファイバに受光さ
れる反射光の量が少なく、上記反射光量の低下に影響を
受は易かった。

さらに、受光光量が少ないために、敏感な測定を行わせ
ることに限界があった。

［発明の目的］ この発明は上記の問題点に鑑み創案されたもので、大電
流、高電圧に伴なう電磁誘導に強く、しかもより正確で
敏感な圧力測定を可能にした圧力測定装置の提供を目的
とする。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために、第１の発明は、光源と、光
源よりの光線を運ぶ光源用光ファイバと、この光源用光
ファイバによって運ばれた光線を反射する反射面を備え
ると共に測定すべき圧力に応じて歪む受圧ダイヤスラム
と、この受圧ダイヤフラムよりの反射光を運ぶ受光用光
ファイバと、前記光源用光ファイバと受光用ファイバと
に略並列に配置され、光源から光源用光ファイバ及び受
光用光ファイバに沿って往復させるように光線を運ぶ参
照用光ファイバと、前記受光用光ファイバで運ばれた反
射光を電気信号に変換する第１感光素子と、前記参照用
光ファイバで運ばれた光線を電気信号に変換する第２感
光素子と、前記第１感光−素子と第２感光素子との出力
から外乱による光量変化を除く演算手段と゛、この演算
手段の出力信号と受圧力との直線関係を作る出力調整手
段とを備える構成とした。

また第２の発明は光源と、光源よりの光線を運ぶ光源用
光ファイバと、この光源用光ファイバによって運ばれた
光線を反射する反射面を備えると共に測定すべき圧力に
応じて歪む受圧ダイヤフラムと、受圧ダイヤフラムより
の反射光を運ぶ受光用光ファイバと、この受光用光ファ
イバで運ばれた反射光を電気信号に変換する感光素子と
、この感光素子の出力信号と受圧力との直線関係を作る
出力調整手段とを備えた圧力測定装置であって、前記光
源用光ファイバと受光用光ファイバとの少なくともいず
れか一方を他方へ向けるように前記反射面の法線に対し
角度を設定する構成とした。

［発明の効果］ 第１の発明の構成によれば、信号伝達に光ファイバを用
いるから、大電流、高電圧に伴なう電磁誘導ノイズに強
く、正確な圧力測定ができる。しかも、受圧ダイヤフラ
ムの反射面よりの反射光を電気信号に変換した反射信号
出力を、光源から光源用光ファイバと受光用光ファイバ
とに沿って往復させた光線を電気信号に変換した参照信
号出力により、例えば除算することによって光源の光量
変動、外力による光ファイバの振動によって生じる光量
変動等を除去することができる。従って、光量変動に基
づくみかけの圧力変動が防止でき、より正確な圧力測定
ができる。

また、第２の発明では光源用光ファイバと受光用光ファ
イバとの少なくともいずれが一方を、他方へ向けるよう
に反射面の法線に対して角度を設定したため、受光用光
ファイバが受光する反射光の量が増加し、例えば反射面
の汚れ等による光■低下の影響を受けにくく、より正確
な圧力測定ができる。また、光量が増大したためより敏
感な測定ができる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の第１実施例を第１図に基づいて説明す
る。

第１図は圧力測定装置の概略構ＩＲ図を示し、圧力Ｐを
受ける受圧ダイヤフラム１と、光源３と、光源３よりの
光線を受圧ダイヤフラム１の反射面１ａに運ぶ光源用光
ファイバ５と、反射面１ａよりの反射光を運ぶ受光用光
ファイバ７と、反射光を電気信号に変換する第１感光素
子９ａとを備えている。また光源３より光線を運んでセ
ンサーヘッド１１まで往復させる参照用光ファイバ１３
と、参照用光線を電気信号に変換する第２１％光素子９
ｂとを備えている。さらに第１感光素子９ａから出力さ
れる反射信号出力を第２感光素子９ｂから出力される参
照信号出力で除算演算する演算手段１５と、演算手段１
５よりの出力信号と受圧力の直線関係を作る出力ＷＲＭ
手ＪＲ１７とを備えている。

前記受圧ダイヤフラム１は取付部１９に取付けられ、測
定すべき圧力Ｐを受けると比例的に歪み、反射面１ａで
の反射光の方向が変化するように構成されている。反射
面１ａは例えばパフ研摩等で処理されているものである
。

前記光源用光ファイバ５及び受光用光ファイバ７は、セ
ンサーヘッド１１内において、一方が他方へ向くように
反射面１ａの法線に対し所定の角度をもって配設されて
いる。両ファイバ５はいずれか一方のみ上記角度をもっ
て構成することもできる。

前記受圧ダイヤフラム１の取付部材１９とセンサーヘッ
ド１１とはＥＢ熔爆接エレクトロンビーム爆接）等によ
るシール部２１を介して連結され、反射面１ａとセンサ
ーヘッド１１との間に形成された空間部２３を密閉して
いる。この空間部２３には真空引き用配管２５が接続さ
れている。この真空引き用配管２５は空間部２３の真空
引きを行った後ｍｓされ、絶対圧型の圧力測定装置を構
成する。例えば真空引きの際、真空引き用配管２５には
図示しないバルブが取付けられ、このパルプを介してバ
キューム装置に連通接続される。そして、バキューム装
置を働かせ、空間部２３の真空引きを行った後、バルブ
とセンサーヘッド１１との間で真空引き用配管２５を絞
って閉栓し、閉栓したまま配管２５を開栓位置よりもパ
ルプ寄りの位置で切断除去すると共に切断部を溶接する
ものである。

前記参照用光ファイバ１３は、光源用光ファイバ５及び
受光用光ファイバ７に略並列に配置されている。具体的
には、参照用光ファイバ１３は、光源３゛から光源用光
ファイバ５に沿って延設され、センサーヘッド１１に至
っている。センサーヘッド１１内に至った参照用光ファ
イバ１３はセンサーヘッド１１内で折返され、受光用光
ファイバ７に沿って延設され、第２感光素子９ｂに至っ
ているものである。

前記第１感光素子９ａと第２感光素子’９　ｂとは同様
に構成されており、光線を電気信号に変換するもので、
受光用光ファイバ７、参照用光ファイバ１３からそれぞ
れ光を受け、受けた光量に応じて変換した電気信号を演
算手段１５へ出力するように構成されている。

つぎに、上記第１実施例の作用について述べる。

光源３よりの光線は、光源用光ファイバ５によって反射
面１ａに照射される。この反射面１ａよりの反射光は、
受光用光ファイバ７によって第１感光素子９ａに導かれ
、この第１感光素子９ａによって電気信号としての反射
信号出力に変換される。このとき前記受圧ダイヤフラム
１は、測定すべき圧力Ｐを受けると比例的に歪み、反射
面１ａより受光用光ファイバ７へ入射される反射光量が
変化する。

一方、光源３よりの光線は、参照用光ファイバを通り、
光源用光ファイバ５及び受光用光ファイバ７に略沿つて
往復し、第２感光素子９ｂに導がれる。そしてこの第２
感光素子９ｂによって電気信号としての参照信号出力に
変換される。

前記第１感光素子９ａ及び第２感光素子９ｂによってそ
れぞれ電気信号に変換された反射信号出力と参照信号出
力とは、演算手段１５に入力され、この演算手段１５に
おいて反射信号出力を参照信号出力で除する除算演算が
行われ、その結果を出力する。

そして、演算手段１５よりの出力信号は出力調整手段１
７に入力され、この出力調整手段１７において、演算手
段１５よりの出力信号と受圧力との直線関係が作られる
。

ここで、光ファイバ５．７．１３の外力による振動、光
源３の光量変動等がない場合、すなわち、外乱がないと
きの光源３よりの光線量を■とすれば、圧力Ｐを受けて
比例的に歪んだ受圧ダイヤフラム１の反射面１ａより受
光用光ファイバ７に受光される反射光量は例えばαＩと
なる。αは圧力Ｐに比例した受光反射光量の変化率であ
る。

そして、光ファイバ５，７．１３に外力による振動等が
ある場合、すなわち、外乱があるとき、これに起因する
外乱係数をβとすると、圧力Ｐを受けて比例的に歪んだ
反射面１ａよりの反射光量はβαＩとなる。このときの
参照用光ファイバ１３を通る参照用光線」はβ■となる
。

そして、第１感光素子９ａは受光用光ファイバ７からβ
αＩの光量を受けてこれを電気信号、例えばαＥに変換
しく但し、Ｅ−β■）、演算手段１５へ入力する。第２
感光素子９ｂは参照用光ファイバ１３からβ■の光量を
受けてこれを同じく電気信号Ｅに変換し、演算手段１５
へ入力する。

演算手段１５では、これらの信号Ｅα、Ｅからっぎの除
算演算が行われる。

Ｅα／Ｅ−α 上記演算手段１５での除算演算結果αは上記のように受
圧ダイヤフラム１が受ける圧力Ｐに応じた光線ｆｆ１Ｉ
の変化率であるから、外乱による先口変化の要素は除去
されたこととなる。このαの値に基づき出力調整手段１
７において、受圧力Ｐとの直線関係が作られる。

従って、光源３の光量変動及び外力による光ファイバの
振動等によって生じる光量変動に基づくみかけの圧力変
動を除去することができ、より正確な圧力測定を行わせ
ることができる。

また、光源用光ファイバ５及び受光用光ファイバ７が、
センサーヘッド１１内において、反射面１ａの法線に対
し所定の角度をもって構成されているので、反射面１ａ
に対する角度を０度に構成した従来の圧力測定装置より
受光用光ファイバ７に受光される反射光量が増加する。

従って万一反射面１ａの汚れ等による反射光量低下があ
ったとしても、その低下最の全光口に対する割合が低く
なり、先口低下に対する影響を受けにくく、より正確な
圧力測定を行うことができる。また、光量が増加したた
め、より敏感な圧力測定ができる。

さらに、この実施例では反射面１ａとセンサーヘッド１
１との間に形成された空１ｍ２３が真空状態に保持され
ているので反射面１ａの汚れがなく、汚れに起因する反
射光量の低下を防止することができ、より正確な圧力測
定を行うことができる。

この場合、空間部２３が真空であるため、この圧力測定
装置は絶対圧型の圧力測定装置として機能する。

第２図はこの発明の第２実施例に係り、この実施例では
、上記第１実施例に対し、参照用光ファイバ１３をセン
サーヘッド１１内で切り離し、センサーヘッド１１内に
形成された壁面２７よりの反射光を第２感光素子９ｂに
導くように構成したものである。壁面２７にはアルミ蒸
着等で鏡面処理が施されている。従ってこの第２実施例
でも第１実施例と同様の効果が得られる他、組立てが容
易となっている。他の構成は上記第１実施例と略同−で
あるため同符号を以って示し説明を省略する。

第３図はこの発明の第３実施例に係り、さらに簡略化し
た例である。この実施例では、参照用光ファイバ１３を
一本で構成し、センサーヘッド１１内の壁２７よりの反
射光を前記参照用光ファイバ１３の途中に設けたカプラ
２９によって分岐して第２感光素子９ｂに導くように構
成したものである。従って、この第３実施例でも第１実
施例と同様な効果が得られる他、組立てが容易であると
共に、コンパクト化が図れるという効果がある。

前記カブラ２９はハーフミラ−で構成することもでき、
また、壁面２７を鏡面処理することなく参照用光ファイ
バ１３のセンサーヘッド内の端面１３ａをアルミ蒸着等
により鏡面処理することもでき、製造がより容易となる
。他の構成は第１実施例と略同−であるため、同符号を
もって示し説明を省略する。

第４図はこの発明の第４実施例に係り、第３実施例をさ
らに簡略化した例である。この実施例では第３実施例に
対し光源用光ファイバ５の途中に２個のカブラ３１．３
３を設け、一方のカブラ３１から受光用光ファイバ７に
分岐させ、他方のカブラ３３から第１感光素子９ａに分
岐させて構成したものである。従ってこの第４実施例で
は第３実施例と略同様の効果が得られる他、さらに構造
をコンパクト化することができる。他の構、成は第３実
施例と略同−であるため、同符号を以って示し説明を省
略する。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではない
。例えば、光源用光ファイバ、受光用光ファイバ及び参
照用光ファイバをバンドルファイバによって構成するこ
ともできる。また、演算手段として、乗算演算手段、加
算演算手段、あるいは減算演算手段を使用することもで
きる。さらに、空間部２３に不活性ガスを封入して反射
面１ａの汚れを防止することもできる。この場合の圧力
測定装置は、差圧型の圧力測定装置として機能する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に係る圧力測定装置の概
略構成図、第２図は同第２実施例に係る圧力測定装置の
概略構成図、第３図は同第３実施例に係る圧力測定装置
の概略構成図、第４図は同第４実施例に係る圧力測定装
置の概略構成図、第５図は従来例による圧力測定装置の
概略構成図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、光源よりの光線を運ぶ光源用光ファイバ
   と、この光源用光ファイバによって運ばれた光線を反射
   する反射面を備えると共に測定すべき圧力に応じて歪む
   受圧ダイヤフラムと、受圧ダイヤフラムよりの反射光を
   運ぶ受光用光ファイバと、前記光源用光ファイバと受光
   用光ファイバとに略並列に配置され、光源から光源用光
   ファイバ及び受光用光ファイバに沿って往復させるよう
   に光線を運ぶ参照用光ファイバと、前記受光用光ファイ
   バで運ばれた反射光を電気信号に変換する第１感光素子
   と、前記参照用光ファイバで運ばれた光線を電気信号に
   変換する第２感光素子と、前記第１感光素子と第２感光
   素子との出力から外乱による光量変化を除く演算手段と
   、この演算手段の出力信号と受圧力との直線関係を作る
   出力調整手段とを備えたことを特徴とする圧力測定装置
   。
2. （２）光源と、光源よりの光線を運ぶ光源用光ファイバ
   と、この光源用光ファイバによって運ばれた光線を反射
   する反射面を備えると共に測定すべき圧力に応じて歪む
   受圧ダイヤフラムと、受圧ダイヤフラムよりの反射光を
   運ぶ受光用光ファイバと、この受光用光ファイバで運ば
   れた反射光を電気信号に変換する感光素子と、この感光
   素子の出力信号と受圧力との直線関係を作る出力調整手
   段とを備えた圧力測定装置であって、前記光源用光ファ
   イバと受光用光ファイバとの少なくともいずれか一方を
   他方へ向けるように前記反射面の法線に対し角度を設定
   したことを特徴とする圧力測定装置。