(57)【要約】【課題】低価格で且つ外乱に強い圧力計を提供すること。【解決手段】第１のフォトリフレクタ２２のＬＥＤから送出される光は、ダイアフラム２０に投光される。ダイアフラム２０は、受ける圧力に対応してたわみ、光を反射する。ダイアフラム２０からの反射光は、第１のフォトリフレクタ２２に備えられる第１のＰＴ３２により電気信号に変換される。一方、第２のフォトリフレクタ２３のＬＥＤから送出される光は、側壁２１に投光され、側壁２１からの反射光は第２のフォトリフレクタ２３のＰＴにより電気信号に変換される。これら２つの電気信号がオペアンプ２４へ送られると、差動増幅により、ダイアフラム２０の受圧力に対応する信号のみが増幅されて出力される。オペアンプ２４から出力されるアナログ電圧信号は、Ｖ−ｆコンバータ２５によりデジタル周波数信号に変換され、伝送線３０によりｆ−Ｖコンバータ２６へ伝送され、ｆ−Ｖコンバータ２６によりアナログ電圧信号に変換されて出力される。【選択図】図１
2010071891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受ける圧力に対応してたわむダイアフラムと、
前記ダイアフラムに光を投光する第１の発光ダイオードと、前記ダイアフラムからの反射光を電気信号に変換して出力する第１のフォトトランジスタとを有する第１のフォトリフレクタと、
前記ダイアフラムに隣接して設けられる側壁と、
前記側壁に光を投光する第２の発光ダイオードと、前記側壁からの反射光を電気信号に変換して出力する第２のフォトトランジスタとを有する第２のフォトリフレクタと、
前記第１のフォトリフレクタから出力される電気信号と第２のフォトリフレクタから出力される電気信号との差動増幅により、前記ダイアフラムの受圧力に対応する信号のみを増幅して出力するオペアンプと、
前記オペアンプから出力されるアナログ電圧信号をデジタル周波数信号に変換して出力するＶ−ｆコンバータと、
前記Ｖ−ｆコンバータから出力されるデジタル周波数信号を伝送する伝送線と、
前記伝送線により伝送されたデジタル周波数信号をアナログ電圧信号に変換して出力するｆ−Ｖコンバータと
を具備することを特徴とする光圧力計。
【請求項２】
受ける圧力に対応してたわむダイアフラムと、
前記ダイアフラムに光を投光する第１の発光ダイオードと、前記ダイアフラムからの反射光を電気信号に変換して出力する第１のフォトトランジスタとを有する第１のフォトリフレクタと、
前記ダイアフラムに隣接して設けられる側壁と、
前記側壁に光を投光する第２の発光ダイオードと、前記側壁からの反射光を電気信号に変換して出力する第２のフォトトランジスタとを有する第２のフォトリフレクタと、
前記第１のフォトリフレクタから出力される電気信号と第２のフォトリフレクタから出力される電気信号との差動増幅により、前記ダイアフラムの受圧力に対応する信号のみを増幅して出力するオペアンプと、
前記オペアンプから出力されるアナログ電圧信号をデジタル周波数信号に変換して出力するＶ−ｆコンバータと、
前記Ｖ−ｆコンバータから出力されるデジタル周波数信号を光に変換して送出する第３の発光ダイオードと、
前記第３の発光ダイオードから送出される光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバにより伝送された光を電気信号のデジタル周波数信号に変換して出力するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードから出力されるデジタル周波数信号をアナログ電圧信号に変換して出力するｆ−Ｖコンバータと
を具備することを特徴とする光圧力計。
【請求項３】
受ける圧力に対応してたわむダイアフラムと、
前記ダイアフラムに光を投光する第１のレーザダイオードであって、前記ダイアフラムからの反射光を電気信号に変換して出力する第１のフォトダイオードを内蔵している第１のレーザダイオードと、
前記ダイアフラムに隣接して設けられる側壁と、
前記側壁に光を投光する第２のレーザダイオードであって、前記側壁からの反射光を電気信号に変換して出力する第２のフォトダイオードを内蔵している第２のレーザダイオードと、
前記第１のレーザダイオードから出力される電気信号と第２のレーザダイオードから出力される電気信号との差動増幅により、前記ダイアフラムの受圧力に対応する信号のみを増幅して出力するオペアンプと、
前記オペアンプから出力されるアナログ電圧信号をデジタル周波数信号に変換して出力するＶ−ｆコンバータと、
前記Ｖ−ｆコンバータから出力されるデジタル周波数信号を伝送する伝送線と、
前記伝送線により伝送されたデジタル周波数信号をアナログ電圧信号に変換して出力するｆ−Ｖコンバータと
を具備することを特徴とする光圧力計。
【請求項４】
受ける圧力に対応してたわむダイアフラムと、
前記ダイアフラムに光を投光する第１のレーザダイオードであって、前記ダイアフラムからの反射光を電気信号に変換して出力する第１のフォトダイオードを内蔵している第１のレーザダイオードと、
前記ダイアフラムに隣接して設けられる側壁と、
前記側壁に光を投光する第２のレーザダイオードであって、前記側壁からの反射光を電気信号に変換して出力する第２のフォトダイオードを内蔵している第２のレーザダイオードと、
前記第１のレーザダイオードから出力される電気信号と第２のレーザダイオードから出力される電気信号との差動増幅により、前記ダイアフラムの受圧力に対応する信号のみを増幅して出力するオペアンプと、
前記オペアンプから出力されるアナログ電圧信号をデジタル周波数信号に変換して出力するＶ−ｆコンバータと、
前記Ｖ−ｆコンバータから出力されるデジタル周波数信号を光に変換して送出する第３の発光ダイオードと、
前記第３の発光ダイオードから送出される光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバにより伝送された光を電気信号のデジタル周波数信号に変換して出力する第３のフォトダイオードと、
前記第３のフォトダイオードから出力されるデジタル周波数信号をアナログ電圧信号に変換して出力するｆ−Ｖコンバータと
を具備することを特徴とする光圧力計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイアフラムが受ける圧力を光を用いて計測する光圧力計に関する。
【背景技術】
【０００２】
光圧力計としては、例えば特許文献１に示されるような光ファイバを用いた光ファイバ圧力計が知られている。この圧力計では、図６に示すように、第１ＬＥＤ（発光ダイオード）２と波長の異なる第２ＬＥＤ３の光線は、カプラ４により光源用光ファイバ５に導かれ、センサヘッド６に伝送される。センサヘッド６内で、光源用光ファイバ５と受光用光ファイバ１１の光ファイバクラッドの一部を取除いて融着させることにより光源用光ファイバ５の光の一部が受光用光ファイバ１１に導かれる。また、光源用光ファイバ５より受圧ダイアフラム１に投光された光は、ダイアフラム内面１ａに施されている波長選択性物質により第１ＬＥＤ２の波長のみ反射され、この反射光は受光用光ファイバ１１により受光され、結合部７で参照光と一体となり、波長選択性を持つミラー１２に導かれる。受圧ダイアフラム１からの反射光は、ミラー１２で反射され第１ＰＤ（フォトダイオード）１５により電気信号に変換され、一方、参照光はミラー１２を透過して第２ＰＤ１６により電気信号に変換される。第１ＰＤ１５からの反射光信号を第２ＰＤ１６からの参照信号で、例えば割算等の演算手段１７で処理することにより、外乱による光量変化等の影響を受けることなく圧力測定が行える。また、演算手段１７の出力信号と受圧力との対応関係（例えば直線関係）を作る出力調整手段１８を備えている。
【特許文献１】特開平０３−２４３８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の光ファイバ圧力計は、光源用光ファイバと受光用光ファイバを使用しているため、その製造価格は市販の圧力計の価格の１０倍と高額となる。光ファイバ圧力計の普及には、この高価格が問題となっている。
【０００４】
また、光ファイバを用いた光ファイバ圧力計は、コネクタ１個で光量１ｄＢが減衰する。コネクタを６個とした場合、ＬＥＤ光量はＰＤの位置では、概算で発光部１に対して０．２５となる。実際には、光ファイバによる光損失、ダイアフラムからの反射損失等が加わるため、０．２程度となる。また、ＬＥＤの光の全部を光ファイバに入れるのは困難であり、ＬＥＤファイバ端出力を３０μＷとすると、ＰＤファイバ端入力は６μＷとなる。光量としては小さいので、ノイズ対策のためには、ＬＥＤとＰＤの素子を冷却しなければならない。
【０００５】
こうしたことから、低価格を実現すると共に、光量の減衰を抑えて外乱に耐え得るようにした光圧力計の提示が望まれる。
【０００６】
そこで、本発明は、低価格で且つ外乱に強い光圧力計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による光圧力計は、受ける圧力に対応してたわむダイアフラムと、前記ダイアフラムに光を投光する第１の発光ダイオードと、前記ダイアフラムからの反射光を電気信号に変換して出力する第１のフォトトランジスタとを有する第１のフォトリフレクタと、前記ダイアフラムに隣接して設けられる側壁と、前記側壁に光を投光する第２の発光ダイオードと、前記側壁からの反射光を電気信号に変換して出力する第２のフォトトランジスタとを有する第２のフォトリフレクタと、前記第１のフォトリフレクタから出力される電気信号と第２のフォトリフレクタから出力される電気信号との差動増幅により、前記ダイアフラムの受圧力に対応する信号のみを増幅して出力するオペアンプと、前記オペアンプから出力されるアナログ電圧信号をデジタル周波数信号に変換して出力するＶ−ｆコンバータと、前記Ｖ−ｆコンバータから出力されるデジタル周波数信号を伝送する伝送線と、前記伝送線により伝送されたデジタル周波数信号をアナログ電圧信号に変換して出力するｆ−Ｖコンバータとを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低価格で且つ外乱に強い圧力計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光圧力計の構成の一例を示す図である。
【００１１】
この第１の実施形態に係る光圧力計は、ダイアフラム２０、側壁２１、第１のフォトリフレクタ２２、第２のフォトリフレクタ２３、オペアンプ２４、Ｖ−ｆコンバータ２５、ｆ−Ｖコンバータ２６、および伝送線３０を有する。
【００１２】
ダイアフラム２０は、受ける圧力に対応してたわむ板である。
【００１３】
側壁２１は、ダイアフラム２０に隣接して設けられる板であり、ダイアフラム２０と合わせて第１のフォトリフレクタ２２および第２のフォトリフレクタ２３を取り囲むように配置される。この側壁２１は、ダイアフラム２０とは異なり、受ける圧力に対応してたわむものではない。
【００１４】
第１のフォトリフレクタ２２および第２のフォトリフレクタ２３は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用した部品であり、それぞれ、図２に示されるように、光を送出する発光ダイオード（ＬＥＤ）３１と、光を受光して電気信号に変換して出力するフォトトランジスタ（ＰＴ）３２とで構成される。各フォトリフレクタの外形寸法は、例えば、１．３ｍｍ×１．６ｍｍ×０．６ｍｍである。
【００１５】
ここでは、便宜上、第１のフォトリフレクタ２２に備えられるＬＥＤ３１を、「第１のＬＥＤ３１」と称し、第２のフォトリフレクタ２３に備えられるＬＥＤ３１を、「第２のＬＥＤ３１」と称すものとする。同様に、第１のフォトリフレクタ２２に備えられるフォトトランジスタ３２を、「第１のＰＴ３２」と称し、第２のフォトリフレクタ２３に備えられるフォトトランジスタ３２を、「第２のＰＴ３２」と称すものとする。
【００１６】
すなわち、第１のフォトリフレクタ２２は、ダイアフラム２０に光を投光する第１のＬＥＤ３１と、ダイアフラム２０からの反射光を電気信号に変換して出力する第１のＰＴ３２とを有する。また、第２のフォトリフレクタ２３は、側壁２１に光を投光する第２のＬＥＤ３１と、側壁２１からの反射光を電気信号に変換して出力する第２のＰＴ３２とを有する。
【００１７】
オペアンプ２４は、第１のフォトリフレクタ２２に備えられる第１のＰＴ３２から出力される電気信号と第２のフォトリフレクタ２３に備えられる第２のＰＴ３２から出力される電気信号との差動増幅により、ダイアフラム２０の受圧力に対応する信号のみを増幅して出力する差動増幅器である。
【００１８】
Ｖ−ｆコンバータ２５は、オペアンプ２４から出力されるアナログ信号としての電圧信号（アナログ電圧信号）を、デジタル信号としての周波数信号（デジタル周波数信号）に変換して出力する変換器である。
【００１９】
伝送線３０は、Ｖ−ｆコンバータ２５から出力されるデジタル周波数信号を伝送する伝送媒体である。
【００２０】
ｆ−Ｖコンバータ２６は、伝送線３０により伝送されたデジタル周波数信号をアナログ電圧信号に変換して出力する変換器である。
【００２１】
このような構成において、第１のフォトリフレクタ２２に備えられる第１のＬＥＤ３１から送出される光は、ダイアフラム２０に投光される。ダイアフラム２０は、受ける圧力に対応してたわみ、ＬＥＤ３１からの光を反射する。ダイアフラム２０のたわみ量と反射光量は、直線（比例）関係にある。ダイアフラム２０からの反射光は、第１のフォトリフレクタ２２に備えられる第１のＰＴ３２により電気信号に変換される。一方、第２のフォトリフレクタ２３に備えられる第２のＬＥＤ３１から送出される光は、側壁２１に投光され、側壁２１からの反射光は第２のフォトリフレクタ２３に備えられる第２のＰＴ３２により電気信号に変換される。これら２つの電気信号がオペアンプ２４へ送られると、差動増幅により、ダイアフラム２０の受圧力に対応する信号のみが増幅されて出力される。
【００２２】
オペアンプ２４から出力されるアナログ電圧信号は、Ｖ−ｆコンバータ２５によりデジタル周波数信号に変換されて出力される。このデジタル周波数信号は、伝送線３０によりｆ−Ｖコンバータ２６へ伝送される。伝送線３０により伝送されたデジタル周波数信号は、ｆ−Ｖコンバータ２６によりアナログ電圧信号に変換されて出力される。こうして、ダイアフラム２０の受圧力に対応するアナログ電圧信号が得られ、圧力が測定される。
【００２３】
この第１の実施形態によれば、ＭＥＭＳ技術の適用により、ＬＥＤとＰＴを組み合わせたフォトリフレクタの構成が可能となり、センサ部の小型化が可能となるとともに、長距離伝送中に電磁誘導雑音による障害を受けても、デジタル周波数が影響を受けないレベルであれば、ｆ−Ｖコンバータにおいて信号をアナログ電圧に変換することにより、外乱による変動なく圧力測定を行うことが可能となる。また、光ファイバを用いていないので、低価格化を実現できる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光圧力計の構成の一例を示す図である。なお、前述の第１の実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。以下では、前述の第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００２５】
この第２の実施形態（図３）では、前述の第１の実施形態（図１）に示される伝送路３０に代え、ＬＥＤ２７、光ファイバ２８、およびフォトダイオード（ＰＤ）２９を設けている。
【００２６】
ＬＥＤ２７は、Ｖ−ｆコンバータ２５から出力されるデジタル周波数信号を光に変換して送出する素子である。例えば、ＬＥＤ２７は、Ｖ−ｆコンバータ２５からの信号に示される周波数で光を点滅させる。
【００２７】
光ファイバ２８は、ＬＥＤ２７から送出される光をＰＤ２９へ伝送する伝送媒体であり、長距離伝送中に電磁誘導雑音の影響を受けにくいという特長を有する。
【００２８】
ＰＤ２９は、光ファイバ２８により伝送された光を電気信号のデジタル周波数信号に変換して出力する素子である。
【００２９】
前述のｆ−Ｖコンバータ２６は、光ファイバ２８により伝送されたデジタル周波数信号をアナログ電圧信号に変換して出力する。
【００３０】
このような構成において、オペアンプ２４から出力されるアナログ電圧信号が、Ｖ−ｆコンバータ２５によりデジタル周波数信号に変換されると、このデジタル周波数信号は、ＬＥＤ２７により光に変換されて送出される。ＬＥＤ２７から送出された光は、光ファイバ２８によりＰＤ２９へ伝送される。光ファイバ２８により伝送された光は、ＰＤ２９により電気信号のデジタル周波数信号に変換されて出力される。このデジタル周波数信号は、ｆ−Ｖコンバータ２６によりアナログ電圧信号に変換されて出力される。こうして、ダイアフラム２０の受圧力に対応するアナログ電圧信号が得られ、圧力が測定される。
【００３１】
この第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果が得られるほか、光ファイバを使用しているので、長距離伝送中に電磁誘導雑音の影響を受けることがなく、外乱による変動なく圧力測定を行えるという効果が得られる。また、光ファイバの量は従来の光圧力計に比べて少ないので、低価格化を実現できる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る光圧力計の構成の一例を示す図である。なお、前述の第１の実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。以下では、前述の第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３３】
この第３の実施形態（図４）では、前述の第１の実施形態（図１）に示される第１のフォトリフレクタ２２および第２のフォトリフレクタ２３に代え、第１のレーザダイオード（ＬＤ）４１および第２のレーザダイオード（ＬＤ）４２を設けている。
【００３４】
第１のレーザダイオード４１は、ダイアフラム１０に光を投光する素子であり、ダイアフラム１０からの反射光を電気信号に変換して出力する第１のフォトダイオード（第１のＰＤ）を内蔵している。
【００３５】
第２のレーザダイオード４２は、側壁２１に光を投光する素子であり、側壁２１からの反射光を電気信号に変換して出力する第２のフォトダイオード（第２のＰＤ）を内蔵している。
【００３６】
このような構成において、第１のレーザダイオード４１から送出される光は、ダイアフラム２０に投光される。ダイアフラム２０は、受ける圧力に対応してたわみ、第１のレーザダイオード４１からの光を反射する。ダイアフラム２０のたわみ量と反射光量は、直線（比例）関係にある。ダイアフラム２０からの反射光は、第１のレーザダイオード４１に備えられる第１のＰＤにより電気信号に変換される。一方、第２のレーザダイオード４２から送出される光は、側壁２１に投光され、側壁２１からの反射光は第２のレーザダイオード４２に備えられる第２のＰＤにより電気信号に変換される。これら２つの電気信号がオペアンプ２４へ送られると、差動増幅により、ダイアフラム２０の受圧力に対応する信号のみが増幅されて出力される。
【００３７】
オペアンプ２４から出力されるアナログ電圧信号は、Ｖ−ｆコンバータ２５によりデジタル周波数信号に変換されて出力される。このデジタル周波数信号は、伝送線３０によりｆ−Ｖコンバータ２６へ伝送される。伝送線３０により伝送されたデジタル周波数信号は、ｆ−Ｖコンバータ２６によりアナログ電圧信号に変換されて出力される。こうして、ダイアフラム２０の受圧力に対応するアナログ電圧信号が得られ、圧力が測定される。
【００３８】
この第２の実施形態によれば、センサ部にレーザダイオードを用いた場合においても、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る光圧力計の構成の一例を示す図である。なお、前述の第１〜第３の実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。以下では、前述の第３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４０】
この第４の実施形態（図５）では、前述の第３の実施形態（図４）に示される伝送路３０に代え、ＬＥＤ２７、光ファイバ２８、およびフォトダイオード（ＰＤ）２９を設けている。これらの要素２７〜２９については、前述の第２の実施形態（図３）で説明した通りである。
【００４１】
このような構成において、オペアンプ２４から出力されるアナログ電圧信号が、Ｖ−ｆコンバータ２５によりデジタル周波数信号に変換されると、このデジタル周波数信号は、ＬＥＤ２７により光に変換されて送出される。ＬＥＤ２７から送出された光は、光ファイバ２８によりＰＤ２９へ伝送される。光ファイバ２８により伝送された光は、ＰＤ２９により電気信号のデジタル周波数信号に変換されて出力される。このデジタル周波数信号は、ｆ−Ｖコンバータ２６によりアナログ電圧信号に変換されて出力される。こうして、ダイアフラム２０の受圧力に対応するアナログ電圧信号が得られ、圧力が測定される。
【００４２】
この第４の実施形態によれば、前述の第３の実施形態と同様の効果が得られるほか、光ファイバを使用しているので、長距離伝送中に電磁誘導雑音の影響を受けることがなく、外乱による変動なく圧力測定を行えるという効果が得られる。また、光ファイバの量は従来の光圧力計に比べて少ないので、低価格化を実現できる。
【００４３】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光圧力計の構成の一例を示す図。
【図２】フォトリフレクタの構成の一例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光圧力計の構成の一例を示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光圧力計の構成の一例を示す図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る光圧力計の構成の一例を示す図。
【図６】従来の光ファイバ圧力計の構成の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
２０…ダイアフラム、２１…側壁、２２…第１のフォトリフレクタ、２３…第２のフォトリフレクタ、２４…オペアンプ、２５…Ｖ−ｆコンバータ、２６…ｆ−Ｖコンバータ、２７…発光ダイオード（ＬＥＤ）、２８…光ファイバ、２９…フォトダイオード（ＰＤ）、３０…伝送線、３１…発光ダイオード（ＬＥＤ）、３２…フォトトランジスタ（ＰＴ）、４１…第１のレーザダイオード（ＬＤ）、４２…第２のレーザダイオード（ＬＤ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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