(57)【要約】【課題】  本発明は、構造を簡素化し、計測する圧力に確実に適応可能なセンサを容易に作製することのできる圧力センサを提供することにある。【解決手段】  ２芯ロッドレンズ５の一端面が出射光ファイバ３および反射光ファイバ７のそれぞれの先端に接続され、他端面が開放端となる長尺形状を有し、２芯ロッドレンズ５の他端面に対向して受圧部１７が配置され、この受圧部１７が観測点の圧力を受けて凸形状に変位する反射面１９を有し、かつ２芯ロッドレンズ５の他端面の中心軸を反射面１９の中心よりずらして配置したものである。【選択図】  図９
2006010384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射光を伝搬する出射光ファイバと、
反射光を伝搬する反射光ファイバと、
前記出射光ファイバおよび前記反射光ファイバのそれぞれの先端に一端面が接続し、他端面が開放端となる長尺形状を有する２芯ロッドレンズと、
前記２芯ロッドレンズの他端面に対向し、観測点の圧力を受けて凸形状に変位する反射面を有し、前記２芯ロッドレンズの他端面の中心軸を前記反射面の中心軸よりずらして配置した受圧部とを備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
出射光を伝搬する出射光ファイバと、
反射光を伝搬する反射光ファイバと、
前記出射光ファイバおよび前記反射光ファイバのそれぞれの先端に一端面が接続し、他端面が開放端となる長尺形状を有する２芯ロッドレンズと、
前記２芯ロッドレンズの他端面に対向し、観測点の圧力を受けて凸形状に変位する反射面を有し、前記２芯ロッドレンズの中心軸を前記反射面の中心に一致して配置した受圧部とを備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
前記２芯ロッドレンズの長手方向の長さは、
前記他端面から出射した光が平行光となるときの長さよりも長いことを特徴とする請求項１又は２項の何れか１つに記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記受圧部は、圧力に応じて変位する薄板からなることを特徴とする請求項１又は２項の何れか１つに記載の圧力センサ。
【請求項５】
光源と、
前記反射光ファイバに接続され、前記反射面からの反射光を前記反射光ファイバを通して受光して反射光の光強度を検出する受光部と、
前記受光部により検出された光強度値に応じて圧力値に変換する演算部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４項の何れか１つに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力変動による圧力変化を用い、この圧力変化により光ファイバ測定系の光強度損失を生じさせて圧力を求める圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力（音圧）の微小な振動を利用して光強度変調する光音響センサには、例えば特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
この光音響センサを示す図１０において、１０１はレーザ光源、１０２はレーザ光を分離する光ビームスプリッタ、１０３は光ビームスプリッタ１０２に接続された光ファイバ、１０４は光ファイバ１０３の一端に取付けられたマイクロレンズ、１０５はマイクロレンズ１０４と距離ｄだけ離して配置された振動膜、１０６は振動膜１０５と一体になった音響的共振器、１０７は光ビームスプリッタ１０２で分離された反射光を検出する受光器、１０８は受光器１０７で受けた光パルスを計数するパルスカウンタである。
【０００４】
ここで、レーザ光源１０１から出射したレーザ光は、光ビームスプリッタ１０２に入射する。光ビームスプリッタ１０２を出射した出射光は、光ファイバ１０３を経てマイクロレンズ１０４へ入射される。マイクロレンズ１０４の光ファイバ１０３側の端面には無反射コート、振動膜１０５側の端面と振動膜１０５の表面は一定の反射率γとなるようコートされている。
【０００５】
マイクロレンズ１０４を出射したレーザ光は、レンズ端面（反射面）に対向して距離ｄを隔ててかつ平行になるように設置された振動膜１０５の面によってその一部は反射されレンズ反射面へ戻る。レンズ反射面でレーザ光の一部は透過、一部は反射されて振動膜１０５へ戻り、振動膜１０５で再びその一部は反射されてマイクロレンズ１０４へ戻る。このようにマイクロレンズ１０４と振動膜１０５との間で繰り返し反射が行なわれる。反射された全光束は光ファイバ１０３、光ビームスプリッタ１０２を経て受光器１０７へ導かれる。音声信号は、音響的共振器１０６を介して振動膜１０５に導かれ、振動膜１０５へは単一周波数で大振巾の振動変位を与えるように構成される。
【０００６】
以上のように構成された上記従来例において、その動作を以下に説明する。
【０００７】
今、矢印Ｐ方向から伝搬された音波は、音響的共振器１０６の一端を介して入射し、上記音響的共振器１０６を介して振動膜面に達し振動膜１０５を振動させる。音響的共振器１０６は音波の中の単一周波数を選択し振動膜１０５に大振巾を与えるためのものである。
【０００８】
一方、レーザ光源１０１を出射したレーザ光は、光ビームスプリッタ１０２、光ファイバ１０３を経てマイクロレンズ１０４に入射し前述の通りマイクロレンズ１０４端面と振動膜１０５との間で多重反射をし、反射光は光ファイバ１０３、光ビームスプリッタ１０２を経て受光器１０７へ達する。音波によって振動膜１０５が振動し、マイクロレンズ１０４と振動膜１０５との間の距離ｄが変化すると、強度反射係数が変化する。この従来例ではレンズと振動膜の反射率γはγ＝０．６としたので、動作線はγ＝０．６の線である。また強度反射係数はδがλ／２毎に０となる。
【０００９】
このように構成された振動膜１０５を、レンズ端面から任意の位置に設置し、振動膜１０５に変位を与えると図１１のようなセンサ出力波形１１０が得られる。今、振動膜１０５に加わる振動変位の周波数を一定とし、その振動変位がλ／２（λは波長）毎に出力パルスの光出力を出力して振動振巾が大きくなると、それに比列したパルス数が得られる。そこで、音の周波数の半波長毎にパルス数を数えることにより、振動膜１０５の振巾即ち音圧を測定できるものである。本従来例では受光器１０７で電気信号に変えた後、パルスカウンタ１０８のゲートを開きそのパルス数をカウントするようにしている。
【特許文献１】特公平６−７３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に開示された光音響センサは、マイクロレンズ１０４端面に対向して振動膜１０５を設け、マイクロレンズ１０４端面から出射されたレーザ光が振動膜１０５で反射され、その反射光を検出する干渉系による測定であることから、コヒーレント性の高いレーザ光源１０１や受光器１０７に加え、パルスカウンタ１０８が必要であるので、構造が複雑化するという問題がある。
【００１１】
また、上記光音響センサは、出射光と反射光との位相差による出力パルス数を測定することから、計測系に光ビームスプリッタ１０２のような光分波素子が必要であるので、構造が一段と複雑化するという問題がある。
【００１２】
さらに、上記光音響センサは、微小圧力（音圧）の変動を検出するものであるため、反射面が大きく変動するような水圧変化を測定するには、不向きで感度が不十分であるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、構造を簡素化し、計測する圧力に確実に適応可能なセンサを容易に作製することのできる圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、出射光を伝搬する出射光ファイバと、反射光を伝搬する反射光ファイバと、前記出射光ファイバおよび前記反射光ファイバのそれぞれの先端に一端面が接続し、他端面が開放端となる長尺形状を有する２芯ロッドレンズと、前記２芯ロッドレンズの他端面に対向し、観測点の圧力を受けて凸形状に変位する反射面を有し、前記２芯ロッドレンズの他端面の中心軸を前記反射面の中心よりずらして配置した受圧部とを備えたことを要旨とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、出射光を伝搬する出射光ファイバと、反射光を伝搬する反射光ファイバと、前記出射光ファイバおよび前記反射光ファイバのそれぞれの先端に一端面が接続し、他端面が開放端となる長尺形状を有する２芯ロッドレンズと、前記２芯ロッドレンズの他端面に対向し、観測点の圧力を受けて凸形状に変位する反射面を有し、前記２芯ロッドレンズの中心軸を前記反射面の中心に一致して配置した受圧部とを備えたことを要旨とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記２芯ロッドレンズの長手方向の長さは、前記他端面から出射した光が平行光となるときの長さよりも長いことを要旨とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記受圧部は、圧力に応じて変位する薄板からなることを要旨とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、光源と、前記反射光ファイバに接続され、前記反射面からの反射光を前記反射光ファイバを通して受光して反射光の光強度を検出する受光部と、前記受光部により検出された光強度値に応じて圧力値に変換する演算部とを備えたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の本発明によれば、受圧部は、２芯ロッドレンズの他端面に対向し、観測点の圧力を受けて凸形状に変位する反射面を有し、かつ２芯ロッドレンズの他端面の中心軸を反射面の中心よりずらして配置したことにより、コヒーレント性の高い光源や受光器に加え、パルスカウンタが不要となり構造を簡素化し、ロッドレンズの角度依存性を利用することで、計測する圧力に確実に適応可能なセンサを容易に作製することができる。
【００２０】
また、出射光ファイバと反射光ファイバとが別個に設けられているため、計測系にビームスプリッタやカプラなどの光分波素子が不要となり、構造を一段と簡素化することができる。
【００２１】
請求項２記載の本発明によれば、受圧部は、２芯ロッドレンズの他端面に対向し、観測点の圧力を受けて凸形状に変位する反射面を有し、かつ２芯ロッドレンズの他端面の中心軸を反射面の中心に一致して配置したことにより、コヒーレント性の高い光源や受光器に加え、パルスカウンタが不要となり構造を簡素化し、ロッドレンズの角度依存性を利用することで、計測する圧力に確実に適応可能なセンサを容易に作製することができる。
【００２２】
また、出射光ファイバと反射光ファイバとが別個に設けられているため、計測系にビームスプリッタやカプラなどの光分波素子が不要となり、構造を一段と簡素化することができる。
【００２３】
請求項３記載の本発明によれば、２芯ロッドレンズの長手方向の長さは、２芯ロッドレンズの他端面から出射した光が平行光となるときの長さよりも長いため、２芯ロッドレンズの他端面から平行光よりも内側に集光する光が出射することとなり、２芯ロッドレンズの距離依存性も利用して反射光強度を求めることで、圧力を確実に計測することができる。
【００２４】
請求項４記載の本発明によれば、水圧に応じて凸形状に変位する薄板を受圧部としたので、強度が高く、センサとしての信頼性を高めることができる。
【００２５】
請求項５記載の本発明によれば、受光部により反射面からの反射光を反射光ファイバを通して受光して反射光の光強度を検出し、その検出された光強度値に応じて演算部にて圧力値に変換することにより、構造を一段と簡素化し、正確に圧力値を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施の形態の原理）
本実施の形態は、本発明の圧力センサを光式水圧センサに適用した例であり、この光式水圧センサは、出射光ファイバおよび反射光ファイバの先端に２芯ロッドレンズの一端面を接続し、この２芯ロッドレンズに受圧部としてのダイアフラムやベローズ（以下、薄板ともいう。）を対向するように配置し、上記２芯ロッドレンズの他端面からダイアフラムやベローズの反射面方向に光を出射し、その反射面からの反射光の一部を上記２芯ロッドレンズの他端面で受光して反射光強度を測定するようにしている。
【００２８】
すなわち、本実施の形態では、上記２芯ロッドレンズの距離依存性および角度依存性を用い、反射光損失の変動で水圧や水位を測定するものである。
【００２９】
（ロッドレンズの距離依存性）
まず、上記２芯ロッドレンズの角度依存性の原理を図１乃至図４に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態における２芯ロッドレンズの距離依存性を説明するための光式水圧センサを示すブロック図、図２は本実施の形態における２芯ロッドレンズと反射面との距離と、反射光強度との関係を示す図、図３は図１の２芯ロッドレンズを示す構成図、図４は反射光強度と水圧との関係を示す図である。
【００３０】
図１に示すように、光式水圧センサは、１．４５μｍ帯のＬＥＤからなる光源１と、この光源１に一端が接続される光ファイバであって光源１からの出射光を伝搬する出射光ファイバ３と、この出射光ファイバ３の他端に一端面が接続された２芯ロッドレンズ５と、この２芯ロッドレンズ５の一端面に一端が接続される光ファイバであって２芯ロッドレンズ５からの反射光を伝搬する反射光ファイバ７と、２芯ロッドレンズ５の他端面に所定間隔をおいて配置された受圧部としてのダイアフラムなどの反射面９と、この反射面９からの反射光を反射光ファイバ７を通して受光し反射光の光強度を検出する受光部としてのフォトダイオード（ＰＤ）１１とを備えている。
【００３１】
ここで、光式水圧センサは、２芯ロッドレンズ５の他端面と反射面９とが平行になるように互いに配置されている。そして、２芯ロッドレンズ５の長手方向の長さは、２芯ロッドレンズ５の他端面から出射した光が平行光となるときの長さよりも長いため、平行光よりも内側に集光する光が出射する。
【００３２】
したがって、光源１から出射された光は、出射光ファイバ３を通して２芯ロッドレンズ５の他端面から出射される。そして、２芯ロッドレンズ５の他端面から出射された光が反射面９で反射され、その反射光が再び２芯ロッドレンズ５に入射して反射光ファイバ７を伝搬してフォトダイオード１１で受光され、このフォトダイオード１１にて反射光強度が検出される。その測定結果を図２に示す。図２に示すように２芯ロッドレンズ５の他端面と反射面９との間の距離ｄが２００μｍで、最大の反射光強度が５０％となった。
【００３３】
これにより、２芯ロッドレンズ５は、距離依存性があり、この距離依存性を用いることにより、水圧センサを容易に作製することができることを確認した。
【００３４】
ここで、反射面９には、上記のようにダイアフラムなどの圧力によって中心軸方向に柔軟に変動する薄板が用いられ、この薄板による計測感度を高める手段としては、反射率の高い材料を選択することや、ダイアフラム表面に鏡面処理を施す手段、ダイアフラム表面に全反射ミラーを貼り付ける手段などが挙げられる。
【００３５】
上記のように構成することで、水圧変化によって反射面９である薄板が中心軸方向に変動し、それに伴い２芯ロッドレンズ５の他端面と反射面９との間の距離ｄ（μｍ）が変動することにより、反射光強度（ｍＷ）の変動に変換することが可能となる。そして、反射光強度（ｍＷ）が求まれば、予め水圧（ｋＰａ）と反射光強度（ｍＷ）との関係を図４に示すように調べておくことで、水圧（水位）を計測することができるようになる。
【００３６】
次に、２芯ロッドレンズ５の出射光と反射光の状態を図３に示す。図３に示すように、２芯ロッドレンズ５は、その中心軸から若干ずれた位置に出射光ファイバ３および反射光ファイバ７が融着により接続されているため、２芯ロッドレンズ５からの出射光はその他端面に対して斜め方向に出射する。よって、２芯ロッドレンズ５の出射端面（他端面）と反射面９との間の距離ｄ（μｍ）により、反射光が再び２芯ロッドレンズ５に戻る割合が変化する。
【００３７】
したがって、図１および図３に示すように２芯ロッドレンズ５の他端面と反射面９との間の距離ｄ（μｍ）の変動を利用することにより、図２に示すように反射光強度（ｍＷ）の変動に変換することが可能となる。そして、反射光強度（ｍＷ）が求まれば、図４に示す図に基づいて水圧（水位）を計測することができるようになる。このように２芯ロッドレンズ５の距離依存性を用いることで、計測する水圧に確実に適用可能な光式水圧センサを容易に作製することができる。
【００３８】
（ロッドレンズの角度依存性）
次に、上記２芯ロッドレンズの角度依存性の原理を図５および図６に基づいて説明する。図５はロッドレンズの角度依存性を説明するための光式水圧センサを示すブロック図、図６は反射角と反射光強度との関係を示す図である。なお、図５では、図１で用いた符号と同一または対応する部分に同一の符号を付して説明する。
【００３９】
図５に示すように、光式水圧センサは、１．４５μｍ帯のＬＥＤからなる光源１と、この光源１に一端が接続される光ファイバであって光源１からの出射光を伝搬する出射光ファイバ３と、この出射光ファイバ３の他端に一端面が接続された２芯ロッドレンズ５と、この２芯ロッドレンズ５の一端面に一端が接続される光ファイバであってロッドレンズ５からの反射光を伝搬する反射光ファイバ７と、２芯ロッドレンズ５に所定間隔をおいて配置された反射面である全反射ミラー１３と、この全反射ミラー１３からの反射光を反射光ファイバ７を通して受光し反射光の光強度を検出する受光部としてのフォトダイオード（ＰＤ）１１とを備えている。
【００４０】
全反射ミラー１３は、回転軸１３ａを有し、この回転軸１３ａを中心として正方向および逆方向に回転可能に構成され、２芯ロッドレンズ５からの出射光を反射する反射角θを任意に変更することができるように構成されている。
【００４１】
したがって、光源１から出射された光は、出射光ファイバ３を通して２芯ロッドレンズ５の他端面から出射される。そして、回転軸１３ａを中心として全反射ミラー１３を回転させ、そのときのフォトダイオード１１の反射光強度を測定する。ここで、２芯ロッドレンズ５の他端面と全反射ミラー１３の反射面との距離ｄを５０μｍとし、その反射光強度が最大になるときを０°とした。その測定結果を図６に示す。
【００４２】
図２によれば、２芯ロッドレンズ５の角度依存性は、非常に大きく、反射角θが０．２°で最大反射光強度（ｍＷ）が５０％となった。これにより、２芯ロッドレンズ５は角度依存性が大きく、この２芯ロッドレンズ５の角度依存性を利用することにより、計測感度の良好な水圧センサを作製することができることが判明した。
【００４３】
（実施例１）
次に、水圧センサ装置の実施例１を図７および図８に基づいて説明する。図７は本発明の実施例１の水圧センサ装置を示すブロック図、図８は図７の演算部の動作を示すフローチャートである。なお、図７では、図１および図５で用いた符号と同一または対応する部分に同一の符号を付して説明する。その他の実施例も同様である。
【００４４】
図７に示すように、水圧センサ装置１５は、１．４５μｍ帯のＬＥＤからなる光源１と、この光源１に一端が接続される光ファイバであって光源１からの出射光を伝搬する出射光ファイバ３と、この出射光ファイバ３の他端に一端面が接続された２芯ロッドレンズ５と、この２芯ロッドレンズ５の一端面に一端が接続される光ファイバであって２芯ロッドレンズ５からの反射光を伝搬する反射光ファイバ７とを備えている。
【００４５】
また、水圧センサ装置１５は、外筒ケース１７の一方の開口端に水圧の変動に連動して膨張、収縮の度合が変動する受圧部としての薄板１９が固着され、外筒ケース１７の他方の開口端からは、光源１からの出射光を伝搬する出射光ファイバ３および反射光を伝搬する反射光ファイバ７の先端に一端面が接続された２芯ロッドレンズ５が挿入され、この２芯ロッドレンズ５は、出射光ファイバ３および反射光ファイバ７の口径の和よりも大きい口径を有している。
【００４６】
そして、薄板１９は、２芯ロッドレンズ５の他端面に対向するように配置され、観測点の水圧を受けて凸形状に変位する反射面２１を有し、この反射面２１の中心軸の延長線上に２芯ロッドレンズ５の中心軸が位置するように２芯ロッドレンズ５が配置されている。ここで、本実施例の薄板１９は、ＳＵＳ製のダイアフラムであって、厚み０．３ｍｍ、直径５０ｍｍのものが使用される。
【００４７】
さらに、水圧センサ装置１５は、２芯ロッドレンズ５からの反射光を反射光ファイバ７を通して受光して反射光強度の電流値に変換する受光部としてのフォトダイオード（ＰＤ１）１１と、このフォトダイオード１１にて検出された反射光強度の電流値を増幅する増幅器（ＡＭＰ）２３と、この増幅器２３にて増幅された反射光強度の電流値をデジタル化するＡ／Ｄ変換器２５と、フォトダイオード１１により検出された光強度値に応じて水圧値に変換する演算部２７と、この演算部２７で得られた水圧値の表示データを表示する表示部２９とを備えている。
【００４８】
次に、実施例１の２芯ロッドレンズ５の作用を説明する。
【００４９】
まず、水位変動に伴って水圧が変動し、その水圧の変動に連動して薄板１９の膨張、収縮の度合が変動することで反射光損失が変動する。この反射光損失変動は、２芯ロッドレンズ５の他端面と反射面２１との距離ｄが変化することによる距離依存性によるものであり、上述した図４に示すように予め反射光強度（ｍＷ）と水圧（ｋＰａ）との関係を求めておくことで、水圧（水位）を測定することが可能となる。
【００５０】
また、図７に示すように２芯ロッドレンズ５を、平行光として出射する通常のものより長くした場合には、２芯ロッドレンズ５の他端面から出射される出射光が反射面２１に縮小して照射される。
【００５１】
すなわち、２芯ロッドレンズ５の長さを通常より長くして完全な平行光が出射することがないようにすると、反射光強度が最大となる位置が変化し、２芯ロッドレンズ５と薄板１９を離間した位置で反射光強度の最大値を得ることができ、２芯ロッドレンズ５が薄板１９に接触することなく、最大反射光強度を得ることができる。ここで、反射光の最大光強度を大きくするには、２芯ロッドレンズ５と薄板１９とを可及的に接近させればよいものの、薄板１９は水圧によって膨張、収縮するため互いに接近し過ぎると、薄板１９が２芯ロッドレンズ５と接触して破損する可能性がある。
【００５２】
また、２芯ロッドレンズ５を長くした場合には、完全な平行光でなくなったことから距離依存性が大きくなり、反射光損失が角度依存性と距離依存性との２つの要素の影響を受け、薄板１９の膨張、収縮の度合の変動に対する反射光損失の計測感度が良好となる。このようにして図９に示す破線Ａ上に２芯ロッドレンズ５の他端面の中心軸を配置した場合であっても、距離依存性のみを利用して反射光強度を求めることで、反射光強度と水圧との関係を示す図４に基づいて水圧（水位）を計測することができるようになる。
【００５３】
次に、実施例１の水圧センサ装置１５の作用を説明する。
【００５４】
図７に示すように、光源１から出射された光は、出射光ファイバ３を通して２芯ロッドレンズ５の他端面から入射光として出射される。そして、水圧の変動に連動して膨張、収縮する薄板１９の反射面２１で反射された反射光は、反射光ファイバ７を通してフォトダイオード１１により受光される。
【００５５】
フォトダイオード１１は、反射面２１からの反射光を受光して反射光の光強度を検出する。そして、フォトダイオード１１で検出された反射光強度の電流値は、増幅器２３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２５にて増幅された反射光強度の電流値がデジタル化される。そして、演算部２７ではフォトダイオード１１により検出された光強度値に応じて水圧値に変換される。
【００５６】
すなわち、演算部２７では、図８に示すフローチャートのように、まずフォトダイオード１１で検出された反射光強度の電圧データを入力する（ステップＳ１０）。次いで、ステップＳ２０では、フォトダイオード１１で検出された反射光強度の電圧データを、図４に示す反射光強度と水圧との関係に基づくテーブル上において水圧データに変換する。さらに、ステップＳ３０では、水圧データを表示部２９に表示させるために表示データに変換する。このように演算部２７で変換された水圧値を示す表示データは、表示部２９に表示される。
【００５７】
このように実施例１の水圧センサ装置１５によれば、薄板１９は、２芯ロッドレンズの他端面に対向し、観測点の圧力を受けて凸形状に変位する反射面２１を有し、かつ２芯ロッドレンズ５の他端面の中心軸を反射面２１の中心よりずらして配置したことにより、コヒーレント性の高い光源や受光器に加え、パルスカウンタが不要となり構造を簡素化し、ロッドレンズ５の角度依存性を利用することで、計測する圧力に確実に適応可能なセンサを容易に作製することができる。
【００５８】
また、実施例１の水圧センサ装置１５によれば、２芯ロッドレンズ５の長手方向の長さは、２芯ロッドレンズ５の他端面から出射した光が平行光となるときの長さよりも長いため、２芯ロッドレンズ５の他端面から平行光よりも内側に集光する光が出射することとなり、２芯ロッドレンズ５の距離依存性も利用して反射光強度を求めることで、圧力を確実に計測することができる。
【００５９】
さらに、実施例１の水圧センサ装置１５によれば、出射光ファイバ３と反射光ファイバ７とが別個に設けられているため、計測系にビームスプリッタやカプラなどの光分波素子が不要となり、構造を一段と簡素化することができる。
【００６０】
そして、実施例１の水圧センサ装置１５によれば、水圧に応じて凸形状に変位（膨張、収縮）する薄板１９を受圧部としたので、強度が高く、水圧センサとしての信頼性を高めることができる。
【００６１】
（実施例２）
次に、水圧センサ装置の実施例２を図９に基づいて説明する。図９は本発明の実施例２の水圧センサ装置を示すブロック図である。
【００６２】
図９に示すように、水圧センサ装置３１は、実施例１と同様に１．４５μｍ帯のＬＥＤからなる光源１と、この光源１に一端が接続される光ファイバであって光源１からの出射光を伝搬する出射光ファイバ３と、この出射光ファイバ３の他端に一端面が接続された２芯ロッドレンズ５と、この２芯ロッドレンズ５の一端面に一端が接続される光ファイバであって２芯ロッドレンズ５からの反射光を伝搬する反射光ファイバ７とを備えている。
【００６３】
また、水圧センサ装置３１は、実施例１と同様に外筒ケース１７の一方の開口端に水圧の変動に連動して膨張、収縮の度合が変動する受圧部としての薄板１９が固着され、外筒ケース１７の他方の開口端からは、光源１からの出射光を伝搬する出射光ファイバ３および反射光を伝搬する反射光ファイバ７の先端に一端面が接続された２芯ロッドレンズ５が挿入されている。その他の測定系の構成は、図７と同様であるのでその説明を省略する。
【００６４】
そして、図９に示す水圧センサ装置２１は、２芯ロッドレンズ５の先端面から薄板２５の反射面２７方向に光を出射し、その反射面２７からの反射光の一部を２芯ロッドレンズ５の先端面で受光し、観測点での水圧を２芯ロッドレンズ５の他端面での受光量に変換するようにしている。
【００６５】
次いで、実施例２における２芯ロッドレンズ５の作用を説明する。
【００６６】
まず、水位変動に伴って水圧が変動し、その水圧の変動に連動して薄板１９の膨張、収縮の度合が変動することで反射光損失が変動する。この反射光損失変動は、例えば反射光の反射角が変化することによる角度依存性によるものであり、図４に示すように予め反射光強度（ｍＷ）と水圧（ｋＰａ）との関係を求めておくことで、水圧（水位）を測定することが可能となる。
【００６７】
ここで、２芯ロッドレンズ５を使用する理由は、２芯ロッドレンズ５からの出射光を平行光とすることにより、反射光の光強度を大きくして計測を容易にするためと、２芯ロッドレンズ５は角度依存性が大きく、その角度依存性を利用して計測感度を良好にするためである。また、２芯ロッドレンズ５は石英製のため、出射光ファイバ３および反射光ファイバ７と接続する際に樹脂などを使用することなく融着することができ、接続損失を極めて小さくすることができるからである。
【００６８】
２芯ロッドレンズ５が有する角度依存性の反射光損失への影響度は、薄板１９と２芯ロッドレンズ５との相対位置によって変化する。
【００６９】
すなわち、図９に示すように外筒ケース１７内において薄板１９の中心軸を通る破線Ａ上に２芯ロッドレンズ５を配置した場合には、薄板１９と２芯ロッドレンズ５との間の距離の変化のみで反射角の変化は全く生じないため、角度依存性による反射光損失はない。この場合は、前述した図６に示すように薄板１９の反射角θが０°であるから、反射光強度（ｍＷ）が最も大きくなることが判る。
【００７０】
しかし、薄板１９の変動領域両端上を通る破線Ｂ上に２芯ロッドレンズ５を配置した場合には、薄板１９の角度変化が大きくなり、反射光損失変動も大きくなるため、高感度の水圧センサを作製することができる。すなわち、図６に示すように薄板１９の反射角θが大きくなればなるほど、反射光強度が小さくなることが判る。
【００７１】
なお、図９に示す薄板１９を構成するダイアフラムやベローズは、一般的なものであり、形状を変更することで、角度依存性が大きくなる位置を変更することが可能である。
【００７２】
次に、実施例２の水圧センサ装置３１の作用を説明する。
【００７３】
まず、光源１から出射された光は、出射光ファイバ３を通して２芯ロッドレンズ５の他端面から入射光として出射される。そして、薄板１９の反射面２１で反射された反射光は、反射光ファイバ７を通してフォトダイオード１１により受光される。
【００７４】
そして、フォトダイオード１１で検出された反射光強度の電流値は、増幅器２３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２５にて増幅された反射光強度の電流値がデジタル化される。そして、演算部２７ではフォトダイオード１１により検出された光強度値に応じて水圧値に変換される。
【００７５】
すなわち、演算部２７では、図８に示す実施例１のフローチャートのように、水圧値を示す表示データに変換され、この表示データが表示部２９に表示される。
【００７６】
このように実施例２の光式水圧センサ装置４１によれば、２芯ロッドレンズ５は角度依存性が非常に大きく、上述した距離依存性に加え、角度依存性を用いることにより、感度の良好な水圧センサを容易に作製することができる。
【００７７】
なお、本発明は上記実施の形態および各実施例に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態および各実施例では、本発明を水圧（水位）を検出する水圧センサに適用した例について説明したが、これ以外に気圧や風圧を検出するセンサとしても適用可能である。要するに、水や空気などの流体の圧力を検出する圧力センサとして適用可能である。
【００７８】
また、上記実施の形態および各実施例では、受圧部として圧力を受けて凸形状に変位する反射面を有する薄板１７を用いたが、これに限らず薄膜を使用してもよい。但し、強度面および信頼性の観点から上記のように薄板１７を用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施の形態における２芯ロッドレンズの距離依存性を説明するための光式水圧センサを示すブロック図である。
【図２】本実施の形態における２芯ロッドレンズと反射面との距離と、反射光強度との関係を示す図である。
【図３】図１の２芯ロッドレンズを示す構成図である。
【図４】本実施の形態における反射光強度と水圧との関係を示す図である。
【図５】本実施の形態における２芯ロッドレンズの角度依存性を説明するための光式水圧センサを示すブロック図である。
【図６】本実施の形態において反射角と反射光強度との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例１の水圧センサ装置を示すブロック図である。
【図８】図７の演算部の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例２の水圧センサ装置を示すブロック図である。
【図１０】従来の圧力センサとしての光音響センサを示すブロック図である。
【図１１】従来例における振動膜の変位に対応したセンサ出力波形を示す波形対応図である。
【符号の説明】
【００８０】
１    光源
３    出射光ファイバ
５    ２芯ロッドレンズ
７    反射光ファイバ
９    反射面
１１    フォトダイオード
１３    全反射ミラー
１５    水圧センサ装置
１７    外筒ケース
１９    薄板（受圧部）
２１    反射面
２３    増幅器
２５    Ａ／Ｄ変換器
２７    演算部
２９    表示部
３１    水圧センサ装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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