(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光式圧力センサを提供することにある。【解決手段】  ロッドレンズ７の先端面の中心軸を反射面２７の中心軸よりずらして配置し、ロッドレンズ７の先端面から反射面２７方向に光を出射し、反射面２７からの反射光の一部をロッドレンズ７の先端面で受光し、観測点での圧力をロッドレンズ７の先端面での受光量に変換するものである。【選択図】  図７
2006010383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバから一端に入射された光が他端から出射されるように接続されたロッドレンズと、
前記ロッドレンズから出射された光の一部が反射されて前記ロッドレンズを経て前記光ファイバに戻るように配置された反射面を有する受圧部とからなる光式圧力センサであって、
前記受圧部が圧力によって凸形状に弾性変形し、中心軸が凸形状の頂点からずれるように前記ロッドレンズが配置されていることを特徴とする光式圧力センサ。
【請求項２】
前記ロッドレンズの長さが、前記ロッドレンズから出射する光が収束する長さであることを特徴とする請求項１に記載の光式圧力センサ。
【請求項３】
光ファイバと、
前記光ファイバから一端に入射された光が他端から出射されるように光学接続されたロッドレンズと、
前記ロッドレンズから出射された光の一部が反射されて前記ロッドレンズを経て前記光ファイバに戻るように配置された反射面を有する受圧部とからなる光式圧力センサであって、
前記受圧部が圧力によって凸形状に弾性変形し、前記ロッドレンズの出射光が収束するようなロッドレンズの長さを有し、前記反射面が前記凸形状の頂点に配置されるとともに、前記ロッドレンズがその中心軸上に配置されていることを特徴とする光式圧力センサ。
【請求項４】
光源と、
光源と前記光ファイバとの間に設けられ、前記光源から入射された光と前記反射面から反射された光を分岐する分岐部と、
前記分岐部に接続され、前記反射面から反射された光を受光して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３項の何れか１つに記載の光式圧力センサ。
【請求項５】
前記分岐部に接続され、前記光源から入射された光を受光して光強度を検出する第２の受光部を備え、
前記演算部は、前記受光部により検出された前記反射された光の光強度値と、前記第２の受光部により検出された前記光強度値との光強度比値を演算し、この光強度比値に応じて圧力値に変換することを特徴とする請求項４記載の光式圧力センサ。
【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光式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１６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１７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光源が必要であるので、構造が複雑化し、また微小圧力（音圧）の変動を検出するものであるため、大きな圧力変動が生じる圧力センサには不向きであるという問題がある。
【００１１】
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光式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】
【００１２】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、光ファイバと、前記光ファイバから一端に入射された光が他端から出射されるように接続されたロッドレンズと、前記ロッドレンズから出射された光の一部が反射されて前記ロッドレンズを経て前記光ファイバに戻るように配置された反射面を有する受圧部とからなる光式圧力センサであって、前記受圧部が圧力によって凸形状に弾性変形し、中心軸が凸形状の頂点からずれるように前記ロッドレンズが配置されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記ロッドレンズの長さが、前記ロッドレンズから出射する光が収束する長さであることを要旨とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、光ファイバと、前記光ファイバから一端に入射された光が他端から出射されるように光学接続されたロッドレンズと、前記ロッドレンズから出射された光の一部が反射されて前記ロッドレンズを経て前記光ファイバに戻るように配置された反射面を有する受圧部とからなる光式圧力センサであって、前記受圧部が圧力によって凸形状に弾性変形し、前記ロッドレンズの出射光が収束するようなロッドレンズの長さを有し、前記反射面が前記凸形状の頂点に配置されるとともに、前記ロッドレンズがその中心軸上に配置されていることを要旨とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、光源と、光源と前記光ファイバとの間に設けられ、前記光源から入射された光と前記反射面から反射された光を分岐する分岐部と、前記分岐部に接続され、前記反射面から反射された光を受光して光強度を検出する受光部と、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。
【００１６】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、前記分岐部に接続され、前記光源から入射された光を受光して光強度を検出する第２の受光部を備え、前記演算部は、前記受光部により検出された前記反射された光の光強度値と、前記第２の受光部により検出された前記光強度値との光強度比値を演算し、この光強度比値に応じて圧力値に変換することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の本発明によれば、光ファイバから一端に入射された光が他端から出射されるようにロッドレンズが接続され、ロッドレンズから出射された光の一部が反射されてロッドレンズを経て光ファイバに戻るように配置された反射面を受圧部に有しておき、受圧部が圧力によって凸形状に弾性変形し、中心軸が凸形状の頂点からずれるようにロッドレンズが配置されているので、コヒーレント性の高い光源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。
【００１８】
請求項２記載の本発明によれば、ロッドレンズの長さが、ロッドレンズから出射する光が収束する長さであるので、ロッドレンズの距離依存性および角度依存性の双方を利用でき、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。
【００１９】
請求項３記載の本発明によれば、光ファイバから一端に入射された光が他端から出射されるようにロッドレンズが光学接続され、ロッドレンズから出射された光の一部が反射されてロッドレンズを経て光ファイバに戻るように配置された反射面を受圧部に有しておき、受圧部が圧力によって凸形状に弾性変形し、ロッドレンズの出射光が収束するようなロッドレンズの長さを有し、反射面が凸形状の頂点に配置されるとともに、ロッドレンズがその中心軸上に配置されているので、ロッドレンズの距離依存性を利用することができ、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】
請求項４記載の本発明によれば、光源から入射された光と反射面から反射された光を分岐部で分岐部し、受光部で反射面から反射された光を受光して光強度を検出し、受光部により検出された光強度値に応じて演算部で圧力値に変換することにより、構造を簡素化し、正確に圧力値を検出することができる。
【００２１】
請求項５記載の本発明によれば、受光部により検出された反射光の光強度値と、第２の受光部により検出された入射光の光強度値との光強度比値を演算し、この光強度比値に応じて圧力値に変換することにより、光源の光強度ゆらぎを確実に補償することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
（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、光ファイバの先端にロッドレンズを接続し、この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、上記ロッドレンズの先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ロッドレンズの先端面で受光して反射光強度を測定するようにしている。
【００２４】
すなわち、本実施の形態では、上記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。
【００２５】
（ロッドレンズの角度依存性）
まず、上記ロッドレンズの角度依存性の原理を図１および図２に基づいて説明する。図１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２は反射角と反射光強度との関係を示す図である。
【００２６】
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に一端が接続された単芯の光ファイバ３と、この光ファイバ３に介在された分岐部としてのカプラ５と、光ファイバ３の他端に接続され光ファイバ３の口径よりも大きい口径を有するロッドレンズ７と、このロッドレンズ７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９とを備えている。この全反射ミラー９は、回転軸９ａを有し、この回転軸９ａ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、ロッドレンズ７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。
【００２７】
また、光式水圧センサは、カプラ５に接続され反射光を受光して反射光強度の電流値に変換するフォトダイオード（ＰＤ）１１と、このフォトダイオード１１に接続され反射光強度の電流値を増幅する増幅器（ＡＭＰ）１３と、この増幅器１３に接続されたデジタルマルチメータ（ＤＭＭ）１５とを備えている。
【００２８】
したがって、光源１から出射された光は、光ファイバ３、カプラ５および光ファイバ３を通してロッドレンズ７の先端から出射される。そして、回転軸９ａを中心として全反射ミラー９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。また、フォトダイオード１１で検知された反射光強度は、増幅器１３で増幅された後、デジタルマルチメータ（ＤＭＭ）１５にて計測され、光強度に変換される。その測定結果を図２に示す。
【００２９】
図２によれば、ロッドレンズ７の角度依存性は、非常に大きく、反射角θが±０．３°で反射光強度（ｍＷ）が５０％となった。これにより、ロッドレンズ７は角度依存性が大きく、このロッドレンズ７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。
【００３０】
（ロッドレンズの距離依存性）
次に、ロッドレンズ７の距離依存性の原理を図３乃至図６に基づいて説明する。
【００３１】
図３（ａ），（ｂ）は通常の長さのロッドレンズと出射光との関係を示す説明図、図４（ａ），（ｂ）はロッドレンズ７の長さと出射光との関係を示す説明図、図５は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６はロッドレンズと全反射ミラーとの距離と、反射光強度との関係を示す図である。
【００３２】
なお、図５では、図１の構成に対し、ロッドレンズ７と全反射ミラー９とが距離ｄ（μｍ）をおいて配置されるとともに、全反射ミラー９が回転軸を備えていない構成以外は同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図３（ａ）に示すロッドレンズ７は、コア３ａにクラッド３ｂが被覆された光ファイバ３の先端に接続され、コア３ａの光を図４（ｂ）に示すように反射面１７に完全な平行光として出射する通常の長さのロッドレンズである。すなわち、図３（ａ）に示すロッドレンズ７は、図４（ａ）において、ロッドレンズ７をＢＢ線で切断した場合の長さを有している。
【００３４】
また、図４（ａ）において、ロッドレンズ７をＡＡ線で切断した場合は、図３（ａ）に示すロッドレンズ７に対して１０％短尺の長さとなり、図４（ｂ）に示すように出射光が反射面１７に拡散して照射される。
【００３５】
さらに、図４（ａ）において、ロッドレンズ７をＣＣ線、ＤＤ線およびＥＥ線で切断した場合は、図３（ａ）に示すロッドレンズに対してそれぞれ１０％、２５％および５０％長尺の長さとなり、図４（ｂ）に示すように出射光が反射面１７に縮小して照射される。
【００３６】
そして、図５に示すようにロッドレンズ７と全反射ミラー９とは、距離ｄ（μｍ）をおいて配置されている。
【００３７】
このように図３（ａ）に示す通常の長さのロッドレンズ、図３（ａ）に示すロッドレンズに対して１０％短尺のロッドレンズ、図３（ａ）に示すロッドレンズに対してそれぞれ１０％、２５％および５０％長尺のロッドレンズの５種類を使用し、図５に示すようにロッドレンズ７から全反射ミラー９を徐々に離間していき距離に対する反射光強度の変化を測定した。その測定結果を図６に示す。図６において、横軸はロッドレンズと全反射ミラーとの距離ｄ（μｍ）であり、縦軸は全反射ミラーの反射光強度（ｍＷ）である。
【００３８】
図６に示すように、通常の長さのロッドレンズを使用した場合の距離依存性は、多少の光強度劣化が見られるもののほとんどない。また、１０％短尺のロッドレンズを使用した場合、反射光強度のピーク位置は、ロッドレンズと反射面の距離が最小のときであり、距離依存性も通常の長さのロッドレンズより大きくなるものの、比較的なだらかな曲線であるため測定感度を向上させるために利用することができない。
【００３９】
これに対し、１０％、２５％および５０％長尺のロッドレンズを使用した場合、反射光強度のピーク位置は、反射面から離れた位置となり、その距離はロッドレンズ７の長さが長くなるに従って短くなる。また、距離依存性は、ロッドレンズ７の長さが長くなるに従って大きくなる。このようにロッドレンズ７の長さを変えることにより、距離依存性および最大反射光強度の双方が得られる位置を選択することができる。
【００４０】
（実施例１）
次に、光式水圧センサの実施例１を図７に基づいて説明する。なお、図７に示す実施例１では、図１および図５に示す実施の形態の原理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。
【００４１】
図７に示すように、光式水圧センサ２１は、外筒ケース２３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２５が固着され、外筒ケース２３の他方の開口端からは、光源１からの入射光を伝搬する光ファイバ３の先端に接続されたロッドレンズ７が挿入され、このロッドレンズ７は、光ファイバ３の口径よりも大きい口径を有している。また、薄板２５は、ロッドレンズ７の先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２７を有しており、本実施例では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。
【００４２】
その他の測定系の構成は、図１および図５と同様であるのでその説明を省略する。
【００４３】
そして、図７に示す光式水圧センサ２１は、ロッドレンズ７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ロッドレンズ７の先端面で受光し、観測点での水圧をロッドレンズ７の先端面での受光量に変換するようにしている。
【００４４】
次いで、実施例１におけるロッドレンズ７の作用を図８〜図１１に基づいて説明する。
【００４５】
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２５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１１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。
【００４６】
ここで、ロッドレンズ７を使用する理由は、ロッドレンズ７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、ロッドレンズ７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、ロッドレンズ７は石英製のため、光ファイバ３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。
【００４７】
ロッドレンズ７が有する角度依存性の反射光損失への影響度は、薄板２５とロッドレンズ７との相対位置によって変化する。この変化を図７および図８に基づいて説明する。
【００４８】
すなわち、図７に示すように外筒ケース２３内において薄板２５の中心軸を通る破線Ａ上にロッドレンズ７を配置した場合には、薄板２５とロッドレンズ７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２に示すように薄板２５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。
【００４９】
しかし、薄板２５の変動領域両端上を通る破線Ｂ上にロッドレンズ７を配置した場合には、図７および図８に示すように薄板２５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２に示すように薄板２５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。
【００５０】
なお、図７に示す薄板３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。また、計測感度を高める手段としては、ダイアフラムの材料をステンレス鋼（ＳＵＳ）とし、その表面を研磨することによりダイアフラム表面に鏡面処理を施す手段、ダイアフラムの材料を光源の波長に合わせて選択して反射率を高くする手段、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。
【００５１】
また、図９に示すようにロッドレンズ７を、平行光として出射する通常のものより１０％短尺の長さとした場合には、ロッドレンズ７の先端面から平行光よりも外側に拡散する光が出射するようになり、反射面２７により反射される反射光も拡散するようになる。
【００５２】
さらに、図１０に示すようにロッドレンズ７を、平行光として出射する通常のものよりそれぞれ２５％、５０％長尺の長さとした場合には、ロッドレンズ７の先端面から出射される出射光が反射面２７に縮小して照射される。
【００５３】
すなわち、ロッドレンズ７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、ロッドレンズ７と薄板２５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、ロッドレンズ７が薄板２５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、通常の長さのロッドレンズや１０％短いロッドレンズで反射光の最大光強度を大きくするには、ロッドレンズ７と薄板２５とを可及的に接近させればよいものの、薄板２５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２５がロッドレンズ７と接触して破損する可能性がある。
【００５４】
また、ロッドレンズ７を２５％、５０％長尺の長さとした場合には、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２５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り、反射光強度と水圧との関係を示す図１１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。また、図７に示す破線Ａ上にロッドレンズ７の先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、水圧（水位）を計測することができる。
【００５５】
このように実施例１の光式水圧センサ２１によれば、ロッドレンズ７の先端面の中心軸を反射面２７の中心軸よりずらして配置し、ロッドレンズ７の先端面から反射面２７方向に光を出射し、反射面２７からの反射光の一部をロッドレンズ７の先端面で受光し、観測点での水圧をロッドレンズ７の先端面での受光量に変換することにより、コヒーレント性の高い光源が不要となり構造を簡素化し、角度依存性を利用することで、計測する水圧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。
【００５６】
また、実施例１の光式水圧センサ２１によれば、ロッドレンズ７の先端面から平行光よりも外側に拡散する光が出射するようにロッドレンズ７の長手方向の長さを設定し、ロッドレンズ７の先端面の中心軸を反射面２７の中心軸上に配置することにより、距離依存性のみを利用して反射光強度を求めることで、水圧（水位）を確実に計測することもできる。
【００５７】
さらに、実施例１の光式水圧センサ２１によれば、ロッドレンズ７の先端面の中心軸を反射面２７の中心軸よりずらして配置するとともに、ロッドレンズ７の先端面から平行光よりも内側に集光する光が出射するようにロッドレンズ７の長手方向の長さを設定し、ロッドレンズ７の先端面の中心軸を反射面２７の中心軸上に配置することにより、構造を簡素化し、角度依存性および距離依存性の双方を利用することで、計測する水圧に確実に適応可能なセンサを一段と容易に作製することができる。
【００５８】
そして、実施例１の光式水圧センサ２１によれば、水圧に応じて凸形状に変位（膨張、収縮）する薄板２５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。
【００５９】
（実施例２）
次に、水圧センサ装置の実施例２を図１２および図１３に基づいて説明する。図１２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、図１３は図１２の演算部の動作を示すフローチャートである。
【００６０】
図１２に示すように、水圧センサ装置３１は、ＬＥＤからなる光源１と、この光源１に一端が接続された単芯の光ファイバ３と、この光ファイバ３に介在された分岐部としてのカプラ５と、光ファイバ３の他端に接続された単芯のロッドレンズ７と、このロッドレンズ７に所定間隔をおいて配置された反射面２７を有する薄板２５とを備えている。
【００６１】
また、水圧センサ装置３１は、カプラ５に接続され、反射光を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（ＡＭＰ１）１３と、この増幅器１３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３３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３５と、この演算部３５で得られた水圧値の表示データを表示する表示部３７とを備えている。
【００６２】
次に、実施例２の水圧センサ装置３１の作用を説明する。
【００６３】
光源１から出射された光は、光ファイバ３、カプラ５および光ファイバ３を通してロッドレンズ７の先端から入射光として出射される。そして、薄板２５の反射面２７で反射された反射光は、カプラ５により光源１からの入射光と分岐されてフォトダイオード１１により受光される。
【００６４】
フォトダイオード１１は、反射面２７からの反射光を受光して反射光の光強度を検出する。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１３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３３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３５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。
【００６５】
すなわち、演算部３５では、図１３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１１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３７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３５で変換された水圧値を示す表示データは、表示部３７に表示される。
【００６６】
このように実施例２の水圧センサ装置３１によれば、光源１からの入射光と反射面２７からの反射光をカプラ５により分岐し、フォトダイオード１１で反射面２７からの反射光を受光して反射光の光強度を検出し、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演算部３５で水圧値に変換することにより、構造を簡素化し、正確に水圧値を検出することができる。
【００６７】
（実施例３）
次に、水圧センサ装置の実施例３を図１４および図１５に基づいて説明する。図１４は本発明の実施例３の水圧センサ装置を示すブロック図、図１５は図１４の演算部の動作を示すフローチャートである。
【００６８】
図１４に示すように、水圧センサ装置４１は、ＬＥＤからなる光源１と、この光源１に一端が接続された単芯の光ファイバ３と、この光ファイバ３に介在された分岐部としてのカプラ５と、光ファイバ３の他端に接続された単芯のロッドレンズ７と、このロッドレンズ７に所定間隔をおいて配置された反射面２７を有する薄板２５とを備えている。
【００６９】
また、水圧センサ装置４１は、カプラ５に接続され、反射光を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（ＡＭＰ１）１３と、この増幅器１３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３３とを備えている。
【００７０】
さらに、水圧センサ装置４１は、カプラ５に接続され、光源１からの入射光を受光して入射光の光強度を検出する第２の受光部としてのフォトダイオード（ＰＤ２）４３と、このフォトダイオード４３にて検出された入射光強度の電流値を増幅する増幅器（ＡＭＰ２）４５と、この増幅器４５にて増幅された入射光強度の電流値をデジタル化するＡ／Ｄ変換器４７とを備えている。
【００７１】
そして、水圧センサ装置４１は、フォトダイオード１１により検出された反射光の光強度値と、フォトダイオード４３により検出された入射光の光強度値との光強度比値を演算し、この光強度比値に応じて水圧値に変換する演算部３５と、この演算部３５で得られた水圧値の表示データを表示する表示部３７とを備えている。
【００７２】
次に、実施例３の水圧センサ装置４１の作用を説明する。
【００７３】
光源１からの入射光は、光ファイバ３、カプラ５を通してフォトダイオード４３により受光される。
【００７４】
フォトダイオード４３は、受光した入射光の光強度を検出する。フォトダイオード４３で検出された入射光強度の電流値は、増幅器４５で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４７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。
【００７５】
光源１から出射された光は、光ファイバ３、カプラ５および光ファイバ３を通してロッドレンズ７の先端から入射光として出射される。そして、薄板２５の反射面２７で反射された反射光は、カプラ５により光源１からの入射光と分岐されてフォトダイオード１１により受光される。
【００７６】
フォトダイオード１１は、反射面２７からの反射光を受光して反射光の光強度を検出する。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１３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３３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。
【００７７】
演算部３５では、フォトダイオード１１により検出された反射光の光強度値と、フォトダイオード４３により検出された入射光の光強度値との光強度比値を演算し、この光強度比値に応じて水圧値に変換する。
【００７８】
すなわち、演算部３５では、図１５に示すフローチャートのように、まずフォトダイオード４３により検出された入射光強度の電圧データ１を入力する（ステップＳ１１０）。次いで、ステップＳ１２０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２を入力する。
【００７９】
さらに、ステップＳ１３０では、フォトダイオード１１により検出された反射光の光強度値と、フォトダイオード４３により検出された入射光の光強度値との光強度比値を算出する。次いで、ステップＳ１４０では、その光強度比値に応じてテーブル上において水圧値に変換する。そして、ステップＳ１５０では、水圧値を表示部３７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３５で変換された水圧値を示す表示データは、表示部３７に表示される。
【００８０】
このように実施例３の光式水圧センサ装置４１によれば、フォトダイオード１１により検出された反射光の光強度値と、フォトダイオード４３により検出された入射光の光強度値との光強度比値を演算し、この光強度比値に応じて水圧値に変換することにより、実施例２の効果に加え、光源１の光強度ゆらぎを確実に補償することができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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２５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２５を用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施の形態における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２】本実施の形態における反射角と反射光強度との関係を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は通常の長さのロッドレンズと出射光との関係を示す説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はロッドレンズ７の長さと出射光との関係を示す説明図である。
【図５】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６】ロッドレンズと全反射ミラーとの距離と、反射光強度との関係を示す図である。
【図７】実施例１の光式水圧センサを示す構成図である。
【図８】実施例１におけるロッドレンズの角度依存性を説明するため説明図である。
【図９】実施例１におけるロッドレンズの距離依存性を説明するための説明図である。
【図１０】実施例１におけるロッドレンズの他の距離依存性を説明するための説明図である。
【図１１】実施例１における反射光強度と水圧との関係を示す図である。
【図１２】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１３】図１２の演算部の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施例３の水圧センサ装置を示すブロック図である。
【図１５】図１４の演算部の動作を示すフローチャートである。
【図１６】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１７】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】
【００８４】
１    光源
３    光ファイバ
５    カプラ（分岐部）
７    ロッドレンズ
９    全反射ミラー
１１    フォトダイオード（受光部）
１３    増幅器
２１    光式水圧センサ
２３    外筒ケース
２５    薄板（受圧部）
２７    反射面
３１    水圧センサ装置
３３    Ａ／Ｄ変換器
３５    演算部
３７    表示部
４１    水圧センサ装置
４３    フォトダイオード（第２の受光部）
４５    増幅器
４７    Ａ／Ｄ変換器
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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