(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源が発した照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力する第１センサと、
前記第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力する第２センサと、
前記第２測定光の光量の変調を前記照射光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出する補正モジュールと、
前記補正光量を測定することにより、前記第１及び第２外圧の差圧を測定する測定モジュール
とを備えることを特徴とする差圧測定システム。
【請求項２】
前記補正光量は、前記第２測定光の光量を前記照射光の光量で割って算出されることを特徴とする請求項１に記載の差圧測定システム。
【請求項３】
前記補正光量は、前記照射光の光量を前記第２測定光の光量で割って算出されることを特徴とする請求項１に記載の差圧測定システム。
【請求項４】
光源と、
前記光源が発した照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力する第１センサと、
前記第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力する第２センサと、
前記第２測定光から、前記第１及び第２波長帯域と異なる参照波長帯域の参照光を取り出す波長フィルタと、
前記第２測定光の光量の変調を前記参照光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出する補正モジュールと、
前記補正光量を測定することにより、前記第１及び第２外圧の差圧を測定する測定モジュール
とを備えることを特徴とする差圧測定システム。
【請求項５】
前記補正光量は、前記第２測定光の光量を前記参照光の光量で割って算出されることを特徴とする請求項４に記載の差圧測定システム。
【請求項６】
前記補正光量は、前記参照光の光量を前記第２測定光の光量で割って算出されることを特徴とする請求項４に記載の差圧測定システム。
【請求項７】
光源と、
前記光源が発した照射光の光量の変調を打ち消すよう前記光源の出力を調節する定出力回路と、
前記照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力する第１センサと、
前記第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力する第２センサと、
前記第２測定光の光量を測定することにより、前記第１及び第２外圧の差圧を測定する測定モジュール
とを備えることを特徴とする差圧測定システム。
【請求項８】
光源と、
前記光源が発した照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力する第１センサと、
前記第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力する第２センサと、
前記第２測定光から、前記第１及び第２波長帯域と異なる参照波長帯域の参照光を取り出す波長フィルタと、
前記参照光の光量の変調を打ち消すよう前記光源の出力を調節する定出力回路と、
前記第２測定光の光量を測定することにより、前記第１及び第２外圧の差圧を測定する測定モジュール
とを備えることを特徴とする差圧測定システム。
【請求項９】
前記第１センサは、
前記照射光を受ける第１半透鏡と、
前記第１半透鏡と平行に配置され、前記第１外圧の変動により変位する第１感圧膜と、
前記第１感圧膜上に配置され、前記第１半透鏡を透過した前記照射光を前記第１半透鏡との間で多重反射させる第１反射膜
とを備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
【請求項１０】
前記第２センサは、
前記第１測定光を受ける第２半透鏡と、
前記第２半透鏡と平行に配置され、前記第２外圧の変動により変位する第２感圧膜と、
前記第２感圧膜上に配置され、前記第２半透鏡を透過した前記第１測定光を前記第２半透鏡との間で多重反射させる第２反射膜
とを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
【請求項１１】
照射光を照射するステップと、
前記照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力するステップと、
前記第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力するステップと、
前記第２測定光の光量の変調を前記照射光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出するステップと、
前記補正光量を測定することにより、前記第１及び第２外圧の差圧を測定するステップ
とを含むことを特徴とする差圧測定方法。
【請求項１２】
前記補正光量は、前記第２測定光の光量を前記照射光の光量で割って算出されることを特徴とする請求項１１に記載の差圧測定方法。
【請求項１３】
前記補正光量は、前記照射光の光量を前記第２測定光の光量で割って算出されることを特徴とする請求項１１に記載の差圧測定方法。
【請求項１４】
照射光を照射するステップと、
前記照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力するステップと、
前記第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力するステップと、
前記第２測定光から、前記第１及び第２波長帯域と異なる参照波長帯域の参照光を取り出すステップと、
前記第２測定光の光量の変調を前記参照光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出するステップと、
前記補正光量を測定することにより、前記第１及び第２外圧の差圧を測定するステップ
とを含むことを特徴とする差圧測定方法。
【請求項１５】
前記補正光量は、前記第２測定光の光量を前記参照光の光量で割って算出されることを特徴とする請求項１４に記載の差圧測定方法。
【請求項１６】
前記補正光量は、前記参照光の光量を前記第２測定光の光量で割って算出されることを特徴とする請求項１４に記載の差圧測定方法。
【請求項１７】
光源から照射光を照射するステップと、
前記照射光の光量の変調を打ち消すよう前記光源の出力を調節するステップと、
前記照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力するステップと、
前記第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力するステップと、
前記第２測定光の光量を測定することにより、前記第１及び第２外圧の差圧を測定するステップ
とを含むことを特徴とする差圧測定方法。
【請求項１８】
光源から照射光を照射するステップと、
前記照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力するステップと、
前記第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力するステップと、
前記第２測定光から、前記第１及び第２波長帯域と異なる参照波長帯域の参照光を取り出すステップと、
前記参照光の光量の変調を打ち消すよう前記光源の出力を調節するステップと、
前記第２測定光の光量を測定することにより、前記第１及び第２外圧の差圧を測定するステップ
とを含むことを特徴とする差圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力測定技術に関し、特に差圧測定システム及び差圧測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油プラント等を制御する場合、石油プラント内の異なる位置における流体の差圧を測定することが必要な場合がある。従来の差圧測定方法としては、測定位置にファブリペロ干渉計を配置し、圧力によって生じるファブリペロ干渉計の光路差の変化を光で読み取る方法が提案されている（例えば、特許文献1参照。）。しかし、光路差の変化を読み取るためには、干渉縞の位置の同定に複雑な信号処理が必要になるという問題があった。さらに光を照射する光源の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等によって、光の光量が圧力とは無関係に変調する場合がある。光源等に由来する光量の変調は、差圧測定に測定誤差をもたらすという問題があった。
【特許文献１】特開2003-166890号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、照射光の光量変調を補正し、高い精度で差圧の測定が可能な差圧測定システム及び差圧測定方法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】
【０００４】
本発明の第1の態様によれば、光源と、光源が発した照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力する第１センサと、第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力する第２センサと、第２測定光の光量の変調を照射光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出する補正モジュールと、補正光量を測定することにより、第１及び第２外圧の差圧を測定する測定モジュールとを備える差圧測定システムが提供される。
【０００５】
本発明の第2の態様によれば、光源と、光源が発した照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力する第１センサと、第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力する第２センサと、第２測定光から、第１及び第２波長帯域と異なる参照波長帯域の参照光を取り出す波長フィルタと、第２測定光の光量の変調を参照光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出する補正モジュールと、補正光量を測定することにより、第１及び第２外圧の差圧を測定する測定モジュールとを備える差圧測定システムが提供される。
【０００６】
本発明の第3の態様によれば、光源と、光源が発した照射光の光量の変調を打ち消すよう光源の出力を調節する定出力回路と、照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力する第１センサと、第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力する第２センサと、第２測定光の光量を測定することにより、第１及び第２外圧の差圧を測定する測定モジュールとを備える差圧測定システムが提供される。
【０００７】
本発明の第4の態様によれば、光源と、光源が発した照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力する第１センサと、第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力する第２センサと、第２測定光から、第１及び第２波長帯域と異なる参照波長帯域の参照光を取り出す波長フィルタと、参照光の光量の変調を打ち消すよう光源の出力を調節する定出力回路と、第２測定光の光量を測定することにより、第１及び第２外圧の差圧を測定する測定モジュールとを備える差圧測定システムが提供される。
【０００８】
本発明の第5の態様によれば、照射光を照射するステップと、照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力するステップと、第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力するステップと、第２測定光の光量の変調を照射光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出するステップと、補正光量を測定することにより、第１及び第２外圧の差圧を測定するステップとを含む差圧測定方法が提供される。
【０００９】
本発明の第6の態様によれば、照射光を照射するステップと、照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力するステップと、第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力するステップと、第２測定光から、第１及び第２波長帯域と異なる参照波長帯域の参照光を取り出すステップと、第２測定光の光量の変調を参照光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出するステップと、補正光量を測定することにより、第１及び第２外圧の差圧を測定するステップとを含む差圧測定方法が提供される。
【００１０】
本発明の第7の態様によれば、光源から照射光を照射するステップと、照射光の光量の変調を打ち消すよう光源の出力を調節するステップと、照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力するステップと、第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力するステップと、第２測定光の光量を測定することにより、第１及び第２外圧の差圧を測定するステップとを含む差圧測定方法が提供される。
【００１１】
本発明の第8の態様によれば、光源から照射光を照射するステップと、照射光のスペクトルにおいて、第１外圧に応じてシフトする第１波長帯域の光強度を減衰させて第１測定光として出力するステップと、第１測定光のスペクトルにおいて、第２外圧に応じてシフトする第２波長帯域の光強度を減衰させて第２測定光として出力するステップと、第２測定光から、第１及び第２波長帯域と異なる参照波長帯域の参照光を取り出すステップと、参照光の光量の変調を打ち消すよう光源の出力を調節するステップと、第２測定光の光量を測定することにより、第１及び第２外圧の差圧を測定するステップとを含む差圧測定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、照射光の光量変調を補正し、高い精度で差圧の測定が可能な差圧測定システム及び差圧測定方法を提供可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の第1乃至第5の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１４】
（第1の実施の形態）
第1の実施の形態に係る差圧測定システムは、図1に示すように、光源4、光源4が発した照射光のスペクトルにおいて、第1外圧PO1に応じてシフトする第1波長帯域の光強度を減衰させて第1測定光として出力する第1センサ5、及び第1測定光のスペクトルにおいて、第2外圧PO2に応じてシフトする第2波長帯域の光強度を減衰させて第2測定光として出力する第2センサ15を備える。また差圧測定システムは、第１及び第２波長帯域の重なり具合により変動する第2測定光の光量の変調を照射光の光量の変調で打ち消した補正光量を算出する補正モジュール71A、及び補正光量を測定することにより、第１及び第２外圧PO1, PO2の差圧を測定する測定モジュール72Aを有する信号処理装置7Aを備える。
【００１５】
光源4には、紫外域から赤外域(185nm〜2000nm)までの連続スペクトルに対応可能なキセノンランプ、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザ共振器、マルチモードレーザダイオード、及びシングルモードレーザダイオード等が使用可能である。光源4には照射光を伝搬する光導波路30が接続されている。光導波路30には、照射光を2方向に分割する第1スプリッタ21が接続されている。第1スプリッタ21には、分割された一方の照射光を伝搬する光導波路31と、分割された他方の照射光を伝搬する光導波路300のそれぞれが接続されている。
【００１６】
光導波路300で伝搬された照射光は、照射光受光素子52で受光される。照射光受光素子52は、受光した照射光の光量QRを電気エネルギに光電変換する。また光導波路31には第1センサ5が接続されている。図2及び図2のA-A方向からの断面図である図3に示す第1センサ5は、コア130a及びクラッド131aを有する光導波路31が挿入されるホルダ60a、光導波路31の挿入された側の端面に配置されたガラス多層膜等の第1半透鏡24a、第1半透鏡24aと平行位置に配置され、第1外圧PO1を受ける第1感圧膜50a、第1感圧膜50aの第1半透鏡24aと対向する表面に配置され、照射光のうち第1半透鏡24aを透過した第1内部透過光を受けるクロム酸化膜等の第1反射膜25a、及び第1半透鏡24aと第1反射膜25aとの第1共振間隔h1を規定する第1測定用筐体43aを有する反射型のファブリペロ共振器である。また第1センサ5は、第1感圧膜50a、第1測定用筐体43a、及びホルダ60aで囲まれた領域の第1内圧PI1を調節するためにホルダ60aに設けられた通気孔160aと、通気孔160aの開閉を制御する開放弁70aを備える。さらに第1感圧膜50aの外部には、表出する第1感圧膜50aの図2に示した半径aを規定する第1基底部40aが配置される。
【００１７】
第1センサ5の第1感圧膜50aは、第1内圧PI1と第1外圧PO1が等しい「定常状態」では撓みは生じない。しかし、図4に示すように、第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が大きくなったときは、第1感圧膜50aは内部方向に撓む。また図5に示すように、第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が小さくなったときは、第1感圧膜50aは外部方向に撓む。第1センサ5は、図4及び図5に示した第1感圧膜50aの撓みによる変位w1を検出することにより、第1外圧PO1を測定する。
【００１８】
図4に示すように第1外圧PO1が加わったときの第1感圧膜50aの変位w1は、第1感圧膜50aの半径が図2に示すようにaである場合、下記(1)式で表される。
【００１９】
w1 =(PO1 - PI1)× (a2 - r2)2 / (64 ×D)     …(1)
ここでr(r : 0 ≦ r ≦ a)は第1感圧膜50aの中心位置Mから測定位置までの距離である。Dは下記(2)式で与えられる。
【００２０】
D = E ×t3 / {12 × (1 - υ2)}   …(2)
(2)式において、Eは第1感圧膜50aのヤング率、tは第1感圧膜50aの厚さ、υは第1感圧膜50aのポアッソン比である。図3乃至図5に示した第1感圧膜50aの厚さtが50μmの場合における第1外圧PO1と変位w1の関係をプロットしたグラフが図6である。図6においては、図2に示した第1感圧膜50aの半径aが0.01mm、0.10mm、及び1.00mmの場合のそれぞれについてプロットされている。また第1感圧膜50aの厚さtが1μmの場合における第1外圧PO1と変位w1の関係をプロットしたグラフが図7である。図7においては、第1感圧膜50aの半径aが0.01mm、0.10mm、及び1.00mmの場合のそれぞれについてプロットされている。図6及び図7に示すように、第1感圧膜50aの半径a及び厚みtによって第1感圧膜50aの感度は変わるので、半径a及び厚みtを調節することにより、第1外圧PO1の測定レンジに最適な感度を設定することが可能である。
【００２１】
光導波路31のコア130aで第1センサ5に向かって伝搬された広波長帯域の照射光の一部は第1半透鏡24aで反射され、その他は第1半透鏡24aを透過する。照射光のうち第1半透鏡24aを透過した第1内部透過光は第1感圧膜50a上の第1反射膜25a表面で反射し、反射した第1内部反射光は第1半透鏡24a方向に進行する。この場合、第1内部反射光の一部は第1半透鏡24aを透過し、コア130aを図1に示した第1スプリッタ21に向かって進行する。一方、第1半透鏡24aを透過しなかった第1内部反射光は第1半透鏡24a表面で再び第1反射膜25aに向かって反射される。このとき、第1反射膜25aから第1半透鏡24aに進行する波長成分と、第1半透鏡24a表面で反射し第1反射膜25aに進行する波長成分との位相が揃う場合、光強度は減衰しない。しかし、 第1反射膜25aから第1半透鏡24aに進行する波長成分と、第1半透鏡24a表面で反射し第1反射膜25aに進行する波長成分との位相が揃わない場合、光強度は減衰する。したがって、第1センサ5が出力する第1測定光は、内部の多重反射で波長成分の位相が揃わない第1波長帯域の光強度が減衰している。
【００２２】
図8においては、変位w1が0であり、第1半透鏡24a及び第1反射膜25aの両方の反射率が30%及び70%である場合の、波長λと第1内部反射光の光強度との関係を示している。図8に示すように、第1内部反射光のうち波長λが0.85μmの波長成分は、第1センサ5内部の多重反射により逆転する位相の光どうしで干渉しあい、光強度が0となる。なお、第1半透鏡24a及び第1反射膜25aのそれぞれの反射率が高いほど、スペクトル幅が狭窄になり、減衰する光の単色性が向上する。ここで、図4及び図5に示すように第1外圧PO1によって第1感圧膜50aが撓んだ場合、波長成分の光強度が減衰する第1波長帯域は第1感圧膜50aの変位w1に応じてシフトする。したがって第1感圧膜50aが撓んだ場合、第1波長帯域の中心波長は図9に示すように例えば0.85μmから0.87μmに波長シフトする。このように、光強度が減衰する第1波長帯域は第1外圧PO1に応じてシフトする。なお、第1共振間隔h1の長さも第1センサ5の反射率のスペクトルに影響する。図10に示す例では、第1共振間隔h1が8.5μm、85μm、及び850μmの場合の第1センサ5の反射率のスペクトルを示している。なお、図10に示す例においては、光導波路31にコア径5.0μmの光ファイバを用い、第1半透鏡24a及び第1反射膜25aのそれぞれの反射率は50%に設定された場合の反射率のスペクトルを示している。図10に示すように、第1共振間隔h1が長いほど、反射率のスペクトルの周期が狭窄になる。例えば第1共振間隔h1が8.5μmの場合、光強度が減衰する波長の周期は0.04μmであり、第1共振間隔h1が85μmの場合、光強度が減衰する波長の周期は0.004μmである。
【００２３】
第1センサ5の反射率RS1と波長λとの関係は、下記(3)式で与えられる。
【００２４】
RS1={R1+ηR2 - 2(ηR1R2)1/2 cos2φ} / {1+ηR1 R2  - 2(ηR1R2)1/2 cos2φ} …(3)
ここで、R1は第1半透鏡24aの反射率、R2は第1反射膜25aの反射率を表す。ηは第1半透鏡24aと第1反射膜25aの間での光損失を表し、下記(4)式で与えられる。またφは位相を表し、下記(5)式で与えられる。
【００２５】
η= 1 / {1 + (2λ(h1 + w1) / (2πn0 q2))2} …(4)
φ= {2π(h1 + w1)} / λ …(5)
(4)式において、n0は第1センサ5の内部屈折率を表し、qは第1センサ5に入射する光のビーム径を表す。
【００２６】
第1センサ5から出力された第1測定光は、第1スプリッタ21に接続された光導波路32によって伝搬され、光導波路32に接続された第2スプリッタ22に到達する。第2スプリッタ22は、第1センサ5の第1測定光を2方向に分割する。第2スプリッタ22には、分割された第1測定光の一方を伝搬する光導波路33と、分割された第1測定光の他方を伝搬する光導波路301とが接続されている。光導波路33によって、分割された第1測定光の一方は第2センサ15に伝搬される。
【００２７】
第2センサ15は、図11に示すようにコア130b及びクラッド131bを有する光導波路33が挿入されるホルダ60b、光導波路33の挿入された側の端面に配置された第2半透鏡24b、第2半透鏡24bと平行位置に配置され、第2外圧PO2を受ける第2感圧膜50b、第2感圧膜50bの第2半透鏡24bと対向する表面に配置され、第1測定光のうち第2半透鏡24bを透過した第2内部透過光を受ける第2反射膜25b、及び第2半透鏡24bと第2反射膜25bとの第2共振間隔h2を規定する第2測定用筐体43bを有する反射型のファブリペロ共振器である。第2内部透過光は第2反射膜25bで反射し、反射した第2内部反射光は第2半透鏡24b及び第2反射膜25bの間で多重反射する。また第2センサ15は、第2感圧膜50b、第2測定用筐体43b及びホルダ60bで囲まれた領域の第2内圧PI2を調節するためにホルダ60bに設けられた通気孔160bと、通気孔160bの開閉を制御する開放弁70bを備える。さらに第2感圧膜50bの外部には、表出する第2感圧膜50bの図2に示した半径aを規定する第1基底部40aと同様の図11に示す第2基底部40bが配置される。図11に示す第2センサ15は、第2半透鏡24bと第2反射膜25bとの距離が第2共振間隔h2である以外は、図3に示した第1センサ5と同様の構造である。また、第2感圧膜50bは第1感圧膜50aと同じ材料からなり、第2内圧PI2は第1センサ5の第1内圧PI1と同じに設定される。そのため、第2センサ15は第1センサ5と同じ圧力感度を有する。
【００２８】
ここで、図11に示す第2外圧PO2によって第2感圧膜50bが撓んだ場合、多重反射の際に波長成分の位相が揃わない第2波長帯域は、第2感圧膜50bの変位w2に応じてシフトする。つまり、波長成分の光強度が減衰する第2波長帯域は第2外圧PO2に応じてシフトする。図12は第1共振間隔h1が85μmの第1センサ5と、第2共振間隔h2が85.2μmの第2センサ15のそれぞれの反射率スペクトルを示す。図13は、図12の横軸において波長0.85μmの近傍を拡大して示したスペクトルである。
【００２９】
図1において、第2センサ15から出力される第2測定光は第2スプリッタ22に接続された光導波路34で測定用受光素子151に伝搬される。測定用受光素子151は、光導波路34で伝搬された第2測定光の光強度を測定する。ここで、第1共振間隔h1が8.5μmであり第2共振間隔h2が8.3μmである場合、第1センサ5及び第2センサ15の反射率は、それぞれ図14に示すように周期性を有する。なお、図14においては、照射光を100%反射するときの反射率を1.0、第1及び第2センサ5, 15のそれぞれの内部の多重反射により反射率が最低となる時の反射率を0と規格化している。図15に示すように光源4が発する照射光の光強度Iinのスペクトルが波長0.85μmを中心とするガウス分布を示す場合、図1に示す測定用受光素子151が受光する第2測定光の光強度Ioutは、照射光の光強度Iinのスペクトルに、図14に示す第1センサ5及び第2センサ15の反射率の積のスペクトルを掛け合わせたスペクトルで与えられる。第2外圧PO2により第2共振間隔h2が8.4μmとなった場合、図16に示すように第2センサ15の反射率のスペクトルはシフトし、第1センサ5の反射率のスペクトルに近づく。そのため、図17に示すように、図1に示す測定用受光素子151が受光する第2測定光の光強度Ioutのスペクトルは、図15と比較して変化する。
【００３０】
図1に示す測定用受光素子151が受光する第2測定光の単位時間あたりの全波長の光量QSは、下記(6)式で表すことが可能である。
【数１】
0004769531.tif 000002
【００３１】
(6)式において、Iin(λ）は光源4が発する照射光の光強度を示す。R1(h1, λ)は第1センサ5の反射率を示す。R2(h2, λ)は第2センサ15の反射率を示す。T(Lt, λ)は光導波路30, 31, 32, 33, 34で伝搬された照射光の伝送損失を示す。なお、Ltは光源4から照射された照射光が測定用受光素子151に到達するまで経由する光導波路30, 31, 32, 33, 34上の経路距離である。また積分式に係る(1/24)は、光が第1スプリッタ21を2回、第2スプリッタ22を2回経由することにより生じる光強度の損失を示す。
【００３２】
第1共振間隔h1が8.5μmであり第2共振間隔h2が7.5μmから9.5μmの間で変動した場合、第2測定光の単位時間あたりの全波長の光量QSは図18に示すように周期的に変化する。これは、第2共振間隔h2が変動することにより、第1センサ5で波長成分の光強度が減衰する第1波長帯域と第2センサ15で波長成分の光強度が減衰する第2波長帯域の一致と不一致が繰り返されるためであり、第1波長帯域と第2波長帯域が一致する場合に第2測定光の単位時間あたりの全波長の光量QSは最大となり、第1波長帯域と第2波長帯域とがずれるにつれて第2測定光の単位時間あたりの全波長の光量QSは減少する。
【００３３】
例えば図19に示すように、第1センサ5及び第2センサ15のそれぞれの反射率のスペクトルには、波長の逆数（周波数）に比例して、内部の多重反射により波長成分の反射率が減衰する複数の第1波長帯域及び複数の第2波長帯域が現れる。したがって、図20に示すように、第1センサ5及び第2センサ15のそれぞれの反射率のスペクトルにおいて、第1波長帯域及び第2波長帯域が一致すれば、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSが最大となる。これに対し、第2外圧PO2が第2センサ15の第2感圧膜50bに加わり、図21に示すように第2センサ15の反射率のスペクトルがシフトすると、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSが減少する。さらに第2外圧PO2が第2感圧膜50bに加わり、図22に示すように第1センサ5の反射率が減衰しない波長帯域と第2波長帯域とが一致するようになると、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSが最低になる。なお、図1に示す光導波路31から第1半透鏡24aに入射して反射される照射光と、光導波路33から第2半透鏡24bに入射して反射される照射光及び第1測定光が存在するため、光量QSの最小値は0にはならず、図18に示すようにオフセットが存在する。図1に示す第1センサ5の第1感圧膜50aに加わる第1外圧PO1が変動した場合、あるいは第1外圧PO1と第2外圧PO2の両方が変動した場合も、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSが変動する。したがって、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSの変動を測定することにより、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧に変動が生じたか否かを観測することが可能となる。
【００３４】
図23は、第1共振間隔h1が8.5μmであり第2共振間隔h2が7.5μmから9.5μmの間で変動した場合の、光源4にインジューム・ガリウム・砒素(InGaAs)フォトダイオードを用い、波長λが1.31μmの赤外光用のシングルモード光ファイバを光導波路30〜34に用いた場合の第2測定光の光量QSと、光源4にシリコンフォトダイオードを用い、波長λが0.85μmの近赤外光用のシングルモード光ファイバを光導波路30〜34に用いた場合の第2測定光の光量QSとを示している。なお、縦軸は対数表示している。赤外光用のシングルモード光ファイバを用いた場合の第2測定光の光量QSの最小値は380nWであり、最大値は460nWである。また、近赤外光用のシングルモード光ファイバを用いた場合の第2測定光の光量QSの最小値は7.4nWであり、最大値は9.2nWである。
【００３５】
図24は、第1共振間隔h1が85μmであり第2共振間隔h2が84.0μmから86.0μmの間で変動した場合の、波長λが1.31μmの赤外光用のシングルモード光ファイバを光導波路30〜34に用いた場合の第2測定光の光量QSと、波長λが0.85μmの近赤外光用のシングルモード光ファイバを光導波路30〜34に用いた場合の第2測定光の光量QSとを示している。縦軸は対数表示している。赤外光用のシングルモード光ファイバを用いた場合の第2測定光の光量QSの最小値は338nWであり、最大値は439nWである。また、近赤外光用のシングルモード光ファイバを用いた場合の第2測定光の光量QSの最小値は5.4nWであり、最大値は6.4nWである。
【００３６】
図23及び図24に示すように、赤外光用のシングルモード光ファイバを用いた方が、近赤外光用のシングルモード光ファイバを用いるよりもオフセットが大きくなり、第2測定光の光量QSが大きくなる。また第1共振間隔h1及び第2共振間隔h2を長くすると、図3及び図11に示す光導波路31, 33のそれぞれの端面から放射される光の光強度が放射により低下するため、オフセットが低下する。第2測定光の光量QSのダイナミックレンジは、オフセットの1/8程度の大きさである。図1に示す測定用受光素子151は、第2測定光の光量QSを電気エネルギに光電変換する。
【００３７】
測定用受光素子151及び照射光受光素子52のそれぞれは信号処理装置7Aに接続されており、電気エネルギにそれぞれ変換された第2測定光の光量QS及び照射光の光量QRは信号処理装置7Aに伝達される。信号処理装置7Aはさらに補正モジュール71Aを有する。補正モジュール71Aは、第2測定光の光量QSを照射光の光量QRで割り、照射光の光量QRの変調を補正した補正光量QCを算出する。なお、照射光の光量QRを第2測定光の光量QSで割り、照射光の光量QRの変調を補正した補正光量QCを算出してもよい。測定モジュール72Aは、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を反映する第2測定光の光量QSから算出された補正光量QCを測定する。例えば、予め第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と、補正光量QCとの関係式等を取得しておけば、算出された補正光量QCを関係式に代入し、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧することが可能である。なお図18に示したように、第2測定光の光量QSの変動は周期的であるため、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧は、第2測定光の光量QSの変動周期の半分を用いることで測定できるよう設定するのが好ましい。
【００３８】
従来の差圧測定システムにおいては、第2測定光を2方向に分割して干渉計で干渉させ、干渉計で形成された干渉縞をコンピュータで解析することにより第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を求めていた。そのため、干渉縞位置の同定等に処理時間がかかるという問題があった。これに対し、第1の実施の形態に係る差圧測定システムは、第2測定光の光量QSに基づいて第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を測定しており、干渉縞の同定等の複雑な処理を必要としない。第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を反映する第2測定光の光量QSは測定用受光素子151で直接測定可能であり、例えば、第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧と第2測定光の光量QSとの関係を予め取得しておけば、測定された第2測定光の光量QSから容易に第1外圧PO1及び第2外圧PO2の差圧を算出することが可能となる。また、第1の実施の形態に係る差圧測定システムは補正モジュール71Aを有し、高い精度で第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定可能である。光源4が発する照射光の光量QRは、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定するためには本来一定である必要がある。しかし、光源4の光軸ズレや発光パワーの揺らぎ等によって、照射光の光量QRが変調する場合がある。照射光の光量QRが変調すると、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧に変動が生じていない場合でも第2測定光の光量QSが変動し、差圧の測定に誤差が生じる。これに対し、第2測定光の光量QSを照射光の光量QRで割ると、照射光の光量QRの変調が打ち消されるため、補正光量QCは光源4の出力の変調に影響されない。そのため、補正光量QCは、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を高い精度で反映する。また、補正光量QCの算出はリアルタイムで行われるため、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を時間差なく高い精度で測定することも可能となる。なお、第1波長帯域及び第2波長帯域のそれぞれの波長成分の単色性が高いほど、より高い精度で第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定することが可能となる。また、光導波路30〜34, 300, 301のそれぞれについては、シングルモード光ファイバを用いるのが望ましいが、マルチモード光ファイバの使用も可能である。
【００３９】
次に、図25を用いて、第1の実施の形態に係る差圧測定方法について説明する。
【００４０】
(a) ステップS101で、図26に模式的に示す広波長帯域の照射光を図1に示す光源4から光導波路30に照射する。光導波路30で伝搬された照射光は第1スプリッタ21で2方向に分割され、一方は光導波路31で伝搬され、他方は光導波路300で伝搬される。ステップS102で、照射光受光素子52は光導波路300で伝搬された照射光の光量QRを検出する。
【００４１】
(b) ステップS103で第1センサ5は、第1外圧PO1に応じて光導波路31で伝搬された照射光のスペクトルにおいて第1波長帯域の波長成分の光強度を内部の多重反射により減衰させて、第1測定光として光導波路31に反射する。第1センサ5の反射率のスペクトルが図27に示される場合、第1測定光の光強度のスペクトルは図28で示される。光導波路31で伝搬された第1測定光は第1スプリッタ21及び光導波路32を経由して第2スプリッタ22で2方向に分割される。分割された第1測定光の一方は光導波路33で伝搬され、他方は光導波路301で伝搬される。
【００４２】
(c) ステップS104で第2センサ15は、第2外圧PO2に応じて光導波路33で伝搬された第1測定光のスペクトルにおいて第2波長帯域の波長成分の光強度を内部の多重反射により減衰させて、第2測定光として光導波路33に反射する。第2センサ15の反射率のスペクトルが図29に示される場合、第2測定光の光強度のスペクトルは図30で示される。光導波路33で伝搬された第2測定光は第2スプリッタ22を経由して光導波路34で伝搬される。ステップS105で、測定用受光素子151は光導波路34で伝搬された第2測定光の光量QSを検出する。第2測定光の光量QSは、上記(6)式に示したように、光の損失を考慮して図30に示すスペクトルを積分した値に相当する。なお、ステップS103からステップS105はステップS102とほぼ並行して進行する。
【００４３】
(d) ステップS106で、補正モジュール71Aは測定用受光素子151が検出した第2測定光の光量QSを照射光受光素子52が検出した照射光の光量QRで割り、補正光量QCを算出する。なお、照射光の光量QRを第2測定光の光量QSで割り、照射光の光量QRの変調を補正した補正光量QCを算出してもよい。ステップS107で、測定モジュール72Aは第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を反映する補正光量QCを測定し、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧に変動が生じているか否かを観測する。
【００４４】
例えば、第1外圧PO1と第2外圧PO2の両方が差圧を一定に保ったまま変動すると、第1センサ5及び第2センサ15のそれぞれの圧力感度は同じであるから、図31に示すように、第1センサ105及び第2センサ115のそれぞれで波長成分の光強度が減衰する第1及び第2波長帯域は図30と比較して同じ量だけシフトする。そのため、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSは変化しない。しかし、第1外圧PO1と第2外圧PO2のそれぞれ或いは一方が変動し、差圧に変化が生じると、図32に示すように、第1及び第2波長帯域は異なる量だけシフトする。したがって、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSが変化する。よって、第2測定光の光量QSを測定することにより、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を測定することが可能となる。また、第2測定光の光量QSを照射光受光素子52が検出した照射光の光量QRで割ることにより、光源4の出力の変調に影響されることなく、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧をリアルタイムに観測することが可能となる。
【００４５】
（第1の変形例）
図1に示した第1センサ5は、図33に示すように第1回折素子63を備えていてもよい。第1回折素子63は、図34に示すようにコア130aにおいて第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …のそれぞれが交互に配置された周期構造を有するファイバブラッググレーティングである。第1回折素子63に入射した照射光は、第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …の周期構造により、特定の波長成分のみが選択的に反射される。ここで、第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …の周期構造における平均屈折率をnDとし、周期構造の間隔を第1格子間隔Λm1とすると、下記(7)式で表されるブラッグ波長λBに光強度のピークを有し、ブラッグ波長λB以外の波長の光強度が減衰した第1測定光が反射される。
【００４６】
λB = 2 ×nD ×Λm1 …(7)
ここで、図33のA-A方向から見た断面図である図35に示すように、第1センサ5の筐体11の第1内圧PI1と開口49で表出する外部からの第1外圧PO1が等しい「定常状態」では第1回折素子63には撓みは生じない。これに対し、第1外圧PO1が第1内圧PI1よりも大きくなると、図36に示すように、第1回折素子63は内部に向かって撓むため、第1格子間隔Λm1が大きくなる。そのため、ブラッグ波長λBも長波長側にシフトする。したがって、第1の実施の形態と同様に、ブラッグ波長λBに相当せず波長成分の光強度が減衰する第1波長帯域もシフトする。また、図1に示す第2センサ15においても、第2格子間隔Λm2を有する回折素子を採用することにより、第1の実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００４７】
（第2の実施の形態）
図37に示す第2の実施の形態に係る差圧測定システムが図1と異なり、第1センサ105及び第2センサ115に透過型のファブリペロ共振器を使用している。光源4が照射した照射光は光導波路90で伝搬され、第1スプリッタ121で2方向に分割される。第1スプリッタ121には、分割された一方の照射光を伝搬する光導波路91と、分割された他方の照射光を伝搬する光導波路190のそれぞれが接続されている。
【００４８】
光導波路190で伝搬された照射光は、照射光受光素子52で受光される。光導波路91には第1センサ105が接続されている。第1センサ105は、図38に示すように、内部に空洞が設けられた第1感圧筐体14aを有する。第1感圧筐体14aには外部から内部の空洞に向かって入力側内部筐体12aが挿入されている。入力側内部筐体12aは光導波路91とフェルール191aを接続している。フェルール191aの端面には第1入力側半透鏡124aが配置されている。また第1感圧筐体14aには外部から内部に向かって入力側内部筐体12aと対向する位置に出力側内部筐体13aが挿入されている。出力側内部筐体13aは光導波路92とフェルール192aを接続している。フェルール192aの端面には第1出力側半透鏡125aが配置されている。ここで、第1感圧筐体14a内部の第1内圧PI1と第1外圧PO1が等しい「定常状態」では第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aとは第1共振間隔h1を保つ。第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が大きくなったとき、あるいは第1内圧PI1と比較して第1外圧PO1が小さくなったときは、第1感圧筐体14aに撓みが生じ、第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aとの第1共振間隔h1に変位w1が加わる。
【００４９】
光導波路91で第1センサ105に向かって伝搬された広波長帯域の照射光の一部は第1入力側半透鏡124aで反射され、その他は第1入力側半透鏡124aを透過する。照射光のうち第1入力側半透鏡124aを透過した第1内部透過光の一部は第1出力側半透鏡125a表面で反射し、一部は第1出力側半透鏡125aを透過する。反射した第1内部反射光は第1入力側半透鏡124a方向に進行し、第1入力側半透鏡124a表面で再び第1出力側半透鏡125aに向かって反射される。このとき、第1内部反射光のうち第1出力側半透鏡125aから第1入力側半透鏡124a方向に進行する波長成分と、第1入力側半透鏡124aから第1出力側半透鏡125a方向に進行する波長成分との位相が揃う場合は、光強度は減衰しない。しかし、 第1内部反射光のうち第1出力側半透鏡125aから第1入力側半透鏡124a方向に進行する波長成分と、第1入力側半透鏡124aから第1出力側半透鏡125a方向に進行する波長成分との位相が揃わない場合は、光強度が減衰する。したがって、第1センサ105が出力する第1測定光は、内部の多重反射で波長成分の位相が揃わない第1波長帯域の光強度が減衰している。
【００５０】
図39においては、変位w1が0であり、第1入力側半透鏡124a及び第1出力側半透鏡125aのそれぞれの反射率が30%である場合の、波長λと第1測定光の光強度との関係を示している。また、第1入力側半透鏡124a及び第1出力側半透鏡125aのそれぞれの反射率が70%である場合の、波長と第1測定の光強度との関係も示されている。図39に示すように、波長λが0.83μmの波長成分は、第1センサ5内部の多重反射により逆転する位相で干渉しあうため、光強度が0となる。なお、第1の実施の形態と同様に、第1入力側半透鏡124a及び第1出力側半透鏡125aのそれぞれの反射率が高いほど、スペクトル幅が狭窄になり、減衰する光の単色性が向上する。ここで、第1外圧PO1によって第1感圧筐体14aが撓んだ場合、波長成分の光強度が減衰する第1波長帯域は、第1感圧筐体14aの撓みに基づく第1入力側半透鏡124aと第1出力側半透鏡125aとの光路長の変位w1に応じてシフトする。したがって第1感圧筐体14aが撓んだ場合、例えば第1波長帯域の中心波長は図40に示すように0.83μmから0.825μmに波長シフトする。このように、波長成分の光強度が減衰する第1波長帯域は第1外圧PO1に応じてシフトする。第1センサ105の透過率Lと波長λとの関係は、下記(8)式で与えられる。
【００５１】
L = R1 R2 / {1+ηR1 R2  - 2(ηR1 R2)1/2 cos2φ} …(8)
第1センサ105から出力された第1測定光は、光導波路92によって伝搬され、光導波路92に接続された第2センサ115に到達する。第2センサ115は、図41に示すように、内部に空洞が設けられた第2感圧筐体14bを有する。第2感圧筐体14bには外部から内部の空洞に向かって入力側内部筐体12bが挿入されている。入力側内部筐体12bは光導波路92とフェルール191bを接続している。フェルール191bの端面には第2入力側半透鏡124bが配置されている。また第2感圧筐体14bには外部から内部に向かって入力側内部筐体12bと対向する位置に出力側内部筐体13bが挿入されている。出力側内部筐体13bは光導波路93とフェルール192bを接続している。フェルール192bの端面には第2出力側半透鏡125bが配置されている。ここで、第2感圧筐体14b内部の第2内圧PI2と第2外圧PO2が等しい「定常状態」では第2入力側半透鏡124bと第2出力側半透鏡125bとは第2共振間隔h2を保つ。第2内圧PI2と比較して第2外圧PO2が大きくなったとき、あるいは第2内圧PI2と比較して第2外圧PO2が小さくなったときは、第2感圧筐体14bに撓みが生じ、第2入力側半透鏡124bと第2出力側半透鏡125bとの第2共振間隔h2に変位w2が加わる。第2感圧筐体14bは第1感圧筐体14aと同じ材料からなり、第2内圧PI2は第1センサ105の第1内圧PI1と同じに設定される。
【００５２】
ここで、第2外圧PO2によって第2感圧筐体14bが撓んだ場合、内部の多重反射で波長成分の位相が揃わない第2波長帯域は、第2入力側半透鏡124bと第2出力側半透鏡125bとの光路長の変位w2に応じてシフトする。つまり、波長成分の光強度が減衰する第2波長帯域は第2外圧PO2に応じてシフトする。
【００５３】
第2センサ115から出力された第2測定光は光導波路93によって伝搬され、測定用受光素子151で受光される。測定用受光素子151は、光導波路34で伝搬された第2測定光の光強度を測定する。図42は、第1入力側半透鏡124a、第1出力側半透鏡125a、第2入力側半透鏡124b、及び第2出力側半透鏡125bのそれぞれの反射率が30%である場合の、光源4が発する照射光の光強度Iinのスペクトル、及び測定用受光素子151が受光する第2測定光の光強度Ioutのスペクトルを示す。また図43は、第1入力側半透鏡124a、第1出力側半透鏡125a、第2入力側半透鏡124b、及び第2出力側半透鏡125bのそれぞれの反射率が70%である場合の、光源4が発する照射光の光強度Iinのスペクトル、及び測定用受光素子151が受光する第2測定光の光強度Ioutのスペクトルを示す。
【００５４】
図44は、第1共振間隔h1が2.125μmであり第2共振間隔h2が1.1μmから3.1μmの間で変動した場合の、測定用受光素子151が受光する第2測定光の単位時間あたりの全波長の光量QSを示す。図45は、第1共振間隔h1が8.5μmであり第2共振間隔h2が7.5μmから9.5μmの間で変動した場合の、第2測定光の光量QSを示す。なお、第1入力側半透鏡124a、第1出力側半透鏡125a、第2入力側半透鏡124b、及び第2出力側半透鏡125bのそれぞれの反射率が30%である場合と70%である場合との両方が図44及び図45にプロットされている。
【００５５】
例えば、第1センサ105及び第2センサ115のそれぞれの透過率のスペクトルが模式的に図46で示される場合、第1外圧PO1と第2外圧PO2の両方が差圧を一定に保ったまま変動すると、第1センサ105及び第2センサ115のそれぞれの圧力感度は同じであるから、図47に示すように、第1センサ105及び第2センサ115のそれぞれの透過率のスペクトルは同じ量だけシフトする。そのため、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSは変化しない。しかし、第1外圧PO1と第2外圧PO2のそれぞれが変動し、差圧に変化が生じると、図48に示すように、第1センサ105及び第2センサ115のそれぞれの透過率のスペクトルは異なる量だけシフトする。したがって、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSが変化する。よって、第2測定光の光量QSを測定することにより、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を測定することが可能となる。図37に示す信号処理装置7Aが第2測定光の光量QSから光源4に起因する光量の変調を除去する方法は第1の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。また、第2の実施の形態に係る差圧測定システムを用いた差圧測定方法は図25の説明と同様であるので、説明は省略する。
【００５６】
（第3の実施の形態）
図49に示す第3の実施の形態に係る差圧測定システムは、図1と異なり、光導波路に第3スプリッタ23が接続されている。第3スプリッタ23は、光導波路34で伝搬された第2測定光を2方向に分割する。第3スプリッタ23には、分割された一方の第2測定光を伝搬する光導波路35と、分割された他方の第2測定光を伝搬する光導波路36が接続されている。光導波路35で伝搬された第2測定光は、測定用受光素子151で受光される。
【００５７】
光導波路36には波長フィルタ6が接続されている。波長フィルタ6は、第2測定光から光強度が第1及び第2外圧PO1, PO2の影響を受けない参照波長帯域の参照光を取り出す。例えば、図50に示すように、第1及び第2センサ5, 15のそれぞれによって波長成分の光強度が減衰する第1及び第2波長帯域のそれぞれが0.82μm以上である場合、波長フィルタ6は、第1及び第2波長帯域と異なる0.82μm未満の参照波長帯域の参照光を第2測定光から取り出す。波長フィルタ6には、参照光を伝搬する光導波路37が接続されている。光導波路37で伝搬された参照光は、参照用受光素子152で受光される。
【００５８】
図49に示す信号処理装置7Bは、第2測定光の光量QSを参照光の光量QRSで割った補正光量QCを算出し、光導波路30〜34の伝送損失による第2測定光の光量の変調を補正する補正モジュール71B、及び第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を反映する補正光量QCを測定する測定モジュール72Bを有する。第1の実施の形態で説明したように、光源4から照射される照射光は、光源4の機械誤差等により光強度Iinが変調する場合がある。さらに光導波路30, 31で伝搬される間にも、伝送損失等により光強度Iinが変調する場合がある。同様に、第1センサ5が出力する第1測定光及び第2センサから出力される第2測定光のそれぞれの光強度も、光導波路31, 32, 33, 34で伝搬される間に変調しうる。そのため、波長フィルタ6で第1及び第2センサ5, 15のそれぞれで光強度が減衰しない参照波長帯域の参照光を取り出し、補正モジュール71Bで第2測定光の光量QSを参照光の光量QRSで割ることにより、第2測定光の光量QSから光源4の出力の変調及び光導波路30〜34の伝送損失による影響を除去することが可能となる。なお、参照光の光量QRSを第2測定光の光量QSで割り、補正光量QCを算出してもよい。
【００５９】
次に、図51を用いて、第3の実施の形態に係る差圧測定方法について説明する。
【００６０】
(a) ステップS301で、広波長帯域の照射光を図49に示す光源4から光導波路30に照射する。光導波路30で伝搬された照射光は第1スプリッタ21を経て光導波路31で伝搬され、第1センサ5に到達する。ステップS302で第1センサ5は、第1外圧PO1に応じて光導波路31で伝搬された照射光の第1波長帯域の波長成分の光強度を内部の多重反射により減衰させて、第1測定光として光導波路31に反射する。光導波路31で伝搬された第1測定光は第1スプリッタ21及び光導波路32を経由して第2スプリッタ22で2方向に分割される。分割された第1測定光の一方は光導波路33で伝搬され、他方は光導波路301で伝搬される。
【００６１】
(b) ステップS303で第2センサ15は、第2外圧PO2に応じて光導波路33で伝搬された第1測定光のスペクトルにおいて第2波長帯域の波長成分の光強度を内部の多重反射により減衰させて、第2測定光として光導波路33に反射する。光導波路33で伝搬された第2測定光は第2スプリッタ22を経由して光導波路34で伝搬される。光導波路34で伝搬された第2測定光は、第3スプリッタ23で2方向に分割される。分割された一方の第2測定光は光導波路35で伝搬され、分割された他方の第2測定光を伝搬する光導波路36で伝搬される。
【００６２】
(c) ステップS304で、測定用受光素子151は光導波路35で伝搬された第2測定光の光量QSを検出する。ステップS305で、光導波路36で伝搬された第2測定光は波長フィルタ6に到達する。波長フィルタ6によって取り出された参照波長帯域の参照光は光導波路37で伝搬される。ステップS306で、参照用受光素子152は、光導波路37で伝搬された参照光の光量QRSを検出する。ステップS304と、ステップS305及びステップS306とはほぼ並行して進行する。
【００６３】
(d) ステップS307で、補正モジュール71Bは測定用受光素子151が検出した第2測定光の光量QSを参照用受光素子152が検出した参照光の光量QRSで割り、補正光量QCを算出する。なお、参照光の光量QRSを第2測定光の光量QSで割り、補正光量QCを算出してもよい。ステップS308で、測定モジュール72Bは第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を反映する補正光量QCを測定し、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定する。
【００６４】
以上示した第3の実施の形態に係る差圧測定方法によれば、光導波路30〜34の伝送損失の影響を受けることなく、高い精度で第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定することが可能となる。
【００６５】
（第4の実施の形態）
図52に示す第4の実施の形態に係る差圧測定システムは、図1と異なり、照射光受光素子52に定出力回路73Aが接続されている。定出力回路73Aは照射光受光素子52が受光した照射光の光量QRの変調を観測する。照射光の光量QRが変調した場合、定出力回路73Aは光源4の出力を調節し、光源4が照射する照射光の光量QRが一定となるようフィードバックをかける。測定用受光素子151に接続された信号処理装置8Aの測定モジュール82Aは、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を反映する第2測定光の光量QSを測定する。定出力回路73Aにより照射光の光量QRの変調は補正されているため、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSには照射光の光量QRの変調が含まれない。よって、図52に示す差圧測定システムも高い精度で第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を測定することが可能となる。また、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧は測定用受光素子151が受光した第2測定光にのみ基づいて測定されるため、図1の補正モジュール71Aで生じうる信号の劣化が生じず、より高い精度で第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定することが可能となる。
【００６６】
次に、図53を用いて、第4の実施の形態に係る差圧測定方法について説明する。
【００６７】
(a) ステップS401で、広波長帯域の照射光を図52に示す光源4から光導波路30に照射する。光導波路30で伝搬された照射光は第1スプリッタ21で2方向に分割され、一方は光導波路31で伝搬され、他方は光導波路300で伝搬される。ステップS402で、照射光受光素子52は光導波路300で伝搬された照射光の光量QRを検出する。
【００６８】
(b) ステップS403で、定出力回路73Aは照射光受光素子52が受光した照射光の光量QRの変調を観測する。照射光の光量QRが変調した場合、定出力回路73Aは光源4の出力を調節し、光源4が照射する照射光の光量QRが一定となるようフィードバックをかける。
【００６９】
(c) ステップS404からステップS406を、図25のステップS103からステップS105と同様に実施する。ステップS407で、測定モジュール82Aは第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を反映する第2測定光の光量QSを測定し、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定する。
【００７０】
以上示した第4の実施の形態に係る差圧測定方法によれば、照射光の光量QRが一定に保たれるので、高い精度で第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定することが可能となる。
【００７１】
（第5の実施の形態）
図54に示す第5の実施の形態に係る差圧測定システムは、図49と異なり、参照用受光素子152に定出力回路73Bが接続されている。定出力回路73Bは参照用受光素子152が受光した参照光の光量QRSの変調を観測する。参照光の光量QRSが変調した場合、定出力回路73Bは光源4の出力を調節し、参照光の光量QRSが一定となるようフィードバックをかける。測定用受光素子151に接続された信号処理装置8Bの測定モジュール82Bは、第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を反映する第2測定光の光量QSを測定する。定出力回路73Bにより参照光の光量QRSが一定となるよう、光源4が照射する照射光の光量QRは補正されているため、測定用受光素子151が受光する第2測定光の光量QSには照射光の光量QRの変調及び光導波路30〜34の伝送損失による光量の変調が含まれない。よって、図54に示す差圧測定システムも高い精度で第1外圧PO1と第2外圧PO2との差圧を測定することが可能となる。
【００７２】
次に、図55を用いて、第5の実施の形態に係る差圧測定方法について説明する。ステップS501からステップS503を、図51に示したステップS301からステップS303と同様に実施する。また図55に示すステップS505及びS506を、図51に示したステップS305及びステップS306と同様に実施する。図55のステップS507で、図54に示す定出力回路73Bは参照用受光素子152が受光した参照光の光量QRSの変調を観測する。参照光の光量QRSが変調した場合、定出力回路73Bは光源4の出力を調節し、参照光の光量QRSが一定となるようフィードバックをかける。ステップS510で、測定用受光素子151は光導波路35で伝搬された第2測定光の光量QSを検出する。ステップS511で、測定モジュール82Bは第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を反映する第2測定光の光量QSを測定し、第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定する。
【００７３】
以上示した第3の実施の形態に係る差圧測定方法によれば、光導波路30〜34の伝送損失による光量の変調がなくなるよう、光源4から照射される照射光の光量QRが補正されるため、高い精度で第1及び第2外圧PO1, PO2の差圧を測定することが可能となる。
【００７４】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、実施の形態においては、第1センサ5及び第2センサ15にファブリペロ共振器等を用いる例を示したが、これに限らず、第1外圧PO1及び第2外圧PO2のそれぞれに応じて特定の波長帯域の光強度を減衰させる様々なセンサが使用可能であるのは勿論である。例えば、光ファイバ等の光導波路でリングを構成したリング共振器を使用してもよい。また、第3乃至第5の実施の形態において反射型ファブリペロ共振器を用いる例を示したが、図37に示した透過型ファブリペロ共振器を第3乃至第5の実施の形態に用いてもかまわない。さらに、図56及び図57に示すように、照射光の光強度がガウス分布を示す場合、第1及び第2外圧PO1, PO2のそれぞれが差圧を一定に保ったまま変動しても、第2測定光の光量QSが変動する場合がある。図56から図57にかけて、第1センサ5と第2センサ15の反射スペクトルはそれぞれ同じ量だけシフトしているが、照射光の光強度がガウス分布を示すために、図57の状態では図56の状態と比較して、第2測定光の光量QSが低下する。この場合、図58に示す透過率分を有する多層膜フィルタあるいは透過型ファブリペロ共振器等を光源4と光導波路30の間に配置し、図59に示すように光源4の照射光の中心波長近傍の光強度を低下させ、照射光の光強度を平滑にしてもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの上面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの第１の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの第２の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの第３の断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る感圧膜に関する第１のグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る感圧膜に関する第２のグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る第１内部反射光の第１のスペクトルである。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る第１内部反射光の第２のスペクトルである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る第１センサの反射スペクトルである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る第２センサの断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る第１及び第２センサの第１の反射率のスペクトルである。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る第１及び第２センサの第２の反射率のスペクトルである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る第１及び第２センサの第３の反射率のスペクトルである。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係る照射光及び第２測定光の第１の光強度スペクトルである。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係る第１及び第２センサの第４の反射率のスペクトルである。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係る照射光及び第２測定光の第２の光強度スペクトルである。
【図１８】本発明の第１の実施の形態に係る第２測定光の光量を示す第１のグラフである。
【図１９】本発明の第１の実施の形態に係る第１及び第２センサのそれぞれの反射率を示す第１のグラフである。
【図２０】本発明の第１の実施の形態に係る第１及び第２センサのそれぞれの反射率を示す第２のグラフである。
【図２１】本発明の第１の実施の形態に係る第１及び第２センサのそれぞれの反射率を示す第３のグラフである。
【図２２】本発明の第１の実施の形態に係る第１及び第２センサのそれぞれの反射率を示す第４のグラフである。
【図２３】本発明の第１の実施の形態に係る第２測定光の光量を示す第２のグラフである。
【図２４】本発明の第１の実施の形態に係る第２測定光の光量を示す第３のグラフである。
【図２５】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャート図である。
【図２６】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を説明するための照射光の光強度のグラフである。
【図２７】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を説明するための第１センサの反射率のグラフである。
【図２８】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を説明するための第１測定光の光強度のグラフである。
【図２９】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を説明するための第２センサの反射率のグラフである。
【図３０】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を説明するための第２測定光の光強度の第１のグラフである。
【図３１】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を説明するための第２測定光の光強度の第２のグラフである。
【図３２】本発明の第１の実施の形態に係る差圧測定方法を説明するための第２測定光の光強度の第３のグラフである。
【図３３】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る第１センサの上面図である。
【図３４】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る第１回折素子の斜視図である。
【図３５】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る第１センサの第１の断面図である。
【図３６】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る第１センサの第２の断面図である。
【図３７】本発明の第２の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。
【図３８】本発明の第２の実施の形態に係る第１センサの断面図である。
【図３９】本発明の第２の実施の形態に係る第１測定光の光強度の第１のスペクトルである。
【図４０】本発明の第２の実施の形態に係る第１測定光の光強度の第２のスペクトルである。
【図４１】本発明の第２の実施の形態に係る第２センサの断面図である。
【図４２】本発明の第２の実施の形態に係る照射光と第２測定光のそれぞれの光強度の第１のグラフである。
【図４３】本発明の第２の実施の形態に係る照射光と第２測定光のそれぞれの光強度の第２のグラフである。
【図４４】本発明の第２の実施の形態に係る第２測定光の光量を示す第１のグラフである。
【図４５】本発明の第２の実施の形態に係る第２測定光の光量を示す第２のグラフである。
【図４６】本発明の第２の実施の形態に係る第１及び第２センサの透過率を示す第１のグラフである。
【図４７】本発明の第２の実施の形態に係る第１及び第２センサの透過率を示す第２のグラフである。
【図４８】本発明の第２の実施の形態に係る第１及び第２センサの透過率を示す第３のグラフである。
【図４９】本発明の第３の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。
【図５０】本発明の第３の実施の形態に係る照射光及び第2測定光のそれぞれの光強度のグラフである。
【図５１】本発明の第３の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャート図である。
【図５２】本発明の第４の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。
【図５３】本発明の第４の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャート図である。
【図５４】本発明の第５の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。
【図５５】本発明の第５の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャート図である。
【図５６】本発明のその他の実施の形態に係る光強度の第１のグラフである。
【図５７】本発明のその他の実施の形態に係る光強度の第２のグラフである。
【図５８】本発明のその他の実施の形態に係る透過率のグラフである。
【図５９】本発明のその他の実施の形態に係る光強度の第３のグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
Iin…照射光の光強度
Iout…第2測定光の光強度
L…透過率
M…中心位置
QC…補正光量
QR…出射光の光量
QRS…参照光の光量
QS…第2測定光の光量
a…半径
h1…第1共振間隔
h2…第2共振間隔
w1…第1感圧膜の変位
w2…第2感圧膜の変位
PI1…第1内圧
PO1…第1外圧
PI2…第2内圧
PO2…第2外圧
4…光源
5, 105…第1センサ
6…波長フィルタ
7A, 7B, 8A, 8B…信号処理装置
11…筐体
12a, 12b…入力側内部筐体
13a, 13b…出力側内部筐体
14a…第1感圧筐体
14b…第2感圧筐体
15, 115…第2センサ
21, 121…第1スプリッタ
22…第2スプリッタ
23…第3スプリッタ
24a…第1半透鏡
24b…第2半透鏡
25a…第1反射膜
25b…第2反射膜
30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 90, 91, 92, 93, 190, 300, 301…光導波路
40a…第1基底部
40b…第2基底部
43a…第1測定用筐体
43b…第2測定用筐体
49…開口
50a…第1感圧膜
50b…第2感圧膜
52…照射光受光素子
60a, 60b…ホルダ
63…第1回折素子
70a, 70b…開放弁
71A, 71B…補正モジュール
72A, 72B, 82A, 82B…測定モジュール
73A, 73B…定出力回路
100a…第1屈折率部
124a…第1入力側半透鏡
124b…第2入力側半透鏡
125a…第1出力側半透鏡
125b…第2出力側半透鏡
130a, 130b…コア
131a, 131b…クラッド
151…測定用受光素子
152…参照用受光素子
160a, 160b…通気孔
191a, 191b, 192a, 192b…フェルール
200a…第2屈折率部
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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