(57)【要約】  本願に開示された光圧力センサは、圧力感知光キャビティを有している。呼掛器は、センサヘッドにおける温度感知光キャビティを用いて、温度の影響を考慮して圧力信号を補正する。光キャビティは、例えば、センサヘッド設けられたファブリ・ペロー共振器である。【選択図】図３
2015510135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力感知光キャビティ及び少なくとも１つの温度感知光キャビティを備えるセンサヘッドと、
前記センサヘッドに光学的に結合され、前記圧力感知光キャビティに応答して前記センサヘッドでの圧力を示す少なくとも１つの信号を生成するように構成された呼掛器と、を備え、圧力を示す前記信号は、前記温度感知光キャビティに応答する前記呼掛器により温度補正が施される、光圧力センサ。
【請求項２】
前記呼掛器は、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答を検出するように構成された第１光アナライザと、前記センサヘッドでの温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答を検出するように構成された第２光アナライザとを備える、請求項１に記載の光圧力センサ。
【請求項３】
前記第１光アナライザは、前記圧力感知光キャビティで反射されたプローブ光の二つの異なる波長の強度を個々に検出し、検出された前記二つの異なる波長の強度間の関係に応答して、前記センサヘッドでの圧力を示す前記信号を生成するように構成されている、請求項２に記載の光圧力センサ。
【請求項４】
前記第２光アナライザは、スペクトルエンジンを備えており、このスペクトルエンジンは、前記温度感知光キャビティから反射されるプローブ光における干渉スペクトルを検出するとともに、前記干渉スペクトルから、温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答を検出するように構成されている、請求項２又は３に記載の光圧力センサ。
【請求項５】
前記第２光アナライザは、前記干渉スペクトルの離散フーリエ変換における、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティに対応するピークを検出するとともに、前記ピークを用いて、温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答を検出するように構成されている、請求項４に記載の光圧力センサ。
【請求項６】
前記圧力感知光キャビティは、前記第２光アナライザが、前記圧力感知光キャビティと前記温度感知光キャビティとを分離しないように配される、請求項４又は５に記載の光圧力センサ。
【請求項７】
前記温度感知光キャビティに対する前記第２光アナライザの応答は、前記センサヘッドでの圧力に対する応答も含む、請求項２〜６のいずれか１つに記載の光圧力センサ。
【請求項８】
前記呼掛器は、圧力を示す前記信号に対する温度補正と、更に前記圧力感知光キャビティに対する前記第２光アナライザの部分応答に対する補正とを行うために構成されている、請求項６又は７に記載の光圧力センサ。
【請求項９】
前記呼掛器による、圧力を示す前記信号に対する前記温度補正は、
前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答を用いて第１圧力推定値を計算するとともに、前記センサヘッドでの温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答に基づき第１温度推定値を計算し、
前記第１圧力推定値及び前記第１センサ温度推定値に基づき第２温度推定値を計算し、
前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答及び前記第２温度推定値を用いて第２圧力推定値を計算する、ことにより行われる、請求項６、７、又は８に記載の光圧力センサ。
【請求項１０】
修正圧力推定値及び修正温度推定値に基づいて更なる修正温度推定値を計算するとともに、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの前記応答及び前記更なる修正温度推定値を用いて更なる修正圧力推定値を計算するプロセスを一回以上反復するように構成されている、請求項９に記載の光圧力センサ。
【請求項１１】
各圧力推定値の計算は、前記センサヘッドでの複数のキャリブレーション温度及び複数のキャリブレーション圧力に基づく、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答のキャリブレーションを用いて行われる、請求項９又は１０に記載の光圧力センサ。
【請求項１２】
各修正温度推定値の計算は、前記センサヘッドでの複数のキャリブレーション温度及び複数のキャリブレーション圧力に基づく、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティヘッドの応答のキャリブレーションを用いて行われる、請求項９〜１１のいずれか１つに記載の光圧力センサ。
【請求項１３】
前記光キャビティは、前記センサヘッドに一体的に形成されており、前記圧力感知光キャビティは、前記センサヘッドに形成された物理的キャビティを含む、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光圧力センサ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの温度感知光キャビティはそれぞれ、複数の離隔した反射面により区画された光キャビティを規定する、前記センサヘッドの材料により構成されている、請求項１３に記載の光圧力センサ。
【請求項１５】
前記離隔した反射面のうち一つの反射面は、前記圧力感知光キャビティに含まれかつ前記センサヘッドに形成された前記物理的キャビティの一表面を規定する、請求項１４に記載の光圧力センサ。
【請求項１６】
前記センサヘッドはサファイアで形成されている、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の光圧力センサ。
【請求項１７】
前記圧力感知光キャビティと、前記温度感知光キャビティのうちの少なくとも１つとは、互いに隣接している、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の光圧力センサ。
【請求項１８】
前記圧力感知光キャビティと、前記温度感知光キャビティのうちの少なくとも１つとは、互いに平行である、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の光圧力センサ。
【請求項１９】
前記圧力感知光キャビティと、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティは、それぞれファブリ・ペロー共振器である、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の光圧力センサ。
【請求項２０】
前記センサヘッドは、少なくとも１つの光ファイバにより、前記呼掛器に光結合している、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の光圧力センサ。
【請求項２１】
圧力感知光キャビティ及び少なくとも１つの温度感知光キャビティを有するセンサヘッドを備える光圧力センサを操作する方法であって、
前記圧力感知光キャビティ及び前記少なくとも１つの温度感知キャビティを光学的に検出し、
前記圧力感知光キャビティの前記検出に応答して、前記センサヘッドでの圧力を示す少なくとも１つの信号を生成する、ことを含み、この少なくとも１つの信号の生成は、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの検出に応答して、圧力を示す前記信号に対し、温度補正を行うことを含む、方法。
【請求項２２】
圧力を示す前記少なくとも１つの信号の生成は、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティによる前記検出がなされると、圧力を示す前記信号に対して前記温度補正を行うとともに、前記センサヘッドでの圧力の影響に対する補正を行うことを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記センサヘッドでの圧力を示す前記信号の生成は、
前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答を用いて第１圧力推定値を計算するとともに、前記センサヘッドでの温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答に基づき第１温度推定値を計算し、
前記第１圧力推定値及び前記第１温度推定値に基づき第２温度推定値を計算し、
前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答及び前記第２温度推定値を用いて第２圧力推定値を計算する、ことを含む、請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
修正圧力推定値及び修正温度推定値に基づいて更なる修正温度推定値を計算するとともに、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの前記応答及び前記更なる修正温度推定値を用いて更なる修正圧力推定値を計算するプロセスを一回以上反復することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
各圧力推定値の計算は、前記センサヘッドでの複数のキャリブレーション温度及び複数のキャリブレーション圧力に基づく、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答のキャリブレーションを用いて行われ、各修正温度推定値の計算は、前記センサヘッドでの複数のキャリブレーション温度及び複数のキャリブレーション圧力に基づく、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティヘッドの応答のキャリブレーションを用いて行われる、請求項２３又は２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記圧力感知光キャビティと、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティは、それぞれ前記センサヘッドに設けられたファブリ・ペロー共振器である、請求項２１〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
前記圧力感知光キャビティと、前記温度感知光キャビティのうちの少なくとも１つとは、前記センサヘッドにおいて互いに平行且つ隣接している、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記温度感知光キャビティのうち少なくとも１つは、前記温度感知光キャビティから前記圧力感知光キャビティを分解しないスペクトル法を用いて検出される、請求項２２〜２７のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光圧力センサに関する。例えば、本発明に係る光圧力センサは、センサヘッドに設けられた圧力感知用光キャビティを用いて圧力を測定する構成とされており、上記センサヘッドに対する呼掛けが光学的に行われる。
【背景技術】
【０００２】
従来の光圧力センサとしては、例えばファブリ・ペロー共振器などの、１つあるいは複数の光キャビティを用いたものが知られている。例えば、英国特許出願公開第２２０２９３６号明細書に記載された構成によれば、２枚のミラーからなるファブリ・ペロー型圧力センサヘッドへの呼掛けは、光ファイバを介して送信される、二つの異なる波長を有する光により行われる。また、戻り反射光において、二つの波長それぞれについての強度が検出され、その強度比が求められる。この強度比は、光源から直接送られた参照光により正規化され、センサヘッドにおける光路差を示す指標、延いては当該センサヘッドに加えられた圧力を示す指標として用いられる。
【０００３】
センサヘッドに形成されたファブリ・ペロー共振器を備えた他の光圧力センサとしては、国際公開第２００５/０９８３８５号及び国際公開第２００９/０７７７２７号に記載されたものがある。これらの文献に記載されたセンサヘッドは、高温での使用を意図したものであり、材料としてシリカガラスやシリコン等は適しておらず、代替材料としてサファイアを用いてセンサヘッドを構成することが提案されている。また、いくつかの例では、センサヘッドに対する光学的呼掛けは、サファイア製の光ファイバを介して行われる。光ファイバの終端は、センサヘッドの近傍に、あるいは、同センサヘッドに接するように配置されている。このようなファブリ・ペローセンサヘッドでは、センサヘッド内に形成された物理的キャビティの少なくとも１つの反射面が圧力により撓むことにより圧力が測定される。
【０００４】
高温で使用される圧力センサヘッドのサイズ及び光学的特性は、通常、動作時の温度に左右されやすい。これは、例えば、材料の特性が変化したり、熱膨張が生じたりするためである。これらの影響は、圧力測定時の誤差につながる。また、圧力センサヘッドでの光学的応答は、圧力の変化が比較的小さい範囲では十分線形であるが、圧力変化が大きい範囲では、線形でなくなる傾向があり、センサのキャリブレーションを困難にしている。さらに、圧力変化が大きい範囲では、異なる温度に対する応答曲線が互いに平行とならない。
【０００５】
キャリブレーションに関するこれらの問題は、音響信号等の動圧変化の測定、及び／又は、絶対圧の測定のために光圧力センサを使用する場合に、特に顕著になる。
【０００６】
圧力に対する光学的応答がより線形である光キャビティを用いてセンサヘッドを設計することも可能であるが、これは、感度及び測定範囲の減少を招く。具体的には、例えば音響圧力信号を測定する際には、わずかな動圧変化に応答しうる感度の良さが必要とされる。一方、例えば１０5Ｐａの数倍に及ぶ広い範囲にわたって徐々に変化するような圧力あるいは静圧を測定するためには、広い測定範囲が要求される。線形性を考慮して設計されたセンサでは、そのような感度の良さと広い測定範囲とを併せ持つことが極めて困難である。
【０００７】
関連する先行技術における上記の問題及び他の問題に対処することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、従来の光圧力センサに対して改良を加えるものであり、改良された温度補償を導入することにより、単に動圧変化だけでなく絶対圧の変化をも測定可能にしている。特に、圧力を測定する光キャビティから離間あるいは遠く離れて温度測定を行うのではなく、当該光キャビティにおいて又はその近傍で光学的に測定された温度に基づいて温度補償を行う。これにより、より正確な温度補償を提供できる。
【０００９】
上記に鑑み、本発明により提供される光圧力センサは、圧力感知光キャビティ及び少なくとも１つの温度感知光キャビティを備えるセンサヘッドと、前記センサヘッドに光学的に結合され、前記圧力感知光キャビティに応答して前記センサヘッドでの圧力を示す少なくとも１つの信号を生成するように構成された呼掛器とを備える。圧力を示す前記信号は、前記温度感知光キャビティに応答する前記呼掛器により、温度補正が施される。
【００１０】
前記光キャビティは、前記センサヘッドに一体的に形成されていてもよい。前記圧力感知光キャビティは、例えば低圧ガスが充填された、センサヘッドにおける物理的キャビティを備えて又は当該キャビティに対応していてもよい。前記少なくとも１つの温度感知光キャビティのそれぞれは、センサヘッドの固体材料から形成されて又は当該材料を備えていてもよい。このような材料は、前記センサヘッド内において、複数の離隔した反射面により規定された一以上の温度感知光キャビティを規定していてもよい。
【００１１】
前記圧力感知光キャビティと、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティのうちの一つとは、互いに隣接していてもよい。これにより、圧力感知光キャビティにおける温度の判定をより正確に行うことができる。例えば、温度感知キャビティの前記離隔した反射面のうち一つの反射面は、さらに、前記圧力感知光キャビティを提供する前記センサヘッドにおいて、前記物理キャビティの一面を規定してもよい。
【００１２】
前記圧力感知光キャビティ、及び前記少なくとも１つの温度感知光キャビティは、ファブリ・ペロー光共振器とすることができる。例えば、これらのキャビティは、互いに平行であり、且つ、前記センサヘッドを前記呼掛器と結合する同一の光ファイバを用いて呼掛けられるファブリ・ペロー共振器とすることができる。
【００１３】
前記センサヘッドは、少なくとも二つの温度感知光キャビティを備えており、前記呼掛器は、両方の温度感知光キャビティに応答して、圧力を示す信号に対して温度補正を行うように構成されていてもよい。
【００１４】
例えば１０００℃を超える高温での操作のために、前記センサヘッドはサファイアで形成されていてもよい。
【００１５】
前記呼掛器は、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答を検出するように構成された第１光アナライザと、前記センサヘッドでの温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答を検出するように構成された第２光アナライザとを備えていてもよい。前記第１及び第２光アナライザは別個の素子であってもよいし、共通の光学部品を有していてもよいが、通常、異なるプローブ光検出素子を少なくとも用いる。例えば、前記第１光アナライザは、前記圧力感知光キャビティで反射されたプローブ光の二つの異なる波長の強度を個々に検出し、検出された前記二つの異なる波長の強度間の関係に応答して、前記センサヘッドでの圧力を示す前記信号を生成するために構成されていてもよい。このような強度間の関係は、例えば比率又はそれ以外の関数の関係でもよい。前記第２光アナライザは、例えば、前記温度感知光キャビティから反射されるプローブ光における干渉スペクトルを検出するように構成されたスペクトルエンジン又はスペクトル計を備えていてもよく、また、例えば、前記干渉スペクトルの離散フーリエ変換におけるピーク位置を検出し、その位相の詳細を分析することにより、前記干渉スペクトルに基づき、温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答を検出するとしてもよい。
【００１６】
前記第１光アナライザは、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答を検出し、対応する信号を出力するように構成されており、前記第２光アナライザは、温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答を検出し、対応する信号を出力するように構成されており、前記第１光アナライザの信号は、前記第２光アナライザの信号よりもずっと早い割合で出力されるとしてもよい。例えば、第１光アナライザは、音響圧力信号を提供するために、例えば約４０ＫＨｚ等の、１０ＫＨｚを超える割合で動作し、第２光アナライザは、センサヘッドでの激しい温度変動の割合に十分釣り合うように、例えば約１００Ｈｚ等の、１ＫＨｚ未満の割合で動作してもよい。必要であれば、前記第１及び第２光アナライザの出力は、静圧又は絶対圧を含む低周波圧力信号、及び、急速な圧力変動は含むが、静圧も絶対圧も含まない高周波圧力信号を生成するために使用されてもよい。
【００１７】
検出された、前記温度感知光キャビティに対する前記第２光アナライザの応答は、前記センサヘッドでの圧力からの成分又は寄与を含んでいてもよい。これは、例えば、第２光アナライザが、圧力感知光キャビティと温度感知光キャビティとを分解あるいは分離できないという理由、圧力感知光キャビティが温度感知光キャビティに比べてかなり小さいという理由等による。そして、前記呼掛器は、圧力を示す前記信号に対する温度補正と、更に前記センサヘッドでの圧力、特に圧力感知光キャビティに対する前記第２光アナライザの部分応答に対する補正とを行うために構成されていてもよい。
【００１８】
具体的には、前記呼掛器による、圧力を示す前記信号に対する前記温度補正は、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答を用いて第１圧力推定値を計算し、前記センサヘッドでの温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答に基づき第１温度推定値を計算し、前記第１圧力推定値及び前記第１センサ温度推定値に基づき第２温度推定値を計算し、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答、及び前記第２温度推定値を用いて第２圧力推定値を計算することにより行われてもよい。
【００１９】
修正圧力推定値と修正温度推定値とに基づいて、更なる修正温度推定値の計算を一回以上反復し、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの前記応答と、前記更なる修正温度推定値とを用いて、更なる修正圧力推定値の計算を一回以上反復してもよい。
【００２０】
各圧力推定値を計算する前記ステップは、例えば、前記センサヘッドでの複数のキャリブレーション温度及び複数のキャリブレーション圧力に基づく、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答のキャリブレーションを用いて行われ、各修正温度推定値を計算する前記ステップは、前記センサヘッドでの複数のキャリブレーション温度及び複数のキャリブレーション圧力に基づく、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティヘッドの応答のキャリブレーションを用いて行われてもよい。
【００２１】
また、本発明は、光圧力センサを操作あるいは使用する方法、並びに、上述した装置及び内容に対応する光圧力センサをキャリブレートする方法を提供するものであり、これらの方法は、例えば、以下でより詳細に説明する上述したセンサヘッド及び装置を用いて実行される。
【００２２】
具体的には、本発明は、圧力感知光キャビティ、及び少なくとも１つの温度感知光キャビティを有するセンサヘッドを備える光圧力センサを操作する方法を提供し、前記圧力感知キャビティ、及び前記少なくとも１つの温度感知キャビティを光学的に検出し、前記圧力感知光キャビティの前記検出に応答して、前記センサヘッドでの圧力を示す少なくとも１つの信号を生成する、ことを含み、生成の前記ステップは、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの検出に応答して、圧力を示す前記信号に対し、温度補正を行うことを含む。
【００２３】
例えば、温度感知光キャビティの光検出において、圧力感知光キャビティと温度感知光キャビティとを分離できない場合等には、温度感知光キャビティの検出は、更にセンサヘッドでの圧力に応答するとしてもよい。この場合、前記生成のステップは、更に、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティによる前記検出がなされると、前記センサヘッドでの圧力の影響に対する補正を行うことを含んでもよい。
【００２４】
具体的には、前記センサヘッドでの圧力を示す前記信号の生成は、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答を用いて第１圧力推定値を計算し、前記センサヘッドでの温度に対する前記少なくとも１つの温度感知光キャビティの応答に基づき第１温度推定値を計算し、前記第１圧力推定値及び前記第１センサ温度推定値に基づき第２温度推定値を計算することにより、前記第１温度推定値に対する圧力の影響を少なくとも部分的に補正し、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答、及び前記第２温度推定値を用いて第２圧力推定値を計算することを含んでもよい。
【００２５】
より正確な圧力推定値を提供する場合には、前記方法は、修正圧力推定値及び修正温度推定値に基づいて、更なる修正温度推定値の計算を一回以上反復して、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの前記応答、及び前記更なる修正温度推定値を用いて、更なる修正圧力推定値の計算を一回以上反復することを含むとしてもよい。
【００２６】
各圧力推定値を計算する前記ステップは、前記センサヘッドでの複数のキャリブレーション温度及び複数のキャリブレーション圧力に基づく、前記センサヘッドでの圧力に対する前記圧力感知光キャビティの応答のキャリブレーションを用いて行われ、各修正温度推定値を計算する前記ステップは、前記センサヘッドでの複数のキャリブレーション温度及び複数のキャリブレーション圧力に基づく、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティヘッドの応答のキャリブレーションを用いて行われてもよい。
【００２７】
本発明の方法は、様々なセンサヘッド構成において使用可能であるが、前記圧力感知光キャビティ及び前記少なくとも１つの温度感知光キャビティは、それぞれ前記センサヘッドにおけるファブリ・ペロー共振器であるとしてもよい。より具体的には、前記圧力感知光キャビティと、前記少なくとも１つの温度感知光キャビティのうちの一つとは、センサヘッドにおいて互いに隣接しており、また、平行であるとしてもよい。前記一以上の温度感知光キャビティのうち少なくとも１つは、前記圧力感知光キャビティと前記温度感知光キャビティとを分離しないスペクトル法を用いて検出されてもよく、これにより、前記温度感知光キャビティの検出時に、前記センサヘッドでの圧力の影響が少なくとも部分的に生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明の実施形態につき、単に例示として、以下の添付図面を参照しつつ説明する。
【図１】本発明に基づく圧力センサを示す図である。
【図２】図１に示す圧力センサのセンサヘッドをより詳細に示す断面図である。センサヘッドは、圧力感知光キャビティ及び温度感知光キャビティを備えている。
【図３】圧力感知光キャビティに対する二波長を用いた呼掛け、及び温度感知光キャビティに対するスペクトル分析を用いた呼掛けを用いて、図１の呼掛器を使用する方法をより詳細に示す模式図である。
【図４】図３の第２光アナライザの作動態様を示す模式図である。
【図５】キャリブレーション温度に対する、温度感知キャビティの光路差に関する厚み係数のキャリブレーション曲線を示すグラフである。
【図６】温度感知キャビティの光学的応答に基づいて、加えられる圧力がセンサヘッド推定温度に及ぼす影響を示す図である。
【図７】異なるキャリブレーション温度Tcそれぞれにおける、キャリブレーション圧力Pcの変化に対する圧力感知光キャビティの応答から導出される信号VPのキャリブレーション曲線を示すグラフである。
【図８】キャリブレーション圧力Pc及び温度Tcの範囲における、温度感知キャビティの光学的応答に基づいた、キャリブレーション温度Tcに対するセンサヘッド温度推定値T1の偏差dTを示すキャリブレーション曲線を示すグラフである。
【図９】センサヘッドでの圧力推定値を反復によって精緻にする方法を示す図である。
【図１０】試験温度範囲において、それぞれのキャリブレーション温度Pcに対してキャリブレートされた圧力センサの出力圧力信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明に基づく光圧力センサを模式的に示している。光源１０は、プローブ光を発する構成とされており、プローブ光は、光結合器１２を経由してセンサヘッド１４まで、光ファイバ１６、１７を介して送られる。センサヘッド１４で反射し戻ってきたプローブ光は、光結合器１２により、１つまたは複数の光アナライザ１８、１９に送られる。各光アナライザは、呼掛器２０の一部を構成している。同図に示すように、光源１０と光結合器１２もまた呼掛器２０の一部を構成していてもよい。光源１０は、例えば、１つまたは複数のスーパールミネッセントダイオードを備えている。これに加えて、あるいはこれに代えて、１つまたは複数の波長走査型レーザー光源を用いることにより、広帯域のプローブ光が利用可能となるようにしてもよい。その際には、必要に応じて呼掛器２０の構成を変更すればよい。
【００３０】
センサヘッド１４は、少なくとも１つの圧力感知光キャビティ２２とともに、少なくとも１つの別の光キャビティ、すなわち温度感知光キャビティ２４を備えている。圧力感知キャビティおよび温度感知キャビティは、それぞれ別個の素子であるが、互いに重なり合う箇所があってもよい。典型的には、光キャビティとしてファブリ・ペロー共振器が用いられるが、他の干渉計キャビティを用いることも可能である。
【００３１】
呼掛器は、圧力感知光キャビティからの戻り反射光における干渉効果(interference effects)に応答して、１つまたは複数の圧力信号３０を生成するように構成されている。この圧力信号は、例えば、圧力や、圧力変化など、センサヘッドにおける圧力に関する量を示すものである。この干渉効果は、例えば、複数のアナライザのうちの一つである光アナライザ１８により検出される。また、呼掛器は、温度感知光キャビティからの戻り反射光における干渉効果に応答して、上記の圧力信号３０を、センサヘッド１４における温度の影響を考慮して修正するように構成されている。この干渉効果は、例えば、複数のアナライザのうちの別の光アナライザ１９により検出される。
【００３２】
図１の光圧力センサでの使用に適したセンサヘッド１４を図２に示す。他の好適なセンサヘッドは、国際公開第２００５／０９８３８５号及び国際公開第２００９／０７７７２７号に記載されており、これら文献の記載内容は、参照により本明細書に含まれるものとする。例えば１０００℃を超える高温で使用する場合には、国際公開第２００５／０９８３８５号及び国際公開第２００９／０７７７２７号に記載されているように、センサヘッドは、例えばサファイア製である。しかしながら、センサが使用される所定の温度においてプローブ光を十分に透過するのであれば、センサヘッドを他の誘電材料で形成してもよい。
【００３３】
図２に例示されたセンサヘッドは、基板４０を備えており、この基板には、凹部４２がエッチング又は他の手法によって形成されている。当該凹部は、膜４４で覆われているが、通常、この膜は基板４０と同じ材料で形成される。凹部４２には、例えば、低圧の不活性ガスが充填されている。センサに対する外圧により、基板４０に対して膜４４が撓み、これによって凹部４２の深さがわずかに変化する。一例として、凹部の深さは通常数μｍであり、基板の厚さは通常数百μｍである。膜４４の厚さは、例えば、膜の直径、使用する材料の機械的特性、及び測定する圧力の範囲に応じて適宜選択される。これにより膜の撓み範囲が調節され、呼掛器２０が所望の圧力範囲内で適切に検出を行うことが可能となる。
【００３４】
センサヘッド１４を呼掛器２０に結合するに際しては、当該センサヘッドを光ファイバ１７の端部に直接接触するようにしてもよいし、あるいは、光ファイバ１７と接合された別の光ファイバの端部に直接接触するようにしてもよい。センサヘッドは、光ファイバに対し、例えば融着により固定される。また、例えば国際公開第２００９／０７７７２７号に記載されているような種々の方法により、センサヘッドを光ファイバの端部から離間して配置してもよい。
【００３５】
図２に例示するセンサヘッドでは、圧力感知光キャビティ２２は、ファブリ・ペロー共振器である。このファブリ・ペロー共振器は、膜４４により閉鎖された凹部４２により構成されるキャビティの互いに対向する主表面により形成されている。また、同図に示すように、１つまたは複数の温度検出キャビティ２４を設けてもよい。これらの温度検出キャビティも例えばファブリ・ペロー共振器であり、基板４０における一対の光学的反射面、及び／又は、膜４４における一対の光学的反射面により構成される。
【００３６】
より一般的には、圧力センサにより用いられる様々な光キャビティは、センサヘッド１４において様々な方法で一体的に形成されてもよい。通常、圧力感知光キャビティ２２は、その一部又は全体が、センサヘッドの固形材料に形成される物理的キャビティ（空洞）により提供されるため、当該キャビティの長さは主に外圧の影響を受けて変化する。上述した少なくとも１つの温度感知光キャビティは、通常、その一部又は全体が、センサヘッドの固形材料により提供されるため、光路長は、圧力の変化に左右されず、温度の影響により変化する。具体的には、熱膨張及び固形材料の屈折率に対する温度影響により変化する。圧力感知光キャビティ２２もまた、膜４４を支持する基板４０の固形材料の熱膨張等の温度変化の影響を受けて、長さが変化する。
【００３７】
センサヘッド内に存在するファブリ・ペロー共振器又は他の共振器の各表面は、それら表面の反射特性を変更もしくは向上させるために磨いてもよいし、及び／又は１回以上コーティングを施してもよい。ファブリ・ペロー又は他の種類の光キャビティの表面は、センサヘッドを形成する材料の境界により形成されてもよいし、センサヘッド内の異なる材料間の境界、例えば、それぞれが異なる屈折率を有する二つの材料の境界により適切な位置に形成されてもよい。
【００３８】
図２に例示するように、一以上の温度感知光キャビティ２４は、圧力感知キャビティ２２に隣接して配置されていてもよい。通常、膜４４の外表面４６は高い温度に晒され、その結果、センサヘッド全体にわたる温度勾配が大きくなりうる。圧力感知キャビティの近くに温度感知キャビティを配することで、圧力感知キャビティ２２の光路長に影響を与える温度をより正確に測定して温度検出を行うことができる。例えば図２に示すように、二つ以上の温度感知キャビティを圧力感知キャビティの両側に配することにより、圧力感知キャビティ２２の光路長に影響を与える温度をより正確に測定できる。これは、例えば、二つの温度感知キャビティを用いて測定した温度に対して、その平均値を求めるか、又はより複雑な計算を用いることにより達成できる。
【００３９】
圧力センサ、特に図１に示す呼掛器２０をより詳細に実施する方法を、図３に示す。光源１０は、例えば、それぞれ異なる波長を有する二つのスーパールミネッセントダイオードにより、又は、複数の適切なフィルターを有する一つのスーパールミネッセントダイオードにより実現される。これにより、二つの異なる波長λ１及びλ２を有する二つのプローブ光が出力される。二つの出力は、合成器５４で合成され、光結合器１２へ送られる。
【００４０】
光結合器１２の第１タップ５６は、プローブ光のうちの約５％〜１０％の光を引き出し、第１光アナライザ１８の一部を構成する参照デマルチプレクサ６０へ送る。参照プローブ光の二つの波長の強度は、複数の参照光検出器６２によりそれぞれ検出される。第１タップ５６に引き出されなかった残りのプローブ光は、光カプラ５７と第２タップ５８を通って、センサヘッド１４へ送られる。
【００４１】
センサヘッド１４から反射し戻ってきたプローブ光のうちの約５％〜１０％の光が第２タップ５８により引き出されて、第２光アナライザ１９へ送られる。この第２光アナライザ１９については、図４を用いて以下で詳しく説明する。第２光アナライザから出力される温度感知キャビティ出力７２は、上述した（１つまたは複数の）温度感知光キャビティ２４の温度を示すものである。この温度は、例えば、センサヘッド１４に設けられた上記温度感知光キャビティ２４の光路長及び／又は同光路長の変化に基づいて知ることができる。この温度感知キャビティ出力７２の更新周波数又はデータ速度は、通常約１００Ｈｚである。これは、センサヘッドにおける熱慣性により、実際の温度の変化速度が制限されることを考慮したものである。第２光アナライザは、例えば、比較的低い周波数でより正確に作動するように構築することが容易なタイプの装置である。
【００４２】
残りの戻り反射光は、カプラ５７により第１光アナライザ１８の信号デマルチプレクサ６４へ送られる。その後、戻り反射プローブ光の二つの波長は、それぞれ信号光検出器６６により検出される。参照光検出器６２及び信号光検出器６６それぞれからの信号は、分析のために比較器６８に送られる。これにより比較器は、センサヘッド１４の圧力感知光キャビティ２２の光路長及び／又は光路長の変化を示す圧力感知キャビティ出力信号６９を生成する。この信号の生成は、例えば、英国特許出願公開第２２０２９３６号明細書等の先行技術に教示される技術に基づき実行可能である。特に、比較器６８は、例えば、第１波長の戻り反射プローブ光から得られた信号を、第２波長の戻り反射プローブ光から得られた信号で除算するように構成される。この除算の主な目的は、光学システム内に存在しうる強度損失を補償するためである。このような手法を採用しないと、強度損失が圧力信号として解釈される可能性がある。典型的な例としては、リードファイバを過度に屈曲させることにより発生する損失がある。また、異なる波長毎に、戻り反射プローブ光の信号を参照チャネルの信号で除算することにより、本システムを更に精緻化することが可能である。このようなステップを追加することにより、光源から発生する強度ノイズを軽減することができる。
【００４３】
通常、第１光アナライザ１８は、第２光アナライザ１９よりも動作周波数及び出力が非常に高い。圧力変動は、センサヘッドにおいて音響周波数で発生する。これらを測定するために、圧力感知キャビティの出力は、例えば４０ＫＨｚの周波数又はデータ速度とされる。
【００４４】
第２光アナライザ１９は、プローブ光と温度感知キャビティとの相互作用に起因する干渉スペクトルを検出するためにスペクトルエンジン又はスペクトル計を用いて構成してもよい。検出された干渉スペクトルの特性に基づき、温度感知キャビティ出力７２を生成することができる。干渉スペクトルの分析を行うための一つの方法として、Y. Jiang, IEEE Photonics Technology Letters, volume 20, No.2, 2008年1月, p75に記載されたものがある。この文献によると、干渉スペクトルの離散フーリエ変換が計算され、このフーリエ変換における１つまたは複数のピーク位置が、センサヘッド１４における１つまたは複数の光キャビティの光路長に対応する。
【００４５】
図４は、一の温度感知光キャビティ２４に関する光路長をより正確に判定できる技術を示している。この技術は、本出願と同じ譲受人／出願人により、本出願と同じ日に英国知的財産庁に出願された「光センサ」と題された同時係属中の特許出願に、より詳細に記載されている。同時係属中の特許出願の内容は、その全てが、参照により本明細書に含まれるものとする。図４に示すように、第２光アナライザ１９は、スペクトルエンジン１００を含んでいる。当該スペクトルエンジンは、温度感知キャビティを含むセンサヘッド１４の干渉素子とプローブ光とが干渉することにより生じる干渉スペクトル１０１を出力する。粗検出機能部１０２は、粗温度感知キャビティ出力１０４を得るために、干渉スペクトルの粗分析を実行する。粗温度感知キャビティ出力１０４と干渉スペクトル１０１とに基づき、精緻検出機能部１０６は、図３の温度感知キャビティ出力７２に対応する精緻化温度感知キャビティ出力を出力する。
【００４６】
特に、粗検出機能部１０２は、例えば、離散フーリエ変換等のスペクトル変換を用いて、干渉スペクトル１０１から光路差分布を生成するように構成されている。上記のJiangに記載されているように、光路差分布におけるピーク位置は、センサヘッド１４における光キャビティの光路長もしくは光路差を示している。別の方法として、干渉スペクトル１０１と一組の伝達関数（光路差の所定の範囲に対応する）との相互相関に対し、包絡関数（例えばヒルベルト変換による）を適用することにより、上記と同等なピークを示すようにしてもよい。これらのピークのうち、選択された複数ピークの位置から、一または複数の粗光路差信号を生成するために必要な情報が得られる。その後、精緻検出機能部によって、干渉スペクトル１０１と選択された一以上の伝達関数との相互相関における微細スケールピークを見つけ出すようにしてもよい。このピークの位置から、最終的な温度感知キャビティ出力７２が得られる。
【００４７】
スペクトルエンジンは、例えば、ＣＣＤアレイと共に、回折格子等の分散光学素子を用いて実現することができる。スペクトルエンジン又は干渉計を使用して温度感知キャビティ出力７２を生成することにより、広いダイナミックレンジで温度の明確な読み出しを行うことができる。上述したように粗検出機能部及び精緻検出機能部を使用すると、図４の粗検出機能部１０２において実行される離散フーリエ変換又は相互相関包絡ステップのみを用いた場合に比べて、より高分解能な温度測定が達成できるという付加的な利点がある。
【００４８】
いくつかの実施形態では、温度感知キャビティ出力は、例えば、図２の構成における膜４４により形成される光キャビティの温度に対する干渉応答に基づいて出力されるものであってもよい。すなわち、圧力感知光キャビティから見て、呼掛器との光結合の反対側にある温度感知ファブリ・ペロー又は他の光キャビティの温度に対する干渉応答に基づいていてもよい。しかしながら、このようなキャビティは、例えば、酸化、又はガスタービン若しくは他の燃焼系環境における煤煙の蓄積等の、膜の外面４６に対する破損又は汚染の影響を受けて、信号が劣化したり、このキャビティの光路長に望ましくない変化が起こる可能性がある。したがって、他の実施形態では、温度感知出力のために、圧力感知光キャビティから見て、呼掛器との光結合と同じ側に設けられた温度感知ファブリ・ペロー又は他の光キャビティを用いている。
【００４９】
いくつかの実施形態において、例えば図２に示す二つのキャビティ２４等、複数のキャビティそれぞれに対して別個に温度キャビティ出力信号７２を取得するようにしてもよい。これは、第２光アナライザ１９と同様の装置を二つ用いることにより、あるいは、当該アナライザと同様の単一の装置を適宜改変して用いることにより実現可能である。またこのような手法に代えて、二つ以上のキャビティの平均温度あるいは他の手法により計算された統合温度を示す統合温度キャビティ出力信号７２を出力するようにしてもよい。
【００５０】
図３の構成に示すように、圧力キャビティ出力信号６９は、圧力の静的成分及び低周波成分を計算するために用いられる第１プロセッサ８０、及び、例えば静的成分及び低周波成分を除外した、より急激に変化する圧力成分を計算する第２プロセッサ９０の両方に送信される。上述したように、第２光アナライザ１９は、通常約１００Hzで更新温度感知キャビティ出力７２を生成し、第１プロセッサは、温度感知キャビティ出力７２を考慮して調整した低周波圧力出力８２を、同じく約１００Hzの周波数で生成する。また、第１プロセッサ８０は、キャリブレーション因子(calibration factor)８４を生成する。キャリブレーション因子は、圧力感知キャビティ出力６９の変化に対する、センサヘッド１４での圧力変化の同時発生率(concurrent rate)を示すものであり、圧力感知キャビティ２２に対する温度の影響を組み込んでいる。キャリブレーション因子８４は、第２プロセッサ９０により使用され、これにより例えば約４０ＫＨｚで、圧力感知キャビティ出力６９のデータ速度に対応する高周波圧力信号９２が生成される。
【００５１】
第１プロセッサ８０から導出される低周波圧力信号８２は、１つまたは複数の温度感知キャビティから得られたセンサヘッド１４での温度を考慮し、適切なキャリブレーション手順に基づいて生成することが可能である。その方法について、以下で説明する。
【００５２】
例えば、呼掛器２０は、後述のとおり、温度感知キャビティ出力７２又はT1に基づき又は応じて、１つまたは複数の温度信号９４を出力するように構成されていてもよい。通常、上記の温度感知キャビティ出力は、第２光アナライザからの出力である。また上記の温度信号９４の出力は、後述のとおり、補正後温度T2（又は更なる反復T3等）に基づき又は応じて行われるようにしてもよい。通常、上記の補正後温度は、第１プロセッサ８０から出力される。
【００５３】
温度キャビティ出力信号７２が直接的に温度感知キャビティ２４の温度を示すように、第２光アナライザ１９をキャリブレートしてもよい。これは、大気圧等の、固定又はほぼ固定された圧力下における、強制キャリブレーション温度(imposed calibration temperature)Tcの関数としての温度感知キャビティ応答の測定に基づいている。図５は、センサヘッドでの測定温度が６００℃までの範囲における適切なキャリブレーションデータの典型例を、明瞭化のため温度感知キャビティの光路差（ＯＰＤ）を用いて示している。便宜上、図５のキャリブレーション曲線のＯＰＤ軸は、以下の式に従ってマイクロメートル単位で厚みパラメータによって表されている。
厚み(Tc) = ng(Tc)d(Tc)/ng(25°C)  ・・・(式１)
ng(Tc)の値は、温度Tcでの温度感知キャビティの固体材料の群屈折率であり、上述した式はこの値を用いて２５℃で正規化している。d(Tc)は、温度Tcにおける温度感知キャビティの幾何学的厚みである。図５のグラフには、多項式あてはめにおけるあてはめ誤差もプロットされている。このデータから、第２光アナライザは、温度感知キャビティの近似温度T1として温度感知キャビティ出力７２を出力するように構成されている。
【００５４】
センサヘッド１４の多くの設計では、温度感知キャビティ２４と比較すると圧力感知キャビティ２２のほうが著しく光路長が短い。これは、図２に示すように基板４０や膜４４により構成される温度感知キャビティ２４等の、他の光キャビティからの残存コヒーレンス効果の回避に役立ちうる。しかしながら、その結果として、第２光アナライザ１９は、例えば上述したようにスペクトルエンジンとして具現化された場合、圧力感知キャビティ２２の干渉効果を成分に分解できない可能性がある。つまり、第２光アナライザによる光路差の測定と、ひいては温度感知キャビティ２４の近似温度T1とが、相対的に著しく小さい圧力感知キャビティ２２のサイズに影響されることになる。すなわち、温度感知キャビティを用いて温度を測定する場合には、圧力に対する交差感度(cross-sensitivity)が存在することになる。図６には、図２のセンサヘッドに隣接して配された熱電対を用いて測定した温度Tc（グラフ中「熱電対」と記す）と、図５のキャリブレーション曲線を参照して温度キャビティ出力７２から直接的に第２光アナライザにより導出される温度T1（グラフ中「光温度」と記す）とを用いて、上述した影響が示されている。これらの温度は、水平軸の各時点で、１バール（１×１０5Ｐａ）から２５バール（２．５×１０6Ｐａ）の圧力サイクル中に、同時に記録されたものである。
【００５５】
実際には、この圧力交差感度は、以下に図８に関連して説明するキャリブレーション手順中に測定されるが、同図から分かるように、２５バールの高圧でのセンサヘッドの温度感知キャビティは、例えば、圧力に起因するT1の誤差として、約１５℃又は２．５％ＦＳの最大見かけ温度偏差を示す。
【００５６】
図７は、適用温度Tc及び圧力Pcの範囲での電圧VPとして表された、圧力感知キャビティ出力６９のグラフを示す。圧力センサのキャリブレーション中に、多項式等の関数をこのデータにあてはめることにより、以下のようにキャリブレーション圧力Pcをキャリブレーション温度Tc及び電圧VPに関連付ける関数が与えられる。
Pc = A(Tc)*VPN + B(Tc)*VPN-1 + …… + Y(Tc)*VP + Z(Tc)  ・・・（式２)
ここで、A(Tc), B(Tc), ….. Z(Tc)は、例えば、以下のような多項式の関数である。
A(Tc) = Aa*TcN + Ab*TcN-1 + ….. + Ay*Tc + Az
…
Z(Tc) = Za*TcN + Zb*TcN-1 + ….. + Zy*Tc + Zz
また、Aa, Ab … Zy及びZzは多項式係数である。
【００５７】
しかしながら、これを圧力センサを操作する際に有用とするには、センサヘッドから光学的に得られる温度値（例えば、上述したように第２光アナライザから出力されるT1等）を用いて、上記の関数を評価する必要がある。したがって、操作中は、圧力推定値P1は、キャリブレーション係数を用いて、VP及びT1に基づき、以下の式で算出される。
P1 = A(T1)*VPN + B(T1)*VPN-1 + …… + Y(T1)*VP + Z(T1)  ・・・(式３)
【００５８】
上記式で用いられる温度T1は、上述した圧力交差感度をいくらか示しているため、正確であるとは言えず、P1がセンサヘッドでの実際の圧力よりもわずかに異なっている。以下で説明する図７を参照すると、６００℃以上での２５バール圧力範囲では、P1における誤差は約０．６％ＦＳ（１５０ミリバール）と考えられる。このような誤差が発生するのは、上述したようなセンサを操作する際に許容される最大誤差がかなりの割合を占めるためであると思われる。しかしながら、例えば以下に示すように、反復法を用いて、この誤差を無視できる程度まで軽減することが可能である。
【００５９】
T1の圧力交差感度は、キャリブレーション手順中にも測定される。図８は、キャリブレーション圧力Pcの範囲における、キャリブレーション温度Tcに対するT1の偏差dTを示す曲線の典型例を示すものである。約２５バール（２．５×１０6Ｐａ）の高圧下では、約１５℃（２．５％ＦＳ）の最大誤差が生じている。このキャリブレーションデータから、キャリブレーション圧力Pc及びキャリブレーション温度TcにおけるdTをあらわす関数が、例えば、以下の多項式あてはめを用いて導出される。
dT = XA(Tc)*PcN + XB(Tc)*PcN-1 + ….. + XY(Tc)*Pc +XZ(Tc)  ・・・(式４)
ここで、XA(Tc), XB(Tc), ….. XZ(Tc)は、以下に示す形式の複数の多項式（多項式のみに限定されるわけではない）の組とすることができる。
XA(Tc) = XAa*TcN + XAb*TcN-1 + ….. + XAy*Tc + XAz
…
XZ(Tc) = XZa*TcN + XZb*TcN-1 + ….. + XZy*Tc + XZz
また、XAa, XAb … XZy and XZzは多項式係数である。
【００６０】
圧力センサの操作中において、上記式３を用いて既に計算したP1を用いて、T1における温度誤差dTの値が以下のように求められる。
dT = XA(T1)*P1N + XB(T1)*P1N-1 + ….. + XY(T1)*P1 +XZ(T1)  ・・・(式５)
【００６１】
また、圧力センサの操作中において、補正温度T2が以下の式を用いて計算される。
T2 = T1 - dT  ・・・(式６)
【００６２】
図７及び８のデータに基づくと、６００℃の温度範囲において測定された２５バールセンサの場合、感知素子温度の誤差はT1からT2にかけて、約２.５%ＦＳから約０.０８%ＦＳ (０.５℃の誤差)に下がり、実質的に圧力に依存していない。
【００６３】
式３を用いた推定圧力P1の計算と同様にして、以下に示すように、式２のキャリブレーション係数を用いて改良推定圧力P2を計算する。
P2 = A(T2)*VPN + B(T2)*VPN-1 + .... + Y(T2)*VP + Z(T2)  ・・・(式７)
【００６４】
これにより、圧力誤差は無視できる程度まで軽減する（例えば、＜０.０２%FS、すなわち図７及び８に示すシステムにおいて５ミリバール）。より高い精度が要求される場合、より正確な温度及び静圧を求めるために更なる反復を追加して、上記方法に従い、P2及びT2を用いて、より正確な値すなわち精緻化値P3及びT3を計算してもよい。また、必要に応じて、同様の手法により更に反復を行ってもよい。
【００６５】
上記計算は、圧力センサの操作中、VPの新規の値毎に繰り返してもよい。しかしながら、第１光アナライザ１８によるVPの出力周波数が約４０ＫＨｚであるのに対し、温度信号T1が約１００Ｈｚのみでしか利用できない場合も考えられる。上記P2の計算、及び更なるP3又はそれ以降の反復計算は、例えば、T1の周波数と一致するように平均化又は合計されたVPの値を用いて、１００Ｈｚ等の比較的低い周波数で繰り返してもよい。計算の詳細に関わらず、P2、P3又はそれ以降の値は，低周波圧力信号８２として出力されてもよい。
【００６６】
上述した圧力信号のキャリブレーション及び反復計算のより一般的な形態を図９に示す。符号１１０に示すように、まず圧力センサがキャリブレートされ、センサヘッドでのキャリブレーション圧力Pcが、センサヘッドでのキャリブレーション温度Tc及び圧力感知キャビティ出力VPに関連付ける第１キャリブレーション関数Pとして与えられる。すなわち、Pc = P(Tc, VP)である。ここで、VPは、センサヘッドでの温度に対して交差感度を有する圧力感知キャビティを用いて光学的に決定される。符号１１２に示すように、圧力センサはさらにキャリブレートされ、第２キャリブレーション関数dTが与えられる。関数dTは、温度Tcおよび圧力Pcにおけるセンサヘッドでのキャリブレーション温度Tcに対するセンサヘッドでの温度T1の偏差に関するものであり、dT = dT(Tc, Pc)として表される。ここでT1は、センサヘッドでの圧力に対して交差感度を有する温度感知光キャビティを用いて光学的に決定される。
【００６７】
圧力センサの第１操作ステップ１２０では、現在の光感知温度T1及び現在の圧力感知キャビティ出力VPを用いて値が求められる第１キャリブレーション関数Pにより、第１圧力推定値P1が生成される。P1= P(T1, VP)である。P1の値は、第２操作ステップ１２２において、第２キャリブレーション関数と、現在感知温度と、第１圧力推定値P1を用いて、T2 = T1 - dT(T1, P1)として、更新温度T2を生成する際に用いられる。
【００６８】
第３操作ステップ１２４では、更新温度T2及び現在の圧力感知キャビティ出力VPを用いて値が求められる第１キャリブレーション関数Pにより、P1= P(T2, VP)として、第２更新圧力推定値P2が生成される。操作ステップ１２６及び１２８に示すように、温度を更新して圧力推定を改良するための反復計算を、更に行うことも可能である。
【００６９】
適切なキャリブレーション手順に基づき、第２プロセッサ９０が、温度感知キャビティから得られたセンサヘッド１４での温度を考慮して高周波圧力信号９２を導出する。その方法を、以下で説明する。
【００７０】
センサヘッドでの圧力の高周波成分は、以下のようにして第２プロセッサ９０により計算される。ハイパスフィルタを圧力感知キャビティ出力VPに適用してVPhを取得し、この値をキャリブレーション因子８４で乗算する。当該キャリブレーション因子は、第１プロセッサ８０によって、VPとT2の現在の値から計算されたものである。このようなキャリブレーション因子dP/dVPは、P2を求めるための圧力式７（又はP3を求めるための式５の更なる反復等）を微分して得られる以下の式から導出される。
dP/dVP = N*A(T2)*VPN-1 + (N-１)*B(T2)*VPN-2 + …… + Y(T2)  ・・・(式 ８)
【００７１】
そして、圧力のこのような高周波成分（例えばVPh × dP/dVP）を補正することにより、高周波圧力信号９２が示すセンサヘッド１４での圧力変化は、圧力及び温度の全範囲に渡って定比例性を有するようになる。
【００７２】
図を用いて説明してきた上記センサに対し、上記キャリブレーション及び操作アルゴリズムを用いて試験を行い、その結果である低周波圧力信号８２を試験キャリブレーション圧力Pc及び温度Tcに対してプロットしたものを図１０に示す。低周波圧力信号８２を示す複数の線は、圧力範囲内で線形であり、全ての温度において互いに重なり合っている。ある程度線形を示すように設計されているが温度補正がない従来のシステムと比較すると、圧力及び温度における動的誤差は、当該システムが１５％（１０％非線形性＋５％の温度誤差）であるのに対し、５％（通常３％）未満である。この改善は、線形応答を示すように設計されていない従来のシステムと比較すると、より顕著である。
【００７３】
センサの基本的な応答が、例えば図７の曲線応答に示すように、非線形である場合、上述した構成により、図１０に示すような線形応答を実現可能である。これにより、例えば、１０バール（１×１０6Ｐａ）までは基本的な線形応答を提供するセンサヘッドを、例えば、２５バールの圧力まで基本的な線形応答を保ったまま使用することが可能となり、動的分解能を２．５倍向上させることができる。
【００７４】
記載した実施形態に対し、様々な変形を実施可能である。例えば、圧力及び温度感知ファブリ・ペロー光共振器を用いたセンサヘッドについて説明したが、本発明は、マイケルソン及び／又はマッハ・ツェンダー干渉素子等の、他の圧力及び／又は温度感知干渉素子を含むセンサヘッドに適用してもよい。また、本発明は、センサヘッドに関して、加速度等の圧力以外の測定量を示す信号に対し温度補正を行うために用いられてもよく、より広い用途として、他の素子による何らかの測定量の補正を行うために用いられてもよく、当該測定量は、センサヘッドにおける異なる感知干渉素子を用いて判定されてもよい。
【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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【国際調査報告】
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2015510135.tif 000014
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