(57)【要約】【課題】圧力センサについて誘導ノイズ又はサージノイズ等の発生時における誤動作や、静電気発生時の弊害を回避する。【解決手段】圧力センサ１であって、光を出射する光源１１と、光源１１から入射された光を伝搬する投光側光ファイバ１２１と、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからの出射光を反射させる反射面を有し、測定対象の圧力に応じた量の伸縮動作によって光出射端部１２１ａ及び当該反射面間の距離を異ならせるダイアフラム１３１と、光出射端部１２１ａからの出射光が反射面で反射された反射光を受ける領域内に、当該反射光が入射される光入射端部１２２ａが設けられた受光側光ファイバ１２２と、受光側光ファイバ１２２の他端部に接続され、当該受光側光ファイバ１２２による反射光の受光量に応じた圧力値を算出する圧力算出部１６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光源から入射された光を伝搬する投光側光ファイバと、
前記投光側光ファイバの光出射端部からの出射光を当該光出射端部方向に反射させる反射面を当該光出射端部に対向する位置に有し、測定対象の圧力に応じた量の伸縮動作によって前記光出射端部及び当該反射面間の距離を異ならせる伸縮機構と、
前記光出射端部からの出射光が前記反射面で反射された反射光を受ける領域内に、当該反射光が入射される光入射端部が設けられた受光側光ファイバと、
前記受光側光ファイバの他端部に接続され、当該受光側光ファイバによる前記反射光の受光量に応じた圧力値を算出する圧力算出部と
を備えた圧力センサ。
【請求項２】
光を出射する光源と、
前記光源から入射された光を伝搬する投光側光ファイバと、
前記投光側光ファイバの光出射端部からの出射光を当該光出射端部方向に反射させる反射面を当該光出射端部に対向する位置に有し、熱交換器で用いられる冷媒の圧力に応じた量の伸縮動作によって前記光出射端部及び当該反射面間の距離を異ならせる伸縮機構と、
前記光出射端部からの出射光が前記反射面で反射された反射光を受ける領域内に、当該反射光が入射される光入射端部が設けられた受光側光ファイバと、
前記受光側光ファイバの他端部に接続され、当該受光側光ファイバによる前記反射光の受光量に応じて算出した圧力値を、圧縮機の動作制御用信号として出力する圧力算出部と
を備えた空気調和機用圧力センサ。
【請求項３】
前記受光側光ファイバは、前記領域内において前記投光側光ファイバの光出射端部を中心として予め定められた方向に各光入射端部が並べられて複数設けられ、
前記伸縮機構は、前記各光入射端部が配置されてなる面に対して、前記反射面が平行となる状態を保って前記伸縮動作を行い、
前記圧力算出部は、前記複数の受光側光ファイバの各他端部に接続され、当該複数の受光側光ファイバのいずれに前記反射光が受光されているかに基づいて、前記圧力値を算出する請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記圧力算出部は、前記投光側光ファイバの光出射端部からの距離が異なるいずれの受光側光ファイバまで前記反射光が受光されているかに基づいて、前記圧力値を算出する請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記受光側光ファイバは、前記領域内において前記投光側光ファイバの光出射端部を中心として予め定められた複数の方向に各光入射端部が並べられて複数設けられ、
前記圧力算出部は、前記投光側光ファイバの光出射端部からの距離が異なるいずれの受光側光ファイバまで前記反射光が受光されているかに基づいて、前記圧力値を算出する請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記投光側光ファイバの光出射端部は、その径中心部が遮光されて、当該中心部よりも外側の外縁部から光が出射され、
前記圧力算出部は、前記複数の受光側光ファイバのいずれの受光量が、予め定められた閾値に達しているかに基づいて、前記圧力値を算出する請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記圧力算出部は、前記投光側光ファイバの光出射端部からの距離が等しい複数の受光側光ファイバの受光量の平均値を用いて、前記圧力値を算出する請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記圧力算出部は、前記受光側光ファイバの受光量を検出する電荷結合素子を有し、
前記電荷結合素子の受光素子は、前記受光側光ファイバの前記他端部の径以上の大きさとされて、前記各受光側光ファイバ毎に設けられている請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記圧力算出部は、前記受光側光ファイバの受光量を検出する電荷結合素子を有し、
前記電荷結合素子の受光素子は、前記受光側光ファイバの前記他端部の予め定められた複数個分でなる径以上の大きさとされ、当該受光素子は、当該予め定められた複数個の受光側光ファイバ毎に設けられている請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記圧力算出部は、前記受光側光ファイバの受光量を検出する電荷結合素子を有し、
前記電荷結合素子の受光素子は、前記受光側光ファイバの前記他端部の径未満の大きさとされ、１つの前記受光側光ファイバに対して複数の受光素子が設けられており、当該受光側光ファイバに対して設けられた受光素子の間に、いずれの前記受光側光ファイバからの光も受光しない受光素子が配設されている請求項３乃至請求項７のいずれか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、圧力センサ、及び空気調和機用圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象の圧力変化を検知する圧力検知機構としては、例えば、下記特許文献１に示される圧力スイッチが提案されている。この圧力スイッチは、作動流体の圧力が所定値以上になると第１のディスク位置から第２のディスク位置へ変位するスナップアクションディスク５０と、このスナップアクションディスク５０の変位に伴って上下動する可動接点操作ロッド２２’と、可動接点操作ロッド２２’の下端２２ｂ’に当接された可動接点アーム２４とを有し、作動流体の圧力変動に伴ってスナップアクションディスク５０が変位して下方に移動すると、可動接点操作ロッド２２’が可動接点アーム２４を押し下げ、可動接点アーム２４の先端に設けられた可動接点２８と固定接点３２ａとが接触することでスイッチがオンとなる。
【特許文献１】特開平７−１３０２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の圧力検知機構としての圧力スイッチによって、例えば、空気調和機の冷媒圧力が正常であるか否かを検知する場合、当該圧力スイッチは冷媒配管の近傍に設置され、当該冷媒配管内の圧力が検知対象となる。すなわち、上記可動接点２８及び固定接点３２ａやこれら接点の動作に基づくスイッチ検出回路等が冷媒配管の近傍に配置されることになる。この冷媒配管はアースされており、当該圧力スイッチの検出回路等は冷媒配管に対して絶縁されているが、条件によっては、圧力スイッチの検出回路と冷媒配管（アース）との電位差は200V以上になることがある。そのため、例えば地落等により冷媒配管に大電流が流れて誘導ノイズが発生したり、サージノイズが生じたりすると、上記圧力スイッチの接点や検出回路等が誤動作する虞がある。また、このような電気的機構は、静電気に対しても脆弱性を有していた。
【０００４】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、圧力センサについて誘導ノイズ又はサージノイズ等の発生時における誤動作や、静電気発生時の弊害を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に記載の発明は、光を出射する光源と、
前記光源から入射された光を伝搬する投光側光ファイバと、
前記投光側光ファイバの光出射端部からの出射光を当該光出射端部方向に反射させる反射面を当該光出射端部に対向する位置に有し、測定対象の圧力に応じた量の伸縮動作によって前記光出射端部及び当該反射面間の距離を異ならせる伸縮機構と、
前記光出射端部からの出射光が前記反射面で反射された反射光を受ける領域内に、当該反射光が入射される光入射端部が設けられた受光側光ファイバと、
前記受光側光ファイバの他端部に接続され、当該受光側光ファイバによる前記反射光の受光量に応じた圧力値を算出する圧力算出部と
を備えた圧力センサである。
【０００６】
この発明では、測定対象の圧力が変化すると、当該圧力変化に応じた伸縮機構の伸縮動作により、伸縮機構が、光源からの光を出射する投光側光ファイバの光出射端部と反射面との間の距離を異ならせ、受光側光ファイバの光入射端部に入射する当該反射面での反射光の光量を、測定対象の圧力変化に応じて変化させる。すなわち、受光側光ファイバの光入射端部に入射する当該光量は、投光側光ファイバの光出射端部と反射面との間の距離が離れると小さくなり、投光側光ファイバの光出射端部と反射面との間の距離が近いと大きくなる。そして、圧力算出部が、当該測定対象の圧力変化に応じて変化する受光側光ファイバの受光量に応じた圧力値を算出する。
【０００７】
このため、本発明は、測定対象の圧力変化に応じて可動する可動機構部分が電気的機能を有していないので、当該可動機構部分を、誘導ノイズやサージノイズが発生しやすい領域に配置可能である。また、当該可動機構部分と上記圧力算出部とを、電気的機能を有しない受光側光ファイバで接続することにより、当該圧力算出部を、誘導ノイズやサージノイズが発生しやすい領域から離れた位置に配置することが可能である。これにより、本発明では、誘導ノイズやサージノイズの発生時における誤動作を生じることなく、測定対象の圧力を検出することができる。また、可動機構部分は、電気的機能を有していないので、静電気にも強い機構となる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、光を出射する光源と、
前記光源から入射された光を伝搬する投光側光ファイバと、
前記投光側光ファイバの光出射端部からの出射光を当該光出射端部方向に反射させる反射面を当該光出射端部に対向する位置に有し、熱交換器で用いられる冷媒の圧力に応じた量の伸縮動作によって前記光出射端部及び当該反射面間の距離を異ならせる伸縮機構と、
前記光出射端部からの出射光が前記反射面で反射された反射光を受ける領域内に、当該反射光が入射される光入射端部が設けられた受光側光ファイバと、
前記受光側光ファイバの他端部に接続され、当該受光側光ファイバによる前記反射光の受光量に応じて算出した圧力値を、圧縮機の動作制御用信号として出力する圧力算出部と
を備えた空気調和機用圧力センサである。
【０００９】
この発明による作用は、請求項１に記載の発明によって得られる作用と同様であるが、特に、上記圧力センサを、例えば空気調和機における上記冷媒の配管の近傍に設置して、当該冷媒の圧力を検知する場合に、当該冷媒の配管がアースされ、当該圧力センサ等は冷媒配管に対して絶縁されており、圧力センサと冷媒配管（アース）との電位差が大きいような条件下でも、当該圧力センサは、誘導ノイズやサージノイズの発生による上記圧力センサ誤動作を生じることなく、冷媒の圧力変化に基づいて、圧力算出部が正確に冷媒圧力を算出することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサであって、前記受光側光ファイバは、前記領域内において前記投光側光ファイバの光出射端部を中心として予め定められた方向に各光入射端部が並べられて複数設けられ、
前記伸縮機構は、前記各光入射端部が配置されてなる面に対して、前記反射面が平行となる状態を保って前記伸縮動作を行い、
前記圧力算出部は、前記複数の受光側光ファイバの各他端部に接続され、当該複数の受光側光ファイバのいずれに前記反射光が受光されているかに基づいて、前記圧力値を算出するものである。
【００１１】
投光側光ファイバの光出射端部からの出射光は、光の性質により拡散して反射面に向かうが、当該出射光は光出射端部からの距離が遠いほど拡散する。そのため、この拡散された出射光の反射面での反射光は、投光側光ファイバの光出射端部と反射面との間の距離が長いほど、当該反射光を受ける上記領域が拡がり、投光側光ファイバの光出射端部と反射面との間の距離が短いほど、当該反射光を受ける上記領域が狭くなる。これに基づいて、本発明では、測定対象の圧力変化に応じて、投光側光ファイバの光出射端部と反射面との間の距離が変化する構成とし、圧力算出部が、上記反射光を受ける領域内に投光側光ファイバの光出射端部を中心として一定方向に並べられた複数の受光側光ファイバのいずれに上記反射光が受光されているかに基づいて、圧力値を算出する。これによれば、圧力算出部は、測定対象の圧力の算出において、各受光側光ファイバが上記反射光を受光しているか否かの判断をすれば足りるので、受光側光ファイバでの受光量の値から直接に測定対象の圧力を算出する場合よりも、周囲温度や振動等の外乱に強く、高い精度での圧力検出が可能になる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の圧力センサであって、前記圧力算出部は、前記投光側光ファイバの光出射端部からの距離が異なるいずれの受光側光ファイバまで前記反射光が受光されているかに基づいて、前記圧力値を算出するものである。
【００１３】
この発明では、測定対象の圧力変化に応じて、投光側光ファイバの光出射端部と反射面との間の距離が変化する構成とし、圧力算出部が、上記反射光を受ける領域内に投光側光ファイバの光出射端部からの距離が異なるいずれの受光側光ファイバまで上記反射光が受光されているかに基づいて、圧力値を算出する。これによれば、圧力算出部は、測定対象の圧力の算出において、どの位置にある受光側光ファイバが上記反射光を受光しているか否かの判断をし、当該受光側光ファイバの位置情報に対応する圧力を算出することで、周囲温度や振動等の外乱の悪影響を受けずに、高い精度での圧力検出が可能である。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の圧力センサであって、前記受光側光ファイバは、前記領域内において前記投光側光ファイバの光出射端部を中心として予め定められた複数の方向に各光入射端部が並べられて複数設けられ、
前記圧力算出部は、前記投光側光ファイバの光出射端部からの距離が異なるいずれの受光側光ファイバまで前記反射光が受光されているかに基づいて、前記圧力値を算出するものである。
【００１５】
この発明によれば、受光側光ファイバは、前記反射光を受ける領域内において投光側光ファイバの光出射端部を中心として予め定められた複数の方向に各光入射端部が並べられて複数設けられているので、圧力算出部は、測定対象の圧力の算出において、投光側光ファイバの光出射端部からの距離が同一となる複数の受光側光ファイバ群が上記反射光を受光しているか否かに基づいて、当該受光側光ファイバの位置情報に対応する圧力を算出することが可能になる。これにより、測定対象の圧力検出に必要な位置情報を有する受光側光ファイバが複数になるので、本発明は、更に高い精度での圧力検出が可能となる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の圧力センサであって、前記投光側光ファイバの光出射端部は、その径中心部が遮光されて、当該中心部よりも外側の外縁部から光が出射され、
前記圧力算出部は、前記複数の受光側光ファイバのいずれの受光量が、予め定められた閾値に達しているかに基づいて、前記圧力値を算出するものである。
【００１７】
この発明によれば、投光側光ファイバの光出射端部は、その径中心部が遮光されて、当該中心部よりも外側の外縁部から光が出射されているので、上記反射光を受ける領域における当該反射光の光強度分布は、上記外縁部からの出射光の反射光に対応する部分が強調されて高くなる。すなわち、当該反射光が届く領域のうち、反射光が届く限界部分近傍に対応する反射光の光強度分布を高くすることができる。このため、圧力算出部は、上記複数の受光側光ファイバのいずれの受光量が最高値となっているかを判断することで、測定対象の圧力を検出可能となる。これにより、本発明は、投光側光ファイバの光出射端部からの出射光の強度ムラによる悪影響を低減して、更に高い精度での圧力検出が可能となる。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の圧力センサであって、前記圧力算出部は、前記投光側光ファイバの光出射端部からの距離が等しい複数の受光側光ファイバの受光量の平均値を用いて、前記圧力値を算出するものである。
【００１９】
この発明によれば、圧力算出部は、投光側光ファイバの光出射端部からの距離が等しい複数の受光側光ファイバの受光量の平均値を用いて圧力値を算出するので、反射光を受ける領域内における反射光の光強度ムラによる悪影響を低減して、更に高い精度での圧力検出が可能となる。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の圧力センサであって、前記圧力算出部は、前記受光側光ファイバの受光量を検出する電荷結合素子を有し、
前記電荷結合素子の受光素子は、前記受光側光ファイバの前記他端部の径以上の大きさとされて、前記各受光側光ファイバ毎に設けられているものである。
【００２１】
この発明によれば、電荷結合素子の受光素子により、受光側光ファイバの受光量を電気信号に変換し、圧力算出部における圧力算出に用いることができる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の圧力センサであって、前記圧力算出部は、前記受光側光ファイバの受光量を検出する電荷結合素子を有し、
前記電荷結合素子の受光素子は、前記受光側光ファイバの前記他端部の予め定められた複数個分でなる径以上の大きさとされ、当該受光素子は、当該予め定められた複数個の受光側光ファイバ毎に設けられているものである。
【００２３】
この発明によれば、複数の受光側光ファイバの上記他端部からの光を、電荷結合素子の１つの受光素子で電気信号に変換するので、電荷結合素子の構成を簡単にすることができる。
【００２４】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の圧力センサであって、前記圧力算出部は、前記受光側光ファイバの受光量を検出する電荷結合素子を有し、
前記電荷結合素子の受光素子は、前記受光側光ファイバの前記他端部の径未満の大きさとされ、１つの前記受光側光ファイバに対して複数の受光素子が設けられており、当該受光側光ファイバに対して設けられた受光素子の間に、いずれの前記受光側光ファイバからの光も受光しない受光素子が配設されている。
【００２５】
この発明によれば、１つの受光側光ファイバの上記他端部からの光を、複数の電荷結合素子の受光素子で電気信号に変換するので、受光側光ファイバの受光量を更に正確に電気信号に変換できる。また、当該受光側光ファイバに対して設けられた受光素子の間に、いずれの前記受光側光ファイバからの光も受光しない受光素子が配設されているので、隣接する受光側光ファイバからの光の干渉が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る圧力センサ、及び空気調和機用圧力センサについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。図２は、光ファイバの光出射端部及び光入射端部を示す側断面図である。図３は、台座における光ファイバの光出射端部及び光入射端部の取付部分を示す側断面図である。
【００２７】
本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１は、光源１１と、光ファイバ１２と、ダイアフラム１３と、圧力算出部１６と、ケーシング２０とを有している。
【００２８】
光源１１は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等からなり、光を出射する。光ファイバ１２は、図２に示すように、投光側光ファイバ１２１及び受光側光ファイバ１２２を備えている。光ファイバ１２は、光源１１からの光を投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからダイアフラム１３に向けて出射し、当該出射光がダイアフラム１３で反射された反射光を受光側光ファイバ１２２の光入射端部１２２ａから受け入れる。受光側光ファイバ１２２に入射された上記反射光は、光入射端部１２２ａとは反対側の受光側光ファイバ１２２の端部から圧力算出部１６に送られ、圧力算出部１６が当該反射光の光量の変化から変位を算出する。光ファイバ１２及び圧力算出部１６はファイバ変位計を構成している。
【００２９】
ケーシング２０は、合成樹脂等からなり、内部に凹部２０１が形成されている。ケーシング２０は、凹部２０１の開口部を台座１８に向けた姿勢で、金属等からなる台座１８上に取り付けられている。
【００３０】
光ファイバ１２は、台座１８に面しているケーシング２０の側面２０ａとは反対方向側となる側面２０ｂから凹部２０１に引き込まれている。当該側面２０ｂから光源１１に繋がる光ファイバ１２部分（ケーシング２０よりも外側の光ファイバ１２部分）は、保護チューブ１２３で覆われて保護されている。また、光ファイバ１２の光出射端部１２１ａ及び光入射端部１２２ａは、台座１８を貫通して、台座１８内に形成されている凹部１８１に達する状態で台座１８に取り付けられている。光出射端部１２１ａ及び光入射端部１２２ａは、それぞれのダイアフラム１３の上面部１３１との距離が等しくなるようにして、台座１８に設けられている。
【００３１】
このように台座１８に設けられた光出射端部１２１ａ及び光入射端部１２２ａに対向する位置（図１では下方となる位置）位置には、ダイアフラム１３が設けられている。ダイアフラム１３は、台座１８の凹部１８１内で変形可能となるように、台座１８の下端部１８２に取り付けられている。
【００３２】
ダイアフラム（伸縮機構）１３は、その内部が、例えばフレア及びフレアナット３５を用いて測定対象物（例えば、空気調和機の冷媒配管内（の冷媒））に連結されており、当該ダイアフラム１３の内部に測定対象物の流体が引き込まれている。ダイアフラム１３は、台座１８の下端部１８２に取り付けられているため、測定対象物の圧力変化に応じて、光ファイバ１２の光出射端部１２１ａ及び光入射端部１２２ａに向けての膨らみ量を異ならせた変形（伸縮動作）が可能である。ダイアフラム１３の当該変形の方向は、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａから出射される光の方向と同方向とされている。
【００３３】
ダイアフラム１３の上面部１３１は、光ファイバ１２の光出射端部１２１ａ及び光入射端部１２２ａに対向している。すなわち、ダイアフラム１３の上面部１３１は、測定対象物の圧力変化に応じた上記変形により、光ファイバ１２の光出射端部１２１ａ及び光入射端部１２２ａとの距離を異ならせる。ダイアフラム１３の上面部１３１には、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａから出射される光が照射される。当該上面部１３１は、例えば鏡面とされ、光ファイバ１２の光出射端部１２１ａから出射される出射光を反射させる反射面として機能し、上面部１３１は、光出射端部１２１ａからの出射光を、光ファイバ１２の光入射端部１２２ａに向けて反射させる。
【００３４】
光入射端部１２２ａに通じる受光側光ファイバ１２２は、他端部（光入射端部１２２ａとは異なる方の端部）が圧力算出部１６に接続されている。すなわち、各受光側光ファイバ１２２は、光入射端部１２２ａから入射した入射光を圧力算出部１６まで導く。
【００３５】
なお、上記のように測定対象物の圧力変化に応じた動作を行うダイアフラム１３及びその上面部１３１と、光ファイバ１２の光出射端部１２１ａ及び光入射端部１２２ａとは、ケーシング２０及び台座１８で覆われて凹部２０１及び凹部１８１内に設けられているため、水分や埃から保護されている。また、光ファイバ１２は、耐熱性の高いガラスファイバであることが好ましい。
【００３６】
圧力算出部１６は、上記受光側光ファイバ１２２によって伝搬されてくる光の受光量を検出し、当該受光量に基づいて測定対象物の圧力を算出する。すなわち、測定対象物の圧力に応じた量でダイアフラム１３がその上面部１３１を変位させると、上面部１３１と光入射端部１２２ａとの距離の変動に応じて、投光側光ファイバ１２１から出射された光の上面部１３１での反射光が受光側光ファイバ１２２に入射する量が変動するため、当該受光側光ファイバ１２２への入射光量の変動に基づいて、圧力算出部１６が測定対象物の圧力を算出する。圧力算出部１６に備えられる上記受光量の検出機構として、リニア（１次元）CCDを使用するのが好適である。
【００３７】
また、図３に示すように、台座１８には、光ファイバ１２の光出射端部１２１ａ及び光入射端部１２２ａを、固定ホルダ２５を介して固定することが好ましい。当該固定ホルダ２５の材質は、台座１８の材質（例えば金属）より大きな線膨張係数を有するものとすれば、台座１８と固定ホルダ２５の膨張を相殺できる。これにより、温度変動の影響を避けて、圧力算出部１６による安定した圧力測定が可能となる。
【００３８】
また、光ファイバ１２の投光側光ファイバ１２１及び受光側光ファイバ１２２を、１本のファイバで構成してもよい。但し、この場合は、変位計としての分解能が低くなるので、ダイアフラム１３の圧力による変位を大きくすると好適である。
【００３９】
また、上記実施形態では、伸縮機構の例として、ダイアフラム１３を用いた例を示したが、ダイアフラム１３に代えて、ベローズ等を用いてもよい。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態に係る圧力センサについて説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。図５（ａ）は、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからの出射光を示す図、（ｂ）は、ベローズ反射面での反射光が受光側光ファイバ１２２に入射する様子を示す図である。なお、第１実施形態に係る圧力センサ１と同様の構成については説明を省略し、主に異なる点を説明する。
【００４１】
本発明の第２実施形態に係る圧力センサ１０は、光源１１と、光ファイバ１２と、ベローズ１４と、圧力算出部１６と、ケーシング２０とを有している。なお、上述した第１実施形態に係る圧力センサ１の場合、伸縮機構として、ダイアフラム及びベローズのいずれも適用可能であるが、圧力センサ１０においては、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからの出射光を反射する面が平面であることが好ましいため、伸縮機構としてはベローズが好適である。
【００４２】
圧力センサ１０における光ファイバ１２は、１つの投光側光ファイバ１２１と、複数の受光側光ファイバ１２２とを備えている。圧力センサ１０では、受光側光ファイバ１２２は、台座１８の凹部１８１の内壁における上記反射光を受ける領域内に、図５（ｂ）に示すように、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａを中心として予め定められた方向に複数の受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…の各光入射端部１２２ａが並べられて設けられている。受光側光ファイバ１２２は、投光側光ファイバ１２１を中心としてその両側に、対称をなして同数ずつ一定方向に直線状に並べて配置されている。
【００４３】
ベローズ１４は、光出射端部１２１ａからの出射光を反射する反射面１４１を有し、当該反射面１４１が、上記複数の受光側光ファイバ１２２の各光入射端部１２２ａが配置されてなる面（本実施形態では、各光入射端部１２２ａが配置されている台座１８の内壁面１８ａと同一面）に対して平行となる状態を保って、測定対象の圧力変化に応じた前記伸縮動作を行う。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからは出射光が拡散して出射される。このため、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからの出射光がベローズ１４の反射面１４１によって反射される領域は、光出射端部１２１ａ及び反射面１４１間の距離の変動に応じて異なる。例えば、図５（ｂ）に示すように、反射面１４１が光出射端部１２１ａからの距離が比較的近い位置Ａにあるときは、反射面１４１での反射光は、照射領域が狭くなるため、受光側光ファイバ１２２１及び１２２１’までしか照射されない。一方、反射面１４１が光出射端部１２１ａからの距離が比較的遠い位置Ｂにあるときは、反射面１４１での反射光は、照射領域が広くなるため、受光側光ファイバ１２２３及び１２２３’まで照射される。
【００４５】
これに基づき、圧力算出部１６は、上記複数の受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…のいずれに上記反射光が受光されているかに基づいて、測定対象の圧力値を算出する。換言すると、圧力算出部１６は、複数の受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…のそれぞれの配設位置情報を有しており、上記反射光が受光されている受光側光ファイバ１２２の配設位置に基づいて、測定対象の圧力値を算出する。圧力センサ１０は、上記のように反射面１４１及び光出射端部１２１ａ間の距離変動に伴って反射光照射領域が変動することに基づいて、圧力算出部１６が、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからの距離が異なるいずれの受光側光ファイバ１２２まで上記反射光が受光されているかに基づいて測定対象の圧力を算出する。
【００４６】
圧力センサ１０における上記反射光の光量分布について説明する。図６（ａ）は各受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…と光強度との関係を示す図、（ｂ）は受光側光ファイバ１２２の光入射端部１２２ａ及び反射面１４１間の距離と、反射面１４１での反射光が及ぶ領域との関係を示す図である。
【００４７】
例えば、反射面１４１が上記図５（ｂ）で示した位置Ａにあるときと位置Ｂにあるときにおける受光側光ファイバ１２２での光強度分布は図６（ａ）のようになる。すなわち、投光側光ファイバ１２１に最も近い位置に配設されている受光側光ファイバ１２２（図６（ａ）では受光側光ファイバ１２２１及び１２２１’）が受光する光強度が最も大きく、配設位置が離れるほど光強度が低下する。そして、光強度の最大値と低下の程度は、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａから反射面１４１までの距離dに依存する。
【００４８】
例えば、反射面１４１が位置Ａにある場合のように、上記距離dが短い（光出射端部１２１ａが反射面１４１に比較的近い）と光強度最大値は大きく、受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…でのそれぞれの受光量は、投光側光ファイバ１２１からの配設位置が遠くなると速やかに光強度が低下する。
【００４９】
一方、反射面１４１が位置Ｂにある場合のように、上記距離dが長い（光出射端部１２１ａが反射面１４１に比較的遠い）と光強度最大値は小さいが、受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…でのそれぞれの受光量は、投光側光ファイバ１２１からの配設位置が遠くなっても、光強度は緩やかにしか低下しない。このため、例えば、光強度の低下の程度を定量化するために、予め定められた閾値（例えば光強度最大値の63%等）を設定し、その閾値に達する受光光量を有する受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…の配設位置から投光側光ファイバ１２１までの距離をXとすると、上記距離dとの関係は図６（ｂ）のようになる。距離dは、ベローズ１４が測定対象から受ける圧力pに依存するため、圧力算出部１６は、距離X（すなわち、上記閾値に達する受光量を有する受光側光ファイバの配設位置情報）を検出することで測定対象の圧力pが算出可能となる。
【００５０】
また、当該圧力検出に際しては、圧力算出部１６は、距離Xとして、例えば図６（ｂ）に示す投光側光ファイバ１２１の右側に並設された受光側光ファイバ１２２１、１２２２…のうち、受光量が上記閾値に達する受光側光ファイバまでの距離xと、投光側光ファイバ１２１の左側に並設された受光側光ファイバ１２２１’、１２２２’…のうち、受光量が上記閾値に達する受光側光ファイバまでの距離x‘との平均値を用いてもよい。このようにすれば、圧力センサ１０の熱変形や振動などの機械的影響を緩和して、正確な圧力検出を行うことができる。
【００５１】
圧力センサ１０の圧力算出部１６に備えられる受光量検出部１６１（図１２で後述）としては、リニア（１次元）CCD（Charge Coupled Device）を使用するのが好適である。なお、受光側光ファイバ１２２の光出射端部から当該リニアＣＣＤの検出面までの距離は、受光側光ファイバ１２２のサイズと、リニアＣＣＤの画素サイズによって最適値が決まるため、信号S/N比を基に適宜調整すれば良い。
【００５２】
図７（ａ）は投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａの下面と、光出射状態を示す図、（ｂ）は当該S/N比を改善した投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａの下面と、光出射状態を示す図、（ｃ）はS/N比を改善した場合の各受光側光ファイバ１２２と光強度との関係を示す図である。
【００５３】
投光側光ファイバ１２１は、図７（ａ）に示すように、ベローズ１４の反射面１４１に向けて、径の中心部から光を拡散させて出射する。投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａの出射端面に傷、汚れ、凹凸等があると、受光側光ファイバ１２２における受光光量の光強度分布にムラ（バラツキ）が発生し、上述の閾値設定のロジックでは検出精度が悪くなる虞がある。
【００５４】
そこで、図７（ｂ）に示すように、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａの出射端面の径中央部に遮光部１２１ｂを設け、径方向において光出射端部１２１ａの外縁部１２１ｃからのみ光を出射させる。このような投光側光ファイバ１２１を用いれば、受光側光ファイバ１２２における受光光量の光強度分布を図７（ｃ）に示すものとできる。すなわち、当該反射光が届く領域のうち、反射光が届く限界部分近傍に対応する反射光の光強度分布を高くすることができる。このため、圧力算出部１６は、受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…のうち、受光量（の光強度）が最大となる受光側光ファイバの配設位置情報を求めることで、受光量の光強度分布に生じるムラの影響を受けにくくして、当該受光量に基づく正確な圧力検出を行うことができる。
【００５５】
また、この場合、受光量検出部１６１として、ＰＳＤ（Position Sensitive Device）が使用可能となるので、距離X（どの位置に配設されている受光側光ファイバ１２２まで上記反射光を受光しているかを示す受光側光ファイバ１２２の配設位置情報）を直接電気信号として得られるので、閾値算出の演算処理を不要とでき、検出系をシンプルかつ高速に構成可能である。
【００５６】
なお、当該圧力センサ１０の場合、投光側光ファイバ１２１からの距離が同一となる位置に光入射端部１２２ａを有する各受光側光ファイバ（例えば、受光側光ファイバ１２２１と１２２１’、受光側光ファイバ１２２２と１２２２’…）について、当該各受光側光ファイバの圧力算出部１６側の端部同士を、図８に示すように、重ねて配置することで、同一圧力値を検出するために用いる受光量検出部１６１が１つで足りるように構成できる。
【００５７】
次に、第３実施形態に係る上記圧力センサ５０を説明する。図９は、第３実施形態に係る圧力センサ５０における投光側光ファイバ１２１及び受光側光ファイバ１２２のレイアウトを示す図であり、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａ及び受光側光ファイバ１２２の光入射端部１２２ａの配設面をベローズ１４側から見た図である。
【００５８】
第３実施形態に係る上記圧力センサ５０は、図９に示すように、受光側光ファイバ１２２は、反射面１４１からの反射光を受ける領域内において、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａを中心として予め定められた複数の方向に各光入射端部が並べられて複数設けられている。なお、図９では、簡略化のため、投光側光ファイバ１２１を「投」、受光側光ファイバ１２２１、１２２２、１２２３…を「１」，「２」，「３」…として表記する。
【００５９】
すなわち、第３実施形態に係る圧力センサ５０では、図９に示すように、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａを中心として放射線状に延びる複数の各直線上に、投光側光ファイバ１２１を中心としてその両側に、受光側光ファイバ１２２が対称をなすように同数ずつ並べて配置されている。すなわち、投光側光ファイバ１２１を囲んで一定距離が離れる毎に受光側光ファイバ１２２が配置される。図９では、同一符号を付した受光側光ファイバは、投光側光ファイバ１２１からの距離が同一であることを示している。なお、複数の受光側光ファイバ１２２の配置は、図９に示すものの他、受光側光ファイバ１２２の周囲に同心円状に配列させてもよい。
【００６０】
圧力算出部１６においては、光入射端部１２２ａが投光側光ファイバ１２１からの距離が同一となる位置に配置された光入射端部１２２ａを有する各受光側光ファイバ群（例えば、図９に示す受光側光ファイバ１の群、受光側光ファイバ２の群、受光側光ファイバ３の群…）の各群について、当該各群に属する受光側光ファイバの圧力算出部１６側の端部同士を図１０に示すように一列に並べ、各列を積層させて配列する。受光量検出部１６１としては２次元（エリア）CCDを用い、このように配列された各受光側光ファイバの光出射端部に当該２次元CCDを密接させる。その際、図１１（ａ）に示すように、２次元CCDの画素配列の軸（縦又は横）と、上記同一群に属する受光側光ファイバの列がなす軸とを合致させて配置する。
【００６１】
なお、この場合、各受光側光ファイバ径と２次元CCDの画素のサイズによって積層間隔を調整する必要がある。すなわち、当該画素サイズが、受光側光ファイバ径以上の大きさであれば、図１１（ａ）に示す通り、２次元CCDの各画素は、１つの受光側光ファイバ毎に設けられる。上記同一群に属する受光側光ファイバの各列は、２次元CCDの画素ピッチと同間隔で積層される。
【００６２】
また、受光側光ファイバ径が２次元CCDの画素サイズより大きい場合は、図１１（ｂ）に示すように、１つの受光側光ファイバからの光を受光する画素として、複数の画素が配設される。当該各受光側光ファイバに対して配設されている画素の間には、いずれの受光側光ファイバからの光も受光しない画素が少なくとも１つ配設される。これにより、隣接する受光側光ファイバからの光の干渉を防ぐことができる。
【００６３】
圧力算出部１６は、受光量検出部１６１としての２次元CCDで検出される上記１つの列を構成する同一群の受光側光ファイバの受光量の総和を、投光側光ファイバ１２１からの距離が同一となる位置に配置されている受光側光ファイバの受光量として用いることによって、第２実施形態に係る圧力センサ１０と同様にして、測定対象の圧力を検出することが可能である。これにより、第３実施形態に係る圧力センサ５０では、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからの光出射方向と、ベローズ１４の反射面１４１の移動軸（ベローズ１４の伸縮方向）とが一致せずに傾きが生じているような場合や、その他、例えば、圧力センサ５０の経時変化や熱変形，機械振動による悪影響が生じている場合等であっても、これらによって生じる誤差を軽減して正確に測定対象物の圧力を検出することが可能である。
【００６４】
次に、上記第１実施形態に係る圧力センサ１の構成を説明する。図１２は圧力センサ１，１０，５０の構成を示すブロック図、図１３は圧力センサ１，１０，５０を適用した空気調和機用室外機の概略構成を示す図である。
【００６５】
測定部１９は、ダイアフラム１３と、ケーシング２０と、台座１８とを有してなる。圧力センサ１（又は１０，５０）は、光源１１と、光ファイバ１２と、測定部１９と、圧力算出部１６とを備えてなる。また、空気調和機用制御装置１００は、圧力センサ１（又は１０，５０）と、制御部２５とを備えてなる。空気調和機用室外機１０１は、圧力センサ（又は１０，５０）１と、制御部２５とに加えて、圧縮機３０、熱交換器等の一般的な空調動作に必須の機構を有してなる。
【００６６】
上述したように、光源１１と測定部１９とは、投光側光ファイバ１２１によって光伝搬可能に連結されている。測定部１９と圧力算出部１６とは、受光側光ファイバ１２２によって光伝搬可能に連結されている。このため、光源１１及び圧力算出部１６は、測定部１９と電気的な接続を行うことなく、測定部１９から距離が離れた位置に配置することが可能である。
【００６７】
圧力算出部１６は、受光量検出部１６１、増幅器１６２、Ａ／Ｄ変換器１６３、及び演算部１６４を備えている。
【００６８】
受光量検出部１６１は、圧力センサ１では、例えばフォトダイオード等からなり、受光側光ファイバ１２２から受光した光を、その光強度に対応した電流値に変換する。なお、上述したように、圧力センサ１０では、受光量検出部１６１として、リニア（１次元）CCDが用いられ、圧力センサ５０では、受光量検出部１６１として、エリア（２次元）CCDが用いられる。
【００６９】
増幅器１６２は、受光量検出部１６１によって検出された光強度の電流値を増幅する。Ａ／Ｄ変換器１６３は、増幅器１６２によって増幅された光強度の電流値をデジタル値に変換し、演算部１６４に出力する。
【００７０】
演算部１６４は、例えば、圧力センサ１では、受光側光ファイバ１２２の受光量（Ａ／Ｄ変換器１６３からの出力値）と、当該受光量の各値に対応する圧力値との関係を記憶したテーブルを有しており、Ａ／Ｄ変換器１６３からの出力値に対応する圧力値を上記記憶テーブルから読み出して、当該読み出した圧力値を測定対象物の圧力値として算出する。或いは、演算部１６４は、受光側光ファイバ１２２からの受光光量（Ａ／Ｄ変換器１６３からの出力値）から、測定対象物の圧力を算出するための計算式を有しており、当該計算式を用いて、Ａ／Ｄ変換器１６３からの出力値に対応する圧力値に基づいて、測定対象物の圧力値を算出するようにしてもよい。
【００７１】
また、演算部１６４は、圧力センサ１０の場合、複数の受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…のそれぞれの配設位置情報を保有している。また。演算部１６４は、複数の受光側光ファイバ１２２１、１２２１’、１２２２、１２２２’…のそれぞれの配設位置情報と、各配設位置情報に対応する圧力値との関係を記憶したテーブルを有している。演算部１６４は、Ａ／Ｄ変換器１６３からの出力値に基づいて、図５乃至図７を用いた上記説明で示した通りに、投光側光ファイバ１２１の光出射端部１２１ａからの距離が異なるいずれの受光側光ファイバ１２２まで上記反射光が受光されているかを判断し、当該受光側光ファイバ１２２の配設位置情報に対応する圧力値を、上記記憶テーブルから読み出して、当該読み出した圧力値を測定対象物の圧力値として算出する。
【００７２】
なお、圧力センサ５０の場合は、上述したように、演算部１６４は、Ａ／Ｄ変換器１６３からの出力値に基づいて、上記１つの列を構成する同一群の受光側光ファイバの受光量の総和を、投光側光ファイバ１２１からの距離が同一となる位置に配置されている受光側光ファイバの受光量として用いて、第２実施形態に係る圧力センサ１０と同様にして、測定対象の圧力を算出する。
【００７３】
制御部２５は、圧縮機３０を含む空気調和機用室外機の全体的な動作制御を司る。制御部２５は、圧縮機３０の動作制御時に、上記演算部１６４から圧縮機３０の動作制御用信号として出力されてくる圧力値を示す信号に基づいて、圧縮機３０の動作を制御する。例えば、制御部２５は、測定対象物である冷媒配管（圧縮機３０の吐出管）内の冷媒が予め定められた高圧となったことを動作制御用信号が示すに到った場合、圧縮機３０に圧縮動作を停止させる又は圧縮能力を低下させ、一方、上記冷媒配管内の冷媒が予め定められた低圧となったことを動作制御用信号が示すに到った場合、圧縮機３０に圧縮動作を開始させる又は圧縮能力を高めさせる、等の制御を行う。
【００７４】
なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、圧力センサ１，１０，５０が空気調和機用室外機に用いられる例を示したが、圧力センサ１，１０，５０は空気調和機用室外機の機器にも広く適用が可能である。
【００７５】
また、上記図１乃至図１３に示した構成等はあくまでも本発明の一実施形態に過ぎず、本発明を上記実施形態に限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】光ファイバの光出射端部及び光入射端部を示す側断面図である。
【図３】台座における光ファイバの光出射端部及び光入射端部の取付部分を示す側断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、投光側光ファイバの光出射端部からの出射光を示す図、（ｂ）は、ベローズ反射面での反射光が受光側光ファイバに入射する様子を示す図である。
【図６】（ａ）は各受光側光ファイバと光強度との関係を示す図、（ｂ）は受光側光ファイバの光入射端部及び反射面間の距離と、反射面での反射光が及ぶ領域との関係を示す図である。
【図７】（ａ）は投光側光ファイバの光出射端部の下面と、光出射状態を示す図、（ｂ）は当該S/N比を改善した投光側光ファイバの光出射端部の下面と、光出射状態を示す図、（ｃ）はS/N比を改善した場合の各受光側光ファイバと光強度との関係を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る圧力センサにおける各受光側光ファイバの圧力算出部側の端部の配置を示す図である。
【図９】第３実施形態に係る圧力センサにおける投光側光ファイバ及び受光側光ファイバのレイアウトを示す図である。
【図１０】第３実施形態に係る圧力センサにおける各受光側光ファイバの圧力算出部側の端部の配置を示す図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）受光側光ファイバに対する２次元CCDの画素の配設例を示す図である。
【図１２】圧力センサの構成を示すブロック図である。
【図１３】圧力センサを適用した空気調和機用室外機の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１，１０，５０        圧力センサ
１２                  光ファイバ
１２１                投光側光ファイバ
１２１ａ              光出射端部
１２１ｂ              遮光部
１２２                受光側光ファイバ
１２２１乃至１２２５  各受光側光ファイバ
１２２ａ              光入射端部
１３                  ダイアフラム
１４                  ベローズ
１４１                反射面
１６                  圧力算出部
１６１                受光量検出部
１６２                増幅器
１６３                変換器
１６４                演算部
１８                  台座
２５                  制御部
３０                  圧縮機
【図１】
2009204335.tif 000003
【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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