JP2005037314A - Optical interference pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る光干渉型圧力センサは、流体の正圧または負圧を光干渉光として検出する圧力センサに関する。 The optical interference pressure sensor according to the present invention relates to a pressure sensor that detects a positive pressure or a negative pressure of a fluid as optical interference light.
従来よりブルドン管、ベローズ、ダイアフラム、等を用いた機械的な圧力計、シリコンダイアフラム、セラミック製ダイアフラム、半導体歪みゲージ、等を用いた電子式圧力計、光干渉を利用した光干渉型の圧力計、などが多く提案されている。 Conventionally, mechanical pressure gauges using Bourdon tubes, bellows, diaphragms, etc., electronic pressure gauges using silicon diaphragms, ceramic diaphragms, semiconductor strain gauges, etc., optical interference pressure gauges using optical interference Many have been proposed.
従来における光干渉型の圧力センサは、流体の圧力変動により可変するダイアフラムにミラーを配置し、対峙する固定部分にハーフミラーを配置し、投光された光がハーフミラーの表面で反射し、透過した光がダイアフラムのミラーで反射し、ハーフミラーを透過して最初の反射光と光干渉しする。この従来の提案の光干渉型の圧力センサは、ミラーをダイアフラムに直接的に配置しており圧力変動により可変するダイアフラムと共にミラーが変動してミラーに歪みを生ずる、過剰な圧力によりダイアフラムの破損、過剰な圧力によりミラーとミラーが接触して破損する、ダイアフラムが直接露出しているために機械的接触により破壊するなどの問題がある。本発明はこれらの問題点を解決する光干渉型圧力センサを提供することである。 Conventional optical interference type pressure sensors have a mirror placed on a diaphragm that changes according to fluid pressure fluctuations, a half mirror placed on the opposite fixed part, and the projected light is reflected and transmitted by the surface of the half mirror. The reflected light is reflected by the diaphragm mirror, passes through the half mirror, and interferes with the first reflected light. In this conventional optical interference pressure sensor, the mirror is arranged directly on the diaphragm, and the diaphragm fluctuates together with the diaphragm that changes according to the pressure fluctuation, causing the mirror to be distorted. There is a problem that the mirror is brought into contact with the mirror due to excessive pressure and broken, or that the diaphragm is broken due to mechanical contact because the diaphragm is directly exposed. The present invention is to provide an optical interference type pressure sensor that solves these problems.
固定リングに一体形成または固着されて圧力変動する可動弾性体、該可動弾性体に固定台座を介して配置固着されたミラー機構Ａ、該固定リング及び該可動弾性体をシーリング固着または一体化して流体圧室を形成する流体導入具、該流体導入具との反対面の該固定リングに固着された固定背面板、該固定背面板の側に配置されて該ミラー機構Ａと平行に対峙するミラー機構Ｂより成る光干渉型圧力センサであり、固定台座を介してミラー機構Ａが配置されていて該ミラー機構Ａに歪みが生じにくく、流体導入具によりダイアフラムである可動弾性体が保護されているために、機械的接触により破壊することがない。また、前記可動弾性体、前記固定リング及び前記固定背面板に囲まれたミラー室を特定な圧力（負圧、大気圧、正圧）で気密封着した光干渉型圧力センサである、または、前記可動弾性体、前記固定リング及び前記固定背面板に囲まれたミラー室と外部開放する開放路を形成した光干渉型圧力センサである。また、前記固定背面板に光ファイバーが固着された光干渉型圧力センサである。また、前記ミラー機構Ａが全反射型であり前記ミラー機構Ｂが半反射型であり間隙をもって平行に対峙する光干渉型圧力センサである。また、前記ミラー機構Ｂが光ファイバーの先端に薄膜形成されている光干渉型圧力センサである。また、前記ミラー室にミラー保護ダムを形成した光干渉型圧力センサであり、過剰な圧力によりミラーとミラーが接触して破損することを防ぐことができる。 A movable elastic body that is integrally formed with or fixed to a fixed ring and fluctuates in pressure, a mirror mechanism A that is arranged and fixed to the movable elastic body via a fixed base, and a fluid that is fixed or integrated with the fixed ring and the movable elastic body. A fluid introducing device forming a pressure chamber, a fixed back plate fixed to the fixing ring on the opposite surface of the fluid introducing device, and a mirror mechanism arranged on the side of the fixed back plate and facing the mirror mechanism A in parallel B is an optical interference type pressure sensor composed of B, since the mirror mechanism A is arranged via the fixed base, the mirror mechanism A is hardly distorted, and the movable elastic body as a diaphragm is protected by the fluid introduction tool. In addition, it is not destroyed by mechanical contact. Further, the optical interference type pressure sensor, wherein the mirror chamber surrounded by the movable elastic body, the fixed ring and the fixed back plate is hermetically sealed with a specific pressure (negative pressure, atmospheric pressure, positive pressure), or It is an optical interference type pressure sensor in which a mirror chamber surrounded by the movable elastic body, the fixed ring and the fixed back plate and an open path that opens to the outside are formed. The optical interference type pressure sensor has an optical fiber fixed to the fixed back plate. The mirror mechanism A is a total reflection type, the mirror mechanism B is a semi-reflection type, and is an optical interference type pressure sensor facing in parallel with a gap. The mirror mechanism B is an optical interference type pressure sensor in which a thin film is formed at the tip of an optical fiber. Further, the optical interference type pressure sensor has a mirror protection dam formed in the mirror chamber, and the mirror and the mirror can be prevented from being damaged due to excessive pressure.
本発明に係る光干渉型圧力センサに関する詳細を以下に記述する。尚、本発明に係る光干渉型圧力センサは、以下の記述に限定されるものでなく、また、図は、概念を示すものであり寸法、縮尺、位置、等を限定するものでなく、また、技術分野において一般的な事項は、詳細な記述を省略することがある。 Details regarding the optical interference type pressure sensor according to the present invention will be described below. In addition, the optical interference type pressure sensor according to the present invention is not limited to the following description, and the drawing shows the concept and does not limit the size, scale, position, etc. Detailed descriptions of general matters in the technical field may be omitted.
本発明に係る光干渉型圧力センサは、固定リングに一体形成または固着されて圧力変動する可動弾性体、該可動弾性体に固定台座を介して配置固着されたミラー機構Ａ、該固定リング及び該可動弾性体をシーリング固着または一体化して流体圧室を形成する流体導入具、該流体導入具との反対面の該固定リングに固着された固定背面板、該固定背面板の側に配置されて該ミラー機構Ａと平行に対峙するミラー機構Ｂより成る光干渉型圧力センサであり、また、前記可動弾性体、前記固定リング及び前記固定背面板に囲まれたミラー室を特定な圧力（負圧、大気圧、正圧）で気密封着した、または、前記可動弾性体、前記固定リング及び前記固定背面板に囲まれたミラー室と外部開放する開放路を形成した光干渉型圧力センサであり、また、前記固定背面板に光ファイバーが固着された光干渉型圧力センサであり、また、前記ミラー機構Ａが全反射型であり前記ミラー機構Ｂが半反射型であり間隙をもって平行に対峙する光干渉型圧力センサであり、また、前記ミラー機構Ｂが光ファイバーの先端に薄膜形成されている光干渉型圧力センサであり、また、前記ミラー室にミラー保護ダムを形成した光干渉型圧力センサである。 An optical interference type pressure sensor according to the present invention includes a movable elastic body that is integrally formed or fixed to a fixed ring and fluctuates in pressure, a mirror mechanism A that is disposed and fixed to the movable elastic body through a fixed base, the fixed ring, and the fixed ring. A fluid introduction device that forms a fluid pressure chamber by fixing or integrating a movable elastic body with a seal, a fixed back plate fixed to the fixing ring on a surface opposite to the fluid introduction device, and disposed on the side of the fixed back plate It is an optical interference type pressure sensor comprising a mirror mechanism B facing the mirror mechanism A in parallel, and a specific pressure (negative pressure) is applied to the mirror chamber surrounded by the movable elastic body, the fixing ring and the fixed back plate. , Atmospheric pressure, positive pressure), or an optical interference type pressure sensor that forms a mirror chamber surrounded by the movable elastic body, the fixed ring, and the fixed back plate and an open path that opens to the outside. And also before An optical interference type pressure sensor in which an optical fiber is fixed to a fixed back plate, and the optical interference type pressure sensor in which the mirror mechanism A is a total reflection type and the mirror mechanism B is a semi-reflection type and faces each other in parallel with a gap. Further, the mirror mechanism B is an optical interference type pressure sensor in which a thin film is formed at the tip of an optical fiber, and an optical interference type pressure sensor in which a mirror protection dam is formed in the mirror chamber.
可動弾性体２０６、３０６は、材料、サイズ、形状、等を特に限定するものでない。材料として弾力性を有するものであればよく、外圧の繰り返しにおいて一定の弾力性を有する金属または酸化物または複合酸化物の単結晶、金属、セラミック、樹脂、等であり、好ましくはシリコン単結晶、金属、セラミックであり、より好ましくはシリコン単結晶または金属である。シリコン単結晶、金属は、機械加工、フォトリソグラフィ方法による加工、等により精密、微細加工が可能である。形状、サイズは、円形、四角形、多角形でもよく、サイズとして１ｍｍ以上であることが好ましい。また、該可動弾性体の厚みは、圧力センサとして使用する環境の使用圧力及び材料により決定されるものであり特に限定するものでない。微弱な圧力用の圧力センサには、ミクロン単位のごく薄いものであり、高圧用の圧力センサには、厚いものを使用する。該可動弾性体は、固定リング２１１、３２１と一体であってもよく、気体気密性に接着剤、シームレス溶接、ＥＢ溶接、レーザ溶接、等で固着されてもよい。該固定リングと一体または固着された該可動弾性体が外圧（気体の正圧／負圧）により規則正しく変化し、外圧を取り省くことによりヒステリシスが少なく復帰することである。該可動弾性体のほぼ中央部分には、固定台座２１０、３０７が設けられていて、該固定台座の上面にミラー機構Ａ２１２が形成されている。
The movable
該ミラー機構Ａ２１２は、全反射するミラーで構成されていることが好ましい。例えば、該固定台座の鏡面状態の表面に金、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、等の薄膜層を形成すること、また、環境変化から保護するためにニッケル＋金の薄膜で覆うこと、等である。金属に直接金の薄膜を形成する場合には、下地にニッケルの薄膜を形成することが好ましい。ガラスミラーを固定してもよい。 The mirror mechanism A212 is preferably composed of a totally reflecting mirror. For example, by forming a thin film layer of gold, silver, aluminum, nickel, chromium, etc. on the mirror surface of the fixed base, and covering with a nickel + gold thin film to protect it from environmental changes, etc. is there. When a gold thin film is directly formed on a metal, it is preferable to form a nickel thin film on the base. A glass mirror may be fixed.
流体導入具３００、３２２は、材料、形状、寸法、等を特に限定するものでない。該流体導入具は、気体の正圧／負圧を前記可動弾性体２０６、３０６に導くためのものであり該流体導入具及び該可動弾性体により流体圧室３０１を形成する。流体導入具の導入管の内径が細くて流体圧室が広い体積を有することにより突発的な流体圧の変動（波動圧）による可動弾性体の破壊を防ぐことができる。該流体圧室には、正圧／負圧が掛かるために該流体導入具及び該可動弾性体の固着されている部分が気体の漏れが無いように気密性にシーリング固着されている。可動弾性体に合わせた形状であることが好ましく、材料は、金属、ガラス、セラミック、樹脂、等であり、可動弾性体と気密性に固着できることである。または、固定台座、可動弾性体、固定リング及び流体導入具が一体構造に加工されて流体圧室が形成され、該固定台座にミラー機構Ａを形成することによる製造方法で該可動弾性体及び流体導入具が気密性に固着する構造とすることができる。
The
固定背面板３１０、３２０は、材料、寸法、形状、等を特に限定するものでない。該固定背面板は、該可動弾性体を固着した前記固定リングと固着されて間の空間にミラー室２１５を形成する。前記可動弾性体と類似の形状、寸法であることが好ましく、材料は、金属、ガラス、セラミック、樹脂、等である。前記ミラー機構Ａと対峙する該固定背面板の位置にミラー機構Ｂ３１１を間隙をもって形成する。該ミラー機構Ｂは、透明なガラスに薄膜を形成してハーフミラーを形成してもよく、該固定背面板に穴を開けてその部分にハーフミラーガラスを固定してもよく、穴の中に先端にハーフミラー処理を施した光ファイバー３１２を挿入するのもよい。
The fixed
前記ミラー室は、特定な圧力で気密封着して特定な圧力との相対的な正圧／負圧を可動弾性体で検出することでもよく、前記ミラー室を外部に開放する開放路２１３を形成して該ミラー室の圧力を常に大気圧に保って正圧／負圧を可動弾性体で検出することもよい。特定な圧力を真空とすることにより絶対圧用の圧力センサとすることができる。開放路２１３は、ミラー室２１５及び外部を気体導通の状態にする通路であり、固定背面板または／及び固定リングに形成されている。例えば、固定リングの固定背面板の近傍に形成されている、固定背面板に形成されている、等である。
The mirror chamber may be hermetically sealed with a specific pressure, and a positive / negative pressure relative to the specific pressure may be detected by a movable elastic body. An
前記固定背面板３１０、３２０にガラス製またはプラスチック製の光ファイバー３１２が前記ミラー機構Ｂに一致する位置に固着されている。該光ファイバーは、該固定背面板に埋め込まれて固着されていてもよい。また、先端部分が鏡面研磨されてクロム、金、等の薄膜によりミラー機構Ｂを形成した光ファイバー３１２を固定背面板の穴に挿入して前記ミラー機構Ａと対峙させて間隙を保って該光ファイバー及び該固定背面板が固着されていてもよい。また、固定背面板及び光ファイバーの間にレンズを介してファイバーの接続に一般的に用いられているガラスチューブ、ガラスキャピラリー、等で固着されていてもよい。ミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂの間隙の調整方法として例えば、光ファイバーの先端部にミラー機構Ｂとしてハーフミラー処理が施された光ファイバー３１２に特定な波長の光を送り込み、ミラー機構Ｂで反射した光と透過してミラー機構Ａ２１２で反射した戻りの光が干渉した干渉光を受光素子（フォトダイオード、光電子増倍管、等）で検出し、検出起電力の極大値を探査測定する。顕微鏡で間隙を観察しながら光ファイバーを挿入・引出しして先端部のミラー機構Ｂ及びミラー機構Ａが接触することなく検出起電力の極大値となる所定の間隙を求める。これは、半波長の整数倍の間隙で干渉した光が強度を強める性質を利用したものである。光源、受光素子、ハーフミラーの光学系の機器、配置、等は、通常の光学系を使用すればよく詳細な記述を省略する。本発明に係る光干渉型圧力センサは、ミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂの間隙の寸法を何ミクロンに設定するのでなく、ミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂの間隙の寸法が各々の製品において均一であることが好ましい。
An
可動弾性体または／及び固定背面板のミラー室２１５側にミラー保護ダム２１４を形成することによりミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂの接触・破壊を防ぐことができる。
By forming the
固定リング、可動弾性体、固定台座、ミラー機構Ａを形成し、光干渉型圧力センサを形成する例としてシリコン単結晶基板を用いた場合については、実施例１に詳述する。他の例として金属を用いた場合については、実施例２に詳述する。本発明に係る光干渉型圧力センサは、実施例及び実施例の構造に限定されるものでない。 A case where a silicon single crystal substrate is used as an example of forming a fixed ring, a movable elastic body, a fixed base, and a mirror mechanism A and forming an optical interference pressure sensor will be described in detail in Example 1. The case where a metal is used as another example will be described in detail in Example 2. The optical interference type pressure sensor according to the present invention is not limited to the structure of the embodiment and the embodiment.
本発明に係る光干渉型圧力センサは、光ファイバーなどに導かれた投光がハーフミラーであるミラー機構Ｂで一部が反射して戻光となり、一部が透過してミラー機構Ａで反射してミラー機構Ｂを透過・反射して（ミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂの間隙で多重反射する。）多重反射した光がミラー機構Ｂを透過して先の戻光と干渉して干渉光として光ファイバーなどに導かれる。流体の正圧／負圧により可動弾性体がプッシュ／プルされてミラー機構Ａが一緒に動いてミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂ（固定されていて動かない）の間隙の距離が変化されることにより干渉光に変化がもたらされ、この干渉光の変化を検出、解析することにより流体の正圧／負圧を検出することができる。例えば、波長＝５２５ｎｍ、半値幅＝４０ｎｍのＬＥＤを光源として光ファイバーに導いて投光することで常圧で１０μｍである間隙が可動弾性体に加わる正圧／負圧で変化し、間隙の距離が変化することによりミラー間で多重反射し、干渉光として多重反射光路３１３を戻る光の強度が正圧／負圧により変化し、その圧力に対応した干渉光の光強度が得られる。この干渉光の光強度の変化を検出する方法として光干渉型のディテクタを用いて検出することが有用である。発明者らによる静電駆動型の干渉型ディテクタが特に有用である。先に述べた光干渉型圧力センサのミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂの間隙の寸法が各々の製品で均一であることが検出装置である干渉型ディテクタとの組合せ互換性において好ましいのである。ミラーによる干渉の光学的理論の説明は、省略する。
In the optical interference type pressure sensor according to the present invention, a part of the light guided to an optical fiber is reflected by the mirror mechanism B, which is a half mirror, and returned, and a part of the light is transmitted and reflected by the mirror mechanism A. Then, the light reflected and reflected by the mirror mechanism B (multi-reflected at the gap between the mirror mechanism A and the mirror mechanism B) is transmitted through the mirror mechanism B and interferes with the previous return light, and becomes an interference light. Etc. The movable elastic body is pushed / pulled by the positive pressure / negative pressure of the fluid, and the mirror mechanism A moves together to change the distance between the mirror mechanism A and the mirror mechanism B (which is fixed and does not move). The interference light is changed, and the positive / negative pressure of the fluid can be detected by detecting and analyzing the change of the interference light. For example, by guiding an LED having a wavelength = 525 nm and a half-width = 40 nm to an optical fiber as a light source and projecting the light, a gap of 10 μm at normal pressure changes depending on positive pressure / negative pressure applied to the movable elastic body, and the distance of the gap As a result of the change, the intensity of the light that is multiple-reflected between the mirrors and returns to the multiple reflection
本発明に係る光干渉型圧力センサは、可動弾性体に固定台座を形成し、該固定台座を介してミラー機構Ａを形成しているため該可動弾性体が稼動・変動してもミラーに歪みが生じにくく、流体導入具によりダイアフラムである可動弾性体が保護されているために、機械的に接触して破壊することがない。 In the optical interference type pressure sensor according to the present invention, a fixed base is formed on the movable elastic body, and the mirror mechanism A is formed via the fixed base, so that the mirror is distorted even if the movable elastic body is operated or fluctuated. Since the movable elastic body, which is a diaphragm, is protected by the fluid introduction tool, it is not mechanically contacted and destroyed.
本発明に係る光干渉型圧力センサの実施例を以下に説明する。尚、本発明に係る光干渉型圧力センサは、以下の実施例に限定されるものでない。また、説明に用いる図は、構成概念を表すものであり寸法、縮尺を表していない。 Examples of the optical interference type pressure sensor according to the present invention will be described below. The optical interference type pressure sensor according to the present invention is not limited to the following examples. Moreover, the figure used for description represents a structural concept and does not represent dimensions or scales.
（実施例１） 本発明に係る光干渉型圧力センサの一実施例を図１、図２、図３を参照に説明する。製造においては、半導体製造工程と同様に多数個取り配置で製造するがここでは一ユニットに注目して説明する。面方位（１００）のｐ型の単結晶シリコンウエハー（単結晶シリコン基板）を用いて工程を説明する。図１の（ａ）に示す面方位（１００）のシリコン基板２００を熱酸化方法（基板を石英管炉の中に入れ加熱し、酸素ガスに加えて水蒸気を導入するウェット酸化）でシリコン基板の表面に約０．６μｍのシリコン酸化膜を形成し、フォトリソグラフィ方法（レジストの塗布、プリベーク、露光、現像、リンス、ポストベーク、等）によりレジストパターンを形成し、残存のレジストをマスクとしてシリコン酸化膜をＨＦ系エッチャントでエッチングし、該レジストを硫酸及び過酸化水素の混合液で剥離除去し、残存の該シリコン酸化膜をマスクとしてエッチャントＴＭＡＨ水溶液で（ｂ）図のようにシリコンをエッチングしてシリコン段Ａ２０２を形成した。
(Example 1) An example of an optical interference type pressure sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG. In the manufacturing process, as in the semiconductor manufacturing process, manufacturing is performed in a multi-piece arrangement, but here, explanation will be given focusing on one unit. The process will be described using a p-type single crystal silicon wafer (single crystal silicon substrate) having a plane orientation (100). A
熱酸化工程、フォトリソグラフィ方法、エッチング工程、剥離工程、洗浄工程、等の工程で（ｃ）図のようなシリコン段Ｂ２０３を形成した。シリコン酸化膜を全面除去し、シリコン酸化膜２０４を全面に形成し、フォトリソグラフィ方法で（ｄ）図のようなシリコン酸化膜２０４を部分的に除去したパターンを形成した。
A silicon stage B203 as shown in FIG. 5C was formed by a thermal oxidation process, a photolithography method, an etching process, a peeling process, a cleaning process, and the like. The silicon oxide film was entirely removed, a
シリコン酸化膜をマスクとしてボロンを拡散させて（ｅ）図のような６μｍ厚のボロン拡散シリコン層（後に可動弾性体となる。）２０６を形成した。（該ボロン核酸シリコン層の厚みは、圧力センサの測定対象圧力により決められるものである。）レジスト剥離、酸化膜の除去、清浄、等を行い、再度全面に酸化膜を形成し、フォトリソグラフィ方法で（ｆ）図のような酸化膜の残存パターンを形成した。 Boron was diffused using the silicon oxide film as a mask (e) to form a boron-diffused silicon layer (later to be a movable elastic body) 206 having a thickness of 6 μm as shown in FIG. (The thickness of the boron nucleic acid silicon layer is determined by the pressure to be measured by the pressure sensor.) The resist is peeled off, the oxide film is removed, cleaned, etc., and the oxide film is formed again on the entire surface. (F) The remaining pattern of the oxide film as shown in FIG.
残存の酸化膜をマスクとし、異方性エッチング方法のＥＰＷでシリコン結晶をエッチングし、シリコン酸化膜をエッチング除去し、（ｇ）図のようなボロン拡散シリコン膜２０６、固定台座２１０、ミラー保護ダム２１４、ミラー室２１５、固定リング２１１が形成される。さらに、クロムをスパッタリングして薄膜層を形成し、フォトリソグラフィ方法で該固定台座２１０の少なくとも上面の表面に選択的にミラー機構Ａ２１２を形成した。該ミラー機構Ａは、全反射型の鏡であり金の薄膜層によるものでもよく、該固定台座の上面のみでなく他の部分に薄膜層が形成されていても支障がない。
Using the remaining oxide film as a mask, the silicon crystal is etched by EPW of an anisotropic etching method, and the silicon oxide film is removed by etching. (G) Boron
開放路２１３の穴を有するパイレックス（商標）ガラス（固定背面板）３１０の表面を研磨し、洗浄し、金属クロムを選択的に真空蒸着してハーフミラーであるミラー機構Ｂ３１１を形成した。また、中央部分が正圧／負圧の流路となる穴を有するパイレックス（商標）ガラス（流体導入路）３００を形成した。両ガラスの該固定背面板３１０及び該流体導入路３００により前記のシリコンによる構造体をサンドイッチ状態に挟んで陽極接合して図１のような光干渉型圧力センサを製作した。［ユニットが多数個取りに形成されているウエハー状であり、内面を汚染から保護するために両面にフィルムを貼り、ダイシングソーでカットし、カット後に洗浄し、フィルムを剥がし、個別のユニットであるセンサとした。］このように製作された光干渉型圧力センサは、１．７ｍｍの四角形で、内面のミラー機構が０．５ｍｍの四角形で、平行なミラー機構Ａ２１２及びミラー機構Ｂ３１１の間隙が１０μｍほどであり、ミラー保護ダム２１４及び固定背面板３１０の間隙が６μｍ程である。異常な圧力が印加されたときに該ミラー保護ダムが固定背面板に触れてミラー機構Ａがミラー機構Ｂと接触することを防ぐ働きをする。
The surface of Pyrex (trademark) glass (fixed back plate) 310 having holes in the
このように製作された光干渉型圧力センサの該固定背面板３１０側に光ファイバー３１２を配置して（該固定背面板及び該光ファイバーの間に集光用のレンズを挿入してもよい。）光を投光する。投光された光が、ミラー機構Ｂで一部が反射して反射光となり、一部が透過してミラー機構Ａで反射して戻り光となり、反射光と戻り光が干渉して干渉光として該光ファイバーから導き出すことができる。流体導入具３００から流体圧室３０１にかかる流体の正圧／負圧により可動弾性体２０６がプッシュ／プルされて変動することにより固定台座に形成されたミラー機構Ａが連動して変動する。この変動によりミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂの間隙が変化する。間隙が変化することにより前記の干渉光が変化して光ファイバーに導き出される。すなわち、流体の圧力変動に従って干渉光が変化して光ファイバーに導き出される。
An
このように製作された光干渉型圧力センサは、固定台座２１０にミラー機構Ａを形成しているため圧力変動による稼動弾性体の変動で該ミラー機構Ａに歪みが生じない。ミラー保護ダム２１４を形成しているために過剰な圧力変動から可動弾性体２０６及びミラー機構を破損から保護している。可動弾性体を流体導入具で保護しているために機械的接触による破損から保護している。
Since the optical interference type pressure sensor manufactured in this way has the mirror mechanism A formed on the fixed
（実施例２）
本発明に係る光干渉型圧力センサの実施例を図４を参照に説明する。図（ａ）のように外径がφ１０ｍｍで厚さが０．５ｍｍの円盤状のＳＵＳ材を用いて固定台座３０７としてφ０．５ｍｍ、固定リング３２１の内径としてφ６ｍｍ、ミラー室２１５の深さとして０．２ｍｍにエンドミル加工する。（可動弾性体となる部分のＳＵＳの厚みが０．３ｍｍにすることが重要である。尚、本実施例において、厚みを０．３ｍｍとしたが、勿論、圧力センサとしての使用圧力によりより厚くしてもよく、より薄くしてもよい。）さらに、両面を研磨する。エンドミル加工され研磨されたＳＵＳ円盤をＳＵＳ材よりなる流体導入具３２２に嵌め込んで後に電子ビーム溶接により周りを気体気密性に溶接した。該流体導入具は、内部に流体圧室３０１を形成している。さらに、ＳＵＳ円盤の固定台座３０７の上面を鏡面状態に研磨してミラー機構Ａ２１２とした。
(Example 2)
An embodiment of an optical interference type pressure sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, a disk-shaped SUS material having an outer diameter of φ10 mm and a thickness of 0.5 mm is used. End milled to 0.2 mm. (It is important that the thickness of the SUS of the portion that becomes the movable elastic body is 0.3 mm. In this embodiment, the thickness is 0.3 mm, but of course, it is thicker due to the working pressure as the pressure sensor. It may be thinner or thinner.) Further, both sides are polished. The end milled and polished SUS disk was fitted into a
また、図（ｃ）のように別の形状としてＳＵＳ材を用いて固定リング３２１及び流体導入具３２２が一体化されたものを形成した。外径がφ１０ｍｍで長さが１６ｍｍの円柱状であり、片側から流体圧室３０１となるザグリ穴がφ６ｍｍで深さが１５ｍｍに加工されている。反対側には、中心部に固定台座３０７としてφ０．５ｍｍ、固定リング３２１の内径としてφ６ｍｍであり可動弾性体３０６となる部分の厚みが０．３ｍｍとなるようにザグリ加工をし、外周には固定リング３２１が形成される。固定台座の側の該固定台座の高さが約０．３ｍｍになる位まで研磨し、鏡面研磨仕上げをした。
In addition, as shown in FIG. 2C, another shape is formed by integrating the fixing
図（ａ）（ｃ）に共通である外径がφ１０ｍｍ、厚さが５ｍｍ、中心部にφ０．１５ｍｍの孔を開け、φ２ｍｍ、深さ０．２ｍｍのザグリ穴（ミラー機構Ａが当たらないに十分な径及び深さ）、開放路としてφ０．５ｍｍの孔を形成したＳＵＳ材の固定背面板３２０を準備した。光ファイバー３１２を準備して被覆を剥離し、ファイバーの先端を研磨し、その先端部分に金の薄膜層を設けてミラー機構Ｂを形成した。該固定背面板３２０の孔に光ファイバー３１２のガラス部分を挿入し該固定背面板のザグリ穴側の面より２０μｍ程後退させた位置で固定背面板に光ファイバーを仮固定した。その後に、光ファイバーを仮固定した固定背面板を固定リングに接着剤を用いて接着固定した。ミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂがほぼ２０μｍの間隙で平行に対峙している。
(A) (c) common outer diameter of φ10mm, thickness of 5mm, φ0.15mm hole in the center, φ2mm, depth of 0.2mm counterbored hole (mirror mechanism A will not hit) Sufficient diameter and depth), a
光ファイバーの他の端に単色平行光をハーフミラーを介して投光し、ミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂで干渉して反射してくる干渉光をハーフミラーを透過させて光検出器で光強度を検出する測定システム（図示せず）を配置する。測定システムを配置し、光強度を測定しながら光ファイバー３１２をミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂが接触しないように静かに、注意深く押し込み・引き出しする。光強度が極大値を示す位置で停止する。（本実施例では、ミラー機構Ａ及びミラー機構Ｂの間隙がほぼ１０μｍに調整された。）光ファイバー３１２及び固定背面板３２０を接着剤にて接着固定する。この間隙の調整方法は、単色の投光光の半波長の整数倍にある間隙の時に干渉光が強め合い光強度を極大値として検出できることを応用したものであり、詳細な記載を省略する。
Monochromatic parallel light is projected to the other end of the optical fiber through a half mirror, and interference light reflected by the mirror mechanism A and mirror mechanism B is transmitted through the half mirror, and the light intensity is increased by the photodetector. A measuring system (not shown) for detection is arranged. The measuring system is arranged, and while measuring the light intensity, the
このように調整製作された光干渉型圧力センサは、間隙が組立後に調整されるために均一化される。固定台座にミラー機構が形成されているために可動弾性体が流体の圧力により変動してもミラー機構が歪まない。開放路２１３により常に大気圧に開放されているためにゲージ圧力として干渉光を取り出すことができる。また、ミラー室を別の特定な圧力にして開放路を封着することにより該ミラー室の圧力が特定な圧力として保持され、その特定な圧力を基準とした圧力として干渉光を取り出すことができる。
The optical interference type pressure sensor thus manufactured is made uniform because the gap is adjusted after assembly. Since the mirror mechanism is formed on the fixed base, the mirror mechanism is not distorted even if the movable elastic body fluctuates due to the pressure of the fluid. Since the
このように製作された光干渉型圧力センサは、波長が５２５ｎｍ、半値幅が４０ｎｍのＬＥＤ光源から光ファイバーに投光され、ミラー機構Ｂで一部が戻光として戻り、一部が透過してミラー機構Ａで反射し、ミラー機構Ｂで透過・反射し、反射した光はミラー機構Ａとの間で多重反射してミラー機構Ｂを透過して先の戻光と干渉して干渉光として光ファイバーから取り出すことができる。 The optical interference type pressure sensor manufactured in this way is projected onto an optical fiber from an LED light source having a wavelength of 525 nm and a half-value width of 40 nm. Reflected by mechanism A, transmitted / reflected by mirror mechanism B, and the reflected light is multiple-reflected with mirror mechanism A, transmitted through mirror mechanism B, and interfered with the previous return light to be interfered light from the optical fiber. It can be taken out.
本発明に係る光干渉型圧力センサは、固定リングに一体形成または固着されて圧力変動する可動弾性体、該可動弾性体に固定台座を介して配置固着されたミラー機構Ａ、該固定リング及び該可動弾性体をシーリング固着または一体化して流体圧室を形成する流体導入具、該流体導入具との反対面の該固定リングに固着された固定背面板、該固定背面板の側に配置されて該ミラー機構Ａと平行に対峙するミラー機構Ｂより成るものであり、固定台座を介してミラー機構Ａが配置されていて該ミラー機構Ａに歪みが生じにくく、流体導入具によりダイアフラムである可動弾性体が保護されているために、機械的接触により破壊することがない。 An optical interference type pressure sensor according to the present invention includes a movable elastic body that is integrally formed or fixed to a fixed ring and fluctuates in pressure, a mirror mechanism A that is disposed and fixed to the movable elastic body through a fixed base, the fixed ring, and the fixed ring. A fluid introduction device that forms a fluid pressure chamber by fixing or integrating a movable elastic body with a seal, a fixed back plate fixed to the fixing ring on a surface opposite to the fluid introduction device, and disposed on the side of the fixed back plate The movable mechanism is composed of a mirror mechanism B facing the mirror mechanism A in parallel. The mirror mechanism A is disposed via a fixed pedestal so that the mirror mechanism A is hardly distorted, and is a diaphragm that is a diaphragm by a fluid introduction tool. Because the body is protected, it is not destroyed by mechanical contact.
２００ シリコン基板
２０２ シリコン段Ａ
２０３ シリコン段Ｂ
２０４ シリコン酸化膜
２０５ フォトレジスト
２０６ ３０６ 可動弾性体
２１０ ３０７ 固定台座
２１１ ３２１ 固定リング
２１２ ミラー機構Ａ
２１３ 開放路
２１４ ミラー保護ダム
２１５ ミラー室
３００ ３２２ 流体導入具
３０１ 流体圧室
３１０ ３２０ 固定背面板
３１１ ミラー機構Ｂ
３１２ 光ファイバー
３１３ 多重反射光路
３１４ ファイバ固定材
３１５ 正圧／負圧
200
203 Silicon stage B
204
213
312
Claims (7)
The optical interference type pressure sensor according to claim 1, wherein a mirror protection dam is formed in the mirror chamber.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011525620A (en) * | 2008-06-27 | 2011-09-22 | インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Optical interference type pressure sensor |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59145940A (en) * | 1983-02-08 | 1984-08-21 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Differential pressure and pressure transmitting device |
| JPS607046U (en) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | 株式会社フジクラ | semiconductor pressure sensor |
| JPS61246641A (en) * | 1985-03-14 | 1986-11-01 | インペリアル・ケミカル・インダストリ−ズ・ピ−エルシ− | Pressure sensor |
| JPS63165543U (en) * | 1987-04-15 | 1988-10-27 | ||
| JPH04502118A (en) * | 1989-10-11 | 1992-04-16 | バクスター インターナショナル インコーポレーテッド | Intracranial pressure monitor and drainage catheter assembly |
| JPH07190873A (en) * | 1993-10-16 | 1995-07-28 | Lucas Ind Plc | Differential pressure transducer |
| JPH07260617A (en) * | 1994-03-23 | 1995-10-13 | Riken Corp | Pressure sensor and pressure measuring system |
| JPH08271364A (en) * | 1995-03-29 | 1996-10-18 | Nagano Keiki Seisakusho Ltd | Pressure sensor |
| JP2000292287A (en) * | 1999-04-12 | 2000-10-20 | Tokimec Inc | Pressure and temperature measuring apparatus |
| JP2001124646A (en) * | 1999-10-27 | 2001-05-11 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor pressure detector and method of manufacturing it |
| JP3393370B2 (en) * | 1998-05-14 | 2003-04-07 | 正喜 江刺 | Pressure sensor and method of manufacturing the same |
| JP2003166891A (en) * | 2001-09-21 | 2003-06-13 | Yamatake Corp | Physical quantity measuring method and its device |
-
2003
- 2003-07-18 JP JP2003276515A patent/JP2005037314A/en active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59145940A (en) * | 1983-02-08 | 1984-08-21 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Differential pressure and pressure transmitting device |
| JPS607046U (en) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | 株式会社フジクラ | semiconductor pressure sensor |
| JPS61246641A (en) * | 1985-03-14 | 1986-11-01 | インペリアル・ケミカル・インダストリ−ズ・ピ−エルシ− | Pressure sensor |
| JPS63165543U (en) * | 1987-04-15 | 1988-10-27 | ||
| JPH04502118A (en) * | 1989-10-11 | 1992-04-16 | バクスター インターナショナル インコーポレーテッド | Intracranial pressure monitor and drainage catheter assembly |
| JPH07190873A (en) * | 1993-10-16 | 1995-07-28 | Lucas Ind Plc | Differential pressure transducer |
| JPH07260617A (en) * | 1994-03-23 | 1995-10-13 | Riken Corp | Pressure sensor and pressure measuring system |
| JPH08271364A (en) * | 1995-03-29 | 1996-10-18 | Nagano Keiki Seisakusho Ltd | Pressure sensor |
| JP3393370B2 (en) * | 1998-05-14 | 2003-04-07 | 正喜 江刺 | Pressure sensor and method of manufacturing the same |
| JP2000292287A (en) * | 1999-04-12 | 2000-10-20 | Tokimec Inc | Pressure and temperature measuring apparatus |
| JP2001124646A (en) * | 1999-10-27 | 2001-05-11 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor pressure detector and method of manufacturing it |
| JP2003166891A (en) * | 2001-09-21 | 2003-06-13 | Yamatake Corp | Physical quantity measuring method and its device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011525620A (en) * | 2008-06-27 | 2011-09-22 | インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Optical interference type pressure sensor |
| JP2014006268A (en) * | 2008-06-27 | 2014-01-16 | Inficon Gmbh | Optical interferometric pressure sensor |
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