JPH08145831A - 光振動子センサ - Google Patents
光振動子センサInfo
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- JPH08145831A JPH08145831A JP6305539A JP30553994A JPH08145831A JP H08145831 A JPH08145831 A JP H08145831A JP 6305539 A JP6305539 A JP 6305539A JP 30553994 A JP30553994 A JP 30553994A JP H08145831 A JPH08145831 A JP H08145831A
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ノイズの影響を受けることなく高精度で温
度、圧力等の測定を可能にする。 【構成】 カンチレバー４１と両端固定ビーム４２とか
らなる振動子１と信号処理部３との間を光ファイバ２に
より接続する。光ファイバ２は、中心部に干渉計測用の
光ファイバ２１を配置して、その周囲に光パルス供給用
の光ファイバ２２を同軸上に配設して形成する。信号処
理部３内のレーザダイオード３２より光ファイバ２２を
介して振動子１へ光パルスを送り、光熱作用により振動
子１に振動を発生させる。さらに、レーザダイオード３
１より光ファイバ２１を介して振動子１へ干渉計測用の
レーザ光を送り、その反射光から得られる干渉光を用い
て振動子１の振動数を測定して、圧力を算出する。
度、圧力等の測定を可能にする。 【構成】 カンチレバー４１と両端固定ビーム４２とか
らなる振動子１と信号処理部３との間を光ファイバ２に
より接続する。光ファイバ２は、中心部に干渉計測用の
光ファイバ２１を配置して、その周囲に光パルス供給用
の光ファイバ２２を同軸上に配設して形成する。信号処
理部３内のレーザダイオード３２より光ファイバ２２を
介して振動子１へ光パルスを送り、光熱作用により振動
子１に振動を発生させる。さらに、レーザダイオード３
１より光ファイバ２１を介して振動子１へ干渉計測用の
レーザ光を送り、その反射光から得られる干渉光を用い
て振動子１の振動数を測定して、圧力を算出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ加工技術によ
って形成された微小サイズの振動子に、光パルスとレー
ザ光を交互を照射し、光パルスの光熱効果により振動子
を押圧して振動子に共振を発生させ、その振動子の振動
をレーザ光の干渉を用いて検出することにより、振動子
の振動数を測定し、その振動数から温度、圧力等の物理
量を測定する光振動子センサに関する。
って形成された微小サイズの振動子に、光パルスとレー
ザ光を交互を照射し、光パルスの光熱効果により振動子
を押圧して振動子に共振を発生させ、その振動子の振動
をレーザ光の干渉を用いて検出することにより、振動子
の振動数を測定し、その振動数から温度、圧力等の物理
量を測定する光振動子センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、小型の圧力検出装置として、図１
０に示す静電容量型のものがある。これは、センサ７を
構成する１対のシールダイヤフラム７１、７２に加えら
れた圧力を、それぞれマイクロキャパシタンスシリコン
センサ７３の両面に加えて、その圧力の差に応じた変形
量を静電容量の変化として電気的に取り出すものであ
る。検出された静電容量の値は、Ａ／Ｄ変換器７４によ
り、ディジタル信号に変換されてから信号処理部８のマ
イクロプロッサ８１へ送られ、圧力値が求められる。さ
らに得られた圧力値はＤ／Ａ変換器８２によりアナログ
信号に変換されて出力される。ここでは、静電容量と圧
力の関係は図１１のようになる。
０に示す静電容量型のものがある。これは、センサ７を
構成する１対のシールダイヤフラム７１、７２に加えら
れた圧力を、それぞれマイクロキャパシタンスシリコン
センサ７３の両面に加えて、その圧力の差に応じた変形
量を静電容量の変化として電気的に取り出すものであ
る。検出された静電容量の値は、Ａ／Ｄ変換器７４によ
り、ディジタル信号に変換されてから信号処理部８のマ
イクロプロッサ８１へ送られ、圧力値が求められる。さ
らに得られた圧力値はＤ／Ａ変換器８２によりアナログ
信号に変換されて出力される。ここでは、静電容量と圧
力の関係は図１１のようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この圧
力検出装置は、センサ７３の検出回路部をブリッジ回路
により構成しているため、本質的に外来ノイズ等のコモ
ンモードノイズをノーマルモードノイズとして検出して
しまい、高精度の測定が不可能であった。本発明は上記
問題点を解決するためになされたもので、その目的とす
るところは、圧力、温度、その他の物理量を高精度で測
定することができる光振動子センサを提供することにあ
る。
力検出装置は、センサ７３の検出回路部をブリッジ回路
により構成しているため、本質的に外来ノイズ等のコモ
ンモードノイズをノーマルモードノイズとして検出して
しまい、高精度の測定が不可能であった。本発明は上記
問題点を解決するためになされたもので、その目的とす
るところは、圧力、温度、その他の物理量を高精度で測
定することができる光振動子センサを提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、両持ちまたは片持ちにより支持され
た振動子の振動面に、光パルスを照射して共振を発生さ
せるとともに、振動子の振動をレーザ光を用いた干渉計
測により検出して振動子の振動周波数を求めることによ
り、振動子の振動周波数に対応する物理量を測定する光
振動子センサにおいて、端面が振動子の振動面に対して
ほぼ垂直に支持されて干渉計測用のレーザ光を振動子に
送る光ファイバと、この計測用光ファイバの近傍に配設
されて振動子に光パルスを照射する光ファイバとを備え
たことを特徴とする。ここで、干渉計測用光ファイバを
シングルモード光ファイバとする。
に、第１の発明は、両持ちまたは片持ちにより支持され
た振動子の振動面に、光パルスを照射して共振を発生さ
せるとともに、振動子の振動をレーザ光を用いた干渉計
測により検出して振動子の振動周波数を求めることによ
り、振動子の振動周波数に対応する物理量を測定する光
振動子センサにおいて、端面が振動子の振動面に対して
ほぼ垂直に支持されて干渉計測用のレーザ光を振動子に
送る光ファイバと、この計測用光ファイバの近傍に配設
されて振動子に光パルスを照射する光ファイバとを備え
たことを特徴とする。ここで、干渉計測用光ファイバを
シングルモード光ファイバとする。
【０００５】第２の発明は、第１の発明において、干渉
計測用光ファイバの周囲に光パルス供給用光ファイバを
複数本同軸上に配設して光ファイババンドルを形成した
ことを特徴とする。
計測用光ファイバの周囲に光パルス供給用光ファイバを
複数本同軸上に配設して光ファイババンドルを形成した
ことを特徴とする。
【０００６】第３の発明は、第１の発明において、干渉
計測用光ファイバの周囲に、干渉計測用光ファイバより
も屈折率の小さい透光材により光パルス供給用光ファイ
バのコアを形成し、その周囲にさらに屈折率の小さい透
光材により光パルス供給用光ファイバのクラッドを形成
したことを特徴とする。
計測用光ファイバの周囲に、干渉計測用光ファイバより
も屈折率の小さい透光材により光パルス供給用光ファイ
バのコアを形成し、その周囲にさらに屈折率の小さい透
光材により光パルス供給用光ファイバのクラッドを形成
したことを特徴とする。
【０００７】第４の発明は、第１の発明から第３の発明
において、干渉計測用光ファイバの他端にレーザダイオ
ードを接続するとともに、その接続部の手前に光方向性
結合器を並設し、この光方向性結合器に受光器を接続し
たことを特徴とする。また、これらの発明において、両
持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じて変形するダイ
ヤフラム面に形成し、また温度検出用の片持ち支持の振
動子を前記該圧力及び温度に応じて変形する振動子の近
傍に配設し、それぞれの振動子をマイクロプロセッサに
入力することにより両持ち支持の振動子の温度特性を片
持ち支持の振動子の出力により補正し、両持ち支持の振
動子を形成しているダイヤフラム面に働く圧力を正しく
出力することもできる。
において、干渉計測用光ファイバの他端にレーザダイオ
ードを接続するとともに、その接続部の手前に光方向性
結合器を並設し、この光方向性結合器に受光器を接続し
たことを特徴とする。また、これらの発明において、両
持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じて変形するダイ
ヤフラム面に形成し、また温度検出用の片持ち支持の振
動子を前記該圧力及び温度に応じて変形する振動子の近
傍に配設し、それぞれの振動子をマイクロプロセッサに
入力することにより両持ち支持の振動子の温度特性を片
持ち支持の振動子の出力により補正し、両持ち支持の振
動子を形成しているダイヤフラム面に働く圧力を正しく
出力することもできる。
【０００８】
【作用】第１の発明においては、振動子の振動面に対し
てほぼ垂直に支持された干渉計測用の光ファイバの端面
からレーザ光が振動子に入射され、振動子からの反射光
が再び光ファイバに入射される。光ファイバ内では振動
子からの反射光と光ファイバ端面からの反射光が互いに
干渉して干渉光が得られる。また、計測用光ファイバの
近傍に光パルス供給用の光ファイバが配設されたことに
より、光パルスが計測用光と同軸的に振動子の振動面へ
送られる。ここで、干渉計測用光ファイバがシングルモ
ード光ファイバとされたことにより、干渉光の伝送が可
能になる。
てほぼ垂直に支持された干渉計測用の光ファイバの端面
からレーザ光が振動子に入射され、振動子からの反射光
が再び光ファイバに入射される。光ファイバ内では振動
子からの反射光と光ファイバ端面からの反射光が互いに
干渉して干渉光が得られる。また、計測用光ファイバの
近傍に光パルス供給用の光ファイバが配設されたことに
より、光パルスが計測用光と同軸的に振動子の振動面へ
送られる。ここで、干渉計測用光ファイバがシングルモ
ード光ファイバとされたことにより、干渉光の伝送が可
能になる。
【０００９】第２の発明においては、干渉計測用光ファ
イバの周囲に光パルス供給用光ファイバが複数本同軸上
に配設されて光ファイババンドルが形成され、各光パル
ス供給用光ファイバごとに光パルスが干渉計測用光と同
軸的に振動子の振動面へ送られる。
イバの周囲に光パルス供給用光ファイバが複数本同軸上
に配設されて光ファイババンドルが形成され、各光パル
ス供給用光ファイバごとに光パルスが干渉計測用光と同
軸的に振動子の振動面へ送られる。
【００１０】第３の発明においては、干渉計測用光ファ
イバの周囲に、干渉計測用光ファイバよりも屈折率の小
さい透光材により光パルス供給用光ファイバのコアが形
成され、その周囲にさらに屈折率の小さい透光材により
光パルス供給用光ファイバのクラッドが形成されたこと
により、全体で１本の光ファイバにまとめられる。
イバの周囲に、干渉計測用光ファイバよりも屈折率の小
さい透光材により光パルス供給用光ファイバのコアが形
成され、その周囲にさらに屈折率の小さい透光材により
光パルス供給用光ファイバのクラッドが形成されたこと
により、全体で１本の光ファイバにまとめられる。
【００１１】第４の発明においては、干渉計測用光ファ
イバの他端に接続されたレーザダイオードからレーザ光
が入射されるとともに、その接続部の手前に並設された
光方向性結合器より干渉光が分離されて受光器に入射さ
れる。また、両持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じ
て変形するダイヤフラム面に形成し、また温度検出用の
片持ち支持の振動子を前記該圧力及び温度に応じて変形
する振動子の近傍に配設し、それぞれの振動子をマイク
ロプロセッサに入力することにより両持ち支持の振動子
の温度特性を片持ち支持の振動子の出力により補正し、
両持ち支持の振動子を形成しているダイヤフラム面に働
く圧力を正しく出力することが可能となる。
イバの他端に接続されたレーザダイオードからレーザ光
が入射されるとともに、その接続部の手前に並設された
光方向性結合器より干渉光が分離されて受光器に入射さ
れる。また、両持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じ
て変形するダイヤフラム面に形成し、また温度検出用の
片持ち支持の振動子を前記該圧力及び温度に応じて変形
する振動子の近傍に配設し、それぞれの振動子をマイク
ロプロセッサに入力することにより両持ち支持の振動子
の温度特性を片持ち支持の振動子の出力により補正し、
両持ち支持の振動子を形成しているダイヤフラム面に働
く圧力を正しく出力することが可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に係る実施例の構成を示すブロック図
である。図において、１は振動子であり、光ファイバ２
を介して、信号処理部３と接続されている。光ファイバ
２は、干渉光を伝送するシングルモードの光ファイバ２
１を中心にし、その外側を光パルスを伝送する複数の光
ファイバ２２を同軸上にバンドルして形成したものであ
る。
る。図１は本発明に係る実施例の構成を示すブロック図
である。図において、１は振動子であり、光ファイバ２
を介して、信号処理部３と接続されている。光ファイバ
２は、干渉光を伝送するシングルモードの光ファイバ２
１を中心にし、その外側を光パルスを伝送する複数の光
ファイバ２２を同軸上にバンドルして形成したものであ
る。
【００１３】この光ファイバ２は、信号処理部３内で光
ファイバ２１と光ファイバ２２に分離され、光ファイバ
２２は、レーザダイオード３２に接続されて、レーザダ
イオード３２から出射される光パルスを、振動子１へ送
る。光ファイバ２１は、レーザダイオード３１に接続さ
れて、レーザダイオード３１から出射されるレーザ光
を、振動子１へ送る。また、分離されている部分の光フ
ァイバ２１には、同じくシングルモードの光ファイバか
らなる光方向性結合器（導波路）３３が平行に配設され
ている。
ファイバ２１と光ファイバ２２に分離され、光ファイバ
２２は、レーザダイオード３２に接続されて、レーザダ
イオード３２から出射される光パルスを、振動子１へ送
る。光ファイバ２１は、レーザダイオード３１に接続さ
れて、レーザダイオード３１から出射されるレーザ光
を、振動子１へ送る。また、分離されている部分の光フ
ァイバ２１には、同じくシングルモードの光ファイバか
らなる光方向性結合器（導波路）３３が平行に配設され
ている。
【００１４】この光方向性結合器３３は、振動子１から
の反射光と光ファイバ２１の端面からの反射光が互いに
干渉して得られる干渉信号光を光ファイバ２１から分離
して受光器３４へ送る。受光器３４は干渉信号光を電気
信号に変換して、アンプ３５へ送る。アンプ３５はその
電気信号を増幅して、パルスカウンタ３６へ送る。パル
スカウンタ３６は、信号中のパルスをカウントしてマイ
クロプロセッサ３７へ送る。マイクロプロセッサ３７
は、入力されたパルスのカウント数に基づき、測定対象
の物理量を算出して、Ｄ／Ａ変換器３８へ送る。
の反射光と光ファイバ２１の端面からの反射光が互いに
干渉して得られる干渉信号光を光ファイバ２１から分離
して受光器３４へ送る。受光器３４は干渉信号光を電気
信号に変換して、アンプ３５へ送る。アンプ３５はその
電気信号を増幅して、パルスカウンタ３６へ送る。パル
スカウンタ３６は、信号中のパルスをカウントしてマイ
クロプロセッサ３７へ送る。マイクロプロセッサ３７
は、入力されたパルスのカウント数に基づき、測定対象
の物理量を算出して、Ｄ／Ａ変換器３８へ送る。
【００１５】Ｄ／Ａ変換器３８は、入力された物理量を
アナログ信号に変換し、信号処理部３より外部へ出力す
る。この実施例では、振動子１と信号処理部３までの間
が光ファイバ２により接続されているため、その間にお
いて電気的ノイズが侵入することなく、測定対象の振動
を高精度で検出することができる。なお、この実施例で
は、振動子１により、温度と圧力を測定する。
アナログ信号に変換し、信号処理部３より外部へ出力す
る。この実施例では、振動子１と信号処理部３までの間
が光ファイバ２により接続されているため、その間にお
いて電気的ノイズが侵入することなく、測定対象の振動
を高精度で検出することができる。なお、この実施例で
は、振動子１により、温度と圧力を測定する。
【００１６】図２は、図１の振動子１の機械的構造を示
すための分解斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面
図であり、図４および図５は図２のＢ−Ｂ線断面図であ
る。図において、振動子１は、上面ウエハ４上にスリッ
トにより切断・形成された温度計測用のカンチレバー４
１と、圧力測定用の両端固定ビーム４２により構成され
る。この上面ウエハ４は下面ウエハ５と融着により接続
されて一体となる。下面ウエハ５は、下方に開放された
箱型の形状をして、板厚の薄い上面がダイヤフラム５１
となり内部がチャンバ５２となる。
すための分解斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面
図であり、図４および図５は図２のＢ−Ｂ線断面図であ
る。図において、振動子１は、上面ウエハ４上にスリッ
トにより切断・形成された温度計測用のカンチレバー４
１と、圧力測定用の両端固定ビーム４２により構成され
る。この上面ウエハ４は下面ウエハ５と融着により接続
されて一体となる。下面ウエハ５は、下方に開放された
箱型の形状をして、板厚の薄い上面がダイヤフラム５１
となり内部がチャンバ５２となる。
【００１７】また、ダイヤフラム５１上面の、カンチレ
バー４１および両端固定ビーム４２と当接する部分に
は、キャビティ５３が形成されて、カンチレバー４１お
よび両端固定ビーム４２の振動がダイヤフラム５１に干
渉することを防止する。これらは、シリコン材等を用い
た半導体加工技術によって作成される。次に、これら各
部の動作について説明する。チャンバ５２には、圧力測
定対象の流体が引き込まれ、その圧力の大きさに応じて
ダイヤフラム５１に歪みが生じ、上方または下方へたわ
む。
バー４１および両端固定ビーム４２と当接する部分に
は、キャビティ５３が形成されて、カンチレバー４１お
よび両端固定ビーム４２の振動がダイヤフラム５１に干
渉することを防止する。これらは、シリコン材等を用い
た半導体加工技術によって作成される。次に、これら各
部の動作について説明する。チャンバ５２には、圧力測
定対象の流体が引き込まれ、その圧力の大きさに応じて
ダイヤフラム５１に歪みが生じ、上方または下方へたわ
む。
【００１８】同時に、ダイヤフラム５１と一体の上面ウ
エハ４もともに変形する。図４は、ダイヤフラム５１に
歪みが生じてない状態の上面ウエハ４を示し、図５はチ
ャンバ５２の圧力が上昇してダイヤフラム５１が上方に
歪んだ場合の上面ウエハ４の形状を示す。ここで、上面
ウエハ４の中央部に形成された両端固定ビーム４２は、
上面ウエハ４の上方に端面がほぼ垂直に位置する光ファ
イバ２２から光パルスが照射されると、その光熱作用に
より周期的に下方へ押圧されて、ミクロンオーダの振動
を発生する。両端固定ビーム４２は、その寸法や剛性に
応じた機械的共振周波数を有するため、光パルスの周期
と一致すると、図４、図５に示されるように、共振を発
生する。
エハ４もともに変形する。図４は、ダイヤフラム５１に
歪みが生じてない状態の上面ウエハ４を示し、図５はチ
ャンバ５２の圧力が上昇してダイヤフラム５１が上方に
歪んだ場合の上面ウエハ４の形状を示す。ここで、上面
ウエハ４の中央部に形成された両端固定ビーム４２は、
上面ウエハ４の上方に端面がほぼ垂直に位置する光ファ
イバ２２から光パルスが照射されると、その光熱作用に
より周期的に下方へ押圧されて、ミクロンオーダの振動
を発生する。両端固定ビーム４２は、その寸法や剛性に
応じた機械的共振周波数を有するため、光パルスの周期
と一致すると、図４、図５に示されるように、共振を発
生する。
【００１９】また、両端固定ビーム４２と近接して上面
ウエハ４上に形成されているカンチレバー４１も、同様
に固有の共振周波数を有するため、光パルスにより振動
を発生し、その周期が光パルスの周期と一致すると共振
を発生する。特に、この両端固定ビーム４２は、両端が
ダイヤフラム５１と一体に支持されているため、ダイヤ
フラム５１の歪みに応じて共振周波数が増減する。すな
わち、これらチャンバ５２の圧力と両端固定ビーム４２
の共振周波数の間には、図６に示す関係が得られること
から、両端固定ビーム４２の共振周波数を測定すること
で、チャンバ５２の圧力を求めることができる
ウエハ４上に形成されているカンチレバー４１も、同様
に固有の共振周波数を有するため、光パルスにより振動
を発生し、その周期が光パルスの周期と一致すると共振
を発生する。特に、この両端固定ビーム４２は、両端が
ダイヤフラム５１と一体に支持されているため、ダイヤ
フラム５１の歪みに応じて共振周波数が増減する。すな
わち、これらチャンバ５２の圧力と両端固定ビーム４２
の共振周波数の間には、図６に示す関係が得られること
から、両端固定ビーム４２の共振周波数を測定すること
で、チャンバ５２の圧力を求めることができる
【００２０】また、カンチレバー４１の共振周波数は、
片持ち支持であるため、共振周波数がダイヤフラム５１
の歪みと無関係であり、温度のみによって変化する。こ
のようにして、カンチレバー４１および両端固定ビーム
４２に、それぞれ固有の振動数で発生した振動は、同じ
く、上方に位置する光ファイバ２１から送られてくる干
渉信号光により検出される。すなわち、光ファイバ２１
からレバー４１、ビーム４２の振動面にコーヒレントな
干渉信号光が入射され、それが反射して光ファイバ２１
へ入射される。さらに、光ファイバ２１内でも、その端
面で干渉信号光が反射する。この２種類の反射光は、互
いに干渉し、光ファイバ２１の端面からレバー４１、ビ
ーム４２の振動面までの距離が波長の２分の１の整数倍
であるとき最大の定常波が発生する。
片持ち支持であるため、共振周波数がダイヤフラム５１
の歪みと無関係であり、温度のみによって変化する。こ
のようにして、カンチレバー４１および両端固定ビーム
４２に、それぞれ固有の振動数で発生した振動は、同じ
く、上方に位置する光ファイバ２１から送られてくる干
渉信号光により検出される。すなわち、光ファイバ２１
からレバー４１、ビーム４２の振動面にコーヒレントな
干渉信号光が入射され、それが反射して光ファイバ２１
へ入射される。さらに、光ファイバ２１内でも、その端
面で干渉信号光が反射する。この２種類の反射光は、互
いに干渉し、光ファイバ２１の端面からレバー４１、ビ
ーム４２の振動面までの距離が波長の２分の１の整数倍
であるとき最大の定常波が発生する。
【００２１】これら定常波の周波数間隔（モード間隔）
の経時変化を監視することにより、レバー４１およびビ
ーム４２の振動による位相の変化を検出して振動数を測
定することができる。こうして得られたレバー４１の振
動数から、予め用意されている両者の関係式にもとづき
レバー４１の温度が算出され、同様にして、ビーム４２
の振動数からチャンバ５２の圧力が算出される。また、
必要によってはこの温度を用いて、算出された圧力の値
を温度補正することも可能である。これらは周知の光振
動子の動作原理であり、実施例で測定した温度、圧力以
外にも、各種の物理量の測定に用いることができる。
の経時変化を監視することにより、レバー４１およびビ
ーム４２の振動による位相の変化を検出して振動数を測
定することができる。こうして得られたレバー４１の振
動数から、予め用意されている両者の関係式にもとづき
レバー４１の温度が算出され、同様にして、ビーム４２
の振動数からチャンバ５２の圧力が算出される。また、
必要によってはこの温度を用いて、算出された圧力の値
を温度補正することも可能である。これらは周知の光振
動子の動作原理であり、実施例で測定した温度、圧力以
外にも、各種の物理量の測定に用いることができる。
【００２２】図７は、振動子１と光ファイバ２との接続
部を示す断面図であり、図８は図７の光ファイバ２の横
断面図である。図７に示されるように、光ファイバ２
は、その光軸が振動子１と垂直になるように支持される
とともに、光ファイバ２の端面と振動子１との間は、振
動子１の振動が光ファイバ２の端面と干渉しないように
充分な間隔が確保されている。光ファイバ２の中心部に
配設された光ファイバ２１からはレーザ光が振動子１へ
送られ、さらのその振動子１からの反射光が光ファイバ
２１へ入射される。光ファイバ２１の外側にバンドルさ
れた複数の光ファイバ２２からは光パルスが振動子１へ
送られる。
部を示す断面図であり、図８は図７の光ファイバ２の横
断面図である。図７に示されるように、光ファイバ２
は、その光軸が振動子１と垂直になるように支持される
とともに、光ファイバ２の端面と振動子１との間は、振
動子１の振動が光ファイバ２の端面と干渉しないように
充分な間隔が確保されている。光ファイバ２の中心部に
配設された光ファイバ２１からはレーザ光が振動子１へ
送られ、さらのその振動子１からの反射光が光ファイバ
２１へ入射される。光ファイバ２１の外側にバンドルさ
れた複数の光ファイバ２２からは光パルスが振動子１へ
送られる。
【００２３】図９は、振動子１と信号処理部３を接続す
る光ファイバの他の実施例を示す断面図とその屈折率の
分布図である。この光ファイバ６は、中心部に屈折率の
最も大きい干渉計測用の光ファイバ６１を配置し、その
周囲に光ファイバ６１よりも屈折率の小さい、光パルス
供給用光ファイバのコア部６２を形成し、その周囲にさ
らに屈折率の小さい、光パルス供給用光ファイバのクラ
ッド部６３を形成したものである。なお、コア部６２
は、光ファイバ６１のクラッドをかねている。この実施
例では、干渉計測用光ファイバと光パルス供給用光ファ
イバが１本の光ファイバ６にまとめたことにより、光フ
ァイバの引き回しが容易になるとともに、光量が充分な
光パルスを振動子１の振動面へ送ることができる。
る光ファイバの他の実施例を示す断面図とその屈折率の
分布図である。この光ファイバ６は、中心部に屈折率の
最も大きい干渉計測用の光ファイバ６１を配置し、その
周囲に光ファイバ６１よりも屈折率の小さい、光パルス
供給用光ファイバのコア部６２を形成し、その周囲にさ
らに屈折率の小さい、光パルス供給用光ファイバのクラ
ッド部６３を形成したものである。なお、コア部６２
は、光ファイバ６１のクラッドをかねている。この実施
例では、干渉計測用光ファイバと光パルス供給用光ファ
イバが１本の光ファイバ６にまとめたことにより、光フ
ァイバの引き回しが容易になるとともに、光量が充分な
光パルスを振動子１の振動面へ送ることができる。
【００２４】また、本発明の両実施例は、干渉計測用光
ファイバの周囲に光パルス供給用光ファイバを同軸状に
配置して形成した光ファイバを、光振動子と接続したこ
とで、充分な光量の光パルスおよび干渉計測用光を振動
子へ供給することを可能にした。そのため、従来の単一
の光ファイバを用いたのでは、光量不足のために光振動
子センサを用いた圧力および温度測定用のセンサの製作
が不可能であったものが、これら光ファイバを用いたこ
とで、製作可能にすることができた。
ファイバの周囲に光パルス供給用光ファイバを同軸状に
配置して形成した光ファイバを、光振動子と接続したこ
とで、充分な光量の光パルスおよび干渉計測用光を振動
子へ供給することを可能にした。そのため、従来の単一
の光ファイバを用いたのでは、光量不足のために光振動
子センサを用いた圧力および温度測定用のセンサの製作
が不可能であったものが、これら光ファイバを用いたこ
とで、製作可能にすることができた。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように第１の発明によれば、
端面が振動子の振動面に対してほぼ垂直に支持した光フ
ァイバにより干渉計測用のレーザ光を振動子に送るとと
もに、この計測用光ファイバの近傍に配設した光ファイ
バにより振動子に光パルスを照射することにより、電気
的ノイズに妨害されることなく、振動子の振動周波数に
対応する物理量を高精度に測定することができる。また
ここで、干渉計測用光ファイバをシングルモード光ファ
イバとすることにより、干渉計測用レーザ光の伝送が可
能になる。
端面が振動子の振動面に対してほぼ垂直に支持した光フ
ァイバにより干渉計測用のレーザ光を振動子に送るとと
もに、この計測用光ファイバの近傍に配設した光ファイ
バにより振動子に光パルスを照射することにより、電気
的ノイズに妨害されることなく、振動子の振動周波数に
対応する物理量を高精度に測定することができる。また
ここで、干渉計測用光ファイバをシングルモード光ファ
イバとすることにより、干渉計測用レーザ光の伝送が可
能になる。
【００２６】第２の発明によれば、干渉計測用光ファイ
バの周囲に光パルス供給用光ファイバを複数本同軸上に
配設して光ファイババンドルを形成したことにより、充
分な光量の光パルスを振動子の振動面へ送ることができ
る。
バの周囲に光パルス供給用光ファイバを複数本同軸上に
配設して光ファイババンドルを形成したことにより、充
分な光量の光パルスを振動子の振動面へ送ることができ
る。
【００２７】第３の発明によれば、干渉計測用光ファイ
バの周囲に、干渉計測用光ファイバよりも屈折率の小さ
い透光材により光パルス供給用光ファイバのコアを形成
し、その周囲にさらに屈折率の小さい透光材により光パ
ルス供給用光ファイバのクラッドを形成したことによ
り、干渉計測用光ファイバと光パルス供給用光ファイバ
が１本にまとめられて、光ファイバの引き回しが容易に
なるとともに、充分な光量の光パルスを振動子の振動面
へ送ることができる。
バの周囲に、干渉計測用光ファイバよりも屈折率の小さ
い透光材により光パルス供給用光ファイバのコアを形成
し、その周囲にさらに屈折率の小さい透光材により光パ
ルス供給用光ファイバのクラッドを形成したことによ
り、干渉計測用光ファイバと光パルス供給用光ファイバ
が１本にまとめられて、光ファイバの引き回しが容易に
なるとともに、充分な光量の光パルスを振動子の振動面
へ送ることができる。
【００２８】第４の発明によれば、干渉計測用光ファイ
バの他端にレーザダイオードを接続するとともに、その
接続部の手前に光方向性結合器を並設し、この光方向性
結合器に受光器を接続したことにより、干渉光を干渉計
測用光ファイバから容易に分離して受光器へ入射するこ
とが可能になる。また、本発明にかかる光振動子センサ
において、両持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じて
変形するダイヤフラム面に形成し、また温度検出用の片
持ち支持の振動子を前記該圧力及び温度に応じて変形す
る振動子の近傍に配設し、それぞれの振動子をマイクロ
プロセッサに入力することにより両持ち支持の振動子の
温度特性を片持ち支持の振動子の出力により補正し、両
持ち支持の振動子を形成しているダイヤフラム面に働く
圧力を高精度に測定することができる。
バの他端にレーザダイオードを接続するとともに、その
接続部の手前に光方向性結合器を並設し、この光方向性
結合器に受光器を接続したことにより、干渉光を干渉計
測用光ファイバから容易に分離して受光器へ入射するこ
とが可能になる。また、本発明にかかる光振動子センサ
において、両持ち支持の振動子を圧力及び温度に応じて
変形するダイヤフラム面に形成し、また温度検出用の片
持ち支持の振動子を前記該圧力及び温度に応じて変形す
る振動子の近傍に配設し、それぞれの振動子をマイクロ
プロセッサに入力することにより両持ち支持の振動子の
温度特性を片持ち支持の振動子の出力により補正し、両
持ち支持の振動子を形成しているダイヤフラム面に働く
圧力を高精度に測定することができる。
【図１】本発明に係る実施例の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図２】図１の振動子の機械的構造を示す分解斜視図で
ある。
ある。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】圧力と周波数の関係を示すグラフである。
【図７】図１の振動子と光ファイバとの接続部を示す断
面図である。
面図である。
【図８】図７の光ファイバの横断面図である。
【図９】光ファイバの他の実施例の構造を示す説明図で
ある。
ある。
【図１０】従来例の説明図である。
【図１１】従来例の説明図である。
１ 振動子 ２ 光ファイバ ３ 信号処理部 ４ 上面ウエハ ５ 下面ウエハ ６，２１，２２ 光ファイバ ３１，３２ レーザダイオード ３３ 光方向性結合器 ３４ 受光器 ３５ アンプ ３６ パルスカウンタ ３７ マイクロプロセッサ ３８ Ｄ／Ａ変換器 ４１ カンチレバー ４２ 両端固定ビーム ５１ ダイヤフラム ５２ チャンバ ５３ キャビティ ６１ 光ファイバ ６２ コア部 ６３ クラッド部
Claims (6)
- 【請求項１】 両持ちまたは片持ちにより支持された振
動子の振動面に、光パルスを照射して共振を発生させる
とともに、振動子の振動をレーザ光を用いた干渉計測に
より検出して振動子の振動周波数を求めることにより、
振動子の振動周波数に対応する物理量を測定する光振動
子センサにおいて、端面が振動子の振動面に対してほぼ
垂直に支持されて干渉計測用のレーザ光を振動子に送る
光ファイバと、この計測用光ファイバの近傍に配設され
て振動子に光パルスを照射する光ファイバとを備えたこ
とを特徴とする光振動子センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の光振動子センサにおい
て、干渉計測用光ファイバをシングルモード光ファイバ
とした光振動子センサ。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の光振動子
センサにおいて、干渉計測用光ファイバの周囲に光パル
ス供給用光ファイバを同軸上に配設して光ファイババン
ドルを形成したことを特徴とする光振動子センサ。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２記載の光振動子
センサにおいて、干渉計測用光ファイバの周囲に、干渉
計測用光ファイバよりも屈折率の小さい透光材により光
パルス供給用光ファイバのコアを形成し、その周囲にさ
らに屈折率の小さい透光材により光パルス供給用光ファ
イバのクラッドを形成したことを特徴とする光振動子セ
ンサ。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれか１項に
記載の光振動子センサにおいて、干渉計測用光ファイバ
の他端にレーザダイオードを接続するとともに、その接
続部の手前に光方向性結合器を並設し、この光方向性結
合器に受光器を接続したことを特徴とする光振動子セン
サ。 - 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれか１項に
記載の光振動子センサにおいて、両持ち支持の振動子を
圧力及び温度に応じて変形するダイヤフラム面に形成
し、また温度検出用の片持ち支持の振動子を前記該圧力
及び温度に応じて変形する振動子の近傍に配設し、それ
ぞれの振動子をマイクロプロセッサに入力することによ
り両持ち支持の振動子の温度特性を片持ち支持の振動子
の出力により補正し、両持ち支持の振動子を形成してい
るダイヤフラム面に働く圧力を正しく出力することを特
徴とした光振動子センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6305539A JPH08145831A (ja) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | 光振動子センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6305539A JPH08145831A (ja) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | 光振動子センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145831A true JPH08145831A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=17946381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6305539A Withdrawn JPH08145831A (ja) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | 光振動子センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08145831A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006106874A1 (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | National University Corporation Gunma University | カンチレバー型センサ |
| JP2007085953A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Canon Inc | 振動センサ、振動センサを用いた真空計および測定方法 |
-
1994
- 1994-11-15 JP JP6305539A patent/JPH08145831A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006106874A1 (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | National University Corporation Gunma University | カンチレバー型センサ |
| JP2006284391A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Gunma Univ | カンチレバー型センサ |
| JP2007085953A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Canon Inc | 振動センサ、振動センサを用いた真空計および測定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |