JPS6035234A - 圧力計測装置 - Google Patents
圧力計測装置Info
- Publication number
- JPS6035234A JPS6035234A JP14424283A JP14424283A JPS6035234A JP S6035234 A JPS6035234 A JP S6035234A JP 14424283 A JP14424283 A JP 14424283A JP 14424283 A JP14424283 A JP 14424283A JP S6035234 A JPS6035234 A JP S6035234A
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- JP
- Japan
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- pressure
- light
- crystal plate
- photoluminescence
- measuring device
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明はフォトルミネッセンスによる発光を利用した圧
力計測装置に関するものである。
力計測装置に関するものである。
従来技術とその問題点
従来の圧力計測装置としてはシリコンによってダイヤフ
ラムを形成すると共にその表面上に抵抗体を形成し、圧
力変化に基づくダイヤプラムの形状の変化を抵抗体を流
れる電流値の変化によって検出するものや、圧力によっ
て可動する電極間の静電容量変化を利用したものが知ら
れている。しかしこれらは電気的変化を利用するため高
周波や磁界の生じている環境下では使用することができ
ないという欠点があった。叉ブルドン管を利用して機械
的な変化に基づいて圧力レベルを検出する圧力計測装置
も知られているが、センサ部の機構が複雑であるため小
型化が困難であるという問題点があった。
ラムを形成すると共にその表面上に抵抗体を形成し、圧
力変化に基づくダイヤプラムの形状の変化を抵抗体を流
れる電流値の変化によって検出するものや、圧力によっ
て可動する電極間の静電容量変化を利用したものが知ら
れている。しかしこれらは電気的変化を利用するため高
周波や磁界の生じている環境下では使用することができ
ないという欠点があった。叉ブルドン管を利用して機械
的な変化に基づいて圧力レベルを検出する圧力計測装置
も知られているが、センサ部の機構が複雑であるため小
型化が困難であるという問題点があった。
そこで近年の光フアイバ応用技術の発達によってダイヤ
フラムに光を照射し、その反射強度の変化に基づいて圧
力を測定する方法や、光ファイバを折り晶げてセンサと
し、圧力によってその光透過量の変化を検知するマイク
ロベンディングによる方法、更には光フアイバ間に設け
られた遮蔽板による光路の遮断によって圧力変化を検出
する圧力センサが提案されている。しがしこれらはいず
れも入力波長と出力波長が同一であるため信号の分離が
困難であり、叉分波器を要すると共に光ファイバが投受
光用に二本必要であるため構造が複雑となり、叉計測器
として使用した場合も回路が複雑になるという問題点が
あった。
フラムに光を照射し、その反射強度の変化に基づいて圧
力を測定する方法や、光ファイバを折り晶げてセンサと
し、圧力によってその光透過量の変化を検知するマイク
ロベンディングによる方法、更には光フアイバ間に設け
られた遮蔽板による光路の遮断によって圧力変化を検出
する圧力センサが提案されている。しがしこれらはいず
れも入力波長と出力波長が同一であるため信号の分離が
困難であり、叉分波器を要すると共に光ファイバが投受
光用に二本必要であるため構造が複雑となり、叉計測器
として使用した場合も回路が複雑になるという問題点が
あった。
発明の目的
本発明は従来の圧力センサを用いた圧力計測装置の問題
点を解消するものであって、フォトルミネッセンスによ
って圧力を計測する新規な圧力計測装置を提供するもの
である。
点を解消するものであって、フォトルミネッセンスによ
って圧力を計測する新規な圧力計測装置を提供するもの
である。
発明の構成と効果
本発明は圧力検出用の開口部を有するステム上に該開口
部を取り囲んで密閉されフォトルミネッセンス発光をす
る結晶板と、結晶板の表面を照射して結晶板を励起させ
る光照射手段と、光照射手段によって生じたルミネッセ
ンス光の発光状態の変化を検出する検出手段と、圧力変
化に基づく検出手段の検出値をあらかじめ記憶する記憶
手段と、検出手段による検出量を記憶手段の記憶値と比
較して圧力を演算する演算手段と、を具備することを特
徴とするものである。
部を取り囲んで密閉されフォトルミネッセンス発光をす
る結晶板と、結晶板の表面を照射して結晶板を励起させ
る光照射手段と、光照射手段によって生じたルミネッセ
ンス光の発光状態の変化を検出する検出手段と、圧力変
化に基づく検出手段の検出値をあらかじめ記憶する記憶
手段と、検出手段による検出量を記憶手段の記憶値と比
較して圧力を演算する演算手段と、を具備することを特
徴とするものである。
このような特徴を有する本発明によれば、フォトルミネ
ッセンス光の発光状態の変化に基ツいてステムにかかる
圧力を検出しているので情報の伝達にフォトルミネッセ
ンス光が用いられるため、圧力センサ部に高周波や磁界
が発生する場所にも設置することができ安定な測定が可
能となる。叉励起用に与える励起光とフォトルミネッセ
ンス光の波長は全く異なるため入出力の分離は極めて容
易であり、光ファイバを伝送路として使用する場合には
励起光及びフォトルミネッセンス光に共通の伝送路とし
て用いることができ、プローブを単線化することができ
る。叉センサ部を極めて小型。
ッセンス光の発光状態の変化に基ツいてステムにかかる
圧力を検出しているので情報の伝達にフォトルミネッセ
ンス光が用いられるため、圧力センサ部に高周波や磁界
が発生する場所にも設置することができ安定な測定が可
能となる。叉励起用に与える励起光とフォトルミネッセ
ンス光の波長は全く異なるため入出力の分離は極めて容
易であり、光ファイバを伝送路として使用する場合には
励起光及びフォトルミネッセンス光に共通の伝送路とし
て用いることができ、プローブを単線化することができ
る。叉センサ部を極めて小型。
軽量化することが可能であり、必要に応じて計測部とセ
ンサ部とを分離することが容易になる。
ンサ部とを分離することが容易になる。
実施例の説明
第1図は本発明による圧力計測装置のセン号部分を示す
原理図である。本図においてステムl上にその開口部を
取り囲んで密閉された物質2を設ける。この物質2は入
射された光によってフォトルミネッセンス発光をする物
質を用いるものとする。そして図示のようにその物質の
上面にレーザ光源3よりレーザ光を照射すると、物質2
はレーザ光のエネルギーを吸収した後フォトルミネッセ
ンス光を発する。このフォトルミネッセンス光の波長は
物質2のエネルギーギャップに依存する。
原理図である。本図においてステムl上にその開口部を
取り囲んで密閉された物質2を設ける。この物質2は入
射された光によってフォトルミネッセンス発光をする物
質を用いるものとする。そして図示のようにその物質の
上面にレーザ光源3よりレーザ光を照射すると、物質2
はレーザ光のエネルギーを吸収した後フォトルミネッセ
ンス光を発する。このフォトルミネッセンス光の波長は
物質2のエネルギーギャップに依存する。
従って物質2に圧力が加わって格子歪を受けた場合には
、その格子間隔や結晶性が変化を起こし、フォトルミネ
ッセンス光の出力に変調を与えることとなる。第1図に
示すように物質2の上面を薄(ダイヤフラム状に形成す
るものとすれば、ステム1より加わった圧力によって図
中に破線で示すように物質2の表面の結晶格子が伸びる
。このためフォトルミネッセンスによる発光は長波長側
に移ることとなる。例えば励起光としてアルゴンレーザ
の514.5nmの波長によりGaAsの(100)の
単結晶を励起した場合には840〜850nmのフォト
ルミネッセンス発光を生じる。従ってこのGaAs1結
晶に第1図に示す物質のように異方性エツチングにより
その中央部分にダイヤフラムを形成し、ステム1からの
圧力によって結晶が変化を受&J易いような構造とすれ
ば、圧力変化によって第2図(a)、 (b)に示すよ
うにフォトルミネッセンス光の波長は長くまた輝度は小
さくなる。このダイヤフラムを例えば数十μに加工すれ
ば約Q、5kg/calまでの圧力測定が可能となり、
更に高い圧力を測定する場合にはダイヤフラム部分を厚
くすることによって検知することができる。
、その格子間隔や結晶性が変化を起こし、フォトルミネ
ッセンス光の出力に変調を与えることとなる。第1図に
示すように物質2の上面を薄(ダイヤフラム状に形成す
るものとすれば、ステム1より加わった圧力によって図
中に破線で示すように物質2の表面の結晶格子が伸びる
。このためフォトルミネッセンスによる発光は長波長側
に移ることとなる。例えば励起光としてアルゴンレーザ
の514.5nmの波長によりGaAsの(100)の
単結晶を励起した場合には840〜850nmのフォト
ルミネッセンス発光を生じる。従ってこのGaAs1結
晶に第1図に示す物質のように異方性エツチングにより
その中央部分にダイヤフラムを形成し、ステム1からの
圧力によって結晶が変化を受&J易いような構造とすれ
ば、圧力変化によって第2図(a)、 (b)に示すよ
うにフォトルミネッセンス光の波長は長くまた輝度は小
さくなる。このダイヤフラムを例えば数十μに加工すれ
ば約Q、5kg/calまでの圧力測定が可能となり、
更に高い圧力を測定する場合にはダイヤフラム部分を厚
くすることによって検知することができる。
第3図は本発明による圧力センサの全体構成を示すブロ
ック図である。本図においてフォトルミネッセンスを起
こす物質を励起するための励起用光源4が設けられ、そ
の光源から得られる光は伝送路5を介して結晶板6に与
えられる。この光源4はアルゴンレーザやヘリウムネオ
ンレーザ等の気体レーザであってもよ< 、AlGaA
s等の化合物半導体を使った半導体レーザや発光ダイオ
ードであってもよい。但し励起光源4の種類によってそ
の光エネルギーに対して結晶板6のエネルギーギャップ
がより小さいものを選択する必要がある。例えば結晶板
6としてGaAsを使用する場合には前述した気体レー
ザや可視長の半導体レーザ、発光ダイオード等を用いる
ことができるが、結1品板6としてGaPを使った場合
にはアルゴンレーザの488゜Ons+や514.5n
mの励起光でないとフォトルミネッセンスが生じない。
ック図である。本図においてフォトルミネッセンスを起
こす物質を励起するための励起用光源4が設けられ、そ
の光源から得られる光は伝送路5を介して結晶板6に与
えられる。この光源4はアルゴンレーザやヘリウムネオ
ンレーザ等の気体レーザであってもよ< 、AlGaA
s等の化合物半導体を使った半導体レーザや発光ダイオ
ードであってもよい。但し励起光源4の種類によってそ
の光エネルギーに対して結晶板6のエネルギーギャップ
がより小さいものを選択する必要がある。例えば結晶板
6としてGaAsを使用する場合には前述した気体レー
ザや可視長の半導体レーザ、発光ダイオード等を用いる
ことができるが、結1品板6としてGaPを使った場合
にはアルゴンレーザの488゜Ons+や514.5n
mの励起光でないとフォトルミネッセンスが生じない。
結晶板6は単結晶のものであってもよく多結晶のもので
あってもよい。この結晶板6に測定すべき圧力を生ずる
圧力発生源7が第1図に示すように接続されており、そ
の結晶板6からのフォトルミネッセンス光が伝送路8を
介して検出回路9に与えられる。この計測装置が第2図
(blに示すように輝度の変化に基づいて圧力変化を検
出するものであれば、検出回路9ばこのフォトルミネッ
センス光を電気信号に変換する光電変換器が用いられ、
その出力は演算回路10に与えられる。又この圧力計測
装置が第2図fatに示すように波長の変化に基づいて
圧力を計測するものであれば、検出回路9はその波長の
変化領域内の異なる透過特性を有する複数のフィルタと
、夫々のフィルタの出力端に設けられる光電変換器が用
いられる。演算回路10には更に、輝度変化に基づく計
測の場合は与えられた励起光に対応して生ずる結晶板6
のフォトルミネッセンス光の光量を記憶し、波長変化に
基づく計測の場合は与えられた励起光に対応して出力を
生じる光電変換器の組合せのデータを記憶する既知関数
メモリ11が接続されており、その既知関数と比較する
ことによって圧力を算出するものである。演算回路10
の出力は圧力表示装置12に与えられて圧力発生源7の
圧力が表示される。
あってもよい。この結晶板6に測定すべき圧力を生ずる
圧力発生源7が第1図に示すように接続されており、そ
の結晶板6からのフォトルミネッセンス光が伝送路8を
介して検出回路9に与えられる。この計測装置が第2図
(blに示すように輝度の変化に基づいて圧力変化を検
出するものであれば、検出回路9ばこのフォトルミネッ
センス光を電気信号に変換する光電変換器が用いられ、
その出力は演算回路10に与えられる。又この圧力計測
装置が第2図fatに示すように波長の変化に基づいて
圧力を計測するものであれば、検出回路9はその波長の
変化領域内の異なる透過特性を有する複数のフィルタと
、夫々のフィルタの出力端に設けられる光電変換器が用
いられる。演算回路10には更に、輝度変化に基づく計
測の場合は与えられた励起光に対応して生ずる結晶板6
のフォトルミネッセンス光の光量を記憶し、波長変化に
基づく計測の場合は与えられた励起光に対応して出力を
生じる光電変換器の組合せのデータを記憶する既知関数
メモリ11が接続されており、その既知関数と比較する
ことによって圧力を算出するものである。演算回路10
の出力は圧力表示装置12に与えられて圧力発生源7の
圧力が表示される。
第4図は伝送路として光ファイバを用いた場合の実施例
である。光ファイバを用いた場合には、その伝送損失を
考慮すれば励起光源4としては近赤外領域で発光する発
光素子が適当であり、本実施例では発光ダイオード20
を用いている。発光ダイオード20の光出力は光ファイ
バ21を介して分岐器22に与えられる。分岐器22は
光ファイバを伝送する光をその波長の相違に基づいて分
岐させるものであって、発光ダイオード20から与えら
れる光はそのまま光ファイバ23を介してセンサ部24
に伝える。センサ部24は第5図にその拡大図を示すよ
うに、センサ用ステム25の開口部に設けられた半導体
結晶体26のダイヤフラム中央部分に光ファイバ23の
先端が対向するようにフレーム27によって固定された
構造を持つものである。結晶板26としては、発光効率
が高(、文具方性エツチングによりダイヤフラムを容易
に形成することができるので、AlGaAsやGaAs
の結晶板等の直接遷移で発光する化合物半導体が好まし
い。さて光ファイバ23を通じて照射された光によって
フォトルミネッセンス発光が起こると、そのフォトルミ
ネッセンス光が同しく光ファイバ23を通じて分岐器2
2に与えられる。分岐器22はこれを分岐して光フプイ
ハ28に与える。
である。光ファイバを用いた場合には、その伝送損失を
考慮すれば励起光源4としては近赤外領域で発光する発
光素子が適当であり、本実施例では発光ダイオード20
を用いている。発光ダイオード20の光出力は光ファイ
バ21を介して分岐器22に与えられる。分岐器22は
光ファイバを伝送する光をその波長の相違に基づいて分
岐させるものであって、発光ダイオード20から与えら
れる光はそのまま光ファイバ23を介してセンサ部24
に伝える。センサ部24は第5図にその拡大図を示すよ
うに、センサ用ステム25の開口部に設けられた半導体
結晶体26のダイヤフラム中央部分に光ファイバ23の
先端が対向するようにフレーム27によって固定された
構造を持つものである。結晶板26としては、発光効率
が高(、文具方性エツチングによりダイヤフラムを容易
に形成することができるので、AlGaAsやGaAs
の結晶板等の直接遷移で発光する化合物半導体が好まし
い。さて光ファイバ23を通じて照射された光によって
フォトルミネッセンス発光が起こると、そのフォトルミ
ネッセンス光が同しく光ファイバ23を通じて分岐器2
2に与えられる。分岐器22はこれを分岐して光フプイ
ハ28に与える。
光ファイバ28の先端には発光ダイオード20の励起光
をカットするフィルタ29及びフォトダイオード30が
接続される。このフィルタ29によってフォトルミネッ
センス光のみをフォトダイオード30に与えてSN比を
改善するようにしている。フォトダイオード30の出力
は検出回路31に与えられる。検出回路31はフォトダ
イオード30を駆動すると共に、その出力を増幅するも
のであって、その出力は演算回路32に与えられる。
をカットするフィルタ29及びフォトダイオード30が
接続される。このフィルタ29によってフォトルミネッ
センス光のみをフォトダイオード30に与えてSN比を
改善するようにしている。フォトダイオード30の出力
は検出回路31に与えられる。検出回路31はフォトダ
イオード30を駆動すると共に、その出力を増幅するも
のであって、その出力は演算回路32に与えられる。
演算回路32には前述の実施例と同様に既知関数のメモ
リ33が接続されており、このデータと比較することに
よって圧力を演算するものであって、演算された圧力は
圧力表示装置34によって表示される。
リ33が接続されており、このデータと比較することに
よって圧力を演算するものであって、演算された圧力は
圧力表示装置34によって表示される。
尚第4図の実施例では発光ダイオード2oによって連続
的に結晶板26を駆動するようにしているが、第6図(
alに示すように励起回路40によって断続的に結晶板
26を励起するようにすることもできる。そしてそのと
き第6図(blに示すようにフォトルミネッセンス光の
残光を圧力の関数となる信号として利用すればフィルタ
29を設ける必要はない。叉励起光とフォトルミネッセ
ンス光とが共にフォトダイオードの分光感度領域にある
場合には、一つのフォトダイオードと検知回路によって
励起光のモニタとフォトルミネッセンス光の処理とを行
うことが可能となる。
的に結晶板26を駆動するようにしているが、第6図(
alに示すように励起回路40によって断続的に結晶板
26を励起するようにすることもできる。そしてそのと
き第6図(blに示すようにフォトルミネッセンス光の
残光を圧力の関数となる信号として利用すればフィルタ
29を設ける必要はない。叉励起光とフォトルミネッセ
ンス光とが共にフォトダイオードの分光感度領域にある
場合には、一つのフォトダイオードと検知回路によって
励起光のモニタとフォトルミネッセンス光の処理とを行
うことが可能となる。
又、ここで説明した実施例では圧力の変化を波長又は輝
度の変化の関数として圧力を測定しているが、これらの
データを組合せて圧力を測定するようにすればより正確
に圧力を測定することが可能となる。
度の変化の関数として圧力を測定しているが、これらの
データを組合せて圧力を測定するようにすればより正確
に圧力を測定することが可能となる。
第1図は本発明による圧力計測装置のセンサ部分を示す
原理図、第2図ia)、 (b)は圧力に対する波長と
輝度の変化を示すグラフ、第3図は本発明による圧力計
測装置の構成を示すブロック図、第4図は光ファイバを
用いた圧力計測装置の一実施例を示すブロック図、第5
図はそのセンサ部分の拡大図、第6図は断続的に結晶板
を励起する場合の励起信号とフォトルミネッセンス光の
検出光を示すタイムチャートである。 1.25・−−−一−・−ステム 2−−−−一物質
4−−−−一励起光源 5.8−・−伝送路 6 、
26−−−−−−結晶板 7−・−圧力発生源 9 、
31−−−−一検出回路 10 、 32−一一一一
・−演算回路 11.33−一−−−−−既知関数メモ
リ 12 、 34−−−−一・圧力表示装置 第2図(?3) 第2図(b) 第3図 4 5 6 7 第4図 第5図 第6図
原理図、第2図ia)、 (b)は圧力に対する波長と
輝度の変化を示すグラフ、第3図は本発明による圧力計
測装置の構成を示すブロック図、第4図は光ファイバを
用いた圧力計測装置の一実施例を示すブロック図、第5
図はそのセンサ部分の拡大図、第6図は断続的に結晶板
を励起する場合の励起信号とフォトルミネッセンス光の
検出光を示すタイムチャートである。 1.25・−−−一−・−ステム 2−−−−一物質
4−−−−一励起光源 5.8−・−伝送路 6 、
26−−−−−−結晶板 7−・−圧力発生源 9 、
31−−−−一検出回路 10 、 32−一一一一
・−演算回路 11.33−一−−−−−既知関数メモ
リ 12 、 34−−−−一・圧力表示装置 第2図(?3) 第2図(b) 第3図 4 5 6 7 第4図 第5図 第6図
Claims (4)
- (1)圧力検出用の開口部を有するステム上に該開口部
を取り囲んで密閉されフォトルミネッセンス発光をする
結晶板と、 前記結晶板の表面を照射して前記結晶板を励起させる光
照射手段と、 前記光照射手段によって生じたルミネッセンス光の発光
状態の変化を検出する検出手段と、圧力変化に基づく前
記検出手段の検出値をあらかじめ記憶する記憶手段と、 前記検出手段による検出量を前記記憶手段の記憶値と比
較して圧力を演算する演算手段と、を具備することを特
徴とする圧力計測装置。 - (2)前記結晶板は、前記光照射手段による光照射領域
をダイヤフラムとして構成したことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の圧力計測装置。 - (3)前記検出手段は、ルミネッセンス光をその発光強
度に対応した電気信号に変換する光電変換器を有するも
のであり、ルミネッセンス光出力の強度変化に基づいて
圧力を計測するものであることを特徴とする特許請求の
範囲第1項又は第2項記載の圧力計測装置。 - (4)前記検出手段は、前記圧力に対応したフォトルミ
ネッセンス光の発光波長の変化領域のフィルタとそのフ
ィルタ透過後の光が与えられる光電変換器とを夫々複数
有するものであり、圧力変化に基づく波長変化によって
圧力を計測するものであることを特徴とする特許請求の
範囲第1項又は第2項記載の圧力計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14424283A JPS6035234A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 圧力計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14424283A JPS6035234A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 圧力計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6035234A true JPS6035234A (ja) | 1985-02-23 |
Family
ID=15357544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14424283A Pending JPS6035234A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 圧力計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6035234A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0472243A2 (en) * | 1990-08-20 | 1992-02-26 | The Board Of Regents Of The University Of Washington | Surface pressure measurement by oxygen quenching of luminescence |
WO2003067208A3 (en) * | 2002-02-07 | 2003-12-04 | Honeywell Int Inc | Optically powered resonant integrated microstructure pressure sensor |
JP2007178335A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Mitsubishi Materials Corp | 温度センサ |
-
1983
- 1983-08-05 JP JP14424283A patent/JPS6035234A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0472243A2 (en) * | 1990-08-20 | 1992-02-26 | The Board Of Regents Of The University Of Washington | Surface pressure measurement by oxygen quenching of luminescence |
WO2003067208A3 (en) * | 2002-02-07 | 2003-12-04 | Honeywell Int Inc | Optically powered resonant integrated microstructure pressure sensor |
JP2007178335A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Mitsubishi Materials Corp | 温度センサ |
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