JPH0439896B2 - - Google Patents
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- JPH0439896B2 JPH0439896B2 JP60224755A JP22475585A JPH0439896B2 JP H0439896 B2 JPH0439896 B2 JP H0439896B2 JP 60224755 A JP60224755 A JP 60224755A JP 22475585 A JP22475585 A JP 22475585A JP H0439896 B2 JPH0439896 B2 JP H0439896B2
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、圧力、温度等の物流量を光学的に、
またさらに、デイジタル的に検出するデイジタル
出力光フアイバセンサに関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention optically measures flow rates such as pressure and temperature.
Still further, the present invention relates to a digital output fiber optic sensor for digital detection.
電気的手段による圧力あるいは温度測定装置
は、その測定信号を電気的な信号に変換して遠隔
地へ伝送することが一般的である。そのため、こ
の測定信号を伝送する途中において、電気的な誘
導雑音を受ける可能性が高い。この点、光学的手
段を用いた圧力あるいは温度測定装置は、伝送路
に光フアイバを用いることで遠隔測定が可能とな
り、対雑音性のある信号伝送が実現できる。
BACKGROUND ART Pressure or temperature measuring devices using electrical means generally convert the measurement signal into an electrical signal and transmit it to a remote location. Therefore, there is a high possibility that electrical induction noise will be received during the transmission of this measurement signal. In this regard, pressure or temperature measuring devices using optical means can perform remote measurements by using optical fibers in the transmission path, and can realize signal transmission with noise resistance.
光学的手段として利用する光の性質には、光の
強度、位相、周波数および偏光がある。特に、光
の強度変化を測定する装置は、取り扱いが比較的
簡単であり、また信号処理が容易である点から、
種々多数の測定方法および測定装置に利用されて
いる。しかしながら、一般に、光の強度変化を利
用する測定装置においては、圧力あるいは温度の
検出部以外での光量変化、例えば光フアイバを光
の伝送路とした場合の伝送損失変化による光量変
化が測定誤差の要因となる。この伝送損失変化が
発生する原因として、光フアイバの曲がりによつ
て臨界角より大なる反射角を持つ伝送光の発生、
あるいは光フアイバ全体の振動によるマイクロベ
ンドの発生等があり、これらは光フアイバの伝送
損失を変化させる。 Properties of light used as optical means include light intensity, phase, frequency, and polarization. In particular, devices that measure changes in light intensity are relatively easy to handle and signal processing is easy.
It is used in a wide variety of measurement methods and measurement devices. However, in general, in measurement devices that utilize changes in the intensity of light, measurement errors occur due to changes in the amount of light outside of the pressure or temperature detection section, such as changes in transmission loss when an optical fiber is used as the light transmission path. It becomes a factor. The cause of this change in transmission loss is the generation of transmitted light with a reflection angle larger than the critical angle due to the bending of the optical fiber.
Alternatively, microbends may occur due to vibration of the entire optical fiber, and these changes the transmission loss of the optical fiber.
このようなことから、光フアイバを利用して光
の強度変化により圧力あるいは温度を測定する装
置では、測定精度を高めるために、伝送損失変化
を小さくするか、伝送損失変化を補償するか、も
しくは伝送損失変化の影響を受けにくいデイジタ
ル出力とするかのいずれかが必要となる。このデ
イジタル出力の光フアイバセンサについては、特
開昭57−131032号「光パルス出力圧センサ」があ
る。前記の文献において述べられている光パルス
出力センサの構成を第15図に示す。 For this reason, in devices that use optical fibers to measure pressure or temperature by changing the intensity of light, in order to improve measurement accuracy, it is necessary to reduce changes in transmission loss, compensate for changes in transmission loss, or Either a digital output that is less susceptible to changes in transmission loss is required. Regarding this digital output optical fiber sensor, there is ``Optical Pulse Output Pressure Sensor'' in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-131032. FIG. 15 shows the configuration of the optical pulse output sensor described in the above-mentioned document.
第15図において、圧力検出部は、送光用バン
ドルフアイバ25nと受光用バンドフアイバ26
と、これらのバンドルフアイバ25n,26の端
面と対向して配置された圧力の印加によつて変位
する反射板61と、これらの位置関係を固定する
圧力室11とから構成される。駆動回路を含む光
源24からの光は、送光用バンドルフアイバ25
nを構成しているn本あるそれぞれの光フアイバ
251,252,,…25nに対し順次入射され
る。入射された光は、送光用バンドフアイバ25
nを通つて、反射板61に投射される。投射され
た光は反射板61にて反射され、その一部が受光
用バンドルフアイバ26にて受光され、受光ダイ
オード27に照射される。この照射された光は、
光−電気変換回路28にて電気信号に変換される
とともに、しきい値回路29にてその受光量の絶
対値に応じて“L”、“H”の2値レベル信号に変
換され、パルス計数回路30にて“H”レベルの
信号数が計数され、その計数値から圧力値が変換
される。 In FIG. 15, the pressure detection unit includes a light transmitting bundle fiber 25n and a light receiving band fiber 26n.
, a reflecting plate 61 that is disposed to face the end faces of these bundle fibers 25n and 26 and is displaced by the application of pressure, and a pressure chamber 11 that fixes their positional relationship. Light from a light source 24 including a drive circuit is transmitted through a bundle fiber 25 for light transmission.
The light is sequentially incident on each of the n optical fibers 251, 252, . . . 25n constituting n. The incident light passes through the light transmitting band fiber 25.
n, and is projected onto the reflecting plate 61. The projected light is reflected by the reflection plate 61, a part of which is received by the light-receiving bundle fiber 26, and is irradiated onto the light-receiving diode 27. This emitted light is
It is converted into an electrical signal by the optical-electrical conversion circuit 28, and converted into a binary level signal of "L" and "H" according to the absolute value of the amount of light received by the threshold circuit 29, and pulse counting is performed. The number of "H" level signals is counted in the circuit 30, and a pressure value is converted from the counted value.
すなわち、圧力の測定範囲を送光用バンドルフ
アイバ25nを構成している光フアイバの本数n
に対応させ、そのn本の光フアイバに順次光を送
つた時、受光用バンドルフアイバ26にて“H”
レベルとみなせる受光量が何回あつたかによつ
て、圧力値を算出するものである。 In other words, the pressure measurement range is determined by the number n of optical fibers constituting the light transmitting bundle fiber 25n.
When the light is sent sequentially to the n optical fibers, the light receiving bundle fiber 26 becomes "H".
The pressure value is calculated based on how many times the amount of light received, which can be considered as a level, is received.
従つて、第15図の様な構成とすることによ
り、受光用光フアイバ26による受光量が、しき
い値回路29にて2値レベル信号にデイジタル化
できる。このため、光フアイバの伝送損失変動あ
るいは光源の光量変動等の影響は、デイジタル化
されたことによつて低減され、また圧力は、しき
い値回路29からのパルスを計数することで測定
できる。 Therefore, by adopting the configuration as shown in FIG. 15, the amount of light received by the light receiving optical fiber 26 can be digitized into a binary level signal by the threshold circuit 29. Therefore, the influence of transmission loss fluctuations of the optical fiber or light intensity fluctuations of the light source is reduced by digitization, and the pressure can be measured by counting pulses from the threshold circuit 29.
しかしながらこの例では、圧力センサの測定分
解能は、明らかに送光用バンドルフアイバ25n
の光フアイバ本数nに依存し、分解能を高めよう
とすると光フアイバの本数の増大をきたす。ま
た、それに伴い、送光用バンドルフアイバ25n
と光源24との光の結合が困難となる。 However, in this example, the measurement resolution of the pressure sensor is clearly
depends on the number n of optical fibers, and an attempt to increase the resolution will result in an increase in the number of optical fibers. In addition, along with this, the bundle fiber for light transmission 25n
This makes it difficult to couple the light with the light source 24.
本発明の目的は、反射板がコードの付された面
に垂直な方向に変位する場合でも精度良く反射板
の変位を測定できるデイジタル出力光フアイバを
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a digital output optical fiber that can accurately measure the displacement of a reflector even when the reflector is displaced in a direction perpendicular to the surface on which the code is attached.
本発明の特徴は、送光用光フアイバに接続さ
れ、送光用光フアイバにより送られてきた光を反
射板のコードが付された面に投射する第1スラブ
レンズと、反射板から反射された光を受光し、各
受光用光フアイバに接続されかつ長手方向が第1
スラブレンズの長手方向と直交する方向に配置さ
れた第2スラブレンズとを備えたことにある。
The features of the present invention include a first slab lens that is connected to a light transmitting optical fiber and projects the light transmitted by the light transmitting optical fiber onto a coded surface of a reflector; and is connected to each light receiving optical fiber and whose longitudinal direction is the first one.
The present invention includes a second slab lens arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the slab lens.
本発明の実施例を図面に基づいて以下に詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below based on the drawings.
第1図は、本発明のデイジタル出力光フアイバ
センサの検出部の一実施例を示したものである。 FIG. 1 shows an embodiment of the detection section of the digital output optical fiber sensor of the present invention.
第1図において、送光用光フアイバ1の先端に
は、一方に一方向屈折率分布型スラブレンズ2が
装着されている。このスラブレンズ2の作用によ
り、送光用光フアイバ1からの出射光は、線状と
なり反射板6に投射される。反射板6は、圧力あ
るいは温度変化にともないZa,Zb方向に変位す
る。また、反射板6には、スラブレンズ2からの
投射光があたる部分に特定の規則によつてコード
化された反射鏡5nが配置されている。ここで反
射鏡5n以外では光は反射しない。従つて、この
コート化された反射鏡5nからの反射光について
も同様にコード化されることになり、n個の一方
向屈折率分布型スラブレンズ3nによりコード化
された光は入射する。入射した光は、スラブレン
ズ3nによつて収光され、各スラブレンズ31,
32,33,…3nにそれぞれ接続されている受
光用光フアイバ41,42,43,…,4nによ
つて受光される。各スラブレンズ3nの長手方向
は、スラブレンズ2の長手方向(X方向)と直交
する方向(Y方向)に向かつて配置される。 In FIG. 1, a unidirectional refractive index gradient type slab lens 2 is attached to one end of a light transmitting optical fiber 1. As shown in FIG. Due to the action of the slab lens 2, the light emitted from the light transmitting optical fiber 1 becomes linear and is projected onto the reflecting plate 6. The reflecting plate 6 is displaced in the Z a and Z b directions as pressure or temperature changes. Further, a reflecting mirror 5n coded according to a specific rule is arranged on the reflecting plate 6 at a portion where the projection light from the slab lens 2 hits. Here, light is not reflected by anything other than the reflecting mirror 5n. Therefore, the light reflected from the coated reflecting mirror 5n is similarly coded, and the coded light enters the n unidirectional refractive index gradient slab lenses 3n. The incident light is collected by the slab lens 3n, and each slab lens 31,
The light is received by light-receiving optical fibers 41, 42, 43, . The longitudinal direction of each slab lens 3n is arranged so as to face the direction (Y direction) orthogonal to the longitudinal direction (X direction) of the slab lens 2.
反射鏡5nによる反射光と反射板6との関係に
ついて、第2図により述べる。第2図は、コード
化された反射鏡5nが配置された反射板6の一部
分を示している。第1図における反射板6のZa,
Zb方向への変位により、反射板6とスラブレンズ
2との相対距離が変化するため、スラブレンズ2
から投射された投射光7が反射板6上で反射する
位置は、Ya,Yb方向に移動する。反射鏡5nは、
反射板6上に均一に配置されておらず、ある特定
の規則によつてコード化された配置となつてい
る。すなわち、特定の規則に基づいた反射鏡5n
の配置によつて異なる複数のコードが、反射板5
の一面にYa,Yb方向に付されている。このため、
反射板5が圧力または温度の変化によつてZ方向
に変位すると、スラブレンズ2から投射された投
射光7の反射位置が上記のようにYa,Yb方向に
ずれるので、各スラブレンズ3nは今までと異な
る配置の反射鏡5nからの反射光を受光する。第
2図では、ある特定の規則によるコード化された
反射鏡5nの配置として、バイナリコードに基づ
いて配置した例について示している。すなわち、
反射鏡5nの最下列は反射鏡5nのX方向距離に
対し、20ビツト、次の列は21ビツト、その次の列
は22ビツト…となる。またこの時、反射鏡5nを
Y方向に対し、0、1、2、3、…、nを示す。
従つて、反射鏡5nのY方向において、投射光7
の位置はnであるが、このnの値に対応したバイ
ナリコード化した反射鏡5nがX方向に配置して
ある。 The relationship between the light reflected by the reflecting mirror 5n and the reflecting plate 6 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a part of the reflector plate 6 on which the coded reflector 5n is arranged. Z a of the reflector 6 in FIG. 1,
Due to the displacement in the Z b direction, the relative distance between the reflector 6 and the slab lens 2 changes, so the slab lens 2
The position where the projection light 7 projected from the reflection plate 6 is reflected moves in the Y a and Y b directions. The reflecting mirror 5n is
They are not uniformly arranged on the reflector plate 6, but are arranged in a coded manner according to a certain specific rule. That is, the reflector 5n based on a specific rule
A plurality of codes differ depending on the arrangement of the reflector plate 5.
It is marked on one side in the Y a and Y b directions. For this reason,
When the reflection plate 5 is displaced in the Z direction due to a change in pressure or temperature, the reflection position of the projection light 7 projected from the slab lens 2 shifts in the Y a and Y b directions as described above, so that each slab lens 3n receives the reflected light from the reflecting mirror 5n which is arranged differently than before. FIG. 2 shows an example of arrangement of reflecting mirrors 5n coded according to a certain specific rule based on a binary code. That is,
The lowest row of the reflecting mirror 5n has 20 bits, the next row has 21 bits, the next row has 22 bits, etc. with respect to the distance of the reflecting mirror 5n in the X direction. Also, at this time, 0, 1, 2, 3, . . . , n are shown for the reflecting mirror 5n in the Y direction.
Therefore, in the Y direction of the reflecting mirror 5n, the projected light 7
The position of is n, and a binary-coded reflecting mirror 5n corresponding to the value of n is arranged in the X direction.
コード化した反射鏡5nからの反射光は、投射
光7の反射板上での位置により異なる。このた
め、第2図の例では、各ビツトに対応した反射光
を受光するため、第1図に示すように複数のスラ
ブレンズ3nを反射鏡5nのX方向に対し配置す
る。すなわち、スラブレンズ31は20ビツトに対
応する反射鏡5nからの反射光、スラブレンズ3
2は21ビツトに対応する反射鏡5nからの反射
光、…をそれぞれ受光し、各スラブレンズ3nに
それぞれ接続されている受光用光フアイバ4nに
光を伝える。従つて、受光用光フアイバ4nへの
光の有無から、反射板6の変位を検出することが
できる。 The coded reflected light from the reflecting mirror 5n differs depending on the position of the projected light 7 on the reflecting plate. Therefore, in the example shown in FIG. 2, in order to receive reflected light corresponding to each bit, a plurality of slab lenses 3n are arranged in the X direction of the reflecting mirror 5n as shown in FIG. That is, the slab lens 31 receives the reflected light from the reflecting mirror 5n corresponding to 20 bits,
2 receives the reflected light from the reflecting mirror 5n corresponding to 21 bits, and transmits the light to the light receiving optical fiber 4n connected to each slab lens 3n. Therefore, the displacement of the reflection plate 6 can be detected from the presence or absence of light to the light-receiving optical fiber 4n.
本実施例は、受光用のスラブレンズ3nの長手
方向が投光用のスラブレンズ2の長手方向と直交
する方向を向いて配置されているので、温度また
は圧力の変化によつて反射板6がコードの付され
た面に垂直な方向に変位しても精度良く反射板の
変位を測定することができる。これは、よりもな
おさず、変化後の温度または圧力を精度良く測定
できる。また、本実施例は、実開昭60−15642号
公報の第1図に示したように、反射板6がコード
を付した面と平行な方向(本実施例におけるY方
向)に変位する場合にも、反射板6の変位を精度
良く測定できる。従つて、本実施例は、温度また
は圧力の測定個所の周囲の状況との兼合いで光フ
アイバ等を設置しやすいセンサの構造、すなわち
(1)反射板6をコードを付した面に垂直に変位させ
る構造、及び(2)そのコードを付した面と平行に反
射板6を変位させる構造を任意に選択することが
できる。 In this embodiment, the longitudinal direction of the light-receiving slab lens 3n is oriented perpendicular to the longitudinal direction of the light-emitting slab lens 2, so that the reflection plate 6 may change due to changes in temperature or pressure. Even if the reflector is displaced in a direction perpendicular to the surface to which the code is attached, the displacement of the reflector can be measured with high accuracy. This makes it possible to accurately measure the temperature or pressure after the change. Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1 of Japanese Utility Model Application Publication No. 60-15642, the case where the reflector 6 is displaced in the direction parallel to the surface with the code (Y direction in this embodiment) Also, the displacement of the reflection plate 6 can be measured with high precision. Therefore, this embodiment has a sensor structure that makes it easy to install an optical fiber etc. in consideration of the surrounding conditions of the temperature or pressure measurement location.
It is possible to arbitrarily select (1) a structure in which the reflector 6 is displaced perpendicularly to the surface to which the code is attached, and (2) a structure in which the reflector 6 is displaced parallel to the surface to which the code is attached.
また、本実施例は、光フアイバの本数を減少で
きる。 Further, in this embodiment, the number of optical fibers can be reduced.
以上の本実施例の効果は、以下に述べる本発明
の他の実施例においても生じる。 The effects of this embodiment described above also occur in other embodiments of the present invention described below.
第3図は、第1図および第2図にて示した反射
鏡5nを有したデイジタル出力光フアイバセンサ
を圧力センサに適用した場合の構成図を示す。 FIG. 3 shows a configuration diagram when the digital output optical fiber sensor having the reflecting mirror 5n shown in FIGS. 1 and 2 is applied to a pressure sensor.
第3図において、駆動回路8により駆動された
発光ダイオード9の光は、送光用光フアイバ1に
入射する。送光用光フアイバ1に入射した光は、
一方向屈折率分布型スラブレンズ2から出射し、
コード化された反射鏡を有する反射板6に投射さ
れる。反射鏡からの反射光は、再び複数の一方向
屈折率分布型スラブレンズ3nにて受光され、そ
れぞれのスラブレンズ3nに接続された受光用光
フアイバ4nによつて伝送される。また、反射板
6は、圧力変化によつて変形するベローズ10に
取り付けられており、スラブレンズ2および3n
と反射板6の位置関係を設定するため、ハウジン
グ11でこれらは固定されている、受光用フアイ
バ4nにて伝送された光は、各受光用光フアイバ
41,42,…,4nに対応して反射板6の変位
をバイナリコード表現したビツト信号となるが、
これらの光信号は、各ビツトに対応した光として
フオトダイオードアレイ12に照射される。フオ
トダイオード12からの各ビツトに対応した光信
号は、増幅回路13に入力された後波形整形され
デコーダの14の入力信号となる。デコーダ14
は、入力されたバイナリコードの信号を例えば10
進数に変換する。演算および圧力表示回路15で
は、変換された信号を実際の圧力値と対応させる
ための演算を行い、その結果を圧力値として表示
する。 In FIG. 3, light from a light emitting diode 9 driven by a drive circuit 8 enters a light transmitting optical fiber 1. In FIG. The light incident on the light transmitting optical fiber 1 is
Emitted from the unidirectional gradient index slab lens 2,
It is projected onto a reflector plate 6 having a coded reflector. The reflected light from the reflecting mirror is received again by the plurality of unidirectional refractive index gradient type slab lenses 3n, and is transmitted by the light receiving optical fiber 4n connected to each slab lens 3n. Further, the reflection plate 6 is attached to a bellows 10 that deforms due to pressure changes, and is attached to a bellows 10 that deforms due to pressure changes.
In order to set the positional relationship between the light receiving fibers 4n and the reflecting plate 6, these are fixed in the housing 11. This is a bit signal that represents the displacement of the reflector 6 in binary code.
These optical signals are applied to the photodiode array 12 as light corresponding to each bit. The optical signal corresponding to each bit from the photodiode 12 is input to an amplifier circuit 13, and then waveform-shaped and becomes an input signal 14 of a decoder. Decoder 14
For example, the input binary code signal is 10
Convert to base number. The calculation and pressure display circuit 15 performs calculations to make the converted signal correspond to an actual pressure value, and displays the result as a pressure value.
第4図に、デコーダ14に対する増幅回路13
からの入力信号例を示す。バイナリコード化され
た反射鏡からの反射光は、反射板6の変位により
変化するため、デコーダ14への入力信号は圧力
変化により変化する。また、この圧力センサの圧
力測定分解能は、バイナリコードのビツト数で定
まる。例えば、圧力測定範囲に対してその分解能
を1/64とする場合には、6ビツト必要である。こ
のため反射板6のバイナリコード化された反射
鏡、一方向屈折率分布型スラブレンズ3n、受光
用光フアイバ4n、およびフオトダイオードアレ
イ12のフオトダイオードは、このビツト数に対
応した数だけあればよい。 FIG. 4 shows an amplifier circuit 13 for the decoder 14.
An example of an input signal from is shown below. Since the binary-coded reflected light from the reflecting mirror changes depending on the displacement of the reflecting plate 6, the input signal to the decoder 14 changes depending on the pressure change. Furthermore, the pressure measurement resolution of this pressure sensor is determined by the number of bits of the binary code. For example, if the resolution for the pressure measurement range is 1/64, 6 bits are required. Therefore, the binary-coded reflecting mirror of the reflecting plate 6, the unidirectional refractive index distribution type slab lens 3n, the light-receiving optical fiber 4n, and the photodiodes of the photodiode array 12 need only correspond to this number of bits. good.
第5図は、本発明のデイジタル出力光フアイバ
センサの検出部のその他の実施例を示したもので
ある。 FIG. 5 shows another embodiment of the detection section of the digital output optical fiber sensor of the present invention.
第5図と第1図との異なつている点は、送先用
光フアイバ1aおよび一方向屈折率分布型スラブ
レンズ2aが第1図に付加されていることであ
る。 The difference between FIG. 5 and FIG. 1 is that a destination optical fiber 1a and a unidirectional gradient index slab lens 2a are added to FIG.
第5図において、反射板6のZa,Zb方向への変
位により、スラブレンズ2,2aからの反射板6
のコード化された反射鏡5nへの線状の投射光
は、Ya,Yb方向へと移動する。ここで、反射板
6がZa方向に変位した場合について述べる。この
時、送光用光フアイバ1のみ送光状態にあり、破
線で示した光は、一方向屈折率分布型スラブレン
ズ3nにて受光されているものとする。反射板6
のZb方向への変位により、反射鏡5n上の線状の
投射光は、Yb方向へ移動し、ある変位以上とな
るとスラブレンズ3nにてコード化された反射光
が受光されなくなる。このため、反射光が受光さ
れなくなる前に送光用光フアイ1aに対して送先
を開始する。スラブレンズ2aからの反射鏡5n
への投射光は、実線にて示した光となり、スラブ
レンズ3nにて再び受光されるようになる。この
様な構成とすることにより、第1図と同一測定範
囲に対し、第5図の場合2回同一反射鏡5nのコ
ードを利用することから、反射鏡5n、スラブレ
ンズ3n、受光用光フアイバ4nの数を減らすこ
とが可能となる。 In FIG. 5, the displacement of the reflector 6 in the Z a and Z b directions causes the reflector 6 to move from the slab lenses 2 and 2a.
The coded linear projection light onto the reflecting mirror 5n moves in the Y a and Y b directions. Here, a case where the reflection plate 6 is displaced in the Z a direction will be described. At this time, it is assumed that only the light transmitting optical fiber 1 is in the light transmitting state, and the light indicated by the broken line is received by the unidirectional refractive index gradient type slab lens 3n. Reflector 6
Due to the displacement in the Zb direction, the linear projected light on the reflecting mirror 5n moves in the Yb direction, and when the displacement exceeds a certain level, the coded reflected light is no longer received by the slab lens 3n. For this reason, transmission to the light transmission optical fiber 1a is started before the reflected light is no longer received. Reflector 5n from slab lens 2a
The projected light becomes the light shown by the solid line, and is again received by the slab lens 3n. With such a configuration, the code of the same reflecting mirror 5n is used twice in the case of FIG. 5 for the same measurement range as in FIG. It becomes possible to reduce the number of 4n.
第6図は、第5図にて示したデイジタル出力光
フアイバセンサを圧力センサに適用した場合の構
成図を示す。 FIG. 6 shows a configuration diagram when the digital output optical fiber sensor shown in FIG. 5 is applied to a pressure sensor.
第6図において、発光ダイオード9,9aは、
駆動回路8にて駆動され、また駆動回路8はセン
サ制御回路16にて制御される。受光用光フアイ
バ4nからの光は、フオトダイオードアレイ12
1にて光−電気変換される。このフオトダイオー
ドアレイ121は、センサ制御回路16の走査信
号(クロツク信号)φにて順次走査され、その出
力を増幅回路18へ送信する。計数回路17は、
フオトダイオードアレイ121の走査のリセツト
信号を発生する。増幅回路18からの出力は、信
号変換回路19にて実際の圧力値と対応した信号
に変換され、圧力表示回路20にて表示される。
また、信号変換回路19からの出力は、センサ制
御回路16に送信される。この信号を基に、セン
サ制御回路16は、発光ダイオード9,9aのい
ずれを駆動するかを決定する。さらに、送先用光
フアイバ1,1aのいずれに送光しているかによ
つて、信号変換回路19による圧力値への変換の
方法は異なる。すなわち、例えば送先用光フアイ
バ1aに送先している時得られる信号変換回路1
9からの出力は、発光ダイオード9の駆動を発光
ダイオード9aに切換えて駆動している場合に得
られるが、送光用光フアイバ1に送光している時
得られる信号変換回路19からの出力に対し、あ
る一定値だけバイアスされた値となり、そのバイ
アスが加えられた結果が圧力表示回路20にて表
示される。 In FIG. 6, the light emitting diodes 9, 9a are
It is driven by a drive circuit 8, and the drive circuit 8 is controlled by a sensor control circuit 16. The light from the light receiving optical fiber 4n is transmitted to the photodiode array 12.
1, the light-to-electricity conversion is performed. The photodiode array 121 is sequentially scanned by a scanning signal (clock signal) φ from the sensor control circuit 16, and transmits its output to the amplifier circuit 18. The counting circuit 17 is
A reset signal for scanning of the photodiode array 121 is generated. The output from the amplifier circuit 18 is converted by a signal conversion circuit 19 into a signal corresponding to an actual pressure value, and is displayed by a pressure display circuit 20.
Further, the output from the signal conversion circuit 19 is transmitted to the sensor control circuit 16. Based on this signal, the sensor control circuit 16 determines which of the light emitting diodes 9 and 9a is to be driven. Furthermore, the method of conversion into a pressure value by the signal conversion circuit 19 differs depending on which of the destination optical fibers 1 and 1a the light is being sent to. That is, for example, the signal conversion circuit 1 obtained when transmitting to the destination optical fiber 1a
The output from the light emitting diode 9 is obtained when the light emitting diode 9 is switched to the light emitting diode 9a, but the output from the signal conversion circuit 19 obtained when the light is transmitted to the light transmitting optical fiber 1 is , the pressure is biased by a certain value, and the result of applying the bias is displayed on the pressure display circuit 20.
以上本発明の一実施例として、バイナリコード
化された反射鏡を反射板上に設けた例について示
したが、例えば、ハミング距離が常に1であるグ
レゴリコード等の特定の規則のあるコードに従つ
て反射鏡を配置しても可能であることは明らかで
ある。 As an embodiment of the present invention, an example in which a binary-coded reflector is provided on a reflector plate has been described above. It is clear that it is also possible to arrange a reflector.
以上述べたデイジタル出力光フアイバセンサ
は、その複数の受光用光フアイバによる受光量に
対し重み付けがそれぞれされていると考えること
ができる。これに対し複数受光用光フアイバによ
るそれぞれの受光量への重み付けを同一とした場
合について述べる。 The digital output optical fiber sensor described above can be considered to be weighted with respect to the amount of light received by the plurality of light receiving optical fibers. On the other hand, a case will be described in which the same weighting is applied to the amount of light received by the plurality of light receiving optical fibers.
第7図は、本発明のデイジタル出力光フアイバ
センサの検出部のその他の実施例を示したもので
ある。送光用光フアイバ1および受光用光フアイ
バ4nのそれぞれの端面と、圧力あるいは温度等
の最理量変化で変位する反射板61とが対向した
構造であり、これらの位置関係をハウジング11
にて固定してある。この時、送光用光フアイバ1
と受光用光フアイバ41,42,43,…,4n
との距離はそれぞれ異なる様に配置されている。 FIG. 7 shows another embodiment of the detection section of the digital output optical fiber sensor of the present invention. It has a structure in which the end faces of the light transmitting optical fiber 1 and the light receiving optical fiber 4n face each other and a reflecting plate 61 that is displaced by an optimum amount change such as pressure or temperature, and their positional relationship is shown in the housing 11.
It is fixed at. At this time, the light transmission optical fiber 1
and light receiving optical fibers 41, 42, 43,..., 4n
They are arranged at different distances from each other.
第7図において、送光用光フアイバ1から出射
した光は、反射板61にて反射され受光用光フア
イバ4nにて受光される。この反射板61と光フ
アイバとの距離変化に対するそれぞれの受光用光
フアイバ41,42,43,…4nの受光量S1,
S2,S3…,Soの関係を第8図に示す。 In FIG. 7, light emitted from the light transmitting optical fiber 1 is reflected by the reflecting plate 61 and received by the light receiving optical fiber 4n. The amount of light received by each of the light-receiving optical fibers 41, 42, 43, .
The relationship among S 2 , S 3 . . . , and So is shown in Figure 8.
すなわち、光フアイバ1,4nと反射板61と
の距離がZ1,Z2,Z3…となるに従い、送光用光フ
アイバ1にて送られた光は受光用光フアイバ4
1,42,43,…にて受光量S1,S2,S3,…と
して順次受光される。従つて、しきい値受光量
Sth以上に受光している受光用光フアイバ4nを
求めることで、反射板61の変位量を求めること
ができる。 That is, as the distances between the optical fibers 1, 4n and the reflecting plate 61 become Z 1 , Z 2 , Z 3 .
1, 42, 43, . . . , the received light amounts S 1 , S 2 , S 3 , . . . are sequentially received. Therefore, the threshold amount of light received
The amount of displacement of the reflection plate 61 can be determined by determining the light-receiving optical fiber 4n that receives more than S th of light.
第9図は、第7図で示したデイジタル出力光フ
アイバセンサの検出部21からの信号を処理する
ための構成を示す。 FIG. 9 shows a configuration for processing signals from the detection section 21 of the digital output optical fiber sensor shown in FIG.
第9図において、発光ダイオード9は駆動回路
8にて駆動され、また駆動回路8はセンサ制御回
路16にて制御される。受光用光フアイバ4nか
らの光はフオトダイオードアレイ121にて光−
電気変換される。このフオトダイオードアレイ1
21は、センサ制御回路16のクロツク信号φに
て順次走査され、その出力を増幅回路18へ送信
する。増幅回路18の出力とクロツク信号φとは
ANDゲート23を通り、信号変換回路22へ送
られ、信号変換回路22への入力パルス数に対応
した圧力あるいは温度等の測定物理量の値に変換
される。この変換された値を基に表示回路20に
て表示する。また、計数回路17は、クロツク信
号φを計数し、フオトダイオードアレイ121、
信号変換回路22のリセツト信号Rを発生する。 In FIG. 9, the light emitting diode 9 is driven by a drive circuit 8, and the drive circuit 8 is controlled by a sensor control circuit 16. The light from the light receiving optical fiber 4n is sent to the photodiode array 121.
converted into electricity. This photodiode array 1
21 is sequentially scanned by the clock signal φ of the sensor control circuit 16 and transmits its output to the amplifier circuit 18. What is the output of the amplifier circuit 18 and the clock signal φ?
It passes through the AND gate 23, is sent to the signal conversion circuit 22, and is converted into a value of a measured physical quantity such as pressure or temperature corresponding to the number of input pulses to the signal conversion circuit 22. The display circuit 20 displays the converted value based on the converted value. Further, the counting circuit 17 counts the clock signal φ, and the photodiode array 121,
A reset signal R for the signal conversion circuit 22 is generated.
第10図は、信号変換回路22への入力信号例
を示したものであり、フオトダイオードアレイ1
21の走査信号(クロツク信号)φに対応して、
信号変換回路22への入力が検出部21の反射板
の変位に応じて得られる。すなわち、デイジタル
出力光フアイバセンサの測定範囲を受光用光フア
イバ4nによりn分割した時、フオトダイオード
アレイ121を1回走査した場合に得られるパル
ス数によつて圧力、温度等による反射板の変位量
を求めることができる。 FIG. 10 shows an example of an input signal to the signal conversion circuit 22.
Corresponding to the scanning signal (clock signal) φ of 21,
An input to the signal conversion circuit 22 is obtained according to the displacement of the reflection plate of the detection section 21. In other words, when the measurement range of the digital output optical fiber sensor is divided into n by the light-receiving optical fiber 4n, the amount of displacement of the reflector due to pressure, temperature, etc. is determined by the number of pulses obtained when the photodiode array 121 is scanned once. can be found.
第11図は、受光用光フアイバ4nを削減する
ための方法について示したものである。第11図
において、送光用光フアイバ1aと受光用光フア
イバ4n、送光用光フアイバ1aと受光用光フア
イバ4nとのそれぞれの距離は異なる様に配置さ
れる。この様な構成とすることにより、第12図
に示す様に、第8図にて示された特性に加えて、
新たに送光用光フアイバ1aを付加したことによ
りS1a,S2aが得られる。従つて、同一の反射板6
1の変位に対して、その変位の分解能が向上する
ため、第7図と同程度のセンサ分解能とした場
合、受光用フアイバ4nの本数の削減が可能とな
る。 FIG. 11 shows a method for reducing the number of light receiving optical fibers 4n. In FIG. 11, the light transmitting optical fiber 1a and the light receiving optical fiber 4n are arranged at different distances from each other, and the light transmitting optical fiber 1a and the light receiving optical fiber 4n are arranged at different distances from each other. With such a configuration, as shown in FIG. 12, in addition to the characteristics shown in FIG.
By newly adding the light transmitting optical fiber 1a, S 1a and S 2a are obtained. Therefore, the same reflector 6
Since the resolution of the displacement is improved for a displacement of 1, the number of light receiving fibers 4n can be reduced if the sensor resolution is the same as that in FIG.
第13図は、第11図に示したデイジタル出力
光フアイバセンサの検出部21からの信号を処理
するための構成を示す。第9図と異なつている点
は、送光用光フアイバ1,1aに時分割的に光を
送るため発光ダイオード9,9aを設けた点であ
る。この時の信号変換回路22への入力信号例を
第14図に示す、発光ダイオード9,9aを時分
割駆動しているため、フオトダイオードアレイ1
21の走査は、反射板の圧力あるいは温度等の物
理量変化による変位測定1回に対しT1およびT2
の2回必要である。すなわち、フオトダイオード
アレイ121の2回の走査によつて得られたパル
ス数から、圧力あるいは温度等の測定物理量の値
を求めることができる。 FIG. 13 shows a configuration for processing the signal from the detection section 21 of the digital output optical fiber sensor shown in FIG. 11. In FIG. The difference from FIG. 9 is that light-emitting diodes 9, 9a are provided to send light to the light-transmitting optical fibers 1, 1a in a time-sharing manner. An example of the input signal to the signal conversion circuit 22 at this time is shown in FIG. 14. Since the light emitting diodes 9 and 9a are time-divisionally driven,
21 scanning is T 1 and T 2 for one displacement measurement due to changes in physical quantities such as pressure or temperature of the reflecting plate.
It is necessary to do this twice. That is, from the number of pulses obtained by scanning the photodiode array 121 twice, the value of the measured physical quantity such as pressure or temperature can be determined.
なお、検出部の反射板上にコード化された反射
鏡を配置した実施例について述べたが、反射鏡に
対し波長選択性を持たせ、これを多層構造とする
ことにより、光フアイバの本数をさらに削減した
デイジタル出力光フアイバセンサが実現できる。 Although we have described an example in which a coded reflecting mirror is placed on the reflecting plate of the detection section, by giving wavelength selectivity to the reflecting mirror and making it a multilayer structure, the number of optical fibers can be reduced. A further reduced digital output optical fiber sensor can be realized.
すなわち、発光波長が異なる2つの発光ダイオ
ードの光を時分割駆動し、送光フアイバにより反
射板へ投射する。反射板上には、それぞれ異なる
ようにコード化された反射鏡が2層構成に配置さ
れており、各層の反射鏡は投射光の各波長に対し
選択的に反射する波長選択性を持たせる。この
時、受光用光フアイバは、それぞれの反射鏡から
の反射光を時分割的に受光し、この受光信号から
反射板の変位を求めることができることから、反
射鏡を2層構造としない場合と比較して光フアイ
バの本数を約1/2に削減することができる。また、
受光側にて受光信号の波長分離機能を加えること
により発光ダイオードは同時駆動することができ
る。 That is, the light from two light emitting diodes having different emission wavelengths is time-divisionally driven and projected onto a reflecting plate by a light transmission fiber. On the reflecting plate, reflecting mirrors each having a different code are arranged in a two-layer configuration, and the reflecting mirrors in each layer have wavelength selectivity to selectively reflect each wavelength of the projected light. At this time, the light-receiving optical fiber receives the reflected light from each reflecting mirror in a time-divisional manner, and the displacement of the reflecting plate can be determined from this received light signal. In comparison, the number of optical fibers can be reduced to about 1/2. Also,
The light emitting diodes can be driven simultaneously by adding a wavelength separation function to the light receiving signal on the light receiving side.
本発明によれば、反射板がコードを付した面に
垂直に変位する場合であつても、反射板の変位を
精度良く測定できる。
According to the present invention, even when the reflector is displaced perpendicularly to the surface to which the code is attached, the displacement of the reflector can be measured with high accuracy.
第1図は本発明の第1の実施例を示す構成図、
第2図は本発明に用いる反射板上の反射鏡のコー
ド化の例を示した図、第3図は本発明を圧力セン
サに適用した構成図、第4図は第3図のデコーダ
入力信号例を示した図、第5図は本発明の第2の
実施例を示す構成図、第6図は第5図の実施例を
圧力センサに適用した構成図、第7図は本発明の
第3の実施例を示す図、第8図は第7図の実施例
における受光特性を示す図、第9図は第7図の実
施例を適用した光フアイバセンサの構成図、第1
0図は第9図の計数回路入力信号例を示した図、
第11図は第4の実施例を示す図、第12図は第
11図の実施例における受光特性と示す図、第1
3図は第11図の実施例を適用した光フアイバセ
ンサの構成図、第14図は第13図の計数回路入
力信号例を示した図、第15図は従来のデイジタ
ル出力光フアイバセンサの構成図である。
1,1a……送光用光フアイバ、2,2a,3
n……一方向屈折率分布型スラブレンズ、4n…
…受光用フアイバ、5n……反射鏡、6,61…
…反射板、8……駆動回路、9,9a……発光ダ
イオード、12,121……フオトダイオードア
レイ、13,18……増幅回路、14……デコー
ダ、15,20……表示回路、16……センサ制
御回路、17……計数回路、19,22……信号
変換回路。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention,
Fig. 2 is a diagram showing an example of encoding of a reflecting mirror on a reflector plate used in the present invention, Fig. 3 is a block diagram in which the present invention is applied to a pressure sensor, and Fig. 4 is a diagram showing the decoder input signal of Fig. 3. FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a block diagram in which the embodiment of FIG. 5 is applied to a pressure sensor, and FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. 8 is a diagram showing the light receiving characteristics in the embodiment of FIG. 7, FIG. 9 is a diagram showing the configuration of an optical fiber sensor to which the embodiment of FIG. 7 is applied,
Figure 0 is a diagram showing an example of the input signal of the counting circuit in Figure 9;
FIG. 11 is a diagram showing the fourth embodiment, FIG. 12 is a diagram showing the light receiving characteristics in the embodiment of FIG. 11, and FIG.
Fig. 3 is a configuration diagram of an optical fiber sensor to which the embodiment of Fig. 11 is applied, Fig. 14 is a diagram showing an example of input signals to the counting circuit of Fig. 13, and Fig. 15 is a configuration diagram of a conventional digital output optical fiber sensor. It is a diagram. 1, 1a... Optical fiber for light transmission, 2, 2a, 3
n...unidirectional refractive index gradient slab lens, 4n...
...Receiving fiber, 5n...Reflector, 6,61...
... Reflection plate, 8 ... Drive circuit, 9, 9a ... Light emitting diode, 12, 121 ... Photo diode array, 13, 18 ... Amplification circuit, 14 ... Decoder, 15, 20 ... Display circuit, 16 ... ...Sensor control circuit, 17...Counting circuit, 19, 22...Signal conversion circuit.
Claims (1)
または温度により変位する反射板と、送光用光フ
アイバと、複数の受光用光フアイバと、前記送光
用光フアイバに接続され、前記送光用光フアイバ
により送られてきた光を前記反射板の電気コード
が付された面に投射する第1スラブレンズと、前
記反射板から反射された光を受光し、前記各受光
用光フアイバにそれぞれ接続されかつ長手方向が
前記第1スラブレンズの長手方向と直交する方向
に配置された第2スラブレンズと、前記各受光用
光フアイバによつて送られてきた光信号に基づい
て前記反射板の変位量を求める手段とを備えたこ
とを特徴とするデイジタル出力光フアイバセン
サ。1 A reflector plate having a code expressing a numerical value on its surface and displaced by pressure or temperature, a light transmitting optical fiber, a plurality of light receiving optical fibers, connected to the light transmitting optical fiber, and connected to the light transmitting optical fiber. a first slab lens that projects the light sent by the optical fiber onto a surface of the reflector to which an electrical cord is attached; and a first slab lens that receives the light reflected from the reflector and sends it to each of the light receiving optical fibers. a second slab lens which is connected to the second slab lens and whose longitudinal direction is orthogonal to the longitudinal direction of the first slab lens; 1. A digital output optical fiber sensor characterized by comprising means for determining the amount of displacement.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP60224755A JPS6285818A (en) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | Digital output optical fiber sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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JPS6285818A JPS6285818A (en) | 1987-04-20 |
JPH0439896B2 true JPH0439896B2 (en) | 1992-07-01 |
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ID=16818727
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