JPS6313133B2

JPS6313133B2 -

Info

Publication number: JPS6313133B2
Application number: JP53144033A
Authority: JP
Inventors: Berugusutoroomu Yan; Beruteiruson Hansu; Burogaruda Torugunii; Perususon Anderusu
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1977-11-23
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1988-03-24
Also published as: FR2410255B1; DE2849186C2; GB2010476B; CA1115084A; DE2849186A1; US4249076A; IT7869669A0; JPS5483461A; GB2010476A; CH639196A5; FR2410255A1; IT1160945B; NL7811205A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は光フアイバの使用を基礎とした光学的
測定装置に関する。

容器内に広がる圧力を測定する公知の光学的測
定装置においては、可撓性薄膜が容器の壁の間に
挿入される。薄膜は外側に反射させるようになつ
ている。光伝導フアイバは、その入力端が反射面
から反射された光がこのフアイバに入射するよう
に構成されている。フアイバの他端にはフアイバ
に入射する光の強さを感知する光検出器が設けら
れる。薄膜の反射面およびフアイバの端面は、光
伝導フアイバからの光が容器内の圧力に応じて反
射面によつて反射されて光放射フアイバに入射さ
れるように構成されている。したがつて光放射フ
アイバからの光を分析することによつて容器内の
圧力を測定することが可能である。

しかし、この種の測定は測定装置を測定不適当
にしてしまうような非常に多くのエラーが生じる
おそれがある。すなわち、測定は忠実に行われな
ければならず、高い精度が要求される。エラーの
発生源としては、次のものをあげることができ
る。

(イ) 光源およびその駆動回路の不安定。

(ロ) 受光器およびその増幅器の不安定。

(ハ) いわゆるマイクロ・ベンデイング
（microbending）のために光伝導フアイバ中の
光の減衰が変化すること、すなわちフアイバが
曲げられると、光はフアイバから外へ放射され
送信光の減衰を制御することができなくなる。

(ニ) フアイバ・ジヨイントにおける光の減衰が変
化することおよび送光器と受光器における接続
用フアイバの作用の不安定。

(ホ) フアイバの定着の不安定。

上述のようなエラー発生源は測定を非常に妨害
して測定値を非常に不確実なものにするので、信
頼性の高い測定値が必要なときには、エラー発生
源を除去しあるいは何らかの方法で補償されなけ
ればならない。測定の温度条件が変化したり長い
測定時間が必要とされる場合において、基準化し
ないときには、エラーが特に顕著になる。

本発明は上述のような欠点のない測定装置に関
する。本発明によれば、測定装置は、該測定装置
内に含まれるセンサから伸延する２つの光放射フ
アイバをそなえる。光放射フアイバを通つて到来
する光から、一方では測定されるべき大きさを示
す偏差信号が形成され、他方では測定装置の安定
化に使用される総和信号が作られる。

本発明の他の特徴は以下に記載する本発明の詳
細な説明から明らかとなろう。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

センサと必要な電気的装置をそなえた測定装置
の基本原理によれば、第１ａ図に示されるように
発光素子からの光を伝導するフアイバ１とセンサ
へ光を伝導する２つのフアイバ２と３とが使用さ
れる。一束のフアイバまたは単一のフアイバがフ
アイバとして使用できる。発光ダイオード４また
はこのかわりに半導体レーザが光伝導フアイバ１
へ光を伝送するように配置されている。発光ダイ
オードによつて伝送される光の強さは制御装置７
によつて制御される。光放射フアイバすなわちセ
ンサへ光を伝導するフアイバからの光束は２つの
ホト・ダイオード、またはホト・トランジスタ等
の光導電素子あるいはCCD素子５および６にそ
れぞれ到達する。素子５および６から発生される
光電流は２つの検出増幅器８と９において増幅さ
れる。検出増幅器からの増幅信号はそれぞれ２つ
の総和装置１０と１１に供給される。総和装置１
０は２つの正入力を有し、増幅器８と９からの出
力信号の和に相当する信号をその出力端に発生す
る。この信号は制御装置７の入力端に制御信号と
して供給される。この制御装置は、総和装置１０
から出力される和信号が一定に維持されるように
発光ダイオード４を制御し、測定装置の安定特性
を良好なものにする。総和装置１１は１つの正入
力端と１つの負入力端とを有し、２つの増幅器８
と９からの出力信号の間の差に相当する出力信号
を発生する。この出力信号は測定信号をなし、計
器１２に供給される。計器１２は総和装置１１の
出力信号を表示し、記録し、あるいは他の適当な
動作を行うものである。

光伝導フアイバ１からの光束はミラー１３に向
うようになつている。可動スクリーン１５はフア
イバ１，２および３とミラー１３との間に配設さ
れている。該スクリーンは図に破線によつて示さ
れるように光放射フアイバ２と３がミラーから等
量の反射光束を受けるような位置に開口１６を有
している。このことは、増幅器８と９からの出力
信号が等しい大きさを有することを意味する。し
たがつて、測定信号は零となり、制御信号は増幅
器８または９からの出力信号の２倍に等しくな
る。なお、第２ａ図と第２ｃ図に示すように別の
スクリーン構成を使用できる。

第１ｂ図は第１ａ図の構成の変形例を示す。発
光ダイオード４によつて発生される光は２つのフ
アイバ１ａと１ｂを通して伝送される。フアイバ
１ａを通して到来する光はミラー１３によつて反
射され、少なくともこの部分は光放射フアイバ２
に入る。スクリーン１５はガラス板２５上に配設
され、フアイバ２の入口面部分は覆つていない。
フアイバ２によつて伝送される光束はホト・ダイ
オード５を照射し、これに連結された検出増幅器
８は装置１２に測定信号を出力する。フアイバ２
の光束はスクリーン１５の位置に依存している。
フアイバ１ｂを通して伝送される発光ダイオード
４からの光束はミラー１３によつて反射され、そ
の一部はフアイバ３を通してホト・ダイオード６
へ送られる。これに連結された検出増幅器９は発
光ダイオード４の制御装置７に制御信号を出力す
る。この制御装置は発光ダイオードの出力信号を
一定に制御する。光放射フアイバ３を図示の位置
からフアイバ１ａの上に移動させて、スクリーン
１５によつて影響されることなくミラー２５によ
つて光を反射させてフアイバ３へ送るようにする
ことによつて、フアイバ１ｂを除去することがで
きる（ただし、第６図に注意）。

第２ａ図と第２ｂ図は互いに垂直関係にセンサ
本体を切断して示す断面図である。すなわち、第
２ａ図は第２ｂ図の線Ａ−Ａに沿う断面図であ
り、第２ｂ図は第２ａ図の線Ｂ−Ｂに沿う断面図
である。このセンサはシリコン板２０を具備し、
このシリコン板２０の一方の面には断面が三角形
の溝２１が形成されている。溝２１は例えばエツ
チングによつて形成することができる。３つの光
伝導フアイバ１，２および３は溝内にエポキシ樹
脂２４とともに埋め込まれており、シリコン板２
０とガラスまたはシリコン板２７との間に押圧さ
れている。図示の例では、光伝導フアイバ１は溝
の底部に設けられている。溝の底部角はエツチン
グによつて例えば72度とされ、これにより２つの
光放射フアイバ２と３の間にある距離が形成され
る。通常フアイバを取り囲んでいるフアイバ・ケ
ーシング２３はフアイバの自由端に最も近接した
状態となるように配置されている。ガラス板２５
は、フアイバの端面に対向するその側部によつて
スクリーン１５を支持すると同時に反対の側部に
よつてミラー１３を支持している。このガラス板
は、その一端がシリコン板２０に取り付けられた
金属、シリコン、またはガラスからなる一対のば
ね２６によつて支持されている。したがつて、板
２５は、フアイバの端面の前方においてフアイバ
の縦方向に垂直な方向にスクリーンおよびミラー
とともに動くことができる。ばね２６の材料は、
センサが動作すべき位置の条件、零界、磁界、化
学的に侵触性の雰囲気等の存在によつて選択され
る。

第２ｂ図は、スクリーン１５は光放射フアイバ
のみを遮蔽することおよび板２５が横方向（第２
ｂ図の上下方向）に動くと遮蔽面が変わることを
示す。スクリーンは光を導出するフアイバの端面
内を動くので、測定信号のための円形領域がスク
リーンの位置の関数として得られる。

第２ｃ図および第２ｄ図は、直線性をより改良
するようにしたセンサの機械的構成の別の実施例
を示す。第２ｃ図は第２ｄ図の線Ｃ−Ｃに沿う断
面図であり、第２ｄ図は第２ｃ図の線Ｄ−Ｄに沿
う断面図である。３つの平行な溝は互いに押圧さ
れたシリコン板２０ａと２０ｂのそれぞれ中にエ
ツチングによつて形成される。光伝導フアイバ１
はシリコン板の中間溝の間に押圧にされて固定さ
れ、光を導出する２つのフアイバ２と３は板の外
側の溝２１ｂと２１ｃの間に押圧されることによ
つて固定される。すべてのフアイバはエポキシ樹
脂２４中に埋め込まれ、エポキシ樹脂２４はまた
シリコンまたはガラス本体２７ａと２７ｂによつ
て取り囲まれたシリコン板を固定する。第２ｄ図
はばね２６を取り付けるために本体２７ａと２７
ｂ中の溝２８の存在を示す。これらのばねの他端
はガラス板２５中の溝２９に取り付けられてい
る。ガラス板２５は第２ｃ図に破線によつて示さ
れるスクリーン１５と鏡面１３を支持する。ガラ
ス板の動作方向は第２ｃ図と第２ｄ図の上下方向
である。第２ｄ図に示されているように、本体２
７ａと２７ｂはシリコン板２０ａと２０ｂより長
いので、センサ中においてエポキシ樹脂２４によ
つて囲まれているフアイバ外被２３のための間隙
が設けられている。上述したスクリーン１５はこ
こでは２つの部分スクリーン１５ａと１５ｂに分
割され、これらはガラス板２５に取り付けられて
おり、互いに隣接している。ガラス板が上方に動
くと、これに応じて部分スクリーン１５ａによつ
て遮蔽されるフアイバ３の端面の部分が増大す
る。これは、スクリーン１５がフアイバ１，２お
よび３が配設された面に垂値な面中を動くことに
帰因する。スクリーン１５が付着したガラス板２
５が下方に動くと、部分スクリーンによつて遮蔽
されるフアイバ端面がこれに応じた方向に変化す
る。

前述したように、測定装置は物理量を測定する
ように設計されている。図示されていないが、あ
らゆる場合、測定された物理量を、スクリーン１
５を支持するセンサに伝達される動きに周知の方
法で変換するためにトランスジユーサが設けられ
る。そして、スクリーンは上記大きさの状態に応
じた方向へ動く。上記トランスジユーサが位置、
動力、圧力、加速度、流量、温度等をセンサ中の
スクリーンを移送するような動きに変換するよう
にする方法はたくさんある。このことは測定装置
を理解するには不必要なのでここでは省略する。

多くの場合、例えば図示されているように板２
５を弱いばねまたは薄膜からつり下げてフアイバ
の端面に平行な動きを板２５に与えることが最も
適当である。しかし、このようにするかわりに、
板２５の動く方向と垂直方向に伸張する単一の板
ばねに板２５を取り付けることができる。このよ
うにして生じる非線形方向の動きは電子的にある
いは非線形遮蔽によつて補償されることができ
る。

上述のように構成するかわりに、反射面１３を
シリコン板２０にしつかりと連結された本体に配
置してもよい。この場合、スクリーン１５は反射
面１３とフアイバの端面との間の透明板上に配置
され、第２ａ図のガラス板２５と同様につり下げ
られる。

別の例によれば、光伝導フアイバ１は、その光
存在面が光放射フアイバの端面の方向を向くよう
に配設されることができる、すなわち、この場
合、光はフアイバ１からフアイバ２と３に直接伝
えられる。そして、可動スクリーン１５は、光伝
導フアイバの端面と光放射フアイバの端面との間
に配置される。この種のセンサは２端部に光伝導
体を有し、測定対象物に応じたトランスジユーサ
を付加すると、必要なスペースが増加する。

さらに別の例によれば、光伝導フアイバの端部
はセンサの第１端部に取り付けられることがで
き、光放射フアイバの端部は第２端部に取り付け
られる。２つの部分は測定されるべき物理量に応
じて互いに可動となつており、この動きは２つの
光放射フアイバが配置される面において生じる。
センサに満足な直線性をもたせるためには、セン
サの２つの端部間の相対運動によつて生じる光放
射フアイバの一方における投射光の増加が他の光
放射フアイバにおける投射光の減少に実質的に等
しくなければならない。これは、光を導入するフ
アイバの端面と光を導出するフアイバの端面との
間にスクリーンを配置することによつて達成でき
る。スクリーンには所要の直線性を得られるよう
に１つまたはそれ以上の光伝送フイールドが設け
られる。

第３図乃至第６図は第１ａ図乃至第１ｂ図に示
された測定装置をさらに発展させたものを示す。
これらの図に示された装置においては、オプトエ
レクトロニクス装置および光フアイバにおける安
定度が改良されている。この改良は、センサへ光
を導入する別のフアイバの助けにより達成され、
このフアイバからの光は検出器が連結された２つ
の光放射フアイバと電子装置との整合を保持する
のに使用される。このような整合は、上述の光伝
導フアイバがあらゆる環境の下で有効に作用する
ように安定化するのに必要なことである。

第３図乃至第６図において、第１の光伝導フア
イバは参照番号１によつて示され、第２の光伝導
フアイバは参照番号３０によつて示され、２つの
光放射フアイバは参照番号２と３によつて示され
ている。制御装置７を具備する光源４はフアイバ
１へ光を送るように構成されており、その光の強
さは制御装置によつて制御される。フアイバ３０
に対応されて光源３１が設けられており、該光源
には制御装置が備えられている。光放射フアイバ
２と３を通して到来する光束はそれぞれ光検出器
５と６によつて受光され、光検出器５と６から出
力される光電流はそれぞれ検出増幅器８と９によ
つて増幅されるようになつている。

第３図に示された測定装置において、第１光伝
導フアイバ１からの光の部分は第３ａ図に示され
ているように板１７の２つのスクリーン部１８の
間の水平透明領域１９を通る。板１７は、フアイ
バ１の自由端を支持するセンサ部２０と、フアイ
バ２，３および３０を支持するセンサ部２５との
間に配置されている。第３ａ図は第３図の線―
に沿う断面図として板１７を示すものである。
センサ部２０は第３図の矢印２０ａに沿つて動く
ようになつている。センサ部２０がセンサ部２５
に関して上方に動くとき、より多くの光がフアイ
バ１からフアイバ３に与えられ、その分フアイバ
１からフアイバ２へ与えられる光が減少する。セ
ンサ部２０が下方へ動くと、この関係は逆にな
る。フアイバ２，３および３０はセンサ部２５に
固定されているので、フアイバ３０からフアイバ
２と３へ分与される光がセンサ部２０と２５の相
対運動とは無関係となるようにフアイバ３０から
の光は板１７のスクリーン面１８に反射してフア
イバ２と３に与えられる。

光源３１によつて発生されたフアイバ３０中の
光は制御装置３２において発振器３３によつて与
えられる周波数₀で変調される。検出器５と６お
よび検出増幅器８と９にそれぞれに関連したフア
イバ２と３のいずれかによつて生じる不安定さを
補償するために、制御可能増幅器３４、すなわち
乗算器または調整可能分圧器が増幅器９の出力端
に接続されており、増幅器８と増幅器３４の出力
における周波数₀の交流分の振幅の差が零となる
ように制御回路３５によつて制御される。これ
は、帯域通過フイルタ３６と３７によつて２つの
検出器信号の２つの₀成分をそれぞれ波し、整
流器３８と３９においてそれぞれ整流し、しかる
後に低域通過フイルタ４０と４１によつてそれぞ
れ波することによつて達成される。このように
処理された信号は総和装置４２の正入力端と負入
力端に供給され、ここから得られる差信号は制御
回路３５に供給され、該回路３５は増幅器８と増
幅器３４のそれぞれの₀成分が同じ振幅となるよ
うに増幅器３４を制御し、これによつてセンサか
らの２つの光フアイバおよびオフトエレクトロニ
クス分岐回路の正しい整合を確実にとることがで
きる。トランスジユーサ装置の絶対的安定を得る
ために、増幅器８と増幅器３４の信号は総和装置
１０において和がとられる。和信号は低域通過フ
イルタ４３によつて波され、減算装置４４の一
方の入力端に供給される。減算装置４４の他方の
入力端には基準信号Vrefが供給される。装置４
４の出力信号は制御回路４５に供給され、制御回
路４５は光源４の制御装置７へ制御信号を出力
し、これによりフイルタ４３から出力される波
された和信号は基準信号Vrefに等しく維持され
る。測定信号は、減算装置１１中の増幅器８と３
４から出力される整合制御信号間の差を求め、こ
の差信号を低域通過フイルタ４６によつて波す
ることによつて得られる。波された信号は一般
的構成の測定装置１２に供給される。

第３ｂ図は測定装置１２に与えられる測定信号
を安定化するための別の構成を示す。総和装置１
０と１１から出力される信号はそれぞれフイルタ
回路４３と４６を介して除算装置４７に与えら
れ、除算装置４７の出力信号は測定装置１２へ供
給される。そして、信号Vrefは制御装置７へ直
接供給される。この構成においては、制御回路４
５と減算装置４４を除去することができる。

第４図は第２ａ図および第２ｂ図に示されたセ
ンサに付加されるセンサ装置を示すとともに、第
３図に示されたものとは異なつた種類のセンサに
第２の光伝導フアイバ３０を付加したものを示
す。また、第４図は２つの光放射フアイバ２と３
の光が２つの周波数₀と₁で振幅変調される場合
に使用されるのに好適な電子装置を示す。

第４ａ図は第２の光伝導フアイバ３０を備えた
センサの詳細構成を示す。この場合、フアイバ３
０からフアイバ２への反射光とフアイバ３０から
フアイバ３への反射光との関係が一定でありスク
リーン４８の位置とは無関係であるように、光伝
導フアイバ３０から放射された光はスクリーン４
８によつて反射され光放射フアイバ２と３へ与え
られる。光伝導フアイバ１から放射された光の部
分はスクリーン４８の背後に位置するミラー４９
によつて反射されスクリーンに形成されたギヤツ
プ５０を通つて２つの光放射フアイバ２と３に入
射する。２つの光放射フアイバに生じる光速間の
差はスクリーンの水平方向位置の関数となる。こ
の場合、整合の安定化は、減算装置５１中の増幅
器８と３４から出力される検出信号間の差を求
め、この差信号を帯域通過フイルタ５２を通した
後整流器５３によつて整流し、整流信号を低域通
過フイルタ５４を通した後調整器５５にエラー信
号として供給し、装置５１から出力された信号が
回路５２，５３，５４において周波数₀で振幅変
調された後零に保持するように調整器５５が制御
可能増幅器３４を制御することによつて達成され
る。絶対的安定は、総和装置５６において増幅器
８と３４からの出力信号の和をとり、この和信号
を帯域通過フイルタ５７で波し、整流器５８で
整流し、低域通過フイルタ５９で波した後、減
算装置６０の一方の入力端へ供給して、この信号
と基準信号Vrefとの偏差を求めることによつて
達成される。差信号は調整器６１へのエラー信号
として使用され、調整器６１の出力信号は増幅器
６２を制御し、増幅器６２は、周波数₁の発振器
の出力信号の振幅を、装置５７，５８および５９
において周波数₁で復調された和信号が基準信号
Vrefに等しくなるように制御する。最後に、回
路６４，６５および６６において周波数₁で振幅
復調された後、装置５１からの差信号として測定
信号が得られ、該信号は測定装置１２へ与えられ
る。そして、発振器６７によつて周波数₀の信号
が発生されて制御装置３２に供給される。

第４ｂ図は第４ａ図に示されたセンサの変形例
である。センサのスクリーン４８の形状がいくら
か異つているので、スクリーンが左方向に動く
と、２つの光放射フアイバ２と３へ与えられる光
は少くなり、スクリーンが右方向へ動くと、フア
イバ２と３へ入射する光は増加する。このこと
は、これらを加算した光量はスクリーンの位置の
関数であり、光量の差は一定でスクリーンの横方
向の動きに無関係であることを意味する。第４ａ
図のギヤツプ４ａは第４ｂ図の２つのギヤツプ開
口５０ａと５０ｂに相当するものである。ギヤツ
プを変化させた場合、電子装置は、減算装置５１
を加算器に置換し、総和装置５６は減算器に置換
しなければならない。ただし、その他の箇所は変
更する必要はない。

第５図は、光伝導フアイバ３０から光放射フア
イバ２と３への光の方向転換をセンサのすぐ近く
で行うかわりに、センサと光検出器との間であつ
てセンサの外側のどこかで行わせるものを示す。
しかし、この場合、光が方向転換する位置とセン
サ配設位置との間に設けられた光放射フアイバ対
の部分について整合調整を行うことはできない。
センサに含まれている構成要素は第３図を参照し
て説明したので、ここでは繰り返さない。第２の
光伝導フアイバ３０から光放射フアイバへ光を導
入し得るように、フアイバ・ジヨイント６８が設
けられている。第５ｂ図は第５図の線Ａ−Ａに沿
う断面図であつて３つのフアイバの形態を示すも
のである。この場合、電子装置は、光源３１の光
を変調するために正弦波を使用せず短形波を使用
する点において第３図の電子装置とは異なつてい
る。このことは、装置１１から出力される差信号
の復調は、装置１１の出力端に接続されたフイル
タ６９において波し、整流器７０において位相
感知整流を行い、低域通過フイルタ７１において
波して調整器３５へのエラー信号を作製するこ
とによつて達成される。他の点については、電子
装置は第３図に示された電子装置と同様である。

上述した図は測定値に関する情報を伝送するの
に２つの光放射フアイバを使用するものを示すも
のである。第６図はセンサから測定電子装置へ測
定信号を伝送するのに唯一の光放射フアイバ（３
ａ＋３ｂ）を使用する構成を示す。センサはそれ
自身ガラス板１７を含み、該板１７が第６ａ図の
二重矢印の方向に動くと、板１７に配設されたス
クリーン１８によつて、光伝導フアイバ１から反
射面４９によつて反射して光放射フアイバ３ａの
端部に致る光の最大量または最小量を遮蔽する。
光放射フアイバ２ａの前方にはスクリーンが存在
しないので、反射してこのフアイバに入射する光
はガラス板１７の動きによつて影響されない（第
１ｂ図）。第６ａ図はフアイバ端面に対して垂直
な視点からスクリーン１８付きのガラス板１７を
見たところを示す。発光ダイオード４からフアイ
バ１を通してセンサへ連続光が放射される。ミラ
ー４９によつて反射されて光放射フアイバ２ａに
入射する光の部分はフアイバ・ジヨイント６８を
介して伝導され、さらにフアイバ２ａを通つてホ
ト・ダイオード５に到達する。ホト・ダイオード
５を流れる光電流は増幅器８によつて増幅され低
域通過フイルタ７２を介して減算装置４４の一方
の入力端へ与えられ、この減算装置において基準
信号Vrefと比較される。減算装置４４からはエ
ラー信号が得られ、このエラー信号は制御回路４
５を介して発光ダイオード４の制御装置７に供給
される。制御装置７は発光ダイオードを制御し、
これによりフイルタ７２から出力される信号は
Vrefに等しく保持される。スクリーン１８を通
過してフアイバ３ａに入射した光はフアイバ３ｂ
を通つてホトダイオード６へ到達する。これによ
つてホトダイオード６に流れる光電流は増幅器９
と３４において増幅され、低域通過フイルタ７３
によつて波された後、測定信号として使用され
て測定装置１２に供給される。第５図を参照し
て、説明し且つ示したのと同様に、光源３１によ
つて放射されフアイバ３０を介して送られる光は
フアイバ２ａと３ｂを介して増幅器３４を調整す
るのに使用され、この結果、増幅器８から出力さ
れる信号と増幅器３４から出力される信号との偏
差がフアイバ３０を通る光に対して零に保持され
る。

第７図は光源４と３１に各種変調周波数を使用
するかわりに、光伝導フアイバ１と３０を通つて
光放射フアイバから放射される光を検出器５と６
によつて測定できるようにするために、上記２つ
の光源４と３１は異なつた時間間隔の間切り換え
て使用される。センサとフアイバの構成は第３図
に示されたものに相当するので、ここでは説明し
ない。光源４と３１を交互に切換えて使用し検出
器５と６からの信号を同時に適当な手法で処理し
得るようにするために第３図に示されたものに比
較していくらか異なつた設計の電子装置が必要と
される。発振器７８はアナログ・スイツチ７３を
制御して、発振器の周期の特定の時間の間光源３
１のための駆動回路３２に基準電圧Vrefを与え
るようにし、これによりフアイバ３０に光が送ら
れる。同じ時間間隔の間、第２のアナログ・スイ
ツチ７５がインバータ７７によつて開放状態に保
持され、これにより光源４は消勢される。発振器
７８は、またサンプリングおよび保持回路８２を
制御し、これにより回路８２はサンプリング・モ
ードで動作し、調整器８３からの出力信号は制御
可能増幅器８０を該増幅器の出力信号が検出増幅
器８の出力信号に等しく保持されるように制御す
る。これら２つの増幅器の出力信号は総和装置８
１において比較され、装置８１の出力は調整器８
３の入力端に与えられる。したがつて、光源３１
が発光している発振器７８の周期のある部分の
間、電子装置は整合の安定化を行う。発振器７８
の周期の残りの部分の間、スイツチ７３がオフと
され、光源３１は消勢され、回路８３は保持位置
にあり、調整された整合安定化増幅が増幅器８０
において調整された状態で保持される。発振器の
周期のこの部分の間、光源４の光の強さが調整さ
れ、総和装置７９から出力される和信号は基準信
号Vrefと同じ値となる。これは、スイツチ７５
が総和装置７４の出力端を調整器７６の入力端に
接続し、前述のような光源の調整を可能とするこ
とによつて実行される。調整が完了すると、サン
プリングおよび保持回路８２は、偏差形成器とし
て接続される総和装置８１からの出力信号を読み
取り、次の読み取りまでの間この値を保持でき
る。これらの読み取りは発振器７８によつて与え
られる周波数によつて行われ、測定値は装置１２
によつて表示される。

第１ａ図によると、電子装置とセンサの間に３
つのフアイバが使用される。しかし、この数は、
第８図に示されるように分岐光フアイバを使用す
ることによつて減少させることができる。光源４
から発せられた光はフアイバ８６を通つて枝９１
へ到達し、さらにフアイバ１を通つてセンサに到
る。センサは第８ａ図に示すように透明ギヤツプ
９０を有する固定スクリーン８８を具備し、ギヤ
ツプ９０はフアイバ１から可動ミラー８９へ光の
一部を解放するためのものである。ミラーはこの
光の一部を反射してフアイバ１の方向へもどし、
反射光の一部は枝９１およびフアイバ８７を通つ
て光検出器５に到る。ミラー８９の上を通るセン
サ内の光は光放射フアイバ３を通つて光検出器６
に到る。このことは、ミラー８９が上方に動くと
きには検出器５へ到達する光は増加し、検出器６
へ到達する光は減少し、ミラー８９が下方に動く
ときにはこの関係が逆になることを意味する。適
当なスクリーン８０を選択し、検出増幅器８と９
の増幅度を適当なものにすることによつて、第１
ａ図の測定装置と同じ状態が得られ、したがつて
同じ電子装置を使用することができるようにな
る。ただし、第８図は光源４のかわりに総和装置
１０の出力信号が調整器９２を介して２つの整合
された制御可能増幅器９３，９４を制御するのに
使用され、且つ光源が定電流によつて駆動される
ようになつている電子装置を示す。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は測定装置の原理を概
略的に示す説明図、第２ａ図乃至第２ｄ図はセン
サの原理を示す構成図、第３図乃至第６図は第１
ａ図および第１ｂ図に示された測定装置の変形例
を示す説明図、第７図は２つの別の光源を有する
測定装置を示す説明図、第８図および第８ａ図は
分岐光フアイバを使用した測定装置を示す説明図
である。１，１ａ，１ｂ……光伝導フアイバ、２，３…
…光放射フアイバ、４……発光ダイオード、５，
６……光導体またはCCD要素、８，９……検出
増幅器、１３……ミラー、１５……可動スクリー
ン、２５……ガラス板、２６……一対のばね、３
２……制御装置、３３……発振器、３４……制御
可能増幅器、３５……制御回路、３６，３７……
帯域通過フイルタ、３８，３９……整流器、４
０，４１……低域通過フイルタ、４２……総和装
置、４３……低域通過フイルタ、４４……減算装
置、４５……制御回路、４６……低域通過フイル
タ、４７……除算装置、４８……スクリーン、４
９……ミラー、５０……ギヤツプ、５０ａ，５０
ｂ……ギヤツプ開口、５１……減算装置、５２…
…帯域通過フイルタ、５４……低域通過フイル
タ、５５……調整器、５６……総和装置、５７…
…帯域通過フイルタ、５８……整流器、５９……
低域通過フイルタ、６０……減算装置、６１……
調整器、６７……発振器、６８……フアイバ・ジ
ヨイント、６９……フイルタ、７１……低域通過
フイルタ、７２……フイルタ、７３……低域通過
フイルタ、７８……発振器、８０……制御可能増
幅器、８１……総和装置、８２，８４……サンプ
ルおよび保持回路、８３……調整器、８６……フ
アイバ、８８……固定スクリーン、８９……可動
ミラー、９２……調整器、９３，９４……制御可
能増幅器。

Claims

【特許請求の範囲】１測定されるべき物理量によつて影響を受ける
光変調手段（１３，１５，１６（第１ａ図）：１
３，１５，２５（第１ｂ図）：１３，１５，２０，
２２，２４−２６（第２ａ，２ｂ図）：１３，１
５ａ，１５ｂ，２０ａ，２０ｂ，２３−２９（第
２ｃ，２ｄ図）：１７−２０，２５（第３図）：２
１，４８−５０，５０ａ，５０ｂ（第４図）：１
５，２０，２５（第５図）：１７，１８，４９
（第６図）：１７，２０，２５（第７図）：８８−
９０（第８図））と、前記光変調手段へ向けて光入力信号を発生する
光入力信号発生手段（４（第１ａ，１ｂ図）：４，
３１−３３（第３図）：４，７，１４，３２，６
１−６３，６７（第４図）：４，３１−３３（第
５，６図）：４，３１，３２，７３，７５，７７，
７８（第７図）：４，７（第８図））と、少なくとも二つの光学検出手段（５，６，８，
９（第１−８図））を含み、前記光変調手段から
放出される光出力信号を処理する手段と、前記光変調手段へ前記光入力信号を伝送する少
なくとも一つの光入力フアイバ１（（第１ａ，２
図）：１ａ，１ｂ（第１ｂ図）：１，３０（第３−
７図）：１，８６（第８図））と、前記光出力信号
を前記少なくとも二つの光学検出手段５，６，
８，９に伝送する少なくとも二つの光出力フアイ
バ（２，３（第１−５，７，８図）：２ａ，２ｂ，
３ａ，３ｂ（第６図））とを備えた光学的測定装置
であつて、前記光変調手段は、前記光出力信号が測定され
るべき物理量を示す少なくとも一つの測定成分
と、前記測定成分より前記物理量と関係の少ない
少なくとも一つの安定化成分とを有するよう前記
光変調手段に導かれる光の少なくとも一部を変調
し、前記処理手段は、前記少なくとも二つの光学検
出手段によつて検出された光出力信号から前記少
なくとも一つの測定成分と前記少なくとも一つの
安定化成分を分離して前記分離された成分から少
なくとも１つの測定信号と少なくとも一つの補償
信号を発生する信号発生手段（１０，１１（第１
ａ図）：１０，１１，３６−４４，４６（第３
図）：５１−５４，５６−６０，６４−６６（第
４図）：１０，１１，４３，４４，４６，６９−
７１（第５図）：１１，４４，６９−７３（第６
図）：７４，７９，８１，８２，８４（第７図）：
１０，１１（第８図））と、前記少なくとも一つ
の補償信号に応答して前記測定装置の不安定要素
に対する前記測定信号の依存度を減少させる安定
化手段（７（第１ａ，１ｂ図）：７，３４，３５，
４５（第３図）：７，３４，５５，６１，６２
（第４図）：７，２１，３５，４５（第５，６
図）：７，７６，８０，８３（第７図）：９２−９
４（第８図））とを有し、前記測定信号は指示手
段（１２（第１−８図））に与えられて前記物理
量が指示される、物理量を測定する光学的測定装置。２特許請求の範囲第１項において、前記少なくとも二つの光出力フアイバ（２，３
（第１ａ，２，３，４ａ，５，７図）：３，８７
（第８図））の各々は、前記測定成分の少なくとも
一つと前記安定化成分の一つを伝送し、前記処理手段の信号発生手段（１０，１１（第
１ａ，８図）：１０，１１，３６−４４，４６
（第３図）：５１−５４，５６−６０，６４−６６
（第４ａ図）：１０，１１，４３，４４，４６，６
９−７１（第５図）：７４，７９，８１，８２，
８４（第７図））は、前記少なくとも二つの光出
力フアイバによつて伝送された光出力信号間の差
から前記少なくとも一つの測定信号を形成する差
手段１１（（第１ａ，３，５，８図）：５１（第４
ａ図）：８１（第７図））と、前記少なくとも二つ
の光出力フアイバによつて伝送された光出力信号
の和から前記少なくとも一つの補償信号を発生す
る和手段（１０（第１ａ，３，５，８図）：５６
（第４ａ図）：７９（第７図））とを有する、前記
光学的測定装置。３特許請求の範囲第１項において、前記少なくとも二つの光出力フアイバ２，３の
各々は前記測定成分の少なくとも一つと前記安定
化成分の一つを伝送し、前記処理手段の信号発生手段（５１−５４，５
６−６０，６４−６６（第４ｂ図））は、前記少
なくとも二つの光出力フアイバによつて伝送され
た光出力信号間の差から前記少なくとも一つの補
償信号を形成する差手段５６と、前記少なくとも
二つの光出力フアイバによつて伝送された光出力
信号の和から前記少なくとも一つの測定信号を発
生する和手段５１とを有する、前記光学的測定装
置。４特許請求の範囲第１項において、前記光入力信号発生手段（４，３１−３３（第
３図）：４，７，１４，３２，６１−６３，６７
（第４図）：４，３１−３３（第５，６図））は二
つの光入力信号を発生すると共に該二つの光入力
信号を異なる第１及び第２の周波数で変調し、前記光入力フアイバ（１，３０（第３−６図））
は二つ設けられ、それぞれは前記変調された光入
力信号の対応する一つを前記光変調手段に伝送
し、前記処理手段の信号発生手段（１０，１１，３
６−４４，４６（第３図）：５１−５４，５６−
６０，６４−６６（第４図）：１０，１１，４３，
４４，４６，６９−７１（第５図）：１１，４４，
６９−７３（第６図））は、前記二つの光出力フ
アイバ（２，３（第３−５図）：２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂ（第６図））からの前記光出力信号をそれ
ぞれが第１及び第２の周波数成分の対応する一つ
を有する二つの光成分に分割する分割フイルタ回
路（３６，３７，４３，４６（第３図）：５２，
５７，６４（第４図）：４３，４６，６９（第５
図）：６９，７２，７３（第６図））と、前記分割
された二つの光成分のうちの前記第１の周波数成
分を有する光成分から前記測定信号を形成すると
共に、前記第１及び第２周波数成分を有する光成
分からそれぞれ第１及び第２の補償信号を形成す
る信号形成手段（３８−４２，４３，４４，４６
（第３図）：５３，５４，５８−６０，６５，６６
（第４図）：７０，７１，４４（第５図）：４４，
７０，７１（第６図））とを有する、前記光学的
測定装置。５特許請求の範囲第４項において、前記信号形成手段は、前記フイルタ回路から出
力された前記二つの光出力フアイバ（２，３（第
３−５図）：２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ（第６図））
からの光出力信号のうち前記第２周波数成分₀を
有する信号間の差から前記光入力信号発生手段に
起因する安定化成分に関する前記第２補償信号を
形成する差手段（４２（第３図）：５１（第４
図）：１１（第５，６図））を有し、前記安定化手段（７，３４，３５，４５（第３
図）：７，３４，５５，６１，６２（第４図）：
７，２１，３５，４５（第５，６図））は前記第
２補償信号が実質的にゼロに保たれるよう前記少
なくとも二つの光学検出手段５，６，８，９の感
度を制御する手段（３４（第３，４図）：２１
（第５，６図））を有する前記光学的測定装置。６特許請求の範囲第４項において、前記信号形
成手段は、前記二つの光出力フアイバ（２，３
（第３，４ａ，５図））からの光出力信号のうち前
記分割された二つの光成分のうち前記第１の周波
数成分を有する光成分間の差から前記測定信号を
得る差手段（１１（第３，５図）：５１（第４ａ
図））と、前記第１の周波数成分を有する光成分
間の和から前記第１の補償信号を得る和手段（１
０（第３，５図）：５６（第４ａ図））とを有す
る、前記光学的測定装置。７特許請求の範囲第４項において、前記信号形
成手段は、前記二つの光出力フアイバ（２，３
（第４ｂ図））からの光出力信号のうち前記分割さ
れた二つの光成分のうち前記第１の周波数成分を
有する光成分間の和から前記測定信号を得る和手
段（５１（第４ｂ図））と、前記第１の周波数成
分を有する光成分間の差から前記第１の補償信号
を得る差手段（５６（第４ｂ図））とを有する、
前記光学的測定装置。８特許請求の範囲第１項において、前記光入力信号発生手段（４，３１，３２，７
３，７５，７７，７８（第７図））は所定の時間
毎に交互に第１及び第２の光入力信号を発生し、前記処理手段の信号発生手段（７４，７９，８
１，８２，８４（第７図））は、前記少なくとも
二つの光出力フアイバ２，３からの光出力信号を
それぞれが前記第１及び第２の光入力信号の対応
する一つに関連する二つの光成分に分割するサン
プリング手段８２，８４と、分割された前記二つ
の光成分の一方から前記一つの測定信号を形成す
ると共に前記分割された二つの光成分の一方及び
他方からそれぞれ第１及び第２の補償信号を形成
する信号形成手段７９，８１とを有する、前記光
学的測定装置。９特許請求の範囲第４項または第８項におい
て、前記安定化手段（７，３４，３５，４５（第
３図）：７，３４，５５，６１，６２（第４図）：
７，２１，３５，４５（第５図）：７，２１，３
５，４５（第６図）：７，７６，８０，８３（第
７図））は前記第１の補償信号に応答してそれを
一定に保つよう前記光入力信号発生手段（４，３
１−３３（第３図）：４，７，１４，３２，６１
−６３，６７（第４図）：４，３１―３３（第５，
６図）：４，３１，３２，７３，７５，７７，７
８（第８図））の出力を制御することにより前記
光入力フアイバ１，３０、前記光出力フアイバ
（２，３（第３−５，７図）：２ａ，２ｂ，３ａ，
３ｂ（第６図））、前記光入力信号発生手段（４，
３１−３３（第３，５，６図）：４，７，１４，
３２，６１−６３，６７（第４図）：４，３１，
３２，７３，７５，７７，７８（第７図））及び
前記処理手段における不安定要素を補償する手段
（７，４５（第３，５，６図）：７，６１，６２
（第４図）：７，７６（第７図）））を備える前記光
学的測定装置。１０特許請求の範囲第８項において、前記安定
化手段（７，７６，８０，８３（第７図））は前
記第２の補償信号に応答してそれを一定に保つよ
う前記光学検出手段５，６を制御することにより
前記光入力フアイバ１，３０、前記光出力フアイ
バ２，３及び前記光学検出手段５，６，８，９に
おける不安定要素を補償する手段８０，８３を備
える前記光学的測定装置。１１特許請求の範囲第１項において、前記光入
力信号発生手段（４，３１−３３（第３，５
図）：４，３１，３２，７３，７５，７７，７８
（第７図））は二つの光入力信号を発生し、前記少
なくとも一つの光入力フアイバ（１，３０（第
３，５，７図））は前記光入力信号の各々を伝送
し、前記光変調手段（１７−２０，２５（第３
図）：１５，２０，２５（第５図）：１７，２０，
２５（第７図））はスクリーン板（１７，１８
（第３図）：１５（第５図）：１７（第７図））を有
し、該スクリーン板は前記少なくとも二つの光入
力フアイバの一つからの光を前記スクリーン板の
反対側の前記少なくとも二つの光出力フアイバに
通す透明部（１９（第３図））を有し、それによ
り前記光入力フアイバの一つの前記少なくとも二
つの光出力フアイバに対する動きにより測定成分
及び安定化成分を発生させ、前記光変調手段は更
に、一定の関係でかつ前記動きに無関係に光を前
記少なくとも二つの光出力フアイバ２，３に伝送
し、それにより前記少なくとも二つの光出力フア
イバと前記少なくとも二つの光検出手段５，６，
８，９の安定化のための安定化成分信号を発生さ
せる手段を有する、前記光学的測定装置。１２特許請求の範囲第１項において、前記光入
力信号発生手段（４，７，１４，３２，６１−６
３，６７（第４図）：４，３１−３３（第６図））
は二つの光入力信号を発生し、前記光入力フアイ
バ（１，３０（第４，６図））は二つ設けられ、
それぞれ前記二つの光入力信号の対応する一つを
伝送し、前記光変調手段（２１，４８−５０，５
０ａ，５０ｂ（第４図）：１７，１８，４９（第６
図））は、前記二つの光入力フアイバと前記少な
くとも二つの光出力フアイバ（２，３（第４
図）：２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ（第６図））間に延
在する少なくとも一つのギヤツプを有するスクリ
ーン（４８（第４図）：１８（第６図））と、該ス
クリーンの後に配置されたミラー４９とを有し、
それにより前記二つの光入力フアイバの一方１か
ら前記少なくとも二つの光出力フアイバに反射さ
れた光は、前記スクリーン及び／又はミラーが前
記二つの光入力フアイバと少なくとも二つの光出
力フアイバに対して移動された時変調されて測定
成分と安定化成分を発生し、前記光変調手段は、
前記二つの光入力フアイバの他方３０から前記少
なくとも二つの光出力フアイバへ前記スクリーン
及び／又はミラーの動きに影響されない、光を伝
送する光路を有する、前記光学的測定装置。１３特許請求の範囲第１項において、一方（１
（第３−７図））が光を前記光変調手段に導く二つ
の光入力フアイバ１，３０と、前記光変調手段か
ら前記少なくとも二つの光学検知手段へ光を伝送
する二つの光出力フアイバ（２，３（第３−５，
７図）：２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ（第６図））とを
有し、前記光入力フアイバの他方３０は前記二つ
の光出力フアイバ（２，３（第３−５，７図）：
２ｂ，３ｂ（第６図））に近接して配置され光を実
質的に等しくそれらに入射させ安定化成分信号を
発生させる、前記光学的測定装置。１４特許請求の範囲第１項において、光を前記
光変調手段に導く二つの光入力フアイバ（１，３
０（第６図））と、ミラー（４９（第６図））を有
する前記光変調手段と、前記ミラーから前記光学
検出手段（５，６，８，９（第６図））に反射さ
れた光を伝送する二つの光出力フアイバ２ａ，２
ｂ，３ａ，３ｂとを有し、前記光入力フアイバの
一方１は光を前記光出力フアイバ２ａ，３ａの
各々に入射させるよう光をミラー４９に向け、前
記光入力フアイバの他方３０は光を前記二つの光
出力フアイバ２ｂ，３ｂの各各に等しく向けるよ
う配置され、前記光出力フアイバの一方３ｂは前
記少なくとも一つの測定成分を伝送し、前記光出
力フアイバの他方２ｂは前記少なくとも一つの安
定化成分を伝送する、前記光学測定装置。１５特許請求の範囲第１項において、更に分岐
された光フアイバ（８６，８７（第８図））を有
し、該分岐された光フアイバの一方の分岐８６は
光を前記光変調手段（８８−９０（第８図））に
伝送し、他方の分岐８７は前記光変調手段から前
記少なくとも二つの光出力フアイバの一つ１への
反射光を伝送し、前記少なくとも二つの光出力フ
アイバの他方３は前記少なくとも一つの光入力フ
アイバからの光を受けるよう配置されている、前
記光学的測定装置。