特許 6247931 光式圧力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6247931

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】光式圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 11/02 20060101AFI20171204BHJP

   G01L 1/24 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   G01L11/02

   G01L1/24 A

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-270459(P2013-270459)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-125073(P2015-125073A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年9月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】平井 謙伍

(72)【発明者】

【氏名】出雲 正樹

(72)【発明者】

【氏名】松村 学

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１５６１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−６５７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２５５１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００４８１３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２

Ｇ０１Ｌ２７／００−２７／０２

Ｇ０１Ｂ１１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｄ ５／２６− ５／３８

Ｇ０１Ｋ １／００−１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体内に配置され、前記流体の圧力を光ファイバにて検知する光式圧力センサであって、
ダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに固定された圧力検出用ＦＢＧと、
前記圧力検出用ＦＢＧが形成された光ファイバと、
前記光ファイバを収容する収容部と、
前記光ファイバの他の部分に形成され、前記圧力検出用ＦＢＧで検出された圧力の温度補償を行うための温度補償用ＦＢＧとを備え、
前記圧力検出用ＦＢＧは、別体で設けられた固定用ペアブロックを介して、前記ダイヤフラム上の略中央に配置され、
前記温度補償用ＦＢＧは、一体で設けられた固定用ブロックを介して、前記ダイヤフラム上であり且つ前記圧力検出用ＦＢＧの近傍に配置され、
前記固定用ブロックは、前記ダイヤフラムと当接する基部と、前記基部から上方に向かって延出する延出部と、前記延出部の上端に設けられ、前記温度補償用ＦＢＧを固定するための固定部とを有することを特徴とする光式圧力センサ。

【請求項2】

前記温度補償用ＦＢＧは、前記ダイヤフラムの外径をＤとしたとき、前記ダイヤフラムの中心からＤ／３の距離で規定される範囲内に配置されることを特徴とする、請求項１記載の光式圧力センサ。

【請求項3】

前記固定用ブロックの高さが、前記固定用ペアブロックの高さ以下であることを特徴とする、請求項１記載の光式圧力センサ。

【請求項4】

前記延出部が、前記基部から上方に向かって前記ダイヤフラムに略垂直に延出する縦部材であり、
前記固定部が、前記縦部材の上端に設けられ、前記ダイヤフラムに略平行に延出する横部材であることを特徴とする、請求項１記載の光式圧力センサ。

【請求項5】

前記延出部が、前記基部から上方に向かって前記ダイヤフラムに対して斜めに延出する斜面を有する部材であることを特徴とする、請求項１記載の光式圧力センサ。

【請求項6】

前記固定用ブロックが、側面視で略ブリーフ型であることを特徴とする、請求項５記載の光式圧力センサ。

【請求項7】

前記温度補償用ＦＢＧの両端近傍に位置する光ファイバを、前記固定用ブロックに固定する固定材を更に備えることを特徴とする、請求項１記載の光式圧力センサ。

【請求項8】

前記温度補償用ＦＢＧおよびその両端近傍に位置する光ファイバに形成された金属製保護層を更に備えることを特徴とする、請求項１記載の光式圧力センサ。

【請求項9】

前記固定材が、前記金属製保護層を前記固定用ブロックに固着することを特徴とする、請求項８記載の光式圧力センサ。

【請求項10】

前記温度補償用ＦＢＧの両端近傍に配置され、前記金属製保護層を覆って設けられた金属管を更に備え、
前記固定材が、前記金属管を前記固定用ブロックに固着することを特徴とする、請求項８記載の光式圧力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ファイバブラックグレーティング（ＦＢＧ）を用いた光式圧力センサに関し、例えば、河川や海、湖などの液体中に設置される光式圧力センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、河川などの水位を測定するための光圧力センサとして、例えば、ダイヤフラムと、該ダイヤフラムに固定された圧力検出用ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）と、該ＦＢＧが形成された光ファイバと、光ファイバを収容する収容部とを備える圧力測定用センサが開示されている。ＦＢＧは歪量により反射する波長がシフトする特性があるため、ダイヤフラムの変位面上にＦＢＧを固定することで、圧力による弾性変形量をＦＢＧの波長シフト量に変換することが可能となっている。

【0003】

また、ＦＢＧは温度変化の影響を受けやすく、ＦＢＧで検出される圧力に誤差が生じる場合があることから、温度補償を行うための温度検出用ＦＢＧが設けられている。温度検出用ＦＢＧは、機械的な外力を受けないように、収容部内下部の側壁に設置されるか（特許文献１）、収容部内の底壁に固定されるのが一般的である（特許文献２）。このような温度検出用ＦＢＧによる温度補償により、温度変化による水位誤差の発生を防止することが可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−１０８５５３号公報

【特許文献2】特許第４５７０２２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、測定対象である水の温度が短時間で急変した場合、温度補償用ＦＢＧが上記のような設置位置であると、温度補償用ＦＢＧの温度が圧力検知用ＦＢＧの温度と同様に変化せず、この温度変化の相異により水位誤差が発生するという問題がある。また、温度補償用ＦＢＧを所定位置に固定する際には、一般にブロック形状の固定部材が用いられるが、この固定部材の形状が水位誤差に影響することが分かっている。さらに、水位誤差が発生してから安定するまでの時間が非常に長く、正確な水位を検知することができるまでに長時間を要するという問題がある。

【0006】

本発明の目的は、急激な水温変化が生じた場合であっても水位誤差が小さく、また、水位誤差が発生してから正確な水位を検知するまでの時間を短くして、短時間で正確な水位を検知することが可能な光式圧力センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の光式圧力センサは、流体内に配置され、前記流体の圧力を光ファイバにて検知する光式圧力センサであって、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに固定された圧力検出用ＦＢＧと、前記圧力検出用ＦＢＧが形成された光ファイバと、前記光ファイバを収容する収容部と、前記光ファイバの他の部分に形成され、前記圧力検出用ＦＢＧで検出された圧力の温度補償を行うための温度補償用ＦＢＧとを備え、前記圧力検出用ＦＢＧは、別体で設けられた固定用ペアブロックを介して、前記ダイヤフラム上の略中央に配置され、前記温度補償用ＦＢＧは、一体で設けられた固定用ブロックを介して、前記ダイヤフラム上であり且つ前記圧力検出用ＦＢＧの近傍に配置され、前記固定用ブロックは、前記ダイヤフラムと当接する基部と、前記基部から上方に向かって延出する延出部と、前記延出部の上端に設けられ、前記温度補償用ＦＢＧを固定するための固定部とを有することを特徴とする。

【0008】

また、前記温度補償用ＦＢＧは、前記ダイヤフラムの外径をＤとしたとき、前記ダイヤフラムの中心からＤ／３の距離で規定される範囲内に配置される。

【0009】

好ましくは、前記固定用ブロックの高さが、前記固定用ペアブロックの高さ以下である。

【0011】

前記延出部は、前記基部から上方に向かって前記ダイヤフラムに略垂直に延出する縦部材であり、前記固定部が、前記縦部材の上端に設けられ、前記ダイヤフラムに略平行に延出する横部材であってもよい。

【0012】

また、前記延出部が、前記基部から上方に向かって前記ダイヤフラムに対して斜めに延出する斜面を有する部材であるのが好ましい。

【0013】

より好ましくは、前記固定用ブロックが、側面視で略ブリーフ型である。

【0014】

また、前記光式圧力センサが、前記温度補償用ＦＢＧの両端近傍に位置する光ファイバを、前記固定用ブロックに固定する固定材を更に備えるのが好ましい。

【0015】

また、前記光式圧力センサが、前記温度補償用ＦＢＧおよびその両端近傍に位置する光ファイバに形成された金属製保護層を更に備えるのが好ましい。

【0016】

さらに、前記固定材が、前記金属製保護層を前記固定用ブロックに固着するのが好ましい。

【0017】

さらに、前記光式圧力センサが、前記温度補償用ＦＢＧの両端近傍に配置され且つ前記金属製保護層を覆って設けられた金属管を更に備え、前記固定材が、前記金属管を前記固定用ブロックに固着するのが好ましい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、圧力検出用ＦＢＧが、別体で設けられた固定用ペアブロックを介して、ダイヤフラム上の略中央に配置される。そして、温度補償用ＦＢＧが、一体で設けられた固定用ブロックを介して、ダイヤフラム上であり且つ圧力検出用ＦＢＧの近傍に配置される。すなわち、温度補償用ＦＢＧをダイヤフラム上の圧力検出用ＦＢＧ近傍に配置することで、ダイヤフラムの変位による外力の影響を受けない範囲で、温度補償用ＦＢＧの環境温度に対する応答性を圧力検出用ＦＢＧの応答性にできる限り近づけることができる。したがって、急激な水温変化が生じた場合であっても水位誤差を小さくすることが可能となる。また、水位誤差が発生してから検出水位が安定するまでの時間が短くなり、短時間で正確な水位を検知することができる。

【0019】

また、温度補償用ＦＢＧは、ダイヤフラムの外径をＤとしたとき、当該ダイヤフラムの中心からＤ／３の範囲内に配置されるので、温度補償用ＦＢＧの応答性が圧力検出用ＦＢＧの応答性とほぼ同じになる。よって、急激な水温変化による水位誤差をより小さくすることができる。

【0020】

さらに、温度補償用ＦＢＧの固定用ブロックを上記の形状とすることで、従来の固定用ブロックと比較して、ダイヤフラムから伝わる熱が温度補償用ＦＢＧに熱伝導しやすくなり、急激な水温変化による水位誤差をより小さくすることができ、検出水位の安定時間が非常に短い計測を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る光式圧力センサの構成を概略的に示す断面図である。

【図2】図１におけるダイヤフラムの構成を示す斜視図である。

【図3】（ａ）は、図２における圧力検出用ＦＢＧ近傍の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、図２における温度補償用ＦＢＧ近傍の構成を示す側面図である。

【図4】圧力検出用ＦＢＧおよび温度補償用ＦＢＧの固定位置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図5】図１のダイヤフラムを温度変化させた際のシミュレーション結果を示す図である。

【図6】（ａ）は、図３の温度補償用ＦＢＧを固定する固定用ブロックの構成を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、その変形例を示す図である。

【図7】図６（ａ），（ｅ）の固定用ブロックを用いた場合のシミュレーションを説明する図であり、（ａ），（ｃ）は、固定用ブロックの設置位置を示す斜視図、（ｂ），（ｄ）は、本発明の光式圧力センサによって検出された水位を示すグラフである。

【図8】従来の固定用ブロックを用いた場合のシミュレーションを説明する図であり、（ａ）は、従来の固定用ブロックの設置位置を示す斜視図、（ｂ）は、従来の光式圧力センサによって検出された水温および水位を示すグラフである。

【図9】図６（ａ），（ｃ）〜（ｅ）に示す固定用ブロックの設置位置を一定にした場合の温度応答性を示すグラフである。

【図10】図３に示す圧力検出用ＦＢＧ近傍の構成の変形例を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

【0023】

図１は、本実施形態に係る光式圧力センサの構成を概略的に示す断面図であり、図２は、図１におけるダイヤフラムの構成を示す斜視図である。なお、図１の光式圧力センサは、その一例を示すものであり、本発明の光式圧力センサは、図１のものに限られないものとする。

【0024】

光式圧力センサ１は、流路に配置され、該流路を流れる流体の圧力をシングルモード型光ファイバにて検知するものであり、ＦＢＧを用いた波長検出方式が採用されている。使用波長は、例えば１．５５μｍ帯である。

【0025】

具体的には、光式圧力センサ１は、ダイヤフラム１０と、該ダイヤフラムに固定された圧力検出用ＦＢＧ２０と、圧力検出用ＦＢＧ２０が形成された光ファイバ３０と、該光ファイバを収容する収容部４０と、光ファイバ３０の他の部分に形成され、圧力検出用ＦＢＧ２０で検出された圧力の温度補償を行うための温度補償用ＦＢＧ５０とを備えている。

【0026】

ダイヤフラム１０は、略円筒形状である筐体１１の上端に固定されており、筐体１１の下端にはフランジ部１２が形成されている。筐体１１は、フランジ部１２に形成された孔１２ａにボルト１３を挿通して収容部４０の下面４０ａにネジ止めされる。また、筐体１１の外周部に形成された溝１１ａにはＯリング１４が配置されており、筐体１１が収容部４０の下面４０ａに固定されると、Ｏリング１４により収容部４０内が気密に保持される。

【0027】

このダイヤフラム１０は、その上面１０ａがフラット形状であり、筐体１１が上面１０ａの上方に延出していない。このため、後述するＦＢＧ固定用のブロックを溶接等でダイヤフラム１０上に固定する際、筐体１１が邪魔にならず、固定作業を容易に行うことができる。

【0028】

光ファイバ３０は、収容部４０内に所望の余長で収容されており、収容部４０の蓋４１に設けられた貫通孔４１ａを介して外部に導出されている。光ファイバ３０が外部に導出される部分は、光ファイバ３０を含む光ケーブル６０で構成されている。光ファイバ３０は、後述する保護被覆を有しており、圧力検出用ＦＢＧ２０や温度補償用ＦＢＧ５０が形成される部分の保護被覆が除去される。

【0029】

収容部４０は、略円筒形状であり、その下端がフランジ部１２によって閉塞される。また、その上端は、蓋４１のフランジ部４２によって閉塞されており、フランジ部４２に設けられた孔にボルト４３を挿通して、蓋４１が収容部４０の上面４０ｂにネジ止めされる。

【0030】

また、図２に示すように、ダイヤフラム１０上の略中央には、圧力検出用ＦＢＧ２０を固定するための固定用ペアブロック２１，２１が配置されている。固定用ペアブロック２１，２１は、本実施形態では側面視で略Ｌ字型である。固定用ペアブロック２１，２１の近傍には、温度補償用ＦＢＧを固定するための固定用ブロック５１が並設されている。本実施形態では、固定用ブロック５１は側面視で略Ｔ字型である。

【0031】

圧力検出用ＦＢＧ２０は、個別に分離して設けられた固定用ペアブロック２１，２１を介して、ダイヤフラム１０上の略中央に配置されている。また、温度補償用ＦＢＧ５０は、固定用ブロック５１を介して、ダイヤフラム１０上であり且つ圧力検出用ＦＢＧ２０の近傍に配置されている。固定用ブロック５１および上記の固定用ペアブロック２１，２１は、それぞれＹＡＧ溶接にてダイヤフラム１０上に固定されている。

【0032】

図３（ａ）は、図２における圧力検出用ＦＢＧ２０近傍の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、図２における温度補償用ＦＢＧ５０近傍の構成を示す側面図である。

【0033】

図３（ａ）に示すように、圧力検出用ＦＢＧ２０は、光ファイバ３０−１の保護被覆３１−１が除去された部分に形成されており、保護被覆３１−１が除去された当該部分には金属製保護層３２−１が形成されている。光ファイバ３０−１は、固定用ペアブロック２１，２１の上面２１ａ，２１ａに載置されており、圧力検出用ＦＢＧ２０が固定用ペアブロック２１，２１間の略中央に位置している。

【0034】

圧力検出用ＦＢＧ２０の両端近傍には、光ファイバ３０−１を固定用ブロック２１，２１にそれぞれ固定する固定材２２，２２が設けられている。固定材２２，２２は、例えば半田からなり、金属製保護層３２−１が形成されている部分にたるみが生じないように、該ＦＢＧに所定の張力が加えられた状態で、光ファイバ３０−１を固定用ペアブロック２１，２１の上面２１ａ，２１ａに溶着する。

【0035】

温度補償用ＦＢＧ５０は、図３（ｂ）に示すように、光ファイバ３０−２の保護被覆３１−２が除去された部分に形成されており、保護被覆３１−２が除去された当該部分には金属製保護層３２−２が形成されている。光ファイバ３０−２は、固定用ブロック５１の上面５１ａに載置されており、温度補償用ＦＢＧ５０が固定用ブロック５１の長手方向略中央に位置している。

【0036】

温度補償用ＦＢＧ５０の両端近傍には、光ファイバ３０−２を固定用ブロック５１に固定する固定材５２，５２が設けられている。固定材５２は、例えば半田からなり、金属製保護層３２−２が形成されている部分にたるみが生じないように、該ＦＢＧに所定の張力が加えられた状態で、光ファイバ３０−２を固定用ブロック５１の上面５１ａに溶着する。

【0037】

図４は、圧力検出用ＦＢＧ２０および温度補償用ＦＢＧ５０の配置位置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【0038】

圧力検出用ＦＢＧ２０は、上述のように、ダイヤフラム１０の薄板部１０ｂの略中央に配置される。そして本発明では、温度補償用ＦＢＧ５０がダイヤフラム１０の薄板部１０ｂ上に配置される点で従来と大きく異なる。特に、温度補償用ＦＢＧ５０は、ダイヤフラム１０の薄板部１０ｂの直径をＤとしたとき、ダイヤフラム１０の中心を基準として２Ｄ／３の範囲内に配置される点が特徴的である。

【0039】

上記形状の固定用ペアブロックおよび固定用ブロックを用いて、温度変化のシミュレーションを行った結果を図５に示す。同図において、ダイヤフラムの中心Ｃを温度上昇させた際、良好な温度追従性が確認された部分をグレースケールで示している。この結果、ダイヤフラム１０の中心Ｃの温度変化に対し、中心ＣからＤ／３の距離で規定される範囲Ｘ（面積：π×（Ｄ／３）²）では、温度追従性が良好であることが分かる。また、中心ＣからＤ／３を超えＤ／２以下の距離で規定される範囲Ｙ（面積：π×（Ｄ／２）²−π×（Ｄ／３）²）であると、温度追従性が悪くなることが分かる。また、ダイヤフラム１０の中心Ｃの温度は、温度補償用ＦＢＧ５０が固定される固定用ブロック５１の中心部温度とほぼ同じであることが分かる。このため、本発明の固定用ペアブロック２１，２１をダイヤフラム１０の略中央に配置し、固定用ブロック５１をダイヤフラム１０のＤ／３の範囲に配置すれば、温度補償用ＦＢＧ５０の温度応答性と圧力検出用ＦＢＧ２０の温度応答性がほぼ同じなると推察される。

【0040】

また、温度補償用ＦＢＧ５０の温度応答性は、固定用ブロック５１の寸法、形状によって異なると推察される。よって、図６に示すように、固定用ブロック５１の形状等を適宜選択することで、温度補償用ＦＢＧ５０の温度応答性を更に良好にすることができると考えられる。

【0041】

具体的には、固定用ブロック５１は、図６（ａ）に示すように、ダイヤフラム１０と当接する基部５３と、該基部から上方に向かって延出する延出部５４と、延出部の上端に設けられ、温度補償用ＦＢＧ５０を固定するための固定部５５とを有する。図６（ａ）に示す固定用ブロック５１では、延出部５４が、基部５３から上方に向かってダイヤフラム１０に略垂直に延出する縦部材であり、その断面形状は略矩形である。また、固定部５５は、縦部材の上端に設けられ、ダイヤフラム１０に略平行に延出する横部材であり、その断面形状は略矩形である。固定用ブロック５１の寸法の具体例としては、例えば固定ブロック５１とダイヤフラム１０との当接面の幅Ｄ１が６．０ｍｍ、固定用ブロック５１の高さＨ１が４．０ｍｍである。

【0042】

このとき、固定用ペアブロック２１，２１の寸法の具体例としては、図６（ｂ）に示すように、固定用ペアブロック２１，２１の離間距離Ｄ２が１４ｍｍ、高さＨ２’、Ｈ２”が、共に４．０ｍｍである。また、固定用ペアブロック２１，２１間に固定される圧力検出用ＦＢＧ２０の長さは、１０ｍｍである。固定用ブロック５１を略Ｔ字型とし、その高さを固定用ペアブロック２１，２１と同じかそれ以下にすることで、固定用ブロック５１の良好な温度応答性が実現される。

【0043】

また、固定用ブロック５１の変形例として、略Ｖ字型の固定用ブロックを用いることができる。例えば、図６（ｃ）に示すように、固定用ブロック６１は、ダイヤフラム１０と当接する基部６３と、該基部から上方に向かって延出する２つの延出部６４，６４と、これら延出部の上端に設けられ、温度補償用ＦＢＧ５０を固定するための２つの固定部６５，６５とを有している。延出部６４は、基部６３から上方に向かってダイヤフラム１０に対して斜めに延出し、かつ温度補償ＦＢＧの軸方向に対して斜めに配置される斜面６４ａを有している。固定ブロック６１とダイヤフラム１０との当接面の幅Ｄ３は例えば６．０ｍｍ、固定用ブロック６１の高さＨ３は、例えば４．０ｍｍである。この固定用ブロック６１は、延出部６４，６４の水平方向断面積の和が基部６３から固定部６５に向かってほぼ一定である形状となっている。

【0044】

また、図６（ｄ）に示すように、固定用ブロック７１は、ダイヤフラム１０と当接する基部７３と、該基部から上方に向かって延出する２つの延出部７４，７４と、これら延出部の上端に設けられ、温度補償用ＦＢＧ５０を固定するための２つの固定部７５，７５とを有している。延出部７４は、基部７３から上方に向かってダイヤフラム１０に対して斜めに延出し、かつ温度補償ＦＢＧの軸方向に対して斜めに配置される斜面７４ａを有する。固定用ブロック７１は、固定部７５の長手方向端部に側面７４ｂを有している点で、図６（ｃ）の固定用ブロック６１と異なる。固定ブロック７１とダイヤフラム１０との当接面の幅Ａ４は例えば６．０ｍｍ、固定用ブロック７１の高さＨ４は、例えば４．０ｍｍである。

【0045】

さらに、固定用ブロック５１の他の変形例として、側面視で略ブリーフ型の固定用ブロックを用いることができる。例えば、図６（ｅ）に示すように、固定用ブロック８１は、ダイヤフラム１０と当接する基部８３と、該基部から上方に向かって延出する延出部８４と、該延出部の上端に設けられ、温度補償用ＦＢＧ５０を固定するための固定部８５とを有している。固定用ブロック８１は、固定部８５の長手方向端部に側面８４ｂを有している。また、固定用ブロック８１は、基部８３から上方に向かってダイヤフラム１０に対して斜めに延出し、かつ温度補償ＦＢＧの軸方向に対して斜めに配置される斜面８４ａを有する。固定ブロック８１とダイヤフラム１０との当接面の幅Ｄ５は例えば６．０ｍｍ、固定用ブロック８１の高さＨ５は、例えば４．０ｍｍである。固定用ブロック８１は、固定用ブロック６１と比較して、延出部８４の水平方向断面積が基部８３から固定部８５に向かって増加する形状となっている。

【0046】

このように、固定用ブロックの形状を、略Ｔ字型とすることで好ましい温度応答性を示し、略Ｖ字型や略ブリーフ型とすることで、更に好ましい温度応答性を示すと推察される。

【0047】

そこで、図６（ａ）に示す略Ｔ字型の固定用ブロックと、図６（ｅ）に示す略ブリーフ型の固定用ブロックとを用いて、温度シミュレーションを行った。その結果を図７に示す。

【0048】

第１のシミュレーションでは、略Ｔ字型の固定用ブロック５１を図７（ａ）に示す位置（＜Ｄ／３）に設置し、水温を約２６℃から３０℃まで約１０分間で上昇させた。このとき、光式圧力センサ１を用いて検出された水位は、０．１６ｍから０．７６ｍまで変動するものの、水温上昇開始から約１分経過後には急峻に元の水位に戻り、一旦０．２ｍまで増大した後、水温上昇開始から約１０分後には安定した水位が検出された。水温４℃上昇時の水位誤差は６０ｃｍと、小さい値を示した。

【0049】

また、第２のシミュレーションでは、略ブリーフ型の固定用ブロック８１を図７（ｃ）に示す位置（＜Ｄ／３）に設置し、水温を約２５℃から２９℃まで約２分間で上昇させた。このとき、光式圧力センサ１を用いて検出された水位は、０．１ｍから０．１２ｍまで変動し、水温上昇を開始してから約１分経過後には急峻に元の水位に戻り、水温上昇開始２分経過後には安定した水位が検出された。水温４℃上昇時の水位誤差は僅か２ｃｍと、極めて小さい値を示した。

【0050】

また、比較として、従来の固定用ブロック１００で上記と同様のシミュレーションを行った結果を図８に示す。従来の固定用ブロック１００は、平面視で略Ｔ字型の部材であって、ダイヤフラムの上面に当該部材のＴ字面が接触するように設置され、そのＴ字型部材の一端がダイヤフラムの略円筒形状である筐体にボルトによって固定されている。この固定用ブロック１００を図８（ａ）に示す位置（＞Ｄ／３）に設置し、水温を約２６℃から３０℃まで約１０分間で上昇させた。このとき、光式圧力センサ１を用いて検出された水位は、０．１５ｍから１．０ｍまで大きく変動し、水温上昇開始から約５分経過後に水位が０．１ｍまで下がるものの、水温上昇開始から水位が安定するまで２２分間を要した。水温４℃上昇時の水位誤差は８５ｃｍと大きな値を示した。

【0051】

図７、図８に示す温度シミュレーションの結果から、温度補償用ＦＢＧの固定用ブロックをダイヤフラムの薄板部上に固定したことで水温変化への応答性が向上する。更に、温度補償用ＦＢＧ５０の固定用ブロック形状を側面視略Ｔ字型とすることで、従来の固定用ブロックと比較して、急激な水温変化による水位誤差を小さくすることができ、また、検出水位の安定時間が短くなることが分かる。特に、固定用ブロック形状を略ブリーフ型とすることで、急激な水温変化による水位誤差をより小さくすることができ、また、検出水位の安定時間が非常に短くなることが分かる。

【0052】

図９は、図６（ａ），（ｃ）〜（ｄ）に示す各固定用ブロックの設置位置を一定にした場合の温度応答性を示すグラフである。図９のグラフＡ，Ｂによれば、略Ｔ字型の固定用ブロック５１の場合、従来の固定用ブロック１００に対して温度上昇率（℃／ｓｅｃ）が大きくなっている。また、グラフＣ，Ｄによれば、略Ｖ字型の固定用ブロック６１や略ブリーフ型の固定用ブロック８１を用いれば、略Ｔ字型の固定用ブロック５１よりも温度上昇率（℃／ｓｅｃ）が更に大きい。特に、グラフＤは、同図に示した圧力検出用ＦＢＧの固定用ペアブロックの温度上昇を示すグラフＥとほぼ一致する。よって、温度補償用ＦＢＧの固定ブロック形状として略Ｔ字型を採用することより、圧力検出用ＦＢＧの固定用ペアブロックと温度補償用ＦＢＧの固定用ブロックとの温度応答性を合わせることができ、急激な水温変動があっても水位誤差を小さくすることができる。特に、略Ｖ字型や略ブリーフ型を採用することで、温度応答性が格段に向上し、水位誤差をほぼ無くすことができる。

【0053】

上述したように、本実施形態によれば、圧力検出用ＦＢＧ２０が、固定用ペアブロック２１，２１を介して、ダイヤフラム１０上の略中央に配置される。そして、温度補償用ＦＢＧ５０が、固定用ブロック５１を介して、ダイヤフラム１０上であり且つ圧力検出用ＦＢＧ２０の近傍に配置される。すなわち、温度補償用ＦＢＧ５０をダイヤフラム１０上の圧力検出用ＦＢＧ２０近傍に配置することで、ダイヤフラム１０の変位による外力の影響を受けない範囲で、温度補償用ＦＢＧ５０の環境温度に対する応答性を圧力検出用ＦＢＧ２０の応答性にできる限り近づけることができる。したがって、急激な水温変化が生じた場合であっても水位誤差を小さくすることが可能となる。また、水位誤差が発生してから検出水位が安定するまでの時間が短くなり、短時間で正確な水位を検知することができる。また、光式圧力センサ１を用いて、急激な水温変化が生じた場合にも正確な水温測定が可能となる。

【0054】

また、温度補償用ＦＢＧ５０は、ダイヤフラム１０の外径をＤとしたとき、当該ダイヤフラムの中心からＤ／３の距離で規定される範囲内に配置されるので、温度補償用ＦＢＧ５０の応答性が圧力検出用ＦＢＧ２０の応答性とほぼ同じになる。よって、急激な水温変化による水位誤差をより小さくすることができる。

【0055】

さらに、温度補償用ＦＢＧ５０の固定用ブロックを上記の形状とすることで、従来の固定用ブロック１００と比較して、ダイヤフラム１０から伝わる熱が温度補償用ＦＢＧ５０に熱伝導しやすくなり、急激な水温変化による水位誤差をより小さくすることができ、検出水位の安定時間が非常に短い計測を実現することができる。

【0056】

以上、本実施形態に係る光式圧力センサについて述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

【0057】

例えば、図１０に示すように、光式圧力センサは、温度補償用ＦＢＧ５０の両端近傍に配置され且つ金属製保護層３２−２を覆って設けられた金属フェルール９１，９１（金属管）を備えていてもよい。金属フェルール９１は、半田９２により光ファイバ３０−２に固定され、金属フェルール９１は、溶接部９３により固定用ブロック５１に固定される。これにより、金属製保護層３２−２と金属フェルール９１を強固に接合することができ、金属フェルール９１を溶接で固定用ブロック５１に固定することで、温度補償用ＦＢＧ５０の確実な位置固定を実現できる。

【0058】

また、上記実施形態では、光ファイバの保護被覆が除去された部分に金属製保護層が設けられているが、金属製保護層が設けられなくてもよい。

【0059】

また、光ファイバの保護被覆が除去された部分に金属製保護層が設けられず、当該部分を覆うように金属管が設けられてもよい。この場合、光ファイバが金属管に固定され、金属管が溶接により固定用ブロックに固定される。

【符号の説明】

【0060】

１ 光式圧力センサ
１０ ダイヤフラム
１０ａ 上面
１１ 筐体
１１ａ 溝
１２ フランジ部
１２ａ 孔
１３ ボルト
１４ Ｏリング
２０ 圧力検出用ＦＢＧ
２１，２１ 固定用ペアブロック
２１ａ，２１ａ 上面
２２，２２ 固定材
３０ 光ファイバ
３０−１ 光ファイバ
３１−１ 保護被覆
３２−１ 金属製保護層
３０−２ 光ファイバ
３１−２ 保護被覆
３２−２ 金属製保護層
４０ 収容部
４０ａ 下面
４０ｂ 上面
４１ 蓋
４１ａ 貫通孔
４２ フランジ部
４３ ボルト
５０ 温度補償用ＦＢＧ
５１ 固定用ブロック
５１ａ 上面
５２，５２ 固定材
５３ 基部
５４ 延出部
５５ 固定部
６０ 光ケーブル
６１ 固定用ブロック
６３ 基部
６４，６４ 延出部
６４ａ 斜面
６５ 固定部
７１ 固定用ブロック
７３ 基部
７４，７４ 延出部
７４ａ 斜面
７４ｂ 側面
７５ 固定部
８１ 固定用ブロック
８３ 基部
８４，８４ 延出部
８４ａ 斜面
８４ｂ 側面
８５ 固定部
９１，９１ 金属フェルール
９２ 半田
９３ 溶接部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】