JP6392863B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサに関し、特に、光ファイバを備え光学的に圧力を検知する圧力センサに関する。

従来、自動車、船舶、航空機等の設計では、物体の表面に作用する空気圧や水圧等の流体物理量を把握することが求められている。このような流体物理量を把握するためにシミュレーションが多用されている。また、シミュレーションの精度向上や妥当性の確認を目的として、縮小モデル（例えば、１／１００モデル）や実寸モデルを使用した風洞実験によるモデル表面における空気圧の測定や、水槽実験によるモデル表面の水圧の測定が実施されている。

このような流体物理量の測定に、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部を備える光ファイバを利用した光式圧力センサが使用されている。この種の光式圧力センサは、電気式の歪みゲージを使用した圧力センサのような計測及び給電のための配線が不要であり、モデル内部に配線を配置するためにモデルに穴をあける必要がなく、モデル表面に多数のセンサを容易に配置することができるという特徴を有している。

光式圧力センサは、例えば、特許文献１が開示するように、ＦＢＧ部が接着剤によりダイヤフラムに固定された構成を有している。この構成では、ダイヤフラムにおいて圧力の変化が歪み（応力）の変化に変換され、当該歪みがＦＢＧ部における反射光の波長変化として検出される。

また、特許文献２は、より微小な圧力変化を検知できるように、ベースフィルムの貫通孔上にＦＢＧ部を備える光ファイバを配置し、当該光ファイバに当接する状態で貫通孔を覆うようにダイヤフラムを配置した構成を開示している。また、この構成では、ベースフィルムが可撓性を有しているため、曲面等の任意の面に圧力センサを配置することが可能になっている。

特開２００２−０９８６０４号公報 特開２００８−０７０３５７号公報

ＦＢＧ部を備える光ファイバにより歪みを安定的に計測するためには、光ファイバに張力を安定して付与し続ける必要がある。しかしながら、特許文献１のように、ダイヤフラムに光ファイバを直接固定する構成では、光ファイバに付与された張力により短期的又は長期的にダイヤフラムが変形して光ファイバの張力が開放されるため、十分な測定再現性を得られないという問題がある。

このような問題は、高剛性で変形することのないダイヤフラムを使用することで解消することができるとも思える。しかしながら、そのような対応では、微小な圧力変化でダイヤフラムが変形することがないため、微小な圧力変化を検出することは不可能である。

また、特許文献２が開示する構成によれば、光ファイバが、ベースフィルムの貫通孔上に配置され、当該貫通孔上でダイヤフラムと接触しているため、ダイヤフラムの微小な歪み変化を検出することはできる。しかしながら、光ファイバを保持するベース部材がフィルム状であるため、特許文献１と同様、十分な測定再現性を得られないという問題がある。このような問題は、ベースフィルムを金属等の高剛性材料で構成した場合でも、ベースフィルムが可撓性を有している以上、光ファイバに付与された張力により短期的又は長期的にベースフィルムが変形し、十分な測定再現性を得られないという問題がある。

一方、上述のような光式圧力センサでは、一般に、ダイヤフラムの径を大きくすることで、より微小な圧力変動を検知することが可能になる。しかしながら、例えば、特許文献２が開示する構成のように、微小な圧力変動検知のために、ダイヤフラムの厚さが薄くなっている場合には、ダイヤフラム径を大きくすると、ダイヤフラムは付与された圧力に応じて偏って変形するようになる。この場合、ＦＢＧ部におけるブラッグ波長のシフト量が圧力に対して線形に変化する領域が狭くなる。その結果、計測可能な圧力範囲（ダイナミックレンジ）が小さくなってしまう。

また、特許文献２の構成において、ダイヤフラムの径を大きくすると、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの部分（貫通孔を横断する光ファイバの部分）が長くなる。この場合、ダイヤフラムの変形に対するＦＧＢ部の変形の応答速度が遅くなってしまう。応答速度を高めるためには、一般に、ダイヤフラム径を小さくすればよいが、ダイヤフラム径を小さくすると、検出可能な圧力変動が大きくなってしまい、微小な圧力変動を検出できなくなってしまう。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、測定再現性がよく、微小な圧力変化を検出可能な高性能圧力センサ、すなわち、微小な圧力変化を検出可能な小型の圧力センサや微小な圧力変化を検出可能な反応速度が速い圧力センサを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係る圧力センサは、光ファイバ、ベース部材及びダイヤフラムを備える。光ファイバはＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部を備える。ベース部材は、一方面に開口端を備える。ベース部材には、当該開口端を横断する状態で、張力が付与された光ファイバが固定される。ベース部材は、当該張力により変形することのない剛性を有する。ダイヤフラムは、ベース部材との間に光ファイバが配置される状態、かつ光ファイバと当接する状態で開口端に外周が支持される。そして、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さを規定する２つの支点は、平面視において、いずれも開口端の外側に配置され、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さが、光ファイバが横断する部分におけるベース部材の開口端の開口幅よりも大きい状態になっている。あるいは、２つの支点が、平面視において、いずれも開口端の内側に配置され、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さが、光ファイバが横断する部分におけるベース部材の開口端の開口幅よりも小さい状態になっている。すなわち、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さは、光ファイバが横断する部分におけるベース部材の開口端の開口幅と同一ではなく、長い状態あるいは短い状態になっている。

本発明の圧力センサによれば、ベース部材は、光ファイバに付与された張力により変形することのない剛性を有するため、短期的又は長期的にダイヤフラムが変形して光ファイバの張力が開放されることがない。その結果、安定した測定再現性を確保することができる。

また、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さが、光ファイバが横断する部分におけるベース部材の開口端の開口幅よりも長い構成では、開口端の開口幅（開口面積）を大きくすることなく、圧力変動の計測感度を向上させることができるとともに、ダイナミックレンジを大きくすることができる。その結果、小型で高感度の圧力センサを実現することができる。

一方、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さが、光ファイバが横断する部分におけるベース部材の開口端の開口幅よりも短い構成では、開口端の開口幅（開口面積）を小さくすることなく、圧力変動に対する反応速度を向上させることができる。その結果、高感度で反応速度が速い圧力センサを実現することができる。

さらに、各部の寸法を調整する必要はあるが、同一の構造で、低圧力から高圧力までを計測することができるため、例えば、縮小モデルにおいて圧力を測定する場合と、実物モデルにおいて圧力を測定する場合とで、同一構造の圧力センサを使用することができる。

例えば、上述の２つの支点は、平面視において、光ファイバの配置方向に沿って、開口端の外側に向けて延びる状態でベース部材に設けられた、光ファイバの固定位置よりも深い溝部の端部により構成することができる。この場合、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さは、光ファイバが横断する部分におけるベース部材の開口端の開口幅よりも長くなる。また、上述の２つの支点は、平面視において、光ファイバの配置方向に沿って、光ファイバに当接する状態で開口端の内側に向けて延びる突出部の先端により構成することができる。この場合、ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さは、光ファイバが横断する部分におけるベース部材の開口端の開口幅よりも短くなる。

以上の圧力センサにおいて、ダイヤフラムが、付与された圧力に応じてダイヤフラムに発生する応力を光ファイバの特定部位に集中させる伝達部をさらに備え、当該伝達部を介して光ファイバに当接する構成を採用することができる。この構成によれば、ダイヤフラムに発生する応力が、ベース部材に固定された光ファイバの特定部位に集中するため、微小な圧力であっても光ファイバを歪ませることができる。その結果、ダイヤフラムに付与されるより微小な圧力変化を検出することが可能になる。

また、ベース部材は、金属、セラミック又はガラスにより構成することができる。また、ダイヤフラムは、樹脂膜により構成することができる。さらに、光ファイバは、ベース部材の一方面に設けられた溝部に収容された状態で、ベース部材に固定される構成を採用することもできる。

本発明によれば、測定再現性がよく、微小な圧力変化を検出可能な高性能な圧力センサを実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態における圧力センサの一例を示す概略構成図である。 図２は、本発明の一実施形態における圧力センサの一例を示す概略平面図である。 図３は、本発明の一実施形態における圧力センサの一例を示す概略断面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の一実施形態における圧力センサの効果を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態における圧力センサの他の例を示す概略構成図である。 図６は、本発明の一実施形態における圧力センサの他の例を示す概略平面図である。 図７は、本発明の一実施形態における圧力センサの他の例を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。図１は、本実施形態における圧力センサ１の全体構成の一例を示す概略構成図である。また、図２は、本実施形態における圧力センサ１の一例を示す概略平面図である。さらに、図３は、図２に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。

図１〜図３に示すように、圧力センサ１は、ベース部材１１、光ファイバ１２及びダイヤフラム１３を備える。なお、図１及び図２では、内部構造を示すため、ダイヤフラム１３は外形のみを破線で示している。

本実施形態では、ベース部材１１は、光ファイバ１２の直径よりも大きな厚みを有する瞳形状の板材の中央部に円形の貫通孔１５が形成された形態を有しており、貫通孔１５の開口端がベース部材１１の両面に露出している。

ベース部材１１の一方面（ここでは、上面）には長手方向に沿って、光ファイバ１２を収容する溝部１６が形成されている。ベース部材１１において貫通孔１５を挟んで対向する部分に設けられた溝部１６は同一直線状に配置されている。各溝部１６には、光ファイバ１２の直径よりもわずかに大きい幅の部分と、当該幅よりも広い幅を有する幅広部１７が設けられている。なお、幅広部１７を設けることは必須ではない。

また、幅広部１７よりも貫通孔１５側の溝部１６において、貫通孔１５から所定長さの部分には、溝の深さが深い深溝部１９が設けられている。特に限定されないが、本実施形態では、深溝部１９は貫通溝（スリット）になっている。また、本実施形態では、貫通孔１５から幅広部１７の貫通孔１５側端部までの溝部１６の全体が深溝部１９になっているが、深溝部１９の端は幅広部１７の貫通孔１５側端部よりも貫通孔１５側に配置することもできる。

光ファイバ１２は、貫通孔１５を横断する状態で溝部１６に収容されるとともに、張力（プリテンション）が付与された状態でベース部材１１に固定される。固定方法は特に限定されないが、本実施形態では、幅広部１７に充填された紫外線硬化型接着剤により光ファイバ１２がベース部材１１に固定されている。本実施形態では、幅広部１７だけでなく、深溝部１９を除く溝部１６（以下、浅溝部２０という。）の全体にわたって接着剤が充填されている。なお、図１〜図３では、接着剤の図示を省略している。

本実施形態では、浅溝部２０は、光ファイバ１２の直径と同程度の均一な深さを有している。また、幅広部１７は、図３に示すように、浅溝部２０よりもわずかに深く形成されている。これにより、幅広部１７では、光ファイバ１２の下方側にも接着剤を回り込ませることができる。浅溝部２０の底面は、ベース部材１１の上面及び下面と平行に形成されており、光ファイバ１２を浅溝部２０の底面に接触する状態で固定することで、光ファイバ１２をベース部材１１の上面及び下面と平行な同一面内に配置することができる。なお、浅溝部２０の底面は、光ファイバ１２の外周に整合する曲面で構成することもできる。

ベース部材１１は、光ファイバ１２に付与された張力により、短期的及び長期的に変形することのない剛性を有する。ベース部材１１の材質は、特に限定されない。例えば、金属、セラミック又はガラスにより構成することができる。ここでは、ベース部材１１は金属により構成されている。

光ファイバ１２は、特定のブラッグ波長を有するＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部１８を備える。ＦＢＧ部１８の長さは、貫通孔１５の直径より長くてもよく、また、貫通孔１５の直径より短くてもよい。ＦＢＧ部１８は、両側がベース部材１１に固定された光ファイバ１２の部分に、少なくともその一部が配置されていればよい。上述のように、本実施形態では、光ファイバ１２は幅広部１７と浅溝部２０の全体にわたってベース部材１１に固定されている。したがって、本実施形態では、両側がベース部材１１に固定されている光ファイバ１２の部分は、一方の幅広部１７の貫通孔１５側端部から他方の幅広部１７の貫通孔１５側端部までの間の部分になる。なお、特に限定されないが、本実施形態では、ＦＢＧ部１８は、貫通孔１５の直径の１／３程度の長さで構成されており、平面視において、貫通孔１５の中心に配置されている。図中では、便宜上、ＦＢＧ部１８を黒塗りにより表現している。

公知のように、ＦＢＧ部１８はブラッグ波長により規定される波長の光を反射する。ＦＢＧ部１８は光ファイバのコアに所定の間隔で配置された複数の回折格子により構成され、ブラッグ波長は光ファイバの屈折率と回折格子の配置間隔との積に比例する。したがって、ＦＢＧ部１８に応力が作用してＦＢＧ部１８を構成する回折格子の間隔が拡がると、ＦＢＧ部１８により反射される光の波長は大きくなる。また、応力によりＦＢＧ部１８が圧縮されＦＢＧ部１８を構成する回折格子の間隔が狭まると、ＦＢＧ部１８により反射される光の波長は小さくなる。波長の変化は、光ファイバ１２の一端に接続された光源及び計測器により取得される。なお、複数の圧力センサ１を直列接続して使用する場合は、各圧力センサ１のＦＢＧ部１８のブラッグ波長は互いに異なる波長に設定される。これにより、反射光の波長に基づいて反射光の反射位置を容易に区別することができる。

ダイヤフラム１３は、貫通孔１５の開口端であるベース部材１１の上面に外周が固定支持されている。したがって、光ファイバ１２は、ダイヤフラム１３とベース部材１１との間に配置されることになる。特に限定されないが、本実施形態では、ダイヤフラム１３は、平面視において、ベース部材１１の外形よりやや小さい瞳形状の外形を有しており、幅広部１７や浅溝部２０も被覆している。

ダイヤフラム１３は、ダイヤフラム１３に付与される圧力の変化を歪み（応力）の変化に変換する機能を有する。ダイヤフラム１３は、可撓性を有する材料（例えば、樹脂膜）により構成することができる。特に限定されないが、本実施形態では、ダイヤフラム１３は、ポリイミドフィルムにより構成されている。ダイヤフラム１３とベース部材１１との間の固定方法は特に限定されない。例えば、紫外線硬化型接着剤により固定することができる。

また、特に限定されないが、ダイヤフラム１３は伝達部１４を備えている。伝達部１４は、ダイヤフラム１３に付与された圧力に応じてダイヤフラム１３に発生する応力を、光ファイバ１２の特定部位に集中させる機能を有する。伝達部１４は、ダイヤフラム１３に固定されており、ダイヤフラム１３は伝達部１４を介して光ファイバ１２に当接している。当該固定は、紫外線硬化型接着剤により実現することができる。また、伝達部１４は、光ファイバ１２に対しては固定されていない。本実施形態では、伝達部１４は、平面視において、貫通孔１５の中心に配置された円柱体により構成されている。当該円柱体は、光ファイバ１２の配置方向と直交する方向に向けて配置されている。当該伝達部１４は、光ファイバ１２と点接触することで、ダイヤフラム１３に発生する応力を貫通孔１５の中心に位置する光ファイバ１２の部分に集中させる。なお、本実施形態では、伝達部１４として光ファイバ１２と同一の外径を有する光ファイバの小片を使用している。

以上のような構成を有する圧力センサ１では、ダイヤフラム１３の変形に応じて可動する光ファイバ１２の長さを規定する支点は、貫通孔１５の側壁部（開口端）ではなく、深溝部１９の端部になる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、このような構成を採用することにより得られる効果を示す図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、横軸はダイヤフラム１３に付与される圧力に対応する。縦軸は、ブラッグ波長のシフト量に対応する。

図４（ａ）は、ダイヤフラム１３の径（貫通孔１５の開口径）を、６ｍｍ、１０ｍｍ、１４ｍｍとした場合のブラッグ波長シフト量の圧力依存性を示す図である。なお、図４（ａ）では、深溝部１９は設けられておらず、ダイヤフラム１３の変形に応じて可動する光ファイバ１２の長さを規定する支点は貫通孔１５の側壁部である。

図４（ａ）から理解できるように、開口径が６ｍｍである場合、ダイヤフラム１３に付与される圧力の増大にほぼ比例してブラッグ波長のシフト量が増大する。開口径が１０ｍｍ、１４ｍｍである場合、開口径が６ｍｍの場合に比べて傾きが増大しており、より微小な圧力変動が検知可能になることが理解できる。しかしながら、圧力が比較的低い領域及び圧力が比較的高い領域と、これらの領域の間の領域とでは、傾きが異なっており、ブラッグ波長のシフト量が圧力に対して線形に変化する領域が狭くなっている。すなわち、貫通孔１５の開口径を大きくすると、計測感度は向上するが、その向上した感度で計測を実施できる圧力のダイナミックレンジが狭くなることが理解できる。

また、図４（ｂ）は、長手方向に沿う深溝部１９の長さを、０ｍｍ、１ｍｍ、３ｍｍとした場合のブラッグ波長シフト量の圧力依存性を示す図である。なお、図４（ｂ）では、貫通孔１５の開口径は６ｍｍである。

図４（ｂ）から理解できるように、深溝部１９の長さを大きくするにつれて傾きが増大している。したがって、深溝部１９の長さを大きくすると、より微小な圧力変動が検知可能になる。また、深溝部１９の長さを大きくする場合、ダイヤフラム１３の径を大きくする場合のように線形性が失われることがない。すなわち、深溝部１９の長さを大きくすることで、貫通孔１５の開口径を大きくすることなく、圧力変動の計測感度を向上させることができる。また、ダイナミックレンジを大きくすることができる。また、貫通孔１５の開口径を大きくする必要がないため、小型で高感度な圧力センサ１を実現することが可能になる。

なお、計測対象物への圧力センサ１の固定には、接着剤や両面テープ等、公知の任意の手法を採用することができる。特に限定されないが、図３に示すように、圧力センサ１は、計測対象物との接触面（ここでは、ベース部材１１の下面側）にベース部材１１よりも剛性の低いシート部材２１が設けられている。シート部材２１の材質として、例えば、紫外線硬化型接着剤や封止剤のような金属等と比較して剛性の低い（柔軟性を有する）樹脂系材料を使用することができる。

以上の圧力センサ１では、ベース部材１１は、光ファイバ１２に付与された張力により変形することのない剛性を有するため、短期的又は長期的にダイヤフラム１３が変形して光ファイバ１２の張力が開放されることもない。その結果、安定した測定再現性を確保することができる。

また、ダイヤフラム１３の変形に応じて可動する光ファイバ１２の長さが、光ファイバ１２が横断する部分における貫通孔１５の開口径よりも長いため、貫通孔１５の開口径（開口面積）を大きくすることなく、圧力変動の計測感度を向上させることができる。また、ダイナミックレンジを大きくすることもできる。その結果、小型で高感度の圧力センサを実現することができる。

さらに、圧力センサ１では、ダイヤフラム１３の歪みを計測するのではなく、ダイヤフラム１３の歪みに応じて伝達部１４により増幅して伝えられた歪み（応力）を計測する。したがって、ダイヤフラム１３に発生する応力が、ベース部材１１に固定された光ファイバ１２の特定部位に集中するため、微小な圧力であっても光ファイバ１２を歪ませることができる。その結果、ダイヤフラム１３に付与される微小な圧力変化を検出することが可能になる。

加えて、ベース部材１１の下面は比較的柔らかいシート部材２１で覆われているため、計測対象面が曲面であっても圧力センサ１を比較的容易に貼り付けることができる。このように曲面に貼り付けた場合であっても、可撓性のベースフィルムを使用した従来構成のように、ベース部材１１と光ファイバ１２（ＦＢＧ部１８）との位置関係が変わることがなく、光ファイバ１２に付与された張力の大きさも変化しない。そのため、可撓性のベースフィルムを使用した従来構成の圧力センサのように、貼り付け位置に依存して圧力センサの出力値が異なるという状況は発生しない。

また、シート部材２１を配置しているため、計測対象面に振動や変形が生じた場合でも、ダイヤフラム１３やＦＢＧ部１８にその振動や変形が伝わることを抑制できるため、圧力センサ１の誤計測を防止することができる。

また、各部の寸法を調整する必要はあるが、圧力センサ１によれば、同一の構造で、低圧力から高圧力までを計測することができるため、例えば、縮小モデルにおいて圧力を測定する場合と、実物モデルにおいて圧力を測定する場合とで、同一構造の圧力センサを使用することができる。例えば、低圧力を測定する場合、貫通孔１５の直径を６ｍｍ程度、伝達部１４である円筒体の直径を０．１５ｍｍ程度にすることができる。ベース部材１１の幅や厚さは、任意に設計することができる。また、高圧力を測定する場合、各部の寸法を定数倍にすればよい。

なお、上述の例では、深溝部１９を貫通溝としたが、深溝部１９は、光ファイバ１２の固定位置よりも深く、かつダイヤフラム１３の変形に応じて可動する光ファイバ１２と干渉することがない深さであれば任意の深さに設定することができる。

また、上述の例では、ダイヤフラム１３と伝達部１４とを個別の部材としているが、伝達部１４はダイヤフラム１３と一体に形成されてもよい。また、伝達部１４を備えることも必須ではなく、伝達部１４を備えず、光ファイバ１２がダイヤフラム１３に直接当接する構成を採用することもできる。

以上では、ダイヤフラム１３の変形に応じて可動する光ファイバ１２の長さを規定する支点が、平面視において、光ファイバ１２の配置方向に沿って、貫通孔１５の外側に配置された構成とした。しかしながら、上述の構成では、計測感度及びダイナミックレンジを向上させることはできるが、ダイヤフラム１３の変形に応じて可動する光ファイバ１２の長さが長くなる結果、ダイヤフラム１３の圧力変動に対する応答速度が低下してしまう。応答速度を高める観点では、貫通孔１５の開口径を小さくすることが好ましい。しかしながら、図４（ａ）から理解できるように、貫通孔１５の開口径を小さくすると計測感度が低下してしまう。

そこで、以下では、計測感度の低下を招くことなく応答速度を向上させることができる構成について説明する。図５は、本実施形態における圧力センサ２の全体構成の一例を示す概略構成図である。また、図６は、本実施形態における圧力センサ２の一例を示す概略平面図である。さらに、図７は、図６に示すＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。

図５〜図７に示すように、圧力センサ２は、深溝部１９を備えない点、及び突出部２２を備える点で圧力センサ１の構成と異なる。他の構成は圧力センサ１と同一であり、圧力センサ１と同様の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付している。なお、図５及び図６では、ダイヤフラム１３は外形のみを破線で示している。

図５〜図７に示すように、突出部２２は、平面視において、光ファイバ１２の配置方向に沿って、光ファイバ１２に当接する状態で貫通孔１５の内側に向けて延びるように配置される。本実施形態では、突出部２２は、ベース部材１１と一体に構成されており、突出部２２の上面は溝部１６の底面と面一に構成される。また、突出部２２の下面はベース部材１１の下面と面一に構成される。突出部２２において、突出方向に垂直な方向の幅は、溝部１６の幅と同一になっている。突出部２２上において、光ファイバ１２は突出部２２の上面に固定されている。このような固定は、例えば、紫外線硬化型接着剤で行うことができる。

以上のような構成を有する圧力センサ２では、ダイヤフラム１３の変形に応じて可動する光ファイバ１２の長さを規定する支点は、貫通孔１５の側壁部（開口端）ではなく、突出部２２の先端になる。

このように、ダイヤフラム１３の変形に応じて可動する光ファイバ１２の長さが貫通孔１５の開口径よりも短い構成では、ダイヤフラム１３の変形に応じて光ファイバ１２が速やかに変形するため、ダイヤフラム１３の変形に対するブラッグ波長のシフトの応答性を向上させることができる。また、この構成によれば、貫通孔１５の開口径（開口面積）は小さくならないため、ダイヤフラム１３の縮小に起因する計測感度の低下が発生しない。その結果、高感度で反応速度が速い圧力センサを実現することが可能になる。

なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態では、特に好ましい形態として貫通孔１５の形状を円形としたが、貫通孔の形状は多角形であってもよい。また、ベース部材１１は貫通孔１５に代えて、下面が閉塞された凹部を備える構成であってもよい。

本発明によれば、測定再現性がよく、微小な圧力変化を検出可能な高性能な圧力センサを実現でき、圧力センサとして有用である。

１、２ 圧力センサ
１１ ベース部材
１２ 光ファイバ
１３ ダイヤフラム
１４ 伝達部
１５ 貫通孔
１６ 溝部
１８ ＦＢＧ部
１９ 深溝部
２０ 浅溝部
２２ 突出部

Claims (8)

1. ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部を備える光ファイバと、
   一方面に開口端を備え、当該開口端を横断する状態、かつ、張力が付与された状態で前記光ファイバが固定されるとともに、当該張力により変形することのない剛性を有するベース部材と、
   前記ベース部材との間に前記光ファイバが配置され、かつ前記光ファイバと当接する状態で前記開口端に外周が支持される可撓性のダイヤフラムと、
   前記光ファイバが横断する部分における前記開口端とは異なる位置に配置された、前記ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さを規定する２つの支点と、
   を備え、
   前記２つの支点が、平面視において、いずれも前記開口端の外側に配置され、前記ダイヤフラムの変形に応じて可動する前記光ファイバの長さが、前記光ファイバが横断する部分における前記ベース部材の開口端の開口幅よりも大きい圧力センサ。
2. ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部を備える光ファイバと、
   一方面に開口端を備え、当該開口端を横断する状態、かつ、張力が付与された状態で前記光ファイバが固定されるとともに、当該張力により変形することのない剛性を有するベース部材と、
   前記ベース部材との間に前記光ファイバが配置され、かつ前記光ファイバと当接する状態で前記開口端に外周が支持される可撓性のダイヤフラムと、
   前記光ファイバが横断する部分における前記開口端とは異なる位置に配置された、前記ダイヤフラムの変形に応じて可動する光ファイバの長さを規定する２つの支点と、
   を備え、
   前記２つの支点が、平面視において、いずれも前記開口端の内側に配置され、前記ダイヤフラムの変形に応じて可動する前記光ファイバの長さが、前記光ファイバが横断する部分における前記ベース部材の開口端の開口幅よりも小さい圧力センサ。
3. 前記２つの支点が、平面視において、前記光ファイバの配置方向に沿って、前記開口端の外側に向けて延びる状態で前記ベース部材に設けられた、前記光ファイバの固定位置よりも深い溝部の端部により構成される、請求項１記載の圧力センサ。
4. 前記２つの支点が、平面視において、前記光ファイバの配置方向に沿って、前記光ファイバに当接する状態で前記開口端の内側に向けて延びる突出部の先端により構成される、請求項２記載の圧力センサ。
5. 前記ダイヤフラムが、付与された圧力に応じて前記ダイヤフラムに発生する応力を、前記光ファイバの特定部位に集中させる伝達部をさらに備え、当該伝達部を介して前記光ファイバに当接する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧力センサ。
6. 前記ベース部材が、金属、セラミック又はガラスにより構成される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧力センサ。
7. 前記ダイヤフラムが樹脂膜により構成される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の圧力センサ。
8. 前記光ファイバは、前記ベース部材の一方面に設けられた溝部に収容された状態で、前記ベース部材に固定される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の圧力センサ。

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