JPH02179449A - 水分センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光ファイバを用いて水滴や水蒸気の存在を
検知する水分センサに関する。

［従来技術とその課題］ 従来から水や油等の液体を検知する光フアイバセンサと
して、第４図に示したものが知られている。第４図中、
符号ｌは光ファイバである。この先ファイバ１はコア２
とクラッド３とからなり、光ファイバ！の一部を切断し
て、切断端面間ζ４空隙部４を設けて互いに対向させて
なるものであって、上記空隙部４に液体りが侵入する際
の屈折率変化により発生する光ファイバ１の伝送変動か
ら液体りを検知するものである。

しかしながら、このような光フアイバ液体検知センサは
、空隙部４内の空気と液体りとの屈折率差を利用したも
のであるので、屈折率が空気と大きく異なる液体の検知
は可能であるが、水蒸気等の屈折率が空気と近いものに
関しては、検知ができなく、水分の存在を嫌う環境下で
の水分検知センナとして用いる場合には、上記液体検知
センサの他に湿度センサを別途設ける必要があった。よ
って複数種のセンサからの出力を総合して環境中の水分
を算出する必要があり、操作および検知が繁雑であると
いう不都合があった。またクロージャボックス内の水漏
れを検知するような場合などでは、限られた密閉空間中
でのセンナ類が占める体積が大きくなるという不都合も
あった。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであ
って、水滴と水蒸気とを同時に検知可能な水分センサを
提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明の水分センサは、互いに対向した一対の光ファ
イバの端面間に、水分を吸着して透過波長域をシフトさ
せることにより伝送変動を発生させる誘電体多層膜フィ
ルタを挿入し、上記伝送変動により水分を検知すること
を解決手段とした。

［作用　］ 光ファイバの端面間に挿入した誘電体多層膜フィルタは
水分を吸着すると、屈折率が変化するので、その透過波
長域がシフトする。よって水分吸着前には透過波長域で
あった波長の光が水分吸着後は透過波長域ではなくなり
、透過率が低下するので、伝送変動が発生する。この伝
送変動を検出することにより水分を検知する。

以下、この発明の詳細な説明する。

第１図および第２図はこの発明の水分センサの一実施例
を示したものである。この水分センサＳは、互いに対向
する一対の光ファイバ１，１と、この光ファイバＩ、１
の端面間に挿入された誘電体多層膜フィルタ４とからな
るものである。この先ファイ（１、！および誘電体多層
膜フィルタ４との離間距離は、光ファイバ１１誘電体多
層膜フィルタ４の種類および、測定に使用する光の波長
等によって適宜選択することができるが、その目安とし
ては光ファイバｌの端面、誘電体多層膜フィルタの端面
と、これらの接続部で大きな伝送損失が発生しない程度
とすることができ、例えば密着させることが好ましい。

またシングルモードファイバを用いることにより損失を
小さくすることができる。誘電体多層膜フィルタ４は、
基板５の一方の面上に誘電体Ｂ６を、他方の面上に反射
防止膜７をそれぞれ積層してなるものである。この基板
５は高純度石英等からなる透明かつ平置は板体からなる
ものである。この基板５上に形成された誘電体層６は、
屈折率の異なる２種の誘電体を緻密な柱状組織となるよ
うに交互に複数層積層してなるものであって、例えば高
屈折率材としては５ｉ０ｚ等、低屈折率材としてはＴｉ
１ｔ等を好適に用いることができる。また反射防止膜７
は、上記誘電体層６と同様に屈折率の異なる２種の誘電
体を交互に５〜７層積層してなるものであって、これに
より誘電体多層膜フィルタ４端面でのフレネル反射を防
止するものである。一般に、レーザの共振等に用いられ
る誘電体多層膜フィルタは、イオンビームアシスト蒸着
法や基板加熱蒸着法等の薄膜形成方法によって製造する
ことができるが、この発明の水分センサＳに用いる誘電
体多層膜フィルタ４は、緻密な柱状組織を成すことが好
ましいので、特に低温蒸着法およびスパッタリング法に
よって得たものが好適である。上記方法によって得られ
た誘電体多層膜フィルタ４は、緻密な柱状組織をしたも
のである一方、゛微細なピンホールが存在するので、分
子量の小さな水等は、このピンホール中に吸着すること
ができる。ピンホール中に水等が吸着すると、誘電体層
６の屈折率が変化すると共に、材料間の界面での散乱、
反射等が発生し、誘電体多層膜フィルタ４が本来示す透
過波長域がシフトする。第３図は、誘電体多層膜フィル
タ４の透過波長域が水の吸着によって変化する様子の一
例を示したもので、図中、実線は水の吸着前、点線は水
の吸着後の各波長での光の透過率を示したものである。

水が吸着される前の誘電体多層膜フィルタ４の透過波長
域を例えば１．３０〜１．３５μＩで９８％となるよう
に設定しておいた後に、水を吸着させると、上記透過波
長域の中心波長は５〜１５μｍ程度長波長側にシフトす
る。

よって測定波長として透過波長域の下限となっているｌ
、３０μｍの光を用いれば、水の吸着前の透過率が９８
％であったのに対して、水の吸着後の透過率は２５％に
低下し、これにより伝送変動が生じるので、水分を検知
することができる。

このような水分センサＳを用いて環境中の水分を検知す
るには、まず光ファイバを切断し、切断端面が互いに対
向するように空隙を設け、この空隙内へ誘電体多層膜フ
ィルタ４を挿入して水分センサＳを得る。次にこの水分
センサＳを光フアイバ線路内に布設すると共に、光ファ
イバ１、【の一端に上記誘電体多層膜フィルタ４の透過
波長域に適合した波長の光が出射可能な光源を接続する
と共に、光ファイバｌの任意の一端には、上記光源から
出射された光が検知可能な受光素子等を接続する。次に
乾燥雰囲気中で光源から光を出射させ、光ファイバＩ、
ｌおよび水分センサＳ内を伝送して、この水分センサＳ
と光フアイバ線路自体の伝送損失量を測定しておく。こ
のようにして用意された水分センサＳの誘電体多層膜フ
ィルタ４内に水分が吸着すると、誘電体多層膜フィルタ
４の屈折率が変化すると共に、その透過波長域がシフト
するので、上記所定波長での伝送変動により、水分の検
知を行うことができる。

このような水分センサＳは、光ファイバ１の線路中の任
意の位置に布設する゛ことができると共に、光ファイバ
ｌを切断してなるものであるので、非常に小型となり、
クロージャポック内等の限られた空間内の水漏れ検知等
に有効である。

またこの水分センサでは、水滴状の水分のみならず、水
蒸気をも検知することが可能となるので、従来のように
液体検知センサと湿度センサとを並設する必要がなくな
り、布設および測定を簡便化することができる。

また、この発明の水分センサを検知部として、光フアイ
バ線路内に複数個設置し、ＱＴＤｒｔにより分布測定を
行うことも可能であり、各地点での水漏れを検知するこ
とができるようになる。

［実施例］ コア径１０μ−、クラツド径１２５μ倣のシングルモー
ド型の光ファイバを用意し、その一部を切断した。また
直径５０μｍ１厚さ１ａｍ＋の円板状の石英の基板の片
面上にＳｉＯ□とＴｉｅ、とを、スパッタリング法によ
り交互にそれぞれ２７Ｂ積層して誘電体層を形成し、こ
れを直径ｌａｍ、厚さ２０μｍに切断し、研磨した。ま
た石英基板の誘電体層が形成されていない方の片面上に
は、誘電体層を形成したと全く同様にして５ｉｆｔとＴ
　ｒ　Ｏ！とを交互にそれぞれ５層積層して反射防止膜
を形成し、誘電体多層膜フィルタを作成した。この誘電
体多層膜フィルタは、波長！、３０〜！、３５μｍを約
９８％透過するバンドパスフィルタであり、これに水分
を吸着させると透過波長域を長波長側にｌＯμ山にシフ
トさせ、波長！、３０μの光は２５％しか透過しないも
のであった。次にこの誘電体多層膜フィルタを、上記光
ファイバの切断部内へ挿入し、水分センサとした。

このようにして得られた水分センサに、乾燥雰囲気中で
波長１．３０μｍの光を照射して、光ファイバと水分セ
ンサとの伝送損失を測定したところ、誘電体多層膜フィ
ルタ損として０．２ｄＢ、光ファイバと誘電体多層膜フ
ィルタとの離間損として０゜１ｄＢが測定され、水分セ
ンサ全体として０．３ｄＢの伝送損失が測定された。次
にこの水分センサに水分を吸着させた後に、波長！、３
０μ−の光を伝送したところ、誘電体多層膜フィルタの
透過波長域のシフトにより伝送損失は６ｄＢに増加して
いることが確認できた。この伝送損失量は、光ファイバ
および水分センサ自体の損失量の０．３ｄＢに比較して
格段の相異があるので、この伝送変動によって、水分検
知が可能なことを確認することができた。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の水分センサは、互いに
対向した一対の光ファイバの端面間に、水分を吸着して
透過波長域をシフトさせることにより伝送変動を発生さ
せる誘電体多層膜フィルタを挿入し、上記伝送変動によ
り水分を検知するものであるので、小型かつ軽量とする
ことができると共に、光ファイバの線路内に自由に布設
することができ、限られた密閉空間中の水分検知等に利
用することができる。

またこの水分センサは小型でかつ低損失のものであるの
で、このセンサを長尺のファイバ中に布設しても伝送損
失の増加分が小さくてすむので、長距離の水漏れセンサ
として利用することができる。

さらにこの発明の水分センサを光ファイバの線路内に複
数個設け、０ＴＤＲにより分布測定を行うことも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれもこの発明の水分センサの
一実施例を示したものであって、第１図は概略構成図、
第２図は概略断面図であり、第３図はこの発明の水分セ
ンサに好適に用いられる誘電体多層膜フィルタの一実施
例の水分吸着の前後での各波長の透過率を示したグラフ
であり、第４図は、従来の光ファイバ液体検知センザの
一例を示した概略構成図である。 ■・・・光ファイバ、 ４・・・誘電体多層膜フィルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに対向した一対の光ファイバの端面間に、水分を吸
   着して透過波長域をシフトさせることにより伝送変動を
   発生させる誘電体多層膜フィルタを挿入し、上記伝送変
   動により水分を検知することを特徴とする水分センサ