BRPI0808501A2 - Sensor de fibra óptica. - Google Patents

Description

“SENSOR DE FIBRA ÓPTICA” DESCRIÇÃO

Campo técnico

A presente invenção refere-se um sensor de fibra óptica, e mais particularmente a um sensor de fibra óptica capaz de detectar propriedades de líquido utilizando um índice de refração.

Técnica Anterior

Gasolina pura usada como combustível para motores de automóvel inclui gasolina leve cujo ingrediente principal é um hidrocarboneto tal como heptano, penteno e similares, gasolina pesada cujo ingrediente principal é um hidrocarboneto tal como benzeno e similares e gasolina média (gasolina regular normal) que é um tipo médio daquelas duas. Se a gasolina pesada for usada como combustível para um motor cuja regulação de ignição e similar são controlados para ser adaptadas a gasolina leve, por exemplo, a ignição do motor é retardada. Ainda, nesse motor, aparece deterioração na estabilidade a frio e deterioração no desempenho de acionamento, tal como um fenômeno de trocas gasosas e similares, e causa um aumento de componentes tóxicos nas fumaças de exaustão, devidos à combustão incompleta.

Nos Estados Unidos, Países Europeus e similares, gasolina misturada com álcool toma-se muito difundida como combustível para automóveis a fim de reduzir a quantidade de óleo consumido. Se esse combustível misturado com álcool for usado para um motor que é adaptado à relação de ar-combustível de gasolina, a relação de ar-combustível toma-se pobre porque a relação teórica de ar-combustível de álcool é menor que aquela de gasolina, e assim por diante. Por esta razão, se o combustível misturado com álcool for usado para um motor de automóvel, é necessário controlar um atuador, tal como uma válvula de injeção de combustível ou similar, com base no teor de álcool detectado no combustível misturado com álcool e ajustar a relação de ar-combustível, a regulação de ignição e similares de acordo com a relação de teor de álcool detectado.

Por conseguinte, para motores de automóvel, é necessário detectar que tipo de gasolina é usado, leve, média ou pesada, e a relação de 5 teor de álcool no combustível misturado com álcool. É ainda necessário controlar relação de ar-combustível, a regulação de ignição e similares de acordo com o valor detectado.

Quer a gasolina a ser usada seja pesada quer leve, ela é correlacionada com seu índice de refração. O índice de refração da gasolina pesada é grande e aquele da gasolina leve é pequeno. Por conseguinte, como um sensor de propriedade de líquido para gasolina, um tipo de sensor para medir a alteração do índice de refração foi desenvolvido.

O Documento de Patente 1 revela um sensor de propriedade de líquido que alimenta luz a partir de uma fonte de luz em uma grade inclinada, 15 de pequeno período, e analisa espectro da saída de luz por um analisador de sinal. Com uma alteração em índice de refração de um material circundando a grade, uma forma de espectro de transmissão em um modo de propagação em revestimento que aparece nas propriedades de fator de transmissão se altera. No Documento de Patente 1, pela medição do espectro de transmissão e 20 cálculo de uma alteração em forma de um invólucro, o índice de refração da circunvizinhança da grade é detectado e as propriedades de líquido são assim detectadas.

O Documento de Patente 2 revela um sensor de propriedade de líquido que fornece luz a partir de uma fonte de luz para uma grade de curto 15 período. Também no Documento de Patente 2, com uma alteração no índice de refração de um material que circunda a grade, a alteração em forma de espectro de transmissão no modo de propagação em revestimento que aparece nas propriedades de fator de transmissão é usada. No Documento de Patente

2, pela medição de uma alteração em intensidade da luz de saída em virtude da alteração em forma de espectro de transmissão, o índice de refração da circunvizinhança da grade é detectado.

Documento de Patente 1: Publicação internacional N.° 02/44697, brochura.

Documento de Patente 2: Publicação internacional N.°

06/126468, brochura.

Na detecção usando a grade inclinada, de pequeno período, como exposto no Documento de Patente 1, uma vez que é necessário para medir a forma de espectro de pico de modo de propagação em revestimento 10 com alta resolução de comprimento de onda, um caro dispositivo de medição, tal como um analisador de espectro de luz ou similar, é necessário. Por esta razão, no sensor de propriedade de líquido de Documento de Patente 1, é difícil medir o índice de refração somente com a simples detecção da quantidade de luz.

Ainda no Documento de Patente 1, quando o ângulo de

inclinação da grade aumenta, o limite inferior da faixa mensurável de índice de refração pode ser aumentado em direção ao lado de índice de refração inferior, mas o limite superior, por conseguinte, diminui. Como um resultado, o Documento de Patente 1 tem um problema de prejudicar o efeito de ampliação ou aumento da faixa mensurável de índice de refração.

Por outro lado, na detecção usando a grade de curto período, como exposto no Documento de Patente 2, uma vez que a alteração na forma de espectro, no modo de propagação em revestimento, pico de perda é detectado com a alteração na quantidade de luz transmitida, é possível medir 25 o índice de refração somente com simples detecção da quantidade de luz. O Documento de Patente 2, todavia, tem um problema que a faixa mensurável de índice de refração não pode ser suficientemente ampliada ou aumentada. Descrição da invenção

A presente invenção é destinada a solucionar os problemas acima, e é um objetivo da presente invenção prover um sensor de fibra óptica capaz de medir um índice de refração de um meio a ser medido com alta sensibilidade em uma ampla faixa de índice de refração, com uma construção simples.

5 De acordo com um aspecto da presente invenção, o sensor de

fibra óptica inclui uma fibra óptica incluindo um núcleo com uma grade de Bragg formada no mesmo e um revestimento, no qual uma perda de transmissão é causada por uma fuga em um modo de propagação em revestimento em uma porção do núcleo e no revestimento onde a grade de 10 Bragg é formada, uma fonte de luz para emitir luz da banda de comprimento de onda no modo de propagação em revestimento para dentro da fibra óptica, e uma parte de recepção de luz para receber uma luz transmitida ou uma luz refletida da luz passando através do núcleo e do revestimento em uma posição onde a grade de Bragg é formada, e detecta um índice de refração de um meio 15 a ser medido que está em contato com o revestimento com base na intensidade de luz total recebida pela parte de recepção de luz, e no sensor de fibra óptica da presente invenção, a grade de Bragg tem um predeterminado ângulo de inclinação com relação a uma linha vertical em uma direção longitudinal da fibra óptica.

No aspecto acima da presente invenção, uma vez que a grade

de Bragg tem um predeterminado ângulo de inclinação com relação a uma linha vertical em uma direção longitudinal da fibra óptica, é possível medir um índice de refração de um meio a ser medido com alta sensibilidade em uma ampla faixa de índice de refração e com uma construção simples.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, o

sensor de fibra óptica inclui uma fibra óptica incluindo um núcleo com uma grade de Bragg formada no mesmo e um revestimento, no qual uma perda de transmissão é causada por uma fuga em um modo de propagação em revestimento no revestimento onde a grade de Bragg é formada, uma fonte de luz para emitir luz da banda de comprimento de onda no modo de propagação em revestimento para dentro da fibra óptica, e uma parte de recepção de luz para receber uma luz transmitida ou uma luz refletida da luz passando através do revestimento em uma posição onde a grade de Bragg é formada, e detecta 5 um índice de refração de um meio a ser medido que está em contato com o revestimento com base na intensidade de luz total recebida pela parte de recepção de luz, e no sensor de fibra óptica da presente invenção, a fibra óptica é uma fibra óptica multimodal e a grade de Bragg tem um ângulo de inclinação de 4,4° ou mais com relação a uma linha vertical em uma direção 10 longitudinal da fibra óptica.

No outro aspecto da presente invenção, uma vez que o sensor de fibra óptica inclui a grade que tem um ângulo de inclinação de 4,4° ou maior, mesmo se uma fibra óptica multimodal for usada como a fibra óptica, é possível fazer com que o modo de propagação em revestimento e outro 15 possível detectem o índice de refração do meio a ser medido que está em contato com o revestimento em uma região onde a grade é formada. Ainda, uma vez que o sensor de fibra óptica na presente invenção usa uma fibra óptica multimodal, é possível aumentar a quantidade de alteração na intensidade de luz recebida com relação à quantidade de luz detectada e à 20 alteração de índice de refração.

Esses e outros objetivos, características, aspectos e vantagens da presente invenção ficarão mais aparentes a partir da seguinte descrição detalhada da presente invenção quando tomada em conjunção com os desenhos acompanhantes.

Í5 Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama esquemático mostrando um sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 2 é um diagrama de ilustração mostrando uma relação entre uma luz em propagação e um índice de refração de líquido no sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 3 é um diagrama de ilustração mostrando o ângulo de inclinação de uma grade no sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 4 é um diagrama mostrando espectro de comprimento de onda de perdas de transmissão no sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 5 é um diagrama de ilustração mostrando uma relação entre um índice de refração e a intensidade de luz recebida no sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 6 é um diagrama mostrando espectro de comprimento de onda de perdas de transmissão de ar e tolueno no sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 7 é um diagrama de ilustração mostrando uma relação entre o ângulo de inclinação e a taxa de alteração no sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 8 é um diagrama mostrando alterações de fator de transmissão de acordo com comprimento de ondas em gasolina regular e gasolina de alta octanagem.

A figura 9 é um diagrama de ilustração mostrando características de gasolina misturada.

A figura 10 é um diagrama de ilustração mostrando a perda de transmissão em um sensor de fibra óptica no sensor de fibra óptica de acordo com a segunda forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 11 é um diagrama de ilustração mostrando condições de uma grade no sensor de fibra óptica de acordo com a segunda forma de realização preferida da presente invenção. A figura 12 é um diagrama de ilustração mostrando a forma de espectro em um modo de propagação em revestimento.

A figura 13 é um diagrama de ilustração mostrando condições de uma grade no sensor de fibra óptica de acordo com a terceira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 14 é um diagrama de ilustração mostrando condições de uma grade no sensor de fibra óptica de acordo com a terceira forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 15 é um diagrama de ilustração mostrando condições de uma grade no sensor de fibra óptica de acordo com a quarta forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 16 é um diagrama esquemático mostrando o sensor de fibra óptica de acordo com a sexta forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 17 é um gráfico mostrando um espectro de luz transmitida obtido do sensor de fibra óptica de acordo com a sexta forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 18 é um gráfico mostrando um espectro de luz transmitida obtido do sensor de fibra óptica de acordo com a sexta forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 19 é um diagrama de ilustração mostrando uma relação entre o ângulo de inclinação de uma grade e a faixa de medição de índice de refração no sensor de fibra óptica de acordo com a sétima forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 20 é um diagrama esquemático mostrando as grades do sensor de fibra óptica de acordo com a sétima forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 21 é um gráfico mostrando um espectro de luz transmitida obtido do sensor de fibra óptica de acordo com a sétima forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 22 é um diagrama esquemático mostrando o sensor de fibra óptica de acordo com a sétima forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 23 é o gráfico mostrando uma relação entre um índice de refração e a intensidade de luz recebida obtido do sensor de fibra óptica de acordo com a sétima forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 24 é um diagrama esquemático mostrando grades do sensor de fibra óptica de acordo com a oitava forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 25 é um gráfico mostrando um espectro de luz transmitida obtido do sensor de fibra óptica de acordo com a oitava forma de realização preferida da presente invenção.

A figura 26 é um gráfico mostrando uma relação entre um índice de refração e a intensidade de luz recebida obtido do sensor de fibra óptica de acordo com a oitava forma de realização preferida da presente invenção.

Melhor Maneira para Execução da Invenção

(a Primeira Forma de Realização Preferida)

A figura 1 é um diagrama esquemático mostrando um sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida da presente invenção. O sensor de fibra óptica mostrado na figura 1 é um sensor capaz de detectar um índice de refração de líquido. No sensor de fibra óptica da figura 1, em uma extremidade de uma fibra óptica 1, uma fonte de luz 2 é disposta e, na outra extremidade da mesma, uma parte de recepção de luz 3 é disposta. A fibra óptica 1 compreende um núcleo 4 que propaga a luz emitida a partir da fonte de luz 2, um revestimento 5 que é provido de modo a cobrir o núcleo 4 de forma que a luz pode ser encerrada no núcleo 4 e um invólucro de fibra 6 que cobre e protege essas partes.

Ainda, na fibra óptica 1, para medição do índice de refração de líquido, parte do invólucro de fibra 6 é removida de forma que um líquido 8, que é um meio a ser medido pode entrar em contato direto com o 5 revestimento 5. Além disso, na fibra óptica 1 da figura 1, uma grade de Bragg (doravante, algumas vezes referida como "grade") 9 é formada no núcleo 4 em uma porção onde parte do invólucro de fibra 6 é removida. Esta fibra óptica 1 é dobrada em uma forma de “U” próxima a uma superfície de fundo de um recipiente 10 armazenando o líquido 8 e a fonte de luz 2 e a parte de 10 recepção de luz 3 são dispostas fora do recipiente 10.

Como a fonte de luz 2, por exemplo, um diodo de emissão de luz (LED), um diodo super luminescente (SLD) e similares podem ser usados. Por outro lado, a parte de recepção de luz 3 usa um elemento de recepção de luz tal como um fotodiodo e similar para detectar a intensidade de luz 15 recebida. Na qualidade do núcleo 4 e do revestimento 5, vidro inorgânico tal como vidro de quartzo e similares ou um material à base de plástico tal como metacrilato de polimetila e similares pode ser usado. Como o invólucro de fibra 6, uma resina à base de flúor, à base de náilon, à base de fenol, à base de epóxido ou à base de melanina pode ser usada.

-0 A seguir, como um método de formar a grade 9 no núcleo 4,

por exemplo, uma máscara de fase é provida na porção onde o invólucro de fibra 6 é removido, e irradiado com um feixe de laser de excímero, para formar assim um padrão de grade que corresponde a um relevo da máscara de fase. A máscara de fase é uma máscara em que uma pluralidade de fendas, a '5 qual é chamada "relevo", é formada a intervalos regulares na superfície de um lado de planos paralelos feitos de vidro de quartzo, e o feixe de laser é periodicamente modulado pelo relevo.

Uma vez que uma alteração de índice de refração, fotoinduzida, é feita no núcleo 4, onde o índice de refração de uma porção irradiada com o feixe de laser toma-se mais alto que aquele de uma porção não irradiada, é possível formar a grade 9, na qual o índice de refração periodicamente se altera no núcleo 4. Pela alteração do passo do relevo e da profundidade da fenda, a grade 9 tendo um padrão desejado pode ser formada 5 no núcleo 4. Ainda, inclinando a máscara de fase rumo à direção do plano, é possível formar a grade 9 tendo um ângulo de inclinação.

As grades 9 são geralmente classificadas em uma grade de curto período tendo um período de alteração de índice de refração de aproximadamente 0,1 a 1 μηι e uma grade de período longo tendo um período 10 de 100 a 1000 μιη. A grade 9 usada na presente invenção é limitada à primeira, isto é, à grade de curto período, e cada grade na seguinte descrição refere-se a uma grade de curto período.

A seguir, discussão será feita em uma operação do sensor de fibra óptica de acordo com a primeira forma de realização preferida. Em um 15 sistema de comunicação óptica, geralmente, a fim de captar sinais ópticos de um comprimento de onda específico, que se propagam em uma linha de transmissão de fibra óptica, uma grade capaz de refletir somente sinais especificados é usada. As propriedades de transmissão da grade têm um modo de propagação em revestimento, discutido posteriormente, e esse modo de 10 propagação em revestimento desvantajosamente toma-se a ondulação perdida. A presente invenção, inversamente, utiliza este modo de propagação em revestimento que foi considerado como uma propriedade desnecessária no sistema de comunicação óptica.

O princípio para medição do índice de refração do líquido 8 15 mostrado na figura 1 utiliza o fato de que a intensidade de luz, referida como um "modo de propagação em revestimento", que é causado quando a luz propagando-se no núcleo 4 é refletida sobre a grade 9 ou passa através da grade 9, depende do índice de refração de um material que está em contato com o lado externo do revestimento 5. Especificamente, a luz que se propaga no núcleo 4 propaga-se somente no núcleo 4, repetindo reflexão na interface entre o núcleo 4 e o revestimento 5 em uma porção onde nenhuma grade 9 é formada. Quando a luz que se propaga no núcleo 4 atinge a grade 9, todavia, a luz é dividida em luz que deve passar através da grade 9 e se propagar no 5 núcleo 4, luz a ser refletida por Bragg sobre a grade 9 e se propaga no núcleo

4 na direção oposta e luz de propagação para trás modo de propagação em revestimento que é saltar o núcleo 4 e se propagar no revestimento 5, na direção oposta. Na grade de curto período usada no sensor de fibra óptica da figura 1, o modo de propagação em revestimento é propagação para trás, mas 10 o modo de propagação em revestimento gerado na grade de longo período é propagação para frente.

As figuras 2(a) e 2(b) são vistas mostrando uma relação entre a luz no modo de propagação em revestimento e o índice de refração do líquido que está em contato com o lado externo do revestimento 5. Na seguinte 15 discussão, água é tomada como um exemplo de líquido e ar é tomado como um exemplo de gás. A figura 2(a) mostra esquematicamente a propagação de luz em um caso onde o material que está em contato com o lado externo do revestimento 5 é ar 21, e a figura 2(b) mostra esquematicamente luz propagação em um caso onde o material que está em contato com o lado 20 externo do revestimento 5 é água 27. É assumido, aqui, que o índice de refração do ar 21 é 1.0, o índice de refração de água 27 é 1,3, o índice de refração do núcleo 4 é 1,36 e o índice de refração do revestimento 5 é 1,35.

Na figura 2(a), uma luz em propagação 22 que se propaga a partir da fonte de luz 2 é dividida em uma luz refletida 23 que é refletida por 25 Bragg sobre a grade 9, uma luz transmitida 24 passando através da grade 9 e propagando-se no núcleo 4 e a luz 25 no modo de propagação em revestimento que é gerada na grade 9. Uma vez que a diferença entre o índice de refração do revestimento 5 e aquele do ar 21 é grande, 0,35, a luz 25 no modo de propagação em revestimento é refletida sobre uma interface 26 entre o revestimento 5 e ο ar 21 e propaga-se no revestimento 5. Na figura 2(a), uma vez que a luz 25 no modo de propagação em revestimento é encerrada no revestimento 5, aparece ali uma perda ondulação típico do modo de propagação em revestimento nas propriedades de transmissão.

5 Por outro lado, também na figura 2(b), uma luz em propagação

22 que se propaga a partir da fonte de luz 2 é dividida na luz refletida 23, na luz transmitida 24 e na luz 25 no modo de propagação em revestimento. Todavia, no caso da figura 2(b), uma vez que a diferença entre o índice de refração do revestimento 5 e aquele da água 27 é pequeno, 0,05, a luz 25 no 10 modo de propagação em revestimento, que é gerada em uma porção de grade de extremidade 9, é dificilmente refletida em uma interface 28 entre o revestimento 5 e a água 27, passando através da interface 28, e propaga-se para a água 24. Por esta razão, a luz 25 no modo de propagação em revestimento dificilmente propaga-se no revestimento 5. Por conseguinte, 15 nenhuma luz 25 no modo de propagação em revestimento é encerrada no revestimento 5 e não aparece nenhuma ondulação perdida, que é uma propriedade de transmissão típica do modo de propagação em revestimento.

Ainda, a grade 9 da primeira forma de realização preferida é então formada de forma a ter um ângulo de inclinação de 0° com relação a 20 uma linha vertical em uma direção longitudinal da fibra óptica 1, como mostrado na figura 3, para a finalidade de obter uma saída de sensor com alta sensibilidade e aumentar uma faixa de detecção de índice de refração de um meio a ser medido. O ângulo de inclinação 0° é determinado em uma faixa não inferior a -90°e inferior a 90°. As figuras 4(a) a 4(d) mostram espectro de 25 comprimento de onda de perdas de transmissão em um caso onde o ângulo de inclinação 0 é ajustado em 0o. A fibra óptica 1 usada nesse caso é feita de material à base de quartzo, tendo um diâmetro de revestimento de 125 μηι e um diâmetro de núcleo de 2 μπι.

A figura 4(a) mostra um caso onde um meio a ser medido é ar (η = 1.0), e a figura 4(b) mostra um caso onde um meio a ser medido é etanol (n = 1,362). A figura 4(c) mostra um caso onde um meio a ser medido é um líquido (n = 1,429) contendo 50% de etanol e 50% de tolueno, e a figura 4(d) mostra um caso onde um meio a ser medido é tolueno (n = 1,497). Os meios a 5 serem medidos, mostrados nas figuras 4(a) a 4(d), têm diferentes índices de refração, e no caso do uso do meio cujo índice de refração é pequeno, tal como ar ou etanol, o modo de propagação em revestimento perceptivelmente aparece na faixa onde o comprimento de onda varia de 860 nm a 885 nm. Todavia, quando o índice de refração toma-se maior, (as figuras 4(c) e 4(d)), 10 o modo de propagação em revestimento desaparece a partir do lado de comprimento de onda baixo, e no caso de usando tolueno, (a figura 4(d)), o modo de propagação em revestimento desaparece completamente.

O sensor de fibra óptica mostrado na figura 1 tem uma construção para detectar a luz transmitida mostrada na figura 4 como a 5 intensidade de luz recebida. Por conseguinte, o sensor de fibra óptica da figura 1 detecta o índice de refração de um meio a ser medido utilizando a alteração na intensidade de luz recebida, na dependência do índice de refração do meio a ser medido, como mostrado na figura 5. A figura 5 mostra a alteração da intensidade de luz recebida com relação ao índice de refração Ό entre o caso onde o ângulo de inclinação 0 da grade 9 é 0o e o caso onde o ângulo de inclinação Θ é 7,3°. Como mostrado no resultado da figura 5, a faixa de detecção de índice de refração do meio a ser medido é aumentada e a taxa de alteração aumenta no caso onde o ângulo de inclinação 0 é 7,3° em comparação com o caso onde o ângulo de inclinação 0 é 0o.

Como a faixa de detecção de índice de refração do meio a ser

medido, como mostrado na figura 5, no lado do alto índice de refração, o índice de refração é em tomo de 1,46 em ambos os casos onde o ângulo de inclinação Θ é 0o e 7,3°, mas no lado de baixo índice de refração, enquanto o índice de refração é 1,40 no caso onde o ângulo de inclinação 0 é 0o, o índice de refração é aumentado até aproximadamente 1,36 no caso onde o ângulo de inclinação Θ é 7,3°. Por conseguinte, o sensor de fibra óptica no qual o ângulo de inclinação Θ da grade 9 é 7,3° pode ser usado para detectar, por exemplo, o combustível de gasolina regular misturado (n = 1,43) e etanol (n = 1,362). Ainda, a taxa de alteração é 7% quando o ângulo de inclinação Θ é 0°, mas quando o ângulo de inclinação Θ é 7,3°, a taxa de alteração aumenta por até 15%. O aumento na taxa de alteração conduz a um aumento na confiabilidade do sensor de fibra óptica contra alterações ambientais, tais como oscilação, variação de temperatura e similares.

Ainda, a preparação de sensores de fibra óptica tendo as grades

9 com vários ângulos de inclinação, espectro de comprimento de onda de perdas de transmissão são medidos nos casos onde o modo de propagação em revestimento aparece (ar: n = 1.0) e onde ele desaparece (tolueno: n = 1,497). As figuras 6(a) e 6(b), por exemplo, mostram o espectro de comprimento de onda das perdas de transmissão no caso onde o ângulo de inclinação da grade

9 é 11,7°. Enquanto que o modo de propagação em revestimento aparece no caso onde o meio a ser medido é ar, como mostrado na figura 6(a), o modo de propagação em revestimento desaparece completamente no caso onde o meio a ser medido é tolueno, como mostrado na figura 6(b).

A taxa de alteração de intensidade de luz recebida é calculada a partir do espectro de comprimento de onda de perdas de transmissão de cada caso onde o meio a ser medido é tolueno e ar, e a taxa de alteração com relação ao ângulo de inclinação da grade 9 é traçada na figura 7. A partir do resultado mostrado na figura 7, é encontrado que a taxa de alteração aumenta quando o ângulo de inclinação Θ da grade 9 toma-se maior.

A seguir, espectro de transmissão de comprimento de onda de gasolina regular e gasolina de alta octanagem são mostram nas figuras 8(a) e 8(b). Como mostrado na figura 8(a), no caso de gasolina regular, regiões transparentes aparecem quando o comprimento de onda é nas faixas de 500 nm a 1100 nm, de 1250 nm a 1350 nm e de 1500 nm a 1600 nm. Como mostrado na figura 8(b), no caso de gasolina de alta octanagem, regiões transparentes aparecem quando o comprimento de onda é nas faixas de 450 nm a 1100 nm, de 1250 nm a 1350 nm e de 1500 nm a 1600 nm.

Embora a fonte de luz 2 tendo uma banda de 800-nm seja

usada na primeira forma de realização preferida, também as outras regiões transparentes do meio a ser medido podem ser usadas para realizar essa forma de realização preferida. Por exemplo, uma fonte de luz 2 e uma parte de recepção de luz 3 que tem uma banda de 1500 nm, que é comumente usada na 10 comunicação óptica, pode ser também usada. Em adição, uma vez que aparece uma perda devida à absorção de luz em uma região outra que não a região transparente, é desejável que a detecção deva ser feita na região transparente do meio a ser medido.

Embora a grade 9 do tipo de modulação de índice de refração, Í5 no qual o índice de refração periodicamente se altera, seja usada no sensor de fibra óptica da primeira forma de realização preferida, a grade 9 processada de forma que fendas são periodicamente arranjadas pode ser usada.

Como descrito na técnica Anterior, se a gasolina é pesada ou luz é correlacionada com seu índice de refração, e a gasolina pesada tem um !0 grande índice de refração e a gasolina leve tem um pequeno índice de refração. Mais especificamente, a figura 9 mostra as respectivas relações entre a relação de índice de refração com relação à gasolina regular e a propriedade de destilação nos casos de gasolina regular, gasolina regular misturada com 20% de etanol e gasolina regular misturada com 40% de tolueno. Como 5 mostrado na figura 9, quando misturada com tolueno, a relação de índice de refração é grande e a temperatura de capacidade de 50% é também grande, e assim essa gasolina é gasolina pesada. Por outro lado, como mostrado na figura 9, quando misturada com etanol, a relação de índice de refração é pequena e a temperatura de capacidade de 50% é também pequena, e assim essa gasolina é gasolina leve.

(A Segunda Forma de Realização Preferida)

No sensor de fibra óptica da primeira forma de realização preferida, foi tomado claro que é desejável que a grade que tem um ângulo de 5 inclinação que causa grande alteração de intensidade de luz recebida deva ser usada a fim de medir o índice de refração do meio a ser medido com suficiente sensibilidade, mesmo se um barato circuito elétrico de detecção for usado. Ainda, na segunda forma de realização preferida, discussão será feita sobre a grade que tem um ângulo de inclinação que tem condições para um 10 aumento da alteração na intensidade de luz recebida.

Em cada caso que o sensor de fibra óptica é imerso em um meio de baixo índice de refração, tal como ar, e um meio de alto índice de refração, tal como tolueno, os espectro no modo de propagação em revestimento são mostrados nas figuras 6(a) e 6(b). No caso do meio de baixo 5 índice de refração, enquanto existe uma pluralidade de picos agudos de perda de transmissão devidos ao modo de propagação em revestimento no caso do meio de alto índice de refração, o pico agudo de perda de transmissão desaparece e um espectro de perda de transmissão contínua aparece. No caso do meio de alto índice de refração, uma vez que luz reflexão em uma interface Ό entre o revestimento e o meio toma-se pequeno, o modo de propagação no núcleo é acoplado a um modo de emissão contínua, feito em direção ao espaço circundante através da grade 9, não para o modo de propagação em revestimento, fazendo uma forma de espectro contínua.

Existe uma correlação contínua entre o espectro de perda de 5 transmissão tendo um pico agudo do modo de propagação em revestimento no caso do meio de baixo índice de refração e o espectro de perda de transmissão contínua no caso do meio de alto índice de refração. Especificamente, existe uma regra de soma e é experimentalmente verificado que a quantidade média de intensidade de perda do espectro sobre uma certa faixa de comprimento de onda é quase que a mesma entre os respectivos espetros de perda de transmissão desses meios.

Na medição da quantidade de luz transmitida usando fonte de luz de espectro contínuo de larga banda de comprimento de onda, no caso do meio de baixo índice de refração, a luz transmitida em uma faixa de comprimento de onda com grande fator de transmissão que existe entre picos de perda de transmissão adjacentes é um elemento principal da quantidade de luz transmitida. Mesmo se a quantidade litográfica de descrição litográfica da grade 9 aumenta para elevar a intensidade do pico de perda de transmissão, a quantidade de luz transmitida na faixa de comprimento de onda com grande fator de transmissão fortemente diminui. Por conseguinte, uma diminuição na quantidade total de luz transmitida é suprimida. Por outro lado, no caso do meio de alto índice de refração, uma vez que a quantidade de luz transmitida diminui de acordo com a intensidade de perda de transmissão, não amplamente dependente do comprimento de onda, um aumento na quantidade litográfica de descrição litográfica da 9 aumenta a perda de transmissão e diminui a quantidade de luz transmitida. Assim, a quantidade de luz transmitida no caso do meio de alto índice de refração é menor que aquela no caso do meio de baixo índice de refração que tem um espectro de perda de Ό transmissão não uniforme.

Por conseguinte, a fim de aumentar a alteração na quantidade de luz detectada para medir o índice de refração com alta sensibilidade no sensor de fibra óptica, é eficaz que a quantidade de luz transmitida no caso do espectro com um pico agudo é aumentada e a intensidade perda de '.5 transmissão no caso onde a forma de espectro contínuo aparece é aumentada.

A seguir, discussão será feita com base em um resultado de cálculo de experimento quantitativo realizado em uma alteração na quantidade de luz detectada assumindo um modelo. Primeiro, a premissa do modelo considerado será discutida, com referência à figura 10. A figura 10 é uma vista mostrando esquematicamente um parâmetro de o modo de propagação em revestimento. Primeiro, uma vez que é necessário detectar um índice de refração de ampla faixa incluindo a faixa de índice de refração requerida pelo meio a ser medido, é assumido que o tamanho da faixa de índice de refração é uma faixa de detecção Δη. É assumido que o modo de propagação em revestimento uniformemente aparece na faixa entre os comprimentos de onda que corresponde ao limite inferior e ao limite superior da faixa de detecção Δη.

Pelo uso de uma fonte de luz de comprimento de onda contínuo incluindo os comprimentos de onda na faixa de detecção Δη, a intensidade de luz transmitida total é detectada. É assumido que, com relação a todos os modos de propagação de revestimentos incluídos na faixa de detecção Δη, uma magnitude média dos picos de perda de transmissão é AdB, um valor médio das larguras totais na metade do máximo dos picos de perda é ABnm e um intervalo de comprimento de onda médio dos picos de perda é Bnm. No caso de um espectro tendo um pico agudo, é assumido que os picos de perda no modo de propagação em revestimento e a forma de espectro da fonte de luz têm um formato retangular e a mesma intensidade de perda, para simplificação, e que a perda de transmissão em uma região de comprimento de onda de transmissão entre os picos de perda dos modos de propagação de revestimento adjacentes é zero.

Sob a assunção acima, a taxa de aparência da perda de transmissão no modo de propagação em revestimento é ΔΒ/Β e a taxa de aparência de uma faixa de comprimento de onda transparente é l-ΔΒ/Β. No caso do meio de baixo índice de refração, uma vez que o modo de propagação em revestimento da perda de transmissão AdB e a faixa de comprimento de onda transparente coexistem, a intensidade de luz transmitida é dada pela Eq. 1: Por outro lado, no caso do meio de alto índice de refração, uma vez que a perda de transmissão média é AxAB/BdB em toda a faixa de comprimento de onda, a intensidade de luz transmitida é dada pela Eq. 2:

-A M

I2= 10 10 B (Eq

A partir do acima, a taxa de alteração na quantidade de luz 5 transmitida é dada por I = (11 -12)/11.

A figura 11 mostra um resultado de cálculo para a taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida na faixa del<A<15e 0,05 < ΔΒ/Β < 0,4. A partir de cálculos numéricos realizados com relação a vários valores A e ΔΒ/Β, é encontrado que a taxa de alteração I de quantidade de luz 10 transmitida quase depende de ΑχΑχΔΒ/Β. Este adapta o termo de mais baixa ordem, ΑχΑχΔΒ/Β, no caso onde a equação para a taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida é expandida em uma série com relação a A e ΔΒ/Β.

A discussão acima é feita no resultado do cálculo para a taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida nos casos do meio de baixo índice de refração (onde todos os picos de modo de propagação em revestimento aparecem) e do meio de alto índice de refração (onde todos picos de modo de propagação em revestimento desaparecem). No caso do meio a ser medido ter um índice de refração médio, o modo de propagação em revestimento desaparece do lado de curto comprimento de onda quando o índice de refração aumenta, e a quantidade de luz transmitida simplesmente e continuamente se altera entre o resultado no caso do meio de baixo índice de refração e aquele no caso do meio de alto índice de refração. Por conseguinte, mesmo no caso do meio a ser medido ter um índice de refração médio, por obter dados revisados antecipadamente, é possível conhecer o índice de refração do meio a ser medido a partir da detecção da quantidade de luz transmitida. A sensibilidade de medição para o índice de refração é proporcional à taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida. Embora seja possível realizar a medição, em princípio, por precisamente medir uma tensão de sinal de saída, mesmo se a grade com baixa sensibilidade tendo uma pequena taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida é usada, um circuito elétrico de medição toma-se mais dispendioso e uma medição de tempo aumenta, uma vez que integração é necessária. Ainda, se a grade com baixa sensibilidade tendo a pequena taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida é usada, isto causa alguns problemas, tais como a necessidade de um trabalho de revisão particular, por causa da alteração com a passagem de tempo no sinal de saída propriamente dito, e similares, se a taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida de 5% ou mais for obtida, é imaginado que o problema acima pode ser evitado. Da figura 11, é encontrado que a taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida = 5% é correspondente a ΑχΑχΔΒ/Β = 3,5.

Embora a discussão acima seja feita em um modelo simplificado, é confirmado que o resultado da medição atual é bem reproduzido. Por exemplo, a taxa de alteração I da quantidade de luz transmitida é aproximadamente 7% em um grau atualmente fabricado que tem 20 ΔΒ/Β < 0,3, uma perda de transmissão < 4 dB e um ângulo de inclinação de 0o. Esse valor quase coincide com o valor obtido pelo cálculo e isto corrobora a validade deste modelo.

Assim, no sensor de fibra óptica da segunda forma de realização preferida, a fim de ter a taxa de alteração I da quantidade de luz detectada, com a qual o índice de refração do meio a ser medido pode ser medido com suficiente sensibilidade mesmo se um barato circuito elétrico de detecção for usado, a grade tem uma relação de ΑχΑχΔΒ/Β > 3,5. Na figura

11, a faixa satisfazendo ΑχΑχΔΒ/Β > 3,5 é expressa com o hachurado.

Como com a largura total na metade do máximo ΔΒ do pico de perda no modo de propagação em revestimento, embora possam existir influências de forma não uniforme da fibra óptica e quer o comprimento da grade seja longo ou curto e similares, mas atualmente, largura de linha não uniforme devido à qualidade de luz de irradiação, flutuação posicionai, distorção de fibra óptica na descrição e similares é predominante. Por conseguinte, pela formação de uma grade uniforme com a flutuação suprimida, é imaginado que um modo de propagação em revestimento com uma largura de linha estreita pode ser obtida.

O intervalo B entre cada pico de perda dos modos de propagação em revestimento geralmente depende do diâmetro de revestimento e do comprimento de onda usado na fibra óptica, e quanto mais curto o comprimento de onda usado se toma ou quanto maior o diâmetro de revestimento se toma, é imaginado que o intervalo de modo se toma menor. Quando uma fibra óptica tendo um diâmetro de 125 μιη, que é geralmente pre vai ente, é usada, o diâmetro de revestimento é fixo. Como com o comprimento de onda usado, uma vez que a largura total na metade do máximo ΔΒ é pequeno, como o intervalo B, mesmo se o comprimento de onda é short, é imaginado que não existe grande diferença em ΔΒ/Β.

A perda de transmissão A do pico de perda no modo de propagação em revestimento aumenta quando a quantidade de descrição litográfica na grade aumenta e gradualmente toma-se saturada. Ainda, a perda de transmissão A aumenta quando o comprimento da grade aumenta. Como com a relação com ΔΒ/Β, com relação à grade que tem certa quantidade de descrição litográfica, a perda de transmissão A aumenta quando a largura total na metade do máximo ΔΒ no modo de propagação em revestimento toma-se menor, e é imaginado que ΑχΔΒ/Β é geralmente constante.

A partir do estudo qualitativo acima, na fabricação da grade, aumentando a quantidade de descrição litográfica, realizando descrição altamente uniforme com flutuação suprimida e aumentando o comprimento da grade, é possível obter uma grade altamente sensível que tem grande ΑχΑχΔΒ/Β.

Em comparação com um caso de uso da grade que tem um ângulo de inclinação de 0o, uma vez que o número permitido de modos de revestimento aumenta e ΔΒ/Β aumenta pela seleção apropriada do ângulo de inclinação da grade, é possível aumentar ainda mais a sensibilidade de detecção de índice de refração detecção em relação a isto. Como a fonte de luz, um diodo de emissão de luz (LED) pode ser usado e isto é apropriado para redução de tamanho da fonte de luz e um aumento de confiabilidade. Ainda, para detecção da luz transmitida, um fotodiodo pode ser usado, se uma fonte de luz de alta intensidade, tal como um diodo super luminescente (SLD) ou similar, é usada, é possível medir o índice de refração com precisão mais elevada, esse elemento de emissão de luz e elemento de recepção de luz podem ser opticamente acoplados à fibra óptica usando um apropriado sistema óptico de acoplamento de acordo com a abertura numérica da fibra óptica e podem ser construídos como um módulo de pequeno tamanho.

Com base no estudo acima, na fabricação da grade com comprimento de onda usado de banda de 800-nm usando uma fibra óptica tendo um diâmetro de núcleo de 2 μηι, por exemplo, somente se o 20 comprimento de grade é 5 mm ou maior, é possível fabricar a grade que tem uma relação de ΑχΑχΔΒ/Β >3,5 pelo controle das condições de descrição, se o comprimento de grade é aumentado até 10 mm ou similar, é possível atingir uma grade com sensibilidade mais alta e aumentar a tolerância das condições de descrição.

(A Terceira Forma de Realização Preferida)

Na terceira forma de realização preferida, discussão será feita abaixo nas condições requeridas para fabricar a grade 9 com alta sensibilidade.

No sensor de fibra óptica da terceira forma de realização preferida, é possível observar os picos de perda devidos a muitos modos de propagação em revestimento, com o espectro de transmissão, independentemente de se a grade tem uma inclinação ou não. Esses modos de propagação em revestimento são acoplados ao modo de propagação nos 5 núcleos com diferentes resistências de acoplamento, e cada mostra intensidade de perda refletindo a resistência de acoplamento. A fim de medir o índice de refração do meio a ser medido pelo sensor de fibra óptica mostrado na figura 1, é necessário que os modos de propagação em revestimento devam continuamente aparecer na faixa de detecção de índice de 10 refração sem uma diminuição notável na intensidade de perda.

A forma de espectro do modo de propagação em revestimento pode ser obtida através do cálculo pelo fornecimento de parâmetros da fibra óptica, tal como o diâmetro de núcleo e o núcleo índice de refração, o diâmetro de revestimento e o revestimento índice de refração e similares, e 15 parâmetros sobre a grade, tal como o ângulo de inclinação, o passo, a quantidade de alteração no índice de refração e similares.

Primeiro, assumindo que o diâmetro de revestimento é 125 μιη e o comprimento de onda de Bragg é λ = 880 ± 5 nm, a forma de espectro do modo de propagação em revestimento, no caso de alteração do diâmetro de 20 núcleo e do ângulo de inclinação da grade, é calculada para obter uma faixa de comprimento de onda de aparência do modo de propagação em revestimento, e a faixa é convertida na faixa de índice de refração e comparada. A forma de espectro do modo de propagação em revestimento tem um invólucro do pico que tem uma forma suavemente modal, e o 25 comprimento de onda que é um décimo do valor máximo do modo de propagação em revestimento, a perda é considerada como o limite superior e limite inferior de comprimentos de onda na faixa de comprimento de onda de aparência. Uma forma de espectro de exemplo do modo de propagação em revestimento obtida através do cálculo (onde o diâmetro de núcleo é 4 μιη, o ângulo de inclinação é 6 e o comprimento de onda de Bragg é 880 nm) é mostrada na figura 12. É assumido que o índice de refração do revestimento é 1,4533, e o índice de refração do núcleo é selecionado da faixa desde 1,4830 a 1,4563, com referência às especificações de fibras ópticas comerciais que são 5 podem ser adquiridas.

A faixa mensurável de índice de refração que é obtida através do cálculo acima é traçado como uma função do ângulo de inclinação Θ na figura 13. a figura 13 mostra relações entre as faixas mensuráveis de índice de refração e os ângulos de inclinação com relação a diferentes diâmetros de 10 núcleo. A partir da figura 13, é encontrado que o limite inferior de índice de refração na faixa de medição diminui quando o ângulo de inclinação Θ aumenta com relação a todos os diâmetros de núcleo. Ainda, como a dependência de diâmetro de núcleo, é encontrado, da figura 13, que o limite inferior de índice de refração mais significantemente diminui quando o 15 diâmetro de núcleo toma-se menor.

Por outro lado, o limite superior de índice de refração na faixa de medição toma um valor aproximado ao índice de refração do revestimento, independentemente do diâmetro de núcleo no caso de pequeno ângulo de inclinação, como mostrado na figura 13, mas diminui quando o ângulo de 20 inclinação aumenta. Ainda, uma diminuição no limite superior de índice de refração na faixa de medição é pequena quando o diâmetro de núcleo d < 4 μηι como mostrado na figura 13, mas toma-se maior quando o diâmetro de núcleo toma-se maior que 4 μιη. Quando o diâmetro de núcleo toma-se maior, a diminuição no limite superior de índice de refração na faixa de medição 25 cancela a ampliação ou aumento da faixa de medição devido a uma diminuição no limite inferior de índice de refração na faixa de medição, e medição sensibilidade com relação ao índice de refração próximo ao índice de refração do revestimento diminui e toma-se difícil realizar a medição próxima ao índice de refração. Assim, no caso onde a grade é formada de forma que o comprimento de onda de Bragg pode ser λ < 880 nm, a fim de suprimir a diminuição no limite superior de índice de refração na faixa de medição e medir o índice de refração em uma ampla faixa, o diâmetro de núcleo tem somente que ser d < 4 μηι.

A seguir, no caso onde o comprimento de onda de Bragg da grade é alterado para λ < 1570 nm, com o qual uma fonte de luz é facilmente disponível no comprimento de comunicação óptico de faixa de onda, o limite superior de índice de refração e o limite inferior de índice de refração na faixa 10 de medição são calculados da mesma maneira. O resultado desse cálculo é traçado como uma função do ângulo de inclinação na figura 14. Na figura 14, dois tipos de diâmetros de núcleo, 4 μιη e 8 μιη, são usados.

Em comparação com o caso da figura 13 onde o comprimento de onda de Bragg é λ < 880 nm, é encontrado que no resultado da figura 14, 15 as propriedades são similares dentre os dados cujo d/λ tem valores aproximados. Especificamente, o resultado (d/λ = 2,3) de (d, λ) = (2 μηι, 880 nm) e o resultado (d/λ = 2,6) de (d, λ) = (4 μηι, 1570 nm) são similares. E também encontrado que o resultado (d/λ = 4,5) de (d, λ) = (4 μηι, 880 nm) e o resultado (d/λ = 5,2) de (d, λ) = (8 μηι, 1570 nm) são similares.

Ainda, o resultado de cálculo similar no caso onde o

comprimento de onda de Bragg é λ < 1570 nm que é o dobro daquele na figura 13 é mostrado na figura 15. No caso mostrado na figura 15, os resultados de (d, λ) = (2 μιη, 880 nm) e (d, λ) = (4 μιη, 1670 nm) têm o mesmo d/λ, e os resultados de (d, λ) = (4 μηι, 880 nm) e (d, λ) = (8 μηι, 1670 nm) têm o mesmo d/λ. Como pode ser visto do resultado mostrado na figura

15, quando o valor de d/λ é o mesmo, o limite superior de índice de refração e o limite inferior índice de refração na faixa de medição coincidem bem, mesmo se os diâmetros de núcleo forem diferentes.

A partir do resultado acima, é imaginado que o invólucro da forma de espectro no modo de propagação em revestimento quase depende do valor de d/λ que é a relação principalmente entre o diâmetro de núcleo e o comprimento de onda de Bragg. Por outro lado, embora as relações do diâmetro de núcleo e o comprimento de onda de Bragg com relação à 5 alteração de diâmetro de revestimento, uma vez que o diâmetro de revestimento é fixo em 125 μηι, o diâmetro de revestimento tem uma influência relativamente pequena sobre invólucro da forma de espectro no modo de propagação em revestimento, uma vez que as formas de espectro têm alta similaridade.

IO Por conseguinte, a fim de formar a grade com a diminuição no

limite superior de índice de refração na faixa de medição suprimida, capaz de medir o índice de refração em uma ampla faixa, a fibra óptica tendo o diâmetro de núcleo d tem somente que ser selecionada de forma que a relação entre o diâmetro de núcleo e um predeterminado comprimento de onda de Bragg λ toma-se d/λ < 4,5.

Similarmente, a fim de formar a grade com a diminuição no limite superior de índice de refração na faixa de medição suprimida, capaz de medir o índice de refração em uma ampla faixa, a grade que tem o comprimento de onda de Bragg λ tem somente que ser formada de forma que 20 a relação entre um predeterminado diâmetro de núcleo d e o comprimento de onda de Bragg λ toma-se d/λ <4,5.

Embora a grade seja assim obtida em consideração ao resultado de cálculo no caso onde o diâmetro de revestimento é 125 μηι, uma vez que o diâmetro de revestimento tem uma influência relativamente 25 pequena sobre o invólucro de a forma de espectro no modo de propagação em revestimento, a grade não é limitada pelo tamanho do diâmetro de revestimento. Ainda, na terceira forma de realização preferida, embora o índice de refração de vidro de quartzo seja usado como o índice de refração do revestimento, a presente invenção não é limitada a essa, mas uma fibra óptica tendo um índice de refração diferente pode ser usada. Assim, uma vez que a grade que satisfaz a condição d/λ < 4,5 é formada no sensor de fibra óptica da terceira forma de realização preferida, o limite inferior da faixa detectável de índice de refração (faixa de detecção) no caso onde o ângulo de inclinação da grade aumenta pode ser ampliado para uma faixa ampla e, ao mesmo tempo, a diminuição no limite superior da faixa de detecção pode ser suprimida, e é possível, por conseguinte, medir o índice de refração em faixa mais ampla com simples construção pela seleção do diâmetro de núcleo, do comprimento de onda de Bragg e do ângulo de inclinação da grade.

(A Quarta Forma de Realização Preferida)

Na quarta forma de realização preferida, discussão será feita abaixo com base nas considerações requeridas para apropriadamente ajustar o ângulo de inclinação 0° da grade.

Na terceira forma de realização preferida, foi discutido que a faixa detectável de índice de refração aumenta quando o ângulo de inclinação aumenta. Na figura 13, a faixa detectável de índice de refração (faixa de detecção) pode ser obtida pela determinação do ângulo de inclinação Θ e da relação d/λ entre o diâmetro de núcleo e o comprimento de onda de Bragg. Inversamente, o ângulo de inclinação Θ pode ser obtido a partir da relação d/λ e da requerida faixa de detecção Δη. Atualmente, uma expressão aproximada da Eq. 3 pode ser obtida a partir do resultado de cálculo da figura 13 com relação aos dados com d/λ < 4,5 (d = 2, 3, 4 pm).

θ > 70χΔη+1.8χ(1/λ-8... (Eq. 3)

Ainda, como mostrado na figura 15, uma vez que dependência da faixa de detecção para o ângulo de inclinação quase depende do valor de d/λ também no caso de diferente comprimento de onda de Bragg e diâmetro de núcleo, a expressão aproximada da Eq. 3 similarmente é válida. Adotando o ângulo de inclinação Θ dado pela Eq. 3, é possível medir uma faixa de índice de refração que é mais ampla que a faixa de detecção requerida Δη.

Assim, no sensor de fibra óptica da quarta forma de realização preferida, a fim de obter uma faixa de detecção predeterminada pelo uso da fibra óptica predeterminada, a grade é formada com seu ângulo de inclinação 5 0° ajustado para satisfazer a condição da Eq. 3. A grade da quarta forma de realização preferida pode assim aumentar o limite inferior da faixa de detecção para uma faixa mais ampla e, ao mesmo tempo, a diminuição no limite superior da faixa de detecção pode ser suprimida. Ainda, usando a Eq. 3 é possível selecionar facilmente um ângulo de inclinação ótimo da grade no 10 caso onde o diâmetro de núcleo e o comprimento de onda de Bragg são dados e se obter uma grade otimizada.

(A Quinta Forma de Realização Preferida)

Na quinta forma de realização preferida, discussão será feita com base em uma construção de um sensor de índice de refração de fibra óptica (sensor de fibra óptica), que pode ser aplicado a um sensor de propriedade de líquido capaz de detectar uma relação de mistura de gasolina misturada com etanol.

Primeiro, o gasolina misturada com etanol tem um índice de refração em uma faixa desde o índice de refração de gasolina misturada com 20 0% de etanol até aproximadamente 1,42. Em proporção a um aumento na relação de mistura de etanol, o índice de refração monotonamente diminui e se aproxima de uma faixa do índice de refração de etanol para 1,36. Por conseguinte, se a faixa de índice de refração variando de 1,36 até 1,42 puder ser medida a uma temperatura ambiente, a relação de mistura da gasolina 25 misturada com etanol pode ser estimada.

A faixa de índice de refração, todavia, é um valor na temperatura ambiente e é esperado que apareça uma alteração de aproximadamente 0,02 no índice de refração por 50°C quando a temperatura do ambiente de medição se altera. Por conseguinte, se o índice de refração em uma faixa de 1,34 a 1,44 pode ser medido, a relação de mistura da gasolina misturada com etanol pode ser medida na faixa de temperatura praticamente suficiente.

A condição para medição do índice de refração na faixa de 5 1,34 a 1,44 pode ser lida a partir da figura 13. A figura 13 mostra um exemplo de cálculo da fibra óptica tendo um revestimento de quartzo usado em uma barata fibra óptica barata, de finalidades gerais, e a faixa de índice de refração de 1,34 a 1,44 é mostrada com hachurado. se o comprimento de onda de Bragg estiver em uma faixa de 800 nm < λ < 900 nm, por exemplo, o 10 diâmetro de núcleo d tem somente que estar em uma faixa de 2 μιη < d < 4 μιη.

Nesse instante, o ângulo de inclinação precisa ser alterado de acordo com o diâmetro de núcleo e o valor mínimo do ângulo de inclinação pode ser obtido da Eq. 3 acima. Uma vez que o limite superior de índice de 15 refração a ser medido está próximo ao índice de refração do revestimento de quartzo, o valor máximo do ângulo de inclinação tem não tem que ser maior que 10° onde a diminuição do limite superior de índice de refração na medição é difícil de ser causada se d b < 4 μηι. Ainda, a partir do resultado acima, um ângulo de inclinação apropriado é 4°quando d = 2 μηι, 6o quando d 20 =3 μηι e 8o < Θ < 10° quando d = 4 μιη.

Uma vez que o sensor de fibra óptica acima pode ser constituído de partes de baixo custo, tais como a fibra óptica tendo o revestimento de quartzo, uma fonte de luz de diodo de emissão de luz, um fotodetector de fotodiodo e similares, é possível atingir redução de custo. 25 Ainda, se uma fonte de luz de diodo de emissão de luz for usada, a quantidade de luz que pode ser acoplada toma-se maior quando o diâmetro de núcleo toma-se maior na faixa de 2 μιη < d < 4 μηι, e vantajosamente, é possível, por conseguinte, realizar uma medição com precisão mais elevada.

Para um fenômeno onde o índice de refração se altera na dependência da diferença em temperatura dos meios a serem medidos, uma tal medição, como discutida abaixo, é realizada. Especificamente, dados de medição de índices de refração para diferentes temperaturas são obtidos antecipadamente em uma faixa de temperatura considerada, e uma lista 5 revisada de dados dos índices de refração e a relação de mistura de etanol em várias temperaturas são obtidas. A temperatura é medida por outro sensor de temperatura e associação é feita com dados do índice de refração medido pelo sensor de fibra óptica, para obter a relação de mistura. A lista de dados revisados acima pode ser contida em um circuito eletrônico de pequeno 10 tamanho, tal como um microcomputador ou similar. Ainda, usando um sensor de temperatura de pequeno tamanho, existente, é possível atingir um sensor de fibra óptica de pequeno tamanho para medir a relação de mistura de gasolina misturada com etanol, com excelente praticidade.

Assim, uma vez que o sensor de fibra óptica da quinta forma 15 de realização preferida usa a grade que satisfaz a condição acima (especificamente, d/λ < 4,5, 2 μηι < d < 4 μηι e 800 < λ < 900 nm), é possível medir a relação de mistura de gasolina misturada com etanol em uma faixa de temperatura, praticamente suficiente, mesmo se a fibra óptica tendo o revestimento de quartzo for usada. Quando o sensor de fibra óptica da quinta 20 forma de realização preferida é usado, por exemplo, sua parte com a grade formada é contida em um tubo de uma bomba de fornecimento de combustível de automóvel.

(A Sexta Forma de Realização Preferida)

Como discutido na técnica Anterior, quer a gasolina seja 25 pesada quer luz seja correlacionada com seu índice de refração, e a gasolina pesada tem um grande índice de refração e a gasolina leve tem um pequeno índice de refração. mais especificamente, a figura 9 mostra as respectivas relações entre a relação de índice de refração com relação à gasolina regular e a propriedade de destilação nos casos de gasolina regular, gasolina regular misturada com 20% de etanol e gasolina regular misturada com 40% de tolueno. Como mostrado na figura 9, quando misturada com tolueno, a relação de índice de refração é grande e a temperatura de destilado de 50% é também grande, e, assim, essa gasolina é gasolina pesada. Por outro lado, 5 como mostrado na figura 9, quando misturada com etanol, a relação de índice de refração é pequeno e a temperatura de destilado de 50% é também pequeno, e, assim, essa gasolina é gasolina leve.

A figura 16 é um diagrama esquemático mostrando um sensor de fibra óptica de acordo com a sexta forma de realização preferida. O sensor de fibra óptica mostrado na figura 16 é um sensor para julgar a propriedade (por exemplo, quer gasolina seja pesada quer seja leve, ou similar) do meio a ser medido pela detecção do índice de refração do líquido que é o meio a ser medido. No sensor de fibra óptica da figura 16, em uma extremidade de uma fibra óptica 101, uma fonte de luz 102 é disposta e na outra extremidade da mesma, uma parte de recepção de luz 103 é disposta. A fibra óptica 101 compreende um núcleo 104 que propaga a luz emitida a partir da fonte de luz 102, um revestimento 105 que é provido de modo a cobrir o núcleo 104 de forma que a luz pode ser encerrada no núcleo 104 e um invólucro de fibra 106 que cobre e protege essas partes. Como a fibra óptica 101, é usada uma fibra óptica multimodal de quartzo, dopada com GE, de núcleo, do tipo de índice graduado com um diâmetro de núcleo de 62,5 μηι e um diâmetro de revestimento de 125 μιη.

Ainda, na fibra óptica 101, para medição do índice de refração, parte do invólucro de fibra 106 é removida de forma que um líquido 108 que 25 é um meio a ser medido pode entrar em contato direto com o revestimento 105. Além disso, na fibra óptica 101 da figura 16, uma grade de Bragg (doravante, algumas vezes referida como a "grade") 109, na qual a alteração de índice de refração com um período A de 0,3 pm é formada no núcleo 104 em uma porção onde parte do invólucro de fibra 106 é removida. A grade 109 tendo um ângulo de inclinação de 7,3° com relação a uma linha vertical em uma direção longitudinal da fibra óptica é formada em uma faixa de 10 mm. A fibra óptica é sujeita a processamento por duas semanas em uma atmosfera de hidrogênio a alta pressão (em 100, pressão atmosférica) e irradiada com 5 laser de Nd-YAG (potência de 200 mW, comprimento de onda de 266 nm), para formar a grade 109 na mesma. O ângulo de inclinação é determinado em uma faixa que não é inferior a -90°e inferior a 90°.

A fibra óptica 101 mostrada na figura 16 é dobrada em uma forma de “U” próximo a uma superfície de fundo de um recipiente 110 10 armazenando o líquido 108 e a fonte de luz 102 e a parte de recepção de luz 103 são dispostas fora do recipiente 110. Como a fonte de luz 102, um diodo de emissão de luz (LED) é usado e, como a parte de recepção de luz 103, um fotodiodo é usado.

a figura 17 mostra um espectro de luz transmitida do sensor de 15 fibra óptica de acordo com a sexta forma de realização preferida. O espectro de luz transmitida mostrado na figura 17 é o espectro do sensor de fibra óptica tendo uma construção em que uma fibra óptica multimodal é usada como a fibra óptica IOlea grade 109 tendo o ângulo de inclinação de 7,3° é formada. Por conseguinte, no espectro de luz transmitida da figura 17, não aparece 20 nenhuma forte perda de transmissão devido à reflexão de Bragg que é um modo onde luz é encerrada no núcleo 104 próxima ao comprimento de onda de Bragg (aproximadamente 0,9 μιη) obtida pela multiplicação do período A por 2n7cos 0 (o índice de refração do núcleo 104 é η, o ângulo de inclinação é Θ) e refletido.

Ainda, no espectro de luz transmitida da figura 17, o modo

onde luz de comprimento de onda específico próximo ao comprimento de onda de 0,88 μιη que é menor que o comprimento de onda de Bragg propagase no núcleo 104 altera-se para o modo de propagação em revestimento (doravante, referido simplesmente como "modo de revestimento") onde a luz é encerrada no revestimento 105, e aparece consequentemente um pico de perda de transmissão periódico e agudo.

Quando o índice de refração do líquido 108 que é o meio a ser medido toma-se mais próximo ao índice de refração do revestimento 105, a 5 luz toma-se mais difícil de ser encerrada no revestimento 105. No espectro de luz transmitida da figura 17, quando o índice de refração toma-se mais próximo ao índice de refração do revestimento 105, o modo de revestimento desaparece do lado de baixo de comprimento de onda. No espectro de luz transmitida do caso onde tolueno tendo um índice de refração de 1,497 é 10 usado como o meio a ser medido, como mostrado na figura 17, não existe nenhum pico agudo e aparece ali uma suave perda de radiação com uma pequena dependência de comprimento de onda.

Uma saída da parte de recepção de luz 103 está em proporção com o produto do espectro de luz transmitida da fibra óptica 101 e um 15 espectro de intensidade de luz da fonte de luz 102, que entra no núcleo 104. Em um caso de uso da fonte de luz 102 tendo um espectro de intensidade de luz que sobrepõe o comprimento de onda gerado no modo de revestimento, a intensidade de luz recebida da parte de recepção de luz 103 se altera na dependência da diferença entre o modo de revestimento e o modo de radiação 20 e a intensidade de luz recebida toma-se maior se existe um modo de revestimento. Por conseguinte, a partir da alteração na intensidade de luz recebida da parte de recepção de luz 103, é possível obter o índice de refração do líquido 108, que é o meio a ser medido, que está em contato com o revestimento 105 em uma região onde a grade 109 é formada.

A seguir, a figura 18 mostra um espectro de luz transmitida do

sensor de fibra óptica em um caso onde o ângulo de inclinação é 4,4°. No espectro de luz transmitida da figura 18, quando o meio a ser medido é ar, um modo de reflexão de núcleo altera-se para o modo de revestimento e picos de perda de transmissão agudos aparecem em uma faixa de comprimento de onda de aproximadamente 0,888 a 0,891 μηι. Ainda, no espectro de luz transmitida da figura 18, picos de perda de transmissão agudos aparecem devido à reflexão no núcleo em uma faixa de comprimento de onda de aproximadamente 0,892 para 0,896 μηι. Uma vez que não existe nenhuma 5 alteração no espectro no caso de tolueno, é óbvio que este é o modo de reflexão no núcleo.

A partir do resultado acima, é encontrado que não existe nenhum pico de perda de transmissão aguado do modo de reflexão no núcleo no caso onde o ângulo de inclinação da grade 109 é 7,3° mas picos de perda 10 de transmissão agudos aparecem devido ao modo de reflexão no núcleo no caso onde o ângulo de inclinação é 4,4°. Por conseguinte, no caso onde a fibra óptica 101 é uma fibra óptica multimodal, quando o ângulo de inclinação da grade 109 é pelo menos não menor que 0o e menor que 4,4°, o modo de reflexão de núcleo aparece. Ainda, uma vez que picos de perda de transmissão 15 agudos devidos ao modo de reflexão no núcleo aparecem e picos de perda de transmissão agudos devidos ao modo de revestimento também aparecem quando o ângulo de inclinação da grade 109 é 4,4°, o modo de revestimento aparece quando o ângulo de inclinação é pelo menos não menor que 4,4°.

No sensor de fibra óptica da sexta forma de realização 20 preferida, uma vez que a grade 109 tendo um ângulo de inclinação não menor que 4,4° é provido, mesmo se uma fibra óptica multimodal for usada como a fibra óptica 101, o modo de revestimento pode ser causado. Por conseguinte, no sensor de fibra óptica da sexta forma de realização preferida, é possível detectar o índice de refração do meio a ser medido que está em contato com o 25 revestimento 105 em uma região onde a grade 109 é formada, a partir da alteração na intensidade de luz recebida da parte de recepção de luz 103.

Uma vez que o diâmetro de núcleo da fibra óptica multimodal é maior que aquele de uma fibra óptica de modo único, mesmo se um diodo de emissão de luz (LED) tendo uma maior área de emissão de luz e menor diretividade de emissão de luz em comparação com um diodo de laser for usado como a fonte de luz, é possível facilmente acoplar a fonte de luz ao núcleo 104 da fibra óptica 101. Por conseguinte, no sensor de fibra óptica da sexta forma de realização preferida, é possível to aumento a quantidade de 5 alteração na intensidade de luz recebida com relação à quantidade de luz detectada e à alteração de índice de refração. Em geral, o diâmetro de núcleo da fibra óptica de modo único é em tomo de 10 μιη ou menor, enquanto o diâmetro de núcleo da fibra óptica multimodal é maior que 10 μηι e aquele de 50 μηι ou 62,5 μιη é comumente usado. Uma vez que a fibra óptica 10 multimodal tendo um maior diâmetro de núcleo é usada na sexta forma de realização preferida, mesmo se um método simples para opticamente acoplar a fonte de luz 102 e a fibra óptica 101, em que as superfícies de extremidades da fonte de luz 102 e da fibra óptica 101 são diretamente tornadas próximas uma da outra, é usada sem recuperação para acoplamento normal pelas lentes, 15 é possível obter luz de 1 μW ou mais, que é requerida para executar medição de alta precisão.

Ainda, no sensor de fibra óptica da sexta forma de realização preferida, uma vez que o modo de reflexão de núcleo que não se altera na dependência do índice de refração do meio a ser medido que está em contato 20 com o revestimento 105 é evitado por fornecer um ângulo de inclinação maior que 5,8°, isto elimina a necessidade de considerar a sobreposição entre o comprimento de onda do diodo de emissão de luz (LED) usado como a fonte de luz 102 e aquele do modo de reflexão de núcleo e toma possível prevenir as influências de um aumento na quantidade de luz detectada e de reflexão 25 retomando a luz sobre as propriedades de fonte de luz.

(A Sétima Forma de Realização Preferida)

O sensor de fibra óptica da sexta forma de realização preferida não pode permitir uma faixa suficientemente detectável de índice de refração quando o diâmetro de núcleo da fibra óptica usada 101 toma-se maior. Então, no sensor de fibra óptica da sétima forma de realização preferida, uma pluralidade de grades 109 tendo ângulos de inclinação é provida, para aumentar uma faixa detectável de índice de refração.

No espectro de luz transmitida devido ao modo de revestimento na grade 109, sua faixa de comprimento de onda onde um pico de perda aparece depende do ângulo de inclinação e da relação entre o comprimento de onda de Bragg e o diâmetro de núcleo. Na grade 109 tendo um único ou simples ângulo de inclinação, quando o diâmetro de núcleo toma-se maior, o limite superior de comprimento de onda na faixa do comprimento de onda do modo de revestimento diminui e o limite inferior comprimento de onda aumenta em comparação com o caso onde o diâmetro de núcleo é pequeno. De acordo com o índice de refração do meio a ser medido circundando o revestimento 105, a forma de espectro do modo de revestimento continuamente se altera e intensidade de luz transmitida se altera em uma faixa não maior que o comprimento de onda que corresponde ao efetivo índice de refração do modo de revestimento. Por conseguinte, a faixa de comprimento de onda do modo de revestimento corresponde à faixa de medição de índice de refração.

Essa faixa de medição de índice de refração tende a se estreitar 20 inversamente quando o diâmetro de núcleo é tomado maior, a fim de obter uma grande quantidade de luz medida. A figura 19 mostra esquematicamente a relação entre a faixa de medição de índice de refração e o ângulo de inclinação em um caso onde a fibra óptica multimodal tendo um diâmetro de núcleo de 62,5 μηι é usada próxima a um comprimento de onda de 880 nm. A 25 figura 19 mostra o limite superior e o limite inferior da faixa de medição de índice de refração com relação ao ângulo de inclinação, e uma vez que a faixa se move em direção ao lado de baixo índice de refração na ordem de e A, B e C quando o ângulo de inclinação toma-se maior, é impossível medir os índices de refração no lado de baixo índice de refração e no lado de alto índice de refração ao mesmo tempo somente pelo grau simples grade 109.

Então, como a grade 109 da sétima forma de realização preferida, grades 109 mostradas na figura 20 são adotadas. A figura 20 é um diagrama esquemático mostrando uma fibra óptica em que uma pluralidade de 5 grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação é formada em diferentes regiões do núcleo 104. Nessas grades 109, devido aos respectivos modos de revestimento obtidos a partir dos graus 109 tendo diferentes ângulos de inclinação, espectro de luz transmitida, como mostrado, por exemplo, na figura 21, são observados, estando superpostos. Por conseguinte, é encontrado 10 que a faixa de medição de índice de refração que é a banda de comprimento de onda onde os modos de revestimento aparecem é ampliada no caso de uso das grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação em comparação com o caso de uso da grade 109 tendo um único ângulo de inclinação. Como pode ser visto também a partir da vista esquemática da figura 19, as grades 109 15 tendo diferentes ângulos de inclinação têm as faixas de medição A, B e C de diferentes índices de refração, respectivamente, e formando as grades 109, como mostrado na figura 20, a faixa de medição é ampliada como uma faixa de medição D de índice de refração.

No sensor de fibra óptica da sétima forma de realização 20 preferida, uma fibra óptica multimodal tendo um diâmetro de revestimento de 125 μιη e um diâmetro de núcleo de 62,5 μιη é usada como a fibra óptica 101 e o comprimento de cada grade 109 é 10 mm. Na formação das grades 109 no núcleo 104, a fibra óptica multimodal é irradiada com um feixe de laser ultravioleta através de uma máscara de fase. Pelo controle do ângulo de 15 inclinação da máscara de fase, grades 109 tendo ângulos de inclinação arbitrários podem ser formadas. Ainda, a máscara de fase que é formada de modo que uma pluralidade de grades 109 pode ser formada pela simples descrição pode ser usada. O ângulo de inclinação da grade refere-se a um ângulo de inclinação atual de uma parte onde o índice de refração é alterado pela descrição no núcleo. Esse ângulo de inclinação é, algumas vezes, diferente de um ângulo entre um padrão de máscara de fase e a fibra óptica, por causa do efeito de refração sobre uma superfície de fibra. Por essa razão, a fim de formar a grade que tem um desejado ângulo de inclinação, a descrição 5 é realizada usando um ângulo cujo valor é corrigido antecipadamente, que é diferente do ângulo de inclinação da grade, como o ângulo entre o padrão de máscara de fase e a fibra óptica. O grau de correção depende do índice de refração de um material de fibra e do índice de refração do meio que circunda a fibra óptica, e se descrição é realizada em uma fibra de vidro à base de IO quartzo no ar, por exemplo, um valor obtido pela multiplicação de um angulo de inclinação desejado da grade por aproximadamente 0,69 tem somente que ser adotado como o ângulo entre o padrão de máscara de fase e a fibra óptica.

O espectro de luz transmitida mostrado na figura 21 é um espectro obtido em um caso onde a primeira grade 109 é formada para ter um Í5 ângulo de inclinação de 7,3°, a próxima grade 109 é formada para ter um ângulo de inclinação de 8,8° em uma região diferente e a última grade 109 é formada para ter um ângulo de inclinação de 10,2° em uma região também diferente. No espectro de luz transmitida da figura 21, o modo de revestimento aparece em uma ampla faixa de 25 nm de 865 a 890 nm e, ’0 assim, a faixa de medição de índice de refração pode ser ampliada em comparação com o caso de formação de somente uma grade 109. As respectivas faixas de medição de índice de refração para as grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação são acopladas uma com a outra, e uma construção pode ser atingida onde o modo de revestimento continuamente se altera com relação ao índice de refração do meio a ser medido over a sobre uma faixa de medição de índice de refração.

Pelo uso de uma pluralidade de grades 109 tendo o espectro de luz transmitida mostrado na figura 21, um sensor de fibra óptica para determinar um índice de refração de líquido, como mostrado na figura 22, é construído. No sensor de fibra óptica da figura 22, em uma extremidade da fibra óptica 101, a fonte de luz 102 é disposta, e na outra extremidade da mesma, a parte de recepção de luz 103 é disposta. A fibra óptica 101 compreende o núcleo 104 que propaga a luz emitida a partir da fonte de luz 5 102, o revestimento 105 que é provido de modo a cobrir o núcleo 104 de forma que a luz pode ser encerrada no núcleo 104 e o invólucro de fibra 106 que cobre e protege essas partes. Ainda, na fibra óptica 101, para medição do índice de refração de líquido, parte do invólucro de fibra 106 é removida de forma que o revestimento 105 pode entrar em contato direto com o líquido

108. No núcleo 104 em uma porção onde parte do invólucro de fibra 106 é removida, uma pluralidade de grades 109 (doravante, algumas vezes referidas como "múltiplas grades inclinadas 109a") é formada em diferentes regiões, respectivamente.

Como a fonte de luz 102, por exemplo, um diodo de emissão 15 de luz, um diodo super luminescente e similar pode ser usado, e como a parte de recepção de luz 103, um elemento de recepção de luz, tal como um fotodiodo e similar, pode ser usado para detectar a intensidade de luz recebida. Como o núcleo 104 e o revestimento 105, vidro inorgânico, tal como vidro de quartzo e similares, ou um material à base de plástico, tal como 20 metacrilato de polimetila e similares, pode ser usado. Como o invólucro de fibra 106, uma resina à base de flúor, à base de náilon, à base de fenol, à base de epóxido ou à base de melanina e similares podem ser usadas.

A figura 23 mostra a intensidade de luz recebida com relação a um índice de refração de líquido no sensor de fibra óptica da sétima forma de 25 realização preferida. No gráfico da figura 23, o índice de refração de líquido é ajustado pela alteração da relação de mistura entre metanol (n = 1,329) e tolueno (n = 1,497). Como mostrado no gráfico da figura 23, a intensidade de luz recebida altera-se dependentemente do índice de refração de líquido. Por conseguinte, o sensor de fibra óptica mostrado na figura 22 pode detectar o índice de refração de líquido pela leitura da intensidade de luz recebida pela parte de recepção de luz 103.

Embora as três grades 109 tendo os ângulos de inclinação de 7,3°, 8,8° e 10,2° sejam usadas no sensor de fibra óptica da sétima forma de 5 realização preferida, a presente invenção não é limitada a esses, mas com outra grade 109 tendo um ângulo de inclinação de 11,7°, quatro grades 109 podem ser usadas ou com ainda outra grade 109 tendo um ângulo de inclinação de 13,1°, cinco grades 109 podem ser usadas. Ainda, no sensor de fibra óptica da sétima forma de realização preferida, os ângulos de inclinação .0 usados não são limitados a 7,3°, 8,8° e 10,2°, mas outros ângulos podem ser usados.

Se a fibra óptica 101 tiver um pequeno diâmetro de núcleo, é possível que o intervalo de ângulos de inclinação seja aumentado e o número de ângulos de inclinação a serem usados é reduzido. Inversamente, se a fibra 5 óptica 101 tiver um grande diâmetro de núcleo, o intervalo de ângulos de inclinação é reduzido e o número de ângulos de inclinação a serem usados é aumentado, para obter assim o mesmo espectro de luz transmitida do modo de revestimento. Ainda, no caso de uso de um grande diâmetro de núcleo, tomase possível aumentar a quantidade de luz detectada pela parte de recepção de 0 luz 103, mesmo se uma fonte de luz de baixa intensidade, tal como um diodo de emissão de luz ou similar, for usada. Além disso, embora as grades 109 tenham os ângulos de inclinação de +7,3°, +8,8° e +10,2° no sensor de fibra óptica da sétima forma de realização preferida, ângulos de inclinação com sinais opostos, tais como +7,3°, -8,8° e +10,2°, podem ser misturados, para ter 5 o mesmo efeito. Os sinais (+, -) do ângulo de inclinação referem-se à orientação da grade 109, e se todos os ângulos de inclinação tiverem o mesmo sinal, as grades 109 têm a mesma orientação, como mostrado na figura 20. A ordem das grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação na fibra óptica 101 não é particularmente restrita e pode não ser uma ordem crescente de ângulos de inclinação, como acima. No espectro da fonte de luz usada 102, tal como um diodo de emissão de luz ou similar, usualmente, a intensidade de luz varia na dependência do comprimento de onda. Para que o sensor de fibra óptica da sétima forma de realização preferida, como um sensor de índice de refração, para melhorar a linearidade de alteração na saída com relação ao índice de refração, a intensidade de modo de revestimento na faixa de comprimento de onda da fonte de luz, com fraca intensidade de luz, tem somente que ser compensada. Essa compensação pode ser realizada pelo controle dos comprimentos das grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação ou a intensidade de descrição.

A seguir, discussão será feita com base no passo das grades 109. A faixa de medição de índice de refração para cada das grades 109 tendo vários ângulos de inclinação depende de seu ângulo de inclinação, não dependendo de seu passo. Por esta razão, como na faixa de medição de índice de refração, o passo de cada grade 109 pode ser selecionado arbitrariamente. Uma vez que o passo da grade 109 está em proporção com o comprimento de onda de aparência do modo de revestimento, todavia, é possível ajustar o comprimento de onda de aparência do modo de revestimento para cada grade 109.

No sensor de fibra óptica da sétima forma de realização preferida, uma vez que a descrição é realizada com o passo da mesma máscara de fase, o aparecimento de comprimento de onda do modo de revestimento aparece no lado de curto comprimento de onda na ordem das magnitudes dos ângulos de inclinação. Por conseguinte, a faixa de comprimento de onda do modo de revestimento em todas as grades 109 depende da faixa de ângulos de inclinação. É desejável que a faixa de comprimento de onda da fonte de luz usada 102 deva ser quase igual à faixa de comprimento de onda do modo de revestimento acima, por esta razão, se a faixa de comprimento de onda da fonte de luz for mais estreita que aquela do modo de revestimento, o passo da grade 109 tendo o ângulo de inclinação que corresponde ao lado de curto comprimento de onda da faixa de comprimento de onda do modo de revestimento é aumentado e o passo da grade 109 tendo 5 o ângulo de inclinação que corresponde ao lado longo de comprimento de onda é diminuído. Isto permite a redução na faixa de comprimento de onda do modo de revestimento em todas as grades 109 e toma possível ajustar a faixa de comprimento de onda do modo de revestimento para ser quase igual à faixa de comprimento de onda da fonte de luz 102. Por conseguinte, mesmo 0 se a fonte de luz 102 tendo uma faixa de comprimento de onda estreita for usada, é possível melhorar a linearidade com relação ao índice de refração medido da intensidade de luz transmitida.

Assim, no sensor de fibra óptica da sétima forma de realização preferida, pela formação de uma pluralidade de grades 109 tendo diferentes 5 ângulos de inclinação em diferentes regiões, é possível aumentar a faixa de comprimento de onda do modo de revestimento e detectar o índice de refração do líquido que é o meio a ser medido em uma ampla faixa. Ainda, no sensor de fibra óptica da sétima forma de realização preferida, uma vez que uma fibra óptica tendo um grande diâmetro de núcleo pode ser usada, é possível 0 mais facilmente aumentar a quantidade de luz detectada pela parte de recepção de luz 103.

(A Oitava Forma de Realização Preferida)

Em um sensor de fibra óptica da oitava forma de realização preferida, uma fibra óptica multimodal é usada como a fibra óptica 101 e em uma região da mesma, uma pluralidade de grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação é formada multiplamente.

O sensor de fibra óptica da oitava forma de realização preferida tem quase a mesma construção, como mostrado na figura 22, uma fibra óptica multimodal tendo um diâmetro de revestimento de 125 μηι e um diâmetro de núcleo de 62,5 μιη é usada como a fibra óptica 101 e uma grade de inclinação múltipla 109a tendo um comprimento de 10 mm é formada. Na grade de inclinação múltipla 109a da oitava forma de realização preferida, todavia, diferentemente da grade de inclinação múltipla 109a mostrada na 5 figura 22, uma pluralidade de grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação é multiplamente formada em uma região do núcleo 104 na região onde parte do invólucro de fibra 106 é removida. Na formação das grades 109, a fibra óptica multimodal é irradiada com um feixe de laser ultravioleta através de uma máscara de fase. Então, controlando o ângulo de inclinação da L 0 máscara de fase, grades 109 tendo ângulos de inclinação arbitrários podem ser formadas.

Na grade de inclinação múltipla 109a da oitava forma de realização preferida, como mostrado na figura 24, a grade 109 tendo um ângulo de inclinação de 7,3° é primeiramente formada, a grade 109 tendo um .5 ângulo de inclinação de 8,8° é subseqüentemente formada e a grade 109 tendo um ângulo de inclinação de 10,2° é finalmente formada. A figura 25 mostra um espectro de luz transmitida da grade de inclinação múltipla fabricada 109a. No espectro de luz transmitida da figura 25, o modo de revestimento aparece em uma ampla faixa de 25 nm, de 865 a 890 nm. Embora as grades !0 109 tendo diferentes ângulos de inclinação sejam formadas em diferentes regiões, respectivamente, na grade de inclinação múltipla 109a da sétima forma de realização preferida, as grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação são multiplamente formadas em uma região na grade de inclinação múltipla 109a da oitava forma de realização preferida. Também no caso da \5 grade de inclinação múltipla 109a da oitava forma de realização preferida, como a grade de inclinação múltipla 109a da sétima forma de realização preferida, a faixa de comprimento de onda do modo de revestimento pode ser ampliada em comparação com o sensor de fibra óptica com somente uma grade 109 formada. A figura 26 mostra um resultado de medição da intensidade de luz recebida com relação ao índice de refração do líquido que é o meio a ser medido, realizada usando o sensor de fibra óptica da oitava forma de realização preferida. O índice de refração de líquido é ajustado pela alteração 5 da relação de mistura entre metanol (n = 1,329) e tolueno (n = 1,497). No gráfico da figura 26, como no gráfico da figura 23 discutido na sétima forma de realização preferida, a intensidade de luz recebida se altera dependentemente do índice de refração de líquido. Por conseguinte, o sensor de fibra óptica da oitava forma de realização preferida pode também detectar

IO o índice de refração do líquido que é o meio a ser medido pela leitura da intensidade de luz recebida.

Assim, no sensor de fibra óptica da oitava forma de realização preferida, uma vez que uma pluralidade de grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação é multiplamente formada em uma região, é possível 5 aumentar a faixa de comprimento de onda do modo de revestimento e detectar o índice de refração do líquido que é o meio a ser medido, como no caso onde uma pluralidade de grades 109 tendo diferentes ângulos de inclinação são formada em diferentes regiões. Ainda, no sensor de fibra óptica da oitava forma de realização preferida, uma vez que uma pluralidade de grades 109 ,0 tendo diferentes ângulos de inclinação é multiplamente formada em uma região, é possível reduzir o tamanho de uma região onde as grades 109 que servem como uma parte de sensor são formadas.

Embora a invenção tenha sido mostrada e descrita em detalhe, a descrição precedente é, em todos aspectos, ilustrativa e não restritiva. Por

conseguinte, deve ser entendido que inúmeras modificações e variações podem ser planejadas sem fugir do escopo da invenção.

Claims (4)

1. Sensor de fibra óptica, caracterizado pelo fato de compreender: uma fibra óptica (101) compreendendo um núcleo (104) com uma grade de Bragg (109) formada no mesmo e um revestimento (105), em que uma perda de transmissão é causada por uma fuga em um modo de propagação em revestimento em uma porção de dito revestimento (105) em uma posição onde dita grade de Bragg (109) é formada; uma fonte de luz (102) para emitir luz da banda de comprimento de onda em dito modo de propagação em revestimento em dita fibra óptica (101); e uma parte de recepção de luz (103) para receber uma luz transmitida ou uma luz refletida da luz passando através de dito núcleo e dito revestimento (105) em uma posição onde dita grade de Bragg (109) é formada, em que dita grade de Bragg (109) compreende uma pluralidade de grades de Bragg (109) tendo ângulos de inclinação descontínuos com relação a uma linha vertical em uma direção longitudinal de dita fibra óptica (101).

2. Sensor de fibra óptica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita pluralidade de grades de Bragg (109) tendo ditos diferentes ângulos de inclinação é formada em uma pluralidade de regiões, respectivamente.

3. Sensor de fibra óptica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita pluralidade de grades de Bragg (109) tendo ditos diferentes ângulos de inclinação é formada em uma região.

4. Sensor de fibra óptica de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que dita pluralidade de grades de Bragg (109) tem ditos respectivos ângulos de inclinação que são ajustados de forma que faixas detectáveis de índices de refração de meio a ser medido podem parcialmente se sobrepor, o meio a ser medido estando em contato com dito revestimento detectado na base da intensidade de luz total recebida pela dita parte de recepção de luz.