CN101676691A - 光学式油感测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学式油感测器。本发明的光学式油感测器(1)使用射入光纤的来自光投射部(32)的感测光对油进行感测，其中，感测光是具有藻类的抗生长性的波长的光。

Description

光学式油感测器

技术领域

本发明涉及使用感测光对油进行感测的光学式油感测器。本申请基于2008年9月5日在日本申请的日本专利申请特愿2008-228568号主张优先权，并在此援引其内容。

背景技术

历来，已知使用射入光纤的来自光投射部的感测光对水中的油的有无进行感测的光学式油感测器。

这里，在日本专利第4008910号公报(第9页，图1)中，公开了一种光学式油感测器，其具备：在水面附近浮游的浮体(float)；在浮体设置的光纤；使感测光射入光纤的一端的光投射部；以及将从光纤的另一端射出的感测光转换为电信号的光接收部。

首先，在通常的使用状态下光纤没入水中。而且，由于水的折射率比光纤的外周部的折射率小，所以感测光在光纤内一边在其外周面反射一边通过。

另一方面，当油附着在光纤的外周面时，由于上述油的折射率比光纤的外周部的折射率大，所以在光纤内一边反射一边通过的感测光在油附着的地方进行折射，至少一部分感测光从上述外周面向光纤外部泄漏。由于当感测光泄漏时从光纤的上述另一端射出的感测光的光量减少，所以光学式油感测器通过捕捉感测光的光量减少而感测水中的油的有无。

可是，由于在上述专利文献中公开的感测器在水中使用，所以当使用一定期间时藻类附着在光纤的外周面上。可是，由于藻类在其周围保持有水，所以即使藻类附着在光纤的外周面上，当细微观察时，光纤的外周面也大致与水接触。因此，即使藻类附着在光纤的外周面上，感测光也仅仅少量地泄漏，光学式油感测器难以捕捉到这样的泄露。

进而，附着在光纤的外周面上的藻类妨碍油向光纤的外周面附着，因此由于藻类附着在光纤的外周面而存在光学式油感测器不能感测水中的油的有无的问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种光学式油感测器，该光学式油感测器即使在藻类附着在光纤外周面上的情况下，也能够长期维持正常的感测特性。

为了解决上述问题，本发明采用以下的方法。

本发明的光学式油感测器，使用射入光纤的来自光投射部的感测光对油进行感测，其中，使感测光是具有藻类的抗生长性的波长的光。

在上述结构的本发明的光学式油感测器中，当在水中漂浮的藻类附着在光纤的外周面时，由于光纤即使在通常的使用状态下，感测光也从外周面微量地泄漏，所以该具有抗生长性的波长的光照射上述藻类。结果，在本发明的光学式油感测器中，能够抑制光纤的外周面的藻类的生长。

此外，在本发明的光学式油感测器中，优选感测光是紫外光。

在具有上述结构的本发明的光学式油感测器中，由于对附着在光纤的外周面的藻类照射该具有抗生长性的紫外光，所以能够抑制光纤的外周面的藻类的生长。

此外，在本发明的光学式油感测器中，优选紫外光的波长是从200nm到280nm。

在具有上述结构的本发明的光学式油感测器中，由于作为波长从200nm到280nm的紫外光具有破坏活体的性质，所以能够使附着在光纤的外周面的藻类死亡，能够抑制光纤的外周面的藻类的生长。

此外，在本发明的光学式油感测器中，优选紫外光的波长是从280nm到400nm。

在具有上述结构的本发明的光学式油感测器中，由于作为波长从280nm到400nm的紫外光具有藻类的抗生长性，所以能够抑制光纤的外周面的藻类的生长。

此外，优选本发明的光学式油感测器具有：第二光投射部，使第二感测光射入光纤，其中，该第二感测光是与从光投射部投射的感测光的波长不同波长的光；以及切换部，有选择地切换来自光投射部和第二光投射部的投射光。

在具有上述结构的本发明的光学式油感测器中，在第二光投射部使第二感测光射入光纤的期间，能够使用第二感测光感测水中的油的有无。此外，在光投射部使感测光射入光纤的期间，能够抑制光纤的外周面的藻类的生长。

此外，在本发明的光学式油感测器中，进一步优选第二感测光是可视光。

在具有上述结构的本发明的光学式油感测器中，在第二光投射部使可视光射入光纤的期间，能够使用可视光感测水中的油的有无。

此外，在本发明的光学式油感测器中，优选光纤设置在浮体上。

由于水和空气的折射率不同，所以当光纤的与水接触的部分和与空气接触的部分的比率变化时，来自光纤的光泄漏量也进行变化。因此，当上述比率变化时有引起光学式油感测器的错误工作的担忧。

在本发明的光学式油感测器中，由于浮体在水面附近浮游，所以光纤被保持在从水面起大致固定的位置。结果，来自光纤的光泄漏量成为大致固定，能够防止感测器的错误工作。

附图说明

图1A是本发明的第一实施方式的光学式油感测器1的平面图。

图1B是本发明的第一实施方式的光学式油感测器1和排水坑P的侧面图

图2是表示本发明的第一实施方式的浮体2的结构的立体图。

图3是本发明的第一实施方式的浮体2的剖面图。

图4是图3的A-A线视剖面图。

图5是表示本发明的第一实施方式的感测部30的结构的概略图。

图6是表示本发明的第二实施方式的感测部30的结构的概略图。

具体实施方式

(第一实施方式)

基于图1A和图1B对本实施方式的光学式油感测器1的整体结构进行说明。

图1A和图1B是表示本发明的第一实施方式的光学式油感测器1的整体结构的概略图，图1A是光学式油感测器1的平面图，图1B是光学式油感测器1和排水坑P的侧面图。

光学式油感测器1是对在排水坑P中贮存的水中混入的油的有无进行感测的感测器。光学式油感测器1具备：在排水坑P中贮存的水的水面附近浮游的浮体2；在排水坑P的附近设置的监视器3；作为长条的棒状构件的、用于使浮体2与排水坑P的侧壁连接的杆4；以及电连接浮体2和监视器3的电缆5。

浮体2具有感测水中的油的有无的感测部30(参照图5)。再有，在后面详细叙述。

监视器3是输入从浮体2输出的与油感测相关的信号，产生警报信号等的设备。再有，监视器3为了进行数据收集等也可以与计算机连接。

杆4的两端部分别与浮体2和设置在排水坑P的侧壁上的侧壁用托架(bracket)41连接。

而且，杆4设置为在其两端部在与杆的延伸方向正交并在沿着水平面的方向上延伸的轴系上自由旋转。

电缆5以可自由拆装的方式与浮体2连接，用于对浮体2供给电力，并且将从浮体2输出的油感测信号向监视器3发送。再有，电缆5一边沿着杆4一边敷设。

接着，基于图2至图4对本实施方式的浮体2的结构进行说明。图2是表示本发明的第一实施方式的浮体2的结构的立体图，图3是浮体2的剖面图，图4是图3的A-A线视剖面图。

浮体2具备：树脂制的壳体10，具有以防水状态密封的内部空间；基板20，设置在壳体10内的中央部；以及感测部30，设置在壳体10，对水中的油的有无进行感测。

壳体10具有：胴部11；盖部12，以防水状态覆盖胴部11的上部开口；罩子13，设置在盖部12，覆盖后述的连接器类；第一导引部14，设置在胴部11的侧面；第二导引部15，设置在胴部11的底部；以及压载(ballast)16，通过螺栓固定在胴部11内部的下端部。此外，胴部11呈随着朝向下方而变细的有底的大致圆筒状，下端变为大致球状曲面。再有，壳体10具有能够在水中在水面附近浮游的浮力。

盖部12呈大致圆盘状。而且盖部12在与胴部11之间夹着弹性体构成的防水用的未图示的O环的状态下，被螺栓固定在胴部11。此外，盖部12具有在厚度方向上贯通的第一孔部12A和第二孔部12B(参照图5)，这些孔部成为具有大径部、和位于大径部上方的与大径部相比是小径的小径部的两阶形状。再有，所述电缆5通过在盖部12的上表面中央部形成的电缆夹12C而可自由拆装地连接，与后述的基板20电连接。

第一导引部14和第二导引部15具有：用于引导后述的光纤传感器31的凹部；以及与卷绕在壳体10的外周的光纤传感器31相比向外侧突出的突部。此外，第二导引部15具有旋转自由地保持杆4的贯通孔15A(参照图4)。

如图3所示，压载16被调整为在将浮体2在水中浮起时的吃水线WL与盖部12和胴部11的接合部相比位于稍下方的重量。

基板20相对于被固定在盖部12的下表面的基板支撑部被螺栓固定，如图4所示在上下方向延伸并被收容在壳体10内。此外，基板20具有对后述的光投射元件32供给电力的电源电路和对光接收元件33的输出进行放大的放大电路等，与这些元件电连接。

接着，基于图3和图5对本实施方式的感测部30的结构进行说明。

图5是表示本发明的第一实施方式的感测部30的结构的概略图。

如图5所示，感测部30具有：光纤传感器(光纤)31，设置在壳体10的外周面；光投射元件(光投射部)32，从光纤传感器31的一端使感测光入射；以及光接收元件33，对从光纤传感器31的另一端射出的感测光进行接收。

此外，光纤传感器31的两端部经由光投射侧连接器34和光接收侧连接器35分别拆装自由地连接在盖部12的第一孔部12A和第二孔部12B。

光纤传感器31是由塑料形成的单一芯线的光纤电缆，如图3所示，被第一导引部14和第二导引部15引导，在壳体10的外周在纵方向围绕大致一周而设置。

此外，光纤传感器31在规定的感测范围S被剥去覆膜而使芯线(光纤芯线)31A露出。该感测范围S包括夹着吃水线WL上下的范围。进而感测范围S为了检测浑浊的、具有某种程度的厚度的油，或在油浮上来的情况下迅速地检测，以吃水线WL的下方变得更长的方式构成。

光投射元件32是投射波长为360nm～370nm的紫外光的发光二极管(LED)。该波长的光是被称为所谓UV-A的紫外光，虽然对活体没有强力的破坏效果，但对活体具有变性或弱破坏效果，具有抑制藻类的生长的效果。此外，光投射元件32隔着第一环状构件32A，其光投射面与上方相向并设置在盖部12的第一孔部12A的下表面侧。

第一环状构件32A由合成树脂等的电绝缘构件构成。

光接收元件33是对光投射元件32投射的紫外光进行接收并转换为电信号的光电二极管(PD)。此外，光接收元件33隔着第二环状构件33A，其光接收面与上方相向并设置在盖部12的第二孔部12B的下表面侧。

第二环状构件33A由合成树脂等的电绝缘构件构成。

光投射侧连接器34具有外螺纹连接器34A和内螺纹连接器34B。

外螺纹连接器34A呈在外周面形成有螺丝部的大致圆筒状，内径以光纤传感器31的芯线31A能够插入的大小来形成。此外，外螺纹连接器34A向上方突出地设置在盖部12的第一孔部12A的上表面侧。

内螺纹连接器34B呈在内周面形成有能够与外螺纹连接器34A螺合的螺丝部的大致圆筒状，与光纤传感器31的一端部311连接。

再有，光纤传感器31的一端部311的覆皮被剥去而使芯线31A露出，在利用光投射用连接器来连接时，一端部311的芯线31A插入外螺纹连接器34A的内部。

光接收侧连接器35具有外螺纹连接器35A和内螺纹连接器35B。而且，外螺纹连接器35A设置在盖部12的第二孔部12B，内螺纹连接器35B与光纤传感器31的另一端部312连接。再有，光接收侧连接器35的其他结构与上述光投射用连接器34相同，因此省略说明。

接着，对本实施方式的光学式油感测器1的工作进行说明。

首先，对向排水坑P内的光学式油感测器1的浮体2的设置进行说明。接着，对利用光学式油感测器1的混入到排水坑P内的水中的油的感测方法进行说明。最后，对藻类附着在光纤传感器31的芯线31A的外周面时的抑制藻类生长的过程进行说明。

首先，在排水坑P内设置浮体2。

在排水坑P内，如图1B所示，水贮存至水位WL1。当与杆4和电缆5连接的浮体2在水中浮起时，由于壳体10的浮力和压载16的重量，在水面附近直立地浮游。

这里，在贮存在排水坑P内的水减少至水位WL2的情况下，浮体2追随该水位的变化在坑P内在上下方向移动(下降)。此外，浮体2通过杆4和侧壁用托架41被连结在坑P的侧壁，所以能够在杆4的可移动范围内移动。为此浮体2不会对浮体2和监视器3之间连接的电缆5施加负荷。

此外，如图3所示，在水中浮起浮体2时的吃水线WL总是位于盖部12和胴部11的接合部的稍下方。而且，光纤传感器31的感测范围S的芯线31A几乎没入水中。

然后，光学式油感测器1对混入到排水坑P内的水中的油进行感测。

浮体2的光投射元件32从基板20接受电力的供给，由光纤传感器31的一端部311射入紫外光。该紫外光一边在光纤传感器31内反射一边通过，从另一端部312射出。光接收元件33将接收到的紫外光转换为电信号，将该信号对基板20输出。基板20对从光接收元件33输入的电信号进行放大，经由电缆5向监视器3输出。

这里，油混入到排水坑P内的水中，该油附着在光纤传感器31的感测范围S的芯线31A的外周面。上述油的折射率比芯线31A的外周部的折射率大。因此，在芯线31A内一边反射一边通过的紫外光在芯线31A的上述外周面折射，至少一部分紫外光从上述外周面向外部泄漏。当紫外光泄漏时，由于从光纤传感器31的光接收元件33侧的端部射出的紫外光的光量减少，所以光接收元件33向基板20输出的电信号的量也减少。结果，由于从基板20向监视器3输出的电信号的量减少，所以监视器3捕捉该电信号的减少而产生油感测的警报信号等。

最后，对藻类附着在光纤传感器31的芯线31A的外周面时抑制藻类的生长的过程进行说明。

在排水坑P中贮存的水中有少量的藻类在自由地漂浮。而且，这些藻类附着在光纤传感器31的感测范围S的芯线31A的外周面。在该状态下，随着时间经过藻类渐渐生长，阻碍光学式油感测器1的正常的感测。可是，在本实施方式中即使在通常的使用状态下微量的紫外光也从芯线31A的外周面泄漏，因此对上述藻类照射紫外光。

由于该紫外光具有藻类的抗生长性，所以作为结果在感测范围S的芯线31A的外周面能够抑制藻类的生长。

因此，根据本实施方式能够得到如下效果。

在本实施方式中，能够抑制在光纤传感器31的感测范围S的芯线31A的外周面的藻类生长。因此，能够回避光学式油感测器1由于藻类的附着而不能感测水中的油的有无的问题。因此，在本实施方式中，能够长期维持光学式油感测器1的正常的感测特性。

(第二实施方式)

基于图6对本实施方式的光学式油感测器1的感测部30的结构进行说明。再有，本实施方式的基板20和感测部30以外的结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。此外，在图6中，对与图5所示的第一实施方式的感测部30的结构要素相同的要素赋予相同的符号，省略其说明。

首先，基于图6对本实施方式的感测部30的结构进行说明。

图6是表示本发明的第二实施方式的感测部30的结构的概略图。

如图6所示，感测部30作为在第一实施方式中说明过的结构要素之外的要素，具有：聚光器36，使从相反的侧面分别入射的光折射并从上表面射出；以及第二光投射元件(第二光投射部)37，使感测光(第二感测光)从聚光器36的一个侧面入射。

聚光器36具有：入射孔36A，使光射入相反的各个侧面；出射孔36B，使从各个入射孔36A入射的光折射并从上表面射出。此外，聚光器36的出射孔36B在盖部12的第一孔部12A的下表面侧，与位于上方的芯线31A相向设置。

第二光投射元件37是对波长为650nm～700nm的可视光进行投射的发光二极管(LED)。此外，第二光投射元件37的光投射面与聚光器36的一个入射孔36A相向，使用第二安装托架37A设置在聚光器36的侧面。

光投射元件32的光投射面与聚光器36的另一个入射孔36A相向，使用第一安装托架32B设置在聚光器36的侧面。

光接收元件33是对第二光投射元件37投射的可视光进行接收，转换为电信号的光电二极管(PD)。

接着，对本实施方式的基板20的结构进行说明。

基板(切换部)20在第一实施方式中说明了的电源电路和放大电路等之外，还具有对来自光投射元件32和第二光投射元件37的光投射有选择地进行切换的切换电路。该切换电路也可以是通过半导体元件等进行预先规定的切换工作的结构。此外，该切换电路也可以是通过程序等的变更等而能够变更切换工作的结构。

接着，对本实施方式的光学式油感测器1的工作进行说明。再有，由于在本实施方式的感测部30的感测工作之外与第一实施方式相同，所以省略其说明。

首先，对基板20的切换电路的工作进行说明。

基板20的切换电路通过有选择地切换向光投射元件32和第二光投射元件37的电力供给，从而有选择地切换来自上述光投射元件的投射光。而且，通常利用第二光投射元件37投射可视光来检测水中的油的有无。此外，在规定期间的每一个，通过光投射元件32对紫外光进行一定时间的投射，由此抑制光纤传感器31的感测范围S的芯线31A的外周面上附着的藻类的生长。

再有，来自各光投射元件的投射时间能够考虑例如藻类附着的容易度或生长的速度等而适宜变更。

接着，对从第二光投射元件37投射的可视光从聚光器36射出的工作进行说明。

当基板20对第二光投射元件37供给电力时，第二光投射元件37使可视光射入聚光器36的入射孔36A。射入入射孔36A的可视光在聚光器36内部折射，从出射孔36B射入光纤传感器31的一端部311。光接收元件33在接收到从光纤传感器31的另一端部312射出的可视光后，将该可视光转换为电信号，将该信号对基板20输出。基板20将从光接收元件33输入的电信号放大，经由电缆5向监视器3输出。再有，在油附着在光纤传感器31的感测范围S的芯线31A的外表面部时的工作，与第一实施方式相同，因此省略说明。

进而，对从光投射元件32投射的紫外光从聚光器36射出的工作进行说明。

当基板20对光投射元件32供给电力时，光投射元件32使紫外光射入聚光器36的入射孔36A。射入入射孔36A的紫外光在聚光器36内部折射，从出射孔36B射入光纤传感器31的一端部311。而且，即使在通常的使用状态下也有微量的紫外光从感测范围S的芯线31A的外周面泄漏。因此，在基板20对光投射元件32供给电力的期间，能够抑制附着在芯线31A的外周面的藻类的生长。

因此，根据第二实施方式，在通过第一实施方式得到的效果之外，还能够得到以下效果。

在本实施方式中使用的紫外光具有加快光纤传感器31的劣化的性质。可是，在本实施方式中，切换从光投射元件32投射的紫外光和从第二光投射元件37投射的可视光来使用。因此，与常时投射紫外光的情况相比能够延长光纤传感器31的寿命。

再有，在上述的实施方式中表示的工作顺序、或各结构构件的各形状和组合等是一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围中能够基于加工条件或设计要求等进行各种变更。

例如，在上述的实施方式中，光投射元件32投射的紫外光的波长是360nm～370nm。可是，本发明不限定于这样的波长，在使用从280nm到400nm的波长的情况下也能够抑制藻类的生长。

此外，将光投射元件32投射的紫外光的波长作为200nm～280nm也可。该波长的紫外光是被称为所谓的UV-C的紫外光，对活体具有强力的破坏效果。因此，通过使用这些波长的紫外光，能够使附着在感测范围S的芯线31A的外周面的藻类死亡，能够强力地抑制藻类的生长。

此外，在上述的实施方式中，作为光投射元件32和第二光投射元件37使用LED。可是，作为投射可视光的构件也可以使用电灯泡或荧光灯等，作为投射紫外光的构件也可以使用UV灯等。

此外，在上述实施方式中，使用由塑料形成的单一芯线的光纤电缆。可是，代替这样的塑料纤维，使用由石英形成的石英纤维也可。由于石英纤维对紫外光的耐久性高，所以光纤传感器31的更换期间与使用塑料纤维的情况相比变长。

此外，作为塑料纤维和石英纤维也可以使用多根芯线构成的光纤电缆。

此外，在上述实施方式中，光学式油感测器1采用具有浮体2并在水面附近浮游的结构。可是，本发明也可以是不使用浮体2而在被固定在感测处所的状态下使用的光学式油感测器。作为固定型的光学式油感测器，例如也可以使用日本专利特公昭59-20092号公报等中公开的感测器。

此外，在上述的第二实施方式中，第二光投射元件37投射的可视光的波长是600nm～700nm，但本发明不限定于这样的波长，也可以使用400nm到650nm的波长。

此外，本发明在上述第二实施方式中，使用聚光器36对从光投射元件32和第二光投射元件37投射的光进行聚光并出射。可是，本发明也可以使用能够由一个光投射元件投射两种光的光投射元件。在这样的光投射元件中，投射的光的选择通过从基板20向上述光投射元件输入的控制信号来进行。再有，在使用上述光投射元件的情况下，由于不需要聚光器36，所以使用在第一实施方式中使用的结构。

此外，在上述第二实施方式中使用的聚光器36也可以使用任何聚光/折射方法。例如，也可以使用棱镜、反射镜及合波用光耦合器等。

此外，在上述第二实施方式中，通过来自基板20的电力供给来电切换来自光投射元件32和第二光投射元件37的投射光。可是，本发明也可以使用例如遮光快门等机械式地切换上述投射光。在此情况下，基板20的切换电路控制遮光快门等的开闭。

根据本发明，由于能够抑制光纤的外周面的藻类的生长，所以能够回避由于藻类的附着导致光学式油感测器不能感测水中的油的有无的问题。因此，根据本发明，能够长期维持光学式油感测器的正常的感测特性。

Claims (7)

1.一种光学式油感测器，使用射入光纤的来自光投射部的感测光对油进行感测，其中，

所述感测光是具有藻类的抗生长性的波长的光。

2.根据权利要求1所述的光学式油感测器，其中，

所述感测光是紫外光。

3.根据权利要求2所述的光学式油感测器，其中，

所述紫外光的波长是从200nm到280nm。

4.根据权利要求2所述的光学式油感测器，其中，

所述紫外光的波长是从280nm到400nm。

5.根据权利要求1所述的光学式油感测器，具有：

第二光投射部，使第二感测光射入所述光纤，其中，所述第二感测光是与所述波长不同波长的光；以及

切换部，有选择地切换来自所述光投射部和所述第二光投射部的投射光。

6.根据权利要求5所述的光学式油感测器，其中，

所述第二感测光是可视光。

7.根据权利要求1所述的光学式油感测器，其中，

所述光纤设置在浮体上。

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