JP2000088520A - 媒体までの距離および／または物理特性のセンサおよび測定方法 - Google Patents
媒体までの距離および／または物理特性のセンサおよび測定方法Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
- G01L9/0077—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサの感度を高める。
【解決手段】 第１光ファイバの入力端部を光源に接続
し、第２の光ファイバの出力端部に光強度測定手段を接
続し、第２の光ファイバの入力端部と第１の光ファイバ
の出力端部を近接配置し、第１の光ファイバの出力端部
および第２の光ファイバの入力端部をその接合面近接し
てなるセンサにおいて、第１の光ファイバ出力端部およ
び第２の光ファイバの入力端部を、少なくとも一方の光
軸を横切る平面に沿って微小寸法切り落し、光エネルギ
伝播領域が相互に接するようにする。
し、第２の光ファイバの出力端部に光強度測定手段を接
続し、第２の光ファイバの入力端部と第１の光ファイバ
の出力端部を近接配置し、第１の光ファイバの出力端部
および第２の光ファイバの入力端部をその接合面近接し
てなるセンサにおいて、第１の光ファイバ出力端部およ
び第２の光ファイバの入力端部を、少なくとも一方の光
軸を横切る平面に沿って微小寸法切り落し、光エネルギ
伝播領域が相互に接するようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、媒体までの距離お
よび／または物理特性のセンサおよび測定方法に係り、
特に媒体までの距離および／または物理特性のため光フ
ァイバセンサに関する
よび／または物理特性のセンサおよび測定方法に係り、
特に媒体までの距離および／または物理特性のため光フ
ァイバセンサに関する
【従来の技術】「媒体までの距離および／または物理特
性のセンサおよび測定方法」なる名称の米国特許第５，
７７１，０９１号には、この種の種々のセンサの実施例
が開示されている。これら実施例において、光源に接続
可能な光ファイバの出力端部に設けられたリングと、光
強度測定手段に接続可能な光ファイバの入力端部とは、
相互に離間され、あるいは相互に弱く接触している。し
かし、これらセンサは、光ヘッドに装着した際の光ファ
イバの幾何学的配置により光強度分布が変化し、感度に
ある種の限界が生じる。
性のセンサおよび測定方法」なる名称の米国特許第５，
７７１，０９１号には、この種の種々のセンサの実施例
が開示されている。これら実施例において、光源に接続
可能な光ファイバの出力端部に設けられたリングと、光
強度測定手段に接続可能な光ファイバの入力端部とは、
相互に離間され、あるいは相互に弱く接触している。し
かし、これらセンサは、光ヘッドに装着した際の光ファ
イバの幾何学的配置により光強度分布が変化し、感度に
ある種の限界が生じる。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は光フ
ァイバ端部を幾何学的に変更し、感度の限界を解消する
ことを目的とする。
ァイバ端部を幾何学的に変更し、感度の限界を解消する
ことを目的とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、媒体ま
での距離および／または物理特性のセンサは、ハウジン
グと、少なくとも１対の光ファイバであって、各光ファ
イバは入力端部および出力端部を有し、第１の光ファイ
バの入力端部は光源に接続可能であり、第２の光ファイ
バの出力端部は光強度測定手段に接続可能である光ファ
イバと、相互に接触しあるいは近接配置された第２の光
ファイバの入力端部および第１の光ファイバの出力端部
を含む、センサヘッドであって、第１の光ファイバの出
力端部および第２の光ファイバの入力端部はそれぞれ光
軸およびリムを有し、これらリムは光軸に対して角度θ
の切断面であり、両光ファイバの光軸は角度αで相互に
交差する。測定時において、第１の光ファイバの出力端
部から射出される光は媒体表面に入射角βで入射し、β
＝ｆ（α，θ）である。そして、第１の光ファイバ出力
端部および第２の光ファイバの入力端部は、少なくとも
一方の光軸を横切る平面に沿って微小寸法切り落され、
相互接合するエッジ面を形成する。
での距離および／または物理特性のセンサは、ハウジン
グと、少なくとも１対の光ファイバであって、各光ファ
イバは入力端部および出力端部を有し、第１の光ファイ
バの入力端部は光源に接続可能であり、第２の光ファイ
バの出力端部は光強度測定手段に接続可能である光ファ
イバと、相互に接触しあるいは近接配置された第２の光
ファイバの入力端部および第１の光ファイバの出力端部
を含む、センサヘッドであって、第１の光ファイバの出
力端部および第２の光ファイバの入力端部はそれぞれ光
軸およびリムを有し、これらリムは光軸に対して角度θ
の切断面であり、両光ファイバの光軸は角度αで相互に
交差する。測定時において、第１の光ファイバの出力端
部から射出される光は媒体表面に入射角βで入射し、β
＝ｆ（α，θ）である。そして、第１の光ファイバ出力
端部および第２の光ファイバの入力端部は、少なくとも
一方の光軸を横切る平面に沿って微小寸法切り落され、
相互接合するエッジ面を形成する。
【０００４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態に関連し
て以下の図面を参照つつ説明することにより、本発明は
充分に理解されることになる。
て以下の図面を参照つつ説明することにより、本発明は
充分に理解されることになる。
【０００５】ここで図面を詳細に参照することになる
が、図示された詳細は例示であり、単に本発明の好適な
実施形態の図示説明するためのものであることを強調し
ておく。その詳細は最も有用と信じるものであり、かつ
本発明の原理および概念の容易に理解し得る説明であ
る。この意味で、本発明の基礎的理解に必要な範囲超え
て、発明の構成を詳説しない。図面に関連して為される
説明から、当業者にとって、本発明のいくつかの形態を
実用的に実施化し得ることが明らかとなる。
が、図示された詳細は例示であり、単に本発明の好適な
実施形態の図示説明するためのものであることを強調し
ておく。その詳細は最も有用と信じるものであり、かつ
本発明の原理および概念の容易に理解し得る説明であ
る。この意味で、本発明の基礎的理解に必要な範囲超え
て、発明の構成を詳説しない。図面に関連して為される
説明から、当業者にとって、本発明のいくつかの形態を
実用的に実施化し得ることが明らかとなる。
【０００６】図面において、図１には本発明に係るセン
サが示されている。このセンサはセンサヘッド４が収納
されたハウジング２を有し、センサヘッド４は１対の光
ファイバ８、１０を保持する保持部６を備えている。光
ファイバ８は一端に出力端部１２が設けられ、他端が光
源１４に接続可能である。光ファイバ１０は一端に入力
端部１６が設けられ、他端が光強度測定手段１８に接続
可能である。光強度測定手段１８は計測ユニット２０に
接続可能である。センサヘッド６の保持部６はハウジン
グ２内部に固着された任意の硬質材料あるいは半硬質材
料によって形成され、あるいはハジング２に一体形成さ
れる。より詳細な図２、３に示すように、保持部６には
２つの貫通孔２２、２４が形成され、これら貫通孔２
２、２４はそれぞれ１本の光ファイバを締付保持等によ
り保持する寸法に設定されている。出力端部１２、入力
端部１６には、光ファイバ外周の切り落しによって、接
合エッジあるいは接合面２６が形成され、貫通孔２、２
４は、端部１２、１６がこの接合面において相互に接触
するように角度設定される。端部１２、１６は、光ファ
イバ８、１０の光軸交差角度がαとなるように相互接合
すべきである。さらに光ファイバの出力端部１２および
入力端部１６のリムはこれら端部の光軸に対して角度θ
で切断される。測定時において、第１光ファイバの出力
端部から射出される光は媒体表面に入射角βで入射し、
β＝ｆ（α，θ）である。
サが示されている。このセンサはセンサヘッド４が収納
されたハウジング２を有し、センサヘッド４は１対の光
ファイバ８、１０を保持する保持部６を備えている。光
ファイバ８は一端に出力端部１２が設けられ、他端が光
源１４に接続可能である。光ファイバ１０は一端に入力
端部１６が設けられ、他端が光強度測定手段１８に接続
可能である。光強度測定手段１８は計測ユニット２０に
接続可能である。センサヘッド６の保持部６はハウジン
グ２内部に固着された任意の硬質材料あるいは半硬質材
料によって形成され、あるいはハジング２に一体形成さ
れる。より詳細な図２、３に示すように、保持部６には
２つの貫通孔２２、２４が形成され、これら貫通孔２
２、２４はそれぞれ１本の光ファイバを締付保持等によ
り保持する寸法に設定されている。出力端部１２、入力
端部１６には、光ファイバ外周の切り落しによって、接
合エッジあるいは接合面２６が形成され、貫通孔２、２
４は、端部１２、１６がこの接合面において相互に接触
するように角度設定される。端部１２、１６は、光ファ
イバ８、１０の光軸交差角度がαとなるように相互接合
すべきである。さらに光ファイバの出力端部１２および
入力端部１６のリムはこれら端部の光軸に対して角度θ
で切断される。測定時において、第１光ファイバの出力
端部から射出される光は媒体表面に入射角βで入射し、
β＝ｆ（α，θ）である。
【０００７】好ましくは、第１の光ファイバにおける切
り落し接合エッジ面２６から、第２の光ファイバの切断
入力面への光の漏洩を防止するために、一方あるいは両
方の接合面２６は、不透明材料あるいは反射材料でコー
ティングされる。このようなコーティングに替えて、一
方の光ファイバから他方の光ファイバへの通過を防止す
るために、光ファイバの切り落し接合エッジ面間に、不
透明材料または反射材料によって、分離薄膜を形成しあ
るいはメッキ３０を施す。
り落し接合エッジ面２６から、第２の光ファイバの切断
入力面への光の漏洩を防止するために、一方あるいは両
方の接合面２６は、不透明材料あるいは反射材料でコー
ティングされる。このようなコーティングに替えて、一
方の光ファイバから他方の光ファイバへの通過を防止す
るために、光ファイバの切り落し接合エッジ面間に、不
透明材料または反射材料によって、分離薄膜を形成しあ
るいはメッキ３０を施す。
【０００８】光ファイバ内では、光エネルギは光ファイ
バの（中空部）コア中を伝播し、この光ファイバコアの
周囲は約２０ミクロンのクラッドによって被服されてい
る。両光ファイバが相互に接触している場合にも、光フ
ァイバ中の光エネルギは約４０ミクロンの距離をおいて
伝播する。光ファイバ断面における、光エネルギのガウ
ス分布特性を考慮すれば、両光ファイバの主要エネルギ
伝播領域の距離はさらに約４０〜５０ミクロン大きく見
積ることができる。
バの（中空部）コア中を伝播し、この光ファイバコアの
周囲は約２０ミクロンのクラッドによって被服されてい
る。両光ファイバが相互に接触している場合にも、光フ
ァイバ中の光エネルギは約４０ミクロンの距離をおいて
伝播する。光ファイバ断面における、光エネルギのガウ
ス分布特性を考慮すれば、両光ファイバの主要エネルギ
伝播領域の距離はさらに約４０〜５０ミクロン大きく見
積ることができる。
【０００９】図４は光強度特性曲線を示し、媒体として
のミラーまでの距離を横軸にとり、光強度測定手段とし
てのフォトダイオードの電流を縦軸にとっている。測定
された距離は、この電流値によって代表される。図４
（Ａ）は従来公知のセンサ構成の特性、図４（Ｂ）は本
発明に係るセンサ構成の特性を示している。特性曲線Ｂ
は特性曲線Ａに比較してはるかに急峻である。これは本
発明における、両光ファイバ端部における特徴的な切り
落しおよび接合によるものであり、両光ファイバの光伝
播領域をより近接させたことにより、高いセンサ感度
（曲線の急峻な変化）が得られた。両光ファイバの端部
を４０〜５０ミクロン切り落すことにより、センサの光
ヘッドにおける光ファイバの主要光エネルギ伝播領域は
完璧に接する。以上が、従来公知のセンサ構成の曲線Ｂ
に比較して、本発明の曲線Ａが急峻になった原因であ
る。
のミラーまでの距離を横軸にとり、光強度測定手段とし
てのフォトダイオードの電流を縦軸にとっている。測定
された距離は、この電流値によって代表される。図４
（Ａ）は従来公知のセンサ構成の特性、図４（Ｂ）は本
発明に係るセンサ構成の特性を示している。特性曲線Ｂ
は特性曲線Ａに比較してはるかに急峻である。これは本
発明における、両光ファイバ端部における特徴的な切り
落しおよび接合によるものであり、両光ファイバの光伝
播領域をより近接させたことにより、高いセンサ感度
（曲線の急峻な変化）が得られた。両光ファイバの端部
を４０〜５０ミクロン切り落すことにより、センサの光
ヘッドにおける光ファイバの主要光エネルギ伝播領域は
完璧に接する。以上が、従来公知のセンサ構成の曲線Ｂ
に比較して、本発明の曲線Ａが急峻になった原因であ
る。
【００１０】本発明が前記図示実施例の詳細構成によっ
て限定されるものではなく、本発明の精神あるいはその
必須の属性から逸脱することなく、本発明から他の特有
の実施形態を具現し得ることは、当業者にとって自明で
ある。従って、前記実施形態は、あらゆる点において、
本発明の例示であって、限定ではないと認識すべきであ
り、本発明の技術的範囲は、前記詳細な説明よりも添付
特許請求の範囲に依拠すべきである。また、特許請求の
範囲の内容および均等物の範囲内において生じる如何な
る変形も本発明の技術的範囲に包含される。
て限定されるものではなく、本発明の精神あるいはその
必須の属性から逸脱することなく、本発明から他の特有
の実施形態を具現し得ることは、当業者にとって自明で
ある。従って、前記実施形態は、あらゆる点において、
本発明の例示であって、限定ではないと認識すべきであ
り、本発明の技術的範囲は、前記詳細な説明よりも添付
特許請求の範囲に依拠すべきである。また、特許請求の
範囲の内容および均等物の範囲内において生じる如何な
る変形も本発明の技術的範囲に包含される。
【００１１】
【発明の効果】前述のとおり、本発明に係る媒体までの
距離および／または物理特性のセンサは、ハウジング
と、少なくとも１対の光ファイバであって、各光ファイ
バは入力端部および出力端部を有し、第１の光ファイバ
の入力端部は光源に接続可能であり、第２の光ファイバ
の出力端部は光強度測定手段に接続可能である光ファイ
バと、相互に接触しあるいは近接配置された第２の光フ
ァイバの入力端部および第１の光ファイバの出力端部を
含むセンサヘッドであって、第１の光ファイバの出力端
部および第２の光ファイバの入力端部はそれぞれ光軸お
よびリムを有し、これらリムは光軸に対して角度θの切
断面であり、両光ファイバの光軸は角度αで相互に交差
する。測定時において、第１の光ファイバの出力端部か
ら射出される光は媒体表面に入射角βで入射し、β＝ｆ
（α，θ）である。そして、第１の光ファイバの出力端
部および第２の光ファイバの入力端部は、少なくとも一
方の光軸を横切る平面に沿って微小寸法切り落され、相
互接合するエッジ面を形成する。これによって、本発明
はセンサ感度の限界を解消するという優れた効果を奏す
る。
距離および／または物理特性のセンサは、ハウジング
と、少なくとも１対の光ファイバであって、各光ファイ
バは入力端部および出力端部を有し、第１の光ファイバ
の入力端部は光源に接続可能であり、第２の光ファイバ
の出力端部は光強度測定手段に接続可能である光ファイ
バと、相互に接触しあるいは近接配置された第２の光フ
ァイバの入力端部および第１の光ファイバの出力端部を
含むセンサヘッドであって、第１の光ファイバの出力端
部および第２の光ファイバの入力端部はそれぞれ光軸お
よびリムを有し、これらリムは光軸に対して角度θの切
断面であり、両光ファイバの光軸は角度αで相互に交差
する。測定時において、第１の光ファイバの出力端部か
ら射出される光は媒体表面に入射角βで入射し、β＝ｆ
（α，θ）である。そして、第１の光ファイバの出力端
部および第２の光ファイバの入力端部は、少なくとも一
方の光軸を横切る平面に沿って微小寸法切り落され、相
互接合するエッジ面を形成する。これによって、本発明
はセンサ感度の限界を解消するという優れた効果を奏す
る。
【図１】本発明に基づいて構成されたセンサの概要を示
す部分断面概念図である。
す部分断面概念図である。
【図２】図１のセンサに用いられるセンサヘッドの第１
実施形態を示す側面図である。
実施形態を示す側面図である。
【図３】図２のセンサヘッドの光ファイバ端部の上面図
である。
である。
【図４】周知のセンサと本発明に基づいてセンサヘッド
の構成における光強度の変化を示す特性曲線のグラフで
ある。
の構成における光強度の変化を示す特性曲線のグラフで
ある。
２ ハウジング ４ センサヘッド ８ 第１の光ファイバ １０ 第２の光ファイバ １２ 出力端部 １４ 光源 １６ 入力端部 １８ 光強度測定手段 ２６ 接合面 α 光軸交差角度 β 入射角度 θ 光軸に対する切断角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 595172322 Ｐ．Ｏ．ＢＯＸ 2756 Ｙｅｈｕｄ 56216，ＩＳＲＡＥＬ.
Claims (4)
- 【請求項１】 ハウジングと；少なくとも１対の光ファ
イバであって、各光ファイバは入力端部および出力端部
を有し、第１の光ファイバの入力端部は光源に接続可能
であり、第２の光ファイバの出力端部は光強度測定手段
に接続可能である光ファイバと；相互に接触しあるいは
近接配置された第２の光ファイバの入力端部および第１
の光ファイバの出力端部を含むセンサヘッドと；を備
え、 第１の光ファイバの出力端部および第２の光ファイバの
入力端部はそれぞれ光軸およびリムを有し、これらリム
は光軸に対して角度θの切断面であり、両光ファイバの
光軸は角度αで相互に交差し；測定時において、第１光
ファイバの出力端部から射出される光は媒体表面に入射
角βで入射し、β＝ｆ（α，θ）である媒体までの距離
および／または物理特性のセンサにおいて、 第１の光ファイバの出力端部および第２お光ファイバの
入力端部は、少なくとも一方の光軸を横切る平面に沿っ
て微小寸法切り落とされて、相互接合するエッジ面が形
成されていることを特徴とするセンサ。 - 【請求項２】 相互接合するエッジ面は不透明材料また
は反射材料によって被服され、これによって第１の光フ
ァイバの出力端部から第２の光ファイバの入力端部への
直接的な光の漏洩が防止されていることを特徴とする請
求項１記載のセンサ。 - 【請求項３】 相互接合するエッジ面は不透明材料また
は反射材料よりなる部材によって仕切られ、これによっ
て第１の光ファイバの出力端部から第２の光ファイバの
入力端部への直接的な光の漏洩が防止されていることを
特徴とする請求項１記載のセンサ。 - 【請求項４】 少なくとも１対の光ファイバを用い、各
光ファイバには入力端部および出力端部を設け、第１の
光ファイバの入力端部を光源に接続し、第２の光ファイ
バの出力端部を光強度測定手段に接続し、、第１光ファ
イバの出力端部から光源からの光を射出して媒体表面に
入射角βで入射し、媒体表面で反射光を第２の光ファイ
バ入力端部に入射し、この反射光を光強度測定手段に導
いて光強度を測定し、これによって媒体までの距離およ
び／または物理特性を測定する測定方法において、 第１の光ファイバの出力端部および第２お光ファイバの
入力端部を、少なくとも一方の光軸を横切る平面に沿っ
て微小寸法切り落し、これによって相互接合するエッジ
面を形成することを特徴とする測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IL126172 | 1998-09-10 | ||
| IL12617298A IL126172A (en) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | Sensor and method for measuring distances to, and/or physical properties of, a medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000088520A true JP2000088520A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=11071956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11256634A Pending JP2000088520A (ja) | 1998-09-10 | 1999-09-10 | 媒体までの距離および／または物理特性のセンサおよび測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6239865B1 (ja) |
| EP (1) | EP0985911A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000088520A (ja) |
| IL (1) | IL126172A (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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