JP2001099695A - 光ファイバを用いた液体のレベル検出装置 - Google Patents

光ファイバを用いた液体のレベル検出装置

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JP2001099695A
JP2001099695A JP27542199A JP27542199A JP2001099695A JP 2001099695 A JP2001099695 A JP 2001099695A JP 27542199 A JP27542199 A JP 27542199A JP 27542199 A JP27542199 A JP 27542199A JP 2001099695 A JP2001099695 A JP 2001099695A
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optical fiber
liquid
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clad
level
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Tomiya Abe
富也 阿部
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造で液体のレベルを連続的に検出する
ことができる、光ファイバを用いた液体のレベル検出装
置を提供すること。 【解決手段】クラッド部を長手方向で一部除去して成る
光ファイバ3と、該光ファイバ3に光信号を入射するL
ED光源1と、前記光ファイバ3から出射する前記光信
号を受光するフォトダイオード2と、前記光ファイバ3
のクラッド除去部4とレベルを検出する液体とを収容す
る水槽5とを具備し、クラッド除去部4の露出している
コア部を予め検出する液体で濡らしておく。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た液体のレベル(水位)検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、光ファイバを用いて液体のレベル
を検出する方法として、2本の光ファイバを対向させる
方法を挙げることができる。これは液体が入っている水
槽に、2本の光ファイバをレベルの検出したい場所に対
向して配置し、1本の光ファイバから出射する光信号を
相対するもう1本の光ファイバで受光できるように構成
しておく。2本の光ファイバの間隙に液体がある場合と
無い場合とでは、受光できる光信号に差が生じるので、
光信号の光強度の変化により、その場所に液体が来てい
るかどうかを検出することができる。
【0003】また、特開平4−125423号公報に
は、液体のレベルを測定する計器において、液体中にそ
の一部を浸すようになされた側方漏洩光ファイバの一端
から光を投入し、他端から出力された光量を計測するこ
とによって、液位を計測するようにしたことを特徴とす
る側方漏洩光ファイバ式液位計が開示されている。
【0004】これは、光ファイバの側方から光が漏洩す
るようになされた側方漏洩光ファイバの一端から光を投
入し、他端からの出力光量を計測するように構成してお
き、該光ファイバの一部を液体に漬した時、液体に浸さ
れた部分と浸されない部分の光の漏洩量に差異が生じる
性質を利用して、液位を計測するようにしたものであ
る。このため、光ファイバは漏洩し易いようにクラッド
部の一部を削除したり、クラッド部の適宜の位置にコア
部までは到達しない孔を穿っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバを用
いた液体のレベル検出方法には以下の問題点があった。
【0006】2本の光ファイバを対向させて液体のレベ
ルを検出する方法は、検出できる場所が2本の光ファイ
バの隙間、すなわち点であるために、液面を連続で検出
するためには非常に多くの光ファイバを設置する必要が
あり、液体のレベル検出装置全体が複雑になり実際的で
はなかった。
【0007】また、特開平4−125423号公報の側
方漏洩光ファイバを用いる方法は、光が漏洩し易くなる
ようにクラッド部の一部を削除したり、クラッド部の適
宜の位置にコア部までは到達しない孔を穿つ必要がある
が、最適な漏洩量を持つ側方漏洩光ファイバを設計・製
作するのに多大な時間と手間が必要である。さらに、液
体が直接コア部には接することは無いので検出感度が低
いと言う問題があった。
【0008】従って本発明の目的は、前記した従来技術
の欠点を解消し、簡単な構造で液体のレベルを連続的に
検出することができる、光ファイバを用いた液体のレベ
ル検出装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を実
現するため、クラッド部を長手方向で一部除去して成る
光ファイバと、該光ファイバに光信号を入射する光源
と、前記光ファイバから出射する前記光信号を受光する
受光器と、前記光ファイバのクラッド除去部とレベルを
検出する液体とを収容する水槽とを具備し、前記クラッ
ド除去部は、その露出している前記コア部を予め検出す
る液体で濡らしておくことにある。
【0010】前記光ファイバは、コア部が熱硬化性樹脂
であり、且つ前記クラッド部が合成樹脂チューブであっ
て、前記クラッド部の合成樹脂チューブを形成した後に
前記コア部の前駆体を注入し、然る後に加熱・硬化によ
り得られたものが好ましい。
【0011】前記光源は、LED(発光ダイオード)で
あっても良い。
【0012】前記受光器は、フォトダイオードであって
も良い。
【0013】前記液体は、衣類洗浄用の洗剤が溶けた水
溶液であっても良い。
【0014】前記水槽は、衣類洗浄用の洗濯機に取り付
けても良い。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下図面に
基づいて詳述する。
【0016】図1は、本発明の光ファイバを用いた液体
のレベル検出装置の一実施例を示した斜視図である。1
はLED光源、2はフォトダイオード、3は光ファイ
バ、4はクラッド除去部、5は水槽、6は水位(レベ
ル)である。光ファイバを用いた液体のレベル検出装置
は、LED光源1とフォトダイオード2と光ファイバ3
と水槽5とから構成されている。光ファイバ3は、長手
方向の中央部分のクラッド部が除去され、クラッド除去
部4を有している。そして、光ファイバ3はLED光源
1とフォトダイオード2に接続され、常に光出力がモニ
タされている。水槽5内では、検出される水位(レベ
ル)6がクラッド除去部4の範囲内になるように構成さ
れている。
【0017】図2は、図1の光ファイバを用いた液体の
レベル検出装置の原理説明図であって、基本的に図1の
光ファイバを用いた液体のレベル検出装置と等価であ
る。7は光源、8は受光器、9は光ファイバ、10は水
槽、11は水位(レベル)である。光ファイバ9は光源
7と受光器8に接続され、常に光出力がモニタされてい
る。図3は、図2の光ファイバ9の斜視図である。12
はコア部、13はクラッド部、14はクラッド除去部で
ある。この光ファイバ9は図1の光ファイバ3と全く同
じものである。
【0018】光ファイバ9(図1では3)はコア部12
とクラッド部13とから成り、コア部12は熱硬化性樹
脂であり、クラッド部13は合成樹脂チューブである。
光ファイバ9の製造方法は、クラッド部13の合成樹脂
チューブを形成した後に、コア部12の材料である熱硬
化性樹脂の前駆体を注入し、加熱する。そうすることに
よりコア部12が硬化・重合し、光ファイバ9が完成す
る。
【0019】光ファイバ9は、長手方向の中央部分にク
ラッド除去部14を有しており、このクラッド除去部1
4が液体のレベルを検出する部分になる。前述で説明し
た方法で光ファイバ9を製造することにより、クラッド
部13の剥ぎ取りには溶剤などを使用すること無く、機
械的に容易に剥ぎ取ることが可能である。また、コア部
12は熱硬化性樹脂であるので、洗剤などの界面活性剤
や薬品に対して耐久性を有している。
【0020】実際に、コア部12の材料としてアクリル
樹脂、クラッド部13の材料としてテトラフルオロエチ
レン・ヘキサフルオロエチレン共重合体を用い、クラッ
ド部13のチューブを形成する時にアクリルモノマを注
入し、加熱・硬化した。このようにして製造した光ファ
イバ9のコア部12の直径は1.5mm、クラッド部13
の直径は2.2mmであり、全体の長さは2mである。ク
ラッド除去部14は、光ファイバ9の中央部分を35cm
に亘ってクラッド部14をナイフで剥ぎ取って形成し
た。
【0021】液体のレベル検出原理は、光ファイバ9内
では光信号がコア部12とクラッド部13との境界で全
反射しながら伝搬するという原理を利用している。すな
わち、クラッド除去部14では液体に浸っている部分と
浸っていない部分とで伝送特性が大きく異なり、その結
果、受光器8で受ける光信号の光強度(透過量、伝搬
量)が変化する。コア部12に接する液体の屈折率や透
過率などによっても伝送特性は変化するので、予め光出
力と検出する液体を用いて水位(レベル)と光出力の関
係を較正しておくことで、光出力をモニタした時にすば
やくレベルを知ることができる。
【0022】光源7は、簡単な構造であることが望まし
くLED(発光ダイオード)やLD(レーザダイオー
ド)が適している。コストの点からはLEDが望ましい
が、光出力の点からはLDが望ましい。いずれにして
も、検出する液体の種類や本検出装置を適用する場所に
応じて選択することができる。なお、図1の実施例で
は、660nmの赤色のLEDを用いた。
【0023】受光器8は、光源7から出射され光ファイ
バ9を伝搬して来た光信号の光出力を受光できるもので
あれば何れでも良い。コスト、簡便さの点からはフォト
ダイオードが望ましい。
【0024】図4は、図1の光ファイバを用いた液体の
レベル検出装置による水位と光出力の関係を示したグラ
フである。液体として水を用いた。横軸は水位(cm)、
縦軸は光出力(%)である。水位がゼロ、すなわち、ク
ラッド除去部4は水に全く浸っていない時の光出力を基
準にしている。水位と共に光出力が大きく変化し、この
図を用いて光出力をモニタすれば液体のレベルをすばや
く知ることが可能である。なお、クラッド除去部4を液
体のレベルの検出に用いるため、コア部の表面は検出す
る液体で予め濡らしておくことが重要である。これによ
り、コア部の表面は一定の条件になり、LED光源1か
らの光信号は安定して光ファイバ3を伝搬することがで
きる。その結果、測定精度、安定性、再現性が向上し
た。
【0025】図5は、図1の光ファイバを用いた液体の
レベル検出装置を洗濯機に設置した時の斜視図である。
15は洗濯機、16は洗濯機の水槽、17は洗濯機の回
転槽、18は光ファイバを用いた液体のレベル検出装
置、19は給水ホース、20は排水ホースである。給水
ホース19から供給される水と、洗濯機15に投入され
る洗剤とが混ざり、適当な濃度の水溶液が洗濯機の水槽
16に満ちる。その水溶液のレベルを検出できるよう
に、光ファイバを用いた液体のレベル検出装置18が設
置されている。すなわち、光ファイバを用いた液体のレ
ベル検出装置18の水槽は洗濯機の水槽16内に取り付
けられている。このように洗濯機15に光ファイバを用
いた液体のレベル検出定装置18を設置することで、水
や洗剤の使用量を適切に制御することが可能となる。
【0026】なお、本実施例ではレベルを検出する液体
として水あるいは洗剤が溶けこんだ水溶液について説明
したが、その他の溶媒や溶質でも適用可能である。その
場合には、光ファイバの溶媒や溶質によるクレージン
グ、クラックなどの劣化に注意しなければならない。
【0027】
【発明の効果】本発明の光ファイバを用いた溶液の濃度
測定装置によれば、簡単な構造で液体のレベルを連続的
に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ファイバを用いた液体のレベル検出
装置の一実施例を示した斜視図である。
【図2】図1の光ファイバを用いた液体のレベル検出装
置の原理説明図である。
【図3】図2の光ファイバの斜視図である。
【図4】図1の光ファイバを用いた液体のレベル検出装
置による水位と光出力の関係を示したグラフである。
【図5】図1の光ファイバを用いた液体のレベル検出装
置を洗濯機に設置した時の斜視図である。
【符号の説明】
1 LED光源 2 フォトダイオード 3 光ファイバ 4 クラッド除去部 5 水槽 6 水位(レベル) 7 光源 8 受光器 9 光ファイバ 10 水槽 11 水位(レベル) 12 コア部 13 クラッド部 14 クラッド除去部 15 洗濯機 16 洗濯機の水槽 17 洗濯機の回転槽 18 光ファイバを用いた液体のレベル検出装置 19 給水ホース 20 排水ホース

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クラッド部を長手方向で一部除去して成る
    光ファイバと、該光ファイバに光信号を入射する光源
    と、前記光ファイバから出射する前記光信号を受光する
    受光器と、前記光ファイバのクラッド除去部とレベルを
    検出する液体とを収容する水槽とを具備して成り、クラ
    ッド除去部は、その露出している前記コア部を予め検出
    する液体で濡らしておくことを特徴とする光ファイバを
    用いた液体のレベル検出装置。
  2. 【請求項2】光ファイバは、コア部が熱硬化性樹脂であ
    り、且つ前記クラッド部が合成樹脂チューブであって、
    前記クラッド部の合成樹脂チューブを形成した後に前記
    コア部の前駆体を注入し、然る後に加熱・硬化により得
    られたものであることを特徴とする請求項1記載の光フ
    ァイバを用いた液体のレベル検出装置。
  3. 【請求項3】光源は、LED(発光ダイオード)である
    ことを特徴とする請求項1記載の光ファイバを用いた液
    体のレベル検出装置。
  4. 【請求項4】受光器は、フォトダイオードであることを
    特徴とする請求項1記載の光ファイバを用いた液体のレ
    ベル検出装置。
  5. 【請求項5】液体は、衣類洗浄用の洗剤が溶けた水溶液
    であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバを用
    いた液体のレベル検出装置。
  6. 【請求項6】水槽は、衣類洗浄用の洗濯機に取り付けら
    れていることを特徴とする請求項1記載の光ファイバを
    用いた液体のレベル検出装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018043233A (ja) * 2016-09-09 2018-03-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 液体処理方法および装置
CN107965726A (zh) * 2015-09-09 2018-04-27 安溪县中磊设备制造有限公司 一种具有风力发电功能led路灯的控制装置

Cited By (3)

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