JP2006047018A - Level gauge using optical fiber sensor, level, manometer, and thermometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバの先端部において外界の状況を検出するティップ(tip)型の光ファイバセンサを用いた液位計、水準器、圧力計および温度計に関する。 The present invention relates to a liquid level gauge, a level indicator, a pressure gauge, and a thermometer using a tip-type optical fiber sensor that detects the state of the outside world at the tip of an optical fiber.
例えば、非特許文献1において、光ファイバを用いた液位計が報告されている。
図14は、上記の光ファイバを用いた液位計の構成を示す模式図である。
コア201と、その外周を被覆するクラッド202から構成される光ファイバ200からなり、コア201には周期的に屈折率分布の異なる領域203が設けられている。
これは、長周期グレーティング(LPG:long-period grating)の原理に基づいており、周期的な屈折率分布(グレーティング)をファイバに設けることにより、クラッディングモード(クラッドに存在する伝播光波LCLのエネルギー)とクラッドに付着する物質との相互作用を行うことができる。つまり、クラッドに付着する物質の濃度(屈折率)やその面積によって、伝播光波LCLに損失を生じさせることができる。即ち、伝播光波LCLの損失を測定することで、測定対象液体の液面LSの位置(液位)を測定することができる。
For example, Non-Patent Document 1 reports a liquid level meter using an optical fiber.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration of a liquid level meter using the above optical fiber.
The
This is based on the principle of a long-period grating (LPG), and by providing a periodic refractive index distribution (grating) in the fiber, a cladding mode (the propagation light wave L CL existing in the cladding is measured). Energy) and the substance attached to the cladding. That is, a loss can be caused in the propagating light wave L CL depending on the concentration (refractive index) of the substance adhering to the cladding and its area. That is, the position (liquid level) of the liquid level LS of the liquid to be measured can be measured by measuring the loss of the propagating light wave L CL .
ところが、グレーティングをファイバ中に設ける場合、その間隔は離散的なものとなり、典型的なグレーティングの周期は100μm〜1mmである。この特徴は、液位計として用いた場合に、計測可能な液位が離散的な値しかとれないことを意味する。 However, when the grating is provided in the fiber, the intervals are discrete, and a typical grating period is 100 μm to 1 mm. This feature means that the liquid level that can be measured can only take discrete values when used as a liquid level gauge.
また、LPGによって損失を生じることのできる液体は、光ファイバのクラッドの屈折率に近い屈折率を持たなければならず、測定可能な屈折率範囲は1.4〜1.456である。従って、例えば水の屈折率は1.333程度であるから、上記の測定範囲はかなり限定された液体しか測定対象とすることができないことを意味している。
解決しようとする問題点は、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定することが困難であるという点である。 The problem to be solved is that it is difficult to measure the liquid level continuously, not discretely, regardless of the refractive index of the liquid to be measured.
本発明に係る液位計は、コア中で光を伝送する光ファイバ部と、前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部とを有する光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部とを有し、前記モード規定解除部の先端から少なくとも一部を測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記測定対象液体の液位を測定する。 The liquid level meter according to the present invention includes an optical fiber portion that transmits light in the core, and a light transmissive member that is fusion-bonded to a tip of the optical fiber portion, and includes at least light transmitted by the optical fiber portion. A fiber optic sensor having a mode regulation release unit that partially guides the outside of the core to release the regulation of the mode of the light, and returns the light whose mode regulation is released to the core, and the optical fiber sensor Connected to an end of the optical fiber portion of the optical fiber sensor, and a light source that emits light to the core of the optical fiber sensor, and the core in response to an interaction between the mode specification release portion and the outside of the mode specification release portion A light detection unit that detects the direct intensity of the return light that has returned to the light source through the above, and in a state where at least a part is immersed in the liquid to be measured from the tip of the mode regulation release unit Return light intensity By measuring, for measuring the liquid level of the measurement object liquid.
上記の本発明の液位計は、好適には、前記モード規定解除部は、前記光ファイバ部の前記コアとはコア径が異なるヘテロ・コア部である。
あるいは、好適には、前記モード規定解除部は、クラッドのみからなるヘテロ・コア部である。
In the liquid level gauge of the present invention, preferably, the mode regulation canceling portion is a hetero core portion having a core diameter different from that of the core of the optical fiber portion.
Alternatively, preferably, the mode regulation canceling portion is a hetero core portion made of only a clad.
さらに、好適には、前記ヘテロ・コア部の表面に、当該表面における前記ヘテロ・コア部中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜をさらに有する。
さらに、好適には、前記へテロ・コア部の表面に、前記へテロ・コア部の外部の前記測定対象液体と選択的に反応して当該反応に応じた変化を前記へテロ・コア部中の光にもたらす検出薬が固定されている。
またさらに好適には、前記へテロ・コア部の前記光ファイバ部に融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、前記へテロ・コア部中の光を反射して前記光ファイバ部側へ戻す反射部をさらに有する。
Furthermore, it is preferable that the surface of the hetero core portion further includes a metal film that generates surface plasmons by reflection of light in the hetero core portion on the surface.
Further, preferably, the surface of the hetero core part selectively reacts with the liquid to be measured outside the hetero core part, and changes corresponding to the reaction are caused in the hetero core part. The detection drug that brings to the light is fixed.
More preferably, the light in the hetero core part is reflected on the surface of the end part opposite to the end part fusion-bonded to the optical fiber part of the hetero core part. It further has a reflection part returning to the optical fiber part side.
また、本発明に係る液位計は、コア中で光を伝送する光ファイバ部と、前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部とを有する複数の光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部とを有し、前記複数の光ファイバセンサの各モード規定解除部が、測定対象液体の液面に対してそれぞれ異なる高さで配置されており、前記モード規定解除部のいずれかの先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記測定対象液体の液位を測定する。 The liquid level meter according to the present invention includes an optical fiber portion that transmits light in the core, and a light transmissive member that is fusion-bonded to the tip of the optical fiber portion, and the light transmitted by the optical fiber portion. A plurality of optical fiber sensors having a mode specification releasing unit that guides at least a part of the light to the outside of the core to release the specification of the mode of the light, and returns the light whose mode specification has been released to the core; A light source that is connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber side and emits light to the core of the optical fiber sensor, and an interaction between the mode specification release unit and the outside of the mode specification release unit. A light detection unit that detects the direct intensity of the return light that has been received and returned to the light source side through the core, and each mode regulation canceling unit of the plurality of optical fiber sensors includes a liquid to be measured. It against the liquid level The liquid to be measured is measured by measuring the intensity of the return light in a state where at least a part is immersed in the liquid to be measured from the tip of any one of the mode regulation release portions. Measure the liquid level.
また、本発明に係る水準器は、コア中で光を伝送する光ファイバ部と、前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部とを有し、前記モード規定解除部が所定の間隔を開けるように配置されている3本の光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と、相対的姿勢を固定して前記各モード規定解除部を内部に収容する容器と、前記容器に収容された測定対象液体とを有し、前記各モード規定解除部の先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記各モード規定解除部毎の前記測定対象液体の液位を測定し、前記3本の光ファイバセンサに対する前記測定対象液体の液面の傾きを測定する。 In addition, the level according to the present invention includes an optical fiber portion that transmits light in the core and a light-transmitting member that is fusion-bonded to the tip of the optical fiber portion, and the optical fiber portion transmits light. A mode regulation canceling unit that guides at least a part of the light to the outside of the core to cancel the regulation of the mode of the light, and returns the light whose mode regulation has been released to the core; Three optical fiber sensors arranged so as to be spaced apart from each other; a light source connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber part side and emitting light to the core of the optical fiber sensor; A light detection unit that detects the direct intensity of the return light that has returned to the light source side through the core in response to the interaction with the outside of the mode specification release unit in the mode specification release unit; Each posture is fixed In a state in which a mode regulation release portion is contained in a container and a measurement target liquid contained in the container, and at least a part of the mode regulation release portion is immersed in the measurement target liquid By measuring the intensity of the return light, the liquid level of the liquid to be measured for each mode regulation release unit is measured, and the inclination of the liquid surface of the liquid to be measured with respect to the three optical fiber sensors is measured. .
また、本発明に係る水準器は、コア中で光を伝送する光ファイバ部と、前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部とを有し、前記モード規定解除部が所定の間隔を開けるように配置されている2本の光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と、相対的姿勢を固定して前記各モード規定解除部を内部に収容する容器と、前記容器に収容された測定対象液体とを有し、前記各モード規定解除部の先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記各モード規定解除部毎の前記測定対象液体の液位を測定して得られる前記2本の光ファイバセンサに対する前記測定対象液体の液位と、前記容器の形状および前記測定対象液体の体積から、前記測定対象液体の液面の傾きを測定する。 In addition, the level according to the present invention includes an optical fiber portion that transmits light in the core and a light-transmitting member that is fusion-bonded to the tip of the optical fiber portion, and the optical fiber portion transmits light. A mode regulation canceling unit that guides at least a part of the light to the outside of the core to cancel the regulation of the mode of the light, and returns the light whose mode regulation has been released to the core; Two optical fiber sensors arranged so as to be spaced apart from each other; a light source connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber part side and emitting light to the core of the optical fiber sensor; A light detection unit that detects the direct intensity of the return light that has returned to the light source side through the core in response to the interaction with the outside of the mode specification release unit in the mode specification release unit; Each posture is fixed In a state in which a mode regulation release portion is contained in a container and a measurement target liquid contained in the container, and at least a part of the mode regulation release portion is immersed in the measurement target liquid By measuring the intensity of the return light, the liquid level of the liquid to be measured with respect to the two optical fiber sensors obtained by measuring the liquid level of the liquid to be measured for each mode regulation release unit, The inclination of the liquid surface of the liquid to be measured is measured from the shape of the container and the volume of the liquid to be measured.
また、本発明に係る圧力計は、コア中で光を伝送する光ファイバ部と、前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部とを有する光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と、前記モード規定解除部を内部に固定して収容する容器と、前記容器に封入された測定対象液体とを有し、前記容器は外部圧力に応じて前記測定対象液体の液面が変動する機構を有し、前記モード規定解除部の先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記測定対象液体の液位を測定して、前記外部圧力に換算する。 The pressure gauge according to the present invention includes an optical fiber portion that transmits light in the core, and a light-transmitting member that is fusion-bonded to the tip of the optical fiber portion, and transmits the light transmitted by the optical fiber portion. An optical fiber sensor having a mode definition canceling unit that guides at least a part of the light to the outside of the core to cancel the definition of the mode of the light, and returns the light whose mode is canceled to the core; and the optical fiber A light source connected to an end of the optical fiber portion of the sensor and emitting light to the core of the optical fiber sensor, and receiving an interaction with the outside of the mode prescription release portion in the mode prescription release portion, A light detection unit that detects the direct intensity of the return light that has returned to the light source via the core, a container that holds the mode regulation release unit fixed therein, and a measurement target that is enclosed in the container With liquid The container has a mechanism in which the liquid level of the liquid to be measured fluctuates according to an external pressure, and the intensity of the return light in a state where at least a part is immersed in the liquid to be measured from the tip of the mode regulation release unit. Is measured, and the liquid level of the liquid to be measured is measured and converted into the external pressure.
また、本発明に係る温度計は、コア中で光を伝送する光ファイバ部と、前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部とを有する光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と、前記モード規定解除部を内部に固定して収容する容器と、前記容器に封入され、雰囲気の温度に応じて液面が変動する測定対象液体とを有し、前記モード規定解除部の先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記測定対象液体の液位を測定して、前記温度に換算する。 The thermometer according to the present invention includes an optical fiber portion that transmits light in the core, and a light transmissive member that is fusion-bonded to the tip of the optical fiber portion, and transmits the light transmitted by the optical fiber portion. An optical fiber sensor having a mode definition canceling unit that guides at least a part of the light to the outside of the core to cancel the definition of the mode of the light, and returns the light whose mode is canceled to the core; and the optical fiber A light source connected to an end of the optical fiber portion of the sensor and emitting light to the core of the optical fiber sensor, and receiving an interaction with the outside of the mode prescription release portion in the mode prescription release portion, A light detection unit that detects the direct intensity of the return light that has returned to the light source through the core, a container that holds the mode regulation release unit fixed therein, and is enclosed in the container, According to temperature And measuring the intensity of the return light in a state in which at least a part is immersed in the liquid to be measured from the tip of the mode regulation release unit. The liquid level is measured and converted into the temperature.
本発明の液位計によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサにより、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定することができる。 According to the liquid level meter of the present invention, the optical fiber sensor in which the mode regulation release unit is provided at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core is not discrete regardless of the refractive index of the liquid to be measured. The liquid level can be measured continuously.
また、本発明の水準器によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサを複数組み合わせて、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定し、測定対象液体の液面の傾きを測定することができる。 In addition, according to the level of the present invention, by combining a plurality of optical fiber sensors provided with a mode regulation release unit at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core, regardless of the refractive index of the liquid to be measured, The liquid level can be measured continuously, not discretely, and the inclination of the liquid level of the liquid to be measured can be measured.
また、本発明の圧力計によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサと外部圧力に応じて測定対象液体の液面が変動する機構を有する容器と組み合わせて、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定し、外部圧力に換算することができる。 In addition, according to the pressure gauge of the present invention, the liquid level of the liquid to be measured varies depending on the optical fiber sensor in which the mode regulation release unit is provided at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core and the external pressure. In combination with a container having a mechanism, the liquid level can be continuously measured and converted into an external pressure, not discretely, regardless of the refractive index of the liquid to be measured.
また、本発明の温度計によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサと雰囲気の温度に応じて液面が変動する測定対象液体と組み合わせて、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定し、温度に換算することができる。 In addition, according to the thermometer of the present invention, the liquid to be measured whose liquid level fluctuates according to the temperature of the optical fiber sensor in which the mode regulation release unit is provided at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core and the temperature of the atmosphere. In combination, the liquid level can be continuously measured and converted into temperature, not discretely, regardless of the refractive index of the liquid to be measured.
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第1実施形態
図1は、本実施形態に係るティップ(tip)型の光ファイバセンサを用いた液位計の概略構成図であり、光ファイバセンサの先端に設けられたセンサ部を測定対象液体に先端側から浸漬したときの液面の位置(液位)を測定する装置である。
図1に示す液位計100は、光源1、光分岐装置2、光ファイバセンサ9、参照光検出器5、信号検出器6および測定演算器7を有する。
本発明における光検出部の一実施態様が信号検出器6に相当する。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a liquid level meter using a tip type optical fiber sensor according to this embodiment, and a sensor unit provided at the tip of the optical fiber sensor is connected to a liquid to be measured. It is an apparatus for measuring the position (liquid level) of the liquid level when immersed in the tip from the tip side.
A liquid level meter 100 shown in FIG. 1 includes a light source 1, an
One embodiment of the light detection unit in the present invention corresponds to the signal detector 6.
光源1は光ファイバ部20dにより光分岐装置2に接続されており、信号検出器6は光ファイバ部20eにより光分岐装置2に接続されている。
また、光ファイバセンサ9は光ファイバコネクタ3を介して光ファイバ部20bに接続されており、この光ファイバ部20bがさらに光分岐装置2に接続されている。
参照光検出器5は、光ファイバ部20cを介して光分岐装置2に接続されている。
The light source 1 is connected to the
The
The
光ファイバセンサ9は、光ファイバ部20aの一端部にセンサ部4を有している。光ファイバ部20aの他端部が光ファイバコネクタ3を介して光ファイバ部20bに接続されている。
The
光ファイバ部20a〜20eは、各々光ファイバを用いて構成される。光ファイバ部20a〜20eを構成する光ファイバには、シングルモード光ファイバを用いてもよいし、マルチモード光ファイバを用いてもよい。光ファイバ部20a〜20eを構成する光ファイバは、それぞれ種類が異なっていてもよい。
Each of the
また、光ファイバ部20a〜20eの長さは、それぞれ適宜決めることができる。例えば、研究室や実験室において測定対象液体の液位測定を行なう場合では、それぞれ数十cmの長さにすればよい。光源1とセンサ部4との距離を離す必要がある場合には、例えば、光ファイバ部20bまたは光ファイバ部20dの長さを長くすればよい。使用形態に応じて、各光ファイバ部20a〜20eは数百mの長さとすることも可能である。
The lengths of the
信号検出器6と測定演算器7、および光源1と測定演算器7とは、それぞれ信号線によって接続される。
例えば図1に示すように、光源1と参照光検出器5と信号検出器6と測定演算器7とを一つにまとめて、測定器8として構成してもよい。
The signal detector 6 and the
For example, as shown in FIG. 1, the light source 1, the
光源1としては、複数の波長の光を含む光を発する多波長光源と、任意の波長の単色光を発する単一波長光源のいずれをも使用可能である。多波長光源としては、例えば、白色光源を用い、単一波長光源としては、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)やレーザーダイオード(Laser Diode:LD)を用いる。
光源1は、光ファイバセンサ9を用いた測定のための光LT1を光分岐装置2に出力する。
As the light source 1, both a multi-wavelength light source that emits light including light of a plurality of wavelengths and a single wavelength light source that emits monochromatic light of an arbitrary wavelength can be used. As the multi-wavelength light source, for example, a white light source is used, and as the single-wavelength light source, for example, a light emitting diode (Light Emitting Diode: LED) or a laser diode (Laser Diode: LD) is used.
The light source 1 outputs light LT 1 for measurement using the
光分岐装置2は、例えば、光ファイバカプラなどのような、1つの入力ポートに光が入射した場合に、その光が複数の出力ポートに分岐して出力される装置により実現する。
本実施形態においては、2つの入力ポートと2つの出力ポートとを有し融着延伸法によって製作された2×2光ファイバカプラを用いる。この2×2光ファイバカプラにおいて、1つの入力ポートに入力された光は、2つの出力ポートに分岐されて出力される。
また、この光ファイバカプラにおいては、光の入出力方向を変更すれば、出力ポートは入力ポートとして機能し、入力ポートは出力ポートとして機能するものとする。
The optical branching
In this embodiment, a 2 × 2 optical fiber coupler that has two input ports and two output ports and is manufactured by a fusion drawing method is used. In this 2 × 2 optical fiber coupler, light input to one input port is branched to two output ports and output.
In this optical fiber coupler, if the input / output direction of light is changed, the output port functions as an input port, and the input port functions as an output port.
光ファイバコネクタ3には、例えば、光ファイバ同士の接続に使用される市販のコネクタを用いる。この光ファイバコネクタ3は、光ファイバセンサ9の光ファイバ部20aと、光ファイバ部20bとの接続に用いる。光ファイバ部20bの先端に直接センサ部4を設けて光ファイバセンサを製造した場合には、この光ファイバコネクタ3は不要である。
For the optical fiber connector 3, for example, a commercially available connector used for connecting optical fibers is used. The optical fiber connector 3 is used for connection between the
光ファイバセンサ9は、光分岐装置2、光ファイバ部20b、光ファイバ部20aを介して光源1から入力されたLT2光を、センサ部4において光ファイバセンサ9の外界と相互作用させ、外界の状況として、測定対象液体LQの液位LSを検出する。
光ファイバセンサ9の構成および機能の詳細については後述する。
The
Details of the configuration and function of the
参照光検出器5は、光分岐装置2によって光源からの光LT1から分岐された参照光LT5を検出する。
参照光検出器5は、例えば、フォトダイオードやスペクトルアナライザ(分光器)によって実現する。
参照光検出器5が検出する参照光LT5は、光源1からの光LT1の時間変動等の不安定性をキャンセルするための参照(リファレンス)として用い、例えば、参照光検出器5は測定演算器7に接続されて、参照光LT5を検出して得た参照信号SGrを測定演算器7に送信する。そのため、光源1の安定性を考慮しない精度の測定であれば、参照光検出器5は不要であり、また、光分岐装置2において参照光検出器5へ光を分岐させるための出力ポートも必要ない。
The
The
The reference light LT5 detected by the
信号検出器6は、光ファイバセンサ9において光ファイバセンサ9の外部の環境(外界)と相互作用を受けて光ファイバ部20bおよび光分岐装置2を介して光源1側へ戻ってきた戻り光を、光ファイバ部20eを介して受光する。
信号検出器6により、上記の戻り光の強度が検出される。即ち、信号検出器6は、光ファイバセンサ9からの戻り光の直接的な強度を検出する。
信号検出器6は、検出した光の強度のデータ信号SG1を測定演算器7に送信する。
The signal detector 6 receives the return light returned to the light source 1 side through the
The intensity of the return light is detected by the signal detector 6. That is, the signal detector 6 detects the direct intensity of the return light from the
The signal detector 6 transmits a data signal SG 1 of the detected light intensity to the
信号検出器6としては、例えば、スペクトルアナライザや、フォトダイオードを用いた受光回路を使用し、光源1の種類に応じてこれらの検出器を使い分ける。例えば、光源1に白色光源を用いる場合には、白色光源からの光に含まれる各波長の光のそれぞれの強度を検出するためにスペクトルアナライザを用いる。光源1にLEDやLD等の単一波長光源を用いる場合には、フォトダイオードを用いた受光回路で十分である。フォトダイオードを用いた受光回路を、パワーメータと呼ぶこともある。 As the signal detector 6, for example, a spectrum analyzer or a light receiving circuit using a photodiode is used, and these detectors are used depending on the type of the light source 1. For example, when a white light source is used as the light source 1, a spectrum analyzer is used to detect the intensity of each wavelength of light included in the light from the white light source. When a single wavelength light source such as an LED or LD is used as the light source 1, a light receiving circuit using a photodiode is sufficient. A light receiving circuit using a photodiode is sometimes called a power meter.
測定演算器7は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の処理回路とその駆動のためのプログラムによって実現する。
測定演算器7は、信号検出器6から送信されるデータ信号SG1に基づいて、光ファイバセンサ9を用いた測定対象の測定値を算出する。言い換えれば、測定演算器7は、データ信号SG1が表わす光の強度の情報を、この強度を用いた所定の演算により、光ファイバセンサ9の外界における測定対象の存在や、その濃度、酸性度等の特性の情報に変換する。このような測定目的に応じた変換のためのプログラムが測定演算器7には含まれている。
The
The
また、測定の自動化のために、測定演算器7から光源1に制御信号SG2を出力させて、光源1のオン・オフや光の強度・種類等を測定演算器7に制御させる構成としてもよい。
In order to automate the measurement, a control signal SG2 may be output from the
以下、光ファイバセンサ9について詳細に述べる。
図2(a)〜(c)は、第1実施形態に係る光ファイバセンサ9の構成を示し、光ファイバセンサ9のセンサ部4近傍での長手方向の断面図である。図2(a)〜(c)は、それぞれ、センサ部4の構造が異なる光ファイバセンサを示している。
本実施形態に係る光ファイバセンサ9は、光ファイバ部20aと、センサ部4とを有する。
光ファイバ部20aは、コア21と、その周りに積層されるクラッド22とを有する。光源1からの光はコア21に入射される。
また、本実施形態に係るセンサ部4は、ヘテロ・コア部30と、金属膜50と、反射膜60とを有する。
Hereinafter, the
2A to 2C show the configuration of the
The
The
In addition, the
本発明におけるモード規定解除部の一実施態様がヘテロ・コア部30である。また、本発明における反射部の一実施態様が反射膜60である。
本実施形態に係る光ファイバセンサ9は、光ファイバ部20aの光源1側に配置される端部とは反対側の端部に、数mmから数十mmの光ファイバ部20aの長さと比較して短いヘテロ・コア部30を接続して構成している。従って、光ファイバセンサ9は、センサ部4を構成するヘテロ・コア部30が先端に存在するティップ型の光ファイバセンサとなっている。
One embodiment of the mode regulation releasing unit in the present invention is the
The
図2(a),(b)には、光ファイバ部20aと同じく、コア31と、その周りに積層されたクラッド32とを有するヘテロ・コア部30が示されている。コア31の径blが光ファイバ部20aのコア21の径alよりも小さいヘテロ・コア部30が図2(a)に示されており、径blが径alよりも大きいヘテロ・コア部30が図2(b)に示されている。
このように、コア31の径blが光ファイバ部20aのコア21の径alと異なっているため、コア31およびクラッド32とはヘテロ・コア部と呼ばれる。
なお、コア21の屈折率はクラッド22の屈折率よりもわずかに大きく、コア31の屈折率はクラッド32の屈折率よりもわずかに大きい。
コア31とクラッド32とはいずれも光透過性部材であり、光を伝送させることが可能である。
2A and 2B show a hetero-
Thus, since the diameter bl of the
The refractive index of the
Each of the
図2(a)に示すヘテロ・コア部30においては、コア31の径blはコア21の径alよりも十分に小さく、例えば、al=50μm、bl=3μmであるとする。
図2(b)に示すヘテロ・コア部30においては、コア31の径blはコア21の径alよりも十分に大きく、例えば、al=50μm、bl=90μmであるとする。
また、ヘテロ・コア部30の長さclは、例えば数mm〜数十mmとする。
In the
In the
Further, the length cl of the
また、図2(c)に示すように、例えば、光ファイバ部20aのクラッド22と同等の屈折率を持ち光を伝送することが可能な光透過性部材300を、ヘテロ・コア部30の代わりに用いることも可能である。このような光透過性部材300も、コア径blが0である、一種のヘテロ・コア部であるとみなすことができる。
Further, as shown in FIG. 2C, for example, a
光ファイバ部20aとヘテロ・コア部30または光透過性部材300とは、長手方向に直交する界面40aにおいて、長手方向に沿って同軸に接合されている。ヘテロ・コア部30を光ファイバ部20aに接合する場合には、ヘテロ・コア部30のコア31と光ファイバ部20aのコア21とが接触するようにする。
以上の接合には、好適には、汎用化されている放電による融着手法を用いる。
The
For the above-mentioned joining, it is preferable to use a general-purpose fusion technique by electric discharge.
光ファイバ部20aおよびヘテロ・コア部30としては、シングルモード光ファイバおよびマルチモード光ファイバのいずれをも使用可能であり、これらを組み合わせて使用してもよい。
以下では、例えば、コア径alが約50μmのマルチモード光ファイバ(大崎電気社製)を用いた光ファイバ部20aに、コア径blが約3μmのシングルモード光ファイバ(Newport社製,F-SA)を用いたヘテロ・コア部30を接合した場合を一例として挙げて述べる。
As the
In the following, for example, an
ヘテロ・コア部30が存在することにより、光ファイバ部20aのコア21内を伝わってきた光の少なくとも一部は界面40aにおいてコア21の外部へリークする。コア21の外部へ導かれてリークした光の少なくとも一部はヘテロ・コア部30のクラッド32内を伝わる。このとき、ヘテロ・コア部30のクラッド32内においては、光ファイバ部20aのコア21内における光のモードの規定は解除され崩される。
ヘテロ・コア部30において光のモードの規定が解除されることは、光ファイバ部20aとヘテロ・コア部30として用いられる光ファイバの種類がシングルモード光ファイバであるかマルチモード光ファイバであるかに関わらず発生する。
Due to the presence of the
The definition of the light mode in the hetero-
図3は、センサ部4の構成および動作を説明する模式図である。
本実施形態に係るセンサ部4のヘテロ・コア部30は、表面側を被覆するように金属膜50が形成されている。
金属膜50としては、例えばヘテロ・コア部30の外側表面に蒸着によりクロム(Cr)膜を形成し、このクロム膜上に蒸着により金(Au)の膜を形成した、クロム膜と金膜の積層膜として金属膜50を形成する。クロム膜の膜厚は例えば数nm程度であり、金膜の膜厚は例えば数十nm程度である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration and operation of the
The
As the
詳細には後述するように、ヘテロ・コア部30の内部における光がヘテロ・コア部30と金属膜50との境界において反射することにより、表面プラズモンが発生する。
例えば、銀(Ag)やアルミニウム(Al)等の他の金属を用いて金属膜50を形成してもよい。
As will be described in detail later, light in the
For example, the
第1実施形態においては、ヘテロ・コア部30のうち光ファイバ部20aに融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、反射膜60をさらに設けている。
反射膜60は、例えば、銀を蒸着することにより形成する。
反射膜60の膜厚dlは、ヘテロ・コア部30内の光を光ファイバ部20a側に十分に反射することができる程度の厚さとする。例えば、膜厚dlは数百nm程度である。
ヘテロ・コア部30内の光を光ファイバ部20a側に十分に反射させることができれば、銀等の金属以外の物質を用いて反射膜60を形成してもよい。
反射膜60によりヘテロ・コア部30の先端が鏡面状になっていることにより、ヘテロ・コア部30内の光が先端において反射し易くなり、より多くの光が光ファイバ部20a側へ戻るようになる。
In the first embodiment, the
The
The thickness dl of the
The
Since the tip of the
ここで、本実施形態に係る液位計100による測定対象液体LQの液面LSの位置(液位)の測定について述べる。
表面プラズモンを発生させる金属膜50を有する光ファイバセンサ9は、様々な物理的、化学的特性を有する液体の液位の測定に利用可能であるが、以下では、グリセリン水溶液などの測定対象液体の液位を測定する場合を一例として挙げる。
Here, measurement of the position (liquid level) of the liquid level LS of the liquid LQ to be measured by the liquid level meter 100 according to the present embodiment will be described.
The
本実施形態に係るセンサ部4は、図1および図3に示すように、センサ部の先端側からグリセリン水溶液などの測定対象液体LQ中に浸漬させる。
この状態において、光源1から測定用の光を出射させる。
図1に示すように、光源1から出射された光LT1は、光ファイバ部20dを介して光分岐装置2に入射する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
In this state, measurement light is emitted from the light source 1.
As shown in FIG. 1, the light LT1 emitted from the light source 1 enters the optical branching
光LT1は、光分岐装置2により2つの光に分岐される。一方の光LT2は、光ファイバ部20bと光ファイバセンサ9の光ファイバ部20aとを介して、センサ部4に到達する。もう一方の光LT5は、参照光として光ファイバ部20cを介して参照光検出器5に入射する。
The light LT1 is branched into two lights by the
光ファイバ部20aのコア21内においては、光LT2は光ファイバの通常の性質から複数のモードが形成された光として伝わる。光ファイバ部20aによって伝送される光のモードは、コア21とクラッド22との境界における光の反射角として模式的にとらえることも可能である。光のモードを反射角ととらえた場合には、光ファイバ部20aにおける光の反射角は、非常に多くの離散的な角度であると考えることができる。
なお、本実施形態においては光源1から光ファイバ部20aに入射させた光の強度変化を利用して測定するため、1つの波長に対するモード群の合算の光強度のみを考慮すれば十分である。
In the
In the present embodiment, since the measurement is performed using the intensity change of the light incident on the
多様なモードである光は、界面40aを通過してヘテロ・コア部30のクラッド32に入射するときに、モードの規定が解除されてモードが崩される。言い換えれば、ヘテロ・コア部30内においては、クラッド32と金属膜50との境界において光が様々な反射角度で伝わるようになる。これは、光がヘテロ・コア部30へ入射するときに、モード形態を決定付ける様々な条件(コア径・屈折率・屈折率分布)が変化することと、モード形成の一つの要因であるファイバ長がヘテロ・コア部30の長さでは不十分であること、に起因すると考えられる。従って、あるモードに規定されていた光がヘテロ・コア部30に入射すると、そのモードの規定が解除されてモードが崩され、様々な反射角度で反射する、モードが崩された光となってクラッド32内に漏洩する。
When light having various modes passes through the
このとき、図3に示すように、漏洩した光はヘテロ・コア部30のクラッド32と金属膜50との境界において光が反射する。このとき、エバネッセント相互作用と呼ばれる現象により、クラッド32内の光と金属膜50との間において相互作用が発生し、光損失としてスペクトル上に変化が現れ、反射率が変化し、大部分の場合には、光の反射率が低下して反射光の強度が減少する。
At this time, as shown in FIG. 3, the leaked light is reflected at the boundary between the clad 32 and the
上記の反射率の変化は、金属膜50が存在しない場合にも発生する可能性はあるが、金属膜50を設けた場合には、図3に示すように、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon
Resonance:SPR)と呼ばれる現象により光のエネルギーが表面プラズモン共鳴波SPWを作り出すために奪われ、失われるので、反射率の変化をより大きくすることができ、光の強度変化の測定を容易化することができる。表面プラズモン共鳴現象については、例えば、『笠井,「表面プラズモン共鳴(SPR)を利用したバイオセンサー」蛋白質核酸酵素,Vol.37,No.15(1992年)p2977-2984』等の文献を参照されたい。
The change in reflectance described above may occur even when the
Resonance (SPR) phenomenon causes the energy of the light to be taken and lost to create the surface plasmon resonance wave SPW, so that the change in reflectance can be made larger and the measurement of the change in light intensity can be facilitated. be able to. Regarding the surface plasmon resonance phenomenon, for example, refer to documents such as “Kasai,“ Biosensor using surface plasmon resonance (SPR) ”protein nucleic acid enzyme, Vol. 37, No. 15 (1992) p2977-2984”. I want.
クラッド32内の光の反射率は、金属膜50が存在する場合には金属膜50に接している物質の屈折率、光吸収率に応じて変化する。金属膜50が存在しない場合には、クラッド32の外側表面に付着している物質の屈折率、光吸収率に応じて反射率が変化する。従って、ヘテロ・コア部30において反射した光の強度を測定することによって、センサ部4の外界に存在する物質の屈折率、光吸収率等の特性を知ることができ、これによってセンサ部が浸漬されている測定対象液体LQの液位を測定することができる。
When the
モードが崩れた光が金属膜50とクラッド32との境界において反射することにより、様々な反射角度、即ちより多くの条件で光とセンサ部4の外界との相互作用を発生させることができることになる。
By reflecting the light whose mode is broken at the boundary between the
光ファイバ部20aからヘテロ・コア部30のクラッド32内に入射し、モードが崩れた光となった光は、金属膜50との境界において反射しながらヘテロ・コア部30の先端まで伝わる。ヘテロ・コア部30の先端における界面40bには鏡面となるように反射膜60が設けられているため、光は界面40bにおいて反射し、再び金属膜50との境界において反射しながら光ファイバ部20a側に戻る。このように、センサ部4の先端において、モードが崩れた光を反射させて戻すことにより、光ファイバ部20a側に戻った戻り光は、ヘテロ・コア部30を一方向に通過させただけの光と比較してより多くの相互干渉の情報を含んだ光となる。
The light that has entered the clad 32 of the
ヘテロ・コア部30においてセンサ部4の外界との間で相互作用が生じた後に再び光ファイバ部20aのコア21内に戻った戻り光LT3は、図1に示す戻り光LT4として光ファイバ部20bを介して光分岐装置2に到達する。
戻り光LT4は、光分岐装置2によって2つの光に分岐される。分岐された一方の光LT6が、光ファイバ部20eを介して信号検出器6に到達する。
The return light LT3 returned to the
The return light LT4 is branched into two lights by the optical branching
信号検出器6は、光LT6の強度を検出する。光LT6の強度と戻り光LT3の強度との間には相関関係があるため、光LT6の強度変化を検出することによって、戻り光LT3の強度変化を知ることができる。 The signal detector 6 detects the intensity of the light LT6. Since there is a correlation between the intensity of the light LT6 and the intensity of the return light LT3, the intensity change of the return light LT3 can be known by detecting the intensity change of the light LT6.
測定演算器7は、信号検出器6から送信されたデータ信号SG1に含まれる光LT6の強度の情報に基づいて、前述のように既知な測定対象液体の特性と光LT6の強度との予め入手されている相関関係を用いて、測定対象液体の液位を測定する。また、このとき、信号検出器6からのデータと参照光検出器5からのデータを比較し、光源1の光変動を補正する計算を行う。
上記の相関関係は、例えば、図示しないメモリ等の記憶装置に、ルックアップテーブルとして記憶させておく。測定演算器7は、このメモリに適宜アクセスして、測定対象の特性と光LT6の強度との相関関係を入手する。
Based on the information on the intensity of the light LT6 included in the data signal SG1 transmitted from the signal detector 6, the
The above correlation is stored as a lookup table in a storage device such as a memory (not shown). The
上記の本実施形態に係る液位計によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサにより、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定することができる。 According to the liquid level meter according to the present embodiment, the optical fiber sensor provided with the mode regulation release unit at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core, regardless of the refractive index of the liquid to be measured, The liquid level can be measured continuously, not discretely.
(実施例)
上記の本実施形態に係る液位計を用いて光ファイバセンサの液位検知応答実験を行った。
まず、光ファイバセンサを液面に対して垂直に移動可能なステージ治具に固定し、上方から下方に移動して光ファイバセンサのセンサ部の先端側から液体内に浸漬させていった。この動作は、光ファイバセンサに対して液面が上下するのと等価である。
測定に使用した液体は濃度50%のグリセリン水溶液(屈折率1.398)であり、使用した光ファイバセンサのセンサ部の長さは10mmとし、センサ部表面にはクロム膜5nmと金膜20nmの積層膜である金属膜を形成した。
(Example)
A liquid level detection response experiment of the optical fiber sensor was performed using the liquid level meter according to the present embodiment.
First, the optical fiber sensor was fixed to a stage jig movable perpendicularly to the liquid surface, moved from above to below, and immersed in the liquid from the tip side of the sensor portion of the optical fiber sensor. This operation is equivalent to the liquid level rising and falling with respect to the optical fiber sensor.
The liquid used for the measurement is a 50% glycerin aqueous solution (refractive index: 1.398), the length of the sensor part of the used optical fiber sensor is 10 mm, and a chromium film of 5 nm and a gold film of 20 nm are formed on the surface of the sensor part. A metal film as a laminated film was formed.
図4(a)は白色光源とスペクトルアナライザを用いて、光ファイバセンサのセンサ部の先端側から液体内に浸漬させていったときのノーマライズした光強度を、波長に対してしめしたスペクトルであり、それぞれセンサ部を0mm,6.75mm,9.00mm,11.25mm,13.5mm浸漬させてときに対応する。
センサ部を徐々に50%グリセリン水溶液に浸漬させていくと、特定の波長領域(660nm)を中心に光の強度が減少している。この現象は、SPR特有のものであり、最も光が減少している波長を共鳴波長という。
FIG. 4 (a) shows a spectrum obtained by quantifying the normalized light intensity with respect to the wavelength when immersed in the liquid from the front end side of the optical fiber sensor using a white light source and a spectrum analyzer. This corresponds to the case where the sensor portions are immersed 0 mm, 6.75 mm, 9.00 mm, 11.25 mm, and 13.5 mm, respectively.
When the sensor part is gradually immersed in a 50% aqueous glycerin solution, the intensity of light decreases around a specific wavelength region (660 nm). This phenomenon is peculiar to SPR, and the wavelength at which light is most reduced is called the resonance wavelength.
図4(b)は、660nmのピーク波長を有する発光ダイオードおよびフォトダイオードをそれぞれ光源および光検出器に用い、0.8mm間隔でセンサ部を50%グリセリン水溶液に浸漬させたときの光の伝播強度に相当する相対出力を浸水深度に対してプロットした図である。
単調な光の減少が、センサ部の浸水深度の増加とともに観察された。
FIG. 4 (b) shows the light propagation intensity when a light emitting diode and a photodiode having a peak wavelength of 660 nm are used as a light source and a photodetector, respectively, and the sensor part is immersed in a 50% aqueous glycerin solution at intervals of 0.8 mm. It is the figure which plotted the relative output equivalent to to inundation depth.
A monotonous decrease in light was observed with increasing depth of immersion in the sensor section.
第2実施形態
図5は本実施形態に係る液位計の構成を示す模式図である。
第1実施形態に係る液位計と同様に、光ファイバセンサ9、光分岐装置2、光源、信号検出器および測定演算器を含む測定器8、参照光検出器5を有する。
ここで、光ファイバセンサ9としては、複数の光ファイバセンサを有しており、複数の光ファイバセンサの各モード規定解除部であるヘテロ・コア部からなるセンサ部(4a,4b,4c・・・4n)が、ファイバ固定治具FF1,FF2によって測定対象液体の液面LSに対してそれぞれ異なる高さで配置されている。
上記の構成において、センサ部のいずれかの先端から少なくとも一部を測定対象液体に浸漬させた状態でセンサ部からの戻り光の強度を測定することにより、測定対象液体の液位を測定することができる。
Second Embodiment FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a liquid level meter according to this embodiment.
Similarly to the liquid level meter according to the first embodiment, the
Here, the
In the above configuration, the liquid level of the measurement target liquid is measured by measuring the intensity of the return light from the sensor unit in a state where at least a part of the sensor unit is immersed in the measurement target liquid. Can do.
本実施形態に係る液位計によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサにより、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定することができる。
また、ティップ型の光ファイバセンサを用いて高精度に液位を測定するためには、センサ部の長さを数10mm程度に抑える必要があるが、本実施形態のように複数本の光ファイバセンサを高さを変えて配置することで、各センサ部毎に液位を測定でき、液位測定のダイナミックレンジを拡大することができる。
According to the liquid level meter according to the present embodiment, the optical fiber sensor in which the mode regulation release unit is provided at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core allows the discrete measurement regardless of the refractive index of the liquid to be measured. Instead, the liquid level can be measured continuously.
In order to measure the liquid level with high accuracy using the tip type optical fiber sensor, it is necessary to suppress the length of the sensor unit to about several tens of millimeters. However, as in the present embodiment, a plurality of optical fibers are used. By arranging the sensors at different heights, the liquid level can be measured for each sensor unit, and the dynamic range of the liquid level measurement can be expanded.
第3実施形態
図6(a)は本実施形態に係る水準器の構成を示す模式図であり、図6(b)はファイバ固定治具とセンサ部の配置構成を示す平面図である。
第1実施形態に係る液位計と同様に、光ファイバセンサ9、光分岐装置2、光源、信号検出器および測定演算器を含む測定器8、参照光検出器5を有する。
ここで、本実施形態に係る水準器は、光ファイバセンサを3本有している。3本の光ファイバセンサの各モード規定解除部であるヘテロ・コア部からなるセンサ部(4a,4b,4c)は、ファイバ固定治具FF3により相対的姿勢が固定されて容器CN1の内部に収容されている。具体的には、例えば図6(b)に示すように、略円柱状のファイバ固定治具FF3の外周部において既知の角度(例えば120°の角度)毎に、配置および固定されている。
Third Embodiment FIG. 6A is a schematic diagram showing the configuration of a level according to this embodiment, and FIG. 6B is a plan view showing the arrangement configuration of a fiber fixing jig and a sensor unit.
Similarly to the liquid level meter according to the first embodiment, the
Here, the level according to the present embodiment has three optical fiber sensors. The sensor portions (4a, 4b, 4c), which are hetero-core portions, which are the mode regulation release portions of the three optical fiber sensors, are housed in the container CN1 with their relative postures fixed by the fiber fixing jig FF3. Has been. Specifically, for example, as shown in FIG. 6 (b), it is arranged and fixed at every known angle (for example, an angle of 120 °) on the outer peripheral portion of the substantially cylindrical fiber fixing jig FF3.
容器CN1は、ファイバ固定治具FF3をフタとして密閉されており、各センサ部(4a,4b,4c)の中腹に液面が来るような量の液体(測定対象液体)が封入されている。用いる液体としては、水や油など何を使用してもよく、これはセンシング原理にSPRを用いているため、金属膜の厚みを変えることで多様な種類、多様な濃度、多様な屈折率の液体に対応できるからである。ただし、エタノールなどの揮発性の液体や粘性の低い液体を用いて、センサ部(4a,4b,4c)への液体の残留付着を防止することが望ましい。 The container CN1 is sealed with the fiber fixing jig FF3 as a lid, and encloses a quantity of liquid (measuring liquid) such that the liquid level comes to the middle of each sensor part (4a, 4b, 4c). As the liquid to be used, anything such as water or oil may be used. Since this uses SPR as the sensing principle, various types, various concentrations and various refractive indexes can be obtained by changing the thickness of the metal film. It is because it can respond to a liquid. However, it is desirable to prevent the liquid from adhering to the sensor parts (4a, 4b, 4c) by using a volatile liquid such as ethanol or a liquid having low viscosity.
センサ部(4a,4b,4c)に接続する3本の光ファイバセンサは、それぞれ光カプラや光スイッチなどを含む光分岐装置2に接続されている。光分岐装置2は測定器8に接続されており、各センサ部(4a,4b,4c)の光信号を独立して検出することができる。
参照ファイバとこれに接続する参照光検出器5は、光源の不安定性あるいは伝送路ファイバで生じる曲げなどによる光損失を、センサ信号からキャンセルするために設けられている。そのため、遠隔からの計測を行う場合や光源の光強度のふらつきが大きな場合には有効である。
The three optical fiber sensors connected to the sensor units (4a, 4b, 4c) are connected to the optical branching
The reference fiber and the
各センサ部(4a,4b,4c)の先端から少なくとも一部を測定対象液体に浸漬させた状態で、各センサ部(4a,4b,4c)からの戻り光の強度を測定することにより、各センサ部(4a,4b,4c)毎の測定対象液体の液位を測定し、3本の光ファイバセンサに対する測定対象液体の液面LSの傾きを測定する。この傾きによって、水準器の傾きを測定することができる。
例えば、初期状態と測定対象状態のそれぞれに対して液面LSの傾きを測定し、測定対象状態が初期状態に対してどれだけ傾いているかを測定することができる。
By measuring the intensity of the return light from each sensor part (4a, 4b, 4c) in a state where at least a part is immersed in the liquid to be measured from the tip of each sensor part (4a, 4b, 4c), The liquid level of the liquid to be measured is measured for each sensor unit (4a, 4b, 4c), and the inclination of the liquid level LS of the liquid to be measured with respect to the three optical fiber sensors is measured. By this inclination, the inclination of the level can be measured.
For example, the inclination of the liquid level LS can be measured for each of the initial state and the measurement target state, and how much the measurement target state is inclined with respect to the initial state can be measured.
図7(a)は図6(a)および(b)に示す水準器がある方向に傾いたと仮定したときの模式図である。
点線で示される初期状態から、実線で示される傾いた状態へ、傾きIが生じたと想定する。このとき、液面LSは一旦ゆらめくが、最終的には定常となり、水平な平面となる。このため、各光ファイバセンサのセンサ部(4a,4b,4c)は、液面と接する位置が変化する。
FIG. 7A is a schematic diagram when it is assumed that the level shown in FIGS. 6A and 6B is inclined in a certain direction.
Assume that an inclination I has occurred from an initial state indicated by a dotted line to an inclined state indicated by a solid line. At this time, the liquid level LS once fluctuates, but eventually becomes steady and becomes a horizontal plane. For this reason, the positions where the sensor portions (4a, 4b, 4c) of the respective optical fiber sensors are in contact with the liquid surface change.
図7(b)は、ファイバ固定治具FF3の座標系を示している。図中の点線および実線の×印CPは、各センサの液面との接点を示す。この座標系では、水準器(ファイバ固定治具)が傾くと、相対的に液面が初期状態(点線)から傾いた状態(実線)に傾いたようにように見える。
図7(b)のx-y平面は、水準器の上部から見た図に相当するため、その座標に変化はなく、変化するのはz軸方向の値のみである。つまり、3本の光ファイバセンサの液位情報のみが変化することになる。
平面は3点の座標の値が既知であれば求められるから、傾いた平面は上記の3点のz軸の液位情報をセンシングして、定数であるx-y座標の値と合わせれば求められる。
傾きの方向とその大きさを求めるには、z軸の値を全てゼロにした初期状態の平面と、傾いた後の平面とを用いて、2つの角度(θ1:x-y平面とのなす角度、θ2:x-y平面上の弧度)を求めればよい。具体的には、傾いた平面の法線を求めて、初期状態の平面との角度をそれぞれ求める。
FIG. 7B shows a coordinate system of the fiber fixing jig FF3. The dotted and solid X marks CP in the figure indicate the contact points with the liquid level of each sensor. In this coordinate system, when the level (fiber fixing jig) is tilted, it seems that the liquid level is relatively tilted from the initial state (dotted line) to the tilted state (solid line).
Since the xy plane in FIG. 7B corresponds to a diagram viewed from the upper part of the level, the coordinates thereof are not changed, and only the values in the z-axis direction are changed. That is, only the liquid level information of the three optical fiber sensors changes.
Since the plane can be obtained if the values of the coordinates of the three points are known, the inclined plane can be obtained by sensing the liquid level information on the z-axis of the three points and combining it with the value of the xy coordinates, which is a constant.
In order to obtain the direction and the magnitude of the inclination, two angles (the angle formed with the θ1: xy plane, θ2: arc degree on the xy plane) may be obtained. Specifically, the normal of the inclined plane is obtained, and the angle with the plane in the initial state is obtained.
本実施形態の水準器によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサを複数組み合わせて、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定し、測定対象液体の液面の傾きを測定することができる。 According to the level of the present embodiment, a plurality of optical fiber sensors each provided with a mode regulation release unit at the tip of an optical fiber unit that transmits light in the core are combined, so that they are discrete regardless of the refractive index of the liquid to be measured. It is possible to measure the liquid level continuously and measure the inclination of the liquid surface of the liquid to be measured.
第4実施形態
図8(a)は本実施形態に係る水準器の構成を示す模式図であり、図8(b)はファイバ固定治具とセンサ部の配置構成を示す平面図である。
第3実施形態に係る水準器と同様に、光ファイバセンサ9、光分岐装置2、光源、信号検出器および測定演算器を含む測定器8、参照光検出器5を有する。
ここで、本実施形態に係る水準器は、光ファイバセンサを2本有している。2本の光ファイバセンサの各モード規定解除部であるヘテロ・コア部からなるセンサ部(4a,4b)は、ファイバ固定治具FF4により相対的姿勢が固定されて容器CN2の内部に収容されている。具体的には、例えば図8(b)に示すように、略円柱状のファイバ固定治具FF4の外周部において既知の角度(例えば90°の角度)となるように、配置および固定されている。
また、容器の形状は丸底フラスコなどの球状とし、傾きが生じた場合にも常に変わらない液面LSの表面積を保つようにする。丸底の容器の場合、土台を設けて水準器の設置を安定させる。
Fourth Embodiment FIG. 8A is a schematic diagram showing the configuration of a level according to this embodiment, and FIG. 8B is a plan view showing the arrangement configuration of a fiber fixing jig and a sensor unit.
Similar to the level according to the third embodiment, the
Here, the level according to the present embodiment has two optical fiber sensors. The sensor part (4a, 4b) which is a hetero core part which is each mode regulation release part of two optical fiber sensors is housed in the container CN2 with its relative posture fixed by the fiber fixing jig FF4. Yes. Specifically, for example, as shown in FIG. 8 (b), it is arranged and fixed at a known angle (for example, an angle of 90 °) at the outer periphery of the substantially cylindrical fiber fixing jig FF4. .
In addition, the shape of the container is a spherical shape such as a round bottom flask, and the surface area of the liquid level LS is always maintained even when an inclination occurs. In the case of a round-bottomed container, provide a foundation to stabilize the leveling.
本実施形態の水準器において、2本の光ファイバセンサのセンサ部で検知した液面のx-y-z座標(液位)と、容器CN2内に封入された液体(測定対象液体)の体積から、傾いた平面を求めることができる。 In the level of the present embodiment, the liquid surface is tilted from the xyz coordinates (liquid level) detected by the sensor units of the two optical fiber sensors and the volume of the liquid (measuring liquid) enclosed in the container CN2. A plane can be obtained.
本実施形態の水準器によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサを複数組み合わせて、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定し、測定対象液体の液面の傾きを測定することができる。 According to the level of the present embodiment, a plurality of optical fiber sensors each provided with a mode regulation release unit at the tip of an optical fiber unit that transmits light in the core are combined, so that they are discrete regardless of the refractive index of the liquid to be measured. It is possible to measure the liquid level continuously and measure the inclination of the liquid surface of the liquid to be measured.
第5実施形態
図9は本実施形態に係る気圧計や水圧系などの圧力計の模式図である。
第1実施形態に係る液位計と同様に、モード規定解除部であるヘテロ・コア部30からなるセンサ部4を含む光ファイバセンサ9、光分岐装置2、光源、信号検出器および測定演算器を含む測定器8、参照光検出器5を有する。
センサ部4(モード規定解除部)は、ファイバ固定治具FF5により容器CN3中に固定され、収容されている。
さらに、容器CN3中には測定対象液体LQが封入されている。
ここで、容器CN3は、気圧や水圧などの外部圧力に応じて測定対象液体LQの液面LSが変動する機構を有する。例えば容器CN3の底面がダイヤフラム構造DFである場合、容器CN3の底面は圧力(気圧、水圧)が印加されると変形し、これによって内部に封入されている測定対象液体LQの液面LSが変動する。
ここで、センサ部4(モード規定解除部)の先端から少なくとも一部を測定対象液体LQに浸漬させた状態で、センサ部4からの戻り光の強度を測定することにより、測定対象液体LQの液位を測定して、外部圧力に換算する。容器の内側は、上部がくびれた形状とすることで、ダイヤフラムの微小な形状変化を大きな液面の変動に変換して観測することができる。
Fifth Embodiment FIG. 9 is a schematic diagram of a pressure gauge such as a barometer or a water pressure system according to this embodiment.
Similar to the liquid level meter according to the first embodiment, the
The sensor unit 4 (mode regulation release unit) is fixed and accommodated in the container CN3 by the fiber fixing jig FF5.
Further, the measurement target liquid LQ is sealed in the container CN3.
Here, the container CN3 has a mechanism in which the liquid level LS of the measurement target liquid LQ varies according to an external pressure such as atmospheric pressure or water pressure. For example, when the bottom surface of the container CN3 has a diaphragm structure DF, the bottom surface of the container CN3 is deformed when pressure (atmospheric pressure, water pressure) is applied, and thereby the liquid level LS of the measurement target liquid LQ enclosed therein varies. To do.
Here, by measuring the intensity of the return light from the
本実施形態の圧力計によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサと外部圧力に応じて測定対象液体の液面が変動する機構を有する容器と組み合わせて、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定し、外部圧力に換算することができる。 According to the pressure gauge of the present embodiment, a mechanism in which the liquid level of the liquid to be measured fluctuates according to the external pressure and the optical fiber sensor in which the mode regulation release unit is provided at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core The liquid level can be continuously measured and converted into an external pressure, not discretely, regardless of the refractive index of the liquid to be measured.
第6実施形態
図10は本実施形態に係る温度計の模式図である。
第1実施形態に係る液位計と同様に、モード規定解除部であるヘテロ・コア部30からなるセンサ部4を含む光ファイバセンサ9、光分岐装置2、光源、信号検出器および測定演算器を含む測定器8、参照光検出器5を有する。
センサ部4(モード規定解除部)は、容器CN4中に固定され、収容されている。
さらに、容器CN4中には、アルコールあるいは白灯油などの熱膨張性の測定対象液体TLが封入されている。雰囲気の温度に応じて、熱膨張性の測定対象液体TLの体積が変化し、液面LSが変動する。
センサ部4(モード規定解除部)の先端から少なくとも一部を熱膨張性の測定対象液体TLに浸漬させた状態で、センサ部4からの戻り光の強度を測定することにより、熱膨張性の測定対象液体TLの液位を測定して、温度に換算する。
Sixth Embodiment FIG. 10 is a schematic diagram of a thermometer according to this embodiment.
Similar to the liquid level meter according to the first embodiment, the
The sensor unit 4 (mode regulation release unit) is fixed and accommodated in the container CN4.
Further, in the container CN4, a liquid TL having a thermal expansion property such as alcohol or white kerosene is enclosed. Depending on the temperature of the atmosphere, the volume of the liquid TL for thermal expansion changes, and the liquid level LS varies.
By measuring the intensity of the return light from the
本実施形態の温度計によれば、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサと雰囲気の温度に応じて液面が変動する測定対象液体と組み合わせて、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定し、温度に換算することができる。 According to the thermometer of the present embodiment, the optical fiber sensor in which the mode regulation release unit is provided at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core, and the liquid to be measured whose liquid level varies according to the temperature of the atmosphere In combination, regardless of the refractive index of the liquid to be measured, the liquid level can be measured continuously, not discretely, and converted into temperature.
第7実施形態
図11(a)〜(c)は、上記の第1〜第6実施形態に係る液位計、水準器、圧力計および温度計に適用可能な光ファイバセンサのセンサ部の長手方向の断面図である。
本実施形態に係る光ファイバセンサのセンサ部は、図2(a)〜(c)に示すセンサ部と比較して、金属膜50の代わりに検出薬固定化膜500を用いている点が異なっている。図11(a)〜(c)は、図2(a)〜(c)にそれぞれ対応しており、ヘテロ・コア部30の異なる構造をそれぞれ示している。同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記載は省略する。
Seventh Embodiment FIGS. 11 (a) to 11 (c) are longitudinal views of a sensor portion of an optical fiber sensor applicable to the liquid level gauge, level, pressure gauge, and thermometer according to the first to sixth embodiments. It is sectional drawing of a direction.
The sensor unit of the optical fiber sensor according to the present embodiment is different from the sensor unit shown in FIGS. 2A to 2C in that a detection
検出薬固定化膜500は、例えば、ゾル・ゲル法によって形成する膜や高分子膜によって実現する。例えば、分子レベルの非常に細かい孔を有する多孔性膜として検出薬固定化膜500を形成することが、検出薬固定化膜500が固定化する検出薬と測定対象物とをより効果的に反応可能な点で好ましい。
The detection
検出薬としては、例えば、酸または塩基を検出するpH指示薬のような機能性色素や、特定の金属を検出する金属指示薬等の薬品を用いることができる。
これらの検出薬は、ゾル・ゲル法によって検出薬固定化膜500を形成する際に混合によって検出薬固定化膜500に固定化することもできるし、検出薬固定化膜500に化学的に固定化することもできる。
As the detection agent, for example, a functional dye such as a pH indicator for detecting an acid or a base, or a chemical such as a metal indicator for detecting a specific metal can be used.
These detection drugs can be immobilized on the detection
上述のような検出薬は、その種類に応じて、特定の検出対象物と選択的に反応する。この反応により、検出対象物の特性(例えば、酸であるか塩基であるか等の性質)に応じて、特定の波長の光が吸収されたり、蛍光が生じる等の現象が発生する。
この光の吸収や蛍光等の現象に応じて、スペクトルの変化や強度変化等の変化が、ヘテロ・コア部30の内部のモードが崩れた光にもたらされる。
従って、検出薬と検出対象物との反応に基づく相互作用を受けた光の戻り光LT6のスペクトル変化や強度変化を信号検出器6で検出することにより、検出対象物、つまり測定対象物の存在やpH、その種類等の特性を知ることが可能になる。
The detection drug as described above selectively reacts with a specific detection target depending on the type. By this reaction, a phenomenon such as absorption of light of a specific wavelength or generation of fluorescence occurs depending on the characteristics of the detection target (for example, whether it is an acid or a base).
In accordance with the phenomenon such as light absorption and fluorescence, changes such as spectrum change and intensity change are brought to the light in which the mode inside the
Therefore, the signal detector 6 detects the spectral change and intensity change of the return light LT6 of the light subjected to the interaction based on the reaction between the detection agent and the detection target, thereby detecting the presence of the detection target, that is, the measurement target. It becomes possible to know characteristics such as pH, type, and the like.
以上のように、本実施形態のセンサ部によれば、検出薬固定化膜500によって、特定の測定対象物と反応する検出薬をヘテロ・コア部30に固定化している。従って、検出薬の種類に応じて、測定対象物を選択的に測定することが可能になり、さらに高感度・高精度な測定を行なうことができる。
検出薬をセンサ部4側に固定化するため、例えば、アンモニアの検出のように、液体に限らず気体に含まれる測定対象物の検出ならびに定量が可能である。
以上のように、検出薬の種類を変えることにより、屈折率センサや濃度センサ、pH測定センサ等の多種のセンサを実現可能となる。
As described above, according to the sensor unit of the present embodiment, the detection drug that reacts with a specific measurement object is immobilized on the
Since the detection drug is immobilized on the
As described above, various sensors such as a refractive index sensor, a concentration sensor, and a pH measurement sensor can be realized by changing the type of detection drug.
第8実施形態
図12(a)〜(c)は、上記の第1〜第6実施形態に係る液位計、水準器、圧力計および温度計に適用可能な光ファイバセンサのセンサ部の長手方向の断面図である。
本実施形態に係る光ファイバセンサのセンサ部は、図2(a)〜(c)に示すセンサ部と比較して、金属膜50を設けない点が異なっている。図12(a)〜(c)は、図2(a)〜(c)にそれぞれ対応しており、ヘテロ・コア部30の異なる構造をそれぞれ示している。同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記載は省略する。
Eighth Embodiment FIGS. 12 (a) to 12 (c) are longitudinal views of a sensor portion of an optical fiber sensor applicable to the liquid level gauge, level, pressure gauge, and thermometer according to the first to sixth embodiments. It is sectional drawing of a direction.
The sensor part of the optical fiber sensor according to the present embodiment is different from the sensor part shown in FIGS. 2A to 2C in that the
本実施形態に係る光ファイバセンサを用いた場合、ヘテロ・コア部30の先端に反射膜60は設けていない。反射膜60が無い場合であっても、ヘテロ・コア部30とその外部の外界との屈折率差により、ヘテロ・コア部30内の光はある程度光ファイバ部20a側へ反射して戻る。
When the optical fiber sensor according to the present embodiment is used, the
光ファイバ型センサにおいて、センサの外部の状況の特性を検出するためには、光ファイバ内の光を外部と相互作用させることさえできればよく、感度や選択性を必要としない場合には、金属膜50や検出薬固定化膜500は必要ない。従って、図12(a)〜(c)に示すようにヘテロ・コア部30のみを用いてセンサ4部を実現した場合にも、外部の状況の特性の検出は可能である。
In an optical fiber type sensor, in order to detect the characteristics of the external situation of the sensor, it is only necessary to allow the light in the optical fiber to interact with the outside. When sensitivity and selectivity are not required, a metal film is used. 50 and the detection
ヘテロ・コア部30のみを光ファイバ部20aに融着接合した光ファイバセンサであっても、ヘテロ・コア部30において光のモードが崩れることにより、検出特性を線形的にすることが可能になる。
Even in the case of an optical fiber sensor in which only the hetero-
第9実施形態
図13は本実施形態に係るティップ型の光ファイバセンサを用いた液位計の概略構成図である。
本実施形態に係るティップ型の光ファイバセンサ液位計100aは、実質的に第1実施形態に係る液位計100と同様の構成であるが、光分岐装置2に対してさらに別の光分岐装置2aが接続しており、この光分岐装置2aに対して、参照ファイバ4rと参照光検出器5が接続していることが異なる。
上記のように2つの光分岐装置(2、2a)を用いて、伝搬する光LT51を参照ファイバ4rに導く。参照ファイバ4rの先端はセンサ部4と同様に反射膜が形成されており、参照ファイバ4rに導かれた光は反射して戻り光LT52となる。光分岐器2aを経た戻り光LT53は参照光検出器5に導かれ、検出されて光強度が測定される。参照光検出器5は測定演算器7に接続されて、参照光を検出して得た参照信号SGrを測定演算器7に送信する。
Ninth Embodiment FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a liquid level meter using a tip-type optical fiber sensor according to the present embodiment.
The tip-type optical fiber sensor liquid level meter 100a according to the present embodiment has substantially the same configuration as that of the liquid level meter 100 according to the first embodiment. The
As described above, the propagating light LT51 is guided to the reference fiber 4r using the two optical branching devices (2, 2a). A reflection film is formed at the tip of the reference fiber 4r in the same manner as the
参照ファイバは、ファイバに付与される曲げによって生じる影響を低減するために導入される。実施するにあたっては、参照ファイバはセンサ部4のファイバとなるべく近い位置に沿わせて構成する。このことで、同等の曲げがセンサ部と参照ファイバに与えられ、曲げ損失を同等にすることができる。このようにして、センサ部と参照ファイバから検出される光強度を比較し、計算処理すれば曲げ損失を補正することができる。
上記以外の構成は第1実施形態と同様であり、コア中で光を伝送する光ファイバ部の先端にモード規定解除部が設けられた光ファイバセンサにより、測定対象液体の屈折率によらず、離散的でなく、連続的に液位を測定することができる。また、本実施形態に係る2つの光分岐装置を接続して参照ファイバを設ける構成は、上記の各実施形態に適用することができる。
A reference fiber is introduced to reduce the effects caused by bending applied to the fiber. In implementation, the reference fiber is configured along a position as close as possible to the fiber of the
The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment, and the optical fiber sensor in which the mode regulation release unit is provided at the tip of the optical fiber unit that transmits light in the core, regardless of the refractive index of the liquid to be measured, The liquid level can be measured continuously, not discretely. The configuration in which the two optical branching devices according to the present embodiment are connected and the reference fiber is provided can be applied to each of the above embodiments.
上記各実施形態に係る液位計、水準器、圧力計および温度計は、測定対象液体に直接接触する部分では電力を必要としないため、電気防爆性、耐引火性に優れ、光による情報伝達のため遠隔モニタリングが可能であり、小型化・軽量化したセンサ部の構築が可能であり、発光ダイオードおよびフォトダイオードの構成を用いることでミリ秒オーダーの実時間性の高い計測ができ、さらに、液位計としては上下する液面を連続的に精度良く計測可能であり、水準器においては高精度に傾きを計測できる。 The liquid level gauge, level, pressure gauge, and thermometer according to each of the above embodiments does not require electric power at the portion that directly contacts the liquid to be measured, and therefore has excellent electrical explosion resistance and flammability resistance, and transmits information by light. Therefore, remote monitoring is possible, and it is possible to construct a sensor unit that is small and light, and by using a configuration of a light emitting diode and a photodiode, it is possible to perform measurement with high real-time performance on the order of milliseconds, As a liquid level gauge, it is possible to measure the liquid level that rises and falls continuously with high accuracy, and the level can measure the inclination with high accuracy.
なお、本発明は上記の実施形態およびその変形形態に限定されない。
例えば、上記の各実施形態において、光ファイバセンサのセンサ部に、これを保護するための、あるいは非粘着性(疎水性)のカバー部材を取り付けてもよい。この場合には、いずれの液位においても液面がセンサ部に接するように構成する。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
In addition, this invention is not limited to said embodiment and its modification.
For example, in each of the above embodiments, a non-adhesive (hydrophobic) cover member may be attached to the sensor portion of the optical fiber sensor to protect it. In this case, the liquid level is in contact with the sensor unit at any liquid level.
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明の液位計は、金属膜50の種類や検出薬固定化膜500に固定化させる検出薬の種類に応じて、種々の液体、種々の濃度、種々の屈折率の液体の液位を高精度に計測する液位計に適用できる。
また、本発明の水準器は、高精度の傾きを検知する水準器に適用できる。
また、本発明の圧力計は、高精度に気圧や水圧などの圧力を計測する圧力計に適用できる。
また、本発明の温度計は、高精度に温度を計測する温度計に適用できる。
The liquid level meter of the present invention can adjust the liquid levels of various liquids, various concentrations, and various refractive indexes according to the type of
Further, the level of the present invention can be applied to a level that detects a highly accurate inclination.
The pressure gauge of the present invention can be applied to a pressure gauge that measures pressure such as atmospheric pressure or water pressure with high accuracy.
Moreover, the thermometer of this invention is applicable to the thermometer which measures temperature with high precision.
1…光源
2,2a…光分岐装置
3…光ファイバコネクタ
4,4a,4b,4c・・・4n…センサ部
4r…参3照ファイバ
5…参照光検出器
6…信号検出器(光検出手段)
7…測定演算器(測定手段)
9…ティップ型光ファイバセンサ
20a〜e…光ファイバ部
21,31…コア
22,32…クラッド
30…ヘテロ・コア部
50…金属膜
60…反射膜
100…ティップ型光ファイバセンサ液位計
500…検出薬固定化膜
CN1〜CN4…容器
DF…ダイヤフラム構造
LQ…測定対象液体
LS…液面
LT,LT1〜LT6,LT51〜LT53…光
FF1〜FF5…ファイバ固定治具
SG1…データ信号
SG2…制御信号
SGr…参照信号
SPW…表面プラズモン共鳴波
TL…熱膨張性の測定対象液体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
7 ... Measurement calculator (measuring means)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部と
を有する光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、
前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と
を有し、
前記モード規定解除部の先端から少なくとも一部を測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記測定対象液体の液位を測定する
液位計。 An optical fiber that transmits light in the core;
A light transmissive member fused and bonded to the tip of the optical fiber portion, and at least part of the light transmitted by the optical fiber portion is guided to the outside of the core to cancel the regulation of the mode of the light; An optical fiber sensor having a mode regulation canceling unit for returning the light whose regulation is canceled into the core;
A light source connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber part side and emitting light to the core of the optical fiber sensor;
A light detection unit that detects the direct intensity of the return light that has returned to the light source side through the core in response to the interaction with the outside of the mode specification release unit in the mode specification release unit;
A liquid level meter that measures the liquid level of the measurement target liquid by measuring the intensity of the return light in a state where at least a part of the mode regulation release unit is immersed in the measurement target liquid.
請求項1に記載の液位計。 The liquid level meter according to claim 1, wherein the mode regulation release unit is a hetero core unit having a core diameter different from that of the core of the optical fiber unit.
請求項1に記載の液位計。 The liquid level gauge according to claim 1, wherein the mode regulation canceling portion is a hetero core portion made only of a clad.
請求項2または3に記載の液位計。 The liquid level meter according to claim 2, further comprising a metal film that generates surface plasmons on the surface of the hetero core portion by reflection of light in the hetero core portion on the surface.
請求項2または3に記載の液位計。 A detection agent that selectively reacts with the liquid to be measured outside the hetero-core portion on the surface of the hetero-core portion and brings a change corresponding to the reaction to the light in the hetero-core portion The liquid level meter according to claim 2 or 3, wherein is fixed.
請求項2〜5のいずれかに記載の液位計。 The light in the hetero core portion is reflected on the surface of the end portion of the hetero core portion opposite to the end portion fusion-bonded to the optical fiber portion to the optical fiber portion side. The liquid level meter according to any one of claims 2 to 5, further comprising a reflecting portion to be returned.
前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部と
を有する複数の光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、
前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と
を有し、
前記複数の光ファイバセンサの各モード規定解除部が、測定対象液体の液面に対してそれぞれ異なる高さで配置されており、
前記モード規定解除部のいずれかの先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記測定対象液体の液位を測定する
液位計。 An optical fiber that transmits light in the core;
A light transmissive member fused and bonded to the tip of the optical fiber portion, and at least part of the light transmitted by the optical fiber portion is guided to the outside of the core to cancel the regulation of the mode of the light; A plurality of optical fiber sensors having a mode regulation releasing unit for returning light into which the regulation is released into the core;
A light source connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber part side and emitting light to the core of the optical fiber sensor;
A light detection unit that detects the direct intensity of the return light that has returned to the light source side through the core in response to the interaction with the outside of the mode specification release unit in the mode specification release unit;
Each mode regulation release portion of the plurality of optical fiber sensors is arranged at different heights with respect to the liquid surface of the liquid to be measured,
A liquid level meter that measures the liquid level of the measurement target liquid by measuring the intensity of the return light in a state in which at least a part is immersed in the measurement target liquid from any tip of the mode regulation release unit.
前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部と
を有し、前記モード規定解除部が所定の間隔を開けるように配置されている3本の光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、
前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と、
相対的姿勢を固定して前記各モード規定解除部を内部に収容する容器と、
前記容器に収容された測定対象液体と
を有し、
前記各モード規定解除部の先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記各モード規定解除部毎の前記測定対象液体の液位を測定し、前記3本の光ファイバセンサに対する前記測定対象液体の液面の傾きを測定する
水準器。 An optical fiber that transmits light in the core;
A light transmissive member fused and bonded to the tip of the optical fiber portion, and at least part of the light transmitted by the optical fiber portion is guided to the outside of the core to cancel the regulation of the mode of the light; Three optical fiber sensors, each of which has a mode regulation canceling portion for returning the light of which the regulation has been canceled into the core, and the mode regulation canceling unit is disposed so as to have a predetermined interval;
A light source connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber part side and emitting light to the core of the optical fiber sensor;
A light detection unit that detects direct intensity of return light that has returned to the light source side through the core in response to an interaction with the outside of the mode specification release unit in the mode specification release unit;
A container for fixing the relative posture and accommodating each mode regulation release portion therein;
A liquid to be measured contained in the container,
By measuring the intensity of the return light in a state in which at least a part is immersed in the measurement target liquid from the tip of each mode definition release unit, the liquid level of the measurement target liquid for each mode specification release unit is determined. Measure and measure the inclination of the liquid level of the liquid to be measured with respect to the three optical fiber sensors.
前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部と
を有し、前記モード規定解除部が所定の間隔を開けるように配置されている2本の光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、
前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と、
相対的姿勢を固定して前記各モード規定解除部を内部に収容する容器と、
前記容器に収容された測定対象液体と
を有し、
前記各モード規定解除部の先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記各モード規定解除部毎の前記測定対象液体の液位を測定して得られる前記2本の光ファイバセンサに対する前記測定対象液体の液位と、前記容器の形状および前記測定対象液体の体積から、前記測定対象液体の液面の傾きを測定する
水準器。 An optical fiber that transmits light in the core;
A light transmissive member fused and bonded to the tip of the optical fiber portion, and at least part of the light transmitted by the optical fiber portion is guided to the outside of the core to cancel the regulation of the mode of the light; Two optical fiber sensors, each of which has a mode regulation release unit for returning the light of which the regulation is released into the core, and the mode regulation release unit is arranged so as to open a predetermined interval;
A light source connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber part side and emitting light to the core of the optical fiber sensor;
A light detection unit that detects direct intensity of return light that has returned to the light source side through the core in response to an interaction with the outside of the mode specification release unit in the mode specification release unit;
A container for fixing the relative posture and accommodating each mode regulation release portion therein;
A liquid to be measured contained in the container,
By measuring the intensity of the return light in a state in which at least a part is immersed in the measurement target liquid from the tip of each mode definition release unit, the liquid level of the measurement target liquid for each mode specification release unit is determined. The level of the liquid level of the measurement target liquid is measured from the liquid level of the measurement target liquid with respect to the two optical fiber sensors obtained by measurement, the shape of the container, and the volume of the measurement target liquid.
前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部と
を有する光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、
前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と、
前記モード規定解除部を内部に固定して収容する容器と、
前記容器に封入された測定対象液体と
を有し、
前記容器は外部圧力に応じて前記測定対象液体の液面が変動する機構を有し、
前記モード規定解除部の先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記測定対象液体の液位を測定して、前記外部圧力に換算する
圧力計。 An optical fiber that transmits light in the core;
A light transmissive member fused and bonded to the tip of the optical fiber portion, and at least part of the light transmitted by the optical fiber portion is guided to the outside of the core to cancel the regulation of the mode of the light; An optical fiber sensor having a mode regulation canceling unit for returning the light whose regulation is canceled into the core;
A light source connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber part side and emitting light to the core of the optical fiber sensor;
A light detection unit that detects direct intensity of return light that has returned to the light source side through the core in response to an interaction with the outside of the mode specification release unit in the mode specification release unit;
A container for fixing and accommodating the mode regulation release portion;
A liquid to be measured enclosed in the container,
The container has a mechanism in which the liquid level of the liquid to be measured varies according to external pressure,
The liquid level of the measurement target liquid is measured by measuring the intensity of the return light in a state in which at least a part is immersed in the measurement target liquid from the tip of the mode regulation release unit, and converted into the external pressure. Pressure gauge.
前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部を前記コアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除部と
を有する光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、
前記モード規定解除部において前記モード規定解除部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出部と、
前記モード規定解除部を内部に固定して収容する容器と、
前記容器に封入され、雰囲気の温度に応じて液面が変動する測定対象液体と
を有し、
前記モード規定解除部の先端から少なくとも一部を前記測定対象液体に浸漬させた状態で前記戻り光の強度を測定することにより、前記測定対象液体の液位を測定して、前記温度に換算する
温度計。
An optical fiber that transmits light in the core;
A light transmissive member fused and bonded to the tip of the optical fiber portion, and at least part of the light transmitted by the optical fiber portion is guided to the outside of the core to cancel the regulation of the mode of the light; An optical fiber sensor having a mode regulation canceling unit for returning the light whose regulation is canceled into the core;
A light source connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber part side and emitting light to the core of the optical fiber sensor;
A light detection unit that detects direct intensity of return light that has returned to the light source side through the core in response to an interaction with the outside of the mode specification release unit in the mode specification release unit;
A container for fixing and accommodating the mode regulation release portion;
A liquid to be measured that is sealed in the container and has a liquid level that varies according to the temperature of the atmosphere,
The liquid level of the measurement target liquid is measured and converted into the temperature by measuring the intensity of the return light in a state in which at least a part is immersed in the measurement target liquid from the tip of the mode regulation release unit. thermometer.
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