JP3042557B2 - 気体、液体検知方法 - Google Patents
気体、液体検知方法Info
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- JP3042557B2 JP3042557B2 JP3355259A JP35525991A JP3042557B2 JP 3042557 B2 JP3042557 B2 JP 3042557B2 JP 3355259 A JP3355259 A JP 3355259A JP 35525991 A JP35525991 A JP 35525991A JP 3042557 B2 JP3042557 B2 JP 3042557B2
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- cladding
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエバネッシェント波を利
用して気体或は液体（被検知物質）を検知できるように
した気体、液体検知方法に関するものである。
用して気体或は液体（被検知物質）を検知できるように
した気体、液体検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、エバネッシェント波を利用して気
体や液体を検知する方法として図３に示すような偏心コ
アシングルモ−ド光ファイバを利用することが知られて
いる。この偏心コアシングルモ−ド光ファイバはコア２
よりも屈折率の高い気体、液体がクラッド１に直接接触
するか、一次被覆層３に拡散又は膨潤するかすると、そ
の部分でエバネッシッント波が漏洩又は放射し、それに
伴う光出力の変化から気体や液体を検知できるようにし
たものである。
体や液体を検知する方法として図３に示すような偏心コ
アシングルモ−ド光ファイバを利用することが知られて
いる。この偏心コアシングルモ−ド光ファイバはコア２
よりも屈折率の高い気体、液体がクラッド１に直接接触
するか、一次被覆層３に拡散又は膨潤するかすると、そ
の部分でエバネッシッント波が漏洩又は放射し、それに
伴う光出力の変化から気体や液体を検知できるようにし
たものである。
【０００３】図４に偏心コアシングルモ−ドファイバを
伝搬する光波のフィ−ルド（電界及び磁界）の様子を概
念的に示す。光波のフィ−ルドは同図のように大部分は
コアに閉じ込められて伝搬するが、フィ−ルドの一部は
クラッド１及びその周囲媒質の中も伝搬する。このよう
な波はエバネッシェント波と呼ばれている。周囲媒質を
伝搬する光パワ−の大きさを表す目安として（１）式を
使用する。
伝搬する光波のフィ−ルド（電界及び磁界）の様子を概
念的に示す。光波のフィ−ルドは同図のように大部分は
コアに閉じ込められて伝搬するが、フィ−ルドの一部は
クラッド１及びその周囲媒質の中も伝搬する。このよう
な波はエバネッシェント波と呼ばれている。周囲媒質を
伝搬する光パワ−の大きさを表す目安として（１）式を
使用する。
【０００４】 η＝Ｐ3 ／Ｐt ・・・・（１） 但し、Ｐ3 ＝エバネッシェント波の周囲媒質を伝搬する
光のパワー Ｐt ＝エバネッシェント波が伝送する全光パワー 前記ηの大きさはコアの屈折率ｎ1 、クラッドの屈折率
ｎ2 、周囲媒質の屈折率ｎ3 、最小クラッド厚さｔ等に
よって決まる。ηの周囲媒質の屈折率ｎ 3 に対する依存
性は定性的には次の通りである。
光のパワー Ｐt ＝エバネッシェント波が伝送する全光パワー 前記ηの大きさはコアの屈折率ｎ1 、クラッドの屈折率
ｎ2 、周囲媒質の屈折率ｎ3 、最小クラッド厚さｔ等に
よって決まる。ηの周囲媒質の屈折率ｎ 3 に対する依存
性は定性的には次の通りである。
【０００５】ｎ3 ＜ｎ2 の場合はηは非常に小さく、ほ
とんど周囲媒質中を光波は伝搬しない。ｎ3 ≒ｎ2 の場
合はある大きさの値をとり、周囲媒質中を光波の一部が
伝搬する。ｎ3 ＞ｎ2 の場合はη→１となり、光波の大
部分は周囲媒質の中を伝搬する。すなわち、光はファイ
バ中を導波されることができなくなり、ファイバ外部へ
流れ出る。この現象は光波の漏洩あるいは放射と呼ばれ
る。
とんど周囲媒質中を光波は伝搬しない。ｎ3 ≒ｎ2 の場
合はある大きさの値をとり、周囲媒質中を光波の一部が
伝搬する。ｎ3 ＞ｎ2 の場合はη→１となり、光波の大
部分は周囲媒質の中を伝搬する。すなわち、光はファイ
バ中を導波されることができなくなり、ファイバ外部へ
流れ出る。この現象は光波の漏洩あるいは放射と呼ばれ
る。
【０００６】従って、ファイバを伝搬するエバネッシェ
ント波の光パワーをモニタすることによって周囲物質の
物性値、例えば、屈折率の変化を検知する場合は以下の
ような作用により検知できる。
ント波の光パワーをモニタすることによって周囲物質の
物性値、例えば、屈折率の変化を検知する場合は以下の
ような作用により検知できる。
【０００７】ファイバを、それに被検知物質が付着して
いない場合はｎ3 ＜ｎ2 で、被検知物質が付着するとｎ
3 ＞ｎ2 となるように構成しておき、このｎ3 ＞ｎ2 と
なることにより光波が漏洩或は放射によって著しく減衰
して、被検知物質が付着したことが検知できる。
いない場合はｎ3 ＜ｎ2 で、被検知物質が付着するとｎ
3 ＞ｎ2 となるように構成しておき、このｎ3 ＞ｎ2 と
なることにより光波が漏洩或は放射によって著しく減衰
して、被検知物質が付着したことが検知できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のように
光ファイバを伝搬するエバネッシェント波の光パワーを
モニターすることによりファイバに物質が付着したかど
うかを検知する場合は、クラッドの屈折率ｎ2 より高い
屈折率の物質が付着した場合しか検知できない。このた
め、一般に用いられている石英系のファイバでは、クラ
ッドの屈折率は略ｎ2 ＝１．４５８程度であるため、そ
れよりも屈折率が低いガス、水等の被検知物質は検知で
きないという難点がある。
光ファイバを伝搬するエバネッシェント波の光パワーを
モニターすることによりファイバに物質が付着したかど
うかを検知する場合は、クラッドの屈折率ｎ2 より高い
屈折率の物質が付着した場合しか検知できない。このた
め、一般に用いられている石英系のファイバでは、クラ
ッドの屈折率は略ｎ2 ＝１．４５８程度であるため、そ
れよりも屈折率が低いガス、水等の被検知物質は検知で
きないという難点がある。
【０００９】本発明の目的は、クラッドよりも屈折率の
高い物質は勿論のこと、従来は検知不可能であったクラ
ッドよりも屈折率の低い物質をも検知可能であり、さら
に従来の気体、液体検知方法よりも検知感度が高い気
体、液体検知方法を提供することにある。
高い物質は勿論のこと、従来は検知不可能であったクラ
ッドよりも屈折率の低い物質をも検知可能であり、さら
に従来の気体、液体検知方法よりも検知感度が高い気
体、液体検知方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の気
体、液体検知方法は、光ファイバに光波を伝搬させ、光
ファイバへの気体、液体の付着により光波の光パワーが
減衰することから気体、液体の付着を検知する気体、液
体検知方法において、光ファイバにクラッドの外周寄り
偏心位置にクラッドよりも高い屈折率のコアが配置さ
れ、クラッドの外周に一次被覆層が設けられた液体検知
用光ファイバを使用し、その一次被覆層の屈折率ｎ 3 は
クラッドを伝搬する光波の一部がクラッド厚の薄い部分
から一次被覆層に進入してその内部を伝搬可能なるよう
にクラッドの屈折率ｎ 2 とｎ 3 ≒ｎ 2 の関係にあり、こ
の液体検知用光ファイバを伝搬する光波を、検知する気
体或は液体固有の吸収波長と同一波長としたものであ
る。
体、液体検知方法は、光ファイバに光波を伝搬させ、光
ファイバへの気体、液体の付着により光波の光パワーが
減衰することから気体、液体の付着を検知する気体、液
体検知方法において、光ファイバにクラッドの外周寄り
偏心位置にクラッドよりも高い屈折率のコアが配置さ
れ、クラッドの外周に一次被覆層が設けられた液体検知
用光ファイバを使用し、その一次被覆層の屈折率ｎ 3 は
クラッドを伝搬する光波の一部がクラッド厚の薄い部分
から一次被覆層に進入してその内部を伝搬可能なるよう
にクラッドの屈折率ｎ 2 とｎ 3 ≒ｎ 2 の関係にあり、こ
の液体検知用光ファイバを伝搬する光波を、検知する気
体或は液体固有の吸収波長と同一波長としたものであ
る。
【００１１】本発明の請求項２の気体、液体検知方法
は、請求項１記載の気体、液体検知方法において、一次
被覆層の屈折率がクラッドの屈折率に対して０．７％の
比屈折率差でクラッドの屈折率よりも小さいものであ
る。
は、請求項１記載の気体、液体検知方法において、一次
被覆層の屈折率がクラッドの屈折率に対して０．７％の
比屈折率差でクラッドの屈折率よりも小さいものであ
る。
【００１３】
【作用】本発明の気体、液体検知方法は、クラッド１よ
り屈折率の高いコア２がクラッド１の外側寄りの偏心位
置に配置され、その外周に一次被覆層３が設けられた偏
心コアシングルモードの光ファイバ４に、気体、液体固
有の赤外線領域の吸収波長と波長が一致した光波を伝搬
させるので、一次被覆層３に気体、液体が拡散或は膨潤
すると、これらによってエバネッシェント波が吸収され
て減衰する。即ち、気体、液体の分子の固有振動数に起
因する赤外線領域の吸収波長と同一の波長の光波を検出
光として用いるので、一次被覆層３中に拡散或は膨潤し
た気体、液体の屈折率ｎ 4 がクラッド１の屈折率ｎ 2 よ
り低く、一次被覆層３の屈折率ｎ 3 がクラッド１の屈折
率ｎ 2 より高くならない場合（光波の漏洩又は放射が発
生しない場合）でも光の吸収によって光波のパワーが著
しく減衰するため、光パワーの変化をモニタすることに
より気体、液体の付着を検知することができる。一方、
一次被覆層３中に拡散或は膨潤した気体、液体の屈折率
ｎ 4 がクラッド１の屈折率ｎ 2 より高い場合は、従来と
同様に気体或は液体が拡散或は膨潤した一次被覆層３の
屈折率ｎ 3 がクラッド１の屈折率ｎ 2 より高くなって前
記のｎ 3 ＞ｎ 2 の場合となり、一次被覆層３に光波が放
射し、光波のパワーが著しく減衰するので、光パワーの
変化をモニタすることにより気体、液体の付着を検知す
ることができる。しかも、一次被覆層３の屈折率ｎ 3 は
クラッド１を伝搬する光波の一部がクラッド厚の薄い部
分から一次被覆層３に進入してその内部を伝搬可能なる
ようにクラッド１の屈折率ｎ 2 とｎ 3 ≒ｎ 2 の関係にあ
るので、一次被覆層３に従来よりも少量の気体、液体が
拡散或は膨潤しただけで、直ちに当該一次被覆層３の屈
折率ｎ 3 がクラッド１の屈折率ｎ 2 よりも高くなって前
記のｎ 3 ＞ｎ 2 の場合となり、クラッド厚が薄い部分で
エバネッシェント波の一部が一次被覆層３から漏洩或は
放射する。従って、従来よりも高感度で気体、液体の付
着を検知することができる。
り屈折率の高いコア２がクラッド１の外側寄りの偏心位
置に配置され、その外周に一次被覆層３が設けられた偏
心コアシングルモードの光ファイバ４に、気体、液体固
有の赤外線領域の吸収波長と波長が一致した光波を伝搬
させるので、一次被覆層３に気体、液体が拡散或は膨潤
すると、これらによってエバネッシェント波が吸収され
て減衰する。即ち、気体、液体の分子の固有振動数に起
因する赤外線領域の吸収波長と同一の波長の光波を検出
光として用いるので、一次被覆層３中に拡散或は膨潤し
た気体、液体の屈折率ｎ 4 がクラッド１の屈折率ｎ 2 よ
り低く、一次被覆層３の屈折率ｎ 3 がクラッド１の屈折
率ｎ 2 より高くならない場合（光波の漏洩又は放射が発
生しない場合）でも光の吸収によって光波のパワーが著
しく減衰するため、光パワーの変化をモニタすることに
より気体、液体の付着を検知することができる。一方、
一次被覆層３中に拡散或は膨潤した気体、液体の屈折率
ｎ 4 がクラッド１の屈折率ｎ 2 より高い場合は、従来と
同様に気体或は液体が拡散或は膨潤した一次被覆層３の
屈折率ｎ 3 がクラッド１の屈折率ｎ 2 より高くなって前
記のｎ 3 ＞ｎ 2 の場合となり、一次被覆層３に光波が放
射し、光波のパワーが著しく減衰するので、光パワーの
変化をモニタすることにより気体、液体の付着を検知す
ることができる。しかも、一次被覆層３の屈折率ｎ 3 は
クラッド１を伝搬する光波の一部がクラッド厚の薄い部
分から一次被覆層３に進入してその内部を伝搬可能なる
ようにクラッド１の屈折率ｎ 2 とｎ 3 ≒ｎ 2 の関係にあ
るので、一次被覆層３に従来よりも少量の気体、液体が
拡散或は膨潤しただけで、直ちに当該一次被覆層３の屈
折率ｎ 3 がクラッド１の屈折率ｎ 2 よりも高くなって前
記のｎ 3 ＞ｎ 2 の場合となり、クラッド厚が薄い部分で
エバネッシェント波の一部が一次被覆層３から漏洩或は
放射する。従って、従来よりも高感度で気体、液体の付
着を検知することができる。
【００１６】
【実施例１】本発明の気体、液体検知方法の第１の実施
例について説明する。この実施例で はコア２の外径、コ
ア２の屈折率差、クラッド１の外径、最小クラッド厚、
クラッド１の屈折率、一次被覆層３の外径、一次被覆層
３の最小厚、一次被覆層３の屈折率、二次被覆層５の外
径、二次被覆層５の屈折率を表１の実施例１の欄に記載
の通りとし、且つ図１の断面構造とした気体、液体検知
用光ファイバ４にメタンガス固有の赤外吸収波長（１．
３３２μｍ）と同一波長の光波を伝搬させてメタンガス
の検知を行った。この場合、濃度５０％のメタンガスに
対する検知感度を測定したところ、検知感度は−０．５
ｄＢ／１００ｍｍであり長尺で充分にメタンガスを検知
できた。
例について説明する。この実施例で はコア２の外径、コ
ア２の屈折率差、クラッド１の外径、最小クラッド厚、
クラッド１の屈折率、一次被覆層３の外径、一次被覆層
３の最小厚、一次被覆層３の屈折率、二次被覆層５の外
径、二次被覆層５の屈折率を表１の実施例１の欄に記載
の通りとし、且つ図１の断面構造とした気体、液体検知
用光ファイバ４にメタンガス固有の赤外吸収波長（１．
３３２μｍ）と同一波長の光波を伝搬させてメタンガス
の検知を行った。この場合、濃度５０％のメタンガスに
対する検知感度を測定したところ、検知感度は−０．５
ｄＢ／１００ｍｍであり長尺で充分にメタンガスを検知
できた。
【００１７】
【実施例２】また、表１の実施例２の欄に記載の構造
で、図２に示すように図１の一次被覆層３の外側に二次
被覆層５を設けて被覆層を２層構造とした断面構造を有
する気体、液体検知用光ファイバ４にメタンガス固有の
赤外吸収波長（１．３３２μｍ）と同一波長の光波を伝
搬させてメタンガスの検知を行った。この場合も濃度５
０％のメタンガスに対する検知感度を測定したところ、
検知感度は−０．４ｄＢ／１００ｍｍであり長尺で充分
にメタンガスを検知できた。
で、図２に示すように図１の一次被覆層３の外側に二次
被覆層５を設けて被覆層を２層構造とした断面構造を有
する気体、液体検知用光ファイバ４にメタンガス固有の
赤外吸収波長（１．３３２μｍ）と同一波長の光波を伝
搬させてメタンガスの検知を行った。この場合も濃度５
０％のメタンガスに対する検知感度を測定したところ、
検知感度は−０．４ｄＢ／１００ｍｍであり長尺で充分
にメタンガスを検知できた。
【００１８】
【比較例】比較例として表１の従来構造例で、図１に示
す断面構造の気体、液体検知用光ファイバ４を作成し、
この検知用光ファイバ４にメタンガス固有の赤外吸収波
長である１．３３２μｍと同一波長の光波を伝搬させて
濃度５０％のメタンガスに対する検知感度を測定したと
ころ全く検知できなかった。
す断面構造の気体、液体検知用光ファイバ４を作成し、
この検知用光ファイバ４にメタンガス固有の赤外吸収波
長である１．３３２μｍと同一波長の光波を伝搬させて
濃度５０％のメタンガスに対する検知感度を測定したと
ころ全く検知できなかった。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【発明の効果】本発明の気体、液体検知方法によれば、
従来は検知不可能であった石英系ファイバのクラッドの
屈折率よりも低いガス、水等の物質をも検知することが
でき、さらに従来よりも高感度で気体、液体の付着を検
知することができる。
従来は検知不可能であった石英系ファイバのクラッドの
屈折率よりも低いガス、水等の物質をも検知することが
でき、さらに従来よりも高感度で気体、液体の付着を検
知することができる。
【図１】本発明の気体、液体検知方法に用いられる光フ
ァイバの一実施例を示す断面図。
ァイバの一実施例を示す断面図。
【図２】本発明の気体、液体検知方法に用いられる光フ
ァイバの他の実施例を示す断面図。
ァイバの他の実施例を示す断面図。
【図３】従来の気体、液体検知方法に用いられている偏
心コアシングルモ−ド光ファイバの一例を示す断面図。
心コアシングルモ−ド光ファイバの一例を示す断面図。
【図４】図３の偏心コアシングルモ−ド光ファイバを伝
搬する光波のフィ−ルドの説明図。
搬する光波のフィ−ルドの説明図。
１ クラッド ２ コア ３ 一次被覆層 ４ 気体、液体検知用光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池川 幸一 愛知県東海市新宝町507−２ 東邦瓦斯 株式会社 総合技術研究所内 (72)発明者 高見 均 愛知県東海市新宝町507−２ 東邦瓦斯 株式会社 総合技術研究所内 (72)発明者 横山 昭彦 愛知県東海市新宝町507−２ 東邦瓦斯 株式会社 総合技術研究所 (56)参考文献 特開 平２−181707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−293132（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−249949（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−14206（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/54 G01M 3/00 - 3/40
Claims (2)
- 【請求項１】光ファイバ（４）に光波を伝搬させ、光フ
ァイバ（４）への気体、液体の付着により光波の光パワ
ーが減衰することから気体、液体の付着を検知する気
体、液体検知方法において、光ファイバ（４）にクラッ
ド（１）の外周寄り偏心位置にクラッド（１）よりも高
い屈折率のコア（２）が配置され、クラッド（１）の外
周に一次被覆層（３）が設けられた液体検知用光ファイ
バを使用し、その一次被覆層（３）の屈折率ｎ 3 はクラ
ッド（１）を伝搬する光波の一部がクラッド厚の薄い部
分から一次被覆層（３）に進入してその内部を伝搬可能
なるようにクラッド（１）の屈折率ｎ 2 とｎ 3 ≒ｎ 2 の
関係にあり、この液体検知用光ファイバ（４）を伝搬す
る光波を、検知する気体或は液体固有の吸収波長と同一
波長としたことを特徴とする気体、液体検知方法。 - 【請求項２】請求項１記載の気体、液体検知方法におい
て、一次被覆層（３）の屈折率がクラッド（１）の屈折
率に対して０．７％の比屈折率差でクラッド（１）の屈
折率よりも小さいことを特徴とする気体、液体検知方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355259A JP3042557B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 気体、液体検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355259A JP3042557B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 気体、液体検知方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186443A JPH06186443A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3042557B2 true JP3042557B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=18442899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3355259A Expired - Lifetime JP3042557B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 気体、液体検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3042557B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5903685A (en) * | 1995-11-29 | 1999-05-11 | British Telecommunications Public Limited Company | Sensor arrangement |
| JPWO2011024808A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2013-01-31 | 株式会社フジクラ | マルチコアファイバ |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP3355259A patent/JP3042557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06186443A (ja) | 1994-07-08 |
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