JPH0116005Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、光フアイバの一端から光線を入射
し、他端から反射してくる光線の量を測定するこ
とにより、その他端の状態を検出する光センサに
関する。

光フアイバは、周囲電磁界の影響をうけないこ
と、断面寸法が細く軽量であること、スパークの
問題がないこと、耐熱性や耐腐食性が良いこと等
の種々の利点があるため、最近各種のプロセス制
御用のセンサとして使用されている。

第１図は、光フアイバを利用した従来の液面計
に用いられる反射光の光センサの要部構成図であ
る。第１図で、発光素子１（通常は発光ダイオー
ドまたはレーザダイオード）から発した光は光フ
アイバ２，３を伝搬し、反射部材４に入射する。
反射部材４は先端が円錐状またはコーナリフレク
タ状に研磨されたガラス棒である。この反射部材
４は液面より上の空中にあるときには入射した光
はほぼ全反射し、液面より下の液中にあるときに
は液体とガラスの屈折率差が空気とガラスの場合
よりはるかに少いため光が放射されて、先端で反
射する光線の割合は著しく低下する。従つて、反
射した光を光方向性結合器５、光フアイバ６を介
して光検出器７で検出し、その出力を電圧比較回
路８によつて参照電圧レベルVrefと比較するこ
とにより液面位置が反射部材４の先端より上にあ
るか否かを判定することができる。

しかし、このような従来装置では中間に光フア
イバ方向性結合器が挿入されるため装置構成が複
雑となり、価格的にも高価となる。また、方向性
結合器の有する温度特性等の変動が光センサの測
定精度に直接影響する欠点を有する。

本考案はこの点を改良するもので、装置構造を
簡単化することができ、価格的にも安価となり、
しかも測定精度の良い反射形光フアイバセンサを
提供することを目的とする。

本考案は、このような光フアイバセンサ装置の
光源手段として用いられる半導体発光素子（LD，
LED等）が非動作状態（非発光状態）において
そのＰ−Ｎ接合部に光入力を受けると光電流を発
生した光検出器として使用可能であること、およ
び光フアイバ内の光信号の伝搬速度が10ｍの長さ
を往復するのに約100nsの比較的長い時間を要す
ることを利用したものである。

本考案は、電気信号を光信号に変換する変換素
子および光信号を電気信号に変換する変換素子を
備え、この変換素子に一端が光学的に接続された
光フアイバと、前記変換素子のうち電気信号を光
信号に変換する変換素子を電気信号によりパルス
状に駆動して光信号を送出させる駆動回路と、前
記変換素子により電気信号に変換された受信信号
を比較基準信号と比較して比較結果を出力する比
較回路とを備えた光フアイバセンサにおいて、 前記変換素子は、発光モード受光モードに切換
えることによつて電気信号を光信号に変換し光信
号を電気信号に変換する双方向変換可能な一つの
変換素子により構成され、前記駆動回路の出力に
同期して光フアイバ中を光信号が往復する時間に
わたり前記比較回路の比較結果の出力を禁止する
手段を備えたことを特徴とする。

本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。
第２図は、本考案第一実施例の要部ブロツク構成
図である。すなわち、駆動回路１１の出力は変換
素子１０およびタイミング制御回路１２に導かれ
ている。この変換素子１０から発する光は光フア
イバ３を介して他端に取付けられた反射部材４に
導かれている。反射部材４からの反射光は、再び
光フアイバ３を介して変換素子１０に戻る。この
変換素子１０の出力は抵抗１３に導かれるととも
に、アナログゲート回路１４に導かれている。こ
のアナログゲート回路１４には前記タイミング制
御回路１２の出力が導かれ、このアナログゲート
回路１４の出力は前記電圧比較回路８に導かれて
いる。また、第２図で、１５は光接続部（光コネ
クタ）を示す。

このような回路構成で、駆動回路１１からパル
ス信号より光信号が間欠的な信号例えば一定の繰
返し数とパルス幅を有したパルス信号の形で変換
素子１０に与えられ、その発光は光フアイバ３に
入射される。光フアイバ３内を伝搬した光は反射
部材４より反射し、この反射光または同じ変換素
子１０に入射する。このとき、変換素子１０に印
加される電圧は駆動回路１１により負値（原理的
には零でよい）となつて、変換素子１０は発光モ
ードから受光モードとなつているので受光量に応
じた電圧を負荷抵抗１３の両端に発生する。この
受光信号はタイミング制御回路１２により制御さ
れるアナログゲート回路１４を介して、電圧比較
回路８に入力される。

第３図にこの動作のタイムチヤートを示す。す
なわち第３図ａは送信光駆動のためのパルスで、
ｂは受信パルスを示し、タイミング制御回路１２
により送出光パルスａよりT_Dだけ遅れた測定上
必要なタイミングT_Wの範囲だけ、ゲート回路１
４に信号が与えられて、電圧比較回路８に信号ｂ
が入力される。電圧比較回路８ではこの信号と参
照電圧信号Vrefを比較して、反射部材４におけ
る反射レベルを検出することができる。

また、第２図に示す光接続部（光コネクタ）１
５等における反射要素があつたとすると、第３図
ｃに示すような雑音成分が発生することになる
が、これはアナログゲート回路１４の開いている
時間T_Wの外であるので通過せず、その妨害が排
除される。

なお、この第一実施例は電圧比較回路への反射
信号入力を制御する場合を示したが、一般に電圧
比較回路は２つの入力信号の相対関係を求める回
路であり第２図に破線で示すように送出光パルス
信号を用いて参照電圧入力Vrefの側を制御して
も同様に目的を達することができる。

第４図は、本考案第二実施例の要部ブロツク構
成図である。この第二実施例は負荷抵抗１３の両
端の信号電圧を直接に電圧比較回路８′に入力し
たものである。このため、非常に簡潔な構成とな
る。ただし、電圧比較回路８′はその入力部分ま
たは出力部分の回路にストローブ機能を有するも
ので、第一実施例と同様にタイミング制御回路１
２の出力信号S_Cにより電圧比較機能を制御して使
用される。

第５図は、第４図の電圧比較回路８′部分を一
般的な電圧比較回路８と論理ゲート回路１６によ
り実現したものである。

なお、上記実施例は液面センサについてのみ説
明したが、本考案はこれに限らず、光フアイバの
一部からの反射光のレベルが変動することを用い
て検知を行う形状のあらゆる反射形光フアイバセ
ンサに対して共通に用いることができる。

以上説明したように、本考案によれば、光源で
ある変換素子として発光モードと受光モードとに
切換えて動作できる素子を用い、検出した受信信
号を比較回路で比較して比較出力するタイミング
を光フアイバ中を光信号が往復する時間に同期さ
せて、その間に比較出力をマスクしているので、
往復時間の途中で検出される雑音等により誤つた
検出結果を出力することがなくなり、正確な測定
を行うことができる。

また、変換素子が一つですむので、従来のよう
に光フアイバの方向性結合器を必要とせず、装置
を簡単にでき、安価に製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例装置の要部構成図。第２図は本
考案第一実施例の要部構成図。第３図は上記実施
例の動作タイムチヤート。第４図は本考案第二実
施例の要部構成図。第５図は第４図の電圧比較回
路部分の他の構成図。 １……発光素子、２，３，６……光フアイバ、
４……反射部材、５……光方向性結合器、７……
光検出器、８……電圧比較回路、１０……変換素
子、１１……駆動回路、１２……タイミング制御
回路、１３……負荷抵抗、１４……アナログゲー
ト回路、１６……論理ゲート回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電気信号を光信号に変換する変換素子および光
   信号を電気信号に変換する変換素子を備え、 この変換素子に一端が光学的に接続された光フ
   アイバと、 前記変換素子のうち電気信号を光信号に変換す
   る変換素子を電気信号によりパルス状に駆動して
   光信号を送出させる駆動回路と、 前記変換素子により電気信号に変換された受信
   信号を比較基準信号と比較して比較結果を出力す
   る比較回路と を備えた光フアイバセンサにおいて、 前記変換素子は、発光モードと受光モードに切
   換えることによつて電気信号を光信号に変換し光
   信号を電気信号に変換する双方向変換可能な一つ
   の変換素子により構成され、 前記駆動回路の出力に同期して光フアイバ中を
   光信号が往復する時間にわたり前記比較回路の比
   較結果の出力を禁止する手段を備えた ことを特徴とする光フアイバセンサ。