JPH01248040A

JPH01248040A - 液体濃度センサ

Info

Publication number: JPH01248040A
Application number: JP7548288A
Authority: JP
Inventors: Hajime Hattori; 肇服部; Takashi Takeo; 竹尾　隆; Joji Nonoyama; 野々山　錠治
Original assignee: NAGOYASHI; Shiroki Corp
Current assignee: NAGOYASHI; Shiroki Corp
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-10-03
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0750030B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、反射膜が形成された端面を有し、被測定液体
中に配設される検知部と、該検知部に光ビームを出射す
る発光部と、前記検知部での反射光を検出する光検出部
とを有し、前記検知部での全反射特性が被測定液体の濃
度値により変化することを利用して被測定液体の濃度を
求める液体濃度センサに関する。

（従来の技術）従来、液体の濃度（体積率）と、その液体の屈折率とは
一定の相関関係かあることが知られている。この相関関
係を利用して、第６図に示すような液体濃度センサが用
いられている。

図において、１は第１の光ファイバで、この光ファイバ
１の一端部は光分岐器２に接続され、他端部はクラッド
部１ａが剥離され、屈折率がｎ、。

のコア部１ｂが露出され、検知部とされている。

検知部の露出されたコア部１ｂは湾曲され、先端部には
反射膜ＩＣが形成されている。３は検知部１に光ビーム
を出射する発光ダイオードが内蔵された発光部で、第２
の光ファイバ４を介して、光分岐器２に接続されている
。５はフォトセンサが内蔵された光検出部で、第３の光
ファイバ６を介して、光分岐器２に接続されている。そ
して、第１の光ファイバ１の検知部であるコア部１ｂは
、屈折率がｎｌの被測定液体７内に配置される。

次に、上記構成の動作を説明する０発光部３より出射し
た光ビームは第２の光ファイバ４．光分岐器２を介して
、第１の光ファイバ１のコア部１ｂに達する。ここで、
光フアイバ１中の伝搬モードは多モードなので、一部の
光ビームは測定液体へ透過していくが、残りの光ビーム
は全反射する。

そして、全反射した光ビームは反射膜１ｃで反射し、光
分岐器２で光路が分岐され、第３の光ファイバ６を介し
て、光検出器５のフォトセンサに入射する。

上記構成によれば、全反射を起こす光ビームの光量は、
被測定液体７の屈折率ｎ１の関数となる。

一方、被測定液体７の濃度と、被測定液体７の屈折率と
は一定の相関関係があるので、全反射を起こす光ビーム
の光量、すなわち、光検出部５内のフォトセンサに入射
する光量を検出することにより、被測定液体７の濃度を
計測することができる。

そして、コア部１ｂの湾曲させる曲率を任意に選定する
ことにより、屈折率がｎ　ｒｎ　＜　ｎ　ｃ　ｏである
全ての被測定液体７の濃度を計測することができる。

また、この様な構成によれば、電気的火花の発生もなく
、電磁誘導の影響らないので、安全防爆性が要求される
化学プラントなどに好適な液体濃度センサを実現できる
。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上記構成の従来例において、検知部として第１
の光ファイバ１を用いているので、検知部がこわれやす
いという問題点がある。また、検知部として用いている
第１の光ファイバ１の径が細いので、発光部３と、光検
出部５とを光ファイバ１の端面に設けることが出来ず、
光分岐器２を介して発光部３と光検出部５とを第１の光
ファイバ１に接続している。よって、構造が複雑になる
という問題点らある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的
は、丈夫で、簡単な構造の液体濃度センサを提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段）上記課題を解決する本発明は、反射膜が形成された端面
を有し、被測定液体中に配設される検知部と、該検知部
に光ビームを出射する発光部と、前記検知部での反射光
を検出する光検出部とを有し、前記検知部での全反射特
性が被測定液体の濃度値により変化することを利用して
被測定履体の濃度を求める液体濃度センサにおいて、前
記検知部を透明物質でなる中実ロッドの一端側に形成し
、前記発光部と前記光検出部とを前記中実ロッドの他端
側に一体的に設けたことを特徴とするものである。

（作用）本発明の液体濃度センサにおいて、発光部より検知部で
あるガラスロッドへ出射する光ビームは、反射面で反射
した後、センシング部で全反射し、光検出部に入射する
。

（実施例）次に図面を用いて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

図において、１１は材質が石英で、屈折率がｎ　のガラ
スロッドである。このガラスロッドＩ１の一端側（先端
側）は検知部として用いられ、端面が軸に対して角度α
で斜めにカットされた所謂、斜切円柱形となっている。

そして、その端面には、反射膜１１ａがコートされてい
る。ガラスロッド１１の他端部側（基端部側）には、ホ
ルダ１２が設けられている。このホルダ１２には、発光
面がガラスロッド１１の他端部側端面に当接する発光部
としての発光ダイオード１３ａと、受光面が同じく他端
部側端面に当接する光検出部としてのフォトセンサ１３
ｂとが一体的に設けられた受発光一体素子１３が設けら
れている。

１４は発光ダイオード１３ａを駆動する発光部駆動装置
、１５はフォトセンサ１３ｂのアナログ電気信号をディ
ジタル電気信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１６はＡ／Ｄ
変換器１５からの出力信号と、ＲＯＭ１７に書込まれて
いる情報とを取込んで、演算を行うＣＰＵ、１８はＣＰ
Ｕ１６の演算結果を表示する液晶表示である。

そして、ガラスロッド１１は屈折率がｎｌの被測定液体
１つ中に配設される。

次に、上記構成の動作を説明する０発光ダイオード１３
ａが、発光部駆動装置１４によって駆動され、光ビーム
を出射する０発光ダイオード１３ａより出射した光ビー
ムはガラスロッド１１内を伝搬し、反射膜１１ａで反射
する。光ビームは多モードなので、センシング部分Ａに
て、一部の光ビームは被測定液体１９へ透過していくが
、残りの光ビームは全反射する。そして、全反射した光
ビームはフォトセンサ１３ｂに入射する。

フォトセンサ１３ｂに入射した光ビームは、ここでアナ
ログ電気信号に変換される。このアナログ電気信号は、
Ａ／Ｄ変換器１５にてディジタル電気信号に変換される
６次に、このディジタル電気信号は、ＲＯＭ１７から各
種情報を取込んだＣＰＵ１６によって、被測定液体１９
の濃度となるように演算処理が為され、演算結果は液晶
表示１８に表示される。

上記構成によれば、全反射を起こす光ビームの光量は、
被測定液体１つの屈折率ｎｎの関数となる。一方、被測
定液体１９の濃度と、被測定液体１つの屈折率ｎｌとは
一定の相関関係があるので、全反射を起こす光ビームの
光量、すなわち、フォトセンサー３ｂに入射する光量を
検出することにより、被測定液体１９の濃度を計測する
ことができる。そして、反射膜１１ａがコートされた端
面のカット角度αを任意に選定することにより、屈折率
がｎ　くｎｃｏである全ての被測定液体１つの濃度を計
測することができる。また、この様な構成によれば、電
気的火花の発生もなく、電磁誘導の影響もないので、安
全防爆性が要求される化学プラントなどに好適な液体濃
度センサを実現できる。また、ガラスロッド１１の材質
が石英なので、耐薬品性に富む。

そして、前述の従来例に比べて、検知部としてガラスロ
ッド１１を用いているので、検知部が丈夫である。また
、検知部として用いているガラスロッド１１の径は太い
ので、発光部としての発光ダイオード１３ａと、光検出
部としてのフォトセンサ１３ｂとが一体的に設けられた
受発光一体素子１３をホルダ１２を介してガラスロッド
１１の端面に設けたので、構造が簡単となる。

ここで、上記の構成の装置を下記の条件にて実際に実験
した場合の結果を示す。

■ガラスロッド１１材質・・・石英ガラス大きさ・・・φ３Ｉ′ｌｌ１１．長さ３０１１α＝７９
’ ■受発光一体形素子１３ＴＬＰ９０７（東芝製） ■被測定液体１９アルコール濃度４０％のウィスキーと水との混合液 ■室温・・・２０°にの様な条件で、受光出力とアルコール濃度との関係を調
べたところ、第２図のような結果を得、両者には直線的
な関係があることが確認された。

尚、本発明は上記実施例に限るものではない。

上記実施例では、ガラスロッド１１の先端部を斜切円柱
形としたが、それに限るものではない。例えば、第３図
に示すように、ガラスロッド２１の先端をＶ字形にカッ
トし、カット面に反射！２１ａを設けても良いし、また
、第４図に示すように、ガラスロッド３１の先端を円錐
状にカットし、カット面に反射ＪＩＷ３１ａを設けても
良い。更に、第５図に示すように、ガラスロッド１１に
おいて、光ビームの一部が被測定液体１９へ透過し、残
りの光ビームが全反射する部分Ａ（センシング部分）以
外のガラス面に、反射コート１１ｂ（例えば、アルミニ
ウム蒸着）を行ってもよい、こうすることにより、外乱
光に対して強くなり、センサの性能を向上させることが
できる。又、ロッドの材質はガラスに限るものではない
。透明物質、例えばプラスチックでもよい。材質をグラ
スチックにすると、安価で加工性も良好なので使い捨て
のセンサを実現できる。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、検知部を透明物質で
なる中実ロッドの一端側に形成し、発光部と光検出部と
を中実ロッドの他＠側に一体的に設けたことにより、丈
夫で、簡単な構造の液体濃度センサを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図における受光出力とアルコール濃度との関係を示す図
、第３図乃至第５図は他の実施例を示す構成図、第６図
は従来例を示す構成図である。１・・・第１の光ファイバ　２・・・光分岐器３・・・
発光部　　　　　　４・・・第２の光ファイバ５・・・
光検出部　　　　　６・・・第３の光ファイバ７．１９
・・・被測定液体１１．２１．３１・・・ガラスロッド１１ａ、１２ａ、１３ａ・・・反射膜１１ｂ・・・反射コート　　１２・・・ホルダ１３・・
・受発光一体素子１３ａ・・・発光ダイオード１３ｂ・・・フォトセンサ　１４・・・発光部駆動装置
１５・・・Ａ／Ｄ変換器　　１６・・・ＣＰＵ１７・・
・ＲＯＭ　　　　　　ｌ　８・・・液晶表示特許出即人
　　名　古　屋　市白木金属工業株式会社代　理　人　　弁理士　　井島　藤治外１名勇）２図ｍ−アルコーノに爬吏０１膏０１０）荊３図　　　第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】反射膜が形成された端面を有し、被測定液体中に配設さ
れる検知部と、該検知部に光ビームを出射する発光部と
、前記検知部での反射光を検出する光検出部とを有し、
前記検知部での全反射特性が被測定液体の濃度値により
変化することを利用して被測定液体の濃度を求める液体
濃度センサにおいて、前記検知部を透明物質でなる中実ロッドの一端側に形成
し、前記発光部と前記光検出部とを前記中実ロッドの他
端側に一体的に設けたことを特徴とする液体濃度センサ
。