JPH0244177Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、水、油等の液面の位置を光学的に
検知する液位検知センサーに関するものである。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来、液面の位置を光学的に検知するセンサー
として、第３図に示すように、コア２１の上にク
ラツド２２を被覆した光フアイバ２３をＵ字状に
形成したものや、第４図に示すように、２本の光
フアイバ２３，２３′の先端を融着して球状に形
成したものが知られている（例えば、特開昭60−
67826号）。

これら従来のセンサーは、光フアイバをＵ字状
に曲げたその曲がり部または融着した先端部が液
面に接しているか否かを、大気と液体の光の屈折
率の違いから生ずる光の損失の差によつて検知し
得るようにしたものであり、液位がそれ以上に高
くなつた場合に、液位を定量的に検知することが
できないという問題がある。

そこで、この考案は、上記従来のセンサーのよ
うに液面がセンサーの特定の部位に達したか否か
だけでなく、センサーのどの部位に達したかを検
知する液位検知センサーを提供しようとするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案は、上記の問題点を解決するために、
通液性を有する保護カバーに、屈折率が長さ方向
に光入射端から光出射端に向かつて逓減するよう
に形成された光導波路を直線状に支持し、この光
導波路に光損失量測定装置を連結して液位検知セ
ンサーを構成したのである。

〔作用〕

上記の液位検知センサーにおいては、光導波路
の光入射端側を下方にして被検知液中に浸漬する
と、保護カバーは通液性を有するので、保護カバ
ー内に被検知液が流入して保護カバーに直線状に
支持された光導波路の下方も被検知液に浸漬す
る。

このように光導波路を被検知液中に浸漬する
と、光導波路の屈折率が長さ方向に光入射端から
光出射端に向つて適宜に逓減するように形成され
ており、この光導波路中を伝播する光の損失が浸
漬長にほぼ比例して増加するので、この増加量を
光損失量測定装置によつて測定することにより、
液位を定量的に検知することができる。

その原理は、以下の実施例にもとづいて説明す
る。

〔実施例〕

この考案の液位検知センサーは、第１図に示す
ように、通液性を有する保護カバー４に、屈折率
が長さ方向に光入射端から光出射端に向かつて逓
減するように形成された光導波路１を直線状に支
持し、この光導波路１に光損失量測定装置５を連
結したものであり、このものは保護カバー４部分
を被検知液２に浸漬して使用される。上記光導波
路１には、下端から光が入射し、上端から光が出
射するようになつている。

上記保護カバー４は、例えば、周面に多数の通
気孔を設けた筒体によつて形成され、この筒体の
両端には光導波路１を接続する支持接続具６が設
けられている。

上記光損失量測定装置５としては、例えば、被
測定光導波路への入射光電力と出射光電力を測定
し両者から光損失を求めるものを使用することが
できる。第１図中、７は光導波路１と光損失量測
定装置５とを接続するリード線を示し、８は貯液
槽を示している。

次に、上記実施例の液位検知センサーの光導波
路１として、たとえば第２図に示すように、屈折
率が半径方向には一定で、長さ方向に10cmごとに
屈折率が変化する全長40cm、直径５mmの光フアイ
バを使用する。

これはたとえば屈折率がそれぞれ1.475，
1.470，1.465，1.460と４本のガラスフアイバをそ
の順序に融着接続することにより得られる。

次に、上記実施例を用いて液位を検知する場合
の動作原理を説明する。

第２図において、光フアイバ１の第１の部分１
ａの屈折率n₁₁、第２の部分１ｂの屈折率をn₁₂、
被検知液２の屈折率をn₂、空気３の屈折率をn₃と
し、n₁₁＞n₁₂＞n₂＞n₃とするとき、光フアイバ１
と被検知液２との界面のＡ点およびＢ点での光の
挙動について考える。

今、上記の実施例のようにn₁₁＝1.475，n₁₂＝
1.470とし、n₂＝1.439，n₃＝1.003とするとき、Ａ
点における光フアイバと空気または被検知液との
臨界角θ_c1およびＢ点における臨界角θ_c2は、周囲
が空気の場合、θ_c1、＝47.2゜、θ_c2＝47.0゜、周囲が
被
検知液の場合、θ_c1＝12.7゜、θ_c2＝11.8゜となる。

そこで、今光フアイバ１の下方から入射した光
のモードのうち、M₁〜M₄の４つのモードについ
て考える。このうち、M₄はＡ点およびＢ点への
入射角が11.9゜〜12.0゜の範囲に存在するモード、
M₁〜M₃は11.8゜以下のモードとすると、液位がL₁
のときは、Ａ点の周囲は被検知液であるから、臨
界角θ_c1＝12.7゜、Ｂ点の周囲は空気であるから、
臨界角θ_c2＝47.0゜となる。モードM₁〜M₄はいずれ
も入射角が12.6゜以下であるから全反射する。液
位がL₂になると、Ｂ点も被検知液中に浸漬され
ることになるから、θ_c2＝11.8゜となる。したがつ
て、M₁〜M₃は入射角が11.8゜以下であるから全反
射するが、M₄は入射角が11.9〜12.6゜であるから
被検知液中へ透過する。

すなわち、L₁からL₂への液位の上昇にともな
つて、M₄に相当する光量が損失する。

同様に、光フアイバの第３の部分１ｃ、第４の
部分１ｄ……と光の出射端へ向つて屈折率n₁₃＝
1.460，n₁₄＝1.460……と逓減させた構成としてい
るので、液位がL₃L₄……と上るにつれて、モー
ドM₃，M₂……が被検知液中に透過し、損失量が
増加していく。したがつて、液位と光損失量との
関係をあらかじめ測定しておくことにより、光損
失量の測定値から液位を知ることができる。

上記実施例では、屈折率が長さ方向に段階的に
逓減する構成としたが、連続的に滑らかに変化す
るものが更に好ましい。このものはたとえば光フ
アイバ母材の製造の際、ドーパントの量を徐々に
減少または増加するようにして形成すれば良い。

また、屈折率が半径方向に一定の例を示した
が、これに限定されるものではなく、たとえば
GI型多モードフアイバでもよい。

さらに、光導波路１はガラスフアイバに限定さ
れるものではなく、ガラス棒やプラスチツク光フ
アイバであつてもよい。

〔効果〕

この考案は、以上の如きものであるから、液位
を定量的に検知することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る液位検知センサーの使
用状態を示す概略図、第２図はこの考案の原理
図、第３図及び第４図はそれぞれ従来例を示す概
略図である。 １……光導波路、４……保護カバー、５……光
損失量測定装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 通液性を有する保護カバーに、屈折率が長さ方
   向に光入射端から光出射端に向かつて逓減するよ
   うに形成された光導波路を直線状に支持し、この
   光導波路に光損失量測定装置を連結して成る液位
   検知センサー。