JPH0247502A - 光ファイバセンサおよびその使用方法 - Google Patents
光ファイバセンサおよびその使用方法Info
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- JPH0247502A JPH0247502A JP19785788A JP19785788A JPH0247502A JP H0247502 A JPH0247502 A JP H0247502A JP 19785788 A JP19785788 A JP 19785788A JP 19785788 A JP19785788 A JP 19785788A JP H0247502 A JPH0247502 A JP H0247502A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
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。
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、内部に蛍光物質を添加した蛍光ファイバを利
用した新規な光ファイバセンサに関するものであり、さ
らに詳しくは、位置を検出する光ファイバセンサに関す
るものである。
用した新規な光ファイバセンサに関するものであり、さ
らに詳しくは、位置を検出する光ファイバセンサに関す
るものである。
［従来の技術］
従来の光ファイバは、端面に、ある角度以内で入射して
きた光だけしか伝送できない。このため、位置を検出す
るセンナを構成するには、あるラインに沿って光ファイ
バの端面を並べなければならず、大量の光ファイバ、加
工時間、加工コストがかかっていた。
きた光だけしか伝送できない。このため、位置を検出す
るセンナを構成するには、あるラインに沿って光ファイ
バの端面を並べなければならず、大量の光ファイバ、加
工時間、加工コストがかかっていた。
また、端面を検出面に平行に並べなければならないので
、薄いセンサ部を作製するのか困難であった。
、薄いセンサ部を作製するのか困難であった。
［発明が解決しようとする課題］
本発明はこのような従来の問題を解決し、簡単な構造で
かつ精度のよい光ファイバセンサを提供することを目的
とする。
かつ精度のよい光ファイバセンサを提供することを目的
とする。
［課題を解決するための手段］
本発明光ファイバセンサは、蛍光物質を内部に含む蛍光
ファイバからなるセンサ部と、センサ部の蛍光出力を検
出する検出部とを具え、蛍光ファイバの長ざｆｌ ［ｍ
］が、ａを蛍光ファイバの伝送損失［ｄＢ／ｍｌ、 Ｐ
（ｊｌ 、ａ）を蛍光ファイバの一方の端面からの蛍光
発光出力、Ｐ（ｏｏ、ａ）を蛍光ファイバの方の端面か
らの飽和した蛍光発光出力とした時、 Ｐ（４、ａ）／Ｐ（ｏｏ、ａ） ＝ １−１０−””
”°＝ ０．９５で定義される長さ立。［ｍ］に対し、
ｌ≦、、１２ｏであることを特徴とする。
ファイバからなるセンサ部と、センサ部の蛍光出力を検
出する検出部とを具え、蛍光ファイバの長ざｆｌ ［ｍ
］が、ａを蛍光ファイバの伝送損失［ｄＢ／ｍｌ、 Ｐ
（ｊｌ 、ａ）を蛍光ファイバの一方の端面からの蛍光
発光出力、Ｐ（ｏｏ、ａ）を蛍光ファイバの方の端面か
らの飽和した蛍光発光出力とした時、 Ｐ（４、ａ）／Ｐ（ｏｏ、ａ） ＝ １−１０−””
”°＝ ０．９５で定義される長さ立。［ｍ］に対し、
ｌ≦、、１２ｏであることを特徴とする。
さらに本発明は、光ファイバセンサのセンサ部を蛍光物
質の励起光下に置き、センサ部の任意の点上における励
起光の遮断を蛍光ファイバの蛍光出力の変化として検出
することを特徴とする。
質の励起光下に置き、センサ部の任意の点上における励
起光の遮断を蛍光ファイバの蛍光出力の変化として検出
することを特徴とする。
［作 用］
本発明光ファイバセンサは光フアイバ内部に蛍光物質を
添加すると、ファイバの側面から入射してきた光を検出
できることを利用したものである。本発明の光ファイバ
センサの構成は、センサ部である蛍光ファイバに光検出
器を直結したものや、蛍光ファイバと光検出器との間に
、蛍光を効率よく光検出器に導く光ファイバを配置した
ものなどかある。また、センサ部として複数の蛍光ファ
イバをシート状や直線状に並べてもよい。以下、原理に
ついて説明する。
添加すると、ファイバの側面から入射してきた光を検出
できることを利用したものである。本発明の光ファイバ
センサの構成は、センサ部である蛍光ファイバに光検出
器を直結したものや、蛍光ファイバと光検出器との間に
、蛍光を効率よく光検出器に導く光ファイバを配置した
ものなどかある。また、センサ部として複数の蛍光ファ
イバをシート状や直線状に並べてもよい。以下、原理に
ついて説明する。
蛍光ファイバの側面から照射された励起光により、照射
を受けた蛍光ファイバ内の蛍光物質がすへて発光する。
を受けた蛍光ファイバ内の蛍光物質がすへて発光する。
この蛍光のうち、臨界角以内で芯−鞘界面に入射してき
た光は芯内を伝搬していくので、蛍光ファイバは、側面
から照射された光を検出できる。また、長さ方向にわた
って蛍光が加算され、蛍光ファイバの長さが長くなるに
つれて端面から放射される蛍光の発光出力は次第に増加
していく。しかし、蛍光ファイバの伝送損失により、蛍
光ファイバの長さかある長さ以上になると飽和に達し、
それ以上長くしても端面から放射される蛍光強度はほと
んど増加しなくなる。飽和に達するまでの長さは、蛍光
ファイバの伝送損失のある関数で表され、伝送損失が低
いほど飽和するまでの蛍光ファイバ長が長くなる。本発
明の光ファイバセンサでは、使用する蛍光ファイバの長
さを、上記の、端面からの蛍光発光出力が飽和に達する
長さよりも短いところに限定する。この範囲内に蛍光フ
ァイバ長があるということは、一方の端面付近にある蛍
光物質が発し、芯内を透過して、もう一方の端面まで到
達した蛍光も、検出器にかかるだけの十分な光出力を保
持していることを意味する。次に、位置検出の方法につ
いて説明する。
た光は芯内を伝搬していくので、蛍光ファイバは、側面
から照射された光を検出できる。また、長さ方向にわた
って蛍光が加算され、蛍光ファイバの長さが長くなるに
つれて端面から放射される蛍光の発光出力は次第に増加
していく。しかし、蛍光ファイバの伝送損失により、蛍
光ファイバの長さかある長さ以上になると飽和に達し、
それ以上長くしても端面から放射される蛍光強度はほと
んど増加しなくなる。飽和に達するまでの長さは、蛍光
ファイバの伝送損失のある関数で表され、伝送損失が低
いほど飽和するまでの蛍光ファイバ長が長くなる。本発
明の光ファイバセンサでは、使用する蛍光ファイバの長
さを、上記の、端面からの蛍光発光出力が飽和に達する
長さよりも短いところに限定する。この範囲内に蛍光フ
ァイバ長があるということは、一方の端面付近にある蛍
光物質が発し、芯内を透過して、もう一方の端面まで到
達した蛍光も、検出器にかかるだけの十分な光出力を保
持していることを意味する。次に、位置検出の方法につ
いて説明する。
蛍光物質の励起光下に本発明の光ファイバセンサを置く
と、蛍光ファイバがある一定の強さで発光する。もし、
蛍光ファイバの上を物体が通過したり、励起光をさえぎ
るように動いていったとすると、蛍光ファイバ上に当た
る励起光量が減少するのて、発光量も減少する。本発明
に使用する蛍光ファイバの長さは、蛍光発光出力が飽和
に達する長さよりも短いので、この減少量は、蛍光ファ
イバの光検出器側の端面と、物体の通過点との距離に、
はぼ比例する。つまり、減少量の大きさから距離がわか
るのである。よって１本の蛍光ファイバを使うだけで、
蛍光ファイバ上の物体通過位置を検出できる。
と、蛍光ファイバがある一定の強さで発光する。もし、
蛍光ファイバの上を物体が通過したり、励起光をさえぎ
るように動いていったとすると、蛍光ファイバ上に当た
る励起光量が減少するのて、発光量も減少する。本発明
に使用する蛍光ファイバの長さは、蛍光発光出力が飽和
に達する長さよりも短いので、この減少量は、蛍光ファ
イバの光検出器側の端面と、物体の通過点との距離に、
はぼ比例する。つまり、減少量の大きさから距離がわか
るのである。よって１本の蛍光ファイバを使うだけで、
蛍光ファイバ上の物体通過位置を検出できる。
本発明の蛍光ファイバの母体や、蛍光ファイバと光検出
器とをつなぐ光ファイバには、公知の光ファイバが使用
できる。例えは、石英ファイバ多成分ガラスファイバ、
ポリマークラッド石英ファイバ、ポリメチルメタクリレ
ート、ポリスチレン、ポリカーボネートなどを芯とした
プラスチック光ファイバなどである。蛍光物質にも公知
のものが使用可能である。例えば、ブチルＰＢＤ 、ジ
メチルＰＯＰＯＦなどのシンチレータ物質、アントラキ
ノン、ペリレン、クマリン、ローダミン６Ｇなどの有機
蛍光物質、アルカリハライド、酸化物、酸素酸塩などの
無機蛍光物質、ユーロピウム、ネオジウム、サマリウム
などの希土類元素のイオンおよび錯体などから、添加し
たい蛍光ファイバ母材との相溶性・耐熱性などを考慮し
て使うことができる。
器とをつなぐ光ファイバには、公知の光ファイバが使用
できる。例えは、石英ファイバ多成分ガラスファイバ、
ポリマークラッド石英ファイバ、ポリメチルメタクリレ
ート、ポリスチレン、ポリカーボネートなどを芯とした
プラスチック光ファイバなどである。蛍光物質にも公知
のものが使用可能である。例えば、ブチルＰＢＤ 、ジ
メチルＰＯＰＯＦなどのシンチレータ物質、アントラキ
ノン、ペリレン、クマリン、ローダミン６Ｇなどの有機
蛍光物質、アルカリハライド、酸化物、酸素酸塩などの
無機蛍光物質、ユーロピウム、ネオジウム、サマリウム
などの希土類元素のイオンおよび錯体などから、添加し
たい蛍光ファイバ母材との相溶性・耐熱性などを考慮し
て使うことができる。
ただし、検出部形状に合わせて容易に形状を変形できる
充分な可撓性を持ち、かつ、充分な蛍光発光出力を得る
には、大口径で透明性・可撓性に優れるポリメチルメタ
クリレートを芯材としたプラスチック光ファイバを使用
することが望ましい。また、伝送損失の低いポリメチル
メタクリレートを芯としたプラスチック蛍光ファイバを
得るには、蛍光物質として、ユーロピウムに配位したヘ
キサフルオロアセチルアセトン・トリオクチルフォスフ
インオキシド共同配位子錯体を用いるのが望ましい。ま
た、蛍光波長における伝送損失が大き過ぎると、端面か
らの蛍光発光出力が飽和に達する長さが短くなりすぎて
、実用的でなくなる。伝送損失としては１００００ｄＢ
／ｋｍ以下であることが必要である。
充分な可撓性を持ち、かつ、充分な蛍光発光出力を得る
には、大口径で透明性・可撓性に優れるポリメチルメタ
クリレートを芯材としたプラスチック光ファイバを使用
することが望ましい。また、伝送損失の低いポリメチル
メタクリレートを芯としたプラスチック蛍光ファイバを
得るには、蛍光物質として、ユーロピウムに配位したヘ
キサフルオロアセチルアセトン・トリオクチルフォスフ
インオキシド共同配位子錯体を用いるのが望ましい。ま
た、蛍光波長における伝送損失が大き過ぎると、端面か
らの蛍光発光出力が飽和に達する長さが短くなりすぎて
、実用的でなくなる。伝送損失としては１００００ｄＢ
／ｋｍ以下であることが必要である。
［実施例］
以下に、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、
本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではな
い。
本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではな
い。
蛍光物質として、ユーロピウムに配位したヘキサフルオ
ロアセチルアセトン・トリオクチルフォスフインオキシ
ド共同配位子錯体を用いた。そして、芯材にメチルメタ
クリレート樹脂を用い、鞘材にフッ化メタクリレート樹
脂を用いたプラスチック光ファイバの芯内に、上記蛍光
物質を２ｗｔ％添加した。
ロアセチルアセトン・トリオクチルフォスフインオキシ
ド共同配位子錯体を用いた。そして、芯材にメチルメタ
クリレート樹脂を用い、鞘材にフッ化メタクリレート樹
脂を用いたプラスチック光ファイバの芯内に、上記蛍光
物質を２ｗｔ％添加した。
第１図にこのプラスチック光ファイバの伝送損失スペク
トルを示す。測定はｌｏｍ−１ｍのカットバック法によ
るもので、入射角は０．１５ラジアンである。図示され
るように、このプラスチック光ファイバの伝送損失は波
長８５０ｎｍ以下の広い範囲にわたって５０００６Ｂ／
に＋ｎ以下であり、特に波長６４０〜７００ｎｍの範囲
では１０００ｄＢ／ｋｍという低い損失を示す。
トルを示す。測定はｌｏｍ−１ｍのカットバック法によ
るもので、入射角は０．１５ラジアンである。図示され
るように、このプラスチック光ファイバの伝送損失は波
長８５０ｎｍ以下の広い範囲にわたって５０００６Ｂ／
に＋ｎ以下であり、特に波長６４０〜７００ｎｍの範囲
では１０００ｄＢ／ｋｍという低い損失を示す。
励起光源に紫外線ランプを用い、上記プラスチック蛍光
ファイバの長さを変えて、一方の端面から放射される蛍
光発光出力がどう増加するか測定した。光パワーメータ
ーとして、安藤電気■製へ〇〜２１０１センサ部八Ｑ−
２７０２を使用した。測定値および計算によって得られ
た結果を第２図に示す。
ファイバの長さを変えて、一方の端面から放射される蛍
光発光出力がどう増加するか測定した。光パワーメータ
ーとして、安藤電気■製へ〇〜２１０１センサ部八Ｑ−
２７０２を使用した。測定値および計算によって得られ
た結果を第２図に示す。
第２図に示すとおり、測定値と計算値はよく一致し、発
光蛍光出力が飽和する長さは、約１０ｍであることがわ
かった。本発明の光ファイバセンサは、蛍光発光出力が
飽和に達する長さより短い長さで使用する。特に、 ｌ 蛍光ファイバの長さ［ｍ］ ａ：蛍光ファイバの伝送損失［ｄＢ／ｍ］Ｐ（Ｉｌ、ａ
） ：長さ℃の蛍光ファイバの一方の端面からの蛍光
発光出力 Ｐ（（１）、ａ）：蛍光ファイバの一方の端面からの飽
和した蛍光発光出力 とした時、次式 ％式％ で定義される長さλ。［ｍ］に対し、蛍光ファイバの長
さ℃を ２≦ｎ。
光蛍光出力が飽和する長さは、約１０ｍであることがわ
かった。本発明の光ファイバセンサは、蛍光発光出力が
飽和に達する長さより短い長さで使用する。特に、 ｌ 蛍光ファイバの長さ［ｍ］ ａ：蛍光ファイバの伝送損失［ｄＢ／ｍ］Ｐ（Ｉｌ、ａ
） ：長さ℃の蛍光ファイバの一方の端面からの蛍光
発光出力 Ｐ（（１）、ａ）：蛍光ファイバの一方の端面からの飽
和した蛍光発光出力 とした時、次式 ％式％ で定義される長さλ。［ｍ］に対し、蛍光ファイバの長
さ℃を ２≦ｎ。
とすることによって、すぐれた感度を得ることができる
。
。
長さ５ｍの上述したプラスチック光ファイバ１に、光パ
ワーメーター２（安藤電気■製ＡＱ−２１０１センサ部
ＡＱ−２７０２）を接続して、本発明の光ファイバセン
サを構成した。この光ファイバセンサを、明るさ約１７
０００ルクスの屋外に置き、プラスチック蛍光ファイバ
１上の点Ａ、Ｂ、Ｃ，ＤおよびＥ上を順次歩いて横切っ
た。各点Ａ−Ｅのそれぞれの間隔は１ｍである。この様
子を第３図に示す。このときの蛍光発光出力の変化を第
４図に示す。光パワーメーターより離れるにしたがい、
蛍光発光出力の減少を示すピークが小さくなっているこ
とが分かる。このように蛍光発光出力の減少の度合いに
よって、横切った位置を判断することができる。
ワーメーター２（安藤電気■製ＡＱ−２１０１センサ部
ＡＱ−２７０２）を接続して、本発明の光ファイバセン
サを構成した。この光ファイバセンサを、明るさ約１７
０００ルクスの屋外に置き、プラスチック蛍光ファイバ
１上の点Ａ、Ｂ、Ｃ，ＤおよびＥ上を順次歩いて横切っ
た。各点Ａ−Ｅのそれぞれの間隔は１ｍである。この様
子を第３図に示す。このときの蛍光発光出力の変化を第
４図に示す。光パワーメーターより離れるにしたがい、
蛍光発光出力の減少を示すピークが小さくなっているこ
とが分かる。このように蛍光発光出力の減少の度合いに
よって、横切った位置を判断することができる。
た蛍光ファイバをセンサとして使用することによって、
加工時間や加工コストのかからない、構成の簡単な、位
置センサを作ることができた。
加工時間や加工コストのかからない、構成の簡単な、位
置センサを作ることができた。
第１図は本発明実施例におけるプラスチック蛍光ファイ
バの伝送損失スペクトル図、 第２図はプラスチック蛍光ファイバの端面からの蛍光発
光出力のファイバ長による変化を示す特性図、 第３図は本発明光ファイバセンサの使用状況を説明する
図、 第４図は本発明実施例による位置検出結果を示す出力特
性図である。 １・・・プラスチック蛍光ファイバ、 ２・・・光パワーメータ。 ［発明の効果コ 以上説明したように、内部に蛍光物質を添加し−ｋ さ （ｍ） ◆ ◆ ◆會◆ 約１７０００ルクス 會 マ 本兜Ｉｆ１大施伊１−侠用状況玄脱門す６図第３図
バの伝送損失スペクトル図、 第２図はプラスチック蛍光ファイバの端面からの蛍光発
光出力のファイバ長による変化を示す特性図、 第３図は本発明光ファイバセンサの使用状況を説明する
図、 第４図は本発明実施例による位置検出結果を示す出力特
性図である。 １・・・プラスチック蛍光ファイバ、 ２・・・光パワーメータ。 ［発明の効果コ 以上説明したように、内部に蛍光物質を添加し−ｋ さ （ｍ） ◆ ◆ ◆會◆ 約１７０００ルクス 會 マ 本兜Ｉｆ１大施伊１−侠用状況玄脱門す６図第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）蛍光物質を内部に含む蛍光ファイバからなるセンサ
部と、該センサ部の蛍光出力を検出する検出部とを具え
、前記蛍光ファイバの長さｌ［ｍ］が、ａを蛍光ファイ
バの伝送損失［ｄＢ／ｍ］、Ｐ（ｌ、ａ）を蛍光ファイ
バの一方の端面からの蛍光発光出力、Ｐ（∽、ａ）を蛍
光ファイバの一方の端面からの飽和した蛍光発光出力と
した時、 Ｐ（ｌ、ａ）／Ｐ（∽、ａ）＝１−１０＾−＾ａ＾／＾
１＾０＾．＝０．９５で定義される長さｌ＿０［ｍ］に
対し、ｌ≦ｌ＿０であることを特徴とする光ファイバセ
ンサ。 ２）前記蛍光ファイバの、蛍光波長における伝送損失が
、１００００ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請
求項１に記載の光ファイバセンサ。 ３）請求項１に記載の光ファイバセンサのセンサ部を前
記蛍光物質の励起光下に置き、該センサ部の任意の点上
における前記励起光の遮断を前記蛍光ファイバの蛍光出
力の変化として検出することを特徴とする光ファイバセ
ンサの使用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197857A JP2559818B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 光ファイバセンサおよびその使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197857A JP2559818B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 光ファイバセンサおよびその使用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0247502A true JPH0247502A (ja) | 1990-02-16 |
| JP2559818B2 JP2559818B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=16381487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63197857A Expired - Lifetime JP2559818B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 光ファイバセンサおよびその使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2559818B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0469714U (ja) * | 1990-10-30 | 1992-06-19 |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP63197857A patent/JP2559818B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0469714U (ja) * | 1990-10-30 | 1992-06-19 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2559818B2 (ja) | 1996-12-04 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |