JPH0260259B2 - - Google Patents
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- JPH0260259B2 JPH0260259B2 JP60012608A JP1260885A JPH0260259B2 JP H0260259 B2 JPH0260259 B2 JP H0260259B2 JP 60012608 A JP60012608 A JP 60012608A JP 1260885 A JP1260885 A JP 1260885A JP H0260259 B2 JPH0260259 B2 JP H0260259B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、油等の液体を光学的に感知する液体
感知器に関する。
感知器に関する。
最近、石油備蓄基地や石油化学プラント等で油
洩れ事故が多発しており、この様な事故を早期に
発見するための法的規制等によつて信頼度の高い
感知器が必要とされている。
洩れ事故が多発しており、この様な事故を早期に
発見するための法的規制等によつて信頼度の高い
感知器が必要とされている。
第７図および第８図は、このような感知器の１
つの従来例であるポリマクラツド光フアイバを示
している。
つの従来例であるポリマクラツド光フアイバを示
している。
このポリマクラツド光フアイバ１は、石英から
成るコア２と屈折率が石英よりも小さなシリコン
樹脂等のポリマ（高分子材料）から成るクラツド
３とを有している。
成るコア２と屈折率が石英よりも小さなシリコン
樹脂等のポリマ（高分子材料）から成るクラツド
３とを有している。
油洩れが発生していない状態、つまり光フアイ
バ１に油が付着していない状態では光フアイバ１
の一端からこの光フアイバ１内に入射した光i1は
第７図に示す様に、コア２とクラツド３との界面
で全反射を繰り返しながら低損失で他端まで伝播
する。
バ１に油が付着していない状態では光フアイバ１
の一端からこの光フアイバ１内に入射した光i1は
第７図に示す様に、コア２とクラツド３との界面
で全反射を繰り返しながら低損失で他端まで伝播
する。
ところが屈折率の大きな油が光フアイバ１に付
着してクラツド３内へ浸潤すると、クラツド３の
屈折率が高くなる。
着してクラツド３内へ浸潤すると、クラツド３の
屈折率が高くなる。
この結果、光フアイバ１内へ入射した光i1の中
には、第８図に示す様に、コア２とクラツド３と
の界面で全反射せずに屈折しコア２外へ出て行く
光が生じる。このために、光フアイバ１中を全反
射しながら伝播する光の量が、油の浸潤前に比べ
て減少する。
には、第８図に示す様に、コア２とクラツド３と
の界面で全反射せずに屈折しコア２外へ出て行く
光が生じる。このために、光フアイバ１中を全反
射しながら伝播する光の量が、油の浸潤前に比べ
て減少する。
従つて、光フアイバ１の一端には光源を、また
他端には受光器をそれぞれ配置して、伝播光量の
変化を監視すれば油漏れを感知することができ
る。
他端には受光器をそれぞれ配置して、伝播光量の
変化を監視すれば油漏れを感知することができ
る。
ところで、光フアイバ１の径は非常に小さいの
で、油漏れが発生した場所に光フアイバ１が正確
に位置していなければこの油漏れを感知すること
ができない。
で、油漏れが発生した場所に光フアイバ１が正確
に位置していなければこの油漏れを感知すること
ができない。
つまり、光フアイバ１では油漏れを言わば線状
にしか感知することができないために油漏れを見
逃す確率が高くて信頼性の高い感知器とはなり得
ない。
にしか感知することができないために油漏れを見
逃す確率が高くて信頼性の高い感知器とはなり得
ない。
屈折率が中心軸上で最大で外周に向けて次第に
減少する分布をもつ集束性透明円柱体を、内部を
進行する光線蛇行周期の1/2ピツチの整数倍の長
さとし且つその中心軸付近で半割した略半円柱体
により、検出部を形成し、この半円柱体の両端面
に光伝送フアイバをそれぞれ接続し、前記検出部
の平担側面を検出面として前記一方のフアイバー
から光を入射させ、検出面で反射した光を他方の
フアイバーに受光させるようにした。
減少する分布をもつ集束性透明円柱体を、内部を
進行する光線蛇行周期の1/2ピツチの整数倍の長
さとし且つその中心軸付近で半割した略半円柱体
により、検出部を形成し、この半円柱体の両端面
に光伝送フアイバをそれぞれ接続し、前記検出部
の平担側面を検出面として前記一方のフアイバー
から光を入射させ、検出面で反射した光を他方の
フアイバーに受光させるようにした。
検出部の一方の端面から入射した光はサインカ
ーブ近似で蛇行進行して検出面に向い、この検出
面で全反射した後集束しつつ進行して検出部の他
端面から光フアイバへ出射する。もし検出部の平
担検出面に油等の被検出液体が付着すると、屈折
率の増加によつて検出面に入射した光線の一部が
屈折して外部に漏出し、受光側光フアイバーへの
出射光量が低下する。
ーブ近似で蛇行進行して検出面に向い、この検出
面で全反射した後集束しつつ進行して検出部の他
端面から光フアイバへ出射する。もし検出部の平
担検出面に油等の被検出液体が付着すると、屈折
率の増加によつて検出面に入射した光線の一部が
屈折して外部に漏出し、受光側光フアイバーへの
出射光量が低下する。
したがつて受光側フアイバーに接続した受光器
で光量を測定することにより、受光量の低下から
油漏れを感知することができる。そして本発明で
は検出部に1/2ピツチの整数倍の長さをもつ自己
集束性伝送体を使用しているので、端部に接続す
る光伝送フアイバ径に比して検出部の径すなわち
検出面幅を充分大にしても、フアイバから拡散出
射し検出面で反射した光束は集束して出射側フア
イバコア内に入射するため、接続フアイバと検出
部の径差に基づく漏光損失をほとんど生じること
なく、高感度の検出を広い検出面で行なうことが
できる。また検出部に接続する光フアイバーは一
般に光通信に使用されている細径（一例としてコ
ア径50μｍ）のフアイバをそのまま使用できるの
で安価なコストで製作することができる。
で光量を測定することにより、受光量の低下から
油漏れを感知することができる。そして本発明で
は検出部に1/2ピツチの整数倍の長さをもつ自己
集束性伝送体を使用しているので、端部に接続す
る光伝送フアイバ径に比して検出部の径すなわち
検出面幅を充分大にしても、フアイバから拡散出
射し検出面で反射した光束は集束して出射側フア
イバコア内に入射するため、接続フアイバと検出
部の径差に基づく漏光損失をほとんど生じること
なく、高感度の検出を広い検出面で行なうことが
できる。また検出部に接続する光フアイバーは一
般に光通信に使用されている細径（一例としてコ
ア径50μｍ）のフアイバをそのまま使用できるの
で安価なコストで製作することができる。
以下本発明を図面に示した実施例につき詳細に
説明する。
説明する。
第１図は本発明に係る液体感知器の側面断面図
であり、第２図は同正面図である。液体を検出す
る検出部１０は、第３図に示すような円柱状の自
己集束レンズ１１の中心軸線を含む面１２で半分
割したガラス、石英、プラスチツク等の透明半円
柱体１３で構成されている。
であり、第２図は同正面図である。液体を検出す
る検出部１０は、第３図に示すような円柱状の自
己集束レンズ１１の中心軸線を含む面１２で半分
割したガラス、石英、プラスチツク等の透明半円
柱体１３で構成されている。
集束性レンズ１１は周知のように屈折率が中心
軸上で最大で周辺に向つて二乗近似で漸減する屈
折率分布をもつている。
軸上で最大で周辺に向つて二乗近似で漸減する屈
折率分布をもつている。
したがつて上記の検出部１０は、平担側面１０
Ａの中心０で屈折率が最大で平担側面１０Ａの両
側縁および円弧側面１０Ｂに向けて次第に減少す
る屈折率分布を有している。また検出部の長さｌ
は集束性レンズ１１の光線蛇行周期の1/2ピツチ
の整数倍、一例として1/2ピツチとしてある。
Ａの中心０で屈折率が最大で平担側面１０Ａの両
側縁および円弧側面１０Ｂに向けて次第に減少す
る屈折率分布を有している。また検出部の長さｌ
は集束性レンズ１１の光線蛇行周期の1/2ピツチ
の整数倍、一例として1/2ピツチとしてある。
検出部の上記平担側面１０Ａが液体の検出面で
あり、この検出面１０Ａは有機樹脂被覆層１４で
覆つてある。この被覆層１４の樹脂は検出面１０
Ａの最大屈折率n0よりも小さな屈折率n2を有し、
且つ被検出液体の浸潤が可能な材質、一例として
シリコン樹脂から成る。
あり、この検出面１０Ａは有機樹脂被覆層１４で
覆つてある。この被覆層１４の樹脂は検出面１０
Ａの最大屈折率n0よりも小さな屈折率n2を有し、
且つ被検出液体の浸潤が可能な材質、一例として
シリコン樹脂から成る。
また検出部１０の両端面１０Ｃ，１０Ｄは光軸
に垂直な平行平滑面にしてあり、一方の端面１０
Ｃの円弧側面奇りの位置に、光源からの光を検出
部１０内に導入する入射用光フアイバー１５Ａの
一端を接続し、また他端面１０Ｄの対称位置に出
射光を受光器に導く出射用光フアイバー１５Ｂの
一端を接続する。
に垂直な平行平滑面にしてあり、一方の端面１０
Ｃの円弧側面奇りの位置に、光源からの光を検出
部１０内に導入する入射用光フアイバー１５Ａの
一端を接続し、また他端面１０Ｄの対称位置に出
射光を受光器に導く出射用光フアイバー１５Ｂの
一端を接続する。
上記の感知器においてフアイバー１５Ａから検
出部１０に入射した光線１６は略サインカーブを
描いて進行し検出面１０Ａに至る。
出部１０に入射した光線１６は略サインカーブを
描いて進行し検出面１０Ａに至る。
ここで光線１６の検出面１０Ａに対する入射角
θiは、検出部１０端面の入射位置での屈折率n1と
中心屈折率n0によつてほぼ決まり、 θi＝sin（n1／n0） …(1) となる。
θiは、検出部１０端面の入射位置での屈折率n1と
中心屈折率n0によつてほぼ決まり、 θi＝sin（n1／n0） …(1) となる。
また検出面１０Ａにおける全反射臨界角θ1は、
θ1＝sin-1（n2／n0） …(2)
となり、光線１６が検出面１０Ａで全反射される
条件は θi≧θ1 …(3) つまり n1≧n2 …(4) である。
条件は θi≧θ1 …(3) つまり n1≧n2 …(4) である。
ここで被覆層１４に検出すべき液体が浸潤する
と、被覆層１４の屈折率n2が増加してn3となる。
このときの検出面１０Ａにおける全反射臨界角θ2
は θ2＝sin-1（n3／n0） …(5) となる。ここで入射角θiと臨界角θ2の関係が θ1＜θ2 …(6) つまり、 n1＜n3 …(7) となるため光線１６は検出面１０Ａで全反射され
ず、出射側フアイバー１５Ｂに入射する光量が減
少する。
と、被覆層１４の屈折率n2が増加してn3となる。
このときの検出面１０Ａにおける全反射臨界角θ2
は θ2＝sin-1（n3／n0） …(5) となる。ここで入射角θiと臨界角θ2の関係が θ1＜θ2 …(6) つまり、 n1＜n3 …(7) となるため光線１６は検出面１０Ａで全反射され
ず、出射側フアイバー１５Ｂに入射する光量が減
少する。
したがつて出射側フアイバー１５Ｂに接続した
受光器の受光量を測定することにより油等の漏れ
を感知することができる。
受光器の受光量を測定することにより油等の漏れ
を感知することができる。
具体的な数値例を示すと、直径２mmの石英（屈
折率1.458）ロツドに、屈折率が中心軸上でn0＝
1.485で周辺に向けて漸減する分布を与え、この
ロツドの片半分の半円柱体で検出部１０を構成
し、長さ1/2ピツチ、19.8mmとする。また、被覆
層１４として屈折率n2＝1.405のシリコン樹脂を
用いる。
折率1.458）ロツドに、屈折率が中心軸上でn0＝
1.485で周辺に向けて漸減する分布を与え、この
ロツドの片半分の半円柱体で検出部１０を構成
し、長さ1/2ピツチ、19.8mmとする。また、被覆
層１４として屈折率n2＝1.405のシリコン樹脂を
用いる。
このときθi＝79.1度、θ1＝71.1度となり前述式
を満足しているので、入射光線１６は検出面１０
Ａで全反射されて出射フアイバー１５Ｂに入光す
る。被覆層１４に検出すべき液体、例えば屈折率
1.48の油が付着して浸潤するとシリコン樹脂の屈
折率n3は1.47程度となる。
を満足しているので、入射光線１６は検出面１０
Ａで全反射されて出射フアイバー１５Ｂに入光す
る。被覆層１４に検出すべき液体、例えば屈折率
1.48の油が付着して浸潤するとシリコン樹脂の屈
折率n3は1.47程度となる。
このときθ2は81.8゜となり、θiよりも大きな臨界
角となり伝搬光量が減少することになる。
角となり伝搬光量が減少することになる。
上記の実施例では検出部１０を1/2ピツチの長
さとしたが、1/2ピツチの２倍以上の長さ例えば
第４図に示すように３倍の長さにとれば、実質的
な検知面積を３倍に増加させることができ、しか
も液体を感知したときの光量の変化も３倍に増加
して検出感度を改善できる。
さとしたが、1/2ピツチの２倍以上の長さ例えば
第４図に示すように３倍の長さにとれば、実質的
な検知面積を３倍に増加させることができ、しか
も液体を感知したときの光量の変化も３倍に増加
して検出感度を改善できる。
第５図に本発明の他の実施例を示す。
本例は、イオン拡散法、CVD法、共重合法等
の方法によりガラスあるいはプラスチツクの平板
基材１７中に前述の屈折率分布をもつた半円柱状
の検出部１０を、検出面１０Ａを基材１７の板面
１７Ａと一致させて一体に埋め込み形成し、さら
に基板１７の面に、上記検出面１０Ａを覆うよう
に且つ検出面１０Ａの幅W1よりも広い幅W2望ま
しくはW1の２倍以上の幅に恒つて前記実施例と
同様のシリコン樹脂等の被覆層１４を設けた構造
である。
の方法によりガラスあるいはプラスチツクの平板
基材１７中に前述の屈折率分布をもつた半円柱状
の検出部１０を、検出面１０Ａを基材１７の板面
１７Ａと一致させて一体に埋め込み形成し、さら
に基板１７の面に、上記検出面１０Ａを覆うよう
に且つ検出面１０Ａの幅W1よりも広い幅W2望ま
しくはW1の２倍以上の幅に恒つて前記実施例と
同様のシリコン樹脂等の被覆層１４を設けた構造
である。
上記構造によれば検出面１０Ａの幅方向の外側
で被検出液が付着しても被覆層１４で捕促され、
液の浸潤によつて検出面１０Ａ上の被覆部分の屈
折率が変化することになるので、前述実施例に比
べ、実質的な検知面積をより広くすることができ
る。
で被検出液が付着しても被覆層１４で捕促され、
液の浸潤によつて検出面１０Ａ上の被覆部分の屈
折率が変化することになるので、前述実施例に比
べ、実質的な検知面積をより広くすることができ
る。
第６図は本発明の感知器を適用して実際に油漏
れを感知するための装置を示している。まず油タ
ンク２０の油漏れが発生しそうな箇所に検出部を
配置し、これらの検出部間を光フアイバ１５によ
つて直列もしくは並列に接続しておく。光フアイ
バ１５へは光源２１からの光を入射させ、この光
フアイバ１５から射出される光を光検出器２２で
検出する。そして光検出器２２からの電気信号
を、増巾器２３及び比較器２４を介して警報器２
５へ導く。
れを感知するための装置を示している。まず油タ
ンク２０の油漏れが発生しそうな箇所に検出部を
配置し、これらの検出部間を光フアイバ１５によ
つて直列もしくは並列に接続しておく。光フアイ
バ１５へは光源２１からの光を入射させ、この光
フアイバ１５から射出される光を光検出器２２で
検出する。そして光検出器２２からの電気信号
を、増巾器２３及び比較器２４を介して警報器２
５へ導く。
なお、光フアイバコネクタの接続損失や光フア
イバの伝送損失の測定に利用されている後方散乱
法を併用すれば、単に油漏れを感知するのみでは
なく、油漏れの箇所をも知ることができる。
イバの伝送損失の測定に利用されている後方散乱
法を併用すれば、単に油漏れを感知するのみでは
なく、油漏れの箇所をも知ることができる。
以上に述べた実施では検出面に被検出液が湿潤
し得る樹脂層の被覆を施しているがこの被覆層を
省略して空気層が検出面と接触するようにしても
よい。
し得る樹脂層の被覆を施しているがこの被覆層を
省略して空気層が検出面と接触するようにしても
よい。
ただし、異物の付着等による誤動作を防ぐため
に実施例のように被覆層を設けるのが望ましい。
に実施例のように被覆層を設けるのが望ましい。
本発明によれば、光フアイバーからの出射光束
は検出部の平担な検出面に広がつているので、広
い範囲にわたつて液体を感知できる。また検出部
として屈折率分布をもつた自己集束性レンズ体を
使用しているので、屈折率一様な透明体を使用し
た場合のように反射後に拡散することがなく、検
出面で反射した後集束して効率良く出射フアイバ
ーに入るため、平常時と液体付着時との光量変化
量が大きく高感度の検出を行なうことができると
ともに、光フアイバー径に比して検出面の幅を充
分大きくとることができる。
は検出部の平担な検出面に広がつているので、広
い範囲にわたつて液体を感知できる。また検出部
として屈折率分布をもつた自己集束性レンズ体を
使用しているので、屈折率一様な透明体を使用し
た場合のように反射後に拡散することがなく、検
出面で反射した後集束して効率良く出射フアイバ
ーに入るため、平常時と液体付着時との光量変化
量が大きく高感度の検出を行なうことができると
ともに、光フアイバー径に比して検出面の幅を充
分大きくとることができる。
すなわち、検出部の大きさに合せた特殊な太径
のフアイバーを必要とせず、一般の光通信用に使
用されている細径フアイバーをそのまま利用でき
る。
のフアイバーを必要とせず、一般の光通信用に使
用されている細径フアイバーをそのまま利用でき
る。
第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第
２図は同正面図、第３図は自己集束型レンズを示
す斜視図、第４図は本発明の他の実施例を示す側
断面図、第５図は本発明のさらに別の実施例を示
す斜視図、第６図は本発明の感知器の使用例を示
すブロツク図、第７図および第８図は従来のポリ
マクラツドフアイバ型の液体感知器を示す側断面
図である。 １０……検出部、１０Ａ……検出面、１１……
自己集束性レンズ、１３……屈折率分布半円柱
体、１４……樹脂被覆層、１５，１５Ａ，１５Ｂ
……光フアイバ、１６……光線、１７……基板、
２０……油タンク、２１……光源、２２……光検
出器、２３……増巾器、２４……比較器、２５…
…警報器。
２図は同正面図、第３図は自己集束型レンズを示
す斜視図、第４図は本発明の他の実施例を示す側
断面図、第５図は本発明のさらに別の実施例を示
す斜視図、第６図は本発明の感知器の使用例を示
すブロツク図、第７図および第８図は従来のポリ
マクラツドフアイバ型の液体感知器を示す側断面
図である。 １０……検出部、１０Ａ……検出面、１１……
自己集束性レンズ、１３……屈折率分布半円柱
体、１４……樹脂被覆層、１５，１５Ａ，１５Ｂ
……光フアイバ、１６……光線、１７……基板、
２０……油タンク、２１……光源、２２……光検
出器、２３……増巾器、２４……比較器、２５…
…警報器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 屈折率が中心軸上で最大で外周に向けて次第
に減少する分布をもつ透明円柱体を、1/2ピツチ
の整数倍の長さとし且つ中心軸付近で半割した略
半円柱体により検出部を形成し、この半円柱体の
両端面に光伝送フアイバーをそれぞれ接続し、前
記検出部の平担側面を検出面として前記一方のフ
アイバーから光を入射させ、検出面で反射した光
を他方のフアイバーに受光させるようにしたこと
を特徴とする液体感知器。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記検出面
を、被検出液体が浸潤し得る材質で且つ屈折率が
前記検出面の最大屈折率よりも小さい被覆層によ
り被覆した液体感知器。 ３ 特許請求の範囲第２項において、被覆樹脂は
シリコン系樹脂である液体感知器。 ４ 特許請求の範囲第１項において、半円柱状の
検出部は透明基板の肉厚内に、検出面と該透明板
面とを一致させて一体的に埋め込み形成されてい
る液体感知器。 ５ 特許請求の範囲第４項において、被検出液体
で浸潤し得る材質で且つ屈折率が検出面の最大屈
折率よりも小さい被覆層を透明基板面上に、前記
検出部の幅を越える範囲にわたり施した液体感知
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60012608A JPS61173135A (ja) | 1985-01-28 | 1985-01-28 | 液体感知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60012608A JPS61173135A (ja) | 1985-01-28 | 1985-01-28 | 液体感知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61173135A JPS61173135A (ja) | 1986-08-04 |
| JPH0260259B2 true JPH0260259B2 (ja) | 1990-12-14 |
Family
ID=11810071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60012608A Granted JPS61173135A (ja) | 1985-01-28 | 1985-01-28 | 液体感知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61173135A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994024543A1 (en) * | 1993-04-15 | 1994-10-27 | Japan Energy Corporation | Total reflection type sensor for measuring refraction index |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109884064B (zh) * | 2019-04-24 | 2021-09-07 | 山东协和学院 | 一种液体传感器的数据采集装置 |
-
1985
- 1985-01-28 JP JP60012608A patent/JPS61173135A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994024543A1 (en) * | 1993-04-15 | 1994-10-27 | Japan Energy Corporation | Total reflection type sensor for measuring refraction index |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61173135A (ja) | 1986-08-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |