JPH0260260B2 - - Google Patents
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- JPH0260260B2 JPH0260260B2 JP60025256A JP2525685A JPH0260260B2 JP H0260260 B2 JPH0260260 B2 JP H0260260B2 JP 60025256 A JP60025256 A JP 60025256A JP 2525685 A JP2525685 A JP 2525685A JP H0260260 B2 JPH0260260 B2 JP H0260260B2
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- Japan
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- coating layer
- refractive index
- waveguide
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- oil
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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
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
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
漏れ事故が多発しており、この様な事故を早期に
発見する為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。また感知器は安全性
が高いものでなければならない。
漏れ事故が多発しており、この様な事故を早期に
発見する為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。また感知器は安全性
が高いものでなければならない。
従来、光学的な液体感知器としてはポリマクラ
ツドフアイバが知られている。このポリマクラツ
ド光フアイバは、石英から成るコアと屈折率が石
英よりも小さなシリコン樹脂等のポリマ（高分子
材料）から成るクラツドとを有している。
ツドフアイバが知られている。このポリマクラツ
ド光フアイバは、石英から成るコアと屈折率が石
英よりも小さなシリコン樹脂等のポリマ（高分子
材料）から成るクラツドとを有している。
油漏れが発生していない状態、つまり光フアイ
バに油が付着していない状態では、光フアイバの
一端からこの光フアイバ内へ入射した光は、コア
とクラツド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。
バに油が付着していない状態では、光フアイバの
一端からこの光フアイバ内へ入射した光は、コア
とクラツド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に付
着してクラツド内へ浸潤すると、クラツドの屈折
率が高くなる。この結果、光フアイバ内へ入射し
た光の中には、コアとクラツドとの界面で全反射
せずに屈折しコア外へ出て行く光が生じる。
着してクラツド内へ浸潤すると、クラツドの屈折
率が高くなる。この結果、光フアイバ内へ入射し
た光の中には、コアとクラツドとの界面で全反射
せずに屈折しコア外へ出て行く光が生じる。
この為に、光フアイバ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。
する光の量が、油の浸潤前に比べて減少する。
従つて、光フアイバの一端には光源を、また他
端には受光器を夫々配置して、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。
端には受光器を夫々配置して、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。
上記従来のポリマクラツドフアイバでは、フア
イバ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。
イバ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度の高い感知器とは成り得
ない。
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度の高い感知器とは成り得
ない。
石英、ガラス等の透光性基板に単一モード光導
波路を設け、この導波路を覆うように、検知液体
が浸潤し得る物質、例えばシリコン樹脂、連続気
泡を有する無機あるいは有機の多孔体からなる被
覆層を設ける。
波路を設け、この導波路を覆うように、検知液体
が浸潤し得る物質、例えばシリコン樹脂、連続気
泡を有する無機あるいは有機の多孔体からなる被
覆層を設ける。
基板として多成分系ガラスなど比較的屈折率の
高い材質を使用した場合は、被覆層に検知液体が
浸潤した際導波路から被覆層へのエバネツセント
波浸出をより多くするために、被覆層と導波路と
の間に、屈折率が導波路よりも小さく被覆層より
も大な薄い中間層を設けてもよい。このような中
間層は被覆層と導波路とのエバネツセント波結合
を妨げない厚みであることが必要であり、一般的
には単一モード光導波路厚みの約３分の１以下と
するのが望ましい。
高い材質を使用した場合は、被覆層に検知液体が
浸潤した際導波路から被覆層へのエバネツセント
波浸出をより多くするために、被覆層と導波路と
の間に、屈折率が導波路よりも小さく被覆層より
も大な薄い中間層を設けてもよい。このような中
間層は被覆層と導波路とのエバネツセント波結合
を妨げない厚みであることが必要であり、一般的
には単一モード光導波路厚みの約３分の１以下と
するのが望ましい。
上記構造の感知器の導波路の対向側端にそれぞ
れ光フアイバを接続し、一方のフアイバを光源に
また他方のフアイバを受光器に接続して伝送光の
光量変化を測定する。
れ光フアイバを接続し、一方のフアイバを光源に
また他方のフアイバを受光器に接続して伝送光の
光量変化を測定する。
もし感知器の被覆層にこの被覆層よりも屈折率
の大な検知液体、例えば油が付着すると被覆層に
浸潤し、被覆層全体の屈折率が増大する。
の大な検知液体、例えば油が付着すると被覆層に
浸潤し、被覆層全体の屈折率が増大する。
この結果、単一モード光導波路中を伝搬する光
のうち、被覆層に浸み出すエバネツセント波の割
合が増加し、被覆層で吸収される光量が増加して
受光量が減少する。
のうち、被覆層に浸み出すエバネツセント波の割
合が増加し、被覆層で吸収される光量が増加して
受光量が減少する。
上記の受光量変化によつて感知器設置箇所にお
ける検知液体の存在、例えば油洩れを高感度で検
出することができる。
ける検知液体の存在、例えば油洩れを高感度で検
出することができる。
以下本発明を図面に示した実施例について詳細
に説明する。
に説明する。
第１図において１は感知器であり、感知器１は
透光性材料例えば石英ガラス（屈折例n1＝1.458）
からなる基板の面に、この基板２よりも屈折率の
大きい、例えば屈折率n2＝1.46の透光性薄膜から
成る単一モード光導波路３を設ける。この単一モ
ード光導波路３の厚みは例えば5μｍである。
透光性材料例えば石英ガラス（屈折例n1＝1.458）
からなる基板の面に、この基板２よりも屈折率の
大きい、例えば屈折率n2＝1.46の透光性薄膜から
成る単一モード光導波路３を設ける。この単一モ
ード光導波路３の厚みは例えば5μｍである。
さらにこの単一モード光導波路３の上表面を覆
つて被覆層４が設けられている。この被覆層４
は、付着した油等の被検知液体が厚み方向に容易
に浸潤し得る材質および厚みで構成され、その屈
折率n3は単一モード光導波路３の屈折率n2よりも
小さいことが必要である。
つて被覆層４が設けられている。この被覆層４
は、付着した油等の被検知液体が厚み方向に容易
に浸潤し得る材質および厚みで構成され、その屈
折率n3は単一モード光導波路３の屈折率n2よりも
小さいことが必要である。
このような条件を満たす被覆層材料として屈折
率が1.405のシリコン樹脂が好適に使用できる。
また、連続気泡を有する多孔質体も使用可能であ
る。上記構造の感知器の対向する両側端面にそれ
ぞれ単一モード光フアイバ５Ａ，５Ｂを結合し、
一方の光フアイバ５Ａを通して単一モード光を導
波路３に入射させ、また導波路３からの出射光を
フアイバ５Ｂに受光させた後図外の受光器へ導き
受光量変化を測定する。
率が1.405のシリコン樹脂が好適に使用できる。
また、連続気泡を有する多孔質体も使用可能であ
る。上記構造の感知器の対向する両側端面にそれ
ぞれ単一モード光フアイバ５Ａ，５Ｂを結合し、
一方の光フアイバ５Ａを通して単一モード光を導
波路３に入射させ、また導波路３からの出射光を
フアイバ５Ｂに受光させた後図外の受光器へ導き
受光量変化を測定する。
上記装置において、被検知液体６が被覆層４表
面に付着するとこの液体６は速やかに被覆層４中
に浸潤し、この結果被覆層４の屈折率n3が増加す
る。
面に付着するとこの液体６は速やかに被覆層４中
に浸潤し、この結果被覆層４の屈折率n3が増加す
る。
例えば被検知液体６が屈折率1.458の油で被覆
層４が屈折率1.405のシリコン樹脂の場合、被覆
層４の屈折率n3は約1.451に増加する。
層４が屈折率1.405のシリコン樹脂の場合、被覆
層４の屈折率n3は約1.451に増加する。
この結果、導波路３を通る単一モード光から被
覆層４中へしみ出るエバネツセント波７の割合が
増加して、被覆層４で吸収される光の割合が増加
し、導波路３出口からの出射光量が減少するので
被検知液体の出現、例えば油漏れを検出すること
ができる。
覆層４中へしみ出るエバネツセント波７の割合が
増加して、被覆層４で吸収される光の割合が増加
し、導波路３出口からの出射光量が減少するので
被検知液体の出現、例えば油漏れを検出すること
ができる。
第２図は本発明の他の実施例を示す。
本例は基板２として、多成分系ガラスなど屈折
率が相対的に高い材質のものを使用した場合に好
適な構造であり、この場合は前述実施例構造のよ
うに導波路３上にシリコン樹脂のような屈折率が
かなり小さい被覆層４を設けると導波路３との屈
折率差が相対的に大きくなり、被検知液体の浸潤
で被覆層４の屈折率が増加したとしても被覆層４
へのエバネツセント波洩出が充分でなく高い検出
感度が得られなくなる。そこで本例構造では、単
一モード光導波路３と被覆層４との間に、屈折率
n4が両者の中間にある材質の中間層８を設ける。
率が相対的に高い材質のものを使用した場合に好
適な構造であり、この場合は前述実施例構造のよ
うに導波路３上にシリコン樹脂のような屈折率が
かなり小さい被覆層４を設けると導波路３との屈
折率差が相対的に大きくなり、被検知液体の浸潤
で被覆層４の屈折率が増加したとしても被覆層４
へのエバネツセント波洩出が充分でなく高い検出
感度が得られなくなる。そこで本例構造では、単
一モード光導波路３と被覆層４との間に、屈折率
n4が両者の中間にある材質の中間層８を設ける。
この中間層８の厚みはあまり大であると、導波
路３から被覆層４へのエバネツセント波しみ出し
が阻止されてしまうので一般的には中間層８の厚
みは導波路厚みの約３分の１以下とするのが望ま
しい。一例として基板２に屈折率が1.55の多成分
系ガラスを使用し、この基板上に屈折率1.555で
厚みが約4μｍの単一モード光導波路３を設け、
この導波路３上に中間層８として屈折率が1.55で
厚みが約1μｍのガラス薄膜を積層する。そして、
この中間層８上に例えばシリコン樹脂の被覆層４
を設ける。
路３から被覆層４へのエバネツセント波しみ出し
が阻止されてしまうので一般的には中間層８の厚
みは導波路厚みの約３分の１以下とするのが望ま
しい。一例として基板２に屈折率が1.55の多成分
系ガラスを使用し、この基板上に屈折率1.555で
厚みが約4μｍの単一モード光導波路３を設け、
この導波路３上に中間層８として屈折率が1.55で
厚みが約1μｍのガラス薄膜を積層する。そして、
この中間層８上に例えばシリコン樹脂の被覆層４
を設ける。
本例のものも、被覆層４中に被検知液体が浸潤
してその屈折率が増大すると、導波路３から中間
層８を通して被覆層４内へしみ出すエバネツセン
ト波が増加し、この結果受光量が減少するので被
検知液体の出現を検出することができる。
してその屈折率が増大すると、導波路３から中間
層８を通して被覆層４内へしみ出すエバネツセン
ト波が増加し、この結果受光量が減少するので被
検知液体の出現を検出することができる。
なお、基板２の材質として多成分系ガラス、石
英系ガラス、或いはプラスチツクを夫々用いた場
合は、二段階電界イオン交換法、光フアイバ等の
製作に利用されている火炎加水分解法、或いは光
重合法等の周知の技術を夫々利用することによつ
て、光導波路を形成することができる。この光導
波路の垂直な断面における屈折率分布は、均一で
あつてもよいし勾配を有していてもよい。また光
導波路の形成は上記以外に蒸着、スパツタリン
グ、イオン注入、熱拡散などの方法によつて形成
されても何らさしつかえない。
英系ガラス、或いはプラスチツクを夫々用いた場
合は、二段階電界イオン交換法、光フアイバ等の
製作に利用されている火炎加水分解法、或いは光
重合法等の周知の技術を夫々利用することによつ
て、光導波路を形成することができる。この光導
波路の垂直な断面における屈折率分布は、均一で
あつてもよいし勾配を有していてもよい。また光
導波路の形成は上記以外に蒸着、スパツタリン
グ、イオン注入、熱拡散などの方法によつて形成
されても何らさしつかえない。
以上のような感知器を多成分系あるいは石英系
のガラスで構成して、しかも導波路３の入射端及
び出射端の近傍には被覆層４を設けないようにす
れば光フアイバ５Ａ，５Ｂとして伝送損失の少な
いガラス光フアイバを使用しても、この光フアイ
バと基板とを融着等によつて容易に接続すること
ができる。また図示例の単一モード光導波路３は
二次元形であるが、埋め込み型やリツジ型及びス
トリツプ型等の三次元形の光導波路を用いても同
様の効果を得ることができる。また光フアイバ５
Ａ，５Ｂを使用せずに、プリズム結合器やレンズ
等で光導波路３中へ光を直接に入力したり、非晶
質Siの様な光検出器を光導波路３の出力端に直接
取り付けてもよい。
のガラスで構成して、しかも導波路３の入射端及
び出射端の近傍には被覆層４を設けないようにす
れば光フアイバ５Ａ，５Ｂとして伝送損失の少な
いガラス光フアイバを使用しても、この光フアイ
バと基板とを融着等によつて容易に接続すること
ができる。また図示例の単一モード光導波路３は
二次元形であるが、埋め込み型やリツジ型及びス
トリツプ型等の三次元形の光導波路を用いても同
様の効果を得ることができる。また光フアイバ５
Ａ，５Ｂを使用せずに、プリズム結合器やレンズ
等で光導波路３中へ光を直接に入力したり、非晶
質Siの様な光検出器を光導波路３の出力端に直接
取り付けてもよい。
第３図は感知器１を適用して実際に油漏れを感
知する為の装置を示している。まず、油タンク１
０の油漏れが発生しそうな箇所に感知器１を配置
し、これらの感知器１を光フアイバ１１によつて
直列もしくは並列に接続しておく。最側端の光フ
アイバ１１へは光源１２からの光を入射させ、ま
た他側端の光フアイバ１１から射出される光を光
検出器１３で検出する。そして、光検出器１３か
らの電気信号を、増巾器１４及び比較器１５を介
して警報器１６へ導く。
知する為の装置を示している。まず、油タンク１
０の油漏れが発生しそうな箇所に感知器１を配置
し、これらの感知器１を光フアイバ１１によつて
直列もしくは並列に接続しておく。最側端の光フ
アイバ１１へは光源１２からの光を入射させ、ま
た他側端の光フアイバ１１から射出される光を光
検出器１３で検出する。そして、光検出器１３か
らの電気信号を、増巾器１４及び比較器１５を介
して警報器１６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。
以上の説明では油の感知について述べたが、被
覆層４に浸潤してこの被覆層４の屈折率を増大さ
せる液体であれば油に限られることなく感知する
ことができる。
覆層４に浸潤してこの被覆層４の屈折率を増大さ
せる液体であれば油に限られることなく感知する
ことができる。
本発明による液体感知器では平板導波路を用い
ているので、従来のポリマクラツドフアイバ型感
知器に比べてはるかに広い面積範囲にわたり感知
領域をもち、したがつて信頼性の高い検出を行な
うことができる。また、フアイバ型と異なり、被
検知液体が浸潤する被覆層４を光導波路３よりも
広い範囲にわたつて設けることができ、この点か
らも検知面積を充分に大きくすることができる。
さらに連続したフアイバで構成される従来のもの
に比べて、取り替えを容易に行なうことができ
る。
ているので、従来のポリマクラツドフアイバ型感
知器に比べてはるかに広い面積範囲にわたり感知
領域をもち、したがつて信頼性の高い検出を行な
うことができる。また、フアイバ型と異なり、被
検知液体が浸潤する被覆層４を光導波路３よりも
広い範囲にわたつて設けることができ、この点か
らも検知面積を充分に大きくすることができる。
さらに連続したフアイバで構成される従来のもの
に比べて、取り替えを容易に行なうことができ
る。
また、単一モード光導波路からのエバネツセン
ト波しみ出し量変化により検出するため、多モー
ド光導波路を用いた場合のように導波路への光入
射角度を一定角度範囲に制御するための加工が不
要で製作が容易である。
ト波しみ出し量変化により検出するため、多モー
ド光導波路を用いた場合のように導波路への光入
射角度を一定角度範囲に制御するための加工が不
要で製作が容易である。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は本発明の他の実施例を示す断面図、第３図は
本発明の感知器を油洩れ検出に適用した例を示す
概略図である。 １……感知器、２……基板、３……単一モード
光導波路、４……被検知液体が浸潤し得る被覆
層、５Ａ，５Ｂ，１１……光フアイバ、６……被
検知液体、７……エバネツセント波、８……中間
層、１０……油タンク、１２……光源、１３……
光検出器、１６……警報器。
図は本発明の他の実施例を示す断面図、第３図は
本発明の感知器を油洩れ検出に適用した例を示す
概略図である。 １……感知器、２……基板、３……単一モード
光導波路、４……被検知液体が浸潤し得る被覆
層、５Ａ，５Ｂ，１１……光フアイバ、６……被
検知液体、７……エバネツセント波、８……中間
層、１０……油タンク、１２……光源、１３……
光検出器、１６……警報器。
Claims (1)
- １ 透光性の基板と、この基板に形成された単一
モード光導波路と、中間薄膜を介して、または介
さずに前記光導波路上に積層配置した検知液体が
浸潤し得る物質から成る被覆層とを備えたことを
特徴とする液体感知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60025256A JPS61186836A (ja) | 1985-02-14 | 1985-02-14 | 液体感知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60025256A JPS61186836A (ja) | 1985-02-14 | 1985-02-14 | 液体感知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61186836A JPS61186836A (ja) | 1986-08-20 |
| JPH0260260B2 true JPH0260260B2 (ja) | 1990-12-14 |
Family
ID=12160931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60025256A Granted JPS61186836A (ja) | 1985-02-14 | 1985-02-14 | 液体感知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61186836A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0718792B2 (ja) * | 1988-05-27 | 1995-03-06 | 日立電線株式会社 | 光式塩分粒子付着量検出センサ |
| JPH03197846A (ja) * | 1989-12-26 | 1991-08-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 赤外線式ガスセンサー |
| US11105973B2 (en) | 2019-01-11 | 2021-08-31 | Schott Corporation | Optically enhanced high resolution image guides |
-
1985
- 1985-02-14 JP JP60025256A patent/JPS61186836A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61186836A (ja) | 1986-08-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |