JPH035867Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は容器等に収容されている液体の液面
の位置を検出する光フアイバ液面センサに関す
る。

「従来の技術」 第２図は従来の光フアイバ液面センサの構成例
を示す図である。発光素子１１の出す照射光L₁
は光フアイバ１２に導かれ光コネクタ等（図には
示してない）により光結合された光方向性結合器
１３の入射端１３Ａに入射され、入出射端１３Ｂ
から出射される。その入出射端１３Ｂには光フア
イバ１４が光結合して接続されており、照射光
L₁はこの光フアイバ１４の光結合端部から入射
し、その他端１４Ａへ伝搬する。

ここに示した従来の光フアイバ液面センサで
は、可撓性のある材質で作られた筒状保護体１７
で光フアイバ１４を保護するように構成されてい
る。即ち、筒状保護体１７の中を緩挿された光フ
アイバ１４は光方向性結合器１３の入出射端１３
Ｂに光結合され、その入出射端１３Ｂの周縁部に
筒状保護体１７の固定端１７Ａが固定される。光
フアイバ１４はこの筒状保護体１７の中を通り固
定端と対向する他端から液位検出端部１５を突出
するように構成され、被測定液１６の液面位置と
の関係が検出される。この突出された光フアイバ
１４の先端１４Ａには、筒状保護体１７の内周と
ほゞ同じ径の筒状体１８が接着剤１９で取付けら
れ、光フアイバ１４の液位検出端部１５を保護し
ている。更にこの筒状体１８と筒状保護体１７と
が接着剤２１で固定されることにより、光フアイ
バ１４全体が保護されるように構成される。

光フアイバ１４の液位検出端部１５の端面１５
Ａは、光フアイバ１４の光軸に対しほゞ45度の角
度に形成され、かつその端面１５Ａは透明な平滑
面とされる。即ち、この光フアイバ液面センサ
は、光フアイバ１４が被測定液１６面に対しほゞ
垂直になるように設置されるので、光フアイバ１
４の液位検出端部１５が被測定液１６中にある浸
漬状態から液位が下がつて非浸漬状態になる場合
に、その端部平滑面１５Ａからの液切れが良いよ
うに構成されている。

この光フアイバ液面センサは光フアイバ１４の
端部平滑面１５Ａが、被測定液１６に浸漬され接
触している状態と、浸漬されてない非接触状態と
で、平滑面１５Ａでの光の屈折反射の態様に差が
生じることが利用される。その態様の差から液位
検出端部１５が浸漬状態にあるか非浸漬状態にあ
るかが判別され、被測定液１６の液位が液位検出
端部１５の位置より高いか低いかの検出ができる
ように構成されている。

即ち、光フアイバ１４の屈折率をn₀，光フアイ
バ１４周囲（被測定液又は空気）の屈折率をn₁と
すると、透明な平滑面１５Ａを境に光の屈折の式
は、 n₀×sini＝n₁sinr （ｉ：入射角、ｒ：屈折角） で表される。

従つて、屈折角ｒは ｒ＝sin^-1〔（n₀／n₁）sini〕……(1) である。n₀＞n₁の場合は入射角ｉより屈折角ｒの
方が大きくなり、屈折角ｒが90度を越えるので全
反射を起こす。

第３図は液位検出端部１５が被測定液１６に浸
漬され、平滑面１５Ａが液１６と接触状態にある
場合の様子を示す図である。例えば、光フアイバ
１４の屈折率n₀を1.5、被測定液１６の屈折率n₁
を1.3とすると、平滑面１５Ａを境に屈折率の差
は少なく、この場合は式１から計算できるよう
に、光フアイバ１４内から平滑面１５Ａにほゞ45
度で入射する照射光L₁は全反射の臨界角より小
さいので、平滑面１５Ａを透過し、光L₂に示す
ように被測定液１６の中に散逸してゆく。

第４図は液位検出端部１５が被測定液１６に浸
漬されてない状態の様子を示す図である。光フア
イバ１４は空気中にあり、空気の屈折率をほゞ１
とすると、液位検出端部１５の平滑面１５Ａを境
に、光の媒質の屈折率の差が大きく、この場合は
式１で計算できるように、光フアイバ１４内から
平滑面１５Ａにほゞ45度で入射する照射光L₁は
全反射の臨界角より大きく全反射される。照射光
L₁は平滑面１５Ａで全反射され進行方向をほゞ
90度曲げられ、光線L₃に示すようにフアイバ１
４の周方向へその進路を変える。全反射された光
線L₃の進む方向の光フアイバ１４周面に反射層
２２が設けられ、光線L₃はほゞ垂直に反射層２
２に入射し、その反射光L₄は再び端部平滑面１
５Ａに向かい平滑面１５Ａで再度全反射され、液
位検出光L₅として光フアイバ１４内を元来た方
向へ戻つてゆく。

光フアイバ１４内を元来た方向へ戻つてゆく光
線L₅は光方向性結合器１３に入出射端１３Ｂか
ら入射し、入射した光は光方向性結合器１３の出
射端１３Ｃから出射され、光フアイバ２３に導か
れて受光素子２４に受光される。

「考案が解決しようとする問題点」 通常の光フアイバは石英ガラスでつくられる。
この石英ガラスは熱膨張率が非常に小さく、例え
ば５×10^-7／℃位であり、他方、可撓性のある筒
状保護体は例えばテフロンで作られた場合は熱膨
張率は１×10^-4／℃位である。このように両者の
間には熱膨張率に大きな差がある。従つて、この
両者の熱膨張率の差のために、高温時には筒状保
護体が光フアイバに比して大きく膨張するので、
筒状保護体に接着剤２１で固定されている光フア
イバの先端が引つ張られて光フアイバに引つ張り
応力が作用する。他方、低温時には筒状保護体は
光フアイバより大きく縮むので、光フアイバには
圧縮応力が作用し光フアイバが筒状保護体の中で
湾曲したりする。この引つ張り応力或いは圧縮応
力により光フアイバの光伝送損失が増加する。甚
だしくは光フアイバが破断してしまうという問題
がある。

「問題点を解決するための手段」 固定具に設けられた貫通孔に光フアイバが挿通
固定され、その光フアイバの先端はフアイバの光
軸に対し傾いた傾斜面とされ、またその傾斜面と
対向した光フアイバの側面は反射層が設けられ液
面の感知が可能なように構成される。

更に、この反射層を含む光フアイバの下端部の
周面に筒状体が固定されると共に、固定具の下端
部外周に光フアイバが挿通された筒状保護体が固
定され、その筒状保護体の下端部内周には光フア
イバ下端部に固定された筒状体が緩挿されるよう
に構成される。

「考案の作用」 筒状保護体に対し、光フアイバ先端の筒状体
は、緩く嵌挿されるので、筒状保護体と筒状体と
は応力を及ぼし合うことなく、従つて、液位検出
端部が形成された光フアイバと筒状保護体とはそ
れぞれの熱膨張率に応じて自由に伸縮可能にされ
る。

「実施例」 第１図はこの考案の実施例の要部を示す構成図
である。第２図と対応する部分には同じ符号を付
けて示してある。この例では、シヤシー２５に光
方向性結合器（図示せず）が収納され、そのシヤ
シー２５に設けられた開口２６に、中心に貫通孔
２７をもつ固定具２８がネジ２９で固定される。
この貫通孔２７には光方向性結合器の入出射端か
ら保護チユーブ３１で保護された光フアイバ１４
が挿通され、接着剤３２で固定される。光フアイ
バ１４の先端１４Ａはフアイバの軸心に対して
ほゞ45度の傾斜面とされると共に、この傾斜面と
対向する光フアイバの周面に反射層２２が形成さ
れて液位検出端部１５が構成される。

この考案では、この反射層２２を含む光フアイ
バ１４の周面に筒状体１８が接着剤１９で固定さ
れ、光フアイバ１４先端の液位検出端部１５を保
護するように構成される。この筒状体１８の熱膨
張率は光フアイバ１４の熱膨張率に近いことが望
ましい。しかし、この筒状体１８の長さは短いの
で、熱膨張率が厳密に一致される必要はなく多少
の相違があつても影響は少ない。

この例では、光フアイバ１４が挿通固定される
固定具２８に筒状保護体１７がネジ溝３４により
取付けられるように構成された例である。筒状保
護体１７の長さはシヤシーから延長された光フア
イバ１４の長さよりやゝ短く、この筒状保護体１
７の開放端１７Ｂからは光フアイバ１４の液位検
出端部１５の筒状体１８の一部が突出される。こ
の筒状体１８の外径は筒状保護体１７の内径より
僅かに小さくされ、筒状保護体１７の内部に滑ら
かに嵌挿されるように構成される。

この構成において、温度が上昇した場合、光フ
アイバ１４の熱膨張量は少さく、筒状保護体１７
の熱膨張量は大きい。しかし、筒状体１８と筒状
保護体１７とは固定されておらず、また滑らかに
嵌挿されているので、互いに応力を及ぼし合うこ
となく自由にその寸法を変えることが可能であ
る。温度が低下した場合でも同様に、それぞれ熱
収縮する際に互いに応力を及ぼし合うことはな
い。ところで、筒状体１８及び筒状保護体１７の
径方向も熱膨張により寸法を変えるが、光フアイ
バ１４や筒状保護体１７の長さ方向に比して著し
く寸法が小さいので、熱膨張による寸法変化の量
は小さい。従つて、液面センサの製造時に予めそ
の熱膨張量を考慮して設計をすることが可態なの
で問題とはならない。

「考案の効果」 光フアイバ先端の液位検出端部に設けられた筒
状体と、筒状保護体とが相互に自由に動き得るよ
うにしたので、光フアイバ及びその筒状保護体が
それぞれ熱膨張或いは熱収縮する際に互いに応力
を及ぼし合うことがない。従つて、光フアイバに
応力が作用することがなく、光の伝送損失が増え
ることがない。また光フアイバ自体の破断事故が
発生することもなく、液面センサとして信頼性の
向上に頗る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による光フアイバ液面センサ
の構成例を示す図、第２図は従来の光フアイバ液
面センサの構成例を示す図、第３図及び第４図は
光フアイバ液面センサの作用を説明するための図
である。 １１……発光素子、１２……光フアイバ、１３
……光方向性結合器、１４……光フアイバ、１５
……液位検出端部、１６……液、１７……筒状保
護体、１８……筒状体、１９，２１……接着剤、
２２……反射層、２３……光フアイバ、２４……
受光素子、２５……シヤシー、２６……開口、２
７……貫通孔、２８……固定具、２９……ネジ、
３１………保護チユーブ、３２……接着剤、３４
……ネジ溝。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 貫通孔を有する固定具と、その貫通孔に挿通さ
   れ、その固定具に固定され、下端面が軸心に対し
   傾斜面とされた光フアイバと、 その光フアイバの前記傾斜面と対向する側面と
   接して配された反射層と、 その反射層を含み前記光フアイバの下端部の外
   周面に固定された筒状体と、 前記固定具に上端が取付けられ、下端部に前記
   筒状体が緩挿された筒状保護体とを具備する光フ
   アイバ液面センサ。