JPH04215020A - 光ファイバ燃料および液体ゲージ - Google Patents
光ファイバ燃料および液体ゲージInfo
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- JPH04215020A JPH04215020A JP3030229A JP3022991A JPH04215020A JP H04215020 A JPH04215020 A JP H04215020A JP 3030229 A JP3030229 A JP 3030229A JP 3022991 A JP3022991 A JP 3022991A JP H04215020 A JPH04215020 A JP H04215020A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
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-
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- G01F23/284—Electromagnetic waves
- G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S250/90—Optical liquid level sensors
- Y10S250/904—Optical liquid level sensors with single light guide element to guide light in a continuous path
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Level Indicators Using A Float (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料および液体レベル
ゲージ、特に光ファイバ素子によって光学的に燃料また
は液体レベルを測定するゲージに関する。
ゲージ、特に光ファイバ素子によって光学的に燃料また
は液体レベルを測定するゲージに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料および液体タンクレベル用のゲージ
は、例えば乗物に使用される。現在使用されている燃料
ゲージの一般的な型は電子機械ゲージである。燃料表面
上に位置するフロート素子は、燃料レベル変化として抵
抗線の接触の位置を変える。これは電気的に読出され、
計器板に表示される。そのようなゲージは不正確であり
、可動部品を有するため時間と共に摩滅する。その不正
確性は回旋形状を有する燃料タンクによってさらに悪影
響を受ける。
は、例えば乗物に使用される。現在使用されている燃料
ゲージの一般的な型は電子機械ゲージである。燃料表面
上に位置するフロート素子は、燃料レベル変化として抵
抗線の接触の位置を変える。これは電気的に読出され、
計器板に表示される。そのようなゲージは不正確であり
、可動部品を有するため時間と共に摩滅する。その不正
確性は回旋形状を有する燃料タンクによってさらに悪影
響を受ける。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】米国特許第３，９９５
，１６８ 号明細書はレベルおよびタンク内に含まれて
いる液体の比重の表示のための電子光学的流体測定シス
テムを開示している。そのシステムはタンクの上部から
底部までの多数の位置でタンク内に支持された光ファイ
バ束の群を使用する。レベルは液体レベルより上に露出
される束の位置を定めるために束の各群からの光を測定
することによって検出される。多くの実行可能な液体レ
ベル位置を達成するために、光ファイバ束の対応する数
を使用しなければならないので、システムの複雑性およ
び費用が増加する。
，１６８ 号明細書はレベルおよびタンク内に含まれて
いる液体の比重の表示のための電子光学的流体測定シス
テムを開示している。そのシステムはタンクの上部から
底部までの多数の位置でタンク内に支持された光ファイ
バ束の群を使用する。レベルは液体レベルより上に露出
される束の位置を定めるために束の各群からの光を測定
することによって検出される。多くの実行可能な液体レ
ベル位置を達成するために、光ファイバ束の対応する数
を使用しなければならないので、システムの複雑性およ
び費用が増加する。
【０００４】それ故に本発明の目的は、信頼でき且つ正
確な改良された燃料または液体レベルゲージを提供する
ことである。
確な改良された燃料または液体レベルゲージを提供する
ことである。
【０００５】本発明の別の目的は、可動部分を有しない
燃料および液体ゲージを提供することである。
燃料および液体ゲージを提供することである。
【０００６】本発明のさらに別の目的は、液体レベルを
光学的に測定する燃料または液体レベルゲージを提供す
ることである。
光学的に測定する燃料または液体レベルゲージを提供す
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明にしたがい、光フ
ァイバ液体レベルゲージはタンク内の液体のレベルを測
定するために設けられる。本発明はファイバと液体の境
界から生じる光ファイバからの減衰波損失を利用する。 ゲージはタンク内に配置されゲージによって測定される
べき液体表面レベル位置の範囲を通って延在する光ファ
イバを含む。ファイバは内部ファイバコアおよび外部フ
ァイバクラッドによって特徴付けられる。表面位置の範
囲を通って延在するファイバのファイバクラッドの厚さ
は顕著な減衰波損失を生成するように選択される。
ァイバ液体レベルゲージはタンク内の液体のレベルを測
定するために設けられる。本発明はファイバと液体の境
界から生じる光ファイバからの減衰波損失を利用する。 ゲージはタンク内に配置されゲージによって測定される
べき液体表面レベル位置の範囲を通って延在する光ファ
イバを含む。ファイバは内部ファイバコアおよび外部フ
ァイバクラッドによって特徴付けられる。表面位置の範
囲を通って延在するファイバのファイバクラッドの厚さ
は顕著な減衰波損失を生成するように選択される。
【０００８】ゲージはさらに液体レベルを測定するため
に光をファイバに注入する光源を含む。測定手段は減衰
波損失による光強度損失の量を測定し、光強度損失を指
示する強度損失信号を生成するために設けられている。 強度損失信号に応答する液体レベル指示手段はタンク内
の液体レベルを指示する。
に光をファイバに注入する光源を含む。測定手段は減衰
波損失による光強度損失の量を測定し、光強度損失を指
示する強度損失信号を生成するために設けられている。 強度損失信号に応答する液体レベル指示手段はタンク内
の液体レベルを指示する。
【０００９】測定手段は特定のタンクおよび光ファイバ
形状に対して較正される。好ましい実施例では、測定手
段はファイバに注入された光の強度を測定し、且つ少な
くとも１回ファイバを通過した光の強度を測定し、さら
に入射光強度とファイバを通過した光の強度とのの比率
である強度比率信号を生成させる。その比率は液体に対
する減衰波損失を指示するので、タンク内の液体レベル
を測定することができる。
形状に対して較正される。好ましい実施例では、測定手
段はファイバに注入された光の強度を測定し、且つ少な
くとも１回ファイバを通過した光の強度を測定し、さら
に入射光強度とファイバを通過した光の強度とのの比率
である強度比率信号を生成させる。その比率は液体に対
する減衰波損失を指示するので、タンク内の液体レベル
を測定することができる。
【００１０】
【実施例】本発明は、光ファイバにより液体レベルを測
定する液体または燃料レベルゲージであり、ファイバが
液体中に沈められるとき、ファイバと液体の境界でのみ
生じる光ファイバにおける減衰波損失を利用する。ファ
イバが空気中に存在するとき、損失は最小である。した
がって、液体を保持するタンク内にファイバを配置し、
光ファイバを通過する光の強度を測定することによって
燃料レベルの位置が得られる。
定する液体または燃料レベルゲージであり、ファイバが
液体中に沈められるとき、ファイバと液体の境界でのみ
生じる光ファイバにおける減衰波損失を利用する。ファ
イバが空気中に存在するとき、損失は最小である。した
がって、液体を保持するタンク内にファイバを配置し、
光ファイバを通過する光の強度を測定することによって
燃料レベルの位置が得られる。
【００１１】各屈折率ｎ１ 、ｎ２ を有する２つの誘
電体の境界において、ある光は屈折され、ある光は反射
される。スネルの法則によると、反射の対応する角度α
１ 、α２ および屈折率は、次の関係にある。
電体の境界において、ある光は屈折され、ある光は反射
される。スネルの法則によると、反射の対応する角度α
１ 、α２ および屈折率は、次の関係にある。
【００１２】
ｓｉｎα２ ／ｓｉｎα１ ＝ｎ１ ／ｎ２ ビームは
光学的に密度の濃い媒体から光学的に密度の薄い媒体へ
動くとき、α１ が９０°に等しくなるような最大角度
α２ が存在する。これは全反射の角度である。この場
合において、全ての光は媒体ｎ２ に反射されて戻され
る。しかし、屈折率ｎ１ の誘電体媒体の薄い層では、
境界上において境界面と平行に伝播する光の強度が指数
的に減少する光が存在する。これは減衰波として知られ
ている。
光学的に密度の濃い媒体から光学的に密度の薄い媒体へ
動くとき、α１ が９０°に等しくなるような最大角度
α２ が存在する。これは全反射の角度である。この場
合において、全ての光は媒体ｎ２ に反射されて戻され
る。しかし、屈折率ｎ１ の誘電体媒体の薄い層では、
境界上において境界面と平行に伝播する光の強度が指数
的に減少する光が存在する。これは減衰波として知られ
ている。
【００１３】２つの媒体間の境界面に近接する光強度分
布は図２に示されている。屈折率ｎ１ の媒体における
減衰波の強度は次式によって（境界からの距離ｘの関数
として）与えられている。
布は図２に示されている。屈折率ｎ１ の媒体における
減衰波の強度は次式によって（境界からの距離ｘの関数
として）与えられている。
【００１４】
Ｉ＝Ｉ０ ｅ− βｘ
ここでは減衰係数βは（小さい角度９０°−α２ に対
して）次式の通りである。
して）次式の通りである。
【００１５】
β＝２π（ｎ２ ２ −ｎ１ ２ ）１／２ ／λ＝（
２π／λ）（２ｎΔｎ）１／２ ここではλは光の波長であり、Δｎ＝ｎ２ −ｎ１ （
ｎ，ｎ１ ，ｎ２ は互いにほぼ等しい）である。現在
使用されている通信用ファイバでは、減衰距離は〜５μ
ｍである。ｎ１ よりも高い屈折率を有する液体表面を
Ｂ（図２参照）に配置するならば、放射の１部分はＡと
Ｂの間の層を通って漏洩する（指数的な減衰のテール部
分）。液体レベルにおける光漏洩を利用するために、Ａ
とＢ間の距離（すなわちファイバクラッド厚さ）は、初
めの強度Ｉ０ の実質上１部分がファイバ長■（燃料深
度）によって漏洩するように選択されなければならない
。
２π／λ）（２ｎΔｎ）１／２ ここではλは光の波長であり、Δｎ＝ｎ２ −ｎ１ （
ｎ，ｎ１ ，ｎ２ は互いにほぼ等しい）である。現在
使用されている通信用ファイバでは、減衰距離は〜５μ
ｍである。ｎ１ よりも高い屈折率を有する液体表面を
Ｂ（図２参照）に配置するならば、放射の１部分はＡと
Ｂの間の層を通って漏洩する（指数的な減衰のテール部
分）。液体レベルにおける光漏洩を利用するために、Ａ
とＢ間の距離（すなわちファイバクラッド厚さ）は、初
めの強度Ｉ０ の実質上１部分がファイバ長■（燃料深
度）によって漏洩するように選択されなければならない
。
【００１６】図３は、本発明による光ファイバ液体レベ
ルゲージの部品を示す。燃料または液体は例えば乗物の
燃料タンクのようなタンク５２内に含まれる。光ファイ
バ５４はタンク５２内に取付けられ、第１のファイバ端
部５６はゲージによって測定されるべき最高液体レベル
と少なくとも同じ程度のに高さでタンク５２内の上部レ
ベルに支持される。ファイバは例えば端部をタンクの内
面に接着することによってタンク内に支持されることが
できる。ファイバ端部反射器５８はファイバ５２の第１
の端部５６に配置される。ファイバ５４はゲージによっ
て測定されるべき最低液体レベルと少なくとも同じ程度
に低いタンク５２内の低いレベルを越えて延在する。光
ファイバは第２のファイバ端部６０を受入れるタンクの
外側の構造６２へ延在する。半導体レーザのような光源
６４は光を光ファイバ５４の第２の端部６０に注入する
ために用いられる。光ファイバビームスプリッタ６６は
光検出器６８，７０ と共同して用いられる。ビームス
プリッタ６６は光源によって第２のファイバ端部６０に
注入された光エネルギの光検出器６８に対する部分に分
割し、さらに光ファイバ５４を通過し且つ反射器５８に
より反射された光エネルギの１部分を分割するように機
能する。したがってファイバ長を２回にわたって通過す
る。光検出器６８，７０ の出力は液体レベル指示器７
４を制御する出力を供給するレベル決定回路７２に結合
される。回路７２は特定のタンクの寸法および光ファイ
バに対して較正され、所定の強度比の値が特定の液体レ
ベルに対応して得られる。レベル指示器はアナログ指示
器であるか、或いはデジタル読出し装置を備えることが
できる。
ルゲージの部品を示す。燃料または液体は例えば乗物の
燃料タンクのようなタンク５２内に含まれる。光ファイ
バ５４はタンク５２内に取付けられ、第１のファイバ端
部５６はゲージによって測定されるべき最高液体レベル
と少なくとも同じ程度のに高さでタンク５２内の上部レ
ベルに支持される。ファイバは例えば端部をタンクの内
面に接着することによってタンク内に支持されることが
できる。ファイバ端部反射器５８はファイバ５２の第１
の端部５６に配置される。ファイバ５４はゲージによっ
て測定されるべき最低液体レベルと少なくとも同じ程度
に低いタンク５２内の低いレベルを越えて延在する。光
ファイバは第２のファイバ端部６０を受入れるタンクの
外側の構造６２へ延在する。半導体レーザのような光源
６４は光を光ファイバ５４の第２の端部６０に注入する
ために用いられる。光ファイバビームスプリッタ６６は
光検出器６８，７０ と共同して用いられる。ビームス
プリッタ６６は光源によって第２のファイバ端部６０に
注入された光エネルギの光検出器６８に対する部分に分
割し、さらに光ファイバ５４を通過し且つ反射器５８に
より反射された光エネルギの１部分を分割するように機
能する。したがってファイバ長を２回にわたって通過す
る。光検出器６８，７０ の出力は液体レベル指示器７
４を制御する出力を供給するレベル決定回路７２に結合
される。回路７２は特定のタンクの寸法および光ファイ
バに対して較正され、所定の強度比の値が特定の液体レ
ベルに対応して得られる。レベル指示器はアナログ指示
器であるか、或いはデジタル読出し装置を備えることが
できる。
【００１７】ビームスプリッタ６６として使用するのに
適切なファイバビームスプリッタは、例えばニューポー
トリサーチ社により市販されているＦ５０６Ｂ 型ビー
ムスプリッタであり、この目的に適している。
適切なファイバビームスプリッタは、例えばニューポー
トリサーチ社により市販されているＦ５０６Ｂ 型ビー
ムスプリッタであり、この目的に適している。
【００１８】光検出器６８として使用するのに適してい
る光検出器は、例えばＲＣＡ社により市販されているＣ
３０８０８光検出器であり、この目的に適している。
る光検出器は、例えばＲＣＡ社により市販されているＣ
３０８０８光検出器であり、この目的に適している。
【００１９】光源６４はスタンテル部品社により市販さ
れているＬＢ１−０２型レーザのような半導体レーザを
含むことができる。代りに、白熱灯または発光ダイオー
ドのような他の光源もまた使用できる。
れているＬＢ１−０２型レーザのような半導体レーザを
含むことができる。代りに、白熱灯または発光ダイオー
ドのような他の光源もまた使用できる。
【００２０】光ファイバはファイバと液体の境界におい
てファイバの長手方向に伝播する減衰モードによって顕
著な損失を生成するように設計されなければならない。 例えば、液体が約１．５７の屈折率を有するガソリンで
あると仮定すると、二酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）プラ
ス少量の酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２ ）を含み１．４
６の屈折率を有するコア材料と、１．４５の屈折率を有
する数ミクロンの厚さである純粋な石英のクラッドの光
ファイバが使用されることができる。
てファイバの長手方向に伝播する減衰モードによって顕
著な損失を生成するように設計されなければならない。 例えば、液体が約１．５７の屈折率を有するガソリンで
あると仮定すると、二酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）プラ
ス少量の酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２ ）を含み１．４
６の屈折率を有するコア材料と、１．４５の屈折率を有
する数ミクロンの厚さである純粋な石英のクラッドの光
ファイバが使用されることができる。
【００２１】薄いクラッドのファイバ、偏心コアファイ
バ、周期的に厚さが変化するクラッドのファイバ、２層
クラッドを有するファイバを含む種々の型の光ファイバ
が本発明によって使用されることができる。
バ、周期的に厚さが変化するクラッドのファイバ、２層
クラッドを有するファイバを含む種々の型の光ファイバ
が本発明によって使用されることができる。
【００２２】液体レベル読取りは光検出器６８，７０
における光検出器電流Ｉ２ 、Ｉ１ の割合を与える。 Ｉ１ はファイバを２回通過した光強度を与える。この
Ｉ２ ／Ｉ１ の読取り方法は光源の強度およびファイ
バに対する光の結合効率に無関係である。したがって、
Ｉ２ ／Ｉ１ は燃料レベルの高さ、例えば燃料中のフ
ァイバの長さの特有の限定された関数である。それは減
衰損失は燃料中でのみ生じるからである。
における光検出器電流Ｉ２ 、Ｉ１ の割合を与える。 Ｉ１ はファイバを２回通過した光強度を与える。この
Ｉ２ ／Ｉ１ の読取り方法は光源の強度およびファイ
バに対する光の結合効率に無関係である。したがって、
Ｉ２ ／Ｉ１ は燃料レベルの高さ、例えば燃料中のフ
ァイバの長さの特有の限定された関数である。それは減
衰損失は燃料中でのみ生じるからである。
【００２３】本発明によるゲージは一般的に液体以外の
燃料（例えば石油、有毒性廃棄物、ドラッグなど）に使
用できない。
燃料（例えば石油、有毒性廃棄物、ドラッグなど）に使
用できない。
【００２４】液体がファイバ上に残留物を残すならば、
光損失は燃料レベルの特有な測定ではない。幾つかの適
用において、液体レベルが測定されるべき液体がガソリ
ンである場合、光ファイバに対して設けられる登録商標
名「テフロン」としてデュポン社により市販されている
フッ化エチレンポリプロピレンまたはテトラフロロエチ
レンの薄い（例えば数ミクロン）被覆はファイバの残留
物の形成を防ぐことが可能である。そのような薄いコー
ティングは例えばスパッタリング技術によって適用され
ることができる。しかし、残留物の形成が特別の適用に
対して問題があるならば、ファイバは清浄な液を含むフ
レキシブルなスリーブまたは膜によって包囲されること
が可能である。清浄な液の表面の高さはスリーブの外側
の燃料または他の液体の表面高さに対応する（或いは比
例する）。清浄な液は、その表面張力が光ファイバを湿
さないように選択されなければならない。
光損失は燃料レベルの特有な測定ではない。幾つかの適
用において、液体レベルが測定されるべき液体がガソリ
ンである場合、光ファイバに対して設けられる登録商標
名「テフロン」としてデュポン社により市販されている
フッ化エチレンポリプロピレンまたはテトラフロロエチ
レンの薄い（例えば数ミクロン）被覆はファイバの残留
物の形成を防ぐことが可能である。そのような薄いコー
ティングは例えばスパッタリング技術によって適用され
ることができる。しかし、残留物の形成が特別の適用に
対して問題があるならば、ファイバは清浄な液を含むフ
レキシブルなスリーブまたは膜によって包囲されること
が可能である。清浄な液の表面の高さはスリーブの外側
の燃料または他の液体の表面高さに対応する（或いは比
例する）。清浄な液は、その表面張力が光ファイバを湿
さないように選択されなければならない。
【００２５】図４は、本発明による光ファイバ液体レベ
ルゲージに使用されたフレキシブルな膜を示す。ここで
はタンク１００ は液体１１０ を含む。光ファイバ１
０２ はタンクの上部から導入され、タンクの底部に近
接した位置まで下方に延在する。ファイバ１０２ の下
端部はファイバ端部反射器１０４ で終端される。ファ
イバ１０２ は図３の実施例に関して上述したようにタ
ンクの上部を通って光注入および検出素子まで延在する
。タンク１００ 内ではファイバ１０２ はフレキシブ
ルな膜１０６ 内に配置され、清浄な液１０８ は膜１
０６ 内に配置されている。ファイバクラッドが例えば
「テフロン」であるならば、清浄な液１０８ として使
用するのに適した液体はグリセリンである。膜１０６
は例えば登録商標名「ビトン（Ｖｉｔｏｎ ）」として
デュポン社により市販されているような約０．００１
インチの厚さを有するフロロエラストマーから構成され
ることができる。液体１１０ の高さＨ１ は２つの液
体の各密度の割合により膜１０６ 内の清浄な液１０８
の高さＨ２ に関係する。フレキシブルな膜１０６
に対して液体１１０ により加えられた力または圧力は
、フレキシブルな膜に対して清浄な液１０８ により加
えられた力と平衡する。故にＨ１ ／Ｄ１ ＝Ｈ２ ／
Ｄ２ である。ここではＤ１およびＤ２ は液体１１０
，１０８ のそれぞれ密度である。高さＨ２ はＨ１
、Ｄ１ およびＤ２ に比例する。膜１０６ は全体長
にわたってフレキシブルである必要がない。例えば、タ
ンクの底面に近接する膜のそれぞれの短いセグメントの
みがフレキシブルである必要がある。膜素子１０６ の
残留物は剛性チューブから形成されることができる。し
たがって、ゲージは膜１０６ 内で液体１０８ のレベ
ルを測定し、タンク１００ 内の液体１１０ のレベル
に指示される。
ルゲージに使用されたフレキシブルな膜を示す。ここで
はタンク１００ は液体１１０ を含む。光ファイバ１
０２ はタンクの上部から導入され、タンクの底部に近
接した位置まで下方に延在する。ファイバ１０２ の下
端部はファイバ端部反射器１０４ で終端される。ファ
イバ１０２ は図３の実施例に関して上述したようにタ
ンクの上部を通って光注入および検出素子まで延在する
。タンク１００ 内ではファイバ１０２ はフレキシブ
ルな膜１０６ 内に配置され、清浄な液１０８ は膜１
０６ 内に配置されている。ファイバクラッドが例えば
「テフロン」であるならば、清浄な液１０８ として使
用するのに適した液体はグリセリンである。膜１０６
は例えば登録商標名「ビトン（Ｖｉｔｏｎ ）」として
デュポン社により市販されているような約０．００１
インチの厚さを有するフロロエラストマーから構成され
ることができる。液体１１０ の高さＨ１ は２つの液
体の各密度の割合により膜１０６ 内の清浄な液１０８
の高さＨ２ に関係する。フレキシブルな膜１０６
に対して液体１１０ により加えられた力または圧力は
、フレキシブルな膜に対して清浄な液１０８ により加
えられた力と平衡する。故にＨ１ ／Ｄ１ ＝Ｈ２ ／
Ｄ２ である。ここではＤ１およびＤ２ は液体１１０
，１０８ のそれぞれ密度である。高さＨ２ はＨ１
、Ｄ１ およびＤ２ に比例する。膜１０６ は全体長
にわたってフレキシブルである必要がない。例えば、タ
ンクの底面に近接する膜のそれぞれの短いセグメントの
みがフレキシブルである必要がある。膜素子１０６ の
残留物は剛性チューブから形成されることができる。し
たがって、ゲージは膜１０６ 内で液体１０８ のレベ
ルを測定し、タンク１００ 内の液体１１０ のレベル
に指示される。
【００２６】図５は、ファイバ上に残留物を残す可能性
がある液体のレベルを測定するために使用する本発明に
よる液体レベルゲージの第２の別の実施例を示す。ここ
ではタンク１５０ は液体１５２ を含み、そのレベル
はゲージによって測定されることができる。この実施例
では光ファイバ１５４ は各端部が開放されている状態
で剛性Ｊ形状チューブ１５８ 内に配置される。ヨウ化
メチレンまたは水銀のような清浄な液はチューブ１５８
内に配置され、液体１５２ よりも高い密度を有する
。ファイバ端部１５５ はファイバ反射器１５６ で終
端される。
がある液体のレベルを測定するために使用する本発明に
よる液体レベルゲージの第２の別の実施例を示す。ここ
ではタンク１５０ は液体１５２ を含み、そのレベル
はゲージによって測定されることができる。この実施例
では光ファイバ１５４ は各端部が開放されている状態
で剛性Ｊ形状チューブ１５８ 内に配置される。ヨウ化
メチレンまたは水銀のような清浄な液はチューブ１５８
内に配置され、液体１５２ よりも高い密度を有する
。ファイバ端部１５５ はファイバ反射器１５６ で終
端される。
【００２７】チューブ１５８ 内の液体１６０ のレベ
ル１６１ は液体１５２ と液体１６０ の境界におい
てタンク内の液体１５２からの圧力に反応する。故に、
チューブ中の液体１６０ のレベル１６１ はタンク１
５０ 中の液体１５２ のレベルに比例する（必ずしも
等しくはない）。レベル検出回路からの出力（図５に図
示せず）は適切なレベル指示信号をレベル指示器（図５
に図示せず）に供給するために較正することが可能であ
る。例えば自動車内に取付けられるときタンクの移動に
よって液体１６０ の不所望な流れを制限するために、
毛細管または細いチャンネル（図５に図示せず）が液体
１５２，１６０ の境界面に近接してチューブ１５８
中に形成されることが可能である。Ｊ形状チューブを使
用する必要がないことが認識され、他の装置は直線状チ
ューブまたは他の形状のチューブを使用することができ
る。
ル１６１ は液体１５２ と液体１６０ の境界におい
てタンク内の液体１５２からの圧力に反応する。故に、
チューブ中の液体１６０ のレベル１６１ はタンク１
５０ 中の液体１５２ のレベルに比例する（必ずしも
等しくはない）。レベル検出回路からの出力（図５に図
示せず）は適切なレベル指示信号をレベル指示器（図５
に図示せず）に供給するために較正することが可能であ
る。例えば自動車内に取付けられるときタンクの移動に
よって液体１６０ の不所望な流れを制限するために、
毛細管または細いチャンネル（図５に図示せず）が液体
１５２，１６０ の境界面に近接してチューブ１５８
中に形成されることが可能である。Ｊ形状チューブを使
用する必要がないことが認識され、他の装置は直線状チ
ューブまたは他の形状のチューブを使用することができ
る。
【００２８】図６は、周期的に厚さが変化するクラッド
有する光ファイバ２００ を示す。すなわちファイバコ
ア２０２ はファイバクラッド２０４によって包囲され
る。その厚さは厚さの薄い領域２０６ と厚さの厚い領
域２０８ の間で周期的に可変する。厚さの薄い領域２
０６ のクラッドの厚さは、レベルが測定されるべき液
体中に浸漬されるとき顕著な減衰モード損失を生成する
ために選択される。領域２０８ の厚さは、顕著な減衰
モード損失がこれらの領域に生じないように選択される
。その結果光ファイバ２００ が図３、図４および図５
に示されたような液体レベルゲージに使用されるとき、
ゲージ光検出器により測定された強度比は複数の可能な
分離した値の１つであるレベル読取り値を提供する別々
の段階的な値を有する。
有する光ファイバ２００ を示す。すなわちファイバコ
ア２０２ はファイバクラッド２０４によって包囲され
る。その厚さは厚さの薄い領域２０６ と厚さの厚い領
域２０８ の間で周期的に可変する。厚さの薄い領域２
０６ のクラッドの厚さは、レベルが測定されるべき液
体中に浸漬されるとき顕著な減衰モード損失を生成する
ために選択される。領域２０８ の厚さは、顕著な減衰
モード損失がこれらの領域に生じないように選択される
。その結果光ファイバ２００ が図３、図４および図５
に示されたような液体レベルゲージに使用されるとき、
ゲージ光検出器により測定された強度比は複数の可能な
分離した値の１つであるレベル読取り値を提供する別々
の段階的な値を有する。
【００２９】立方体または平行六面体形状タンクでは、
比Ｉ２ ／Ｉ１ は燃料の高さと共に指数的に変化する
。他の燃料容器形状はそれぞれ較正されなければならな
い。 読取りの正確性の制限は光子雑音（ショット雑音）によ
って設定される。例えば、高さ１メータのタンクにおい
て３０μワットの光源で〜０．１ ミリメータの正確性
で燃料レベルの高さを定めることが可能である。しかし
、移動タンクの傾斜はΔｈ／ｈ＝１−ｃｏｓαと等しい
燃料の高さ（ｈ）でエラーΔｈを生じさせる。ここでは
αは傾斜角度である。α＝１０°ではエラーは１．５
パーセントに等しい。これは２つのファイバゲージをタ
ンクの反対側に設けることによって減少される（少なく
とも１桁程度）。（燃料タンクを含む）運動体が加速さ
れるとき、液体の表面はｓｉｎα＝ａ／ｇに等しい量だ
け傾斜される。ここではａは運動体の加速度であり、ｇ
は重力加速度（１０ｍ／秒２ ）である。例えば、自動
車が１０秒間で０から６０マイル／時間まで加速すると
、加速度ａはａ＝２．７ｍ／秒２ である。故に、角度
αはα＝ａｒｃｓｉｎ （ａ／ｇ）はほぼ１５°であ
り、読取りエラーはΔｈ／ｈ＝（１ −ｃｏｓ１５°）
＝３．６ ％である。
比Ｉ２ ／Ｉ１ は燃料の高さと共に指数的に変化する
。他の燃料容器形状はそれぞれ較正されなければならな
い。 読取りの正確性の制限は光子雑音（ショット雑音）によ
って設定される。例えば、高さ１メータのタンクにおい
て３０μワットの光源で〜０．１ ミリメータの正確性
で燃料レベルの高さを定めることが可能である。しかし
、移動タンクの傾斜はΔｈ／ｈ＝１−ｃｏｓαと等しい
燃料の高さ（ｈ）でエラーΔｈを生じさせる。ここでは
αは傾斜角度である。α＝１０°ではエラーは１．５
パーセントに等しい。これは２つのファイバゲージをタ
ンクの反対側に設けることによって減少される（少なく
とも１桁程度）。（燃料タンクを含む）運動体が加速さ
れるとき、液体の表面はｓｉｎα＝ａ／ｇに等しい量だ
け傾斜される。ここではａは運動体の加速度であり、ｇ
は重力加速度（１０ｍ／秒２ ）である。例えば、自動
車が１０秒間で０から６０マイル／時間まで加速すると
、加速度ａはａ＝２．７ｍ／秒２ である。故に、角度
αはα＝ａｒｃｓｉｎ （ａ／ｇ）はほぼ１５°であ
り、読取りエラーはΔｈ／ｈ＝（１ −ｃｏｓ１５°）
＝３．６ ％である。
【００３０】これも必要に応じて２つの読取りファイバ
を使用することにより減少させることが可能である。も
ちろん、運動する乗物の燃料レベルは運動によって波を
有するので、読取りは（所望の正確性に依存して）数秒
の周期で平均されなければならない。
を使用することにより減少させることが可能である。も
ちろん、運動する乗物の燃料レベルは運動によって波を
有するので、読取りは（所望の正確性に依存して）数秒
の周期で平均されなければならない。
【００３１】上述の実施例は本発明の原理を示す実行可
能な特定の実施例を単に示すものであることを理解すべ
きである。他の装置は本発明の技術的範囲内から逸脱す
ることなくこれらの原理にしたがい当業者によって容易
に工夫されることが可能である。
能な特定の実施例を単に示すものであることを理解すべ
きである。他の装置は本発明の技術的範囲内から逸脱す
ることなくこれらの原理にしたがい当業者によって容易
に工夫されることが可能である。
【図１】本発明の特性であるスネルの法則の動作を示す
図。
図。
【図２】光ファイバとそれを囲む媒体の境界と平行に伝
播する減衰光波を示す図。
播する減衰光波を示す図。
【図３】本発明による液体レベルゲージの簡略的なブロ
ック図。
ック図。
【図４】本発明によるゲージ用の光ファイバ配置の別の
実施例。
実施例。
【図５】本発明によるゲージ用の光ファイバの第２の別
の実施例。
の実施例。
【図６】周期的に厚さの変化するクラッドを有し、図３
に示されたようなゲージに使用されることが可能である
光ファイバ。
に示されたようなゲージに使用されることが可能である
光ファイバ。
５２…タンク、５４…光ファイバ、５６，６０ …光フ
ァイバ端部、５８…反射器、６４…光源、６６…ビーム
スプリッタ、６８，７０ …光検出器、１０６ …膜、
１１０ …溶液、１５８ …チューブ、２０２ …コア
、２０６ …厚さの薄い領域、２０８ …厚さの厚い領
域。
ァイバ端部、５８…反射器、６４…光源、６６…ビーム
スプリッタ、６８，７０ …光検出器、１０６ …膜、
１１０ …溶液、１５８ …チューブ、２０２ …コア
、２０６ …厚さの薄い領域、２０８ …厚さの厚い領
域。
Claims (10)
- 【請求項１】 容器内の液体のレベルを測定する光フ
ァイバ液体レベルゲージにおいて、容器内に配置され、
ゲージで測定されるべき液体表面位置の範囲を通って延
在する光ファイバを具備し、光ファイバは内部ファイバ
コアおよび外部ファイバクラッドを具備し、前記位置の
範囲を通って延在するファイバ部分のファイバクラッド
の厚さは、クラッドが液体中に浸漬されるときに、顕著
な減衰波損失を生成するように選択され、光を前記ファ
イバに注入する光源と、ファイバと液体との境界におけ
る減衰波損失によりファイバの長さの方向に対する光強
度損失の量を測定し、光強度損失を指示する強度損失信
号を生成する測定手段と、容器内の液体レベルを指示す
る前記強度損失信号に応答する液体レベル指示手段とを
具備していることを特徴とするゲージ。 - 【請求項２】 前記光ファイバは第１および第２の端
部を具備し、前記光源は光を前記第１の端部に注入する
手段を具備し、ゲージはさらに前記光源によりファイバ
中に注入された光を反射する前記第２の端部に配置され
たファイバ反射器を具備し、前記測定手段は、前記光源
によりファイバ中に注入された光の強度を指示する入力
強度信号を生成する手段と、光ファイバを通過し且つ前
記反射器により反射された光の強度を指示する帰路強度
信号を生成する手段とを具備している請求項１記載のゲ
ージ。 - 【請求項３】 前記測定手段はさらに前記帰路強度信
号と前記入力強度信号との比を指示する比率信号を生成
する手段を具備し、前記強度損失信号は前記比率信号に
よって決定されている請求項２記載のゲージ。 - 【請求項４】 前記測定手段は第１の光検出器と、第
２の光検出器と、光の部分を個々に分割する光ファイバ
ビームスプリッタとを具備し、光はファイバに注入され
、第１の光検出器に誘導され、前記入力強度信号を生成
する部分と、光ファイバを通過し、前記反射器により反
射され、前記帰路強度信号を生成する光の部分とに分割
される請求項２記載のゲージ。 - 【請求項５】 ゲージはタンク内の第１の液体のレベ
ルを測定し、さらにタンク内で前記光ファイバを包囲す
るフレキシブルな膜とそのフレキシブルな膜内に配置さ
れた第２の液体とを具備し、フレキシブルな膜内の第２
の液体の表面レベルはタンク内の第１の液体の表面レベ
ルを指示する請求項１記載のゲージ。 - 【請求項６】 第２の液体は、第２の液体が光ファイ
バを濡らさないような表面張力を有している請求項５記
載のゲージ。 - 【請求項７】 ゲージはタンク内の第１の液体のレベ
ルを測定し、さらにタンク内に配置された開放した剛性
Ｊ形状チューブを具備し、前記光ファイバは前記第１の
液体の密度よりも高い密度の第２の液体を含むチューブ
内に支持され、第２の液体の表面レベルはタンク内の前
記第１の液体のレベルを指示する請求項１記載のゲージ
。 - 【請求項８】 前記ファイバクラッドは、厚さの薄い
領域と厚さの厚い領域に周期的に変化する厚さを有して
おり、その薄い厚さはクラッドと液体の境界において顕
著な減衰波損失が存在するために選択され、厚い厚さは
クラッドと液体境界において顕著な減衰波損失が存在し
ないように選択され、それによって前記強度損失信号は
多くの分離した値である請求項１記載のゲージ。 - 【請求項９】 前記ファイバクラッドは屈折率ｎ１
を有し、前記ファイバコアは屈折率ｎ１ より大きい屈
折率ｎ２ を有し、液体は屈折率ｎ１ よりも大きい屈
折率ｎ３ を有している請求項１記載のゲージ。 - 【請求項１０】 容器内の液体のレベルを測定する光
ファイバ液体レベルにおいて、前記容器内に配置された
第１および第２の端部を有し、測定されるべき液体表面
レベルの領域を通って容器内に延在し、内部ファイバコ
アおよび外部ファイバクラッドを有する光ファイバを具
備し、ファイバクラッドの厚さはファイバと液体の境界
における顕著な減衰波損失を生成するように選択され、
前記光ファイバの前記第１の端部に取付けられたファイ
バ端部反射器と、光を前記ファイバの前記第２の端部に
注入する光源と、光ファイバに注入された光の部分を結
合して取出す第１の光カップラと、ファイバを通過し且
つ第１の端部の光反射器から反射された光の部分を結合
して取出すために前記第２の端部に近接して位置する第
２の光カップラと、第１の光カップラからの光強度と第
２の光カップラからの光強度とを比較し、液体レベルを
決定する手段とを具備しているゲージ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US484295 | 1990-02-23 | ||
| US07/484,295 US5077482A (en) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | Liquid gauge having an optical fiber with flexible membrane enclosure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04215020A true JPH04215020A (ja) | 1992-08-05 |
Family
ID=23923557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3030229A Pending JPH04215020A (ja) | 1990-02-23 | 1991-02-25 | 光ファイバ燃料および液体ゲージ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5077482A (ja) |
| EP (1) | EP0470239A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04215020A (ja) |
| KR (1) | KR940003737B1 (ja) |
| BR (1) | BR9100496A (ja) |
| CA (1) | CA2034607A1 (ja) |
| WO (1) | WO1991013323A2 (ja) |
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| US5164608A (en) * | 1991-06-27 | 1992-11-17 | Hughes Aircraft Company | Plural wavelength fiber optic liquid level sensor for multiple liquids |
| US5291032A (en) * | 1991-08-21 | 1994-03-01 | Hughes Aircraft Company | Fiber optic evanescent wave fuel gauge and leak detector using eccentric core fibers |
| DE4310059A1 (de) * | 1993-03-27 | 1994-09-29 | Valentron Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Füllgrades durch bzw. des Füllstandes von Flüssigkeit in einem Behältnis |
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- 1991-02-11 EP EP91905500A patent/EP0470239A1/en not_active Withdrawn
- 1991-02-22 KR KR1019910002935A patent/KR940003737B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1991-02-25 JP JP3030229A patent/JPH04215020A/ja active Pending
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Also Published As
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