JPH04230821A - 光ファイバ液体漏洩検出器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に液体漏洩検出器に
関する。特に、本発明は容器内に貯蔵された液体の体積
の変化を光学的に測定するために配置された液体漏洩検
出器に関する。本発明はここでは特定の実施例を参照し
て記載されているが、それに限定されるものではないこ
とを理解しなければならない。当業者は本発明の技術的
範囲内の付加的な実施例を認識するであろう。

【０００２】

【従来の技術】漏洩検出器は多数の適用において使用さ
れ、その一例が基本的な化学物質貯蔵タンクである。漏
洩検出器は、典型的に液体レベルの変化の時間的割合を
測定することによってタンク内に保持された液体の体積
の変化を評価するために設けられる。液体レベルの変化
の時間的割合を測定する１つの技術は、タンク底部で圧
力変化を監視することである。しかしながら、この技術
はある“緩慢な”漏洩の存在を発見するために必要な正
確さを持たない。このような小さい漏洩を検出する能力
は、有害な液体を含んでいるタンクを監視する場合に特
に重要である。

【０００３】第２の技術においては、電子・機械装置が
タイク内の液体のレベルの変化の時間的割合を決定する
ために動作する。液体の表面上にある浮遊素子は燃料レ
ベルが変化したときに抵抗線上の接触子の位置を変化す
る。等価な抵抗は、液体レベルの変化速度を決定するた
めに周期的に測定される。このような漏洩検出器は不正
確であり、長時間にわたって磨耗にさらされる機械的部
品を具備している。

【０００４】第３の漏洩検出技術においては、タンク内
に含まれる液体のサンプル料の体積変化が監視される。 この体積的な方法は上記の技術より少し正確であり、ほ
ぼ０．０５ガロン／時間の漏洩速度を識別するために使
用されることができる。残念ながら、この技術は高価で
あり、それを実行するために６時間まで費やされる可能
性がある。これらの欠点は、有害液体貯蔵の内容におい
て必要とされる日常的な試験に対して体積的な方法を実
行できなくする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、正確な測
定を比較的短い時間で行うことができる可動機械部品を
持たない安価な漏洩検出器が技術的に必要とされている
。

【０００６】本発明の液体漏洩検出器によって、この可
動機械部品を持たない正確で安価な液体漏洩検出器の技
術的な必要性が満足される。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の液体漏洩検出器
は、容器内の液体の体積の変化速度を測定するために配
置されている。漏洩検出器は、容器内に配置され、液体
中に少なくとも部分的に浸漬された光導波体を具備して
いる。光導波体は減衰波損失が液体における光導波体の
浸漬結果として生じるように構成されている。光導波体
は光エネルギをそれに注入する光源と光学的に整列して
位置されている。漏洩検出器はさらに液体に浸漬された
ファイバの長さにわたって生じた注入された光エネルギ
の強度の減少を測定する装置を具備している。測定装置
は任意の強度減少を示す強度損失信号を発生する。本発
明の漏洩検出器はまた強度損失信号の変化速度を測定し
、強度損失信号の変化速度に基づいて液体体積の変化速
度を計算する回路網を具備している。

【０００８】

【作用】本発明の液体漏洩検出器は、既知のディメンシ
ョンの容器によって保持された液体の体積の変化の時間
的割合を測定するように動作する。本発明の漏洩検出器
は、光導波体を介してタンク内の液体のレベルの変化の
時間的割合を監視し、これが漏洩速度の計算を可能にす
る。好ましい実施例において、光導波体は光ファイバに
より構成される。本発明は、タンク内の液体へのファイ
バの浸漬による減衰波損失の発生を利用する。このよう
な光エネルギの損失は、ファイバが液体中に潜水された
ときにのみ生じ、ファイバが空気と接触しているときは
実質的に発生しない。したがって、液体を保持している
容器中に光ファイバを配置し、光ファイバを横断する光
の強度の変化の時間的割合を測定することによって、タ
ンク内の液体レベルの変化の時間的割合が確認される。 液体レベルの変化を監視することによって、容器内の液
体の体積の対応した変化が決定される。

【０００９】［減衰波動作の原理］図１に示されている
ように、それぞれ屈折率ｎ１　およびｎ２　を有する第
１および第２の誘電体の境界Ａにおいて垂線に関して角
度α２　で入射した光Ｌの部分は垂線にに関して角度α
１　で屈折される。スネルの法則によると、角度α１　
およびα２　並びに屈折率は以下の関係を満足させる。

【００１０】 　　　　　ｓｉｎα２　／　ｓｉｎα１　＝ｎ１　／ｎ
２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［１］
光Ｌがｎ２　＞ｎ１　の条件下において第２の誘電体媒
体から第１のものにから伝播したとき、α１　が９０°
に等しくなる最大角度α２　が生じる。これは、完全な
内部全反射角度として知られている。この環境下におい
て、光Ｌは全て第２の媒体（ｎ２　）に反射される。し
かしながら、境界Ａに近接した第１の誘電体の薄い層中
には、境界Ａからの距離の増加に対して指数的に強度が
減少する、光導波体と平行に伝播する光が存在する。良
く知られているように、この薄い層を伝播する光エネル
ギは減衰波と呼ばれている。

【００１１】図２は、境界Ａを包囲する第１および第２
の誘電体の部分内における光強度分布の概略図である。 屈折率ｎ１　の第１の誘電体内の減衰波の強度は以下の
式（境界Ａからの距離ｘの関数として）によって与えら
れる。

【００１２】 　　　　Ｉ＝ＩＯ　×（ｅの−βｘ乗）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［２］ここで
は、減衰係数βは（９０−α２　度の小さい観察角に対
して）以下の通りである。

【００１３】 　　　　β＝２π（ｎ２　２　−ｎ１　２　）１／２　
／λ　　　　　　＝（２π／λ）（２ｎΔｎ）１／２　
　　　　　　　　　　　　　　［３］ここでλは光の波
長であり、Δｎ＝ｎ２　−ｎ１　（ｎ，ｎ１　およびｎ
２　は近似している）である。境界Ａで１の減衰波の強
度を仮定すると、βの逆数は一般に透過深度として知ら
れており、減衰波の値が１／ｅに低下する境界Ａからの
距離に等しい。

【００１４】ｎ２　＞ｎ１　の条件したにおいて、第１
および第２の誘電体は通常の光ファイバのクラッドおよ
びファイバコアを表すと見ることができる。図２に示さ
れているように、クラッドは外面Ｂからクラッドとファ
イバコアとの間の境界Ａに延在する。クラッドの屈折率
（ｎ１　）よりも大きい屈折率を持つ液体が表面Ｂに位
置された場合、光ファイバによって伝送される光エネル
ギの部分（指数的に減少する“テール”）は液体中に伝
播する。液体漏洩検出器の内容において光エネルギのこ
の損失を利用するために、表面Ｂと境界Ａとの間の分離
（ファイバクラッドの厚さ）は一般にほぼ透過深度でな
ければならない。市販の光ファイバに対して、透過深度
は典型的にほぼ５μｍである。このようにして、ファイ
バに最初に投射された光エネルギの実質的な部分は液体
に浸漬されたファイバのセグメントにより伝播中に失わ
れる。

【００１５】

【実施例】図３は本発明の漏洩検出器１０の部分的な概
略図である。検出器１０はタンク１４内に含まれる液体
１２の体積の変化速度を決定するために配置される。光
ファイバ１６は、第１のファイバ端部１８が最高の予測
液体レベルの高さにタンク１４内の上部レベルで支持さ
れるようにタンク１４内に取付けられる。ファイバ１６
は、例えばタンクの内面にそれを接着することによって
タンク１４内に支持されてもよい。ファイバ端反射器２
０は第１のファイバ端部１８に配置されている。反射器
２０に入射するファイバ１６からの光エネルギはファイ
バ１６に反射されることが良く知られている。ファイバ
１６は、少なくとも予測最低液体レベルと同じ低さであ
るタンク１４内における下部レベルを通って延在する。 光ファイバ１６はタンク１４から結合回路網２４に延在
する。簡単に説明すると、結合回路網２４は反射器２０
によって回路網２４に反射される光ビームをファイバ１
６に注入するように動作する。回路網２４はファイバ１
６の横断期間中に液体によって失われなかった注入ビー
ムのその部分を回復する。

【００１６】回路網２４は、第２のファイバ端部２８に
光を注入するために使用される半導体レーザのような光
源２６を具備している。光ファイバビーム分割器３０は
第１および第２の光検出器３２および３４と共に使用さ
れる。ビーム分割器３０は光源２６によって第２のファ
イバ端部２８に注入された光エネルギの一部分を分割す
るように配置され、第１の光検出器３２にそれを導く。 さらに、ビーム分割器３０は反射器２０によって反射さ
れた光エネルギの一部分を導くように機能し、したがっ
て第２の光検出器３４に対してはファイバ１６を２回伝
播する。光検出器３２および３４からの電気出力はレベ
ル決定回路３６に供給される。レベル決定回路３６は当
業者によって使用されることができるようなプロセッサ
および、または検索表その他の適切な回路を含む。レベ
ル決定回路３６は、光検出器３２および３４によって受
信された光の強度の所定の比がタンク１４内の特定の液
体レベルに対応するように認識されるようにタンク１４
の特定の寸法および形状、並びにファイバ１６の固有の
光損失について較正される。

【００１７】液体に吸収される光エネルギ量を確認する
この方法は光源２６の強度および光源２６からのファイ
バ１６への光の結合能率と関係ない。したがって、光検
出器出力の比は液体レベルの特別に定められた関数であ
る。これは減衰波損失が液体に浸漬されたファイバ１６
のセグメントだけで生じるためである。

【００１８】ビーム分割器３０としての使用に適したフ
ァイバビーム分割器は市販されており、例えばニューポ
ートリサーチ社（１８３２５　Ｍｔ．Ｂａｌｄｙ　　Ｃ
ｉｒｃｌｅ　，Ｆｏｕｎｔａｉｎ　Ｖａｌｌｅｙ　，Ｃ
ａｌｉｆｏｒｎｉａ　９２７２８−８０２０）により販
売されているモデルＦ５６０　Ｂビーム分割器がこの目
的に適している。

【００１９】光検出器３２，３４としての使用に適した
光検出器は市販されており、例えばＲＣＡ社（７７３　
Ｄｏｎｅｇａｌ　　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｃｅｎｔｅｒ　
，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ　５４０，Ｍｔ．Ｊｏｙ，Ｐｅｎｎｓ
ｙｌｖａｎｉａ　１７５５２　）によって販売されてい
るモデルＣ３０８０８　光検出装置がこの目的に適切で
ある。

【００２０】この装置における使用に適した光ファイバ
は、Ｖ．Ｖａｌｉ　氏による本発明の同一出願人の特許
明細書（“Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　　Ｃｏｒｅ　Ｆｉｂｅ
ｒ”）示され、この特許はヒューズエアクラフト社に譲
渡されている。

【００２１】レーザ光源２６は、Ｓｔａｎｔｅｌ社（６
３６　Ｒｅｍｉｎｇｔｏｎ　　Ｒｏａｄ　，Ｓｃｈａｕ
ｍｂｅｒｇ　，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ　６０１７３　）によ
り市販されているモデルＬＢ１−０２レーザのような半
導体レーザを具備してもよい。その代りとして、白熱光
バルブまたはＬＥＤのような別の光源が使用されてもよ
い。

【００２２】図３を再度参照すると、タンク１４内の液
体のレベルを示す決定回路３６の出力は検出回路３８に
よって監視される。検出回路３８は、タンク１４内の液
体の体積の変化の時間的割合（漏洩速度）を計算するよ
うに設計される。検出回路３８は、出力信号ライン３９
上に漏洩速度を示すアナログまたはデジタル信号を印加
するように動作する。漏洩速度は、以下の式によって表
される液体に浸漬された光ファイバの長さ（ｄＬ）を伝
播するビームの強度（ｄＩ）における変化を観察するこ
とによって計算されることができる。

【００２３】 ｄＩ＝Ｉ＊Ｇ＊ｄＬ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　［４］ここでＩはビーム強度（光子／秒）であ
り、Ｇは減衰係数であり、＊は乗算を示す。市販のファ
イバ（強度が半分になる長さがほぼ１００ｃｍ　と仮定
する）に対する減衰係数Ｇは７×１０−３／ｃｍ程度で
ある。伝播される液体浸漬されたファイバ長Ｌの関数と
してのビームの強度Ｉは、　　　　　　Ｉ＝ＩＯ　ｅ−
Ｇ＊Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　［５］ここでＩＯ　は最初のビーム強
度である。式［５］を微分することによって、横断され
る長さに関する光強度のインクレメント変化は以下のよ
うに与えられる。

【００２４】 　　　　　　ｄＩ／ｄＬ＝−Ｇ＊ＩＯ　＊ｅ−Ｇ＊Ｌ　
　　　　　　　　　　　　　　　［６］式［６］からビ
ーム強度変化の時間的割合は次のように表される。

【００２５】 　　　　　　ｄＩ／ｄｔ＝−Ｇ＊ＩＯ　＊ｅ−Ｇ＊Ｌｄ
Ｌ／ｄｔ　　　　　　　　［７］ここで、ｄＬ／ｄｔは
タンク内の液体レベルの変化速度に対応する。量ｄＬ／
ｄｔは、時間の関数としてレベル決定回路３６の出力を
監視することによって決定されることが観察される。

【００２６】説明を簡単にするために、タンク１４は長
方形であり、液体の体積Ｖ＝ｘ＊ｙ＊Ｌ´を保持し、こ
こでｘはタンク幅であり、ｙはタンク長であり、Ｌ´は
タンク１４に貯蔵された液体の高さであると仮定する。 基本的な微分により以下の関係が生じる。

【００２７】 ｄＶ／ｄｔ＝ｘ＊ｙ＊ｄＬ´／ｄｔ　　　　　　　　　
　［８］または 　　　　　　ｄＬ´／ｄｔ＝［１／（ｘ＊ｙ）］ｄＶ／
ｄｔ　　　　　　［９］液体に浸漬された長さＬの光フ
ァイバセグメントが長さＬ´を有する液体の体積全体を
通って垂直に延在した場合、Ｌ＝Ｌ´である。Ｌ＝Ｌ´
の条件下において、式［７］および［９］は結合され、
以下の関係が与えられる。

【００２８】 　　ｄＩ／ｄｔ＝−Ｇ＊ＩＯ　＊ｅ−Ｇ＊Ｌ＊（１／ｘ
＊ｙ）ｄＶ／ｄｔ　　　　［１０］式［１０］を再構成
すると、タンク１４によって保持される液体の変化の時
間的割合（漏洩速度）は次のように表される。

【００２９】 　　　　ｄＶ／ｄｔ＝−ｄＩ／ｄｔ＊（ｘ＊ｙ／Ｇ＊Ｉ
Ｏ　）ｅＧ＊Ｌ　　　　　　　［１１］検出回路３８は
、式［１１］および量ｄＩ／ｄｔに基づいて漏洩速度ｄ
Ｖ／ｄｔを計算するように設計された（またはプログラ
ムされた）マイクロプロセッサを含んでもよい。また、
ｄＩ／ｄｔは、レベル決定回路３６の出力（ｄＬ／ｄｔ
に対応する）を監視し、式［７］を使用することによっ
て決定される。時間の関数として回路３６から出力され
る値を記録するために、検出回路３８はデジタルメモリ
モジュールおよび内部クロックまたはタイミング回路を
具備してもよい。その代りとして、レベル決定回路３６
の出力は、量ｄＬ／ｄｔが手動で決定されるチャート記
録器を駆動してもよい。

【００３０】ある基本的な貯蔵適用においてタンクは逆
漏洩する可能性がある。すなわち、タンクはその底部を
通して水を供給されることがある。通常の逆漏洩検出方
法は、被覆された浸漬スティックでタンクの底部を探査
する技術を含む。浸漬スティックは、水があると色を変
化させる化学物質ペーストで被覆されている。本発明の
漏洩検出器の別の実施例は、このような手動試験の必要
性をなくするように構成されている。これはタンクによ
って保持され、屈折率ｎ３　を有する液体があるときに
減衰波損失が生じるが、屈折率ｎ４　を有する例えば水
等の汚染した液体があるときには生じないように光ファ
イバクラッドの屈折率を選択することによって実現され
る。 コアの屈折率ｎ２　はクラッドの屈折率ｎ１　より少し
大きく選択される。また、クラッドの屈折率ｎ１　は汚
染した液体の屈折率ｎ４　より少し大きく、タンクに貯
蔵された液体の屈折率ｎ３　より小さくなければならな
い。したがって、１つ以上の光ファイバは、タンクから
の第１の液体の潜在的な漏洩および別の第２の液体のタ
ンク中への液体の逆漏洩を同時に監視するために特定の
タンク内に配置される。ある例においてはレベル決定お
よび検出回路を分離するために各光ファイバを結合する
ことが望ましい。その代わりに、ここに示された内容を
考慮して当業者は１つ以上のファイバからの光検出器の
出力信号に応答するようにレベルおよび検出回路を修正
することができる。

【００３１】［感応性］本発明の背景の説明で示された
ように、もっと正確な通常の漏洩検出器は一般にほぼ０
．０５ガロン／時間の最小の漏洩速度を識別することが
できる。以下の例に示されるように、本発明の漏洩検出
器は実質的にそれより小量の漏洩を検出することができ
る。

【００３２】Ｇ＝１ｃｍ−１およびＩＯ　＝１０１６光
子（１秒当り３ｍＷレーザに等しい）の典型的な値を使
用すると、式［６］はほぼ３×１０１３光子／ｃｍのｄ
Ｉ／ｄＬに対する値を生じる。浸漬された光ファイバの
ほぼ３．３３３０ｃｍに等しい伝播距離を仮定すると１
０１２程度の光子が光検出器３４に達する。しかしなが
ら、光検出器３４に達する１０１２個の光子を伴うポア
ッソン雑音レベルは１０１２の平方根、すなわち１０６
　個の光子に等しい。したがって、式［４］においてｄ
Ｉの値に対して１０６　を使用すると結果的に１０−６
ｃｍすなわち１μｍの最小の検出可能な液体レベル変化
になる。ｘ＊ｙ＝１０４　ｃｍ２　の液体面積を仮定す
ると、最小の認識可能な体積変化は１０４　＊１０−６
＝１０−２ｃｍ３　である。３ｍＷレーザが１秒間（１
秒の測定時間に対応する）使用されたとすると、最小の
認識可能な漏洩速度は１０−２ｃｍ３　／秒＝３６ｃｍ
３　／時間、すにわち０．０１ガロン／時間に等しい。 したがって、本発明の漏洩検出器は通常の精度の漏洩検
出器の５倍の正確さまで表示する。

【００３３】［精度向上］タンク１４によって保持され
た液体がファイバ１６（図３参照）上に残留物を残した
場合、光の測定された損失は液体レベルおよび漏洩速度
の特有の測定ではない。ガソリンのような液体を含むタ
ンクの潜在的な漏洩レベルが監視される適用において、
光ファイバに与えられるデュポン社から商品名“テフロ
ン”で市販されているようなフッ化エチレンポリプロピ
レンまたはテトラフルオロエチレンの薄い（例えば数ミ
クロン）被覆はファイバ上における残留物の形成を阻止
する。このような薄い被覆は、例えばスパッタリング技
術によって供給される。しかしながら、残留物の形成が
特定の適用に対して問題であるならば、ファイバは清浄
な液体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、その表面の高さはスリーブの外側の燃料その
他の液体面の高さに対応する（比例する）。したがって
、清浄な液体のレベルの変化速度を測定することによっ
て漏洩速度は確認され得る。清浄な液体は、その表面張
力が光ファイバを濡らさないように選択されなければな
らない。

【００３４】図４は、フレキシブルな膜１０６　によっ
て包囲された光ファイバ１０２　が配置されたタンク１
００　の側面断面図である。光ファイバ１０２　は本発
明の漏洩検出器１０内で使用され、その残りのものは図
４には示されていない。タンク１００　は液体１１０　
を保持し、光ファイバ１０２　はタンク１００　の上部
から入る。ファイバ１０２　は液体１１０　を通って下
方に延在し、タンク１００　の下部に隣接したファイバ
端反射器１０４　によって終端される。清浄な液体１０
８　は膜１０６　の内面と光ファイバ１０２　の外面と
の間の空間を占有する。ファイバクラッドは例えば“テ
フロン”被覆を備え、清浄な液体１０８　としての使用
に適した液体はグリセリンである。膜１０６　は例えば
デュポンオートモーティブプロダクツ社（９５０　Ｓｔ
ｅｐｈｅｎｓｏｎ　Ｈｉｇｈｗａｙ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ　
７０１３　，Ｔｒｏｙ　，Ｍｉｃｈｉｇａｎ　４８００
７　）によって登録商標名“ヴィトン”で市販されてい
るような、０．００１　インチの厚さを有するフルオロ
エラストマーで構成される。

【００３５】液体１１０　の高さＨ１　は、２つの液体
の各密度比で膜１０６　内の清浄な液体１０８　の高さ
Ｈ２　に関連している。フレキシブルな膜１０６　に対
して液体１１０　によって与えられた力または圧力は、
膜１０６　に清浄な液体１０８　によって与えられた力
によって平衡を保たれている。したがって、Ｈ１　Ｄ１
　＝Ｈ２　Ｄ２　であり、ここでＤ１　およびＤ２　は
液体１１０　および１０８　の各密度である。高さＨ２
はＨ１　、Ｄ１　およびＤ２　に比例する。膜１０６　
はその全長にわたってフレキシブルである必要はない。 例えば、タンク１１０　の下部に隣接した膜１０６　の
比較的短いセグメントだけがフレキシブルであることが
必要である。膜１０６　の残りのものは堅牢な管から成
形されることができる。清浄な液体１０８　のレベルの
変化速度（本発明の漏洩検出器によって直接測定された
）は、式［７］に適切に置換することによって液体１１
０　の漏洩速度を計算するために使用されることができ
る。

【００３６】図５は光ファイバ上に残留物を残す傾向が
ある液体の漏洩速度を正確に測定するために使用される
ことができる第２の技術を示す。図５は液体１５２　を
保持しているタンク１５０　の側面断面図であり、その
体積は本発明の漏洩検出器１０によって監視される。い
ずれかの端部で開いている堅牢な“Ｊ”形に成形された
管１５８　内に配置された光ファイバ１５４　はタンク
１５０　中に延在する。 液体１５２　より高い密度の清浄な液体（例えばメトン
イオダイドまたは水銀）は管１５８　内に配置されてい
る。ファイバ端部１５５　はファイバ反射器１５６　に
よって終端されている。

【００３７】管１５８　内の液体１６０　のレベル１６
１　は、液体レベル１６１　がタンク１５０　内の液体
１５２　のレベルに比例する（もっとも、必ずしも等し
い必要はない）ように液体１５２　、１６０　の境界に
おいて液体１５２　からの圧力に対応する。レベル決定
回路網（示されていない）からの出力は、漏洩検出回路
（図５に示されていない）に信号を示す適切に調節され
たレベルを提供するように較正されることができる。信
号を示す較正されたレベルは次にタンク１５０　からの
液体１５２　の漏洩速度を測定するために漏洩検出回路
によって使用される。例えば自動車内に取付けられた場
合等の、タンク１５０　の運動により所望しない液体１
６０　の流れを制限するために、毛細管または狭いチャ
ンネル（示されていない）は、液体１５２　と液体１６
０　の境界に近接して管１５８　中に形成されることが
できる。 “Ｊ”形に成形された管を使用する必要はなく、別の構
造で直線的な管またはその他の管構造を使用してもよい
ことは理解されるであろう。

【００３８】以上、本発明は特定の適用に関連して特定
の実施例を参照して説明された。当業者は本発明の技術
的範囲内において付加的な修正および適用を認識するで
あろう。例えば、本発明は光導波体としての光ファイバ
の使用に限定されない。減衰波損失を利用する任意の装
置は光導波体として機能することができる。例えば、図
６の端部の断面図は基体１８２　、光導波体１８４　と
して機能するドープされた部分および薄いクラッド１８
６　を有する半導体光導波体を示す。光導波体１８０　
が図１の光ファイバ１６の代りに使用されるとき、上記
のように検出されて使用されるクラッド１８６　と液体
１２との間の表面間の減衰波損失が生じる。

【００３９】さらに、ある適用においてさらに観察下で
数回液体の体積を通過するように光ファイバを配置する
ことによって本発明の漏洩検出器の精度を増すことが望
ましい。液体に浸漬されたファイバの長さのこのような
修正は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく本発明
の漏洩検出器の再較正により行なわれる。

【００４０】さらに、当業者は単一のレベル決定回路網
に複数の光ファイバを結合する技術を認識することがで
きる。本発明の種々の実施例のこの組合せはまた本発明
の技術的範囲を逸脱するものではない。したがって、添
付された特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲内のこ
のような修正、適用および実施例をカバーするものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】屈折率ｎ１　，ｎ２　をそれぞれ有する第１お
よび第２の誘電体の境界Ａ上に入射した光ビームＬの図
。

【図２】境界Ａを包囲する第１および第２の誘電体の部
分内の光強度の分布図。

【図３】本発明の漏洩検出器の部分的な概略図。

【図４】フレキシブルな膜によって包囲された光ファイ
バが配置されているタンクの断面図。

【図５】光ファイバの近くに配置された堅牢な“Ｊ”成
形された膜を含む本発明の実施例によってその体積が監
視される液体を保持するタンクの断面図。

【図６】本発明の光導波体の別の構造の断面図。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液体中に少なくとも部分的に浸漬され
   、液体に浸漬する結果として減衰波損失が生成される光
   導波体と、この光導波体中に光エネルギを注入する光源
   手段と、前記導波体において減衰波損失を測定し、それ
   を示す強度損失信号を出力する手段と、前記強度損失信
   号の変化速度を測定し、それに応答して前記液体の体積
   の変化速度を計算する漏洩検出手段とを具備している容
   器内の液体の体積の変化速度を測定する液体漏洩検出器
   。
2. 【請求項２】　　前記光導波体は光ファイバで構成され
   ている請求項１記載の検出器。
3. 【請求項３】　　前記光ファイバは第１および第２の端
   部を具備し、前記光源手段は前記第１の端部に光エネル
   ギを注入し、前記漏洩検出器はさらに前記光源手段に向
   かって前記注入された光エネルギを前記ファイバに反射
   するために前記第２の端部に配置されたファイバ反射器
   を具備している請求項２記載の検出器。
4. 【請求項４】　　前記減衰波損失を測定する手段は前記
   第１の端部に注入された前記光エネルギの強度を示す入
   力強度信号を供給する手段と、光ファイバを伝播し、前
   記反射器によって反射された前記注入された光エネルギ
   の強度を示す反射強度信号を供給する手段とを具備して
   いる請求項３記載の検出器。
5. 【請求項５】　　前記減衰波損失を測定する手段はさら
   に前記反射強度信号と前記入力強度信号との比に応答し
   て前記強度損失信号に比例する比率信号を供給する手段
   を具備している請求項４記載の検出器。
6. 【請求項６】　　前記減衰波損失を測定する手段は、前
   記ファイバ中に注入された光エネルギの一部を第１の光
   検出器に導き、それによって前記入力強度信号を供給し
   、光ファイバを伝播し、前記反射強度信号を供給するた
   めに前記反射器によって反射される光エネルギの一部を
   第２の光検出器に導くために第１および第２の光検出器
   および光ファイバビーム分割器を具備している請求項４
   記載の検出器。
7. 【請求項７】　　さらに前記容器内の前記光ファイバの
   少なくとも一部分を包囲するフレキシブルな膜と、前記
   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
   、前記漏洩検出器が前記第２の液体のレベルの変化速度
   を測定し、前記第２の液体のレベルの変化速度が前記第
   １の液体のレベルの変化速度を示す請求項２記載の検出
   器。
8. 【請求項８】　　タンク内に位置され、前記光ファイバ
   の少なくとも一部分を包囲する開いた堅牢な“Ｊ”形に
   成形された管と、前記管内に配置された第２の液体とを
   具備し、前記第２の液体は前記第１の液体の密度より大
   きい密度を有し、前記第２の液体のレベルの変化速度が
   前記第１の液体のレベルの変化速度を示す請求項２記載
   の検出器。
9. 【請求項９】　　ファイバクラッドは屈折率ｎ１　を特
   徴とし、ファイバコアは屈折率ｎ２　を特徴とし、ここ
   でｎ２　はｎ１　より大きく、液体は屈折率ｎ３　を特
   徴とし、ここでｎ３　はｎ１　より大きい請求項２記載
   の検出器。
10. 【請求項１０】　　第１の端部および第２の端部を有し
    、前記容器内に配置され、容器内の第１の液体中に少な
    くとも部分的に浸漬された光ファイバであって、減衰波
    損失が前記液体における前記クラッドの浸漬の結果とし
    て生じるように選択されたファイバクラッドによって包
    囲されたファイバコアを含んでいる光ファイバと、前記
    光ファイバの前記第１の端部に結合されたファイバ端反
    射器と、前記光ファイバの前記第２の端部に光を注入す
    る光源手段と、前記注入された光の第１の部分を結合し
    て取出し、前記ファイバを伝播して前記反射器によって
    によって反射される光の第２の部分を結合して取出すビ
    ーム分割器手段と、光の前記第２の部分の強度の変化速
    度と光の前記第１の部分の強度の変化速度とを比較し、
    それに応答して前記第１の液体の体積の変化速度を決定
    する比較器手段とを具備している容器内の第１の液体の
    体積の変化速度を測定する液体漏洩検出器。
11. 【請求項１１】　　入力強度信号を供給するように光の
    前記第１の部分の強度に応答する第１の光検出器と、出
    力強度信号を供給するように光の前記第２の部分の強度
    に応答する第２の光検出器とを具備し、前記比較器手段
    が前記入力強度信号および前記出力強度信号に応答する
    請求項１０記載の漏洩検出器。
12. 【請求項１２】　　前記漏洩検出器手段は予め定められ
    た期間前記強度損失信号の値を蓄積するメモリ手段を具
    備している請求項１記載の漏洩検出器。
13. 【請求項１３】　　前記漏洩検出器手段はさらに前記強
    度損失信号の前記蓄積された値を使用することによって
    前記第１の液体の体積の変化速度を計算するプロセッサ
    手段を具備している請求項１２記載の漏洩検出器。
14. 【請求項１４】　　（ａ）減衰波損失が液体中のクラッ
    ドの浸漬の結果として生じるように選択されたクラッド
    によって包囲されたコアを備えた光導波体を前記液体内
    に少なくとも部分的に浸漬し、（ｂ）前記光導波体に光
    エネルギを注入し、（ｃ）前記減衰波損失による前記フ
    ァイバの長さにわたる前記注入された光エネルギの強度
    の減少を測定し、（ｄ）前記注入された光エネルギの強
    度の前記減少を示す強度損失信号を供給し、（ｅ）前記
    第１の液体の体積の変化速度を決定するために前記強度
    損失信号の変化速度を計算するステップを含む容器内の
    液体の体積の変化速度を測定する方法。
15. 【請求項１５】屈折率ｎ３　の第１の液体を保持するよ
    うに配置された容器における屈折率ｎ４　の汚染液体の
    存在を検出する液体漏洩検出器において、前記容器内に
    配置され、前記第１の液体中に少なくとも部分的に浸漬
    され、減衰波損失が前記液体中の前記クラッドの浸漬の
    結果として生じるように選択された屈折率ｎ１　のファ
    イバクラッドによって包囲された屈折率ｎ２　のファイ
    バコアを含み、ｎ２　＞ｎ１　，ｎ１　＜ｎ３　および
    ｎ１　＞ｎ４　である光ファイバと、前記光ファイバに
    光エネルギを注入する光源手段と、前記減衰波損失によ
    る前記ファイバの長さにわたる前記注入された光エネル
    ギの強度の減少を測定し、前記強度の減少を示す強度損
    失信号を供給する手段を含んでいる測定手段と、前記強
    度損失信号の大きさの変化に応答して前記容器内の前記
    汚染液体の存在を示す検出信号を発生する漏洩検出器手
    段とを具備している液体漏洩検出器。