JPH05133872A - 光密度センサ - Google Patents
光密度センサInfo
- Publication number
- JPH05133872A JPH05133872A JP24373991A JP24373991A JPH05133872A JP H05133872 A JPH05133872 A JP H05133872A JP 24373991 A JP24373991 A JP 24373991A JP 24373991 A JP24373991 A JP 24373991A JP H05133872 A JPH05133872 A JP H05133872A
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- JP
- Japan
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- optical path
- light
- optical
- gas
- beam splitter
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】光源から出射した光を２つの光路に分けて、被
測定ガス中に設けた第１の光路と屈折率及び光路長が一
定のもので構成した第２の光路を進行させ、第１の光路
を進行した光と第２の光路を進行した光とを合成して、
光の干渉によりガス密度の変化を測定する。 【効果】可動部分を有しないため、簡単な構造で寿命の
長い光密度センサが得られる。温度補正等を必要とせ
ず、直接ガス密度の変化を測定できるので、精度が高
い。光源の波長あるいは光路の実路長を変化させること
により、測定感度の調整が可能である。光の干渉を利用
しているので、応答速度が速い。
測定ガス中に設けた第１の光路と屈折率及び光路長が一
定のもので構成した第２の光路を進行させ、第１の光路
を進行した光と第２の光路を進行した光とを合成して、
光の干渉によりガス密度の変化を測定する。 【効果】可動部分を有しないため、簡単な構造で寿命の
長い光密度センサが得られる。温度補正等を必要とせ
ず、直接ガス密度の変化を測定できるので、精度が高
い。光源の波長あるいは光路の実路長を変化させること
により、測定感度の調整が可能である。光の干渉を利用
しているので、応答速度が速い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスの密度の変化を直
接測定するセンサに関するものであり、たとえば、ガス
絶縁開閉装置の絶縁ガスの密度の変化の測定に利用して
有効な技術に関するものである。
接測定するセンサに関するものであり、たとえば、ガス
絶縁開閉装置の絶縁ガスの密度の変化の測定に利用して
有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガス絶縁開閉装置は、圧力容器中にＳＦ
６ガス等の絶縁ガスを加圧封入し、該絶縁ガス中に充電
部を密封している。このため、装置の絶縁を保持するた
め、ガス圧力を測定してガス漏れを検出している。ま
た、ガス圧力の監視により装置内の異常を検出すること
も行われている。
６ガス等の絶縁ガスを加圧封入し、該絶縁ガス中に充電
部を密封している。このため、装置の絶縁を保持するた
め、ガス圧力を測定してガス漏れを検出している。ま
た、ガス圧力の監視により装置内の異常を検出すること
も行われている。
【０００３】このようなガス圧力を測定するための従来
のセンサを、図３を用いて以下に説明する。図３は、セ
ンサの斜視図である。
のセンサを、図３を用いて以下に説明する。図３は、セ
ンサの斜視図である。
【０００４】発光源３１から出射した光は、マルチモー
ドの光ファイバ３２、コリメータレンズ３３を通り、偏
光子３４によって直線偏光になってガラスブロック３５
に入射する。ガラスブロック３５には圧力伝達用治具３
６を介してガス圧力が加わっており、ガラスブロック３
５内部には圧力に応じた光学的異方性が生じているた
め、ガラスブロック３５に入射した直線偏光は楕円偏光
となって出射する。その光を検光子３７、コリメータレ
ンズ３３、光ファイバ３２を通して受光素子３８で検出
することにより、ガス圧力に応じた出力を得ることがで
きる。その出力を温度計測用素子３９で得られた基準時
刻の外気温を用いて温度補正回路４０で温度補正を行
い、ガス密度の測定を行っていた。
ドの光ファイバ３２、コリメータレンズ３３を通り、偏
光子３４によって直線偏光になってガラスブロック３５
に入射する。ガラスブロック３５には圧力伝達用治具３
６を介してガス圧力が加わっており、ガラスブロック３
５内部には圧力に応じた光学的異方性が生じているた
め、ガラスブロック３５に入射した直線偏光は楕円偏光
となって出射する。その光を検光子３７、コリメータレ
ンズ３３、光ファイバ３２を通して受光素子３８で検出
することにより、ガス圧力に応じた出力を得ることがで
きる。その出力を温度計測用素子３９で得られた基準時
刻の外気温を用いて温度補正回路４０で温度補正を行
い、ガス密度の測定を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のセンサでは、ガ
ス圧力の伝達を機械的に行うため機構が複雑であり、ガ
ラスブロックにおける応力分布の平均化が困難であると
いう欠点を有していた。また、ガス圧力を基準時刻の外
気温によって補正するため、外気温が不安定であると正
確な補正がなされないという欠点を有していた。本発明
は、ガス密度の変化を直接測定することにより上記の欠
点を解消し、正確で、測定感度の調節が可能なガス密度
センサを提供することを目的とするものである。
ス圧力の伝達を機械的に行うため機構が複雑であり、ガ
ラスブロックにおける応力分布の平均化が困難であると
いう欠点を有していた。また、ガス圧力を基準時刻の外
気温によって補正するため、外気温が不安定であると正
確な補正がなされないという欠点を有していた。本発明
は、ガス密度の変化を直接測定することにより上記の欠
点を解消し、正確で、測定感度の調節が可能なガス密度
センサを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、該光
源から出射した光を２つの光路に分ける手段と、被測定
ガス中に設けた第１の光路と、屈折率及び光路長が一定
のもので構成した第２の光路と、第１の光路を進行した
光と第２の光路を進行した光とを合成して干渉出力を取
り出す手段とにより、光密度センサを構成するものであ
る。
源から出射した光を２つの光路に分ける手段と、被測定
ガス中に設けた第１の光路と、屈折率及び光路長が一定
のもので構成した第２の光路と、第１の光路を進行した
光と第２の光路を進行した光とを合成して干渉出力を取
り出す手段とにより、光密度センサを構成するものであ
る。
【０００７】
【作用】上記した手段によれば、第１の光路は、ガス密
度の変化により光路長が実質的に変化することとなり、
２つの光路を進行する光の干渉状態が変化する。したが
って、光の干渉状態を観測することにより、ガス密度の
変化が測定できるものである。
度の変化により光路長が実質的に変化することとなり、
２つの光路を進行する光の干渉状態が変化する。したが
って、光の干渉状態を観測することにより、ガス密度の
変化が測定できるものである。
【０００８】
【実施例１】以下、本願発明の実施例１を図１を用いて
説明する。図１は、本例の光密度センサがＳＦ６等のガ
ス雰囲気中に置かれた状態を示す。
説明する。図１は、本例の光密度センサがＳＦ６等のガ
ス雰囲気中に置かれた状態を示す。
【０００９】光源の半導体レーザ１を出射した光は、シ
ングルモード光ファイバ２、コリメータレンズ３を通っ
てビームスプリッタ４に入射する。入射光は、ビームス
プリッタ４により第１の光路５と第２の光路６とに別れ
て入る。第１の光路５に入った光は、実路長ｌの被測定
ガスであるＳＦ６ガス中を進行する。第２の光路６に入
った光は、プリズム７とガラス８の中を進行する。その
後、両光路を別々に進行してきた光はビームスプリッタ
４によって再び重ね合わされ、コリメータレンズ３、シ
ングルモード光ファイバ２を通って干渉出力として検出
される。
ングルモード光ファイバ２、コリメータレンズ３を通っ
てビームスプリッタ４に入射する。入射光は、ビームス
プリッタ４により第１の光路５と第２の光路６とに別れ
て入る。第１の光路５に入った光は、実路長ｌの被測定
ガスであるＳＦ６ガス中を進行する。第２の光路６に入
った光は、プリズム７とガラス８の中を進行する。その
後、両光路を別々に進行してきた光はビームスプリッタ
４によって再び重ね合わされ、コリメータレンズ３、シ
ングルモード光ファイバ２を通って干渉出力として検出
される。
【００１０】以上の装置の原理を説明する。ガス密度と
屈折率との間には、次のような関係がある。
屈折率との間には、次のような関係がある。
【００１１】
【数１】 ｎ：屈折率、ρ：密度、ｒは物質の温度、圧力、密度に
よって僅かに変化する値であるが、ほぼ一定の値を持
つ。
よって僅かに変化する値であるが、ほぼ一定の値を持
つ。
【００１２】これをＳＦ６ガスについて、屈折率と密度
との関係を計算すると、次のような関係になる。
との関係を計算すると、次のような関係になる。
【００１３】
【数２】 ｎ＝１．２７７４×１０~4×ρ＋１０００ 第２の光路６では、光はガラス中を進行しているため、
屈折率は変わらない。つまり、光路長（屈折率×実路
長）は変わらない。これに対し、第１の光路５は、ガス
密度が変化すると屈折率が変化するから、光路長は変化
する。したがって、ビームスプリッタ４により合成され
た光の干渉状態が変化し、出力される光が例えば明から
暗へと変化する。
屈折率は変わらない。つまり、光路長（屈折率×実路
長）は変わらない。これに対し、第１の光路５は、ガス
密度が変化すると屈折率が変化するから、光路長は変化
する。したがって、ビームスプリッタ４により合成され
た光の干渉状態が変化し、出力される光が例えば明から
暗へと変化する。
【００１４】次に、本例のセンサにより測定可能な密度
変化及び検出精度について説明をする。
変化及び検出精度について説明をする。
【００１５】第２の光路６では、屈折率、光路長は変わ
らない。したがって、光の干渉については、第１の光路
５についてのみ考えればよい。そこで、初期状態でのＳ
Ｆ６ガスの屈折率をｎ、状態変化後の屈折率をｎ’とす
ると、初期状態での光路長はｎｌとなり、状態変化後の
光路長はｎ’ｌとなる。ここで、初期状態での干渉状態
が明であると仮定する。状態変化後に干渉状態が暗にな
るためには、第１の光路の光路長が初期状態から半波長
分シフトしなければならない。これを式に表すと次のよ
うになる。
らない。したがって、光の干渉については、第１の光路
５についてのみ考えればよい。そこで、初期状態でのＳ
Ｆ６ガスの屈折率をｎ、状態変化後の屈折率をｎ’とす
ると、初期状態での光路長はｎｌとなり、状態変化後の
光路長はｎ’ｌとなる。ここで、初期状態での干渉状態
が明であると仮定する。状態変化後に干渉状態が暗にな
るためには、第１の光路の光路長が初期状態から半波長
分シフトしなければならない。これを式に表すと次のよ
うになる。
【００１６】
【数３】｜ｎ’−ｎ｜・ｌ＝λ0／２ また、前記〔数２〕から屈折率の変化分と密度の変化分
の関係を求めると、次のようになる。
の関係を求めると、次のようになる。
【００１７】
【数４】 〔数４〕に〔数３〕を代入すると、次のようになる。
【００１８】
【数５】 〔数５〕において、検出可能な密度変化を具体的に算出
すると、次のようになる。 ｌ＝３ｃｍで、 ＝８５０μｍの時、λ0＝１．１１×１０~1〔ｇ／ｌ〕 ＝５００μｍの時、λ0＝６．５２×１０~2〔ｇ／ｌ〕 ｌ＝５ｃｍで、 ＝８５０μｍの時、λ0＝６．６５×１０~2〔ｇ／ｌ〕 ＝５００μｍの時、λ0＝３．９１×１０~2〔ｇ／ｌ〕 以上のことから、検出感度を上げるには、第１の光路５
の実路長ｌを長くするか、光源の光の波長を短くすれば
良いことが分かる。このように、本例では測定感度の調
節が可能となる。
すると、次のようになる。 ｌ＝３ｃｍで、 ＝８５０μｍの時、λ0＝１．１１×１０~1〔ｇ／ｌ〕 ＝５００μｍの時、λ0＝６．５２×１０~2〔ｇ／ｌ〕 ｌ＝５ｃｍで、 ＝８５０μｍの時、λ0＝６．６５×１０~2〔ｇ／ｌ〕 ＝５００μｍの時、λ0＝３．９１×１０~2〔ｇ／ｌ〕 以上のことから、検出感度を上げるには、第１の光路５
の実路長ｌを長くするか、光源の光の波長を短くすれば
良いことが分かる。このように、本例では測定感度の調
節が可能となる。
【００１９】以上説明したように、本例のセンサは、ガ
ス密度の変化を直接検出するため、温度の補正を必要と
しない。そのため、ガス絶縁開閉装置に適用した場合、
ガス漏れを常時精度良く監視することが可能である。ま
た、応答が速いため、地絡等によって瞬間的に生じる容
器内での密度の粗密にも反応するため、地絡事故の検出
も可能となる。
ス密度の変化を直接検出するため、温度の補正を必要と
しない。そのため、ガス絶縁開閉装置に適用した場合、
ガス漏れを常時精度良く監視することが可能である。ま
た、応答が速いため、地絡等によって瞬間的に生じる容
器内での密度の粗密にも反応するため、地絡事故の検出
も可能となる。
【００２０】
【実施例２】次に、本発明のセンサの実施例２につい
て、図２を用いて説明する。図２は、光密度センサの側
面断面図である。
て、図２を用いて説明する。図２は、光密度センサの側
面断面図である。
【００２１】本例のセンサは、ガス絶縁開閉装置の容器
９に取り付けられる。該容器９には窓が設けられ、気密
ガラス１０により塞がれている。そして、この容器内の
ＳＦ６ガスが第１の光路５とされる。半導体レーザ１を
出射した光は、シングルモード光ファイバ２、コリメー
タレンズ３を通ってビームスプリッタ４に入射する。入
射光は、ビームスプリッタ４により第１の光路５と第２
の光路６とに２つに分けられる。第１の光路５に入った
光は、気密ガラス１０を通り容器９内のＳＦ６ガス中を
進行し、ミラー１１により反射されてビームスプリッタ
４へ戻る。第２の光路６に入った光は、ガラス８の中を
進行してミラー１１により反射されてビームスプリッタ
４へ戻る。両光路５、６を別々に進行して戻ってきた光
はビームスプリッタ４によって再び重ね合わされ、コリ
メータレンズ３、シングルモード光ファイバ２を通って
干渉出力として検出される。
９に取り付けられる。該容器９には窓が設けられ、気密
ガラス１０により塞がれている。そして、この容器内の
ＳＦ６ガスが第１の光路５とされる。半導体レーザ１を
出射した光は、シングルモード光ファイバ２、コリメー
タレンズ３を通ってビームスプリッタ４に入射する。入
射光は、ビームスプリッタ４により第１の光路５と第２
の光路６とに２つに分けられる。第１の光路５に入った
光は、気密ガラス１０を通り容器９内のＳＦ６ガス中を
進行し、ミラー１１により反射されてビームスプリッタ
４へ戻る。第２の光路６に入った光は、ガラス８の中を
進行してミラー１１により反射されてビームスプリッタ
４へ戻る。両光路５、６を別々に進行して戻ってきた光
はビームスプリッタ４によって再び重ね合わされ、コリ
メータレンズ３、シングルモード光ファイバ２を通って
干渉出力として検出される。
【００２２】本例の動作原理及び効果は実施例１と同一
であるので、改めての説明は省略する。本例では、第１
の光路５を形成するミラー１１のみをガス絶縁開閉装置
の容器９内に設定し、その他の部分は容器９の外側に設
けているため、センサの設置、保守等が容易になるもの
である。
であるので、改めての説明は省略する。本例では、第１
の光路５を形成するミラー１１のみをガス絶縁開閉装置
の容器９内に設定し、その他の部分は容器９の外側に設
けているため、センサの設置、保守等が容易になるもの
である。
【００２３】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。以上の説
明では主として本発明者によってなされた発明をその背
景となった利用分野であるガス絶縁開閉装置のＳＦ６ガ
スの測定に適用した場合について説明したが、本発明の
適用はそれに限定されるものではない。
例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。以上の説
明では主として本発明者によってなされた発明をその背
景となった利用分野であるガス絶縁開閉装置のＳＦ６ガ
スの測定に適用した場合について説明したが、本発明の
適用はそれに限定されるものではない。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、 １．可動部分を有しないため、簡単な構造で寿命の長い
光密度センサが得られる。 ２．温度補正等を必要とせず、直接ガス密度の変化を測
定できるので、精度が高い。 ３．光源の波長あるいは光路の実路長を変化させること
により、測定感度の調整が可能である。 ４．光の干渉を利用しているので、応答速度が速い。 という優れた効果を奏するものである。
光密度センサが得られる。 ２．温度補正等を必要とせず、直接ガス密度の変化を測
定できるので、精度が高い。 ３．光源の波長あるいは光路の実路長を変化させること
により、測定感度の調整が可能である。 ４．光の干渉を利用しているので、応答速度が速い。 という優れた効果を奏するものである。
【図１】 本発明の光センサの実施例１を示す側面図。
【図２】 本発明の光センサをガス絶縁開閉装置の容器
に取り付けた実施例２を示す側面断面図。
に取り付けた実施例２を示す側面断面図。
【図３】 従来のガス圧力センサを示した斜視図。
４…ビームスプリッタ、５…第１の光路、６…第２の光
路、９…容器、１０…気密ガラス、１１…ミラー、ｌ…
第１の光路の実路長。
路、９…容器、１０…気密ガラス、１１…ミラー、ｌ…
第１の光路の実路長。
Claims (2)
- 【請求項１】 光源と、該光源から出射した光を２つの
光路に分ける手段と、被測定ガス中に設けた第１の光路
と、屈折率及び光路長が一定のもので構成した第２の光
路と、第１の光路を進行した光と第２の光路を進行した
光とを合成して干渉出力を取り出す手段とよりなる光密
度センサ。 - 【請求項２】 第２の光路をガラスにより構成した請求
項１記載の光密度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24373991A JPH05133872A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 光密度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24373991A JPH05133872A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 光密度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05133872A true JPH05133872A (ja) | 1993-05-28 |
Family
ID=17108268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24373991A Pending JPH05133872A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 光密度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05133872A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011085519A (ja) * | 2009-10-16 | 2011-04-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 貯蔵タンク内の液密度計測装置 |
| JP2011179949A (ja) * | 2010-03-01 | 2011-09-15 | Tokyo Gas Co Ltd | 貯蔵タンク内の液密度計測装置 |
| CN113324953A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-31 | 武汉大学 | 一种液体环境下的反射式光纤气体传感探头装置 |
-
1991
- 1991-09-24 JP JP24373991A patent/JPH05133872A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011085519A (ja) * | 2009-10-16 | 2011-04-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 貯蔵タンク内の液密度計測装置 |
| JP2011179949A (ja) * | 2010-03-01 | 2011-09-15 | Tokyo Gas Co Ltd | 貯蔵タンク内の液密度計測装置 |
| CN113324953A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-31 | 武汉大学 | 一种液体环境下的反射式光纤气体传感探头装置 |
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