JPS60209143A - 液体感知器 - Google Patents
液体感知器Info
- Publication number
- JPS60209143A JPS60209143A JP59064214A JP6421484A JPS60209143A JP S60209143 A JPS60209143 A JP S60209143A JP 59064214 A JP59064214 A JP 59064214A JP 6421484 A JP6421484 A JP 6421484A JP S60209143 A JPS60209143 A JP S60209143A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- waveguide
- refractive index
- substrate
- light
- Prior art date
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- Pending
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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
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
- G01N21/431—Dip refractometers, e.g. using optical fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (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
【発明の詳細な説明】
本発明は、油等の液体を光学的に感知する液体感知器に
関するものである。
関するものである。
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
的規制等によって、信頼度の高い感知器が必要とされて
いる。
が多発しており、この様な事故を早期に発見する為の法
的規制等によって、信頼度の高い感知器が必要とされて
いる。
第１図及び第２図は、この様な感知器の１つの従来例で
あるポリマクラツド光ファイバを示している。このポリ
マクラツド光ファイバ１は、石英から成るコア２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）から成るクラッド３とを有している。
あるポリマクラツド光ファイバを示している。このポリ
マクラツド光ファイバ１は、石英から成るコア２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）から成るクラッド３とを有している。
油漏れが発生していない状態、つまり光ファイバ１に油
が付着していない状態では、光ファイバ１の一端からこ
の光フアイバ１内へ入射した光ｉ。
が付着していない状態では、光ファイバ１の一端からこ
の光フアイバ１内へ入射した光ｉ。
は、第１図に示す様に、コア２とクラッド３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。
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ァイバ１に付着して
クラッド３内へ浸潤すると、クラ・ノド３の屈折率が高
くなる。この結果、光フアイバ１内へ入射した光１１の
中には、第２図に示す様に、コア２とクラッド３との界
面で全反射せずに屈折し、コア２外へ出て行く光が生じ
る。
クラッド３内へ浸潤すると、クラ・ノド３の屈折率が高
くなる。この結果、光フアイバ１内へ入射した光１１の
中には、第２図に示す様に、コア２とクラッド３との界
面で全反射せずに屈折し、コア２外へ出て行く光が生じ
る。
この為に、光フアイバ１中を全反射しな力（ら（公権す
る光の量が、油の浸潤前に比べて減少する。
る光の量が、油の浸潤前に比べて減少する。
従って、光ファイバ１の一端にしょ光源を、また（出端
には受光器を夫々配置して、伝播光量の変イヒを監視す
れば、油漏れを感知することが□できる。
には受光器を夫々配置して、伝播光量の変イヒを監視す
れば、油漏れを感知することが□できる。
ところで、光ファイバ１の径は非常に／ｈさｐｚので、
油漏れが発生した場所に光ファイン〈１力（正“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、光ファインく１で番よン由漏れを言わば線状
にしか感知することができなｌ／）為Ｇこ、油漏れを見
逃す確率が高くて、信頼度の高ｔ、）ｉ矢。
油漏れが発生した場所に光ファイン〈１力（正“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、光ファインく１で番よン由漏れを言わば線状
にしか感知することができなｌ／）為Ｇこ、油漏れを見
逃す確率が高くて、信頼度の高ｔ、）ｉ矢。
器とは成り得ない。
本発明は、この様な問題点に鑑み、広し）範囲に亘って
液体を感知することができる液体感知器を提供すること
を目的としている。
液体を感知することができる液体感知器を提供すること
を目的としている。
以下、本発明の第１及び第２実施例を第３図〜第６図を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
第３図は、第１及ｑ第２実施例の夫々の一部を示してい
る。屈折率がｎ、である透光性の基板１１中には、ｎｌ
よりも大きな屈折率ｎＺを有する光導波路１２が形成さ
れている。光導波路１２の一部番よ、基板１１の表面１
１Ａに露出してし）る露出部１２Ａとなっている。
る。屈折率がｎ、である透光性の基板１１中には、ｎｌ
よりも大きな屈折率ｎＺを有する光導波路１２が形成さ
れている。光導波路１２の一部番よ、基板１１の表面１
１Ａに露出してし）る露出部１２Ａとなっている。
露出部１２Ａとこの露出部１２Ａに連なってむ）る表面
１１Ａとは、共に被覆層１３によって覆われている。被
覆層１３は、ｎｌ及びｎ２の何れよりも小さな屈折率ｎ
３を有し且つ液体の浸潤が可能な材質、例えばシリコン
樹脂から成っている。
１１Ａとは、共に被覆層１３によって覆われている。被
覆層１３は、ｎｌ及びｎ２の何れよりも小さな屈折率ｎ
３を有し且つ液体の浸潤が可能な材質、例えばシリコン
樹脂から成っている。
基板１１、光導波路１２及び被覆層１３の夫々の屈折率
ｎｌｓ ｎｚ、ｎ３は、上述の様にｎｚ＞ｎｌ＞１３と
なる様に選定されている。この為に、光導波路１２中を
伝播可能な光１２は、光導波路１２と基板１１との界面
に於ける臨界角θ−こよって決定される。
ｎｌｓ ｎｚ、ｎ３は、上述の様にｎｚ＞ｎｌ＞１３と
なる様に選定されている。この為に、光導波路１２中を
伝播可能な光１２は、光導波路１２と基板１１との界面
に於ける臨界角θ−こよって決定される。
もし、屈折率の大きな油等が被覆層１３に付着してこの
被覆層１３内へ浸潤することによって、ｎ３がｎｌより
も大きくなると、夫々の屈折率間の関係は１２＞ｎ、、
＞ｎｌとなる。従って、この場合に光導波路１２中を伝
播可能な光１２は、上述の臨界角θ。
被覆層１３内へ浸潤することによって、ｎ３がｎｌより
も大きくなると、夫々の屈折率間の関係は１２＞ｎ、、
＞ｎｌとなる。従って、この場合に光導波路１２中を伝
播可能な光１２は、上述の臨界角θ。
ではなく光導波路１２と一被覆層１３との界面に於ける
臨界角θ２によって決定される。
臨界角θ２によって決定される。
ところが、θ２はθ１よりも大きいので、全反射の割合
が減少して伝播光量も減少し、油漏れを感知することが
できる。しかも、被覆層１３は露出部１２Ａのみならず
この露出部１２Ａに連なっている表面１１Ａをも覆って
おり、露出部１２Ａ以外の部分で被覆層１３に付着した
油が露出部１２Ａの部分にまで浸潤可能であるので、先
導波路１２の径よりもはるかに広い範囲に亘って面状に
油漏れを感知することができる。
が減少して伝播光量も減少し、油漏れを感知することが
できる。しかも、被覆層１３は露出部１２Ａのみならず
この露出部１２Ａに連なっている表面１１Ａをも覆って
おり、露出部１２Ａ以外の部分で被覆層１３に付着した
油が露出部１２Ａの部分にまで浸潤可能であるので、先
導波路１２の径よりもはるかに広い範囲に亘って面状に
油漏れを感知することができる。
従って、この為には、露出部１２Ａの径の少なくとも１
．５倍以上の巾で、被覆Ｎ１３が露出部１２Ａを覆って
いることが望ましい。
．５倍以上の巾で、被覆Ｎ１３が露出部１２Ａを覆って
いることが望ましい。
しかしながら、もし感知すべき油の屈折率が十分には大
きくなかったり、或いは基板１１の屈折率ｎ１が大きい
と、たとえ油が被覆層１３に浸潤しても、夫々の屈折率
間の関係はｎｚ＞ｎｓ＞ｎｌとはならずにｎＺ＞ｎＩ＞
ｎ３のままである。この様な場合には、θ２〉θ、とは
ならないので伝播光量も変化せず、油漏れを感知するこ
とはできない。
きくなかったり、或いは基板１１の屈折率ｎ１が大きい
と、たとえ油が被覆層１３に浸潤しても、夫々の屈折率
間の関係はｎｚ＞ｎｓ＞ｎｌとはならずにｎＺ＞ｎＩ＞
ｎ３のままである。この様な場合には、θ２〉θ、とは
ならないので伝播光量も変化せず、油漏れを感知するこ
とはできない。
そこで、本発明の第１及び第２実施例では、光導波路１
２の軸心が基板１１の表面１１Ａに対して平行ではなく
、第３図に示す様に、φの角度を成す様にしている。
２の軸心が基板１１の表面１１Ａに対して平行ではなく
、第３図に示す様に、φの角度を成す様にしている。
この様に構成すると、被覆層１３への光１２の入射角が
φだけ小さくなるので、臨界角θ２が小さくても、全反
射の割合を減少させて伝播光量を減少させることができ
る。逆に言えば、臨界角θ２を見かけ上で角度φだけ大
きくしてθ２〉θ１とすることによって、全反射の割合
を減少させていることになる。
φだけ小さくなるので、臨界角θ２が小さくても、全反
射の割合を減少させて伝播光量を減少させることができ
る。逆に言えば、臨界角θ２を見かけ上で角度φだけ大
きくしてθ２〉θ１とすることによって、全反射の割合
を減少させていることになる。
基板１１を光学ガラスで構成し、被覆層１３をシリコン
樹脂で構成すると、夫々の屈折率はｎｌ−１，５１、ｎ
ｚ＝１．５３、ｎ３＝１．４０５であり、臨界角はθ、
＝８０．７°、θ２＝６６．７°である。そして、１
．４５８の屈折率を有ず°る油が被覆層１３に浸潤する
と、この被覆層１３の屈折率ｎ、が１．４５１まで増大
して、θ、 ＝７１．５°となる。
樹脂で構成すると、夫々の屈折率はｎｌ−１，５１、ｎ
ｚ＝１．５３、ｎ３＝１．４０５であり、臨界角はθ、
＝８０．７°、θ２＝６６．７°である。そして、１
．４５８の屈折率を有ず°る油が被覆層１３に浸潤する
と、この被覆層１３の屈折率ｎ、が１．４５１まで増大
して、θ、 ＝７１．５°となる。
従って、ｎ３＝１．４０５の場合に光導波路１２と被覆
層１３との界面で光１２が全反射する為には、角度φが ８０．７°−φ＞６６．７゜ なる関係を満たす必要がある。そして、ｎｚ＝１．４５
１の場合に逆に光１２が全反射しない為には、角度φが ８０．７° −φ＜７１．５゜ なる関係を満たす必要がある。つまり、６６．７° ＋
φ＜８０．７° ＜７１．５° 十φとなり、 ９．２°〈φ＜ １４．０゜ となる。従って、例えばφ−１２°とすると、油が浸潤
した後の０２は見かけ上は８３．５°となりθ。
層１３との界面で光１２が全反射する為には、角度φが ８０．７°−φ＞６６．７゜ なる関係を満たす必要がある。そして、ｎｚ＝１．４５
１の場合に逆に光１２が全反射しない為には、角度φが ８０．７° −φ＜７１．５゜ なる関係を満たす必要がある。つまり、６６．７° ＋
φ＜８０．７° ＜７１．５° 十φとなり、 ９．２°〈φ＜ １４．０゜ となる。従って、例えばφ−１２°とすると、油が浸潤
した後の０２は見かけ上は８３．５°となりθ。
−８０，７°よりも大きくなって、伝播光量が減少し、
油漏れを感知することができる。
油漏れを感知することができる。
しかも、角度φを適当な値に設定することによって、感
知すべき油の種類を選定することができる。
知すべき油の種類を選定することができる。
なお、基板１２の材質として光学ガラス、石英ガラス、
或いはプラスチックを夫々用いた場合は、２段階電界イ
オン交換法、光ファ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
することによって、先導波路１２を形成することができ
る。この光導波路１２の軸心に垂直な断面に於ける屈折
率分布は、均一であってもよいし勾配を有していてもよ
い。
或いはプラスチックを夫々用いた場合は、２段階電界イ
オン交換法、光ファ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
することによって、先導波路１２を形成することができ
る。この光導波路１２の軸心に垂直な断面に於ける屈折
率分布は、均一であってもよいし勾配を有していてもよ
い。
第４図は、本発明の第１実施例を示す横断面図である。
この第１実施例では、露出部１２Ａで折れ曲がった光導
波路１２が、反対側の表面１１Ａまで直線状に延びてお
り、この反対側の表面１１Ａでも露出部１２Ａを形成し
ている。そして、この様な折れ曲がり構成を繰り返すこ
とによって、互いに対向する一対の表面１１Ａの夫々に
複数の露出部１２Ａを形成している。
波路１２が、反対側の表面１１Ａまで直線状に延びてお
り、この反対側の表面１１Ａでも露出部１２Ａを形成し
ている。そして、この様な折れ曲がり構成を繰り返すこ
とによって、互いに対向する一対の表面１１Ａの夫々に
複数の露出部１２Ａを形成している。
基板１１の両方の表面１１Ａには、光導波路１２の入射
端１２Ｂと出射端１２Ｃとの夫々の近傍を除く略全面に
被覆層１３が設けられて、感知器１４となっている。感
知器１４の光導波路１２の入射端１２Ｂと出射端１２Ｇ
とには、夫々入力用及び出力用の光ファイバ１５が接続
されている。
端１２Ｂと出射端１２Ｃとの夫々の近傍を除く略全面に
被覆層１３が設けられて、感知器１４となっている。感
知器１４の光導波路１２の入射端１２Ｂと出射端１２Ｇ
とには、夫々入力用及び出力用の光ファイバ１５が接続
されている。
この感知器１４の様に複数の露出部１２Ａを設けると、
油漏れを感知できる確率がより高くなり、また被覆層１
３の全面に油が浸潤した場合には各々の露出部１２Ａで
伝播光量が減少するので全体の減少量が多くなって油漏
れを高感度で感知することができる。゛ 第５図は、本発明の第２実施例を示す縦断面図である。
油漏れを感知できる確率がより高くなり、また被覆層１
３の全面に油が浸潤した場合には各々の露出部１２Ａで
伝播光量が減少するので全体の減少量が多くなって油漏
れを高感度で感知することができる。゛ 第５図は、本発明の第２実施例を示す縦断面図である。
この第２実施例では、埋め込み部と非理め込み部とを交
互に繰り返すことによって、第３図に示した構造を形成
している。従って、露出部１２Ａは基板１１の一方の表
面１１Ａにしか形成されておらず、被覆層１３もこの一
方の表面１１Ａにしか設けられていない。
互に繰り返すことによって、第３図に示した構造を形成
している。従って、露出部１２Ａは基板１１の一方の表
面１１Ａにしか形成されておらず、被覆層１３もこの一
方の表面１１Ａにしか設けられていない。
以上の様な第１及び第２実施例の感知器１４の基板１１
を光学ガラスや石英ガラスで構成して、しかも光導波路
１２の入射端１２Ｂ及び出射端１２Ｃの近傍には被覆層
１３を設けない様にすれば、光ファイバ１５として伝送
損失の少ないガラス光ファイバを使用しても、この光フ
ァイバ１５と基板１１とを融着等によって容易に接続す
ることができる。従って、油漏れ事故が発生した場合、
油が浸潤して再使用できなくなった感知器１４のみを容
易に取り替えることができる。
を光学ガラスや石英ガラスで構成して、しかも光導波路
１２の入射端１２Ｂ及び出射端１２Ｃの近傍には被覆層
１３を設けない様にすれば、光ファイバ１５として伝送
損失の少ないガラス光ファイバを使用しても、この光フ
ァイバ１５と基板１１とを融着等によって容易に接続す
ることができる。従って、油漏れ事故が発生した場合、
油が浸潤して再使用できなくなった感知器１４のみを容
易に取り替えることができる。
第６図は、感知器１４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２１の油漏れ
が発生しそうな個所に感知器１４を配置し、これらの感
知器１４を光ファイバ１５によって直列若しくは並列に
接続しておく。光フ・アイバ１５へは光源２２からの光
を入射させ、この光ファイバ１５から射出される光を光
検出器２３で検出する。そして、光検出器２３からの電
気信号を、増巾器２４及び比較器２５を介して警報器２
６へ導く。
る為の装置を示している。まず、油タンク２１の油漏れ
が発生しそうな個所に感知器１４を配置し、これらの感
知器１４を光ファイバ１５によって直列若しくは並列に
接続しておく。光フ・アイバ１５へは光源２２からの光
を入射させ、この光ファイバ１５から射出される光を光
検出器２３で検出する。そして、光検出器２３からの電
気信号を、増巾器２４及び比較器２５を介して警報器２
６へ導く。
なお、光フアイバコネクタの接続損失や光ファイバの伝
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、油漏れの個所を
も知ることができる。
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、油漏れの個所を
も知ることができる。
以上の説明では油のみの感知について述べたが、被覆層
１３に浸潤してこの被覆層１３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（感知することができる
。
１３に浸潤してこの被覆層１３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（感知することができる
。
上述の様に、本発明による液体感知器では、光導波路の
露出部以外の基板表面をも被覆層によって覆う様にして
いるので、露出部以外の部分で液体が被覆層に浸潤して
も、この液体が露出部の部分にまで浸潤可能であり、広
い範囲に亘って液体を感知することができる。
露出部以外の基板表面をも被覆層によって覆う様にして
いるので、露出部以外の部分で液体が被覆層に浸潤して
も、この液体が露出部の部分にまで浸潤可能であり、広
い範囲に亘って液体を感知することができる。
第１図及び第２図は本発明の一従来例を示す概略的な側
断面図である。 第３図は本発明の第１及び第２実施例の要部を示す概略
的な断面図、第４図は第１実施例を示す概略的な横断面
図、第５図は第２実施例を示す概略的な縦断面図、第６
図は第４図及び第５図に示した第１及び第２実施例の適
用装置を示す概略図である。 なお図面に用いられた符号において、 １１−・・−・−−−−−一・−基板 １１Ａ −−−−一・−−−−−−−−一表面１２−−
−−−−−−−−−・−−−−−−一光導波路１２Ａ−
・−・−・−・−・露出部 １２Ｂ・・−−−−−−・−−−一一−−入射端１２Ｇ
−−一−−・−・−−一一−−−出射端１３−−−−
−−−−−−−−・・−−−−一被覆層１４−・−・−
・・−・・−−一−−感知器である。 代理人 上屋 勝 常包芳男 第４図 第６図
断面図である。 第３図は本発明の第１及び第２実施例の要部を示す概略
的な断面図、第４図は第１実施例を示す概略的な横断面
図、第５図は第２実施例を示す概略的な縦断面図、第６
図は第４図及び第５図に示した第１及び第２実施例の適
用装置を示す概略図である。 なお図面に用いられた符号において、 １１−・・−・−−−−−一・−基板 １１Ａ −−−−一・−−−−−−−−一表面１２−−
−−−−−−−−−・−−−−−−一光導波路１２Ａ−
・−・−・−・−・露出部 １２Ｂ・・−−−−−−・−−−一一−−入射端１２Ｇ
−−一−−・−・−−一一−−−出射端１３−−−−
−−−−−−−−・・−−−−一被覆層１４−・−・−
・・−・・−−一−−感知器である。 代理人 上屋 勝 常包芳男 第４図 第６図
Claims (1)
- 透光性の基板と、この基板中に形成されている先導波路
と、この光導波路がその入射６高と出射端との間で前記
基板の表面に露出する様にこの先導波路に設けられてい
る露出部と、前記光導波路の屈折率よりも小さな屈折率
を有すると共に液体の浸潤が可能であり且つ前記露出部
よりも広い面積でこの露出部を覆う様に前記基板の表面
に配されている被覆層とを夫々具備し、前記液体の浸潤
による前記被覆層の屈折率の増大に伴い前記光導波路中
を前記入射端から前記出射端へ伝播する光の量が減少す
ることによって前記液体を感知する様にした液体感知器
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59064214A JPS60209143A (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | 液体感知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59064214A JPS60209143A (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | 液体感知器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60209143A true JPS60209143A (ja) | 1985-10-21 |
Family
ID=13251609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59064214A Pending JPS60209143A (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | 液体感知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60209143A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63132139A (ja) * | 1986-11-21 | 1988-06-04 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 液体屈折率計 |
| JPH04301769A (ja) * | 1991-03-29 | 1992-10-26 | Nippon Koden Corp | 液体センサ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5587923A (en) * | 1978-12-26 | 1980-07-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical detector |
-
1984
- 1984-03-31 JP JP59064214A patent/JPS60209143A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5587923A (en) * | 1978-12-26 | 1980-07-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical detector |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63132139A (ja) * | 1986-11-21 | 1988-06-04 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 液体屈折率計 |
| JPH04301769A (ja) * | 1991-03-29 | 1992-10-26 | Nippon Koden Corp | 液体センサ |
| JPH0827293B2 (ja) * | 1991-03-29 | 1996-03-21 | 日本光電工業株式会社 | 液体センサ |
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