JPS62126330A

JPS62126330A - 液体の混合比検出装置

Info

Publication number: JPS62126330A
Application number: JP26624685A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Matsuda; 松田　裕男; Masaharu Mogi; 昌春茂木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-11-28
Filing date: 1985-11-28
Publication date: 1987-06-08

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】〈産業」二の利用分野〉この発明は、液体の混合比検出装置に関し、更に詳しく
は光ファイバを用い検出液体を通過した光が光ファイバ
に入射するときの最大入射角変化を利用して検出液体の
ＩＪａ合比を検出できるようにした液体の混合比検出装
置に関する。

〈発明の技術的背景〉液体の１尼合比を検出する方法として、従来から指示薬
を用いて化学的に￥量分析したり、あるいは液体の比重
や屈折率を測定し、計算式にもとづいて換算する定量分
析する方法が知られている。

これらの方法は目的とする検出液体中からサンプリング
　（ｓａｍｐｌｉｎｇ）　ｌ、、＋１７川の測定器で測
定するのが一般的であった。

しかし、近年になり、稼動中のラインにおいてリアルタ
イム　（ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ）中の情報を抽出する必安
性か多くなってきた。このような要望に対して、温度、
圧力、流）４等の情報については１種々の検出装置が開
発されているが、液体（透明液体）の混合比を検出する
装置についてオンライン（ｏｒｌ　１ｉｎｅ）で検出で
きる装置がなかった。

〈発明か解決しようとする問題点〉この発明は現在の液体の混合比検出装置の以ヒの・１を
情に鑑み、液体の種類によって屈折率が相異することを
利用し、液体の混合比を屈折率の変化から検出できる装
置を提供しようとするものである。

また、この発明はオンラインでも液体の混合比上Ｉ！Ｉ
Ｘ統的に検出できる装置を提供しようとするものである
。

く問題点を解決するための手段〉前述の目的を達成するため、木発明者は種々研究を重ね
る過程において、液体と接触する光ファイバの入射端に
液体から入射できる光の最大入射角０ＩＩｌａ８は、第
１図に示すように光ファイバｌ（コア部１ａ、クラッド
部１ｂ）の開口１１ＮＡと、液体の屈折率ｎｅによって
決り、で表わされる。

したがって、液体２の屈折率ｎｅが異なる毎に最大入射
角θｌ１ａｘも違ってくる。

たとえば、　　Ｎ、Ａ、＝０．３５の光ファイバを、そ
れぞれグリセリン（屈折率ｎ　ｅ　ｇ　＝１−４７３　
）およびエタ／−ル（屈折率ｎ　ｅｅ”　１．３７０）
の液中に浸したときに、これらのグリセリン、エタノー
ルから光ファイバに入射する光の最大入射角０□、８お
よび０１Ｉｌａ８ｅはそれぞれ、Ｏｌ１ｌａ、ｇ＝　５ｉｎ−’（０，３５／１．４７３
）　＝　１３．７゜Ｏｆｆ１６１６＝　ｓ＋ｎ−’（０
，：３５／１．３７０）　＝　１４．８’であり、１．
１→者間に約１°の差がある。

そして、　／＋＆大人射角によって光ファイバから見込
む光源の大きさも火なり　（したがって入射する九ｌこ
強度も異なる。）その面積πｒ２も：ｆＳ２因に示すよ
うに、液体２の屈折率の相異に応じた太ささとなる。す
なわち、光源の半径ｒとすると、ｒ　＝　Ｒｏ（、、ｅ
＋　ｆＬ　　ｔａｎｏ、、、、となる、ただし、父は光
源と光フアイバ間距離。

Ｒｃａｒｅは光ファイバのコア部１ａの半径である。

そして、光源面の面積をＡとすると、Ａ　＝　π　ｒ２＝π（Ｒｃｏｒｅ＋ｉ　””　ｓａｗ）２となる。

したかって、光源の大きさを充分大きくとり、光源面の
輝度を−・定と仮定すると、液体の屈折率に応じた強度
の光が光ファイバに入射するので、光ファイバの出射光
を光電変換すれば液体の屈折率の相対値を検出できる。

上述した、グリセリンとエタノールの場合の光源面の面
積はＡｇ、Ａｅはそれぞれ、Ａｇ＝　２５．４　ｄＡｅ＝　２９．１　ｍＧただし、光ファイバの長さ見およびコア陛ＲＣｏｒｅは
、それぞれＪ１＝ＩＯｍ＋ｓ、Ｒｃｏｒｅ＝　　０．４
＋ｓｍ。

したがって、ヒ記グリセリン、エタノールの液体から光
ファイバに入った光出射光を光電変換した信号強度の比
はＡｇ：Ａｅとなり、混合物の場合は、混合比により、
その比率にしたがって出力レベルも変化する。

光源としては、できるだけ広い面積にわたって、輝度が
均一なものが望ましく、電球や発光ダイオードからの光
をそのままあるいはレンズを仙して散乱板に導き、散乱
板で拡散された光を利用した方が優れていることを知見
し、この発明を完成することができた。

すなわち、この発明は光源と、光源の放射光路中に配置
した光ファイバと、光ファイバの光出射側に設けた光検
出器とから成り、光源および光ファイバ光入射口間に入
れた検出液体を通して光ファイバに入射した前記光源の
放射光を光ファイバの光出射口側光検出器で検出し、前
記検出液体挿入により光ファイバに入射する放射光の最
大入射角変化に伴なう光フアイバ通過光を検知し、検出
液体のＪｊｄ合比を検出するようにしたことを４￥徴と
するものである。

〈実施例〉つぎに、代表的な実施例を挙げて、この発明の内容をよ
り具体的に説明する。

実施例１第３図は、この発明の一実施例の液体混合比検出装置ｌ
Ｏの概略構成を示す。

この液体混合比検出装置１０は、検出液体槽５の一方の
側に散乱板６を介して発光ダイオード３を配置し、検出
液体槽５の他方の側には１人「ｉ側先端を槽５内に挿入
し出口側先端に光検出器（光電変換器）４を設けたもの
であって、検出液体槽５の上部および下部に、それぞれ
液体排出口５ｂおよび受入口５ａを設け、検出液体２を
充填できる構造になっている。

また、散乱板６として、たとえばすり硝子板が使用され
、発光タイオー１３から放射された光を受け、光フアイ
バｌ側に拡散光として種々の角度で故乱し、光ファイバ
に最大入射角で光入射させる構造になっている。もちろ
ん、散乱板６を使用せずに、発光ダイオード３の代りに
発光面の広い拡散光源を使用してもよい。

実施例２実施例１に示す構造の液体混合比検出装置１０は測定の
精度を一ヒげようとすると、外乱光や光源の変動の影響
を避けることが困難である。そこで、同一の光源の放射
光路中に検出信号測定部と、参照信号発生部とを設ける
ことにより、これら検出信号測定部で得られる信号と、
参照信号発生部で得られる信号の差分をとることによっ
てこの問題を除？ようにしたものが第４図に示す構造の
液体混合比検出装置１１である。

第４図に示す液体混合比検出装置１１は、液体槽５を、
検出液体室５−１と、参照液体室５−２で構成すると共
に、検出液体室５−１の上部には液体受入１」５ａおよ
び排出口５ｂを設け、検出液体２を充填・ｔＪｌ出自在
にできるように構成されており、参照液体室５−２にも
Ｌ記回様の液体受入、排出口が設けられている。

そして、液体槽５の一方の側に発光ダイオード３および
散乱板６が設けられ、他力の側には人口側先端をそれぞ
れ検出液体室５−１および参照液体室５−２に挿入した
光ファイ／＜１．１が配力され、光ファイバＩ、　ｌの
光出射側にそれぞれ光電検出器４．４が設けられている
。

参照液体室５−２に入れる液体２Ｓは特に限定されない
。

光ファイバ　ｌ、　ｌはコア１１０．８ｍｍのものを用
い、光検出器４．４までの長さは１ｍである。

光検出器４はフォトダイオードを用い、出力信号　（検
出液体側、参照液体側とも）は増Ｉｔ］　ｎを通して差
分を取り出した。

また、散乱板にはスリ硝子板を用いた。実施例では参照
液体には水を用い、検出液体には水とエタノールの混合
液体を用いたところ、出力信号は混合比と比例関係を示
し、かつ再現性にもすぐれていることが判った。

〈発明の効果〉以−ヒの説明から明らかなように、この発明の液体混合
比検出装置によれば、二種の液体の７１ａ合比を連続し
て、リアルタイムで検知することができるから、オフラ
イン、オフラインを問わず用いることができる。

さらに、装置全体の大きさも小型化できるから、たとえ
ば、自動車や航空機、船といった動くものには装着して
使用することもできる。

さらには、流れている液体の混合比を検出することも可
能である。

また、光ファイバのコア径は上述したように０．８ｉ程
度であるから、８ｉめで少■の液体の混合比をも検出す
ることがＯｒ能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の検出原理を示す説明図、第２図は光
ファイバに入射する光源の放射源の大きざを示す原理説
明図、第３図はこの発明の一実施例の液体混合比検出装
置の概略構成図、第４図は他の実施例の液体混合比検出
装置の概略構成図である。ＩＡ画面中　　■　・・・光ファイバ、１ａ　　・・・
コア部、２　・・・液体（検出）、２ｓ　　・・・参照液体、３　・・・発光ダイオード、４　・・・光検出器。５　・・・液体槽、６　・・・散乱板、ｔｏ、　１１　　・・・液体８４合比検出装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源と、光源の放射光路中に配置した光ファイバ
と、光ファイバの光出射口側に設けた光検出器とから成
り、光源および光ファイバ光入射口側間に入れた検出液
体を通して光ファイバに入射した放射光を光ファイバの
光出射口側光検出器で検出し、前記検出液体挿入により
光ファイバに入射する放射光の最大入射角変化に伴なう
光ファイバ通過光の強度を検出し、検出液体の混合比を
検出することを特徴とする液体の混合比検出装置。
（２）前記検出液体を通過した放射光を光ファイバを通
して検知した光出力を光電変換した出力を検出信号とす
ると共に、光源の放射光を光ファイバを通して得られた
光出力を光電変換して得られた出力を参照信号とし、こ
れら参照信号と検出信号の差分を利用して検出液体の混
合比を検出することを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項記載の液体の混合比検出装置。
（３）前記光源の放射光路中に配置する光ファイバを２
本、それぞれ光源に対し等価位置に配置すると共に、２
本の光ファイバのうち１本は参照液体を通過する放射光
を入射されるように配置し、他方の光ファイバは検出液
体を通過する放射光を入射するように配置したことを特
徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の液体の混合比
検出装置。
（４）光源を点光源にすると共に、前記各光ファイバと
点光源間に光散乱板を配置したことを特徴とする特許請
求の範囲第（３）項記載の液体の混合比検出装置。