JPS63234206A - 液体検知用光フアイバ - Google Patents
液体検知用光フアイバInfo
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- JPS63234206A JPS63234206A JP62069559A JP6955987A JPS63234206A JP S63234206 A JPS63234206 A JP S63234206A JP 62069559 A JP62069559 A JP 62069559A JP 6955987 A JP6955987 A JP 6955987A JP S63234206 A JPS63234206 A JP S63234206A
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- Japan
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- cladding
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Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (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
この発明は、光ファイバを応用したセンサに関し、特に
液体を検知するセンナとして用いる光ファイバに関する
。
液体を検知するセンナとして用いる光ファイバに関する
。
液体検知センサは、身近には浴槽の水の検知などに用い
られ、あるいは化学プラント等の産業用設備ではタンク
類に貯蔵されたりパイプ類を通る各種の液体の検知など
に用いられるというように各種の用途に幅広く用いられ
ている。 従来では多くの場合、液体検知センサとして電気的な検
出信号を出力する電気方式の検知器が用いられているが
、このような検知器では、可燃性の油類を扱う場所での
適用には、防爆などの安全性の観点からの十分な配慮が
必要で、設置・保守において非常に大きな技術的困難が
常に伴う。 そこで、光ファイバを用いたり（たとえば特公昭６１−
５６４５３号公報）、基板型導波路を用いたりした光伝
送方式の液体検知センサが提案されている。
られ、あるいは化学プラント等の産業用設備ではタンク
類に貯蔵されたりパイプ類を通る各種の液体の検知など
に用いられるというように各種の用途に幅広く用いられ
ている。 従来では多くの場合、液体検知センサとして電気的な検
出信号を出力する電気方式の検知器が用いられているが
、このような検知器では、可燃性の油類を扱う場所での
適用には、防爆などの安全性の観点からの十分な配慮が
必要で、設置・保守において非常に大きな技術的困難が
常に伴う。 そこで、光ファイバを用いたり（たとえば特公昭６１−
５６４５３号公報）、基板型導波路を用いたりした光伝
送方式の液体検知センサが提案されている。
しかしながら、特公昭６１−５６４５３号公報では、光
フアイバ自体にマイクロベントを与えているため、初期
状態における伝送損失が非常に大きく、長い距離にわた
って検知を行うことは困難であり、また、マイクロベン
トが起こるような外力を常に光ファイバに与えているこ
とから光フアイバ自身にそれに対応する応力がかかって
いて破断の非常に起こり易い状態となっているという問
題がある。 また、基板型導波路を用いる場合は、基板型導波路の部
分でしか液体検知できないため、検知可能箇所が１〜２
点に限定されてしまい、その場所以外で液体の漏洩など
が生じていても検知できないなど、実用上の信頼性が限
られてしまい、効率が非常に悪い。 この発明は、長い距離にわたって非常に迅速に且つ信頼
性高く液体を検知できる、丈夫な液体検知用光ファイバ
を提供することを目的とする。
フアイバ自体にマイクロベントを与えているため、初期
状態における伝送損失が非常に大きく、長い距離にわた
って検知を行うことは困難であり、また、マイクロベン
トが起こるような外力を常に光ファイバに与えているこ
とから光フアイバ自身にそれに対応する応力がかかって
いて破断の非常に起こり易い状態となっているという問
題がある。 また、基板型導波路を用いる場合は、基板型導波路の部
分でしか液体検知できないため、検知可能箇所が１〜２
点に限定されてしまい、その場所以外で液体の漏洩など
が生じていても検知できないなど、実用上の信頼性が限
られてしまい、効率が非常に悪い。 この発明は、長い距離にわたって非常に迅速に且つ信頼
性高く液体を検知できる、丈夫な液体検知用光ファイバ
を提供することを目的とする。
この発明による液体検知用光ファイバは、コアとこれを
取り巻くクラッドとからなり、コアが偏心していてクラ
ッドのもつとも薄い部分の厚さが１０μｍ以下に形成さ
れており、該クラッドがプラスチック材料により形成さ
れていることを特徴とする。
取り巻くクラッドとからなり、コアが偏心していてクラ
ッドのもつとも薄い部分の厚さが１０μｍ以下に形成さ
れており、該クラッドがプラスチック材料により形成さ
れていることを特徴とする。
【作 用】
この液体検知用光ファイバに液体が接触すると、まず液
体がクラツド材中′を浸透して行く。すなわち、このよ
うな光伝送方式の液体検知器を必要とする場合は被検知
液体は可燃性の油類であるから、これがプラスチック材
料のクラッド中をある拡散速度で確実に浸透していく。 すると、コアからのエバネッシェント波が影響されて損
失が増加するので、これを捉えることにより液体検知可
能である。 このときの損失増加は非常に小さいが、さらに液体が浸
透してコアとの界面にまで到達すると、コアとクラッド
との間の界面不整が発生し、大きな損失増加が生じる。 さらに浸透すると、その液体はコア・クラッド界面に沿
って光ファイバの長さ方向に広がっていき、損失増加が
さらに大きくなる。そこで、この損失増加を捉えること
により確実な液体検知ができる。 このように、コアからのエバネッシエント波が浸透して
きた液体により影響されることと、クラツド材中に液体
が浸透してクラツド材を侵すことの、相乗効果を利用し
ているため、非常に迅速で且つ信頼性の高い液体検知が
可能となる。そして、この液体検知は光ファイバの長さ
方向にわたって可能なので、数Ｋｍの長い距離のどの場
所でも検知できる。特に、０ＴＤＲ法（光パルスを入射
して後方散乱光を検出する方法）等を用いれば、その長
さ方向での検知位置も正確に知ることができ、また数カ
所同時に検知することもできる。 なお、クラツド材として液体が浸透しない材料（ガラス
等）を用いた場合には、エバネッシエント波のみの利用
ということになるが、その場合、比屈折率差を大きくと
ることが困難なこともあり、最もクラッドの薄い部分は
５μｍ以下程度にする必要がある。これは、エバネッシ
ェント波が導波波長の３〜４倍（波長１．３μｍの光源
を用いたときは３．９〜５．２μｍ程度）までしがコア
がら広がらないためであるが、このようにクラッドを薄
くした場合には、光フアイバ自体の伝送損失は非常に大
きなものとなってしまい、検知感度が極めて小さくなる
。 他方、クラッドの材料としてプラスチックを用いたとし
てもその厚さが１０４ｍ以上であれば、液体がクラッド
中を浸透してコア・クラッド界面における不整を発生さ
せるなどにより伝送損失を増加させるまでには、非常に
長い時間を要することになるとともに、液体の量が相当
多くないと検知できない。
体がクラツド材中′を浸透して行く。すなわち、このよ
うな光伝送方式の液体検知器を必要とする場合は被検知
液体は可燃性の油類であるから、これがプラスチック材
料のクラッド中をある拡散速度で確実に浸透していく。 すると、コアからのエバネッシェント波が影響されて損
失が増加するので、これを捉えることにより液体検知可
能である。 このときの損失増加は非常に小さいが、さらに液体が浸
透してコアとの界面にまで到達すると、コアとクラッド
との間の界面不整が発生し、大きな損失増加が生じる。 さらに浸透すると、その液体はコア・クラッド界面に沿
って光ファイバの長さ方向に広がっていき、損失増加が
さらに大きくなる。そこで、この損失増加を捉えること
により確実な液体検知ができる。 このように、コアからのエバネッシエント波が浸透して
きた液体により影響されることと、クラツド材中に液体
が浸透してクラツド材を侵すことの、相乗効果を利用し
ているため、非常に迅速で且つ信頼性の高い液体検知が
可能となる。そして、この液体検知は光ファイバの長さ
方向にわたって可能なので、数Ｋｍの長い距離のどの場
所でも検知できる。特に、０ＴＤＲ法（光パルスを入射
して後方散乱光を検出する方法）等を用いれば、その長
さ方向での検知位置も正確に知ることができ、また数カ
所同時に検知することもできる。 なお、クラツド材として液体が浸透しない材料（ガラス
等）を用いた場合には、エバネッシエント波のみの利用
ということになるが、その場合、比屈折率差を大きくと
ることが困難なこともあり、最もクラッドの薄い部分は
５μｍ以下程度にする必要がある。これは、エバネッシ
ェント波が導波波長の３〜４倍（波長１．３μｍの光源
を用いたときは３．９〜５．２μｍ程度）までしがコア
がら広がらないためであるが、このようにクラッドを薄
くした場合には、光フアイバ自体の伝送損失は非常に大
きなものとなってしまい、検知感度が極めて小さくなる
。 他方、クラッドの材料としてプラスチックを用いたとし
てもその厚さが１０４ｍ以上であれば、液体がクラッド
中を浸透してコア・クラッド界面における不整を発生さ
せるなどにより伝送損失を増加させるまでには、非常に
長い時間を要することになるとともに、液体の量が相当
多くないと検知できない。
第１図に示すように、この発明の一実施例にがかる液体
検知用光ファイバは、コア１とこれを取り巻くクラッド
２とからなる基本的にステップインデックス型導波路構
造を有しているが、コア１とクラッド２とは同心円にな
っていず、コアｌがクラッド２に対し偏心していて、ク
ラッド２のもっとも薄い部分３の厚さが１０μｍ以下に
形成されている。 コア１は純粋石英ガラスやドープト石英系ガラス、ある
いはフッ化物ガラスなどのガラス、または、ポリメチル
メタクリレート、ポリスチレン等のプラスチックなど高
い透明性を有する材料で作ることができる。クラッド２
はやはり透明性の高いプラスチック材料により形成され
ており、コア１よりも低い屈折率を有する、シリコーン
樹脂、ポリフッ化アルキルメタクリレート等の有機フッ
素系化合物などからなる。 つぎに、液体検知用光ファイバの２つの具体例を作製し
、これらにつき実験を行ったので説明する。 く実験１〉 まず、液体検知用光ファイバ（具体例１）として、つぎ
のような光ファイバを作った。 コア：純粋石英、直径２００μｍ クラッド： ０Ｆ−１２７（シリコーン樹脂、信越１ヒ
学工業株式会社製）。 外径２４０μｍ クラッドの最も薄い部分＝１０μｍ厚 伝送損失：９ｄＢ／ｋｍ この光ファイバを用い、次のような条件で実験を行った
。 光ファイバ長： ２９００ｍ 検知液体：ガソリン 検知位置：光源入射端より２０００ｍ 検知長さ： ３０ｃｍ このとき、光ファイバを伝播する光をモニターし、液体
の浸漬時間に対する伝送損失の増加を測定した。その結
果は第２図に示すとうりであるく○印）。液体浸漬開始
後６分程度の間は損失増加がみられないが、それ以降、
伝送損失は時間の経過とともに増加している。また、浸
漬開始後３０分の時点で０ＴＤＲ法により観測したとこ
ろ、第３図の結果が得られた。この第３図に示すように
液体の浸漬位置までが正確に検知できる。 なお、第２図′でΔ印は比較のために次のような参考光
ファイバを作って上記と同一条件で実験した結果を示す
ものである。 コア：純粋石英、直径２００μｍ クラッド： ０Ｆ−１２７，外径２４０ ｐ ｔｎコア
と同心円をなす 伝送損失： ５ｄＢ／に＋ａ この参考光ファイバでは、液体浸漬後６０分までは伝送
損失は全く増加していす、７０分あたりがら僅かに損失
増加がみられる程度であり、上記の具体例１の光ファイ
バとは、検出感度及び検出速度の点で明確な差異がある
ことが分かる。 く実験２〉 液体検知用光ファイバ（具体例２）として、つぎのよう
な光ファイバを作った。 コア：純粋石英、直径２００μｍ クラッド：ディフェンサ７７０２ （有機フッ素系樹脂
、大日本インキ工業株 代金社製）。 外径２４０μｍ クラッドの最も薄い部分＝６μ！ｎ厚 伝送損失： １６ ｄＢ／ｋｍ この光ファイバを用い、次のような条件で実験を行った
。 光ファイバ長：１２００ｍ 検知液体：ガソリン 検知位置：光源入射端より１０００ｍ 検知長さ： ３０ｃｍ この光ファイバを伝播する光をモニターして、第４図（
○印）に示すとうりの液体の浸漬時間に対する伝送損失
増加の測定結果を得た。この第４図から、液体浸漬開始
後４分程度の間は損失増加がみられないが、それ以降、
伝送損失は時間の経過とともに増加していることが分か
る。また、この場合も上記と同様に０ＴＤＲ法により液
体浸漬位置が１０００ｍの位置であることが正確に観測
できた。
検知用光ファイバは、コア１とこれを取り巻くクラッド
２とからなる基本的にステップインデックス型導波路構
造を有しているが、コア１とクラッド２とは同心円にな
っていず、コアｌがクラッド２に対し偏心していて、ク
ラッド２のもっとも薄い部分３の厚さが１０μｍ以下に
形成されている。 コア１は純粋石英ガラスやドープト石英系ガラス、ある
いはフッ化物ガラスなどのガラス、または、ポリメチル
メタクリレート、ポリスチレン等のプラスチックなど高
い透明性を有する材料で作ることができる。クラッド２
はやはり透明性の高いプラスチック材料により形成され
ており、コア１よりも低い屈折率を有する、シリコーン
樹脂、ポリフッ化アルキルメタクリレート等の有機フッ
素系化合物などからなる。 つぎに、液体検知用光ファイバの２つの具体例を作製し
、これらにつき実験を行ったので説明する。 く実験１〉 まず、液体検知用光ファイバ（具体例１）として、つぎ
のような光ファイバを作った。 コア：純粋石英、直径２００μｍ クラッド： ０Ｆ−１２７（シリコーン樹脂、信越１ヒ
学工業株式会社製）。 外径２４０μｍ クラッドの最も薄い部分＝１０μｍ厚 伝送損失：９ｄＢ／ｋｍ この光ファイバを用い、次のような条件で実験を行った
。 光ファイバ長： ２９００ｍ 検知液体：ガソリン 検知位置：光源入射端より２０００ｍ 検知長さ： ３０ｃｍ このとき、光ファイバを伝播する光をモニターし、液体
の浸漬時間に対する伝送損失の増加を測定した。その結
果は第２図に示すとうりであるく○印）。液体浸漬開始
後６分程度の間は損失増加がみられないが、それ以降、
伝送損失は時間の経過とともに増加している。また、浸
漬開始後３０分の時点で０ＴＤＲ法により観測したとこ
ろ、第３図の結果が得られた。この第３図に示すように
液体の浸漬位置までが正確に検知できる。 なお、第２図′でΔ印は比較のために次のような参考光
ファイバを作って上記と同一条件で実験した結果を示す
ものである。 コア：純粋石英、直径２００μｍ クラッド： ０Ｆ−１２７，外径２４０ ｐ ｔｎコア
と同心円をなす 伝送損失： ５ｄＢ／に＋ａ この参考光ファイバでは、液体浸漬後６０分までは伝送
損失は全く増加していす、７０分あたりがら僅かに損失
増加がみられる程度であり、上記の具体例１の光ファイ
バとは、検出感度及び検出速度の点で明確な差異がある
ことが分かる。 く実験２〉 液体検知用光ファイバ（具体例２）として、つぎのよう
な光ファイバを作った。 コア：純粋石英、直径２００μｍ クラッド：ディフェンサ７７０２ （有機フッ素系樹脂
、大日本インキ工業株 代金社製）。 外径２４０μｍ クラッドの最も薄い部分＝６μ！ｎ厚 伝送損失： １６ ｄＢ／ｋｍ この光ファイバを用い、次のような条件で実験を行った
。 光ファイバ長：１２００ｍ 検知液体：ガソリン 検知位置：光源入射端より１０００ｍ 検知長さ： ３０ｃｍ この光ファイバを伝播する光をモニターして、第４図（
○印）に示すとうりの液体の浸漬時間に対する伝送損失
増加の測定結果を得た。この第４図から、液体浸漬開始
後４分程度の間は損失増加がみられないが、それ以降、
伝送損失は時間の経過とともに増加していることが分か
る。また、この場合も上記と同様に０ＴＤＲ法により液
体浸漬位置が１０００ｍの位置であることが正確に観測
できた。
この発明の液体検知用光ファイバによれば、長い距離に
わたって非常に迅速に且つ信頼性高く液体を検知できる
。また、液体に浸漬された位置を検知することもでき、
しかも単にコアを偏心させるとともにクラッドをプラス
チック材料で形成するという構造であるがら、丈夫であ
り、耐久性の点でも問題ない。
わたって非常に迅速に且つ信頼性高く液体を検知できる
。また、液体に浸漬された位置を検知することもでき、
しかも単にコアを偏心させるとともにクラッドをプラス
チック材料で形成するという構造であるがら、丈夫であ
り、耐久性の点でも問題ない。
第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図ないし第
４図は実験結果を示すグラフで、第２図及び第４図は液
体浸漬時間に対する損失増加の測定データを示すグラフ
、第３図は０ＴＤＲ法による測定データを示すグラフで
ある。 １・・・コア、２・・・クラッド、３・・・クラッドの
薄い部分。 ＄１目
４図は実験結果を示すグラフで、第２図及び第４図は液
体浸漬時間に対する損失増加の測定データを示すグラフ
、第３図は０ＴＤＲ法による測定データを示すグラフで
ある。 １・・・コア、２・・・クラッド、３・・・クラッドの
薄い部分。 ＄１目
Claims (1)
- （１）コアとこれを取り巻くクラッドとからなり、コア
が偏心していてクラッドのもっとも薄い部分の厚さが１
０μｍ以下に形成されており、該クラッドがプラスチッ
ク材料により形成されていることを特徴とする液体検知
用光ファイバ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62069559A JPS63234206A (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 液体検知用光フアイバ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62069559A JPS63234206A (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 液体検知用光フアイバ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63234206A true JPS63234206A (ja) | 1988-09-29 |
Family
ID=13406228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62069559A Pending JPS63234206A (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 液体検知用光フアイバ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63234206A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0350503A (ja) * | 1989-07-19 | 1991-03-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | フッ化物光ファイバ |
| JPH04230707A (ja) * | 1990-04-20 | 1992-08-19 | Hughes Aircraft Co | 偏心コア光ファイバ |
-
1987
- 1987-03-23 JP JP62069559A patent/JPS63234206A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0350503A (ja) * | 1989-07-19 | 1991-03-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | フッ化物光ファイバ |
| JPH04230707A (ja) * | 1990-04-20 | 1992-08-19 | Hughes Aircraft Co | 偏心コア光ファイバ |
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