JPS6365404A - Optical detecting sensor for liquid leakage - Google Patents
Optical detecting sensor for liquid leakageInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、油、水などの液体の漏れを光学的に検知する
センサに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a sensor that optically detects leakage of liquids such as oil and water.
「従来技術とその問題点」
液体の漏れを検知するセンサとしては、従来液体の付着
による静電容量の変化を利用したものがある。ところが
、このものは電気を用いているた問題があった。"Prior Art and its Problems" Conventional sensors for detecting liquid leakage utilize changes in capacitance due to adhesion of liquid. However, this one had a problem because it used electricity.
このため、第６図に示すような光学的に液漏れを検知す
るセンサが提供されている。このセンサは、基材ｌの表
面に導波路２の一部Ａｈ＜露出せしめられてなるもので
ある。このセンサによれば、第６図に示すように基材ｌ
の表面に液体が付着すると、導波路２の露出した部分Ａ
の反射率が変化し、その結果露出部分から外気に出射さ
れる光量が増加するので、液漏を検知することができる
。For this reason, a sensor for optically detecting liquid leakage as shown in FIG. 6 is provided. This sensor has a part of the waveguide 2 exposed on the surface of the base material 1. According to this sensor, as shown in FIG.
When liquid adheres to the surface of the waveguide 2, the exposed part A of the waveguide 2
The reflectance of the liquid changes, and as a result, the amount of light emitted from the exposed portion to the outside air increases, making it possible to detect a liquid leak.
しかしながら、このセンサにあっては、感度が低く液体
の種類の判別は困難である不満があった。However, this sensor has a drawback of low sensitivity and difficulty in determining the type of liquid.
「問題点を解決するための手段」
そこで、本発明の光学的液漏れ検知センサにあっては、
光の入力側と出力側を有する導波路の一部区間に液体滞
留部を介して光の出力側を有する導波路の一部区間を添
わせて設けることによって、上記問題点の解決を図った
。"Means for Solving the Problems" Therefore, in the optical liquid leak detection sensor of the present invention,
The above problem was solved by providing a section of the waveguide having an input side and an output side of light along with a section of the waveguide having an output side of light via a liquid retention part. .
以下、図面に示す実施例を参照して本発明の光学的液漏
れ検知センサを詳しく説明する。Hereinafter, the optical liquid leak detection sensor of the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
惰 １ Ｍ 上−＋ Ｉ−Ｆｔ’ Ａｌｆ Ｑ
１ｍ ｌ＋ ＋ ａ ＱＲＭ
−１７ｍ ／Ｚａ１ ノー ４コすもので、図中
符号５は基板である。この基板５は、硅素（Ｓ ｉ）、
二酸化硅素（Ｓ ｉｏ ｅ）、ガリウムヒ素（Ｇ ａＡ
ｓ）などからなるもので、その表面にはメイン導波路
６とサブ導波路７が電界イオン拡散法や気相成長法など
の手段によって形成されている。この例のセンサの導波
路６．７は、気相成長法によって形成されているので、
第２図に示すように導波路６．７が基板５上に形成され
ている。Inertia 1 M Upper-+ I-Ft' Alf Q
1ml + + a QRM
-17m/Za1 No There are 4 pieces, and the reference numeral 5 in the figure is the board. This substrate 5 is made of silicon (Si),
Silicon dioxide (Sioe), gallium arsenide (GaA
A main waveguide 6 and a sub-waveguide 7 are formed on the surface thereof by means such as electric field ion diffusion method or vapor phase growth method. The waveguides 6.7 of the sensor in this example are formed by vapor phase growth, so
As shown in FIG. 2, a waveguide 6.7 is formed on the substrate 5.
これら導波路６．７は、コア部６ａ、７ａとクラッド部
６ｂ、７ｂとから形成されている。These waveguides 6.7 are formed from core parts 6a, 7a and cladding parts 6b, 7b.
上記メイン導波路６は、基板５を横切って設けられた導
波路で、その両端部は光の入力側Ｂと出力側Ｃとされて
いる。このメイン導波路６の中央部分は、基板５の中心
線にほぼ沿って設けられている。またメイン導波路６の
両端部は基板５の中心線から離れて設けられており、こ
れら両端部と・中央部分はほぼテーパ状に滑らかに接続
されている。The main waveguide 6 is a waveguide provided across the substrate 5, and its both ends are an input side B and an output side C of light. The central portion of the main waveguide 6 is provided approximately along the center line of the substrate 5. Further, both ends of the main waveguide 6 are provided apart from the center line of the substrate 5, and these ends and the central part are smoothly connected in a substantially tapered shape.
サブ導波路７は、その一端部分がメイン導波路６の中央
部分に添うように設けられている。また、サブ導波路７
の他端部は、メイン導波路６の出力側Ｃと同一の側に延
びて基板５端面に開口し出力側りとされている。このサ
ブ導波路７の出力側り端部も、基板５の中心線から離れ
た位置に設けられており、上記一端部分との間はテーパ
状に滑らかに接続されている。The sub-waveguide 7 is provided so that one end portion thereof is along the center portion of the main waveguide 6. In addition, the sub waveguide 7
The other end extends to the same side as the output side C of the main waveguide 6 and opens at the end surface of the substrate 5, so as to be on the output side. The output side end of this sub-waveguide 7 is also provided at a position away from the center line of the substrate 5, and is smoothly connected to the above-mentioned one end in a tapered shape.
メイン導波路６の中央部分とこれに添うサブ導波路７の
一端部分との間には、流体滞留部８が設けられている。A fluid retention portion 8 is provided between the central portion of the main waveguide 6 and one end portion of the sub-waveguide 7 along the central portion.
この流体滞留部８は外部と連通ずる幅の狭い空間によっ
て形成されたものである。This fluid retention portion 8 is formed by a narrow space communicating with the outside.
この例の流体滞留部８は溝状に設けられている。The fluid retention portion 8 in this example is provided in the shape of a groove.
流体滞留部８の幅は、１−１０μｌ程度に設定されるこ
とが望ましい。幅が１μ１未満になると、流体滞留部８
に液体が流入し難くなる。また幅が！０μ肩以上になる
と、この流体滞留部８を通過する光の損失が大きくなり
、センサの測定精度が損なわれる不都合がある。また、
この流体滞留部８の深さ方向の位置およびその深さ寸法
は、少なくとも導波路６．７のコア部６ ａ、 ７ ａ
が流体滞留部８によって仕切られるように、すなわち少
なくとも導波路６．７のコア部６ａ、７ａとほぼ同一の
深さ位置に同コア部６ ａ、 ７ ａの高さとほぼ同一
寸法の深さを有する流体滞留部８が存在するようになさ
れることが望ましい。The width of the fluid retention portion 8 is desirably set to about 1-10 μl. When the width is less than 1μ1, the fluid retention portion 8
It becomes difficult for liquid to flow into the area. Width again! When the value exceeds 0μ, the loss of light passing through the fluid retention portion 8 becomes large, which disadvantageously impairs the measurement accuracy of the sensor. Also,
The position and depth dimension of this fluid retention portion 8 in the depth direction are determined at least by the core portions 6a, 7a of the waveguide 6.7.
In other words, at least the waveguide 6.7 is provided with a depth approximately the same as the height of the core portions 6a, 7a at a position approximately at the same depth as the core portions 6a, 7a of the waveguide 6.7. It is desirable that there is a fluid retention section 8 having a fluid retention section 8.
このようなメイン導波路６の中央部分、サブ導波路７の
一端部分およびこれらに挟まれた流体滞留部８によって
センサ部Ｅが形成されている。このセンサ部Ｅにおいて
、導波路６．７のクラッド部６ ｂ、 ７ ｂは流体滞
留部８側が他の部分よりも薄く形成されている。A sensor portion E is formed by the central portion of the main waveguide 6, one end portion of the sub-waveguide 7, and the fluid retention portion 8 sandwiched therebetween. In this sensor portion E, the cladding portions 6 b and 7 b of the waveguide 6.7 are formed to be thinner on the fluid retention portion 8 side than on the other portions.
「作用 」
次に、本発明の光学的液漏れ検知センサの動作について
説明する。"Operation" Next, the operation of the optical liquid leak detection sensor of the present invention will be explained.
まず、本発明のセンサで液漏れを検知する場合、メイン
導波路６に入力側Ｂから信号光を入射する。First, when detecting a liquid leak with the sensor of the present invention, signal light is input into the main waveguide 6 from the input side B.
導波路６．７間の流体滞留部８が空の状態のとき、メイ
ン導波路６に入射された信号光の全部又は大部分は、メ
イン導波路６を通過して出射される。When the fluid retention section 8 between the waveguides 6 and 7 is empty, all or most of the signal light incident on the main waveguide 6 passes through the main waveguide 6 and is emitted.
これに対して、流体滞留部８に液体が流入すると、流体
滞留部８の両側に面が液体で濡れ、その結果光の反射率
が低下するので、メイン導波路６とサブ導波路７が光学
的に導通されて、メイン導波路６を通過するの信号光の
一部がサブ導波路７に分岐されるようになる。そして、
サブ導波路７に分岐された光量に応じてメイン導波路６
の出力光強度が低下する。従って、メイン導波路６ある
いはサブ導波路７からの出力光強度の変化を検知するこ
とによって、流体滞留部８への液体の流入を検知するこ
とができる。このセンサを液漏れの危険のある部分に設
置しておけば、液漏れが発生した場合、漏れ出た液体が
センサの流体滞留部８に毛管現象などの作用によって流
入して滞留するので液漏れを検知できる。On the other hand, when liquid flows into the fluid retention section 8, the surfaces on both sides of the fluid retention section 8 become wet with the liquid, and as a result, the reflectance of light decreases, so that the main waveguide 6 and the sub-waveguide 7 are optically A part of the signal light passing through the main waveguide 6 is branched to the sub-waveguide 7. and,
Main waveguide 6 depending on the amount of light branched to sub-waveguide 7.
output light intensity decreases. Therefore, by detecting a change in the output light intensity from the main waveguide 6 or the sub-waveguide 7, it is possible to detect the inflow of liquid into the fluid retention section 8. If this sensor is installed in a part where there is a risk of liquid leakage, if a liquid leak occurs, the leaked liquid will flow into the fluid retention part 8 of the sensor by capillary action and accumulate there, causing a liquid leakage. can be detected.
また、サブ導波路７に分岐される光量は、液体の屈折率
に対応して変化するので、メイン導波路６の出力光強度
とサブ導波路７の出力光強度の比から、流体滞留部８に
流入した液体の種類を判断することができる。In addition, since the amount of light branched to the sub-waveguide 7 changes in accordance with the refractive index of the liquid, the ratio of the output light intensity of the main waveguide 6 and the output light intensity of the sub-waveguide 7 is determined from the fluid retention part 8. The type of liquid that has entered can be determined.
この場合、分岐による強度変化がメイン導波路６とサブ
導波路７の両方に表れるので、これらの比は液体の種類
に応じて大幅に変化することになり、その結果、液体の
種類を明確に判断できることとなる。In this case, the intensity change due to branching appears in both the main waveguide 6 and the sub-waveguide 7, so the ratio of these changes significantly depending on the type of liquid, and as a result, it is difficult to clearly identify the type of liquid. It is possible to judge.
「実施例」
以下、実施例に沿って本発明の光学的液漏れ検知センサ
をさらに詳しく説明する。"Example" Hereinafter, the optical liquid leak detection sensor of the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
（実施例１） 第１図ないし第３図に示すセンサを試作した。(Example 1) The sensors shown in Figs. 1 to 3 were prototyped.
まず、厚さ０．７ｘｘのＳｉ基板上に５ｉｆｔ層を２０
０μｍ成長させて基板５を製造した。ついで、この基板
５上に比屈折率差０．４％のＳ ｉｏ ｔ−Ｇ ｅＯ！
層を５μ次生長させ、Ｅ ＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙ
ｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）ドライエツチン
グによりメイン導波路６およびサブ導波路７のコア部６
ａ、７ａを形成した。コア部６ ａ、 ７ ａの幅はそ
れぞれ５μｌであった。また、コア部６ ａ、 ７ ａ
の間隔は、センサ部Ｅで５μ貢、出力側Ｃ，Ｄで２００
μ農をした。First, 20 5ift layers were deposited on a Si substrate with a thickness of 0.7xx.
A substrate 5 was manufactured by growing 0 μm. Next, Siot-GeO! with a relative refractive index difference of 0.4% is deposited on this substrate 5.
The layer was grown for 5 μm and ECR (Electron Cy
The core part 6 of the main waveguide 6 and the sub-waveguide 7 is removed by dry etching.
a, 7a were formed. The width of each of the core parts 6a and 7a was 5 μl. Moreover, the core parts 6 a, 7 a
The spacing is 5μ on the sensor part E, and 200μ on the output sides C and D.
I did μ farming.
このコア部６ａ、７ａにＥＣＲチンポジションによりＳ
ｉｎｇを１０μ貫厚に付着させてクラッド部６ｂ。This core part 6a, 7a is S by the ECR chin position.
ing to a thickness of 10 μm to form a cladding portion 6b.
７ｂを形成した。ついでメイン導波路６の中央部分とサ
ブ導波路７の一端部分との間に幅２μＩ、深さ１５μｍ
、長さ５００μ肩の流体滞留部８を形成した。7b was formed. Next, a width of 2 μI and a depth of 15 μm is provided between the center portion of the main waveguide 6 and one end portion of the sub waveguide 7.
, a fluid retention portion 8 having a length of 500 μm was formed.
この流体滞留部Ｂに液体の流入路および排出路を連設す
ると共に、導波路６．７に光ファイバを介して発光素子
、受光素子等を接続した。A liquid inflow path and a liquid discharge path were connected to this fluid retention section B, and a light emitting element, a light receiving element, etc. were connected to the waveguide 6.7 via an optical fiber.
このセンサを用いて、各種液体が流体滞留部８に流入し
た場合の信号光の分岐比を調べた。Using this sensor, the branching ratio of signal light when various liquids flowed into the fluid retention section 8 was investigated.
結果を第１表に示す
第１表
（実施例２）
本発明の光学的液漏れ検知センサを電界イオン拡散法に
よって製造した。導波路６．７の配置は実施例１のもの
と同一であった（第１図参照）。The results are shown in Table 1 (Example 2) The optical liquid leak detection sensor of the present invention was manufactured by the electric field ion diffusion method. The arrangement of waveguides 6.7 was the same as in Example 1 (see Figure 1).
このセンサの基板５は、光が伝播し得る材料、例えばＳ
ｉｎｇなどによって形成されている。この基板５には、
イオン拡散法によって屈折率を大きくする添加物ゲルマ
ニヤ（ＧｅＯｔ）が浸透せしめられ、これにより第４図
および第５図に示すように導波路６．７が基板５内に形
成されている。この導波路６．７はコア部分のみからな
り、基板５がクラッドとして機能している。The substrate 5 of this sensor is made of a material through which light can propagate, for example S
It is formed by ing etc. This board 5 has
An additive germanium (GeOt) which increases the refractive index is infiltrated by ion diffusion, thereby forming a waveguide 6.7 in the substrate 5 as shown in FIGS. 4 and 5. This waveguide 6.7 consists of only a core portion, and the substrate 5 functions as a cladding.
メイン導波路６の中央部分とこれに添うように設けられ
たサブ導波路７の一端部分との間には、溝状に流体滞留
部８が設けられている。この流体滞留部８には、センナ
の外部から液体が流入し得るように、流入路および排出
路が連接されている（図示せず）。A groove-shaped fluid retention portion 8 is provided between the central portion of the main waveguide 6 and one end portion of the sub-waveguide 7 provided along the central portion. An inflow path and a discharge path (not shown) are connected to the fluid retention portion 8 so that liquid can flow in from outside the senna.
このセンサの基板５はＳｉｎｇ製のもので厚さ０゜７■
であった。導波路６．７は深さ５〜１０μ肩の位置に形
成され、その直径は５μ肩であった。センサ部Ｅにおい
て、導波路６，７間の内寸は８μ虞であった。また形成
された流体滞留部８は幅２μＲ深さ１０μ次長さ５００
μ肩であった。The substrate 5 of this sensor is made by Sing and has a thickness of 0°7mm.
Met. The waveguide 6.7 was formed at a depth of 5 to 10 μm and had a diameter of 5 μm. In the sensor section E, the inner dimension between the waveguides 6 and 7 was approximately 8 μm. The formed fluid retention portion 8 has a width of 2 μm, a depth of 10 μm, and a length of 500 μm.
It was μ shoulder.
りであった。It was ri.
第２表
「発明の効果」
以上説明したように、本発明の光学的液漏れ検知センサ
は、光の入力側と出力側とを有するメイン導波路の一部
区間に幅の狭い間隙からなる流体滞留部を介して光の出
力側を有するサブ導波路の一部区間を添わせて設けたも
のなので、流体滞留部に液体が流入するとメイン導波路
からサブ導波路へ分岐される信号光の光量が変化する。Table 2 "Effects of the Invention" As explained above, the optical liquid leakage detection sensor of the present invention has a narrow gap in a part of the main waveguide having a light input side and an output side. Since it is provided with a section of the sub-waveguide that has the light output side via the retention part, when liquid flows into the fluid retention part, the amount of signal light that is branched from the main waveguide to the sub-waveguide is reduced. changes.
従って、メイン導波路あるいはサブ導波路からの出力光
強度の変化を検知することによって、流体滞留部への液
体の流入、すなわち液漏れを検知することがｉ椙 迄
１
そして、サブ導波路に分岐される光量は、液体の屈折率
に対応して変化するので、メイン導波路からの出力光強
度とサブ導波路からの出力光強度の比を算出することに
よって、流体滞留部に流入した液体の種類を判断するこ
とができる。Therefore, by detecting changes in the output light intensity from the main waveguide or sub-waveguide, it is possible to detect the inflow of liquid into the fluid retention section, that is, the liquid leakage.
1.The amount of light branched to the sub-waveguide changes depending on the refractive index of the liquid, so by calculating the ratio of the output light intensity from the main waveguide to the output light intensity from the sub-waveguide, The type of liquid that has flowed into the fluid retention section can be determined.
この場合、分岐による強度変化がメイン導波路とサブ導
波路の両方に表れるので、これら両溝波路からの出力光
強度の比は液体の種類に応じて大きく変化する。従って
、本発明の光学的液漏れ検知センサによれば、液体の漏
れのみでなく、液体の種類まで明確に判断できることと
なる。In this case, since the intensity change due to branching appears in both the main waveguide and the sub-waveguide, the ratio of the output light intensities from both groove waveguides changes greatly depending on the type of liquid. Therefore, according to the optical liquid leak detection sensor of the present invention, not only the leakage of liquid but also the type of liquid can be clearly determined.
また、本発明のセンサにあっては、液体の種類をメイン
導波路とサブ導波路からの出力光強度の比、即ち分岐比
によって液体の種類等を検知するので、メイン導波路、
サブ導波路と検知器を接続する光ファイバに温度変化な
どによる伝送損失の変化があっても、それらの影響は出
力光強度の比を取ることによって相殺しされる。従って
、本発明のセンサは外乱の影響を受は難く、測定精度の
高いものとなる。Further, in the sensor of the present invention, the type of liquid is detected by the ratio of the output light intensity from the main waveguide and the sub-waveguide, that is, the branching ratio.
Even if there is a change in transmission loss due to temperature change in the optical fiber that connects the sub-waveguide and the detector, these effects are canceled out by taking the ratio of the output light intensities. Therefore, the sensor of the present invention is less susceptible to external disturbances and has high measurement accuracy.
第１図ないし第３図は本発明の光学的液漏れ検知センサ
の第１実施例を示すもので、第１図は平面図、第２図は
第１図の■−■線視線面断面図３図は第１図の■−■線
視線面断面図４図は本発明の光学的液漏れ検知センサの
第２実施例の中央部分を示す断面図、第５図は同第２実
施例の出力側部分を示す断面図、第６図は従来の液漏れ
検知センサを示す断面図である。
６・・・メイン導波路、７・・・サブ導波路、８・・・
流体滞留部、Ｂ・・・入力側、Ｃ，Ｄ・・・出力側。1 to 3 show a first embodiment of the optical liquid leak detection sensor of the present invention, FIG. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 1. 3 is a sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 1; FIG. 4 is a sectional view showing the central portion of the second embodiment of the optical liquid leak detection sensor of the present invention; and FIG. 5 is a cross-sectional view of the second embodiment of the same. FIG. 6 is a sectional view showing a conventional liquid leak detection sensor. 6... Main waveguide, 7... Sub waveguide, 8...
Fluid retention part, B...input side, C, D...output side.
Claims (1)
狭い間隙からなる流体滞留部を介して、光の出力側を有
する導波路の一部区間を添わせて設け、前記液体滞留部
への流体の流入によって前記両導波路が光学的に導通さ
れるようにしたことを特徴とする光学的液漏れ検知セン
サ。A part of the waveguide having an input side and an output side of light is provided with a part of the waveguide having an output side of light through a fluid retention part consisting of a narrow gap, and the liquid An optical liquid leakage detection sensor, characterized in that both the waveguides are optically connected to each other by the inflow of fluid into the retention section.
Priority Applications (1)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21008786A Pending JPS6365404A (en) | 1986-09-06 | 1986-09-06 | Optical detecting sensor for liquid leakage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6365404A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63193341U (en) * | 1987-05-30 | 1988-12-13 | ||
| JPS63193342U (en) * | 1987-05-30 | 1988-12-13 | ||
| JP2006329680A (en) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical sensor head |
| US8091164B2 (en) | 2003-10-06 | 2012-01-10 | Olympus Corporation | Introduction-assisting apparatus for capsule medical device |
-
1986
- 1986-09-06 JP JP21008786A patent/JPS6365404A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63193341U (en) * | 1987-05-30 | 1988-12-13 | ||
| JPS63193342U (en) * | 1987-05-30 | 1988-12-13 | ||
| US8091164B2 (en) | 2003-10-06 | 2012-01-10 | Olympus Corporation | Introduction-assisting apparatus for capsule medical device |
| JP2006329680A (en) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical sensor head |
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