WO2012020514A1 - 液体検知器及び液体識別システム - Google Patents

液体検知器及び液体識別システム Download PDF

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optical fiber
light
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敦司 奥田
慶一 藤田
博史 丸
達夫 関谷
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株式会社Ｉｈｉエスキューブ
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    • G01N2021/432—Dip refractometers, e.g. using optical fibres comprising optical fibres

Definitions

  • the present invention relates to a liquid detector and a liquid identification system.
  • an optical fiber has a double structure of a high-refractive index core that serves as a light propagation path and a low-refractive index clad that covers the core. It realizes long-distance transmission of light by minimizing light leakage to the outside of the core.
  • the oil leak detector disclosed in Patent Document 1 is not limited to oil in principle, it can detect any liquid having a higher refractive index than the core of the optical fiber, but there are a plurality of liquids to be detected. In some cases, it was not possible to identify what liquid was attached to the optical fiber. In cases where there are multiple liquids that may leak (detected liquids), the action to be taken by the worker differs depending on the type of liquid that has actually leaked, so identify what the leaked liquid is Is extremely important.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a liquid detector and a liquid identification system capable of identifying liquid adhered to an optical fiber even when a plurality of liquids to be detected exist. Objective.
  • a first solution means for a liquid detector a plurality of optical fibers provided with a bent portion and each of the optical fibers are individually provided and externally input.
  • a light emitting element that inputs light corresponding to the electrical signal to be input to one end of the optical fiber and an optical signal that is individually provided for each of the optical fibers and that corresponds to the light emitted from the other end of the optical fiber are externally output.
  • the light receiving element is provided, and the means that the bending radius of the bent portion of each optical fiber is set according to the refractive index of the liquid to be detected in charge of each is adopted.
  • the optical fiber has a double structure of a core having a high refractive index serving as a light propagation path and a clad having a low refractive index covering the core. Even if such an optical fiber is bent, if the reflection angle of light propagating through the core of the bent portion is smaller than the critical angle, the light propagates inside the core without leaking outside the core. However, when the optical fiber is bent greatly and the reflection angle of light propagating through the core of the bent portion becomes larger than the critical angle, the light leaks out of the core.
  • the inventor of the present application pays attention to the characteristics of the optical fiber as described above, and provides a bent portion in the optical fiber, and measures the amount of transmitted light before and after the liquid is attached to the bent portion.
  • the relationship between the bending radius of the bent portion and the rate of change in the amount of transmitted light was intensively verified.
  • the smaller the bending radius of the bent part the larger the amount of light leakage due to the adhesion of the liquid, and it can be detected even if the liquid has a refractive index lower than that of the core or a liquid whose refractive index is close to the core. (Of course, even liquids with a higher refractive index than the core can be detected).
  • the inventor of the present application uses a plurality of optical fibers provided with bent portions as a configuration of the liquid detector, and sets the bending radius of the bent portion of each optical fiber according to the refractive index of the liquid to be detected.
  • liquids to be detected there are three types of liquids to be detected: liquid A having a refractive index lower than that of the core, liquid B having a refractive index close to the core, and liquid C having a refractive index higher than that of the core, and bending of the first optical fiber.
  • the bending radius of the portion is set according to the refractive index of the liquid A
  • the bending radius of the bent portion of the second optical fiber is set according to the refractive index of the liquid B
  • the bending radius of the bent portion of the third optical fiber Is set according to the refractive index of the liquid C.
  • the amount of transmitted light changes in the first optical fiber.
  • the second optical fiber when a liquid having a refractive index equal to or higher than that of the liquid B (that is, the liquids B and C) adheres, the amount of transmitted light changes in the second optical fiber.
  • the third optical fiber when a liquid having a refractive index equal to or higher than the liquid C (that is, the liquid C) adheres, the amount of transmitted light changes. Therefore, when the transmitted light amount changes only in the first optical fiber among the three optical fibers, it can be determined that the liquid A has adhered.
  • the amount of transmitted light changes simultaneously only in the first and second optical fibers, it can be determined that the liquid B has adhered. Furthermore, when the amount of transmitted light changes simultaneously in all of the first to third optical fibers, it can be determined that the liquid C has adhered. That is, the liquid attached to the optical fiber can be identified.
  • a means is provided in which a plurality of the bent portions are provided in each of the optical fibers. According to this, since the amount of light leakage increases as the number of bent portions provided in one optical fiber increases, the liquid detection accuracy improves. However, if the amount of light leakage becomes too large, the amount of light emitted from the optical fiber is greatly reduced, and conversely, the detection accuracy may be reduced. Therefore, it is desirable that the number of bent portions provided in one optical fiber is about 2 to 3.
  • each of the bent portions has an absorbent material that absorbs the liquid to be detected that is in charge of each of the bent portions. Use the means that it is attached. According to this, since the amount of the liquid to be detected adhering to the bent portion is increased, the liquid detection accuracy is improved. For example, using the above example, an absorbing material that absorbs liquid A is attached to the bent portion of the first optical fiber, and an absorbing material that absorbs liquid B is attached to the bent portion of the second optical fiber. An absorbing material that absorbs the liquid C may be attached to the bent portion of the third optical fiber.
  • each of the liquid detector having any one of the first to third means and the light emitting element provided in the liquid detector is provided.
  • An electrical signal that generates light having a reference light amount is output, and the received light amount of each light receiving element is set for each optical fiber based on the electrical signal input from each of the light receiving elements provided in the liquid detector.
  • an identification device that identifies the liquid to be detected based on a change in the transmitted light amount of each optical fiber. According to such a liquid identification system, the liquid attached to the optical fiber of the liquid detector can be automatically identified.
  • the present invention it is possible to provide a liquid detector and a liquid identification system capable of identifying the liquid adhering to the optical fiber even when there are a plurality of liquids to be detected.
  • 1 is a schematic configuration diagram of a liquid identification system in the present embodiment. It is a 1st figure which shows the detailed structure of 1 A of 1st detection units. It is the figure which looked at the bottom part 31b of the casing 31 with which the 1st detection unit 1A is provided. It is a 2nd figure which shows the detailed structure of 1 A of 1st detection units. It is explanatory drawing regarding the liquid detection and identification principle employ
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a liquid identification system in the present embodiment.
  • the liquid identification system includes a liquid detector 1 and an identification device 2.
  • the liquid to be detected is a liquid A (for example, water) whose refractive index is lower than the core of the optical fiber described later, a liquid B (for example, kerosene fuel) whose refractive index is close to the core, and a refractive index from the core.
  • a liquid A for example, water
  • a liquid B for example, kerosene fuel
  • a refractive index from the core Assume a case where there are three types of liquids, such as high liquid C (for example, oil).
  • the liquid detector 1 includes a first detection unit 1A including a first optical fiber 11A, a first light emitting element 12A, and a first light receiving element 13A, a second optical fiber 11B, a second light emitting element 12B, and The second detection unit 1B includes a second light receiving element 13B, and the third detection unit 1C includes a third optical fiber 11C, a third light emitting element 12C, and a third light receiving element 13C. .
  • Each of the first optical fiber 11A, the second optical fiber 11B, and the third optical fiber 11C includes a core having a high refractive index (for example, 1.492) serving as a light propagation path, and a low refractive index (for example, a double structure with a clad of 1.417) is provided, and a bent portion having a bending radius corresponding to the refractive index of the liquid to be detected is provided.
  • a high refractive index for example, 1.492
  • a low refractive index for example, a double structure with a clad of 1.417
  • the bending radius Ra of the bent portion provided in the first optical fiber 11A is set according to the refractive index (for example, 1.33) of the liquid A, and is set to the smallest value compared to other optical fibers.
  • the bending radius Rb of the bent portion provided in the second optical fiber 11B is set according to the refractive index (for example, 1.44) of the liquid B, and is set to an intermediate value compared to other optical fibers.
  • the bending radius Rc of the bent portion provided in the third optical fiber 11C is set according to the refractive index (for example, 1.50) of the liquid C, and is set to the largest value compared to other optical fibers. ing.
  • the first light emitting element 12A is a light emitting diode individually provided for the first optical fiber 11A, and emits light corresponding to an electric signal externally input from the identification device 2 to one end of the first optical fiber 11A. Is incident on.
  • the second light emitting element 12B is a light emitting diode individually provided for the second optical fiber 11B, and transmits light corresponding to an electric signal input from the identification device 2 to one end of the second optical fiber 11B. Is incident on.
  • the third light emitting element 12C is a light emitting diode individually provided for the third optical fiber 11C, and transmits light corresponding to an electric signal externally input from the identification device 2 to one end of the third optical fiber 11C. Is incident on.
  • the 13 A of 1st light receiving elements are the photodiodes provided with respect to 11 A of 1st optical fibers separately, and the electric signal according to the light radiate
  • the second light receiving element 13B is a photodiode individually provided for the second optical fiber 11B.
  • the second light receiving element 13B outputs an electrical signal corresponding to light emitted from the other end of the second optical fiber 11B.
  • the third light receiving element 13C is a photodiode individually provided for the third optical fiber 11C, and an electric signal corresponding to light emitted from the other end of the third optical fiber 11C is identified by the identification device 2. Is output externally.
  • the identification device 2 is an electrical signal that generates light having a reference light amount for each of the first light emitting element 12A, the second light emitting element 12B, and the third light emitting element 12C provided in the liquid detector 1. Is output. Although the details will be described later, the identification device 2 is an electric signal input from each of the first light receiving element 13A, the second light receiving element 13B, and the third light receiving element 13C provided in the liquid detector 1. The received light amount of each light receiving element is obtained as the transmitted light amount of each of the first optical fiber 11A, the second optical fiber 11B and the third optical fiber 11C based on the change in the transmitted light amount of each optical fiber. It has a function of identifying the detection target liquid and providing the identification result to an external device.
  • explain. 2A, 2B, and 3 representatively show the first detection unit 1A, the second detection unit 1B and the third detection unit 1C have the same configuration.
  • the first detection unit 1A includes a casing 31, a lid, in addition to the first optical fiber 11A, the first light emitting element 12A, and the first light receiving element 13A. It comprises a body 32, fiber connectors 33 and 34, cable connector 35, signal cable 36, circuit board 37 and protective cover 38.
  • the casing 31 is a cylindrical resin casing having a flange 31a at the upper end and a bottom 31b at the lower end.
  • the casing 31 includes a first light emitting element 12A, a first light receiving element 13A, and the like.
  • a circuit board 37 is accommodated.
  • the lid body 32 is a disk-shaped member having the same diameter as the flange 31a of the casing 31, and is bolted to the flange 31a with an unillustrated O-ring interposed therebetween.
  • the fiber connector 33 mechanically connects one end of the first optical fiber 11 ⁇ / b> A to the upper surface of the lid body 32, and transmits light emitted from the first light emitting element 12 ⁇ / b> A included in the casing 31 to the first optical fiber. It has a role to be introduced at one end of 11A.
  • the fiber connector 34 mechanically connects the other end of the first optical fiber 11 ⁇ / b> A to the upper surface of the lid body 32, and the light emitted from the other end of the first optical fiber 11 ⁇ / b> A is contained in the casing 31. It plays a role of being introduced into one light receiving element 13A.
  • the first optical fiber 11A has one end connected to the fiber connector 33 and the other end connected to the fiber connector 34 while being guided by a guide member 31c provided on the side wall surface of the casing 31. It is arranged to make a round.
  • FIG. 2B is a view of the bottom 31b of the casing 31. As shown in FIG. 2B, the first optical fiber 11A is bent so that two bent portions are formed in the bottom 31b of the casing 31. Are arranged. The bending radii of these two bent portions are set according to the refractive index of the liquid A. In FIG. 1, the first optical fiber 11 ⁇ / b> A is illustrated as being provided with one bent portion, but this is merely illustrated as such for convenience in order to facilitate the description of the drawing. Actually, as shown in FIG. 2B, two bent portions are provided.
  • the cable connector 35 mechanically connects one end of the signal cable 36 to the upper surface of the lid 32 and plays a role of electrically connecting the circuit board 37 included in the casing 31 and the signal cable 36.
  • the signal cable 36 has one end connected to the circuit board 37 via the cable connector 35 and the other end connected to the identification device 2, and transmits an electrical signal output from the identification device 2 to the circuit board 37. In addition, the electric signal output from the circuit board 37 is transmitted to the identification device 2.
  • the circuit board 37 is connected to the identification device 2 via the signal cable 36.
  • the first light emitting element 12A and the first light receiving element 13A are disposed on the upper surface of the circuit board 37, and the first light emitting element 12A.
  • a power supply circuit for supplying power to the power supply circuit, an amplifier circuit for amplifying the output of the first light receiving element 13A, and the like are formed.
  • the first light emitting element 12 ⁇ / b> A generates light corresponding to an electric signal input from the identification device 2 through the circuit board 37.
  • the first light receiving element 13 ⁇ / b> A outputs an electrical signal corresponding to the light emitted from the other end of the first optical fiber 11 ⁇ / b> A to the identification device 2 via the circuit board 37.
  • the protective cover 38 is installed on the upper surface of the lid 32 so as to cover the fiber connectors 33 and 34 and the cable connector 35 described above, and protects each connector.
  • the first detection unit 1A configured as described above is fixedly installed in such a position that the leaked liquid adheres to the bent portion of the first optical fiber 11A in a place where the liquid to be detected may leak. Is done.
  • the second detection unit 1B and the third detection unit 1C are also fixedly installed in the same state.
  • the liquid detection / identification principle employed in this embodiment will be described as a premise.
  • the optical fiber has a double structure of a high refractive index core serving as a light propagation path and a low refractive index clad covering the core. Even if such an optical fiber is bent, if the reflection angle of light propagating through the core of the bent portion is smaller than the critical angle, the light propagates inside the core without leaking outside the core. However, as shown in FIG. 4A, when the optical fiber is bent greatly and the reflection angle of light propagating through the core of the bent portion becomes larger than the critical angle, the light leaks out of the core.
  • the inventor of the present application pays attention to the characteristics of the optical fiber as described above, and provides a bent portion in the optical fiber, and measures the amount of transmitted light before and after the liquid is attached to the bent portion.
  • the relationship between the bending radius of the bent portion and the rate of change in the amount of transmitted light was intensively verified.
  • the smaller the bend radius of the bent part the greater the amount of light leakage due to the adhesion of the liquid. (Of course, even liquids with a higher refractive index than the core can be detected).
  • the inventor of the present application uses a plurality of optical fibers provided with bent portions as a configuration of the liquid detector, and sets the bending radius of the bent portion of each optical fiber according to the refractive index of the liquid to be detected. Adopted.
  • the bending radius of the bent portion provided in the first optical fiber 11A of the liquid detector 1 is set according to the refractive index of the liquid A whose refractive index is lower than that of the core.
  • the amount of transmitted light changes (see FIG. 4B).
  • the bending radius of the bent portion provided in the second optical fiber 11B of the liquid detector 1 is set according to the refractive index of the liquid B close to the core, the refractive index equal to or higher than the liquid B.
  • the amount of transmitted light changes (see FIG. 4B).
  • the bending radius of the bent portion provided in the third optical fiber 11C of the liquid detector 1 is set according to the refractive index of the liquid C whose refractive index is higher than that of the core.
  • the amount of transmitted light changes (see FIG. 4B).
  • the transmitted light amount changes only in the first optical fiber 11A among the three optical fibers it can be determined that the liquid A has adhered (the liquid A has leaked). Further, when the amount of transmitted light changes simultaneously only in the first optical fiber 11A and the second optical fiber 11B, it can be determined that the liquid B has adhered (the liquid B leaks). Further, when the amount of transmitted light changes simultaneously in all of the first optical fiber 11A, the second optical fiber 11B, and the third optical fiber 11C, the liquid C adheres (the liquid C leaks). It can be judged. That is, the liquid attached to each optical fiber can be identified.
  • the identification device 2 generates light having a reference light amount for each of the first light emitting element 12A, the second light emitting element 12B, and the third light emitting element 12C provided in the liquid detector 1. Outputs electrical signals.
  • the light emitted from the first light emitting element 12A propagates through the first optical fiber 11A and is then received by the first light receiving element 13A.
  • the light emitted from the second light emitting element 12B propagates through the second optical fiber 11B and is then received by the second light receiving element 13B.
  • the light emitted from the third light emitting element 12C propagates through the third optical fiber 11C and is then received by the third light receiving element 13C.
  • the first light receiving element 13A, the second light receiving element 13B, and the third light receiving element 13C each output an electrical signal corresponding to the amount of received light to the identification device 2.
  • the identification device 2 determines the received light amount of each light receiving element based on the electric signal input from each of the first light receiving element 13A, the second light receiving element 13B, and the third light receiving element 13C, and the first optical fiber 11A.
  • the transmission light amount of each of the second optical fiber 11B and the third optical fiber 11C is obtained, and the temporal transition of each transmission light amount is monitored.
  • each transmitted light amount has a substantially constant value.
  • the leaked liquid adheres to the bent portions provided in each of the first optical fiber 11A, the second optical fiber 11B, and the third optical fiber 11C.
  • the amount of transmitted light changes in any of the first optical fiber 11A, the second optical fiber 11B, and the third optical fiber 11C.
  • the identification device 2 determines that the liquid A has adhered to each optical fiber (that is, the liquid A has leaked). Further, when the transmitted light quantity changes simultaneously only in the first optical fiber 11A and the second optical fiber 11B, the identification device 2 adheres to each optical fiber (that is, the liquid B leaks). Judgment) Further, the identification device 2 allows the liquid C to adhere to each optical fiber when a change in the amount of transmitted light occurs simultaneously in all of the first optical fiber 11A, the second optical fiber 11B, and the third optical fiber 11C. It is determined that the liquid C is leaking.
  • the liquid identification system including the liquid detector 1 in the present embodiment, it is possible to identify the liquid adhering to the optical fiber even when there are a plurality of liquids to be detected.
  • this invention is not limited to the said embodiment, The following modifications are mentioned.
  • an absorbing material 41 that absorbs the liquid to be detected that is in charge of each may be attached to each of the bent portions provided in each optical fiber. According to this, since the amount of the liquid to be detected adhering to the bent portion is increased, the liquid detection accuracy is improved.
  • an absorbing material that absorbs liquid A is attached to the bent portion of the first optical fiber 11A
  • an absorbing material that absorbs liquid B is attached to the bent portion of the second optical fiber 11B.
  • An absorbing material that absorbs the liquid C may be attached to the bent portion of the fiber 11C.
  • liquid detector 1 is configured by the three detection units of the first detection unit 1A, the second detection unit 1B, and the third detection unit 1C has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the liquid detector 1 may be configured as one unit.
  • the optical fiber is bent with the core covered with the clad to provide the bent portion, but the clad may be peeled only at the bent portion. As a result, the amount of light leakage at the bent portion is increased, so that the liquid detection accuracy is improved.
  • liquid detector and the liquid identification system it is possible to identify the liquid adhering to the optical fiber even when there are a plurality of liquids to be detected.

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Abstract

　この液体検知器（１）は、屈曲部が設けられた複数の光ファイバ（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）と、前記光ファイバ（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の各々に個別に設けられ、外部入力される電気信号に応じた光を前記光ファイバ（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の一端に入射する発光素子（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）と、前記光ファイバ（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の各々に個別に設けられ、前記光ファイバ（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の他端から出射される光に応じた電気信号を外部出力する受光素子（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）とを具備し、各光ファイバ（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の屈曲部の曲げ半径（Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ）は、それぞれが担当する検知対象液体の屈折率に応じて設定されている。

Description

液体検知器及び液体識別システム
　本発明は、液体検知器及び液体識別システムに関する。
　本願は、２０１０年８月１０日に、日本に出願された特願２０１０－１７９５２３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　周知のように、光ファイバは、光の伝播路となる高屈折率のコアと、該コアを覆う低屈折率のクラッドとの２重構造となっており、両者の境界面で生じる全反射によってコア外部への光漏れを最小限に抑えることで光の長距離伝送を実現するものである。
　このような光ファイバのクラッドを一部剥離してコアが露出した部分を水中に配置すると、水の屈折率はコアよりも低いため、光はコア外部に漏れることなく（厳密には漏れるが極微量である）コア内部を伝播する。ところが、露出したコアに油が付着すると、油の屈折率はコアよりも高いため、光は油が付着した部分からコア外部に漏れることになる。
　近年では、このような光ファイバの特性を利用し、光ファイバの透過光量の変化を基に水中への油漏れを検知する油漏れ検知器が実用化されている（下記特許文献１参照）。
日本国特許第４００８９１０号公報
　上記特許文献１に開示された油漏れ検知器は、その原理上、油に限らず、光ファイバのコアより屈折率の高い液体であれば検知することができるが、検知対象液体が複数存在する場合には、光ファイバに付着した液体が何であるか識別することはできなかった。液漏れの可能性のある液体（検知対象液体）が複数存在するケースでは、実際に漏れた液体の種類によって作業員がとるべき対応策が異なるため、漏れた液体が何であるかを識別することは極めて重要である。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、検知対象液体が複数存在する場合であっても光ファイバに付着した液体の識別が可能な液体検知器及び液体識別システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明では、液体検知器に係る第１の解決手段として、屈曲部が設けられた複数の光ファイバと、前記光ファイバの各々に個別に設けられ、外部入力される電気信号に応じた光を前記光ファイバの一端に入射する発光素子と、前記光ファイバの各々に個別に設けられ、前記光ファイバの他端から出射される光に応じた電気信号を外部出力する受光素子とを具備し、各光ファイバの屈曲部の曲げ半径は、それぞれが担当する検知対象液体の屈折率に応じて設定されているという手段を採用する。
　既に述べたように、光ファイバは、光の伝播路となる高屈折率のコアと、該コアを覆う低屈折率のクラッドとの２重構造となっている。このような光ファイバを屈曲させても、その屈曲部のコアを伝播する光の反射角が臨界角より小さければ、光はコア外部に漏れることなくコア内部を伝播する。しかしながら、光ファイバを大きく屈曲させて、その屈曲部のコアを伝播する光の反射角が臨界角より大きくなると、光はコア外部に漏れ出す。
　本願発明者は、上記のような光ファイバの特性に着目し、光ファイバに屈曲部を設け、その屈曲部に液体を付着させる前と付着させた後との透過光量を測定することにより、複数種類の液体について屈曲部の曲げ半径と透過光量の変化率（つまり液体の付着による光漏れ量）との関係を鋭意検証した。
　その結果、屈曲部の曲げ半径が小さい程、液体の付着による光漏れ量は大きくなり、屈折率がコアより低い液体、或いは屈折率がコアに近い液体であっても検知可能であることがわかった（勿論、屈折率がコアより高い液体でも検知可能）。
　しかしながら、仮に光ファイバを１本だけ用い、屈折率がコアより低い液体に合わせて屈曲部の曲げ半径を設定したと仮定すると、その液体だけでなく、その液体より屈折率の高い液体であれば透過光量に変化が生じる（光漏れが生じる）ため、検知対象の液体が複数存在する場合には、付着した液体が何であるか識別することはできない。
　そこで、本願発明者は、液体検知器の構成として屈曲部が設けられた複数の光ファイバを用い、各光ファイバの屈曲部の曲げ半径を検知対象液体の屈折率に応じて設定するという手段を採用することにより、上記課題を解決した。
　例えば、検知対象液体として、屈折率がコアより低い液体Ａ、屈折率がコアに近い液体Ｂ、屈折率がコアより高い液体Ｃとの３種類の液体が存在し、第１の光ファイバの屈曲部の曲げ半径は液体Ａの屈折率に応じて設定され、第２の光ファイバの屈曲部の曲げ半径は液体Ｂの屈折率に応じて設定され、第３の光ファイバの屈曲部の曲げ半径は液体Ｃの屈折率に応じて設定されていると仮定する。
　この場合、第１の光ファイバでは、液体Ａ以上の屈折率を有する液体（つまり、液体Ａ、Ｂ、Ｃ）が付着すると透過光量の変化が生じる。また、第２の光ファイバでは、液体Ｂ以上の屈折率を有する液体（つまり、液体Ｂ、Ｃ）が付着すると透過光量の変化が生じる。また、第３の光ファイバでは、液体Ｃ以上の屈折率を有する液体（つまり、液体Ｃ）が付着すると透過光量の変化が生じる。
　従って、３つの光ファイバの内、第１の光ファイバのみに透過光量の変化が生じた場合には、液体Ａが付着したと判断できる。また、第１及び第２の光ファイバのみに同時に透過光量の変化が生じた場合には、液体Ｂが付着したと判断できる。さらに、第１～第３の光ファイバの全てにおいて同時に透過光量の変化が生じた場合には、液体Ｃが付着したと判断できる。つまり、光ファイバに付着した液体の識別が可能となる。
　また、本発明では、液体検知器に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記屈曲部は、前記光ファイバの各々に複数設けられているという手段を採用する。
　これによると、１つの光ファイバに設ける屈曲部の数を増やす程、光漏れ量は大きくなるため、液体の検知精度が向上する。しかしながら、あまりに光漏れ量が大きくなると、光ファイバの出射光量が大幅に低下してしまい、逆に検知精度が低下する虞がある。そのため、１つの光ファイバに設ける屈曲部の数は、２～３個程度とすることが望ましい。
　また、本発明では、液体検知器に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記屈曲部の各々には、それぞれが担当する検知対象液体を吸収する吸収材が装着されているという手段を採用する。
　これによると、屈曲部に付着する検知対象液体の量が増大するため、液体の検知精度が向上する。例えば、上記の例を用いると、第１の光ファイバの屈曲部には液体Ａを吸収する吸収材を装着し、第２の光ファイバの屈曲部には液体Ｂを吸収する吸収材を装着し、第３の光ファイバの屈曲部には液体Ｃを吸収する吸収材を装着すれば良い。
　一方、本発明では、液体識別システムに係る解決手段として、上記第１～第３のいずれかの解決手段を有する液体検知器と、前記液体検知器に設けられた前記発光素子の各々に対して基準光量を有する光が発生するような電気信号を出力すると共に、前記液体検知器に設けられた前記受光素子の各々から入力される電気信号に基づいて各受光素子の受光光量を各光ファイバの透過光量として求め、各光ファイバの透過光量の変化を基に前記検知対象液体の識別を行う識別装置とを具備することを特徴とする。
　このような液体識別システムによれば、液体検知器の光ファイバに付着した液体の識別を自動的に行うことができる。
　本発明によれば、検知対象液体が複数存在する場合であっても光ファイバに付着した液体の識別が可能な液体検知器及び液体識別システムを提供することができる。
本実施形態における液体識別システムの構成概略図である。 第１の検知ユニット１Ａの詳細構成を示す第１図である。 第１の検知ユニット１Ａが備えるケーシング３１の底部３１ｂを視た図である。 第１の検知ユニット１Ａの詳細構成を示す第２図である。 本実施形態で採用する液体検知・識別原理に関する説明図である。 液体の種類と透過光量の関係を表わす図である。 各光ファイバの屈曲部に液体の吸収材を圧着した様子を示す図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
　図１は、本実施形態における液体識別システムの構成概略図である。この図１に示すように、本実施形態における液体識別システムは、液体検知器１及び識別装置２から構成されている。なお、本実施形態では、検知対象液体として、屈折率が後述の光ファイバのコアより低い液体Ａ（例えば水）、屈折率がコアに近い液体Ｂ（例えばケロシン系燃料）、屈折率がコアより高い液体Ｃ（例えば油）との３種類の液体が存在するケースを想定する。
　液体検知器１は、第１の光ファイバ１１Ａ、第１の発光素子１２Ａ及び第１の受光素子１３Ａを備える第１の検知ユニット１Ａと、第２の光ファイバ１１Ｂ、第２の発光素子１２Ｂ及び第２の受光素子１３Ｂを備える第２の検知ユニット１Ｂと、第３の光ファイバ１１Ｃ、第３の発光素子１２Ｃ及び第３の受光素子１３Ｃを備える第３の検知ユニット１Ｃとから構成されている。
　第１の光ファイバ１１Ａ、第２の光ファイバ１１Ｂ及び第３の光ファイバ１１Ｃは、それぞれ光の伝播路となる高屈折率（例えば１．４９２）のコアと、該コアを覆う低屈折率（例えば１．４１７）のクラッドとの２重構造となっていると共に、それぞれ検知対象液体の屈折率に応じた曲げ半径を有する屈曲部が設けられている。
　第１の光ファイバ１１Ａに設けられた屈曲部の曲げ半径Ｒａは、液体Ａの屈折率（例えば１．３３）に応じて設定されており、他の光ファイバと比べて最も小さい値に設定されている。
　第２の光ファイバ１１Ｂに設けられた屈曲部の曲げ半径Ｒｂは、液体Ｂの屈折率（例えば１．４４）に応じて設定されており、他の光ファイバと比べて中間程度の値に設定されている。
　第３の光ファイバ１１Ｃに設けられた屈曲部の曲げ半径Ｒｃは、液体Ｃの屈折率（例えば１．５０）に応じて設定されており、他の光ファイバと比べて最も大きい値に設定されている。
　第１の発光素子１２Ａは、第１の光ファイバ１１Ａに対して個別に設けられた発光ダイオードであり、識別装置２から外部入力される電気信号に応じた光を第１の光ファイバ１１Ａの一端に入射するものである。
　第２の発光素子１２Ｂは、第２の光ファイバ１１Ｂに対して個別に設けられた発光ダイオードであり、識別装置２から外部入力される電気信号に応じた光を第２の光ファイバ１１Ｂの一端に入射するものである。
　第３の発光素子１２Ｃは、第３の光ファイバ１１Ｃに対して個別に設けられた発光ダイオードであり、識別装置２から外部入力される電気信号に応じた光を第３の光ファイバ１１Ｃの一端に入射するものである。
　第１の受光素子１３Ａは、第１の光ファイバ１１Ａに対して個別に設けられたフォトダイオードであり、第１の光ファイバ１１Ａの他端から出射される光に応じた電気信号を識別装置２に対して外部出力するものである。
　第２の受光素子１３Ｂは、第２の光ファイバ１１Ｂに対して個別に設けられたフォトダイオードであり、第２の光ファイバ１１Ｂの他端から出射される光に応じた電気信号を識別装置２に対して外部出力するものである。
　第３の受光素子１３Ｃは、第３の光ファイバ１１Ｃに対して個別に設けられたフォトダイオードであり、第３の光ファイバ１１Ｃの他端から出射される光に応じた電気信号を識別装置２に対して外部出力するものである。
　識別装置２は、液体検知器１に設けられた第１の発光素子１２Ａ、第２の発光素子１２Ｂ及び第３の発光素子１２Ｃの各々に対して基準光量を有する光が発生するような電気信号を出力する。また、詳細は後述するが、この識別装置２は、液体検知器１に設けられた第１の受光素子１３Ａ、第２の受光素子１３Ｂ及び第３の受光素子１３Ｃの各々から入力される電気信号に基づいて各受光素子の受光光量を、第１の光ファイバ１１Ａ、第２の光ファイバ１１Ｂ及び第３の光ファイバ１１Ｃのそれぞれの透過光量として求め、各光ファイバの透過光量の変化を基に検知対象液体の識別を行い、その識別結果を外部装置に提供する機能を有している。
　続いて、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を参照しながら、上述した第１の光ファイバ１１Ａ、第１の発光素子１２Ａ及び第１の受光素子１３Ａを備える第１の検知ユニット１Ａの詳細構成について説明する。なお、図２Ａ、図２Ｂ及び図３では、第１の検知ユニット１Ａを代表的に図示しているが、第２の検知ユニット１Ｂ及び第３の検知ユニット１Ｃも同様の構成である。
 これら図２Ａ、図２Ｂ及び図３に示すように、第１の検知ユニット１Ａは、第１の光ファイバ１１Ａ、第１の発光素子１２Ａ及び第１の受光素子１３Ａに加えて、ケーシング３１、蓋体３２、ファイバコネクタ３３、３４、ケーブルコネクタ３５、信号ケーブル３６、回路基板３７及び保護カバー３８から構成されている。
　ケーシング３１は、上端にフランジ３１ａが設けられていると共に、下端に底部３１ｂが設けられた円筒形状をなす樹脂製筐体であり、内部に第１の発光素子１２Ａ、第１の受光素子１３Ａ及び回路基板３７を収容している。蓋体３２は、ケーシング３１のフランジ３１ａと同一の径を有する円板形状部材であって、不図示のＯリングを挟んだ状態でフランジ３１ａにボルト締めされている。
　ファイバコネクタ３３は、第１の光ファイバ１１Ａの一端を蓋体３２の上面に機械的に接続すると共に、ケーシング３１に内包された第１の発光素子１２Ａから出射される光を第１の光ファイバ１１Ａの一端に導入する役割を担っている。ファイバコネクタ３４は、第１の光ファイバ１１Ａの他端を蓋体３２の上面に機械的に接続すると共に、第１の光ファイバ１１Ａの他端から出射された光をケーシング３１に内包された第１の受光素子１３Ａに導入する役割を担っている。
　第１の光ファイバ１１Ａは、一端がファイバコネクタ３３に接続され、他端がファイバコネクタ３４に接続された状態で、ケーシング３１の側壁面に設けられたガイド部材３１ｃに案内されながらケーシング３１の外周を一周するように配置されている。図２Ｂは、ケーシング３１の底部３１ｂを視た図であるが、この図に示すように、第１の光ファイバ１１Ａは、ケーシング３１の底部３１ｂにおいて２つの屈曲部が形成されるように屈曲して配置されている。これら２つの屈曲部の曲げ半径は、液体Ａの屈折率に応じて設定されている。
　なお、図１では、第１の光ファイバ１１Ａに１つの屈曲部が設けられているように図示されているが、これは図面の記載を容易にするために便宜上そのように図示したに過ぎず、実際には図２Ｂに示すように２つの屈曲部が設けられている。
　ケーブルコネクタ３５は、信号ケーブル３６の一端を蓋体３２の上面に機械的に接続すると共に、ケーシング３１に内包された回路基板３７と信号ケーブル３６とを電気的に接続する役割を担っている。信号ケーブル３６は、一端がケーブルコネクタ３５を介して回路基板３７と接続されていると共に、他端が識別装置２と接続されており、識別装置２から出力される電気信号を回路基板３７へ伝達すると共に、回路基板３７から出力される電気信号を識別装置２へ伝達する役割を担っている。
　回路基板３７は、信号ケーブル３６を介して識別装置２と接続されており、その上面には第１の発光素子１２Ａ及び第１の受光素子１３Ａが配置されていると共に、第１の発光素子１２Ａに電力を供給する電源回路や、第１の受光素子１３Ａの出力を増幅する増幅回路などが形成されている。第１の発光素子１２Ａは、この回路基板３７を介して識別装置２から入力される電気信号に応じた光を発生する。また、第１の受光素子１３Ａは、第１の光ファイバ１１Ａの他端から出射される光に応じた電気信号を、回路基板３７を介して識別装置２に出力する。
　保護カバー３８は、上述したファイバコネクタ３３、３４及びケーブルコネクタ３５を覆うように蓋体３２の上面に設置されて各コネクタ類を保護するものである。
　このように構成された第１の検知ユニット１Ａは、検知対象液体が液漏れする可能性のある場所において、漏れた液体が第１の光ファイバ１１Ａの屈曲部に付着するような姿勢で固定設置される。また、第２の検知ユニット１Ｂ及び第３の検知ユニット１Ｃも同様な状態で固定設置される。
　以上が本実施形態における液体検知器１を備えた液体識別システムの構成に関する説明であり、以下では液体識別システムによる液体検知・識別動作について詳細に説明する。
　まず、液体識別システムによる液体検知・識別動作の説明に入る前に、その前提として本実施形態で採用する液体検知・識別原理について説明する。
　前述のように、光ファイバは、光の伝播路となる高屈折率のコアと、該コアを覆う低屈折率のクラッドとの２重構造となっている。このような光ファイバを屈曲させても、その屈曲部のコアを伝播する光の反射角が臨界角より小さければ、光はコア外部に漏れることなくコア内部を伝播する。しかしながら、図４Ａに示すように、光ファイバを大きく屈曲させて、その屈曲部のコアを伝播する光の反射角が臨界角より大きくなると、光はコア外部に漏れ出す。
　本願発明者は、上記のような光ファイバの特性に着目し、光ファイバに屈曲部を設け、その屈曲部に液体を付着させる前と付着させた後との透過光量を測定することにより、複数種類の液体について屈曲部の曲げ半径と透過光量の変化率（つまり液体の付着による光漏れ量）との関係を鋭意検証した。
　その結果、屈曲部の曲げ半径が小さい程、液体の付着による光漏れ量は大きくなり、屈折率がコアより低い液体、或いは屈折率がコアに近い液体であっても検知可能であることがわかった（勿論、屈折率がコアより高い液体でも検知可能）。
　しかしながら、仮に光ファイバを１本だけ用い、屈折率がコアより低い液体に合わせて屈曲部の曲げ半径を設定したと仮定すると、その液体だけでなく、その液体より屈折率の高い液体であれば透過光量に変化が生じる（光漏れが生じる）ため、検知対象の液体が複数存在する場合には、付着した液体が何であるか識別することはできない。
　そこで、本願発明者は、液体検知器の構成として屈曲部が設けられた複数の光ファイバを用い、各光ファイバの屈曲部の曲げ半径を検知対象液体の屈折率に応じて設定するという手段を採用した。
　本実施形態においては、液体検知器１の第１の光ファイバ１１Ａに設けられた屈曲部の曲げ半径は、屈折率がコアより低い液体Ａの屈折率に応じて設定されているため、液体Ａ以上の屈折率を有する液体（つまり、液体Ａ、Ｂ、Ｃ）が付着すると透過光量の変化が生じる（図４Ｂ参照）。
　また、液体検知器１の第２の光ファイバ１１Ｂに設けられた屈曲部の曲げ半径は、屈折率がコアに近い液体Ｂの屈折率に応じて設定されているため、液体Ｂ以上の屈折率を有する液体（つまり、液体Ｂ、Ｃ）が付着すると透過光量の変化が生じる（図４Ｂ参照）。
　さらに、液体検知器１の第３の光ファイバ１１Ｃに設けられた屈曲部の曲げ半径は、屈折率がコアより高い液体Ｃの屈折率に応じて設定されているため、液体Ｃ以上の屈折率を有する液体（つまり、液体Ｃ）が付着すると透過光量の変化が生じる（図４Ｂ参照）。
　従って、３つの光ファイバの内、第１の光ファイバ１１Ａのみに透過光量の変化が生じた場合には、液体Ａが付着した（液体Ａが漏れている）と判断できる。
　また、第１の光ファイバ１１Ａ及び第２の光ファイバ１１Ｂのみに同時に透過光量の変化が生じた場合には、液体Ｂが付着した（液体Ｂが漏れている）と判断できる。
　さらに、第１の光ファイバ１１Ａ、第２の光ファイバ１１Ｂ及び第３の光ファイバ１１Ｃの全てにおいて同時に透過光量の変化が生じた場合には、液体Ｃが付着した（液体Ｃが漏れている）と判断できる。つまり、各光ファイバに付着した液体の識別が可能となる。
　さて、上述した液体検知・識別原理を前提として、液体識別システムによる液体検知・識別動作を説明すると以下の通りである。
　まず、識別装置２は、液体検知器１に設けられた第１の発光素子１２Ａ、第２の発光素子１２Ｂ及び第３の発光素子１２Ｃの各々に対して基準光量を有する光が発生するような電気信号を出力する。
　これにより、第１の発光素子１２Ａから出射された光は、第１の光ファイバ１１Ａ内を伝播した後、第１の受光素子１３Ａによって受光される。また、第２の発光素子１２Ｂから出射された光は、第２の光ファイバ１１Ｂ内を伝播した後、第２の受光素子１３Ｂによって受光される。さらに、第３の発光素子１２Ｃから出射された光は、第３の光ファイバ１１Ｃ内を伝播した後、第３の受光素子１３Ｃによって受光される。
　第１の受光素子１３Ａ、第２の受光素子１３Ｂ及び第３の受光素子１３Ｃは、それぞれ受光光量に応じた電気信号を識別装置２に出力する。
　識別装置２は、第１の受光素子１３Ａ、第２の受光素子１３Ｂ及び第３の受光素子１３Ｃの各々から入力される電気信号に基づいて各受光素子の受光光量を、第１の光ファイバ１１Ａ、第２の光ファイバ１１Ｂ及び第３の光ファイバ１１Ｃのそれぞれの透過光量として求め、各透過光量の時間的推移を監視する。
　ここで、第１の検知ユニット１Ａ、第２の検知ユニット１Ｂ及び第３の検知ユニット１Ｃが設置された場所において液漏れが発生していない場合、第１の光ファイバ１１Ａ、第２の光ファイバ１１Ｂ及び第３の光ファイバ１１Ｃのそれぞれに設けられた屈曲部に液体が付着していないため、各透過光量はほぼ一定の値を示す。
　一方、液漏れが発生した場合、第１の光ファイバ１１Ａ、第２の光ファイバ１１Ｂ及び第３の光ファイバ１１Ｃのそれぞれに設けられた屈曲部に漏れた液体が付着するため、その液体の屈折率によって第１の光ファイバ１１Ａ、第２の光ファイバ１１Ｂ及び第３の光ファイバ１１Ｃのいずれかに透過光量の変化が生じる。
　この時、識別装置２は、第１の光ファイバ１１Ａのみに透過光量の変化が生じた場合には、各光ファイバに液体Ａが付着した（つまり液体Ａが漏れている）と判断する。
　また、識別装置２は、第１の光ファイバ１１Ａ及び第２の光ファイバ１１Ｂのみに同時に透過光量の変化が生じた場合には、各光ファイバに液体Ｂが付着した（つまり液体Ｂが漏れている）と判断する。
　また、識別装置２は、第１の光ファイバ１１Ａ、第２の光ファイバ１１Ｂ及び第３の光ファイバ１１Ｃの全てにおいて同時に透過光量の変化が生じた場合には、各光ファイバに液体Ｃが付着した（つまり液体Ｃが漏れている）と判断する。
　以上説明したように、本実施形態における液体検知器１を備えた液体識別システムによれば、検知対象液体が複数存在する場合であっても光ファイバに付着した液体の識別が可能となる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。（１）上記実施形態では、１つの光ファイバに２つの屈曲部を設けた場合を例示して説明したが、屈曲部の数はこれに限定されず、１個、或いは３個以上設けても良い。なお、１つの光ファイバに設ける屈曲部の数を増やす程、液体の付着巾は増すが、あまりに光漏れ量が大きくなり、光ファイバの出射光量が大幅に低下してしまい、逆に検知精度が低下する虞がある。そのため、１つの光ファイバに設ける屈曲部の数は、２～３個程度とすることが望ましい。
　（２）図５に示すように、各光ファイバに設けられた屈曲部の各々に、それぞれが担当する検知対象液体を吸収する吸収材４１を装着しても良い。これによると、屈曲部に付着する検知対象液体の量が増大するため、液体の検知精度が向上する。例えば、第１の光ファイバ１１Ａの屈曲部には液体Ａを吸収する吸収材を装着し、第２の光ファイバ１１Ｂの屈曲部には液体Ｂを吸収する吸収材を装着し、第３の光ファイバ１１Ｃの屈曲部には液体Ｃを吸収する吸収材を装着すれば良い。
　（３）上記実施形態では、液体検知器１が第１の検知ユニット１Ａ、第２の検知ユニット１Ｂ及び第３の検知ユニット１Ｃの３つの検知ユニットから構成されている場合を例示して説明したが、これに限らず、液体検知器１を１つのユニットとして構成しても良い。
　（４）上記実施形態では、検知対象液体が３種類存在する場合を例示して説明したが、本発明は検知対象液体が２種類、或いは４種類以上存在する場合にも適用することができる。
　（５）上記実施形態では、コアをクラッドで覆った状態で光ファイバを屈曲させて屈曲部を設けたが、屈曲部のみクラッドを剥離しても良い。これにより、屈曲部における光漏れ量が大きくなるため、液体の検知精度が向上する。
　本発明に係る液体検知器及び液体識別システムよれば、検知対象液体が複数存在する場合であっても、光ファイバに付着した液体の識別が可能となる。
　１　　　　液体検知器
　２　　　　識別装置
　１Ａ　　　第１の検知ユニット
　１１Ａ　　第１の光ファイバ
　１２Ａ　　第１の発光素子
　１３Ａ　　第１の受光素子
　１Ｂ　　　第２の検知ユニット
　１１Ｂ　　第２の光ファイバ
　１２Ｂ　　第２の発光素子
　１３Ｂ　　第２の受光素子
　１Ｃ　　　第３の検知ユニット
　１１Ｃ　　第３の光ファイバ
　１２Ｃ　　第３の発光素子
　１３Ｃ　　第３の受光素子

Claims (4)

  1. 　屈曲部が設けられた複数の光ファイバと、
    　前記光ファイバの各々に個別に設けられ、外部入力される電気信号に応じた光を前記光ファイバの一端に入射する発光素子と、
    　前記光ファイバの各々に個別に設けられ、前記光ファイバの他端から出射される光に応じた電気信号を外部出力する受光素子と、
    　を具備し、
    　各光ファイバの屈曲部の曲げ半径は、それぞれが担当する検知対象液体の屈折率に応じて設定されている液体検知器。
  2. 　前記屈曲部は、前記光ファイバの各々に複数設けられている請求項１に記載の液体検知器。
  3. 　前記屈曲部の各々には、それぞれが担当する検知対象液体を吸収する吸収材が装着されている請求項１または２に記載の液体検知器。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の液体検知器と、
    　前記液体検知器に設けられた前記発光素子の各々に対して基準光量を有する光が発生するような電気信号を出力すると共に、前記液体検知器に設けられた前記受光素子の各々から入力される電気信号に基づいて各受光素子の受光光量を各光ファイバの透過光量として求め、各光ファイバの透過光量の変化を基に前記検知対象液体の識別を行う識別装置と、
    　を具備する液体識別システム。
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