JP2559818B2 - 光ファイバセンサおよびその使用方法 - Google Patents
光ファイバセンサおよびその使用方法Info
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- JP2559818B2 JP2559818B2 JP63197857A JP19785788A JP2559818B2 JP 2559818 B2 JP2559818 B2 JP 2559818B2 JP 63197857 A JP63197857 A JP 63197857A JP 19785788 A JP19785788 A JP 19785788A JP 2559818 B2 JP2559818 B2 JP 2559818B2
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- fiber
- optical fiber
- sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内部に蛍光物質を添加した蛍光ファイバを
利用した新規な光ファイバセンサに関するものであり、
さらに詳しくは、位置を検出する光ファイバセンサに関
するものである。
利用した新規な光ファイバセンサに関するものであり、
さらに詳しくは、位置を検出する光ファイバセンサに関
するものである。
［従来の技術］ 従来の光ファイバは、端面に、ある角度以内で入射し
てきた光だけしか伝送できない。このため、位置を検出
するセンサを構成するには、あるラインに沿って光ファ
イバの端面を並べなければならず、大量の光ファイバ、
加工時間、加工コストがかかっていた。
てきた光だけしか伝送できない。このため、位置を検出
するセンサを構成するには、あるラインに沿って光ファ
イバの端面を並べなければならず、大量の光ファイバ、
加工時間、加工コストがかかっていた。
また、端面を検出面に平行に並べなければならないの
で、薄いセンサ部を作製するのが困難であった。
で、薄いセンサ部を作製するのが困難であった。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこのような従来の問題を解決し、簡単な構造
でかつ精度のよい光ファイバセンサを提供することを目
的とする。
でかつ精度のよい光ファイバセンサを提供することを目
的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明光ファイバセンサは、蛍光物質を内部に含む蛍
光ファイバからなるセンサ部と、センサ部の蛍光出力を
検出する検出部とを具え、蛍光ファイバの長さｌ［ｍ］
が、ａを蛍光ファイバの伝送損失［dB/m］,P（l,a）を
蛍光ファイバの一方の端面からの蛍光発光出力、Ｐ
（∞,a）を蛍光ファイバの一方の端面からの飽和した蛍
光発光出力とした時、 で定義される長さl0［ｍ］に対し、ｌ≦l0であることを
特徴とする。
光ファイバからなるセンサ部と、センサ部の蛍光出力を
検出する検出部とを具え、蛍光ファイバの長さｌ［ｍ］
が、ａを蛍光ファイバの伝送損失［dB/m］,P（l,a）を
蛍光ファイバの一方の端面からの蛍光発光出力、Ｐ
（∞,a）を蛍光ファイバの一方の端面からの飽和した蛍
光発光出力とした時、 で定義される長さl0［ｍ］に対し、ｌ≦l0であることを
特徴とする。
さらに本発明は、光ファイバセンサのセンサ部を蛍光
物質の励起光下に置き、センサ部の任意の点上における
励起光の遮断を蛍光ファイバの蛍光出力の変化として検
出することを特徴とする。
物質の励起光下に置き、センサ部の任意の点上における
励起光の遮断を蛍光ファイバの蛍光出力の変化として検
出することを特徴とする。
［作 用］ 本発明光ファイバセンサは光ファイバ内部に蛍光物質
を添加すると、ファイバの側面から入射してきた光を検
出できることを利用したものである。本発明の光ファイ
バセンサの構成は、センサ部である蛍光ファイバに光検
出器を直結したものや、蛍光ファイバと光検出器との間
に、蛍光を効率よく光検出器に導く光ファイバを配置し
たものなどがある。また、センサ部として複数の蛍光フ
ァイバをシート状や直線状に並べてもよい。以下、原理
について説明する。
を添加すると、ファイバの側面から入射してきた光を検
出できることを利用したものである。本発明の光ファイ
バセンサの構成は、センサ部である蛍光ファイバに光検
出器を直結したものや、蛍光ファイバと光検出器との間
に、蛍光を効率よく光検出器に導く光ファイバを配置し
たものなどがある。また、センサ部として複数の蛍光フ
ァイバをシート状や直線状に並べてもよい。以下、原理
について説明する。
蛍光ファイバの側面から照射された励起光により、照
射を受けた蛍光ファイバ内の蛍光物質がすべて発光す
る。この蛍光のうち、臨界角以内で芯−鞘界面に入射し
てきた光は芯内を伝搬していくので、蛍光ファイバは、
側面から照射された光を検出できる。また、長さ方向に
わたって蛍光が加算され、蛍光ファイバの長さが長くな
るにつれて端面から放射される蛍光の発光出力は次第に
増加していく。しかし、蛍光ファイバの伝送損失によ
り、蛍光ファイバの長さがある長さ以上になると飽和に
達し、それ以上長くしても端面から放射される蛍光強度
はほとんど増加しなくなる。飽和に達するまでの長さ
は、蛍光ファイバの伝送損失のある関数で表され、伝送
損失が低いほど飽和するまでの蛍光ファイバ長が長くな
る。本発明の光ファイバセンサでは、使用する蛍光ファ
イバの長さを、上記の、端面からの蛍光発光出力が飽和
に達する長さよりも短いところに限定する。この範囲内
に蛍光ファイバ長があるということは、一方の端面付近
にある蛍光物質が発し、芯内を透過して、もう一方の端
面まで到達した蛍光も、検出器にかかるだけの十分な光
出力を保持していることを意味する。次に、位置検出の
方法について説明する。
射を受けた蛍光ファイバ内の蛍光物質がすべて発光す
る。この蛍光のうち、臨界角以内で芯−鞘界面に入射し
てきた光は芯内を伝搬していくので、蛍光ファイバは、
側面から照射された光を検出できる。また、長さ方向に
わたって蛍光が加算され、蛍光ファイバの長さが長くな
るにつれて端面から放射される蛍光の発光出力は次第に
増加していく。しかし、蛍光ファイバの伝送損失によ
り、蛍光ファイバの長さがある長さ以上になると飽和に
達し、それ以上長くしても端面から放射される蛍光強度
はほとんど増加しなくなる。飽和に達するまでの長さ
は、蛍光ファイバの伝送損失のある関数で表され、伝送
損失が低いほど飽和するまでの蛍光ファイバ長が長くな
る。本発明の光ファイバセンサでは、使用する蛍光ファ
イバの長さを、上記の、端面からの蛍光発光出力が飽和
に達する長さよりも短いところに限定する。この範囲内
に蛍光ファイバ長があるということは、一方の端面付近
にある蛍光物質が発し、芯内を透過して、もう一方の端
面まで到達した蛍光も、検出器にかかるだけの十分な光
出力を保持していることを意味する。次に、位置検出の
方法について説明する。
蛍光物質の励起光下に本発明の光ファイバセンサを置
くと、蛍光ファイバがある一定の強さで発光する。も
し、蛍光ファイバの上を物体が通過したり、励起光をさ
えぎるように動いていったとすると、蛍光ファイバ上に
当たる励起光量が減少するので、発光量も減少する。本
発明に使用する蛍光ファイバの長さは、蛍光発光出力が
飽和に達する長さよりも短いので、この減少量は、蛍光
ファイバの光検出器側の端面と、物体の通過点との距離
に、ほぼ比例する。つまり、減少量の大きさから距離が
わかるのである。よって１本の蛍光ファイバを使うだけ
で、蛍光ファイバ上の物体通過位置を検出できる。
くと、蛍光ファイバがある一定の強さで発光する。も
し、蛍光ファイバの上を物体が通過したり、励起光をさ
えぎるように動いていったとすると、蛍光ファイバ上に
当たる励起光量が減少するので、発光量も減少する。本
発明に使用する蛍光ファイバの長さは、蛍光発光出力が
飽和に達する長さよりも短いので、この減少量は、蛍光
ファイバの光検出器側の端面と、物体の通過点との距離
に、ほぼ比例する。つまり、減少量の大きさから距離が
わかるのである。よって１本の蛍光ファイバを使うだけ
で、蛍光ファイバ上の物体通過位置を検出できる。
本発明の蛍光ファイバの母体や、蛍光ファイバと光検
出器とをつなぐ光ファイバには、公知の光ファイバが使
用できる。例えば、石英ファイバ，多成分ガラスファイ
バ，ポリマークラッド石英ファイバ，ポリメチルメタク
リレート，ポリスチレン，ポリカーボネートなどを芯と
したプラスチック光ファイバなどである。蛍光物質にも
公知のものが使用可能である。例えば、ブチルPBD,ジメ
チルPOPOPなどのシンチレータ物質，アントラキノン，
ペリレン，クマリン，ローダミン6Gなどの有機蛍光物
質、アルカリハライド、酸化物，酸素酸塩などの無機蛍
光物質、ユーロピウム，ネオジウム，サマリウムなどの
希土類元素のイオンおよび錯体などから、添加したい蛍
光ファイバ母材との相溶性・耐熱性などを考慮して使う
ことができる。
出器とをつなぐ光ファイバには、公知の光ファイバが使
用できる。例えば、石英ファイバ，多成分ガラスファイ
バ，ポリマークラッド石英ファイバ，ポリメチルメタク
リレート，ポリスチレン，ポリカーボネートなどを芯と
したプラスチック光ファイバなどである。蛍光物質にも
公知のものが使用可能である。例えば、ブチルPBD,ジメ
チルPOPOPなどのシンチレータ物質，アントラキノン，
ペリレン，クマリン，ローダミン6Gなどの有機蛍光物
質、アルカリハライド、酸化物，酸素酸塩などの無機蛍
光物質、ユーロピウム，ネオジウム，サマリウムなどの
希土類元素のイオンおよび錯体などから、添加したい蛍
光ファイバ母材との相溶性・耐熱性などを考慮して使う
ことができる。
ただし、検出部形状に合わせて容易に形状を変形でき
る充分な可撓性を持ち、かつ、充分な蛍光発光出力を得
るには、大口径で透明性・可撓性に優れるポリメチルメ
タクリレートを芯材としたプラスチック光ファイバを使
用することが望ましい。また、伝送損失の低いポリメチ
ルメタクリレートを芯としたプラスチック蛍光ファイバ
を得るには、蛍光物質として、ユーロピウムに配位した
ヘキサフルオロアセチルアセトン・トリオクチルフォス
フィンオキシド共同配位子錯体を用いるのが望ましい。
また、蛍光波長における伝送損失が大き過ぎると、端面
からの蛍光発光出力が飽和に達する長さが短くなりすぎ
て、実用的でなくなる。伝送損失としては10000dB/km以
下であることが必要である。
る充分な可撓性を持ち、かつ、充分な蛍光発光出力を得
るには、大口径で透明性・可撓性に優れるポリメチルメ
タクリレートを芯材としたプラスチック光ファイバを使
用することが望ましい。また、伝送損失の低いポリメチ
ルメタクリレートを芯としたプラスチック蛍光ファイバ
を得るには、蛍光物質として、ユーロピウムに配位した
ヘキサフルオロアセチルアセトン・トリオクチルフォス
フィンオキシド共同配位子錯体を用いるのが望ましい。
また、蛍光波長における伝送損失が大き過ぎると、端面
からの蛍光発光出力が飽和に達する長さが短くなりすぎ
て、実用的でなくなる。伝送損失としては10000dB/km以
下であることが必要である。
［実施例］ 以下に、実施例により本発明を更に詳しく説明する
が、本発明はこの実施例によって何ら限定されるもので
はない。
が、本発明はこの実施例によって何ら限定されるもので
はない。
蛍光物質として、ユーロピウムに配位したヘキサフル
オロアセチルアセトン・トリオクチルフォスフィンオキ
シド共同配位子錯体を用いた。そして、芯材にメチルメ
タクリレート樹脂を用い、鞘材にフッ化メタクリレート
樹脂を用いたプラスチック光ファイバの芯内に、上記蛍
光物質を2wt％添加した。
オロアセチルアセトン・トリオクチルフォスフィンオキ
シド共同配位子錯体を用いた。そして、芯材にメチルメ
タクリレート樹脂を用い、鞘材にフッ化メタクリレート
樹脂を用いたプラスチック光ファイバの芯内に、上記蛍
光物質を2wt％添加した。
第１図にこのプラスチック光ファイバの伝送損失スペ
クトルを示す。測定は10m−1mのカットバック法による
もので、入射角は0.15ラジアンである。図示されるよう
に、このプラスチック光ファイバの伝送損失は波長850n
m以下の広い範囲にわたって5000dB/km以下であり、特に
波長640〜700nmの範囲では1000dB/kmという低い損失を
示す。
クトルを示す。測定は10m−1mのカットバック法による
もので、入射角は0.15ラジアンである。図示されるよう
に、このプラスチック光ファイバの伝送損失は波長850n
m以下の広い範囲にわたって5000dB/km以下であり、特に
波長640〜700nmの範囲では1000dB/kmという低い損失を
示す。
励起光源に紫外線ランプを用い、上記プラスチック蛍
光ファイバの長さを変えて、一方の端面から放射される
蛍光発光出力がどう増加するか測定した。光パワーメー
ターとして、安藤電気（株）製AQ−2101センサ部AQ−27
02を使用した。測定値および計算によって得られた結果
を第２図に示す。第２図に示すとおり、測定値と計算値
はよく一致し、発光蛍光出力が飽和する長さは、約10m
であることがわかった。本発明の光ファイバセンサは、
蛍光発光出力が飽和に達する長さより短い長さで使用す
る。特に、 l:蛍光ファイバの長さ［ｍ］ a:蛍光ファイバの伝送損失［dB/m］ Ｐ（l,a）：長さｌの蛍光ファイバの一方の端面からの
蛍光発光出力 Ｐ（∞,a）：蛍光ファイバの一方の端面からの飽和した
蛍光発光出力 とした時、次式 で定義される長さl0［ｍ］に対し、蛍光ファイバの長さ
ｌを ｌ≦l0 とすることによって、すぐれた感度を得ることができ
る。
光ファイバの長さを変えて、一方の端面から放射される
蛍光発光出力がどう増加するか測定した。光パワーメー
ターとして、安藤電気（株）製AQ−2101センサ部AQ−27
02を使用した。測定値および計算によって得られた結果
を第２図に示す。第２図に示すとおり、測定値と計算値
はよく一致し、発光蛍光出力が飽和する長さは、約10m
であることがわかった。本発明の光ファイバセンサは、
蛍光発光出力が飽和に達する長さより短い長さで使用す
る。特に、 l:蛍光ファイバの長さ［ｍ］ a:蛍光ファイバの伝送損失［dB/m］ Ｐ（l,a）：長さｌの蛍光ファイバの一方の端面からの
蛍光発光出力 Ｐ（∞,a）：蛍光ファイバの一方の端面からの飽和した
蛍光発光出力 とした時、次式 で定義される長さl0［ｍ］に対し、蛍光ファイバの長さ
ｌを ｌ≦l0 とすることによって、すぐれた感度を得ることができ
る。
長さ5mの上述したプラスチック光ファイバ１に、光パ
ワーメーター２（安藤電気（株）製AQ−2101センサ部AQ
−2702）を接続して、本発明の光ファイバセンサを構成
した。この光ファイバセンサを、明るさ約17000ルクス
の屋外に置き、プラスチック蛍光ファイバ１上の点A,B,
C,DおよびＥ上を順次歩いて横切った。各点Ａ〜Ｅのそ
れぞれの間隔は1mである。この様子を第３図に示す。こ
のときの蛍光発光出力の変化を第４図に示す。光パワー
メーターより離れるにしたがい、蛍光発光出力の減少を
示すピークが小さくなっていることが分かる。このよう
に蛍光発光出力の減少の度合いによって、横切った位置
を判断することができる。
ワーメーター２（安藤電気（株）製AQ−2101センサ部AQ
−2702）を接続して、本発明の光ファイバセンサを構成
した。この光ファイバセンサを、明るさ約17000ルクス
の屋外に置き、プラスチック蛍光ファイバ１上の点A,B,
C,DおよびＥ上を順次歩いて横切った。各点Ａ〜Ｅのそ
れぞれの間隔は1mである。この様子を第３図に示す。こ
のときの蛍光発光出力の変化を第４図に示す。光パワー
メーターより離れるにしたがい、蛍光発光出力の減少を
示すピークが小さくなっていることが分かる。このよう
に蛍光発光出力の減少の度合いによって、横切った位置
を判断することができる。
［発明の効果］ 以上説明したように、内部に蛍光物質を添加した蛍光
ファイバをセンサとして使用することによって、加工時
間や加工コストのかからない、構成の簡単な、位置セン
サを作ることができた。
ファイバをセンサとして使用することによって、加工時
間や加工コストのかからない、構成の簡単な、位置セン
サを作ることができた。
第１図は本発明実施例におけるプラスチック蛍光ファイ
バの伝送損失スペクトル図、 第２図はプラスチック蛍光ファイバの端面からの蛍光発
光出力のファイバ長による変化を示す特性図、 第３図は本発明光ファイバセンサの使用状況を説明する
図、 第４図は本発明実施例による位置検出結果を示す出力特
性図である。 １……プラスチック蛍光ファイバ、 ２……光パワーメータ。
バの伝送損失スペクトル図、 第２図はプラスチック蛍光ファイバの端面からの蛍光発
光出力のファイバ長による変化を示す特性図、 第３図は本発明光ファイバセンサの使用状況を説明する
図、 第４図は本発明実施例による位置検出結果を示す出力特
性図である。 １……プラスチック蛍光ファイバ、 ２……光パワーメータ。
Claims (3)
- 【請求項１】蛍光物質を内部に含む蛍光ファイバからな
るセンサ部と、該センサ部の蛍光出力を検出する検出部
とを具え、前記蛍光ファイバの長さｌ［ｍ］が、ａを蛍
光ファイバの伝送損失［dB/m］,P（l,a）を蛍光ファイ
バの一方の端面からの蛍光発光出力、Ｐ（∞,a）を蛍光
ファイバの一方の端面からの飽和した蛍光発光出力とし
た時、 で定義される長さl0［ｍ］に対し、ｌ≦l0であることを
特徴とする光ファイバセンサ。 - 【請求項２】前記蛍光ファイバの、蛍光波長における伝
送損失が、10000dB/km以下であることを特徴とする請求
項１に記載の光ファイバセンサ。 - 【請求項３】請求項１に記載の光ファイバセンサのセン
サ部を前記蛍光物質の励起光下に置き、該センサ部の任
意の点上における前記励起光の遮断を前記蛍光ファイバ
の蛍光出力の変化として検出することを特徴とする光フ
ァイバセンサの使用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197857A JP2559818B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 光ファイバセンサおよびその使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197857A JP2559818B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 光ファイバセンサおよびその使用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0247502A JPH0247502A (ja) | 1990-02-16 |
| JP2559818B2 true JP2559818B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=16381487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63197857A Expired - Lifetime JP2559818B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 光ファイバセンサおよびその使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2559818B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2519757Y2 (ja) * | 1990-10-30 | 1996-12-11 | 株式会社安川電機 | 光電式エンコーダ |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP63197857A patent/JP2559818B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0247502A (ja) | 1990-02-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |