JPH03111741A - 光学式センサ - Google Patents

光学式センサ

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JPH03111741A
JPH03111741A JP25089189A JP25089189A JPH03111741A JP H03111741 A JPH03111741 A JP H03111741A JP 25089189 A JP25089189 A JP 25089189A JP 25089189 A JP25089189 A JP 25089189A JP H03111741 A JPH03111741 A JP H03111741A
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JP
Japan
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light guide
light
transparent light
transparent
engine oil
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Pending
Application number
JP25089189A
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English (en)
Inventor
Ryoichi Sugawara
良一 菅原
Toshiki Ito
俊樹 伊藤
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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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】 [産業上の利用分野] この発明は、光学式センナに関するものである。
[従来技術] 従来、特開昭60−111945号公報には、液体の有
無と液体の汚れを同時に検出できる光学式センサが示さ
れている。これは、第11図及び第12図に示すように
、光ファイバ1,2の端部とミラ一部3との間の空隙4
に液体が満たされると出力が変化する特性を利用したセ
ン勺である。
[発明が解決しようとする課題] ところが、このセンサは液体の透過率に基因する特性を
利用するものであるから、透過率の減少が若しい汚れ(
エンジンオイルの場合、10−5程度にまで低下)を検
出するためには空隙4を極めて小さく(少なくとも、0
.1mm以下)する必要がある。しかし、45°に傾い
たミラ一部3があるので不可能である。又、小さな空隙
を実現できたとしても、液体がその間に溜りやすいため
液面の検出(液体の有無の検出)ができなくなる。
この発明の目的は、透過率低下の著しい媒質も検出でき
る光学式センサを提供することにある。
[課題を解決するための手段] この発明は、棒状の充実体からなり、被検出媒質の屈折
率より大きな屈折率を有する透明導光体と、前記透明導
光体の一端に接続された発光・受光部と、前記透明導光
体の他端に設【プられ、当該透明導光体中を伝搬する光
を反射させるミラーとを備え、前記発光・受光部による
発光強度に対する受光強度を検出することにより前記透
明導光体の周囲の被検出媒質の状態を検出するようにし
だをその要旨とするものである。
[作用コ 発光部から透明導光体中に光が発せられ、ミラーにて透
明導光体中を伝搬する光が反射され、受光部にてその光
が受光される。この光の伝搬において透明導光体とその
周囲の被検出媒質との界面における光の全反射条件の変
化及びしみ出し光の吸収により、被検出媒質の状態に応
じて透明導光体中を伝搬する光の減衰率が異なり、これ
により媒質の状態が検出される。
[実施例] 以下、この発明をエンジンオイルの有無及び汚れを検出
するセンサに具体化した一実施例を図面に従って説明す
る。
第1図及び第2図に示すように、棒状の透明導光体11
はBK7ガラスの充実体よりなる。この透明導光体11
は光ファイバ12の一端面に光学接着剤を用いて接続さ
れている。透明導光体11は光ファイバ12との接続に
おいて光の授受が低損失で行われるように径を光ファイ
バ12のコア部と同程度としている。
透明導光体11の他端面は鏡面研磨され、この面にアル
ミ(A、Q>、銅(C0)等の金屈材利の真空蒸着法に
てミラー13が形成されている。このミラー13は透明
導光体11の軸線方向りに直交した面に形成されている
。又、光ファイバ12の他端は2つに分岐され、発光ダ
イオードや半導体レーザ等による発光部14と、フォ1
〜ダイオードやフォトトランジスタ等による受光部15
がそれぞれ接続されている。
尚、発光部14と受光部15とは本実施例では部分岐形
光ファイバを用いて分離したが、他にもビームスプリッ
タやハーフミラ−等の使用による分離用光回路を用いて
分離してもよい。又、透明導光体11の断面形状は円形
でも正方形でもよい。
ざらに、ミラー13はガラスに形成されたミラーを光学
接着剤により透明導光体11の端面に接着してもよい。
そして、発光部14にて発光された光は、光ファイバ1
2に入射して伝搬し透明導光体11へ至る。透明導光体
11は光ファイバ12のコア径と同程度の太さとなって
いるため光ファイバ12より出射される光は低損失で透
明導光体11に入射し、伝搬する。透明導光体11内を
伝搬する光は、透明導光体11の側面で反射されるため
にこの中に閉じ込められることになり、ミラー13に至
る。
ミラー13で反射された光は同様に再び透明導光体11
内を伝搬し、光ファイバ12に入射する。
入射した光は光ファイバ12を伝搬し、受光部15へ至
り検出される。このとき、透明導光体11内を伝搬でき
る光は、透明導光体11の屈折率n1と、透明導光体1
1の周囲媒質の屈折率n2とによって決まる。即ち、透
明導光体11の側−面(周囲媒質との界面)に角度θC θC=CO5(n2 /n1  > より大きな角度で入射する光は透明導光体11内を伝搬
することができず、周囲媒質中へ漏洩する。
第3図に示すように周囲媒質が空気であるときn2=1
、あるいは、第4図に示すように油などではn2=1.
4〜1.6であるから、透明導光体11が空気中にある
場合と油中にある場合とで伝搬できる臨界角θCの差異
に起因して受光部15で検出できる光強度が異なるので
、油などの流体の有無が検出できる。
又、第5図に示すように、透明導光体11内を伝搬する
光の電磁界分布が界面のわずか外側(周囲媒質中)にし
み出す、いわゆるエバネツセン1〜波に注目し、この電
磁界が周囲媒質の汚れによって吸収される性質を利用し
て液体(エンジンオイル)の汚れ具合が検出される。つ
まり、受光部15の出力を図示しない処理系(例えば、
マイコン)が受けて、第6図に示すように、受光部15
での相対出力値を検出することによりエンジンオイル有
無の検出とエンジンオイルの汚れ度合を検出することが
できる。
次に、このような検出を行なうための透明導光体11の
材料の選択について説明すると、第7図には、ディーゼ
ルエンジン用のエンジンオイル(新油のときの屈折率1
.480>を使用し、透明導光体11の材質を変えて受
光部15の出力を測定した結果を示す。ここで、劣化油
とは走行5000km後のエンジンオイルである。
第7図から明らかなように、屈折率がエンジンオイルよ
り小さな石英ガラス(屈折率1.458>及びパイレッ
クスガラス(屈折率1.47>を用いた場合には、エン
ジンオイルの有無が検出できるがエンジンオイルの劣化
が検出できない。つまり、屈折率がエンジンオイルより
小ざな材料を使用すると、光が全てエンジンオイル中に
漏洩してしまうためエンジンオイルの劣化が測定できな
い。
又、屈折率がエンジンオイルより大きなりK7ガラス(
屈折率1.516>を用いた場合には、エンジンオイル
の有無と劣化が両方検出できることが分る。この場合、
屈折率がエンジンオイルより大きな材料を使用すると、
光の閉じ込め効果が強いために石英ガラスやパイレック
スガラスを使用した場合に比ベエンジンオイルの有無の
検出感度が低下する。
つまり、エンジンオイルの劣化を検出するためにはオイ
ルより屈折率の大きな材料で透明導光体11を作製する
必要がおり、このことは光の閉じ込めを強くするのでエ
ンジンオイルの有無の検出感度が低下する。このため、
光の閉じ込めをできるだけ弱くするために、エンジンオ
イルの屈折率より僅かに大きなりK7ガラスを用いてい
る。
これをさらに詳細に説明すると、第8図には横軸に透明
導光体11の屈折率n1をとり、縦軸に受光部15での
相対出力をとった場合における、周囲媒質の透過率α−
1及びα=10’の特性を示す。又、第9図には横軸に
透明導光体11の屈折率n1をとり、縦軸に残量検出感
度(オイルの有無の感度)とオイル劣化検出感度をとっ
た場合における、周囲媒質の透過率α=1及びα=10
−5の特性を示す。この第9図から明らかなように、石
英ガラスやパイレックスガラスでは、オイル劣化が検出
できないが、BK7ガラスでは残厘検出とオイル劣化検
出を行なうことができることが分る。
このように本実施例では、棒状の充実体からなり、被検
出媒質(エンジンオイル)の屈折率より大きな屈折率を
有する透明導光体11と、透明導光体11の一端に接続
された発光・受光部14゜15と、透明導光体11の他
端に設けられ、透明導光体11中を伝搬する光を反射さ
せるミラー13とを備える。そして、発光部14から透
明導光体11中に光が発せられ、ミラー13にて透明導
光体11中を伝搬する光が反射され、受光部15にてそ
の光が受光されるが、この光の伝搬において透明導光体
11とその周囲の被検出媒質(エンジンオイル)との界
面における光の全反射条件の変化及びしみ出し光の吸収
により、被検出媒質(エンジンオイル)の状態に応じて
透明導光体11中を伝搬する光の減衰率が異なり、これ
により媒質の状態、つまり、エンジンオイルの有無及び
汚れ具合を検出することができる。
よって、従来のセンサは液体の透過率に基因する特性を
利用するものであるから、透過率の減少が著しい汚れ(
エンジンオイルの場合、10−5程度にまで低下)を検
出するためには空隙4を極めて小さくする必要があるが
、45°に傾いたミラ一部3があるので不可能であると
ともに小さな空隙を実現できたとしても液体がその間に
溜りやすいため液面の検出ができなくなるが、本実施例
では空隙は必要ないので、このようなことがなく、透過
率低下の著しい媒質(汚れが著しいエンジンオイル)も
検出できることとなる。
尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
第10図のように実施してもよい。即ち、ミラー13を
透明導光体11の端面に角度をつけて形成するものであ
る。これは、本発明のセンサは透明導光体11と周囲媒
質との界面における光の全反射条件の変化及びしみ出し
光の吸収を利用するものであることから、透明導光体1
1内の伝搬光を界面に向けて反射させることにより有効
に界面での作用を行なわせるものである。尚、BK7ガ
ラスを用いた透明導光体11の軸線方向L(光の伝搬方
向)とミラー13の法線とでなす角度θを変えて実験し
たところ、θ=6°ではオイルの有無、劣化共に検出感
度40%以上が得られた。
又、同様の効果を発揮させるために、透明導光体11を
円弧状に曲げてもよい。
さらに、他の応用例としては、上記実施例では光ファイ
バ12を介して透明導光体11と発光部14及び受光部
15を接続したが、光ファイバを使用せずに直接、発光
部14及び受光部15を透明導光体11の端部に配置し
てもよい。
さらには、透明導光体11は単一の材料ではなくてもよ
く、例えば、石英ガラスとBK7ガラスを適当な寸法の
組み合わせで直列に接続してもよい。
[発明の効果] 以上詳述したようにこの発明によれば、透過率低下の著
しい媒質も検出できる優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例の光学式センサの要部を示す図、第2図
は光学式センナを示す図、第3図は空気中での透明導光
体中の光の伝搬を説明するための図、第4図は液体中で
の透明導光体中の光の伝搬を説明するための図、第5図
は汚れた液体中での透明導光体中の光の伝搬を説明する
ための図、第6図は受光部での相対出力値とエンジンオ
イル有無及びエンジンオイルの汚れ度合の関係を示す図
、第7図は空気中、新油、劣化油での受光部での出力値
を示す図、第8図は透明導光体の屈折率と受光部での相
対出力との関係を示す図、第9図は透明導光体の屈折率
と残量検出感度及びオイル劣化検出感度を示す図、第1
0図は別例の光学式センサの要部を示す図、第11図は
従来技術を説明するための図、第12図は従来技術を説
明するための図である。 11は透明導光体、13はミラー 14は発光部、15
は受光部。 1′3ミラー 14発光部 第9図 エンジンオイルの)#r率

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、棒状の充実体からなり、被検出媒質の屈折率より大
    きな屈折率を有する透明導光体と、 前記透明導光体の一端に接続された発光・受光部と、 前記透明導光体の他端に設けられ、当該透明導光体中を
    伝搬する光を反射させるミラーとを備え、 前記発光・受光部による発光強度に対する受光強度を検
    出することにより前記透明導光体の周囲の被検出媒質の
    状態を検出するようにしたことを特徴とする光学式セン
    サ。
JP25089189A 1989-09-27 1989-09-27 光学式センサ Pending JPH03111741A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5548393A (en) * 1993-07-05 1996-08-20 Nippondenso Co., Ltd. Oil deterioration detection apparatus and apparatus for detecting particles in liquid
US7339657B2 (en) 2001-10-11 2008-03-04 Sentelligence, Inc. Low-cost on-line and in-line spectral sensors based on solid-state source and detectors combinations for monitoring lubricants and functional fluids
US7459713B2 (en) 2003-08-14 2008-12-02 Microptix Technologies, Llc Integrated sensing system approach for handheld spectral measurements having a disposable sample handling apparatus
KR101068463B1 (ko) * 2009-05-13 2011-09-28 한국과학기술원 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서

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