JPH0345783B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、油等の液体を光学的に感知する液体
感知器に関するものである。

最近、石油備蓄基地や石油化学プラント等で油
漏れ事故が多発しており、この様な事故を早期に
発見する為の法的規制等によつて、信頼度の高い
感知器が必要とされている。

第１図及び第２図は、この様な感知器の１つの
従来例であるポリマクラツド光フアイバを示して
いる。このポリマクラツド光フアイバ１は、石英
から成るコア２と屈折率が石英よりも小さなシリ
コン樹脂等のポリマ（高分子材料）から成るクラ
ツド３とを有している。

油漏れが発生していない状態、つまり光フアイ
バ１に油が付着していない状態では、光フアイバ
１の一端からこの光フアイバ１内へ入射した光i₁
は、第１図に示す様に、コア２とクラツド３との
界面で全反射を繰り返しながら、低損失で他端ま
で伝播する。

ところが、屈折率の大きな油が光フアイバ１に
付着してクラツド３内へ浸潤すると、クラツド３
の屈折率が高くなる。この結果、光フアイバ１内
へ入射した光i₁の中には、第２図に示す様に、コ
ア２とクラツド３との界面で全反射せずに屈折
し、コア２外へ出て行く光が生じる。

この為に、光フアイバ１中に全反射しながら伝
播する光の量が、油の浸潤前に比べて減少する。
従つて、光フアイバ１の一端には光源を、また他
端には受光器を夫々配置して、伝播光量の変化を
監視すれば、油漏れを感知することができる。

ところで、光フアイバ１の径は非常に小さいの
で、油漏れが発生した場所に光フアイバ１が正確
に位置していなければ、この油漏れを感知するこ
とができない。つまり、光フアイバ１では油漏れ
を言わば線状にしか感知することができない為
に、油漏れを見逃す確率が高くて、信頼度の高い
感知器とは成り得ない。

本発明は、この様な問題点に鑑み、広い範囲に
亘つて液体を感知することができる液体感知器を
提供することを目的としている。

以下、本発明の一実施例を第３図〜第５図を参
照しながら説明する。

第３図及び第４図は、本発明の一実施例を示す
夫々斜視図及び縦断面図である。屈折率がn₁であ
る透光性の基板１１中には、n₁よりも大きな屈折
率n₂を有する光導波路１２が形成されている。

光導波路１２は、その入射端１２Ａと出射端１
２Ｂとの間で２本の分岐路１２Ｃに分岐してい
る。入射端１２Ａと出射端１２Ｂとの近傍の光導
波路１２は基板１１中に完全に埋め込まれている
が、分岐路１２Ｃは基板１１の表面１１Ａに露出
している露出部１２Ｄをその略全長に亘つて有し
ている。

露出部１２Ｄとこの露出部１２Ｄに連なつてい
る表面１１Ａとは、共に被覆層１３によつて覆わ
れている。被覆層１３は、n₁及びn₂の何れよりも
小さな屈折率n₃を有し且つ液体の浸潤が可能な材
質、例えばシリコン樹脂から成つている。

基板１１、光導波路１２及び被覆層１３の夫々
の屈折率n₁，n₂，n₃は、上述の様にn₂＞n₁＞n₃と
なる様に選定されている。この為に、光導波路１
２中を伝播可能な光は、光導波路１２と基板１１
との界面に於ける臨界角θ₁によつて決定される。

もし、屈折率の大きな油等が被覆層１３に付着
してこの被覆層１３内へ浸潤することによつて、
n₃がn₁よりも大きくなると、夫々の屈折率間の関
係はn₂＞n₃＞n₁となる。従つて、この場合に光導
波路１２中を伝播可能な光は、上述の臨界角θ₁で
はなく光導波路１２と被覆層１３との界面に於け
る臨界角θ₂によつて決定される。

ところが、θ₂はθ₁よりも大きいので、全反射の
割合が減少して伝播光量も減少し、油漏れを感知
することができる。しかも、被覆層１３は露出部
１２Ｄのみならずこの露出部１２Ｄに連なつてい
る表面１１Ａをも覆つており、露出部１２Ｄ以外
の部分で被覆層１３に付着した油が露出部１２Ｄ
の部分にまで浸潤可能であり、更にまた光導波路
１２が２本の分岐路１２Ｃに分岐しているので、
光導波路１２の径よりもはるかに広い範囲に亘つ
て面状に油漏れを感知することができる。

従つて、この為には、露出部１２Ｄの径の少な
くとも1.5倍以上の巾で、被覆層１３が露出部１
２Ｄを覆つていることが望ましい。

なお、基板１２の材質として石英ガラス或いは
プラスチツクを夫々用いた場合は、光フアイバ等
の製作に利用されている火炎加水分解法、或いは
光重合法等の周知の技術を夫々利用することによ
つて、光導波路１２を形成することができる。こ
の光導波路１２の軸心に垂直な断面に於ける屈折
率分布は、均一であつてもよいし勾配を有してい
てもよい。

そして、以上の様な構成を有する感知器１４の
光導波路１２の入射端１２Ａと出射端１２Ｂとに
は、夫々入力用及び出力用の光フアイバ１５が接
続されている。

具体例 １ 基板１１を石英ガラスで構成し、被覆層１３を
シリコン樹脂で構成すると、上記の夫々の屈折率
はn₁＝1.456、n₂＝1.47、n₃＝1.405であり、臨界
角はθ₁＝82.1゜、θ₂＝72.9゜である。

そして、1.47の屈折率を有する油が被覆層１３
に浸潤すると、この被覆層１３の屈折率n₃が1.46
まで増大して、θ₂＝83.3゜となる。この結果、θ₂＞
θ₁となつて全反射の割合が減少し、伝播光量が減
少して油漏れを感知することができる。

この具体例１の様に基板１１を石英ガラスで構
成すれば、光フアイバ１５として伝送損失の少な
いガラス光フアイバを使用しても、この光フアイ
バ１５と基板１１とを融着等によつて容易に接続
することができる。従つて、油漏れ事故が発生し
た場合、油が浸潤して再使用できなくなつた感知
器１４のみを容易に取り替えることができる。

具体例 ２ 基板１１をプラスチツクで構成し、被覆層１３
をシリコン樹脂で構成すると、上記の夫々の屈折
率はn₁＝1.44、n₂＝1.48、n₃＝1.405であり、臨界
角はθ₁＝76.6゜、θ₂＝71.7゜である。

そして、1.458の屈折率を有する油が被覆層１
３に浸潤すると、この被覆層１３の屈折率n₃が
1.451まで増大して、θ₂＝78.6゜となる。この結果、
θ₂＞θ₁となつて全反射の割合が減少し、伝播光量
が減少して油漏れを感知することができる。

第５図は、感知器１４を適用して実際に油漏れ
を感知する為の装置を示している。まず、油タン
ク２１の油漏れが発生しそうな個所に感知器１４
を配置し、これらの感知器１４を光フアイバ１５
によつて直列若しくは並列に接続しておく。光フ
アイバ１５へは光源２２からの光を入射させ、こ
の光フアイバ１５から射出される光を光検出器２
３で検出する。そして、光検出器２３からの電気
信号を、増巾器２４及び比較器２５を介して警報
器２６へ導く。

なお、光フアイバコネクタの接続損失や光フア
イバの伝送損失の測定に利用されている後方散乱
法を併用すれば、単に油漏れを感知するのみでは
なく、油漏れの個所をも知ることができる。

以上の説明では油のみの感知について述べた
が、被覆層１３に浸潤してこの被覆層１３の屈折
率を増大させる液体であれば油に限られることな
く感知することができる。

上述の様に、本発明による液体感知器では、光
導波路の露出部以外の基板表面をも被覆層によつ
て覆う様にしているので、露出部以外の部分で液
体が被覆層に浸潤しても、この液体が露出部の部
分にまで浸潤可能であり、広い範囲に亘つて液体
を感知することができる。

しかも、光導波路を複数の分岐路に分けて夫々
の分岐路に露出部を設ける様にしているので、更
に広い範囲に亘つて液体を感知することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一従来例を示す概
略的な側断面図である。第３図及び第４図は本発
明の一実施例を示す夫々概略的な斜視図及び縦断
面図、第５図は第３図及び第４図に示した一実施
例の適用装置を示す概略図である。 なお図面に用いられた符号において、１１…基
板、１１Ａ…表面、１２…光導波路、１２Ａ…入
射端、１２Ｂ…出射端、１２Ｃ…分岐路、１２Ｄ
…露出部、１３…被覆層、１４…感知器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 透光性の基板と、入射端から出射端へ至る複
   数の分岐路を有する様に前記基板中に形成されて
   いる光導波路と、前記複数の分岐路の夫々が前記
   基板の表面に露出する様にこれらの分岐路の夫々
   に設けられている露出部と、前記光導波路の屈折
   率よりも小さな屈折率を有すると共に液体の浸潤
   が可能であり且つ前記露出部よりも広い面積でこ
   れらの露出部を覆う様に前記基板の表面に配され
   ている被覆層とを夫々具備し、前記液体の浸潤に
   よる前記被覆層の屈折率の増大に伴い前記光導波
   路中を前記複数の分岐路の夫々を経由して前記入
   射端から前記出射端へ伝播する光の量が減少する
   ことによつて前記液体を感知する様にした液体感
   知器。