JPH10267732A - 光ファイバセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明な液体の中の不透明な物質を、連続的に
検出することが可能な光ファイバセンサを提供する。 【解決手段】 光ロッド１の長手方向にスリット１Ｂを
設けるとともに、光源６に接続した送信側光ファイバの
先端部と、受光部７に接続した受信側光ファイバの先端
部とを対向させてなる検出部５を、光ロッド１の長手方
向に設けた空洞部１Ａ内で移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体などの流動性
物質のレベル検知などとして利用することのできる光フ
ァイバセンサに関するものであり、特に土木建設関係に
おいて、水の中に推積している、例えば、泥やスライム
等の不透明な物質の識別に適した光ファイバセンサに関
するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、レッド測深法と呼ばれる方法があ
り、水中のどの部分に泥やスライムなどの固形物がある
かは、棒や重りで水の中を探り、その時の手の感触によ
って泥などの固形物の有無を調べていた。

【０００３】このような従来の方法では、能率が悪く、
しかも、どの部分に固形物があるかを詳細かつ正確に検
出することが困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、透過式測定
法の改良であり、かかる従来の問題点を解決し、正確か
つ詳細に、水と泥の識別が可能な光ファイバセンサを提
供することを課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために鋭意検討を重ねた結果、透明な光ガイド
にスリットを設けるとともに、検出部を移動させること
を考え、本発明を完成するに至った。

【０００６】即ち、本発明は、光源に接続した入力側光
ファイバの先端部と受光部に接続した出力側光ファイバ
の先端部とを対向させてなる検出部を光ロッドの長手方
向に設けた空洞部内に移動可能に設けると共に、入力側
光ファイバの先端部と出力側光ファイバの先端部との間
の光路をさえぎる位置に、光ロッドの長手方向に延在す
るスリットを設けたことを特徴とする光ファイバセンサ
である。

【０００７】さらに、本発明は、光ロッドの長手方向に
光路を変更する手段を設けた光ファイバセンサである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は、本発明の光ファイバセンサの一例を示
す斜視図、図２は、その概略断面図、図３は、図２のＡ
−Ａ線矢視断面図、図４は、検出部５の詳細図である。
図１〜３において、１は光ロッド、１Ａは光ロッド１の
長手方向に設けた空洞部、１Ｂは光ロッド１の長手方向
に設けたスリット、２は光伝送路であり、入力側光ファ
イバ３及び出力側光ファイバ４とで構成される。５は検
出部、６は光源、７は受光部であり、入力側光ファイバ
３が光源６に、出力側光ファイバ４が受光部７にそれぞ
れ接続されている。９は光路変更手段である。

【０００９】検出部５は、図４に示す様に、光伝送路２
を構成する入力側光ファイバ３及び出力側光ファイバ４
の２つの光ファイバの先端部を対向させて、光ファイバ
終端固定金具８によって固定することにより構成されて
いる。

【００１０】ここで、２つの光ファイバ３、４の先端部
を対向させるとは、入力側光ファイバ３の先端部からの
光が光路変更手段９で反射して、最終的に出力側光ファ
イバ４の先端部に入射するような位置関係に光ファイバ
３、４の先端部が配設されていることを意味する。

【００１１】そして、各々の光ファイバ３、４の先端部
はファイバの長手方向に対して斜め４５°に平面状にカ
ットされている。カット面３ａ及び４ａは下向きとなっ
ており、光はこのカット面３ａ及び４ａで９０°方向が
変わり、光路変更手段９と光ファイバ３、４の先端部間
で光路が９０°変化することになる。なお、光ファイバ
３、４の先端部は、平面状に研磨あるいはミラーが接合
されていても良い。

【００１２】従って、入力側光ファイバ３に入光した光
は、先端部の４５°のカット面３ａで上方に向かって９
０°方向を変え、一度光ファイバ外に出た光はスリット
１Ｂを経由した後、光路変更手段９の左側の斜め４５°
のカット面９ａに入射し、この面で反射し９０°方向を
変える。

【００１３】次に、図３、図４に示す様に、光路変更手
段９で反射した光は、今度は、光路変更手段９の右側の
斜め４５°のカット面９ｂへ入射後再び９０°方向を変
える。

【００１４】次に、この反射光は再びスリット１Ｂを経
由した後、出力側光ファイバ４の先端部の４５°のカッ
ト面４ａへ入射し、ここでまた９０°方向を変え、出力
側光ファイバ４に集光されるようになっている。

【００１５】本発明は、光ロッド１の長手方向に設けら
れたスリット１Ｂ内に泥等の不透明な物質が入った時に
光の透過率が変化する現象を利用したものである。

【００１６】即ち、本発明のスリット１Ｂ内に泥等の不
透明な物質が入った時に、スリット部での光の透過率が
低下し、それに伴い、光伝送路２の一部である出力側光
ファイバ４に入射する透過光の光量が低下する。

【００１７】従って、光伝送路２の一端に設けた光源６
から光を送っていると光伝送路の端部に設けられている
受光部７での受光量の変化の有無によってスリット１Ｂ
近傍での泥等の不透明な物質の存在が検出できる。

【００１８】しかも、検出部５は光ロッド１の長手方向
に連続的に移動できるので、光ロッド１の全長に渡って
連続的な検出が可能であり、水等の透明な物体と泥等の
不透明な物質の識別ができる等、きめ細かな検出が可能
である。

【００１９】ここで、光ロッド１の寸法については任意
であるが、長さは０．１ｍ〜１０ｍ、断面が１０×１０
ｍｍ² 〜３０×３０ｍｍ² の長方形が特に好ましい。

【００２０】さらに、光ロッド１の長手方向には空洞部
１Ａが設けられている。空洞部１Ａの寸法及び形状につ
いても任意であるが、断面が４ｍｍ×４ｍｍ〜１０ｍｍ
×２０ｍｍの長方形が特に好ましい。

【００２１】また、光ロッド１の長手方向にはスリット
１Ｂが設けられている。スリット１Ｂの幅については、
１ｍｍ〜５ｍｍが特に好ましい。

【００２２】また、スリット１Ｂの深さについては、図
３に示す様に、光路の両側を遮断する様深く堀り込まれ
ていても、あるいは図５に示す様に、光路の片側を遮断
する様な浅いものでも、どちらでも良い。

【００２３】さらに、スリット１Ｂの設置箇所について
も、図６に示す様に、２つに分離した光路変更手段９の
間の光路に設ける等、各種の選択が可能である。

【００２４】光ロッド１の材質は、ガラス又はＰＭＭ
Ａ、ポリカーボネート、ＰＶＣ、ＰＥＴポリエチレン等
の樹脂で透明なものを使用する。

【００２５】また、光ロッド１内に配置されている光路
変更手段９については、プリズム、あるいは反射鏡（ミ
ラー）等各種の選択が可能である。

【００２６】次に、光伝送路２は光ファイバが主材とな
っており、外径２．２ｍｍ（クラッド径１mm）のコアが
ＰＭＭＡ樹脂、クラッドがフッ化アクリレート樹脂、シ
ースがポリエチレンのプラスチック光ファイバ、あるい
は外径２．２ｍｍ（クラッド径２３０μｍ）のＨＰＣＦ
（ハードプラスチッククラッドファイバ）、コアが石英
ガラス外径２００ミクロン、クラッドがフッ化アクリレ
ート樹脂、外径２３０ミクロン、シースがフッ素樹脂、
外径５００ミクロン、補強剤がケブラー、外部被覆部材
が塩化ビニル等が用いられる。

【００２７】次に、光ファイバ終端固定金具８は、金属
あるいは樹脂製の物が使用される。寸法については、空
洞部１Ａの形状に合わせた任意の形状が可能であり、
３．５ｍｍ×３．５ｍｍ×１０ｍｍ〜９ｍｍ×１９ｍｍ
×２０ｍｍが特に好ましい。光源６はハロゲンランプ、
発光ダイオード、半導体レーザー等を用いる。受光部７
はシリコンフォトダイオード、またはシリコンホトトラ
ンジスタ等を用いる。

【００２８】次に、図７のさらに別の実施例について説
明する。この場合、検出部５は図７に示す様に、光伝送
路２を構成する入力側光ファイバ３及び出力側光ファイ
バ４の２つの光ファイバを引揃えて構成されている。

【００２９】次に、図８の別実施例について説明する。
この場合には、入力側光ファイバ３及び出力側光ファイ
バ４がスリットをはさんで対向する位置に設置されてお
り、入力側光ファイバ３の先端部カット面３ａから出た
光は、スリット１Ｂを経由した後、直接出力側光ファイ
バ４の先端部カット面４ａに入射する様になっている。

【００３０】このため、本実施例ではプリズム、あるい
は反射鏡等の光路変更手段９が不要となる。ただし、他
の実施例と比較すると、空洞部１Ａの形状及び検出部５
の形状がコの字形となり、形状が多少複雑になる。

【００３１】最後に、図９及び図１０に示すさらに別の
実施例について説明する。この場合には、入力側光ファ
イバ３、出力側光ファイバ４を兼用した１本の入出力兼
用の光伝送路２から構成されている。

【００３２】光路変更手段９として、プリズムを使う必
要が無く、単なるうすい反射鏡（ミラー）で良いので、
最もコンパクト化が可能になる。

【００３３】ただし、この場合、光源６からの発生した
光を、上記光伝送路２に入力させたり、あるいは光伝送
路２に出力した受信光を受光部７へ入射させるため、図
１０に示す様な光分岐手段１０を使用したり、あるいは
光分岐手段１０を使用しない別の方法を選択しても良
い。光分岐手段の一例としてハーフミラーが掲げられ
る。

【００３４】図１１は本発明の光ファイバセンサを使用
した例で、光ロッドは透明なＰＭＭＡ樹脂を使用した。
寸法は断面が８ｍｍ×１４ｍｍの長方形であり、全長は
１ｍとした。

【００３５】光ロッド内の空洞部の寸法は断面が４．８
ｍｍ×２．７ｍｍの長方形とした。さらに、ここではス
リット幅は２ｍｍとした。また、光路変更手段としてプ
リズムを使用した。光ファイバ終端固定金具は寸法４．
５ｍｍ×２．５ｍｍ、長さ１５ｍｍで真ちゅう製を使用
した。

【００３６】光伝送路（入出力用光ファイバ）は、材質
はコアがＰＭＭＡ樹脂、クラッドがフッ素樹脂、シース
がポリエチレンで寸法はコア径が１ｍｍ、外径が２．２
ｍｍの物を使用した。光源は、波長６６０ｍｍの発光ダ
イオード、受光素子はシリコンフォトダイオードを使用
した。

【００３７】さらに、光ファイバ巻取りボビンは、外径
２０ｃｍ〜５０ｃｍ程度が好ましく、ここでは、外径３
０ｃｍ厚さ１０ｃｍ、樹脂製の物を使用した。なお、上
記ボビンは手動あるいは電動いずれの方法で駆動されて
も良いが、光ファイバセンサ長が長い時は電動にて駆動
するのが好ましい。

【００３８】制御用電線は、制御装置と光源、受光部あ
るいはボビン駆動部とを結ぶ電線である。制御装置に
は、制御回路、表示回路、表示部等が含まれている。こ
の制御装置により光ファイバを巻取る回転数を計数し反
射光（受信光）パワーを表示部に表示、モニタすれば水
中の泥等の固形物の正確な位置（レベル）が詳細に検出
可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明の光フアイバセンサによれば、水
の中に堆積している泥の位置が容易に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバセンサの一例を示す斜視図
である。

【図２】本発明の光ファイバセンサの概略断面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図４】検出部５の詳細図である。

【図５】光路の片側のみにスリットを設けた実施例を示
す概略断面図である。

【図６】２つのプリズム間にスリットを設けた実施例を
示す概略断面図である。

【図７】入力側光ファイバと出力側光ファイバを引揃え
てある実施例を示す概略断面図である。

【図８】光路変更手段を有しない実施例を示す概略断面
図である。

【図９】１本の光ファイバを使用した、さらに他の実施
例を示す概略断面図である。

【図１０】光分岐手段を使用した実施例を示す概略断面
図である。

【図１１】本発明の光ファイバセンサの使用状態を説明
するための概略図である。

【符号の説明】

１ 光ロッド １Ａ 空洞部 １Ｂ スリット ２ 光伝送路 ５ 検出部 ６ 光源 ７ 受光部 ９ 光路変更手段 １０ 光分岐手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源に接続した入力側光ファイバの先端
   部と受光部に接続した出力側光ファイバの先端部とを対
   向させてなる検出部を光ロッドの長手方向に設けた空洞
   部内に移動可能に設けると共に、該入力側光ファイバの
   先端部と該出力側光ファイバの先端部との間の光路をさ
   えぎる位置に、該光ロッドの長手方向に延在するスリッ
   トを設けたことを特徴とする光ファイバセンサ。
2. 【請求項２】 該光ロッドの長手方向に該光路を変更す
   る手段を設けた請求項１記載の光ファイバセンサ。
3. 【請求項３】 該光路変更手段が光反射手段である請求
   項２記載の光ファイバセンサ。
4. 【請求項４】 該光路変更手段がプリズムである請求項
   ２記載の光ファイバセンサ。
5. 【請求項５】 光源に接続した入力側光ファイバと受光
   部に接続した出力側光ファイバを引揃えてなる検出部を
   光ロッドの長手方向に設けた空洞部内に移動可能に設け
   ると共に、該光ロッドの長手方向に設けたスリットを介
   して光反射手段を設けたことを特徴とする光ファイバセ
   ンサ。
6. 【請求項６】 光源及び受光部に接続した１本の光ファ
   イバからなる検出部を光ロッドの長手方向に設けた空洞
   部内に移動可能に設けると共に、該光ロッドの長手方向
   に設けたスリットを介して光反射手段を設けたことを特
   徴とする光ファイバセンサ。
7. 【請求項７】 光源及び受光部に接続した光分岐手段、
   該光分岐手段に接続した１本の光ファイバからなる検出
   部を光ロッドの長手方向に設けた空洞部内に移動可能に
   設けると共に、該光ロッドの長手方向に設けたスリット
   を介して光反射手段を設けたことを特徴とする光ファイ
   バセンサ。