JPS60209144A - 液体感知器 - Google Patents

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】 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
的規制等によって、信顛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ァイバを示している。このポリ
マクランド光ファイバｌ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）から成るクラッド３とを有している。

油漏れが発生していない状態、つまり光ファイバ１に油
が付着していない状態では、光ファイバｌの一端からこ
の光フアイバ１内へ入射した光ｉ。

は、第１図に示す様に、コア２とクラッド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ァイバ１に付着して
クラッド３内へ浸潤すると、クラッド３の屈折率が高く
なる。この結果、光ファイバ１内へ入射した光１１の中
には、第２図に示す様に、コア２とクラッド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中を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。

従って、光ファイバ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、光ファイバ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ァイバＩ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
、光ファイバ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、広い範囲に亘って液
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ｎｌである透光性の基
板１１中には、ｎｌよりも大きな屈折率ｎ２を有する先
導波路１２が形成されている。

先導波路１２は、その入射端１２Ａと出射端１２Ｂ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
亘って有している。

露出部１２Ｄとこの露出部１２Ｄに連なっている表面１
１Ａとは、共に被覆層１３によって覆われている。被覆
Ｊｉ１３は、ｎｌ及びｎ２の何れよりも小さな屈折率ｎ
３を有し且つ液体の浸潤が可能な材質、例えばシリコン
樹脂から成っている。

基板１１、光導波路１２及び被覆層１３の夫々の屈折率
ｎ３、ｎ２、ｎ３は、上述の様にｎ２＞ｎｌ＞ｎ、とな
る様に選定されている。この為に、光導波路１２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によって決定される。

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って、ｎ３が０１より
も大きくなると、夫々の屈折率間の関係はｎ２＞１３）
ｎｌとなる。従って、この場合に先導波路１２中を伝播
可能な光は、上述の臨界角θ１ではなく先導波路１２と
被覆層１３との界面に於ける臨界角θ２によって決定さ
れる。

ところが、θ２はθ、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に連なっている表面１１Ａをも覆って
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１２Ｇ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って
面状に油漏れを感知することができる。

従って、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１２Ｄを覆って
いることが望ましい。

なお、基１ｔＦｘ１２の材質として石英ガラス或いはプ
ラスチックを夫々用いた場合は、光ファイバ等の製作に
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って、先導波路Ｉ２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、均一であってもよいし勾
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
及び出力用の光ファイバ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ｒｌｌ　＝１
．４５６　、ｎ２＝１．４７、ｎ３＝１．４０５であり
、臨界角はθＩ　＝８２．１°、θ２＝７２．８°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ｎ、が１．４６まで
増大して、θ、　＝８３．３°となる。この結果、θ２
〉θ１となっ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
、光ファイバ１５として伝送損失の少ないガラス光ファ
イバを使用しても、この光ファイバ　１５と基板１１と
を融着等によって容易に接続することができる。従って
、油漏れ事故が発生した場合、油が浸潤して再使用でき
なくなった感知器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をプラスチックで構成し、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ｎ＋＝１．
４４、ｎｚ＝１．４８、ｎ３　＝　１．４０５であり、
臨界角はθ、　＝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１３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、θ
２〉θ１となっ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を光ファイバ１５によって直列若しくは並列に
接続しておく。光ファイバ１５へは光源２２からの光を
入射させ、この光ファイバ１５から射出される光を光検
出器２３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ァイバの伝
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って覆う様にして
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
い範囲に亘っ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
っ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−−−−−−−−−−−−−−−−−一基板１１Ａ
　−−−−−・−−一−−−−−−表面１２−−−−−
−一・−・−・・・−光導波路１２Ａ−・−・−−−一
−−−−−・−・入射端１２Ｂ・−・−−−−−−−−
−一出射端１２Ｃ−一−−−・−・−−−一一−−分岐
路１２０−・−−−−−−−−−一露出部１３−・−−
−−−−−−−一一−−−−被覆層１４−−−−−−−
・・・−−−−−−−−一感知器である。 代理人　土圧　勝 〃　常包芳男 ど第３図 第５図 （自発）手続補正書 昭和５９年５月　９日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第６４２１５　号 ２°′”″　液体感知器 （４０Ｇ）日本板硝子株式会社 ６、補正により増加する発明の数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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先導波路と、
   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って前記液体を感知
   する様にした液体感知器。