(57)【要約】【課題】  水圧を精度良く計測する光ファイバセンサを提供する。【解決手段】  括れ１０ａを有する光ファイバ１０を用意する。括れ１０ａが間に来るように、外筒１２内で移動可能な光ファイバ保持板２８と、外筒１２内で固定される光ファイバ保持板２２に光ファイバ１０を固定する。ベローズ１４が、外界圧力に応じて伸縮する。ベローズ１４の伸縮が、駆動シャフト３０により光ファイバ保持板２８を移動させ、括れ１０ａでの伝送損失を変化させる。ベローズ１４の内面で外界圧力を受けるように、ベローズ１４を外筒１２に対して凹んだ状態で外筒１２に組み付ける。【選択図】  図１
2007333621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装（１２，１１２）と、
括れ（１０ａ，１１０ａ）を有する光ファイバ（１０，１１０）と、
当該外装内で移動可能であり、当該光ファイバを保持する第１の光ファイバ保持手段（２８、１２４）と、
当該外装内に固定され、当該第１の光ファイバ保持部材との間に当該括れが位置するように当該光ファイバを保持する第２の光ファイバ保持手段（２２、１１６）と、
当該外装の外界圧力に応じて当該第１の光ファイバ保持手段を当該外装内で移動させるベローズ（１４，１１４）
とを具備し、
当該第１の光ファイバ保持手段の移動方向に垂直な面内での、当該第１の光ファイバ保持手段による当該光ファイバの保持位置と当該第２の光ファイバ保持手段による当該光ファイバの保持位置とが異なる
ことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項２】
当該ベローズが当該外装に対して凹んで配置され、当該ベローズの内面で当該外界圧力を受け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】
更に、当該第１の光ファイバ保持手段を当該ベローズに向けて付勢する弾性体（３４，１３０）を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサ。
【請求項４】
当該第１の光ファイバ保持手段が、当該光ファイバの端部を保持することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを使って圧力を計測する光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを使用して、水位又は水流等を計測するセンサが、特許文献１乃至８に記載されている。
【０００３】
特許文献１には、水圧により伸縮するベローズにより光ファイバの張力を変化させ、光ファイバの張力の変化による光ファイバの歪みをＢ−ＯＴＤＲ（Brillouin-Optical Time Domain Reflectometry）により測定する技術が記載されている。
【０００４】
特許文献２、３，４には、光ファイバ内のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を水圧により伸縮させて、反射波長を変化させ、その反射波長を測定することで水圧を計測する技術が記載されている。
【０００５】
特許文献５，６には、水圧又は流速による光ファイバの歪みをＢ−ＯＴＤＲにより計測することで、水圧又は流速を計測する技術が記載されている。
【０００６】
特許文献７には、水圧に応じた力を光ファイバ軸に垂直な方向で光ファイバに印加することにより、水圧に応じた変形を光ファイバに生じさせ、その変形による伝送損失変化を測定する技術が記載されている。
【０００７】
特許文献８には、固定シープと受圧部の変形に連動する可動シープとの間に光ファイバを収納し、水圧による光ファイバの伸び歪みを測定することで、流速を計測する技術が記載されている。固定シープと可動シープの間に引張ばねを配置することが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２０６２５５号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２３２６号公報
【特許文献３】特開２００３−２８６９８号公報
【特許文献４】特開２００３−２８６９７号公報
【特許文献５】特開２００２−２４３５２３号公報
【特許文献６】特開２００２−２０２１６３号公報
【特許文献７】特開２００１−１９４１４２号公報
【特許文献８】特開２０００−１６２２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＦＢＧを使用するファイバセンサは、ファイバ自体が高価であるけでなく、水圧等による波長変化を計測する波長計測器も高価なものとなり、全体として安価システムを構築することが難しい。
【０００９】
また、光ファイバ軸に垂直な方向で水圧に応じた力を印加し、それによる歪みを計測する従来例では、高い感度を得るのが難しい。垂直方向の加圧では、光ファイバに十分高い測定感度となる歪みを与えるのが難しいからである。例えば、特許文献７に記載の手段で光ファイバに曲げロスを発生させるには、少なくとも数１０ｇ以上の圧力が必要になる。即ち、低水圧部分を精度良く検出できない。
【００１０】
本発明は、従来よりも高感度であり、安価に製造できる光ファイバセンサを提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光ファイバセンサは、外装と、括れを有する光ファイバと、当該外装内で移動可能であり、当該光ファイバを保持する第１の光ファイバ保持手段と、当該外装内に固定され、当該第１の光ファイバ保持部材との間に当該括れが位置するように当該光ファイバを保持する第２の光ファイバ保持手段と、当該外装の外界圧力に応じて当該第１の光ファイバ保持手段を当該外装内で移動させるベローズとを具備し、当該第１の光ファイバ保持手段の移動方向に垂直な面内での、当該第１の光ファイバ保持手段による当該光ファイバの保持位置と当該第２の光ファイバ保持手段による当該光ファイバの保持位置とが異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、安価で高感度な圧力センサを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例である透過型光ファイバセンサの斜視図を示し、図２は、構成部品に分解した斜視図を示す。図１では、内部構造を理解しやすいように、外筒１２と内筒２０を透過した状態で図示してある。
【００１５】
本実施例では、部分的にファイバ径を細くした括れ１０ａを具備する光ファイバ１０を使用し、液圧による括れ１０ａ部分での伝送損失の変化を計測することで、液圧を計測する。図２では、括れ１０ａを強調するために、光ファイバ１０を、他の部品に比べて太く図示してある。
【００１６】
外装となる円筒状の外筒１２の下端は、ベローズ１４により閉成され、上端は上蓋１６により閉成される。ベローズ１４及び上蓋１６は共に、捻じ込み式で外筒１２に固定される。ベローズ１４は、蛇腹１４ａと、蛇腹１４ａを保持するリング状の基板１４ｂとからなり、蛇腹１４ａによる空洞が、基板１４ｂの中央の孔を介して外界と連なっている。ベローズ１４の蛇腹１４ａは、外界からの圧力、例えば、水圧に応じて伸び又は縮む。上蓋１６には、光ファイバ１０を挿通する孔１８を具備する。光ファイバ１０は、孔１８に固定される。外筒１２の内部は、孔１８及び、図示しないチューブを介して外気と連通する。
【００１７】
外筒１２の内面は、上蓋１６側の内径が大きい部分（大径部）１２ａと、ベローズ１４側の内径が小さい部分（小径部）１２ｂの２段構造になっており、大径部１２ａと小径部１２ｂとの間に段１２ｃがある。大径部１２ａには、その内径にほぼ合致する外径を具備する内筒２０が挿入される。
【００１８】
光ファイバ１０を固定的に保持する光ファイバ保持板２２が、内筒２０の内側の端面と段１２ｃとの間に挟まって固定される。光ファイバ保持板２２には、光ファイバ１０を挿通する孔２２ａをほぼ中心に形成し、光ファイバ１０をぎりぎりに通す溝２２ｂ又はスリットを外周から中心に向かって切ってある。光ファイバ保持板２２を内筒２０と段１２ｃとの間に固定する代わりに、光ファイバ保持板２２を内筒２２にネジ等により固定しても良い。
【００１９】
円筒２０の反対端は内蓋２４で閉成される。内蓋２４は捻じ込み式で円筒２０の端部に固定される。内蓋２４にも、光ファイバ１０を挿通する孔２６を設けてある。勿論、孔２６は孔１８とほぼ整列している。
【００２０】
内筒２０には更に、光ファイバ保持板２８が、内筒２０の軸方向に可動に収容される。光ファイバ保持板２８は、光ファイバ保持板２２と同様に、光ファイバ１０を固定的に保持する。光ファイバ保持板２２と同様に、光ファイバ保持板２８には、光ファイバ１０を挿通する孔２８ａをほぼ中心に形成し、光ファイバ１０をぎりぎりに通す溝２８ｂ又はスリットを外周から中心に向かって切ってある。但し、光ファイバ保持板２２と光ファイバ保持板２８とでは、円筒２０内で見た溝２２ｂ，２８ｂの位置（半径方向又は角度方向）を互いに異ならせてある。
【００２１】
光ファイバ保持板２８は、外筒１２の軸方向に延びる駆動シャフト３０に固定されている。駆動シャフト３０の一端には、ベローズ１４と対面して、ベローズ１４の水圧による伸縮移動を受ける受け板３２が固定されている。駆動シャフト３０の反対端と、内蓋２４との間にはコイルスプリング３４が配置されている。コイルスプリング３４は、常時、駆動シャフト３０をベローズ１４の方向に付勢する。コイルスプリング３４の弾性係数と初期の付勢力を選択することで、水圧に対する感度及び測定レンジを調整できる。即ち、コイルスプリング３４を変更することで、種々の計測感度と測定レンジに対応できる。
【００２２】
駆動シャフト３０の一部を四角柱３６とし、その四角柱３６の部分に、光ファイバ保持板２２が遊びをもって嵌まっている。光ファイバ保持板２２の、四角柱３６と対面する箇所には、四角柱３６が嵌合し得る溝２２ｃを切ってある。四角柱３６の軸方向の長さは、水圧によりベローズ１４が伸縮しても、光ファイバ保持板２２が、駆動シャフト３０の移動を妨げない程度に設定される。これにより、駆動シャフト３０は、ベローズ１４により外筒１２及び内筒２０の軸方向に移動可能であり、光ファイバ保持板２８が、ベローズ１４の伸縮に応じて、内筒２０及び外筒１２の軸方向に移動する。
【００２３】
本実施例では、外筒１２に固定される光ファイバ保持板（固定板）２２の溝２２ｂと、水圧に応じて移動する光ファイバ保持板（可動板）２８の溝２８ｂとの間に光ファイバ１０の括れ１０ａを配置する。そして、光ファイバ保持板２２の溝２２ｂに固定される光ファイバ１０の、内筒２０内の半径方向及び角度方向の位置と、光ファイバ保持板２８の溝２８ｂに固定される光ファイバ１０の、内筒２０内の半径方向及び角度方向の位置とを異ならせる。即ち、半径位置と角度位置の何れか一方又は両方を異ならせる。これにより、光ファイバ保持板２８が、内筒２０内をその軸方向に移動したとき、括れ１０ａで光ファイバ１０が折れ曲がりやすくなり、水圧を高感度に測定できる。逆に、内筒２０内で見た溝２２ｂ，２８ｂの位置を同じ半径位置で同じ角度位置にすると、光ファイバ保持板２８の移動により、光ファイバ１０の括れ１０ａの部分には、光ファイバ１０の軸方向の応力が作用するので、変形しにくくなり、従って、計測感度が低下する。光ファイバ１０は、括れ１０ａの部分で少し折れ曲がった状態を初期位置とする。
【００２４】
また、本実施例では、ベローズ１４の蛇腹１４ａを外筒１２の内部に配置しているので、蛇腹１４ａの襞が外部に露出しない。例えば、縦型で使用する場合、ベローズ１４は下に位置することになり、使用時、ベローズ１４の空洞内に自然と空気が入り、液がベローズ１４の空洞内に入り難くなる。これは、例えば、川の水位などを計測する場合に、汚泥、草木、ゴミなどが空洞内に入りにくくなることを意味する。汚泥等が蛇腹１４ａの襞に入りこむと、ベローズ１４の伸縮が妨げられ、測定誤差の要因となり、場合によっては、測定不能になる。本実施例では、このような弊害が無い。基板１４ｂを厚くすると、それだけ、計測対象の液体が蛇腹１４ａの襞に接する可能性を低減できる。液圧が空気圧に変換されて、蛇腹１４ａを伸縮させる。
【００２５】
本実施例のセンサを水中に投入すると、その深さに応じた水圧で、ベローズ１４が伸長する。ベローズ１４の伸長が、コイルスプリング３４に抗して、受け板３２及び駆動シャフト３０により光ファイバ保持板２８を内筒２０内で軸方向に移動させる。光ファイバ保持板２８の移動により、光ファイバ１０の括れ１０ａにおける折れ曲がり状態が変化し、括れ１０ａでの損失が変化する。後述する伝送損失計測装置により、損失値を計測し、損失値を水圧又は水位に変換して出力する。
【００２６】
本実施例で、曲げ損失の感度を高めている要因は２つある。括れ１０ａにおけるモードフィールド径（以下、ＭＦＤと称す）の拡大と、微小な曲率の曲げの発生である。
【００２７】
効果的な曲げ損失を生じさせるための主要因は、微小な曲率の曲げである。図３（ａ）は、括れを設けていない光ファイバの直線状態を示し、図３（ｂ）は、縮み方向に外力をかけたときの変形の様子を示す。図４（ａ）は、括れ１０ａを設けた光ファイバ１０の直線状態を示し、同（ｂ）は、縮み方向に外力をかけたときの変形の様子を示す。
【００２８】
図３（ｂ）から分かるように、括れを設けていない場合、光ファイバがほぼ一様に曲がるので、曲率半径が大きい。これに対し、括れを設けた場合、括れの部分で曲率の大きい屈曲が生じるので、僅かな変位に対して大きな曲率半径、即ち大きな曲げ損失を得ることができる。
【００２９】
括れ１０ａにおける局所的な屈曲がどの程度起きるかは、光ファイバ保持板２２と光ファイバ保持板２８との間の光ファイバ１０の長さに強く依存すると考えられる。この意味で、保持板２２，２８間の光ファイバ１０がセンサ部となる。図５は、括れ１０ａの外径が７８μｍのファイバを使い、センサ部の長さに対する変位と曲げ損失の関係を調べた実験結果を示す。図５の横軸は変位（ｍｍ）を示し、縦軸は、曲げ損失（ｄＢ）を示す。図５から、センサ部の長さを変えることにより、様々な感度のセンサが得られることが分かる。
【００３０】
図５から、センサ部の長さ１０ｍｍで極度に感度が上がっているようにみえる。これを確かめるために、０．１ｍｍの変位で発生する曲げ損失をセンサ部の長さに対して計測した。図６は、その計測結果を示す。図６で、横軸はセンサ部の長さ（ｍｍ）を示し、縦軸は、曲げ損失（ｄＢ）を示す。図６から明らかなように、センサ部の長さが１０ｍｍで極端に感度が上がり、１００μｍの変位で４．７ｄＢもの大きな曲げ損失が発生しており、充分な感度と精度を得ることができる。曲げ損失がこのように大きくなった理由は、括れ１０ａで起こる曲率の小さい屈曲がセンサ部の長さ１０ｍｍ以下で起こるためと考えられる。
【００３１】
図７は、括れ１０ａの前後の電界強度分布の変化を示す。括れ１０ａでＭＦＤが最大になる。図７では、光ファイバ１０のコアのみを図示してある。括れ１０ａでは、光の電界強度分布がクラッドに大きく入りこみ、曲げ損失が生じやすい状態となる。
【００３２】
図８は、一般的な単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）について、ファイバ外径とＭＦＤの関係を計算した結果である。コア径を８μｍ、ＮＡ（開口数）を０．１２、波長を１．５５μｍとした。横軸は、ファイバ外径を示し、縦軸は、ＭＦＤ（μｍ）とＭＦＤ／コア径を示す。曲げ損失は、ＭＦＤよりも、ＭＦＤ／コア径に強く依存する。図８からわかるように、ＭＦＤ／コア径は、ファイバ外径８０μｍ以下で急激に大きくなる。ファイバ外径６０μｍにおけるＭＦＤは、コア径の約６倍にもなる。従って、ファイバ外径８０μｍ以下で、効果的な曲げ損失が生じると予想できる。
【００３３】
コア径８μｍ、ＮＡ０．１２の同一の光ファイバに加熱引っ張りにより４種類の外径の括れを作って、効果を実験により確認した。図９は、その実験結果を示す。波長は、１．５５μｍで測定した。横軸は曲げ半径（ｍｍ）を示し、縦軸は曲げ損失（ｄＢ）を示す。括れ１０ａの外径は、１０１μｍ、７５μｍ、６５μｍ及び５６μｍの４つである。括れ１０ａの外径１０１μｍでは曲げ損失は殆ど生じないが、８０μｍ以下では効果的な曲げ損失が得られた。５６μｍでは、２０ｍｍの曲率半径で１２ｄＢもの大きな曲げ損失が得られた。
【００３４】
図９から、括れ１０ａの外径が小さくなるほど、曲げ半径に対して顕著に曲げ損失が増加することが分かる。括れ１０ａの外径を調節することにより、さまざまな感度をもつセンサを作ることが可能である。
【００３５】
曲げ損失型センサでは、効果的な曲げ損失を起こさせる必要がある一方、直線状態での損失が低いことが要求される。一般に、光ファイバを伝播する光のＭＦＤが変化すれば損失が変化し、ＭＦＤの変化が急激である程、損失の変化も大きくなる。この点、本実施例では、括れ１０ａの前後では、コア径が変化するにしても徐々に変化するので、ＭＦＤの変化も緩やかである。従って、直線状態又は無負荷状態では、損失を生じにくい。例えば、ＭＦＤがｄ１のファイバとｄ２のファイバの結合損失は、
Ｌｏｓｓ＝１０log（２ｄ１ｄ２／（ｄ１２＋ｄ２２））
で算出される。
【００３６】
図９で示した括れ１０ａの外径７５μｍ、６５μｍ及び５６μｍにおけるＭＦＤと、元の光ファイバ１０におけるＭＦＤを上式に当てはめると、損失は各々、−０．３３ｄＢ、−１．０８ｄＢ及び−２．６４ｄＢとなる。実測値はそれぞれ、−０．２１ｄＢ、−０．５７ｄＢｂ及び−１．１０ｄＢであり、ＭＦＤが徐々に変化する効果が認められる。このように、括れ１０ａを利用したファイバセンサは、曲げに対する曲げ損失の変化が大きいが、直線状態での損失が小さい。
【実施例２】
【００３７】
図１０は、反射型の実施例の斜視図を示し、図１１は、構成部品に分解した斜視図を示す。図１０では、内部構造を理解しやすいように、外筒と内筒を透過した状態で図示してある。
【００３８】
本実施例では、部分的にコア半径を細くした括れ１１０ａを具備する光ファイバ１１０を使用し、液圧による括れ１１０ａ部分での伝送損失の変化を計測することで、液圧を計測する。光ファイバ１１０の端面１１０ｂは高反射率にしてある。図１１では、括れ１１０ａを強調するために、光ファイバ１１０を、他の部品に比べて太く図示してある。
【００３９】
外装となる円筒状の外筒１１２の下端は、ベローズ１１４により閉成され、上端は上蓋１１６により閉成される。ベローズ１１４及び上蓋１１６は共に、捻じ込み式で外筒１１２に固定される。ベローズ１１４は、蛇腹１１４ａと、蛇腹１１４ａを保持するリング状の基板１１４ｂとからなり、蛇腹１１４ａによる空洞が、基板１１４ｂの中央の孔を介して外界と連なっている。ベローズ１１４の蛇腹１１４ａは、外界からの圧力、例えば、水圧に応じて伸び又は縮む。上蓋１１６には、光ファイバ１１０を挿通する孔１１８を具備する。光ファイバ１１０は、孔１１８に固定される。外筒１１２の内部は、孔１１８及び、図示しないチューブを介して外気と連通する。
【００４０】
外筒１１２の内面は、上蓋１１６側の内径が大きい部分（大径部）１１２ａと、ベローズ１１４側の内径が小さい部分（小径部）１１２ｂの２段構造になっており、大径部１１２ａと小径部１１２ｂとの間に段１１２ｃがある。大径部１１２ａには、その内径にほぼ合致する外径を具備する内筒１２０が挿入される。
【００４１】
軸受け板１２２が、内筒１２０の内側の端面と段１１２ｃとの間に挟まって固定される。光ファイバ１１０の端面１１０ｂが固定される光ファイバ保持板１２４が、内筒１２０内に、内筒１２０の軸方向に移動可能に配置される。光ファイバ保持板１２４は、軸受け板１２２により軸受けされる駆動シャフト１２６を介して受け板１２８に固定される。受け板１２８は、ベローズ１１４と対面する。軸受け板１２２と受け板１２８との間には、圧縮されたコイルスプリング１３０が配置される。コイルスプリング１３０は、その伸長力により受け板１２８をベローズ１１４に向かって付勢する。コイルスプリング１３０の弾性係数と初期の付勢力を選択することで、水圧に対する感度及び測定レンジを調整できる。即ち、コイルスプリング１３０を変更することで、種々の計測感度と測定レンジに対応できる。
【００４２】
光ファイバ保持板１２４の側面にピン１３２を立て、内筒１２０の対応する位置に溝１３４を形成してある。溝１３４は内筒１２０の周方向には、ピン１３２より少し大きい程度で、軸方向には、光ファイバ保持板１２４の必要な移動範囲に相当する程度に長くしてある。ピン１３２と溝１３４の嵌合により、保持板１２４の、内筒１２０の軸を中心とする回転を規制しつつ、内筒１２０の軸方向の一定範囲内の移動を可能にする。
【００４３】
光ファイバ１１０は、括れ１１０ａの片側では孔１１８に固定され、端面１１０ｂで光ファイバ保持板１２４に固定される。この実施例でも、図１及び図２に示す実施例と同様に、孔１１８での光ファイバ１１０の固定位置と、光ファイバ保持板１２４での光ファイバ１１０の固定位置を、内筒１２０で半径方向と角度方向の少なくとも一方で互いに異ならせる。これにより、光ファイバ１１０の括れ１１０ａの部分で、光ファイバ１１０は、光ファイバ保持板１２４の移動による折れ曲がりやすくなり、水圧を高感度に測定できるようになる。
【００４４】
また、本実施例でも、ベローズ１１４の蛇腹１１４ａを外筒１１２の内部に配置しているので、蛇腹１１４ａの襞が外部に露出しない。例えば、縦型で使用する場合、ベローズ１１４は下に位置することになり、使用時、ベローズ１１４の空洞内に自然と空気が入り、液がベローズ１１４の空洞内に入り難くなる。これは、例えば、川の水位などを計測する場合に、汚泥、草木、ゴミなどが空洞内に入りにくくなることを意味する。汚泥等が蛇腹１１４ａの襞に入りこむと、ベローズ１１４の伸縮が妨げられ、測定誤差の要因となり、場合によっては、測定不能になる。本実施例では、このような弊害が無い。基板１１４ｂを厚くすると、それだけ、計測対象の液体が蛇腹１１４ａの襞に接する可能性を低減できる。液圧が空気圧に変換されて、蛇腹１１４ａを伸縮させる。
【００４５】
本実施例のセンサを水中に投入すると、その深さに応じた水圧で、ベローズ１１４が伸長する。ベローズ１１４の伸長が、コイルスプリング１３０に抗して、受け板１２８及び駆動シャフト１２６により光ファイバ保持板１２４を内筒１２０内で軸方向に移動させる。光ファイバ保持板１２０の移動により、光ファイバ１１０の括れ１１０ａにおける折れ曲がり状態が変化し、括れ１１０ａでの損失が変化する。後述する伝送損失計測装置により、損失値を計測し、損失値を水圧又は水位に変換して出力する。
【００４６】
この実施例では、内筒１２０内で光ファイバ１１０を折り曲げなくて良いので、全体を小型化できる。但し、計測装置の側に光カップラを必要とする。
【実施例３】
【００４７】
図１２は、実施例１の光ファイバセンサを使った水位計測システムの概略構成ブロック図を示す。
【００４８】
図１及び図２に示す構成の透過型の光ファイバセンサ２１０を計測対象の液体中に投入する。半導体レーザ又は発光ダイオード等の発光素子２１２の出力光を光ファイバ１０に導入し、光ファイバセンサ２１０からの出力光を受光素子２１４に入力する。受光素子２１４は、入力光強度に応じた振幅の電気信号を演算回路２１６に出力する。演算回路２１６は、発光素子２１２から光ファイバ１０に供給される光（測定光）のパワーをモニタしており、受光素子２１４からの電気信号と当該パワーとの比から、光ファイバセンサ２１０における損失を算出する。水位と損失との関係を予め計測しておき、演算回路２１６にテーブルとして格納しておく。演算回路２１６は、この水位対損失のテーブルを参照することで、水位を決定する。演算回路２１６は、このように計測した水位を表示装置２１８の画面上に表示する。
【実施例４】
【００４９】
図１３は、実施例２の光ファイバセンサを使った水位計測システムの概略構成ブロック図を示す。
【００５０】
図１０及び図１１に示す構成の反射型の光ファイバセンサ２３０を計測対象の液体中に投入する。半導体レーザ又は発光ダイオード等の発光素子２３２の出力光を光ファイバ１１０に導入し、光ファイバセンサ２３０からの反射光を、光カップラ２３４により受光素子２３６に入力する。受光素子２３６は、入力光強度に応じた振幅の電気信号を演算回路２３８に出力する。演算回路２３８は、発光素子２３２から光ファイバ１１０に供給される光（測定光）のパワーをモニタしており、受光素子２３６からの電気信号と当該パワーとの比から、光ファイバセンサ２３０における損失を算出する。水位と損失との関係を予め計測しておき、演算回路２３８にテーブルとして格納しておく。演算回路２３８は、この水位対損失のテーブルを参照することで、水位を決定する。演算回路２３８は、このように計測した水位を表示装置２４０の画面上に表示する。
【実施例５】
【００５１】
反射型光ファイバセンサの場合、ＯＴＤＲを利用することで、複数の光ファイバセンサの水位を一括して計測できる。図１４は、そのような計測システムの概略構成ブロック図を示す。
【００５２】
光ファイバ３１０上に分岐比９９：１程度の光カップラ３１２，３１４，３１６をシリアルに配置する。各光カップラ３１２，３１４，３１６には、反射光の光ファイバセンサ３１８，３２０，３２２の光ファイバ１１０を接続する。ＯＴＤＲ計測装置３２４は、プローブ光を光ファイバ３１０に出力し、時間軸上のその戻り光のパワーを計測する。これにより、各光ファイバセンサ３１８，３２０，３２２における損失を一括して計測できる。ここでも、予め、各光ファイバセンサ３１８，３２０，３２２の水位と損失との関係を予め計測しておき、演算回路３２６にテーブルとして格納しておく。演算回路３２６は、ＯＴＤＲ計測装置３２４からの各光ファイバセンサ３１８，３２０，３２２の損失値をこの水位対損失のテーブルに照合して、各光ファイバセンサ３１８，３２０，３２２における水位を決定する。演算回路２２６は、このように計測した水位を表示装置３２８の画面上に表示する。
【００５３】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１の斜視図である。
【図２】実施例１の分解斜視図である。
【図３】括れを設けていない光ファイバに縮み方向の外力をかけたときの変形の様子を示す模式図である。
【図４】光ファイバ１０に縮み方向の外力をかけたときの変形の様子を示す模式図である。
【図５】変位と曲げ損失の関係の実験結果である。
【図６】センサ部の長さと損失の関係の実験結果である。
【図７】括れ１０ａの前後の電界強度分布の変化例を示す模式図である。
【図８】単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）について、ファイバ外径とＭＦＤの関係の計算結果を示す図である。
【図９】括れ１０ａの効果を確認する実験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例２の斜視図である。
【図１１】実施例２の分解斜視図である。
【図１２】実施例１の光ファイバセンサを使った水位計測システムの概略構成ブロック図である。
【図１３】実施例２の光ファイバセンサを使った水位計測システムの概略構成ブロック図である。
【図１４】実施例２の光ファイバセンサとＯＴＤＲを使用する水位計測システムの概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０：光ファイバ
１０ａ：括れ
１２：外筒
１２ａ：大径部
１２ｂ：小径部
１２ｃ：段
１４：ベローズ
１４ａ：蛇腹
１４ｂ：基板
１６：上蓋
１８：孔
２０：内筒
２２：光ファイバ保持板
２２ａ：孔
２２ｂ：溝
２２ｃ：溝
２４：内蓋
２６：孔
２８：光ファイバ保持板
２８ａ：孔
２８ｂ：溝
３０：駆動シャフト
３２：受け板
３４：コイルスプリング
３６：四角柱
１１０：光ファイバ
１１０ａ：括れ
１１２：外筒
１１２ａ：大径部
１１２ｂ：小径部
１１２ｃ：段
１１４：ベローズ
１１４ａ：蛇腹
１１４ｂ：基板
１１６：上蓋
１１８：孔
１２０：内筒
１２２：軸受け板
１２４：光ファイバ保持板
１２６：駆動シャフト
１２８：受け板
１３０：コイルスプリング
１３２：ピン
１３４：溝
２１０：光ファイバセンサ
２１２：発光素子
２１４：受光素子
２１６：演算回路
２１８：表示装置
２３０：光ファイバセンサ
２３２：発光素子
２３４：光カップラ
２３６：受光素子
２３８：演算回路
２４０：表示装置
３１０：光ファイバ
３１２，３１４，３１６：光カップラ
３１８，３１２０，３２２：光ファイバセンサ
３２４：ＯＴＤＲ計測装置
３２６：演算回路
３２８：表示装置
【図１】
2007333621.tif 000003
【図２】
2007333621.tif 000004
【図３】
2007333621.tif 000005
【図４】
2007333621.tif 000006
【図５】
2007333621.tif 000007
【図６】
2007333621.tif 000008
【図７】
2007333621.tif 000009
【図８】
2007333621.tif 000010
【図９】
2007333621.tif 000011
【図１０】
2007333621.tif 000012
【図１１】
2007333621.tif 000013
【図１２】
2007333621.tif 000014
【図１３】
2007333621.tif 000015
【図１４】
2007333621.tif 000016