(57)【要約】【課題】簡単な構成で気相及び液相を判別可能な構造を有し、小型且つ安価に製造することができる光学式センサを提供する。【解決手段】光ファイバ(1)を屈曲し又は光ファイバのコアを部分的に露出させ、感知部として働く曲げ変形部(5)又はコア露出部(10)を光ファイバに形成する。曲げ変形部に接する流体の屈折率の相違に相応して、光路内の光を曲げ変形部又はコア露出部から流体に出射するとともに、曲げ変形部又はコア露出部を通過して光量検出部(13)に到達する光量の変化を検出する。【選択図】図２
2007071863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、光ファイバ、感知部及び光量検出部を備え、感知部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光ファイバの光路内を伝播する前記光源の光を少なくとも部分的に前記流体内に出射し、前記感知部から前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光の光量を検出する光学式センサにおいて、
前記光ファイバを屈曲し、前記感知部として働く前記光ファイバの曲げ変形部を形成し、
該曲げ変形部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光路内の光を少なくとも部分的に前記曲げ変形部から前記流体に出射するとともに、前記曲げ変形部から前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光の変化を検出するようにしたことを特徴とする光学式センサ。
【請求項２】
光源、光ファイバ、感知部及び光量検出部を備え、感知部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光ファイバの光路内を伝播する前記光源の光を少なくとも部分的に前記流体内に出射し、前記感知部から前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光の光量を検出する光学式センサにおいて、
前記光ファイバのクラッドを部分的に除去し又は喪失せしめることにより、該光ファイバのコアを部分的に露出させて、前記感知部として働くコア露出部を前記光ファイバに形成し、
該コア露出部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光路内の光を少なくとも部分的に前記コア露出部から前記流体に出射し、前記コア露出部から前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光の変化を検出するようにしたことを特徴とする光学式センサ。
【請求項３】
前記曲げ変形部のクラッドを部分的に除去し又は喪失せしめたことを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
【請求項４】
複数の前記曲げ変形部が所定距離を隔てて前記光ファイバに形成されることを特徴とする請求項１又は３に記載の光学式センサ。
【請求項５】
複数の前記コア露出部が所定距離を隔てて前記光ファイバに形成されることを特徴とする請求項２に記載の光学式センサ。
【請求項６】
前記光ファイバのクラッドを部分的に除去し又は喪失せしめることにより、該光ファイバのコアを部分的に露出させて、コア露出部を前記光ファイバに形成し、該コア露出部を前記曲げ変形部から所定間隔を隔てた位置に配置することを特徴とする請求項１又は３に記載の光学式センサ。
【請求項７】
光ファイバに設けられた感知部を流体に接触させ、感知部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光ファイバの光路内を伝播する光を少なくとも部分的に前記流体内に出射し、前記感知部を通過して前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光の光量を検出する流体測定方法において、
前記光ファイバの屈曲、及び／又は、前記光ファイバのクラッドの局部的な除去又は欠損により、前記感知部を前記光ファイバに形成し、
該感知部を流体に接触させた状態で前記光ファイバの送光用光路を介して光源の光を前記感知部に送光し、
前記感知部を通過して前記光ファイバの受光用光路内を伝播する光の光量を測定することを特徴とする流体測定方法。
【請求項８】
流体に対して前記感知部を相対移動させて、前記光量の変化を検出し、該光量の変化に基づいて流体の気相又は液相を判別し、流体の種類を検出し、或いは、流体の物性を検出することを特徴とする請求項７に記載の流体測定方法。
【請求項９】
前記感知部を流体内に位置決めし、該流体の流速、気泡数、気泡の移動速度、気泡の通過頻度、気泡の密度、気泡のサイズ及び／又は気泡の物性を前記光量の変化によって検出することを特徴とする請求項７に記載の流体測定方法。
【請求項１０】
前記流体は、液体及び気体であり、前記感知部を夫々備えた複数の光ファイバが使用され、複数の前記感知部が液体の液面に対して異なる相対位置に位置決めされ、各感知部を通過した光量の変化を夫々測定することによって前記液面の変化が検出されることを特徴とする請求項７に記載の流体測定方法。
【請求項１１】
前記流体は、液体及び気体であり、複数の前記感知部を夫々備えた単一の光ファイバが使用され、該感知部は、液体の液面に対して異なる相対位置に位置決めされ、前記光量の変化を測定することによって前記液面の変化が検出されることを特徴とする請求項７に記載の流体測定方法。
【請求項１２】
前記液面の時間変化によって該液面の変化速度が検出されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の流体測定方法。
【請求項１３】
前記流体の物性と前記光量の測定値との関係が予め求められ、測定すべき流体の物性が光量の測定結果によって検出されることを特徴とする請求項７に記載の流体測定方法。
【請求項１４】
前記流体の物性が該流体の濃度であり、測定すべき流体の濃度が前記光量の測定結果によって検出されることを特徴とする請求項１３に記載の流体測定方法。
【請求項１５】
前記流体が溶液であり、溶液に溶解した物質の濃度が前記光量の測定結果によって検出されることを特徴とする請求項１４に記載の流体測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式センサ及び流体測定方法に関するものであり、より詳細には、被測定流体の屈折率の相違を利用して被測定流体の判別、気泡検出、物性検出等を行う簡易な構成の光学式センサ及び流体測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光の屈折特性を利用して気液を判別する光学式センサが知られている。この種のセンサは、液面レベルを検出する液面センサとして工業的に使用されている。図１９及び図２０は、光の屈折特性を利用した従来の液面センサの構成を概略的に示す正面図である。
【０００３】
図１９には、液面センサを構成するプローブのセンサヘッド１００を空気中に配置した状態が示されており、図２０には、センサヘッド１００を水面（ＷＬ）下に移動させた状態が示されている。
【０００４】
センサヘッド１００は、光ファイバの保護管を構成する管体部分１０１と、管体部分１０１の先端部に配置された円筒状プリズム１１０とを備える。管体部分１０１及びプリズム１１０は、フッソ樹脂等の樹脂の一体成形品からなる。対をなす送光用光ファイバ１０２及び受光用光ファイバ１０３が管体部分１０１内に配置される。送光用光ファイバ１０２は、光源（図示せず）に接続され、受光用光ファイバ１０３は、光量検知器（図示せず）に接続される。光源が発光した光が、送光用光ファイバ１０２を伝播してセンサヘッド１００に送光され、プリズム１１０のプリズム面に入射する。プリズム１１０は、液面センサの感知部を構成し、プリズム面に接する流体の屈折率の相違に相応して、プリズム面に入射した光を全反射し（図１９）、或いは、プリズム面に入射した光を少なくとも部分的に流体内に出射する（図２０）。
【０００５】
図１９に示す如くセンサヘッド１００が空気中に位置するとき、プリズム１１０に入射した光は、プリズム面で全反射し、受光用光ファイバ１０３の光路内を伝播して光量検知器（図示せず）に到達し、光量検知器は、到達した光の光量を検出する。他方、図２０に示すようにセンサヘッド１００を水に浸漬し、プリズム１１０を水中に移動すると、プリズム面の臨界角が変化し、プリズム面に入射する光の多くは全反射せず、プリズム面を透過して水中に直線的に放射する。従って、受光用光ファイバ１０３の光路に伝播する光量は減少し、光量検知器は光量の低下を検出する。即ち、従来の液面センサは、プリズム１１０に接触する流体（気体又は液体）の屈折率の相違（従って、臨界角の変化）を利用して気相又は液相を判別するように構成されており、センサヘッド１００は、適切な角度に設計されたプリズム面を有するプリズム１１０を必須の構成要素として備える。
【０００６】
このような構成を有する液面センサは、例えば、特開平７−９２００４号公報、特開平７−１２０２９３号公報、特開平１０−３１８８１９号公報、特開２００１−１８３２１９号公報、特開２００３−２１４９２６号公報、特開２０００−２６６５８５号公報に開示されている。
【０００７】
他の形式の光学式センサとして、液体にレーザ光を照射する光ファイバを備えた気液二相流計測システムが知られている。気液二相流計測システムを構成するプローブの構成が、図２１に概略的に示されている。
【０００８】
気液二相流計測システムのプローブ２００は、出射端面２０１を備えた光ファイバを有する。プローブ２００は、出射端面２０１からレーザ光２０２を液中に照射するとともに、反射光を測定する光強度計測部（図示せず）に反射光を導く。光強度計測部は、反射光２０３の強度を測定し、気相又は液相を判別する。光強度計測部の測定結果に基づき、気液二相流のボイド率、気泡数、気泡速度、気泡通過時間等の情報が得られる。この種の計測システムとして、一対の光ファイバの先端部を互いに所定の角度をなして配向し、一方の光ファイバが照射した光を他方の光ファイバによって受光するように構成された光学式センサが、特開平８−２９７０１１号公報に開示されている。同公報に記載されたセンサでは、各ファイバの先端部が所定の角度をなして配向され、受光側の光ファイバは、光強度検出手段に接続される。光強度検出手段は、反射光の強度を測定し、物体との距離、或いは、物体の物理的性質を検出する。
【特許文献１】特開平７−９２００４号公報
【特許文献２】特開平７−１２０２９３号公報
【特許文献３】特開平１０−３１８８１９号公報
【特許文献４】特開２００１−１８３２１９号公報
【特許文献５】特開２００３−２１４９２６号公報
【特許文献６】特開２０００−２６６５８５号
【特許文献７】特開平８−２９７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、先端部にプリズムを備えた従来の液面センサは、高い製造コストを要するばかりでなく、少なくとも６ｍｍ程度の直径を有し、狭小領域に収容した静止流体や、ミクロン単位の寸法の狭小流路等を流通する流動流体を計測するセンサとしては、使用することができない。例えば、狭小領域の液面レベルの多点計測等に関しては、極めて細い液面センサを狭小領域に配設する必要が生じるが、センサの製造困難性、或いは、製造コストの非現実的な高額化等の理由により、ユーザーの要望に応えることができない。
【００１０】
他方、前述の気液二相流計測システムは、光ファイバの先端部にプリズムを備えていないことから、検出端をある程度まで小型化し得るかもしれない。しかし、気液二相流計測システムは、複雑な情報処理手段を必要とするので、システム全体の構成が複雑化するとともに、システム全体の製造コストがかなり高額化する。また、従来の気液二相流計測システムでは、図２１に示す如く気泡Ｖが出射端面２０１に接近すると、気泡Ｖの気液界面の反射光２０３による計測ノイズが発生する傾向があり、このようなノイズを除去する複雑な制御手段をシステムに組込む必要が生じる。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で気相又は液相の判別等を行うことができる構造を有し、小型且つ安価に製造することができる光学式センサを提供することにある。
【００１２】
本発明は又、比較的簡易且つ小型の装置構成により、気相又は液相の判別等を行うことができる流体測定方法を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成すべく、光源、光ファイバ、感知部及び光量検出部を備え、感知部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光ファイバの光路内を伝播する前記光源の光を少なくとも部分的に前記流体内に出射し、前記感知部から前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光の光量を検出する光学式センサにおいて、
前記光ファイバを屈曲し、前記感知部として働く前記光ファイバの曲げ変形部を形成し、
該曲げ変形部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光路内の光を少なくとも部分的に前記曲げ変形部から前記流体に出射するとともに、前記曲げ変形部から前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光量の変化を検出するようにしたことを特徴とする光学式センサを提供する。
【００１４】
本発明は又、光源、光ファイバ、感知部及び光量検出部を備え、感知部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光ファイバの光路内を伝播する前記光源の光を少なくとも部分的に前記流体内に出射し、前記感知部から前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光の光量を検出する光学式センサにおいて、
前記光ファイバのクラッドを部分的に除去し又は喪失せしめることにより、該光ファイバのコアを部分的に露出させて、前記感知部として働くコア露出部を前記光ファイバに形成し、
該コア露出部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光路内の光を少なくとも部分的に前記コア露出部から前記流体に出射し、前記コア露出部から前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光量の変化を検出するようにしたことを特徴とする光学式センサを提供する。
【００１５】
本発明の上記構成によれば、曲げ変形部又はコア露出部が光ファイバに局所的に形成される。曲げ変形部又はコア露出部の臨界角は直線光路の臨界角と相違する。光路内を伝播する光を全反射させて光路内に閉じ込める機能は、曲げ変形部又はコア露出部において失われ、光路内の光の少なくとも一部が、曲げ変形部又はコア露出部から外界に出射する。曲げ変形部又はコア露出部から出射する光の光量は、曲げ変形部又はコア露出部に接する流体の物性及び種類により相違するので、曲げ変形部又はコア露出部を通過して光量検出部に到達する光の光量は、曲げ変形部又はコア露出部に接する流体の物性及び種類に相応して変化する。従って、本発明の光学式センサによれば、流体を曲げ変形部又はコア露出部に接触させることより、気相又は液相の判別、流体の種類、或いは、流体の物性等を検出することが可能となる。
【００１６】
本発明の光学式センサは、光ファイバを局部的に曲げ変形し、或いは、光ファイバのクラッドを局部的に除去し又は喪失せしめることによって光ファイバに感知部を形成するにすぎない簡易な構造を有する。従って、本発明の光学式センサは、従来の液面センサのようにプリズムを備える必要がなく、小型且つ安価に製造することができる。また、本発明の光学式センサによれば、光量検知器に到達する光量を検出することによって気相又は液相の判別等を行うことができるので、従来の気液二相流計測システムのように複雑且つ高価な情報処理システムを備える必要がなく、しかも、曲げ変形部又はコア露出部がプリズムの役目を果たすので、ノイズ発生を防止することができる。従って、本発明の構成は、システム全体の構成を簡素化する上で極めて有利である。 
【００１７】
本発明は更に、光ファイバに設けられた感知部を流体に接触させ、感知部に接する流体の屈折率の相違に相応して、前記光ファイバの光路内を伝播する光を少なくとも部分的に前記流体内に出射し、前記感知部を通過して前記光ファイバの光路内を伝播して前記光量検出部に到達する光の光量を検出する流体測定方法において、
前記光ファイバの屈曲、及び／又は、前記光ファイバのクラッドの局部的な除去又は欠損により、前記感知部を前記光ファイバに形成し、
該感知部を流体に接触させた状態で前記光ファイバの送光用光路を介して光源の光を前記感知部に送光し、
前記感知部を通過して前記光ファイバの受光用光路に伝播する光の光量を測定することを特徴とする流体測定方法を提供する。
【００１８】
本発明の上記構成によれば、光ファイバに局所的に形成した曲げ変形部又はコア露出部を感知部として使用し、光量の変化を検出することによって流体の気相又は液相を判別することができる。
【００１９】
なお、「流体」は、一般に気体及び液体を総称する用語として使用されるが、本明細書において、「流体」は、静止流体及び流動流体を含み、気体及び液体、気液混合流体、スラリー、流動可能な半固体、固体粒子が混入した流体等を含む概念を意味するものとして理解すべきである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光学式センサは、簡単な構成で気相又は液相の判別等を行うことができる構造を有し、しかも、小型且つ安価に製造することができる。
【００２１】
本発明の流体測定方法によれば、比較的簡易且つ小型の装置構成により、気相又は液相の判別等を行うことができる。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の好適な実施形態によれば、光量検出部は、曲げ変形部又はコア露出部からなる感知部が静止流体中を移動する際に生じる光量の変化を検出する。光量検出部は、光量の変化により、流体の気相又は液相を判別し、流体の種類を検出し、或いは、流体の物性を検出することができる。
【００２３】
本発明の他の実施形態では、光量検出部は、流体の流動によって生じる光量の変化を検出する。光量の変化により、流体の流速、気泡数、気泡の移動速度、気泡の通過頻度、気泡の密度、気泡のサイズ及び／又は気泡の物性等を検出することができる。気泡の移動等を検出するために、複数の感知部が流動流体内に位置決めされ、光量検出器は、各々の感知部を通過して受光用光路内を伝播する光の光量を検出する。所望により、複数の感知部を一本光ファイバに形成しても良く、或いは、感知部を形成した複数の光ファイバを流動流体内に位置決めしても良い。
【００２４】
本発明の或る実施形態では、曲げ変形部のクラッドが少なくとも部分的に除去され又は欠損し、曲げ変形部のコアは、被検出流体に接する。
【００２５】
曲げ変形部の曲げ半径は、好ましくは、光ファイバの直径の５倍以下、更に好ましくは、光ファイバの直径の４倍以下に設定される。
【００２６】
好適には、曲げ変形部又はコア露出部は、二種の流体に接する際に４％以上、望ましくは、５％以上の光量減衰割合が得られるように設計される。
【００２７】
本発明の光学式センサ及び流体測定方法は、液体の液面変化の測定に好適に使用し得る。本発明の好ましい実施形態において、上記流体は、液体及び気体であり、複数の感知部を夫々備えた単一の光ファイバが使用され、或いは、感知部を夫々備えた複数の光ファイバが使用される。
【００２８】
単一の光ファイバに設けられた複数の感知部は、液体の液面に対して異なる相対位置に位置決めされ、光量検出部は、複数の感知部を通過した光の光量変化を測定し、これにより、液面の変化を検出する。
【００２９】
複数の光ファイバに夫々設けられた感知部は、液面に対して異なる相対位置に位置決めされる。光量検出部は、各光ファイバにおける光の光量変化を測定し、液面の変化を検出する。
【００３０】
所望により、光量検出部は、光量の時間変化を検出する手段を更に備え、液面の変化速度を検出する。
【００３１】
本発明の他の実施形態において、本発明は、流体の濃度検出等に適用される。即ち、多くの流体の屈折率と流体の物性との関係は、予め知られていることから、このような既知の情報に基づいて、光量の測定結果から流体の物性を検出することができる。検出すべき流体の物性が流体の濃度である場合、流体の濃度及び屈折率の相関関係に関する既知の情報に基づき、流体の濃度（例えば、溶液に溶解した物質の濃度）を光量の測定結果によって検出することができる。
【００３２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、一般的な光ファイバの構造を示す断面図であり、図２は、本発明に係るセンサの感知部の構成を示す断面図である。
【００３４】
図１に示す如く、光ファイバ１は、石英ガラス又は樹脂等で形成されるコア２及びクラッド３から構成される。光ファイバ１は、高屈折率のコア２の外周を低屈折率のクラッド３で被覆した二重構造を有し、コア２は、光の光路を構成する。光ファイバ１として、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂（屈折率１．４９）のコア２と、フッソ樹脂（屈折率１．４２）のクラッド３とからなり、ファイバ直径０．２５mm、コア直径／ファイバ直径＝９８％、保存温度範囲＝−５５〜７７℃の性質を有する光ファイバ（三菱レイヨン株式会社製品「スーパーエスカ」）を例示し得る。
【００３５】
図１（Ｃ）に示す如く、比較的大きな進入角（入射角）θ1でコア２及びクラッド３の間の境界面４に入射した光Ｌは、境界面４で屈折して境界面４を透過し、クラッド３内に進入する。臨界角θ2で境界面４に入射した光Ｌは、境界面４に平行な方向に境界面４で屈折する。臨界角θ2よりも小さい進入角θ3で境界面４に入射した光Ｌは、クラッド３内に透過せず、境界面４において全反射する。光ファイバ１は、このような光Ｌの全反射を利用し、光Ｌを光路内（コア２内）に閉じこめた状態で伝搬する。このような光ファイバの原理又は現象は、既に知られた原理又は現象であるので、更なる詳細な説明は、省略する。
【００３６】
図２（Ａ）には、本発明のセンサを構成する感知部の構成が示されている。
【００３７】
光ファイバ１は、曲率中心Ｃを中心とした所定の曲率半径Ｒに曲げ変形され、曲げ変形部５において屈曲した形態を有する。曲げ変形部５は、光路内の光を周辺流体に出射する感知部を構成する。
【００３８】
曲げ変形部５の一方の側に位置する光ファイバ１の部分は、送光用光ファイバ６を構成し、曲げ変形部５の他方の側に位置する光ファイバ１の部分は、受光用光ファイバ７を構成する。図２（Ａ）に示す如く、送光用光ファイバ６の光Ｌは、臨界角θ2よりも小さい進入角θ3で全反射を繰返しながら光路内（コア２内）を伝播し、曲げ変形部５に到達する。曲げ変形部５に到達した光Ｌの一部は、臨界角θ2よりも小さい進入角θ3  で境界面４に入射し、境界面４によって全反射し、反射光Ｌ1として曲げ変形部５を通過し、同様な全反射を繰返しながら受光用光ファイバ７の光路内を伝播する。しかしながら、境界面４の湾曲により、光Ｌの残部は、臨界角θ2よりも大きな進入角θ1で境界面４に入射し、屈折光Ｌ2として境界面４を透過する。境界面４を透過した屈折光Ｌ2は、クラッド３内に透過する。
【００３９】
屈折光Ｌ2は、クラッド３と外界（外部流体）との間の境界面８において屈折する。境界面８の臨界角は、クラッド３と外部流体との屈折率の相違によって決定される。臨界角以上の入射角で境界面８に入射した光は、光路内に反射し、臨界角を超える入射角で境界面８に入射した光は、外部流体に射出する。従って、光路内に反射する光量は、外部流体の屈折率の変化に相応して変化する。
【００４０】
曲げ変形部５が光を出射する現象は、主として、光路の屈曲又は湾曲によってクラッド３に入射する光の進入角が変化することに起因するが、副次的な要因として、光ファイバ１の曲げ変形によって生じるクラッド３の部分欠損又は喪失に起因する光の屈折の変化が考えられる。このようなクラッド３の欠落又は喪失を積極的に利用した構成を有する光ファイバ１の感知部が、図２（Ｂ）に示されている。
【００４１】
図２（Ｂ）に示す曲げ変形部５は、コア２を被覆するクラッド３を局部的に除去し又は喪失せしめ、コア２を曲げ変形部５の外側面において露出させた構成を有する。コア２は、曲率中心Ｃを中心とした角度αの範囲内で周囲の流体（気体又は液体）に露出する。曲げ変形部５に到達した光Ｌの一部は、臨界角θ2’よりも小さい進入角θ3’で境界面９に入射し、境界面９で全反射する。全反射した光は、反射光Ｌ1として受光用光ファイバ７の光路内を伝播する。しかしながら、境界面９の湾曲により、光Ｌの多くは、臨界角θ2’よりも大きな進入角θ1’で境界面９に入射し、屈折光Ｌ2として境界面９を透過する。境界面９を透過した屈折光Ｌ2は、光ファイバ１の外部に出射する。
【００４２】
臨界角θ2’以下の入射角θ3’で境界面９に入射した光は、光路内に全反射し、臨界角θ2’を超える入射角θ1’で境界面に入射した光は、外部流体に射出する。角度範囲αにおける臨界角θ2’は、コア２と周辺流体との屈折率の相違によって決定されるので、受光用光ファイバ７の光路内を伝播する光の光量は、外部流体の屈折率の変化に相応して変化する。従って、光量の変化を検出することにより、外部流体の変化を検出することができる。
【００４３】
図３には、図２（Ａ）に示す曲げ変形部５を備えたセンサの基本構成が示されている。
【００４４】
光ファイバ１は、光源１２及び光量検知器１３を備えた制御部１１に接続される。送光用光ファイバ６は光源１２に接続され、受光用光ファイバ７は光量検出器１３の受光素子に接続される。光源１２が発光する光は、光ファイバ１の光路内を伝播し、曲げ変形部５に到達する。曲げ変形部５は、図３（Ａ）において空気中に位置し、図３（Ｂ）において液中に位置する。いずれの場合であっても、曲げ変形部５における光路の変形により、光Ｌ2が曲げ変形部５から空気中又は液中に放射する。しかしながら、放射する光Ｌ2の光量は、曲げ変形部５の位置の相違（空気中に位置するか、液中に位置するか）に相応して変化する。曲げ変形部５において光路内に反射した光は、受光用光ファイバ７の光路を伝搬して光量検知器１３の受光素子に到達し、光の光量が光量検知器１３によって測定される。
【００４５】
図３（Ａ）に示す空気中位置では、曲げ変形部５は、空気中に位置し、空気とコア２又はクラッド３との屈折率の差が比較的大きく、比較的少量の光Ｌ2が曲げ変形部５から空気中に放射する。このため、比較的多量の光が光量検出器１３によって検出される。他方、図３（Ｂ）に示す水中位置では、曲げ変形部５は、水中に位置し、外部流体とコア２又はクラッド３との屈折率の差が減少するので、比較的多量の光Ｌ2が水中に射出する。このため、光量検出器１３は、比較的少ない光量を検出するにすぎない。
【００４６】
図４は、図３に示すセンサの作動試験結果を示す線図である。
【００４７】
図４には、曲げ変形部５を水（水道水）に繰返し浸漬した際に得られる光量検出値の時間変動特性が示されている。図４に示す受光量は、受光素子の出力電圧によって示されている。
【００４８】
光量検知器１３によって光量を継続的に検出しながら、図３（Ｂ）に示すように曲げ変形部５を１０秒間に７回、水中に浸漬した結果、光量検知器１３の光量検出値は、空気中位置（図３（Ａ））及び水中位置（図３（Ｂ））の変化に応答して明確に変化することが判明した。図４には、光量検出値の時間変化が示されている。曲げ変形部５が空気中に位置するとき、光量検知器１３の光量検出値は増大し、曲げ変形部５が水中に位置するとき、光量検知器１３の光量検出値は減少する。
【００４９】
図５は、図３に示すセンサの他の作動試験結果を示す線図である。図５（Ａ）には、曲げ変形部５を水及び塩水に交互に浸漬した場合に得られる光量検出値の時間変動特性が示されている。図５（Ａ）に示す受光量は、受光素子の出力電圧によって示されている。
【００５０】
光量検出器１３によって光量を継続的に検出しながら、曲げ変形部５を１０秒間に４回、液中に浸漬した結果、光量検知器１３の光量検出値は、図４に示す試験結果と同じく、空気中位置（図３（Ａ））及び液中位置（図３（Ｂ））の変化に相応して明確に変化する。曲げ変形部５の空気中位置における光量検出値は、図４に示す試験結果と同様、実質的に一定の値を示すが、曲げ変形部５の液中位置における光量検出値は、図４に示す試験結果と異なり、液の種類（水及び塩水）に相応して相違する。曲げ変形部５を塩水に浸漬した際に得られる光量検出値は、曲げ変形部５を水に浸漬した際に得られる光量検出値よりも小さい。即ち、光量検出器１３が検出する光量検出値は、気相又は液相の相違のみならず、流体濃度等の物性の相違によって生じる微妙な屈折率の変化によっても変化する。
【００５１】
図５（Ｂ）には、図３に示すセンサの曲げ変形部５をショ糖水溶液に浸漬した場合に得られる光量検出値と、ショ糖水溶液の屈折率との関係が示されている。
【００５２】
試験に用いた光ファイバ１は、ポリメチルメタクリレート樹脂（屈折率１．４９）のコア２と、フッソ樹脂（屈折率１．４２）のクラッド３とからなる直径０．２５mmの光ファイバであり、曲げ半径＝約０．１mmの曲げ変形部５を有する。図５（Ｃ）に示すように０〜５０％のショ糖濃度（ｗｔ％）を有する６種類のショ糖水溶液が用意された。予め測定された各ショ糖水溶液の屈折率が、図５（Ｃ）に示されている。なお、ショ糖濃度６０ｗｔ％以上のショ糖水溶液では、濃度分布が安定せずに一様な屈折率のショ糖水溶液が得られなかったことから、流動パラフィン（屈折率１．４７７５）が、ショ糖水溶液の代わりに使用された。
【００５３】
光ファイバ１の曲げ変形部５が、各水溶液（及び流動パラフィン）に浸漬され、受光素子に到達する光の光量が光量検知器１３によって測定された。光量検出値（Ｐ／Ｐwater）は、ショ糖濃度３０％以下のショ糖水溶液（屈折率約１．３８以下の範囲）では、ショ糖濃度の変化に対して概ね線型変化し、ショ糖濃度との相関関係を示した。しかしながら、ショ糖濃度４０％以上のショ糖水溶液（及び流動パラフィン）では、ショ糖濃度の変化に相応した光量検出値（Ｐ／Ｐwater）の変化は、観られなかった。これは、ショ糖水溶液の屈折率がクラッド３の屈折率（１．４２）に近似し又はこれを超える範囲にあることに起因すると考えられる。なお、光量検出値（Ｐ／Ｐwater）は、曲げ変形部５を水に浸漬した状態で制御部１１によって測定した光量測定値（Ｐwater）を基準にした指標であり、基準の光量測定値（Ｐwater）に対する光量測定値（Ｐ）の比として示される。
【００５４】
かくして、水溶液の屈折率がこのような範囲に達しない場合であれば、図３に示すセンサによって水溶液濃度をかなり正確に測定し得ることが判明した。
【００５５】
なお、図４及び図５に示す試験結果は、図２（Ａ）に示す曲げ変形部５を備えたセンサの試験結果であるが、図２（Ｂ）に示す曲げ変形部を備えたセンサについても、同様の試験結果が得られる。
【００５６】
図６は、空気中位置及び水中位置の相違による受光量の変化と、光ファイバ１の曲げ直径２Ｒとの関係を示す線図である。図６において、受光量は、受光素子の出力電圧として示されている。
【００５７】
本発明のセンサの流体測定能力は、光量検知器１３自体の感度に依存するのみならず、曲げ変形部５の感度にも依存する。曲げ変形部１３の感度を決定する主要因として、曲げ変形部５の空気中位置において光量検知器１３が検出する受光量ＰGと、曲げ変形部５の水中位置において光量検知器１３が検出する受光量ＰLとの差η＝ＰG−ＰLを挙げることができる。図６（Ａ）には、直径０．５ｍｍの光ファイバ１の曲げ変形部５を空気中から水中に移動させた際に得られる受光量の変化が、受光素子の出力電圧の変化として示されている。受光量ＰG、ＰLの差 ΔＰ(＝ＰG−ＰL)を初期受光量（ＰG）の減衰量として定義し、初期受光量（ＰG）に対する減衰量ΔＰの割合ΔＰ／ＰG  を光量減衰割合ηとして定義することができる。光量減衰割合ηは、曲げ変形部５の感度を示す指標として把握し得る。
【００５８】
図６（Ｂ）には、曲げ変形部５の曲げ直径２Ｒと、光量減衰割合ηとの関係が示されている。図６（Ｂ）に示す如く、曲げ直径２Ｒが増大するにつれて、光量減衰割合ηが低下する。一般に、曲げ変形部５が所望の検知機能を発揮するには、約４％以上、好ましくは、５％以上の光量減衰割合ηが得られることが望ましい。図６に示す直径０．５ｍｍの光ファイバ１の事例においては、曲げ直径２Ｒを５ｍｍ以下（曲げ半径Ｒを２．５ｍｍ以下）に設定することによって、４％以上の光量減衰割合ηが得られ、曲げ直径２Ｒを４ｍｍ以下（曲げ半径Ｒを２ｍｍ以下）に設定することによって、６％以上の光量減衰割合ηが得られる。５ｍｍ以下の曲げ直径２Ｒは、直径Ｄの５倍以下の曲げ半径Ｒ（即ち、Ｒ≦５×Ｄ）に相当し、４ｍｍ以下の曲げ直径２Ｒは、直径Ｄの４倍以下の曲げ半径Ｒ（即ち、Ｒ≦４×Ｄ）に相当する。
【実施例２】
【００５９】
図７は、本発明に係るセンサの他の実施例を示す断面図である。
【００６０】
センサを構成する光ファイバ１は、図２（Ａ）に示す如く、所定の曲率半径Ｒで湾曲した曲げ変形部５を備え、或いは、図２（Ｂ）に示す如く、曲げ変形部５の外側面のクラッド３を除去した構成を有する。図７に示すセンサは、このような曲げ変形部５を備えるとともに、光ファイバ１の直線部分のクラッド３を長さ範囲βに亘って除去したコア露出部１０を送光用光ファイバ６に備える。
【００６１】
図８には、図７に示す曲げ変形部５及びコア露出部１０を備えた本発明のセンサの基本構成が示されている。
【００６２】
送光用光ファイバ６は制御部１１の光源１２に接続され、受光用光ファイバ７は制御部１１の光量検出器１３に接続される。光源１２が発光する光は、光ファイバ１の光路内を伝播し、コア露出部１０及び曲げ変形部５に到達する。曲げ変形部５及びコア露出部１０においてコア２内に反射した光は、受光用光ファイバ７の光路を伝搬して光量検知器１３に到達し、光量検知器１３によって測定される。
【００６３】
曲げ変形部５は、図８（Ａ）において空気中に位置し、図８（Ｂ）において液中に位置する。コア露出部１０は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において空気中に位置し、図８（Ｃ）において液中に位置する。いずれの場合であっても、比較的多量の光が曲げ変形部５及びコア露出部１０から空気中又は液中に放射する。しかしながら、放射する光量は、曲げ変形部５及びコア露出部１０の位置（空気中又は液中）によって相違する。
【００６４】
図９は、図８に示すセンサの作動試験結果を示す線図である。図９には、曲げ変形部５のみを水（水道水）に繰返し浸漬した際に得られる光量検出値の時間変動特性が、受光素子の出力電圧の変化として示されている。この作動試験は、コア露出部１０を水中に浸漬せずに行われた。
【００６５】
光量検知器１３によって光量を継続的に検出しながら、曲げ変形部５のみを４秒間に５回、水中に浸漬した場合、光量検知器１３の光量検出値は、空気中位置（図８（Ａ））及び水中位置（図８（Ｂ））の変化に相応して明確に変化する。
【００６６】
図１０は、図８に示すセンサの他の作動試験結果を示す線図である。図９には、曲げ変形部５及びコア露出部１０を水に繰返し浸漬した際に得られる光量検出値の時間変化が示されている。
【００６７】
光量検知器１３によって光量を継続的に検出しながら、曲げ変形部５及びコア露出部１０を５秒間に３回、水中に浸漬した場合、光量検知器１３の光量検出値は、図８に示す試験結果と同様、空気中位置（図８（Ａ））及び水中位置（図８（Ｃ））の変化に相応して明確に変化する。曲げ変形部５は、コア露出部１０よりも早期に水中に浸漬し、コア露出部１０は、若干の時間遅れをもって水中に浸漬するので、曲げ変形部５のみが水中に浸漬した状態で得られる光量値の特性ａと、曲げ変形部５及びコア露出部１０の双方が水中に浸漬した状態で得られる光量値の特性ｂとは、図１０に示すように相違する。これは、曲げ変形部５のみならず、コア露出部１０も又、気液判別手段として機能することを意味する。
【００６８】
図１１は、図１０に示す変化特性を模式的に示す線図である。
【００６９】
曲げ変形部５のみを水中に浸漬した状態の特性ａと、曲げ変形部５及びコア露出部１０の双方を水中に浸漬した状態の特性ｂとを対比すると、曲げ変形部５及びコア露出部１０の距離Ｈ（図７及び図８）だけコア露出部１０が水面ＷＬに対して移動する時間ΔＴ１、ΔＴ２の間、光量値ΔＰ１、ΔＰ２の変化が生じる。従って、時間ΔＴ１、ΔＴ２及び距離Ｈより、センサと水面ＷＬとの相対速度が得られる。
【００７０】
曲げ変形部５及びコア露出部１０の双方が液体流に浸漬した状態において、液体流に随伴され又は連行された気泡Ｖが、図８に示す如く、曲げ変形部５に到達すると、境界面９ａの臨界角が変化する。この結果、反射光Ｌ1として曲げ変形部５から受光用光ファイバ７に伝播する光量は増加し、光量検知器１３は、受光量の増大を検出する。液体流によって気泡Ｖが随伴され、曲げ変形部５から離間すると、境界面９ａの臨界角が変化し、反射光Ｌ1として曲げ変形部５から受光用光ファイバ７に伝播する光量は低減する。この結果、光量検知器１３は、受光量の減衰を検出する。気泡Ｖがコア露出部５に到達すると、コア露出部１０の境界面９ｂの臨界角が変化し、反射光Ｌ1として曲げ変形部５から受光用光ファイバ７に伝播する光量は増加し、この結果、光量検知器１３は、受光量の増大を検出する。液体流によって気泡Ｖが随伴され、コア露出部１０から離間すると、境界面９ｂの臨界角が変化し、反射光Ｌ1として曲げ変形部５から受光用光ファイバ７に伝播する光量は低減する。この結果、光量検知器１３は、受光量の減衰を検出する。このように複数の感知部を備えた本発明のセンサによれば、流体の物性の相違のみならず、流体中を移動する気泡Ｖを感知し、流体中の気泡Ｖの個数、気泡Ｖの移動速度、気泡Ｖの分布等を検出することができる。
【実施例３】
【００７１】
図１２は、本発明に係るセンサの更に他の実施例を示す断面図である。
【００７２】
センサは、一対の光ファイバ１ａ、１ｂを有し、光ファイバ１ａ、１ｂは、光源及び光量検知器を備えた制御部１１に接続される。光ファイバ１ａには、所定の曲率半径で湾曲した曲げ変形部５ａが形成される。曲げ変形部５ａの一方の側に位置する光ファイバ１ａの部分は、送光用光ファイバ６ａを構成し、曲げ変形部５ａの他方の側に位置する光ファイバ１ａの部分は、受光用光ファイバ７ａを構成する。送光用光ファイバ６ａは制御部１１の光源に接続され、受光用光ファイバ７ａは制御部１１の光量検出器に接続される。同様に、光ファイバ１ｂには、所定の曲率半径で湾曲した曲げ変形部５ｂが形成される。曲げ変形部５ｂの一方の側に位置する光ファイバ１ｂの部分は、送光用光ファイバ６ｂを構成し、曲げ変形部５ｂの他方の側に位置する光ファイバ１ｂの部分は、受光用光ファイバ７ｂを構成する。送光用光ファイバ６ｂは制御部１１の光源に接続され、受光用光ファイバ７ｂは制御部１１の光量検出器に接続される。光ファイバ１ａ、１ｂは、曲げ変形部５ａ、５ｂを鉛直上方に差し向けた状態で水中に配置され、鉛直距離Ｅだけ上下方向に離間する。
【００７３】
曲げ変形部５ａ、５ｂの双方が水中に浸漬した状態が図１２（Ａ）に示されている。水面ＷＬが降下して曲げ変形部５ａが空気中に露出すると、光ファイバ１ａと関連した光量検知器の光量検出値が変化し、制御部１１は、水面位置（水面降下）を検出する。図１２（Ｂ）に示すように水面ＷＬが更に降下し、曲げ変形部５ｂが空気中に露出すると、光ファイバ１ｂと関連した光量検知器の光量検出値が変化し、制御部１１は、水面位置（水面降下）を検出する。制御部１１は、光ファイバ１ａが水面ＷＬのレベルを検出した時刻と、光ファイバ１ｂが水面ＷＬのレベルを検出した時刻とを夫々記憶し、検出時間差及び鉛直距離Ｅに基づいて水面ＷＬの変化の速度を演算する。
【実施例４】
【００７４】
図１３〜１６は、本発明に係るセンサの他の実施例を示す断面図である。
【００７５】
センサは、複数（本例では３箇所）の曲げ変形部５ａ、５ｂ、５ｃを備えた光ファイバ１と、光源及び光量検知器を備えた制御部１１とから構成される。曲げ変形部５ａと制御部１１の光源との間に位置する光ファイバ１の部分は、送光用光ファイバ６を構成し、曲げ変形部５ｃと制御部１１の光量検出器との間に位置する光ファイバ１の部分は、受光用光ファイバ７を構成する。曲げ変形部５ａ、５ｂの間に延びる光ファイバ１の部分は、曲げ変形部５ａにおいて光路内に反射した光を曲げ変形部５ｂに伝播させる中継用光ファイバ１５を構成し、曲げ変形部５ｂ、５ｃの間に延びる光ファイバ１の部分は、曲げ変形部５ｂにおいて光路内に反射した光を曲げ変形部５ｃに伝播させる中継用光ファイバ１６を構成する。
【００７６】
曲げ変形部５ａ、５ｂ、５ｃは、互いに異なるレベルに配置される。本例では、曲げ変形部５ｃは、最も水面ＷＬに接近した最下位レベルに配置され、曲げ変形部５ａは、最も水面ＷＬから離間した最上位レベルに配置され、曲げ変形部５ｂは、曲げ変形部５ａ、５ｃの間の中間高さに配置される。図１３には、曲げ変形部５ａ、５ｂのレベル差が鉛直距離Ｅ１として示され、曲げ変形部５ｂ、５ｃのレベル差が鉛直距離Ｅ２として示されている。
【００７７】
送光用光ファイバ６は制御部１１の光源に接続され、受光用光ファイバ７は制御部１１の光量検出器に接続される。光源１２が発光する光は、送光用光ファイバ６の光路内を伝播し、曲げ変形部５ａに到達する。前述の如く、光の一部は、曲げ変形部５ａにおける光路の変形により、曲げ変形部５ａから空気中又は液中に部分的に放射し、光の残部は、曲げ変形部５ａにおいて中継用光ファイバ１５の光路内に反射し、中継用光ファイバ１５の光路を伝搬して曲げ変形部５ｂに到達する。曲げ変形部５ｂにおける光路の変形により、光の一部が曲げ変形部５ｂから空気中又は液中に部分的に放射し、光の残部は、曲げ変形部５ｂにおいて中継用光ファイバ１６の光路内に反射して中継用光ファイバ１５の光路を伝搬し、曲げ変形部５ｃに到達する。曲げ変形部５ｃにおける光路の変形により、光の一部が曲げ変形部５ｃから空気中又は液中に部分的に放射し、光の残部は、曲げ変形部５ｃにおいて受光用光ファイバ７の光路内に反射して受光用光ファイバ７の光路を伝搬し、制御部１１の光量検出器に到達する。制御部１１は、光量検出器の受光素子に到達した光の光量を測定する。
【００７８】
図１３には、全ての曲げ変形部５ａ、５ｂ、５ｃが空気中に位置する状態が示されている。水面ＷＬとセンサとの相対位置が変化し、例えば、水面ＷＬが上昇し、この結果、曲げ変形部５ｃのみが水中に浸漬した状態が、図１４に示されている。水面ＷＬ及びセンサの相対位置が更に変化し、曲げ変形部５ｂ、５ｃが水中に浸漬した状態が、図１５に示されている。水面ＷＬ及びセンサの更なる相対位置変化により、全ての曲げ変形部５ａ、５ｂ、５ｃが水中に浸漬した状態が、図１６に示されている。
【００７９】
図１７は、図１３〜１６に示すセンサの作動試験結果を示す線図である。作動試験では、図１３〜１６に示す順番で曲げ変形部５ｃ、５ｂ、５ａを水に順次浸漬した後、逆の順番で曲げ変形部５ａ、５ｂ、５ｃを空気中に順次移動させた。この間に得られる光量検出値（Ｐ／Ｐwater）の時間変化が、図１７に示されている。
【００８０】
図１７に示すように、全ての曲げ変形部５ａ、５ｂ、５ｃが空気中に位置する状態（図１３）では、光量レベルｐ１が得られ、曲げ変形部５ｃのみが水中に浸漬した状態（図１４）では、光量レベルｐ２が得られた。また、曲げ変形部５ｂ、５ｃが水中に位置する状態（図１５）では、光量レベルｐ３が得られ、全ての曲げ変形部５ａ、５ｂ、５ｃが水中に浸漬した状態（図１６）では、光量レベルｐ４が得られた。即ち、光量検出値は、水に接する曲げ変形部の数に相応して段階的に変化する。従って、曲げ変形部５ａ、５ｂ、５ｃを単一の光ファイバ１に形成した構成を有する本例のセンサは、水面ＷＬとセンサとの相対位置の変化（例えば、水面ＷＬの変化）を光量検出値（Ｐ／Ｐwater）の変化によって検出することができる。しかも、光ファイバ１に接続された制御部１１は、鉛直距離Ｅ１、Ｅ２と、光量検出値（Ｐ／Ｐwater）の時間変化とに基づいて、水面ＷＬ及びセンサの相対位置の変化速度、例えば、水面ＷＬの変動速度を検出することができる。
【００８１】
前述の各実施例において、曲げ変形部５は、室温又は大気温度で光ファイバ１を曲げ変形させる常温曲げ加工によって形成し、或いは、加熱状態で光ファイバ１を曲げ変形させる加熱・曲げ加工によって形成しても良い。また、加熱・曲げ加工においては、光ファイバ１を張力下に曲げ変形させても良い。図１８には、加熱・曲げ加工によって形成された光ファイバ１の構造が示されている。曲げ変形部５、光ファイバ部分６ｃ、７ｃは、光ファイバ１を張力下に局所加熱することよって曲げ変形させた部分であり、この部分の直径は、光ファイバ部分６ｄ、７ｄの直径（光ファイバ１の素線径）に比べ、大きく縮小している。ポリメチルメタクリレート樹脂のコア２と、フッソ樹脂のクラッド３とからなる光ファイバや、その他の熱可塑性樹脂のコア及びクラッドからなる光ファイバをこのような加工法で曲げ加工することができる。なお、加熱温度は、光ファイバ１を構成する素材の軟化温度を基準に適宜設定される。このように曲げ変形部５を細径化することにより、本発明のセンサをマイクロバブル等の微小気泡の検出に用いることが可能となる。また、このような加工法に従って曲げ変形部５を形成した場合、光ファイバ１の直径は漸減するので、比較的大きな直径を有する光ファイバ部分６ｄ、７ｄと、細径化した光ファイバ部分６ｃ、７ｃとの境界に段差が形成されず、従って、大径の光ファイバと小径の光ファイバとを接続した場合に生じ得る光の漏れ等を防止し、光ファイバの接続に伴う接続損失を抑制することができる。
【００８２】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。
【００８３】
例えば、光量検知器１３の検出値をコンピュータ等の情報処理装置に出力し、数値処理プログラム又はデータ処理プログラム等によって所望のデータに変換することができる。
【００８４】
また、光ファイバの素線径及び素材は、光学式センサの使用目的に応じて適宜設定することがてきる。
【００８５】
更に、上記実施例においては、コア露出部１０は、送光用光ファイバ６に配置されているが、コア露出部１０を受光用光ファイバ７に配置しても良い。
【００８６】
また、本発明に従って複数の曲げ変形部５又はコア露出部１０を光ファイバ１に形成し、或いは、複数のセンサを組み合わせた流体測定シテスムを設計しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の光学式センサは、簡単な構成で気相及び液相を判別可能な構造を有し、小型且つ安価に製造することができる。本発明によれば、素線径が小さい光ファイバを使用することにより、マイクロスケールの感知部を有する光学式センサを容易に製造することができる。また、耐熱性を有する光ファイバを使用することにより、耐熱性を有する小型の感知部を備えた光学式センサを製造することができ、更には、半透明のテフロン（登録商標）等の耐酸性樹脂によって光ファイバを被覆することにより、耐酸性を有する光学式センサを製造することができる。 
【００８８】
本発明に従って、静止流体の気液判別、流体の種類の検出又は流体の物性（濃度、屈折率等）の検出を行う光学式センサを製造し得るのみならず、流動する流体の流速、気泡数、気泡の移動速度、気泡の通過頻度、気泡の密度、気泡のサイズ（直径等）及び／又は気泡の物性等の検出を行う光学式センサを製造することができる。例えば、流体のボイド率等を検出するボイドセンサを本発明に従って製造することができる。
【００８９】
本発明の光学式センサは、電気的方式のセンサでは測定困難な非導電性流体（フレオンガス、液化天然ガス、石油、炭化水素系燃料等）の検出又は物性測定に好適に使用し得る。また、本発明の光学式センサは、電磁誘導ノイズの影響を受けないので、大電流の電力を使用する工場又は電力施設に使用可能なセンサとして好ましく使用し得る。
【００９０】
本発明の構成は、濁度計、光温度センサ、臭気センサ又は各種流速計等に適用することができる。また、本発明の構成は、液晶の屈折率変化を利用することにより、圧力センサの製造を可能にする。
【００９１】
本発明に従って、複数の感知部を備えた光学式センサを構成することができる。また、本発明に従って、複数の光学式センサを同一領域で使用しても良い。複数の感知部又は複数の光学式センサを使用することにより、流体中の気泡のボイド分布、流体の濃度分布、流体の濁度分布、流体の流速、流体の流速分布、流体の温度分布等を計測する計測システムを構成することができる。
【００９２】
本発明の構成は、マイクロスケールの感知部を備えた光学式センサの製造を可能にするので、生体メカニズムの工学的解析のための各種センサ、血液又は生体組織を医療的に検査するための各種センサ、植物、微生物又は細菌等の研究に使用可能な各種センサ、更には、材料又は土質等の力学的解析に使用可能な各種センサなどの用途に応用することができ、本発明の適用範囲又は応用範囲は、極めて広範な分野に及ぶであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】一般的な光ファイバの構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係るセンサの感知部の構成を示す断面図である。
【図３】図２（Ａ）に示す曲げ変形部を備えたセンサの基本構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示すセンサの作動試験結果を示す線図であり、曲げ変形部を水に繰返し浸漬した際に得られる光量検出値の時間変動特性が受光素子の出力電圧の変化として示されている。
【図５】図３に示すセンサの他の作動試験結果を示す線図である。
【図６】空気中位置及び水中位置の相違による受光量の変化と、光ファイバの曲げ直径との関係を示す線図である。
【図７】本発明に係るセンサの他の実施例を示す断面図であり、感知部の構成が示されている。
【図８】図７に示す感知部を備えたセンサの基本構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示すセンサの作動試験結果を示す線図であり、曲げ変形部のみを水に繰返し浸漬した際に得られる光量検出値の時間変動特性が受光素子の出力電圧の変化として示されている。
【図１０】図８に示すセンサの他の作動試験結果を示す線図であり、曲げ変形部及びコア露出部を水に繰返し浸漬した際に得られる光量検出値の時間変化が受光素子の出力電圧の変化として示されている。
【図１１】図１０に示す光量検出値の変化特性を模式的に示す線図である。
【図１２】本発明に係るセンサの更に他の実施例を示す断面図である。
【図１３】本発明に係るセンサの他の実施例を示す断面図であり、複数の曲げ変形部を備えた単一の光ファイバを有するセンサが示されている。
【図１４】図１３に示すセンサの断面図であり、最下位の曲げ変形部を水に浸漬した状態が示されている。
【図１５】図１３に示すセンサの断面図であり、最下位及び中間レベルの曲げ変形部を水に浸漬した状態が示されている。
【図１６】図１３に示すセンサの断面図であり、全ての曲げ変形部を水に浸漬した状態が示されている。
【図１７】図１３〜１６に示すセンサの作動試験結果を示す線図である。
【図１８】曲げ変形部を加熱・曲げ加工によって形成した光ファイバの構造を示す正面図である。
【図１９】光の屈折特性を利用した従来の液面センサの構成を概略的に示す正面図である。
【図２０】図１２に示す液面センサを水中に浸漬した状態を示す正面図である。
【図２１】従来の気液二相流計測システムを構成するプローブの構成を概念的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  光ファイバ
２  コア
３  クラッド
４、８、９  境界面
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、  曲げ変形部
６、６ａ、６ｂ  送光用光ファイバ
７、７ａ、７ｂ  受光用光ファイバ
１０  コア露出部
１１  制御部
１２  光源
１３  光量検知器
１５、１６  中継用光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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