JPS63103920A - 光ファイバ流体センサ - Google Patents

光ファイバ流体センサ

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JPS63103920A
JPS63103920A JP62249055A JP24905587A JPS63103920A JP S63103920 A JPS63103920 A JP S63103920A JP 62249055 A JP62249055 A JP 62249055A JP 24905587 A JP24905587 A JP 24905587A JP S63103920 A JPS63103920 A JP S63103920A
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fluid
coating
sensing chip
sensing
light
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JP62249055A
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エリック　ディ、パーク
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Kollmorgen Technologies Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • G01F23/2921—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels
    • G01F23/2922—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels with light-conducting sensing elements, e.g. prisms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S250/00—Radiant energy
    • Y10S250/90—Optical liquid level sensors
    • Y10S250/904—Optical liquid level sensors with single light guide element to guide light in a continuous path

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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】 産業上の利用分野 本発明は、流体の存在、レベルおよび性質の少なくとも
いずれか１つを検知するための光フアイバ流体検知装置
に関するものである。
発明の背景および目的 流体の存在、レベルまたは他の特１１を検知することは
しばしば必要とされることである。すなわ・ち、センサ
が流体のレベルまたは過不足の状態を調べるため、ある
いは汚染を検出するために、貯蔵タンク、貯水池、燃料
タンク、およびパイプラインとともに使用されることは
よく知られている。例えば、センサはサービスステーシ
ョンのガソリン貯蔵タンクにおいて用いられ、一般にそ
れら燃料タンクの周囲に取り付けられた外部水冷装置（
ウォータージャケット）における流体のレベルを監視し
、または汚染を検出するものである。
これまでに知られたセンサは、流体のレベルおよび他の
特性を測定するため、種々の原理を用いてきた。最も一
般的なタイプのセンサは、静電容置型のセンサである。
不都合なことに、これらのセンサは検知位置で電力を必
要とし、そのため揮発性の流体が検知される時に、爆発
する危険がある。光学的センサもまたその検知領域にお
いて電気的要素を備えており、同じような爆発の危険性
を招（。そのうえ、従来の光学的センサは光学素子の表
面に付着した流体により誤った表示をすることが知られ
ている。
したがって、本発明の目的はいかなる爆発する危険性も
生じさせることなく、種々の検知機能を実行することの
できる流体検知装置を提供することである。
本発明の別の目的は、すべての電気的要素を検知領域か
ら離して配置させる、遠隔操作型の光学的流体センサを
提供することである。
本発明のさらに別の目的は、光学的検知チップに形成さ
れる流体による望ましくない影響を受けないようにした
遠隔操作型の光学的センサを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、センサ構成要素の作動状態
が監視され、いくつかの構成要素の誤動作を示すために
、独立した出力信号を発生する光学的流体センサを提供
することである。
これらおよびその他のきわめて望ましく、かつ顕著な結
果は、本発明により、すべての電気的な構成要素が検知
領域から離れて配置され、検知領域には流体に接触する
非電気的なチップだけが存在するという経済的な構造に
おいて達成される。
本発明はここに図示し、かつ説明した新規の部分、構造
、配置、組み合わせ、工程、および改良を含んでいる。
発明の要約 本発明によれば、検知チップと流体との間における光の
屈折率を整合させることにより、この検知チップで流体
の存在、レベルまたは特性を検出する光学的流体センサ
が提供される。
都合のよいことに、本発明は、光放射器、光検出器、お
よびそれらに関連する電子信号処理装置から隔った位置
での光学的検知を提供する。この顕著な利点は、検知チ
ップと光放射器および光検出器の間に、光フアイバ伝送
ケーブルを用意することによって達成される。
本発明によるセンサにおいて、光は放射器側光ファイバ
に接続された半導体光源から放射され、その放射器側光
ファイバを通って検知チップの後部へ入射する。
望ましくは、検知チップは、チップ素子それ自体の外面
にポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ　）の薄層の
ようなコーティングを備えた円錐形の輪郭を有している
。放射された光は、検知チップを取り囲む物質、すなわ
ち検知されるべき流体または空気に対する検知チップと
コーティングとの間の屈折率の関係によって、検知チッ
プで検出器側光ファイバケーブルに再び屈折されるか、
または消滅する。検知チップと流体との間の適切な関係
を得るために、チップ素子の屈折率および斜角は、コー
ティングおよび検知されるべき流体の屈折率に関して注
意深く選ばれる。結果として、流体がチップを取り囲む
ときは、光は流体中へ分散されて消滅する。しかしなが
ら、流体の存在しないときは、コーティングはいかなる
残留流体をもはじくとともに、光は内部へ反射されて、
検出器側光ファイバケーブルへ再び屈折される。反射さ
れ、かつ検出器側光ファイバケーブルへ屈折された光は
、そのファイバケーブルによって、検知および信号処理
のための光検出器へ伝送される。
それに加えて、低レベルの光は、常にあらゆる条件のも
とて光検出器へ返送されることがわかった。注目すべき
ことは、この低レベルの光を、センサの状態を監視する
ために用い得るということ・ である。例えば、この一定な低レベルの信号が存在しな
い場合には、状態指示出力が生じ、センサのどこかで誤
動作が起こったことが指示される。
このように本発明は、検知チップと検知されるべき流体
とのそれぞれの屈折率に基づいて、流体のレベルを測定
し、または流体を区別することのできるセンサを提供す
るものであることが容易に認識されるであろう。
本発明のさらなる長所は、この検知能力が検知領域にお
いていかなる電気的構成要素も必要とせずに提供され、
それによって従来杯発性流体の検知の間において発生す
るおそれがあった爆発という重大な危険を除去すること
である。
本発明のさらに顕著な長所は、検知チップコーティング
が存在するため、検知チップ表面に形成される流体の被
膜による望ましくない影響、すなわち、それによる読取
り誤差の発生を防止するということである。
さらに、本発明は、あらゆる作動条件のもとで、光検出
器へ返送される低レベルの光を常時監視することにより
、システムの誤動作検知機能を都合よ（提供するもので
ある。
前述の概括的な記述、そして以下に続く詳細な記述も同
様に、本発明の詳細な説明であるが、これらの記述はそ
れらよって限定されるものではない。
好ましい実施例の詳細な説明 添付図面を参照すれば、本発明に従って構成された遠隔
操作型の光学的センサの望ましい実施例が示されている
。第１図において、本発明における流体センサには、総
括して参照番号（２０）が付されている。流体センサ（
２０）は、電気コネクタ（１）において電源と接続され
る電子工学的モジュール（１２）を含んでいる。電力は
調整され、半導体光放射器（２〉に定常電流が供給され
る。そして、半導体光放射器（２）は放射器側光学コネ
クタ（３）を通して、放射器側光ファイバケーブル、す
なわち送出ファイバケーブル（４）へ光を放射する。送
出ファイバケーブル（４）は二分岐器く５）において検
出器側光ファイバケーブル、すなわち返送ファイバケー
ブル（９）と合流して、ファイバケーブル（６）を形成
している。例として、光ファイバ東、２重対になったフ
ァイバ、または分割部を有する単一のファイバが送出お
よび返送光ファイバ）７−−プルを構成するために用い
られる。これらの伝導媒体の選択は、要求される伝送距
離、光学的な効率、および特殊な設定条件のような要因
によって決定される。
送出ファイバケーブル（４）は検知チップ側光学コネク
タ（７）によって検知デツプ（８）と連通している。検
知チップ（８）は、検知されるべき流体に接触する検知
位置に設置される。検知チップ（８）からの返送光学エ
ネルギーは、ファイバケーブル（６）、返送ファイバ（
９）、および検出器側光学コネクタ（１０）を通って光
検出器（１１）へ向かい、そしてここで返送信号が検出
されて、この信号は電子工学的に処理される。
第２図、すなわち検知チップ（８）の部分断面図におい
て、ファイバケーブル（６）からの光く第１図参照）は
、光学的チップ（１５）内へ向けられ、そして円錐形の
チップ（１６）に達する。そしてここでこの光は、チッ
プ素子（１５）およびコーティング（１４）の相対屈折
率に依存する角度で、コーティング（１４）内へ屈折す
る。光は、コーティング（１４）を通ってコーティング
／流体境界面へ達したのち、コーティング（１４）およ
び検知されるべき流体（２２）の相対屈折率に依存して
、流体（２２）内へ屈折されて消滅するか、またはコー
ティング（１４）内へ再び反射される。流体（２２）の
存在しない場合、光はコーティング（１４）内へ再び反
射され、そしてコーティング（１４）とチップ素子（１
５）の境界面で再び屈折する。そののち、光は、検知チ
ップ側光学コネクタ（７）（第１図参照）からチップ素
子（１５）へ入射するもとの光軸に対して垂直に、チッ
プ素子（１５）を横切り、そして円錐形のチップ素子（
１９）の他側部で第２の屈折／反射過程を経る。第２の
相互作用ののちに反射、および屈折された光は、検知素
子側光学コネクタ（７）からチップ素子（１５）へ入射
する光に対して１８０°の方向へ進み、光学コネクタ（
７）を通してファイバケーブル（６）の返送ファイバ（
９）へ入る。
再び第１図を参照して、光の返送ビームはファイバケー
ブル（６）を通して二分岐器（５）に達する。この二分
岐器（５）において、返送ファイバケーブル（９）が送
出ケーブル（４）から枝分かれしている。光の返送ビー
ムは、返送ファイバ（９）を通って光検出器側光学コネ
クタ（１０）へ進み、光検出器（１１）へ入射する。
光検出器（１１）の電気的出力は、光検出器に入射する
返送された光の光子数に比例する。光検出器の電気的な
出力信号は標準的な出力形式による既に知られた方式で
、電子工学的モジュール（１２）によって増幅および処
理される。電子工学的モジュール（１２）の出力信号は
、表示のために電気コネクタ（１）を通して伝送される
。
チップ素子（１５）およびコーティング（１４）は、検
知されるべき流体が存在する場合に、検知チップ素子か
らの光が流体中へ屈折されて消滅してしまうような屈折
率、およびチップ素子斜角をもつように注意深（選択さ
れた材料から構成されねばならない。流体の存在しない
場合、または異なる屈折率を有する第２の流体が存在す
る場合には、選択された材料は、光をコーティング（１
４）、チップ素子（１５）、およびファイバケーブル（
６）へ再反射させ、さらに光検出器（１１）に検出させ
る。
コーティング材料（１４）を選択するときに考察すべき
重要な点は、その材料の検知されるべき流体との適合性
である。すなわち、コーティング（１４）は、検出され
るべき流体の存在するとき、品質を低下させてはならず
、また流体のレベルが下がったときに、コーティング上
に流体の小滴や被膜が形成されないように流体をはじか
なければならない。この性質は非常に重要である。なぜ
ならば、流体の小滴や被膜は過った表示を導くからであ
る。こうして、実際問題としてコーティング材料は、し
ばしば第１にその耐久性および流体をはじく能力によっ
て選択される。その結果として、コーティング材料の屈
折率は、コーティング材料の選択に際しては、しばしば
２番目に考慮されることになり、ユーザーによって変え
ることはできない。
次に述べるように、検知チップシステム（第３図参照）
においては、４つの主要な変数が存在する。すなわち、 ｎｌ−チップ素子の屈折率 ａ　−チップ素子の斜角 ｎ２−コーティング材料の屈折率 ｎ３−流体の屈折率 それに加えて、ｎｉは流体の存在しない場合の屈折率と
みなされる。例えば、流体のレベルが下がり、そして検
知チップの周囲を空気だけが取り囲むときは、ｎ３は１
．０、すなわち空気の屈折率に等しくなる。
上に記載された４つの変数のうち、２つは固定され、一
方残り２つは変動すると仮定される。まず第１に、検知
されるべき流体の屈折率ｎ３　、そして空気または異な
る流体の屈折率ｎ′３は、特別な使用によって決定され
る。したがって、ｎ３およびｎｉは変動しないものとみ
なされる。第２に、検知チップコーティングは、主とし
て検知されるべき流体に関係した性質、すなわち、流体
に対する不浸透性、そして流体の小滴、および被膜、ま
たはそのいずれか一方を防ぐ傾向によって選択されるの
で、この材料の屈折率ｎ２　もまた変動しないものと仮
定される。
それゆえに、調節されうる残った変数は、検知チップの
斜角ａ、およびチップ素子の屈折率ｎ。
である。
実際問題として、検知チップ斜角ａおよび屈折率ｎ、の
適切な値を決定する際に、いくつかの要素が考慮されな
ければならない。第１に、コーティング／流体境界面で
光の入射角は、その光が流体の存在するときは流体中へ
伝送され、また流体の存在しないときには内部へ反射さ
れるように設定されなければならない。第２に、内部へ
反射された光がコーティング／流体境界面から戻るとき
に、その光はコーティング中での捕捉による光の不必要
な損失をさけるように、コーティングからチップ素子中
へ伝送されなければならない。第３に、検知チップは、
流体の屈折率における小さな変動を調整するように設計
されなければならない。例えば、ＪＰＡジェット燃料、
これは検知されるべき流体として適当なものの１つであ
るが、この燃料の屈折率は、約１．４０〜１．４５の範
囲で変化することが報告されている。第４に、非常に敏
感な測定に対して、境界面での光の伝送に対するフレネ
ーの関係式を考慮することが必要となることが熟考によ
ってわかる。この第４番目の要素は、熟考されるが、こ
こでは詳しく議論されない。これらの関係は、しし必要
ならば、通常の当業者によって決定される。
第３図において、すぐ上で議論された最初の３つの要素
を満足するために、次の拘束条件が仮定される。
コーティング／流体境界面で内部へ全反射されるビーム
に対して、 θ２＝０３ である。
コーティング外での屈折率ｎ３が１．０であるとき、す
なわち流体が存在しないとき、 であり、また光が流体／コーティング境界面へ伝送され
るとき、すなわち屈折率ｎ３をもって存在するとき、 である。さらに、コーティング／デツプ素子境界面で内
部の光が捕捉されることをさけるためには、 でなければならない。
さらに、 また、 θ＋　＝　９０　’　　ａ であることに注意されたい。チップ素子／コーティング
境界面での入射光に対する内部への反射角Ｂ（第３図参
照）は、 Ｂ＝９０＋０２−ａ として表わされる。最後に、 だから、仮定された拘束条件を代入することにより、 となる。もし、必要な内部拘束条件が満足されるならば
、Ｂは簡単に Ｂ＝１８０”　−２３ と表わされる。
例として、本発明による“ＪＰ４”という名称で知られ
る標準的な航空機燃料を検出するのに有用なセンサが約
２．１の比較的一定の屈折率をもつポリテトラフルオル
エチレン（ＰＴＦＥ　）の薄いコーティングを施され、
近似的に４５′の斜角、および１．７７の次数の屈折率
を有するサファイアの検知チップ素子を用いることによ
って構成されることがわかった。この検知チップは、１
．１〜２．１の屈折率をもつ流体の存在を検知するのに
有効であること、そして燃料の年数に依存して、１．４
２〜１．４６の屈折率を有するジェット燃料を検知する
のに対して特に好ましいことがわかった。
もちろん、検知チップは、適当な屈折率および斜角をも
った任意の光学的性質を有するガラス、または他の材料
から構成され得ることが熟考によってわかる。また、Ｐ
ＴＦＥ　以外のコーティングが、特殊な流体検知の応用
しだいによって適していることがわかる。
今、熟考されるが、まだ構成されていない他の独特の構
成が表Ｉにおいて説明される。表Ｉには、同様の検知条
件に対する２つの付加的なチップ素子の選択が掲げであ
る。
表Ｉ 上で説明された公式を用いることにより、表Ｉに掲げら
れたチップ材料は、すべての内部拘束条件を満足すべき
であることが示される。すなわち、これらのチップ材料
が使用されるとき、光は流体の存在するときくすなわち
ｎ３＝１．４２）、流体へ伝送されるか、または流体の
存在しないとき（すなわちｎ；＝１．０）、検出のため
に内部へ全反射されねばならない。上記の公式を用いる
ことにより、表Ｉに示されたのと同じ条件のもとで、１
．３に等しい屈折率ｎ！を有する硬プラスチックチップ
素子は、必要な内部拘束条件を満足しないことが、また
示される。すなわち、硬プラスチックチップ素子がこれ
らの条件で使用された場合、ｎ３＝１．４２をもつ流体
の存在するときと、ｎ；＝１．０をもつ空気の存在する
ときのどちらにおいても、内部への全反射は起こらない
ことが示される。つまり、硬プラスチックチップ素子は
、流体の存在と不存在との間の区別をつけることができ
ないために、この特別な応用に対して満足のいくもので
はない。
この点については、コーティング材料が０２−２．１を
もつ　ＰＴＦＥ　　であり、がっチップ素子の斜角がａ
＝４５°のとき、ある特別な流体およびチップ素子材料
に対して、退出角θｉは流体を空気とを区別するために
、９０°以下に維持されねばならないことが示される。
θ−が９０”に達するとき、内部への全反射が起こり、
いかなる区別もなくされな（なる。
検出器の感度を変化させ、電子工学的な処理をすること
により、本発明による検知チップは、１．３３の屈折率
をもつ水の存在を検知するために用いることができるこ
とが、またわかった。異なる屈折率を有する２つの混和
しうる液体が存在するときに、そのような流体を区別で
きることが、熟考によってわかる。実際、全流体に対す
るそのような混和流体の相対的な割合の見禎ちりは、ア
ナログディスプレイを用いることによってなされろると
信じられている。すなわち、ただ１つの流体だけが存在
する場合には、光によるある種のレベル表示が期待され
、そして、ただ２種類の流体だけの存在する場合には、
区別のための示度が期待される。２つの流体の混合物の
存在する場合には、各流体のレベルに関するおおよその
アナログ的な示度が期待される。
本発明の実施例は、また検知チップ側光学コネクタ（７
）からチップ素子（１５）へ入ってくる微少な量の光は
、常に送出ファイバの有効数値アパーチャに依存して、
放射円錐で分散される。言い換えれば、チップ素子（１
５）へ入ってくる光が、すべて軸上にあるわけではない
。その結果、い（らがの光は、チップ素子（１５）の内
部反射にのみ基づいて光検出器（１１）へ常にもどって
くる（第３図、特に反射角Ｂ参照）、そして光は、コー
ティング／流体境界面で屈折、および反射されることは
ない。都合のよいことに、この低レベルの一定な返送エ
ネルギーは、光検出器（１１）によって検出され、そし
て流体センサの安全装置としてのモニタを与えるために
用いられる。電子工学的モジュールは、この低レベルの
一定な返送ビームの存在を常に監視し、そしてこの一定
の信号の存在しない場合には、システムの誤動作を表示
する状態ライン出力を生じるように配置される。放射器
、ファイバケーブル、チップ素子、または光検出器にお
けるいくつかの部分での誤動作は、不十分な一定のビー
ムの返送を引き起こし、状態の警告が発せられる。
このように本発明による流体センサは、放電点火装置を
検知領域から離遠させる電子工学をすべて配置すること
によって、揮発性流体の存在する場合に、安全で正確な
流体検知を都合よ（提供することは明らかである。さら
に、この流体センサは、センサ表面における残留流体に
よる被膜、または小滴の形成による誤った表示の可能性
を減少させるとともに、信号が干渉されることな（、比
較的長い伝送距離での操作が可能な、好ましい光フィバ
技術を含んでいる。さらに、本発明による流体センサは
著しくコンパクトかつ軽量であり、自己監視システムの
性能をもっている。
以上の実施例は、説明の便宜上例示的に掲げたものであ
り、他に種々の変形例が存在することは、当業者におい
て容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
ここで参照され、その一部を構成する添付図面は、本発
明の望ましい実施例を示すとともに、本発明の詳細な説
明するのに役立つ図面をも含んでいる。 第１図は、本発明の好ましい実施例の上部平面図、 ′ｆ４２図は、本発明における検知チップの部分断面図
、 第３図は、チップ素子／コーティング、およびコーティ
ング／流体境界面での反射角、および屈折角を示す、本
発明における検知チップの拡大部分断面図である。 （１）・・・・・・・・・・・・・・・・・・電気コネ
クタ（２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・半導
体光放射器（３）・・・・・・・・・・・・・・・・・
・放射器側光学コネクタ〈４）・・・・・・・・・・・
・・・・・・・送出ファイバケーブル（５）・・・・・
・・・・・・・・・・・・・二分岐器（６）・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ファイバケーブル（７）・
・・・・・・・・・・・・・・・・・検知チップ側光学
コネクタ（８）・・・・・・・・・・・・・・・・・・
検知チップ（９）・・・・・・・・・・・・・・・・・
・返送ファイバケーブル（１０）・・・・・・・・・・
・・・・・・・・検出器側光学コネクタ（１１）・・・
・・・・・・・・・・・・・・・光検出器（１２）・・
・・・・・・・・・・・・・・・・電子工学的モジュー
ル（１４）・・・・・・・・・・・・・・・・・・コー
ティング（１５）・・・・・・・・・・・・・・・・・
・チップ素子（１６）・・・・・・・・・・・・・・・
・・・チップ（１９）・・・・・・・・・・・・・・・
・・・チップ素子（２０）・・・・・・・・・・・・・
・・・・・流体センサ（２２）・・・・・・・・・・・
・・・・・・・流体特許出願人　　コルモーゲン　コー
ボレイション手続補正書 昭ｆロ６２年１１月１０日

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）光放射器、 検知されるべき流体に接触する検知チップ、前記光放射
    器から前記検知チップへ光を伝送するために前記光放射
    器、および前記検知チップに接続された第１光ファイバ
    手段、 前記放射器から放射された光が前記第１光 ファイバ手段によって前記検知チップに伝送されること
    を許容し、かつ前記検知チップから戻された光が検出用
    の光検出器へ伝送されるように、前記検知チップ、およ
    び前記光検出器に接続された第２光ファイバ手段、およ
    び 前記光検出器からの情報を処理、および表示するための
    電子処理手段 を含むことを特徴とする光学的流体センサ。
  2. （２）検知されるべき流体に接触する前記検知チップの
    表面が前記検知チップと検出されるべき流体との間に位
    置するコーティングを備えたことを特徴とする特許請求
    の範囲第（１）項記載の光学的流体センサ。
  3. （３）前記コーティングは、前記検知チップが検知され
    るべき流体中に完全には浸されていないとき、流体の被
    膜または小滴の形成を防止するものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第（２）項記載の光学的流体センサ
    。
  4. （４）前記電子処理手段が、前記光検出器によって前記
    検知センサから連続的に受け取った低レベルの光を監視
    することにより、システムの故障を指示することができ
    る自己監視システムを構成するものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第（１）項記載の光学的流体センサ
    。
  5. （５）光源、光検出器、および電子処理装置を備えた光
    学的流体センサにおいて、 流体が存在する時に、検知されるべき流体に接触する検
    知面を有する検知チップを含み、前記検知チップは光源
    および光検出器と光学的に連通し、かつ前記光源からの
    光を受け取ってその光を前記検知面へ伝送するような外
    形および寸法を有しており、前記光は、検知されるべき
    流体の存在下においては流体中に伝送されて消滅するが
    、検知されるべき流体が存在しない場合には内部へ反射
    をして、光検出器に導かれることを特徴とする光学的流
    体センサ。
  6. （６）前記検知チップが、さらに検知チップ素子、およ
    び前記検知チップ素子と検知されるべき流体との間に位
    置するように前記検知チップ素子の表面に施された検知
    素子コーティングを含み、前記検知チップ素子から離れ
    た前記コーティングの外面が、前記流体の存在する時に
    、前記流体に接触する前記検知面を構成することを特徴
    とする特許請求の範囲第（５）項記載のセンサ。
  7. （７）前記コーティングが検知されるべき流体に対する
    不浸透性を有するとともに、残留流体による被膜、およ
    び小滴の形成を防ぐものであることを特徴とする特許請
    求の範囲第（６）項記載のセンサ。
  8. （８）前記検知チップ素子が実質上円錐形の輪郭を有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第（７）項記載のセ
    ンサ。
  9. （９）ｎ＿１＝検知チップ素子の屈折率、 ａ＝検知チップの斜角、 ｎ＿２＝コーティングの屈折率とするとき、検知チップ
    素子の内部反射角Ｂが Ｂ＝９０＋ｓｉｎ＾−＾１［（ｎ＿２／ｎ＿１）ｓｉｎ
    ｛ｓｉｎ＾−＾１（（ｎ＿１／ｎ＿２）ｓｉｎ９０′−
    ａ）｝］−ａで定義されることを特徴とする特許請求の
    範囲第（８）項記載のセンサ。
  10. （１０）前記検知チップ素子が４５°に等しい斜角を有
    することを特徴とする特許請求の範囲第（８）項記載の
    センサ。
  11. （１１）前記コーティングがポリテトラフルオルエチレ
    ンからなる薄いコーティングであることを特徴とする特
    許請求の範囲第（１０）項記載のセンサ。
  12. （１２）前記検知チップ素子がサファイアからなること
    を特徴とする特許請求の範囲第（１１）項記載のセンサ
    。
  13. （１３）光放射器と、 入射光から信号を作り出すための光検出器 と、 検知チップ素子および検知チップコーティングを含む検
    知チップであって、前記検知チップ素子が前記光放射器
    および前記光検出器と光学的に連通しており、前記検知
    チップコーティングが検知されるべき流体に対する不浸
    透性を有し、かつ流体の被膜および小滴の形成を防ぎ、
    また、前記検知チップコーティングが検知されるべき流
    体の存在する時に、その流体に接触する検知チップ面を
    提供するようにした前記検知チップとを用意し、さらに 前記光検出器からの信号を増幅および表示するために前
    記光検出器に連結された電子処理手段を装備し、 前記光放射器を励起させて、前記検知チップに光を伝送
    し、その光を前記検知チップ素子によって、チップ素子
    ／コーティング境界面に伝送し、さらに前記コーティン
    グを通じて、コーティング／流体境界面に向かって屈折
    させることにより、前記光が流体の存在する場合には、
    前記コーティング／流体境界面で流体中へ屈折されて消
    滅するが、流体の存在しない場合には、前記コーティン
    グ内へ再び反射されて前記コーティングと前記チップ素
    子との範囲内で内部屈折および反射され、さらに前記光
    検出器に向けられるようにし、ここで前記電子処理手段
    によって処理され、かつ表示される信号に変換されるよ
    うにしたことを特徴とする流体検知法。
  14. （１４）前記検知チップ素子が近似的に４５°の斜角を
    有する円錐形のサファイアチップであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第（１３）項記載の方法。
  15. （１５）前記コーティングが薄いポリテトラフルオルエ
    チレンコーティングであることを特徴とする特許請求の
    範囲第（１４）項記載の方法。
  16. （１６）屈折率ｎ＿１、斜角ａ、および内部反射角Ｂを
    有する実質的に円錐形の検知チップ素子と、Ｂ＝９０＋
    ｓｉｎ＾−＾１［（ｎ＿２／ｎ＿１）ｓｉｎ｛ｓｉｎ＾
    −＾１（（ｎ＿１／ｎ＿２）ｓｉｎ９０′−ａ）｝］−
    ａに基づく屈折率ｎ＿２を有する検知チップ素子コーテ
    ィングを含むことを特徴とする光学的流体検知チップ。
  17. （１７）前記検知チップ素子がサファイアであり、また
    前記斜角が４５°に等しいことを特徴とする特許請求の
    範囲第（１６）項記載の光学的流体検知チップ。
  18. （１８）前記コーティングが薄いポリテトラフルオルエ
    チレンコーティングであることを特徴とする特許請求の
    範囲第（１７）項記載の光学的流体検知チップ。
  19. （１９）光源と、光検出器、および電子処理装置を備え
    た光学的流体センサにおいて、 異なる屈折率を有する少なくとも２つの混和可能な流体
    からなる流体混合物に接触する検知面をもった検知チッ
    プを備えるとともに、前記検知チップが光源および光検
    出器と光学的に連通し、かつ光源から光を受け取って前
    記光を検知面へ伝送するような寸法ならびに外形を有す
    ることにより、前記混和可能な流体の１つの量に比例す
    る前記光の第１部分は、前記流体へ伝送されて消滅する
    が、前記流体混合物の残りのものに比例する前記光の第
    ２部分は、内部へ反射して屈折し、前記光検出器へ向け
    られ、ここで電子処理装置によって処理され、かつ表示
    される信号に変換されるようにしたことを特徴とする光
    学的流体センサ。
  20. （２０）前記検知チップが、 実質的に円錐形の検知チップ素子と、 前記流体混合物に接触するように前記チップ素子に施さ
    れた検知チップ素子コーティングを含み、前記チップ素
    子から離れた前記コーティングの外面が前記流体混合物
    に接触する前記検知面を提供することを特徴とする特許
    請求の範囲第（１９）項記載のセンサ。 （２０）前記円錐形の検知チップ素子が４５°に等しい
    斜角を有し、また前記コーティングが薄いポリテトラフ
    ルオルエチレンコーティングを含むことを特徴とする特
    許請求の範囲第（２０）項記載のセンサ。
JP62249055A 1986-10-03 1987-09-30 光ファイバ流体センサ Pending JPS63103920A (ja)

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