光纤传感器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种能够以简单的结构在宽的折射率范围内高灵敏度地测量被测定媒质的折射率的光纤传感器。本发明专利技术的光纤传感器具备：光纤，具备形成短周期光栅的芯和包层，在形成短周期光栅的包层部分产生由包层传输模式的泄漏所引起的透射损耗；光源，使包层传输模式的波长范围的光入射到光纤中；以及受光部，接收经过形成短周期光栅的位置的包层的光的透射光或者反射光，其中，根据受光部所接收的总受光强度来检测与包层接触的被测定媒质的折射率，光纤是多模光纤，短周期光栅具有多个周期。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是一种涉及光纤传感器的专利技术，特别是涉及一种利用折射率来检测液体的 性质的光纤传感器。
技术介绍
在作为汽车用发动机的燃料而使用的纯正汽油中，有以庚烷、戊烷等碳化氢为主 成分的轻质汽油、以苯等碳化氢为主成分的重质汽油、以及介于它们中间的中质汽油(通 常的普通汽油)，如果不结合汽油的性质来进行点火时间等的控制，则会产生驾驶性能的恶 化、尾气中的有害成分增大等。另外，在美国、欧洲等各国，为了实现石油消耗量的降低，正在普及将在汽油中混 合了乙醇的燃料用于汽车，通过根据燃料中的乙醇含有率来控制空燃比、点火时期等，能够 防止空燃比稀化(lean)。到目前为止，作为检测这种燃料的性质的方法，开发了测定燃料折射率的类型的 传感器。例如，有如下的液体性质检测传感器将来自光源的光输入到短周期倾斜光栅，通 过信号分析器来分析根据包围光栅的材料的折射率而发生变动的包层传输模式下的透射 波谱的包络线的形状变化(例如专利文献1)。另外，有如下的液体性质检测传感器将来自光源的光输入到单一的短周期光栅， 将根据包围光栅的材料的折射率而发生变动的包层传输模式下的透射光谱的形状变化作 为透射光的总受光量变化进行测定从而检测折射率(例如专利文献2)。专利文献1 国际公开第02/44697号(第12 26页，图3)专利文献2 国际公开第2006/126468号(第6 9页，图1)
技术实现思路
然而，在如专利文献1那样使用了短周期倾斜光栅的检测方法中，需要以高波长 分辨率来测定包层传输模式损耗峰的波谱形状，因此需要光谱分析仪等昂贵的测量设备， 难以仅通过简单的光量检测来测量折射率。另外，在如专利文献2那样使用单一的短周期光栅来对检测光强度的变化进行检 测的方法中，为了得到宽的折射率测定范围，需要减小光纤的芯径，有时未必能够有效使用 LED等光源的发光。另外，相反地，当使光纤的芯径变大时，透射率由于被测定对象的折射 率而发生变动的波长范围变窄，因此有时光检测强度变化相对于总光检测强度的比例会变 小，有时未必能够得到足够的测定灵敏度。本专利技术是为了解决如上所述的问题而作出的，目的在于提供一种能够利用简单的 结构在宽的折射率范围内灵敏度较好地测量被测定对象的折射率的光纤传感器。与本专利技术有关的光纤传感器具备光源；光纤，具备具有周期不同的多个短周期 光栅的芯以及覆盖上述芯的包层；以及受光部，检测从上述光源入射到上述光纤并经过上述短周期光栅的光的强度。根据本专利技术，能够使受光强度相对于被测定对象的折射率变动的变化量变大，能 够提高传感器的灵敏度。附图说明图1是用于说明本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的示意图。图2是本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图3是用于说明本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截 面示意图。图4是本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的光纤的透射率的示意图。图5是本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的光纤的透射率的示意图。图6是表示本专利技术的实施方式1中的光纤的吸收波谱和光源的发光波谱的示意 图。图7是表示本专利技术的实施方式1中的光纤的吸收波谱和光源的发光波谱的关系的 示意图。图8是表示本专利技术的实施方式1中的光纤的吸收波谱和光源的发光波谱的示意 图。图9是表示本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的输入输出值的图。图10是表示本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的输入输出值的图。图11是表示本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的输入输出值的图。图12是表示本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的输出从线性特性偏移的图。图13是表示本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的输出从线性特性偏移的图。图14是表示本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的输出从线性特性偏移的图。图15是表示本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的相对于光栅周期多重性 (multiplicity)的透射率变化量的关系图。图16是本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图17是本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图18是用于说明本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的示意图。图19是表示相对于本专利技术的实施方式2中的短周期光栅的倾斜角度的折射率测 定范围的示意图。图20是本专利技术的实施方式2中的比较说明用的短周期光栅形成区域的示意图。图21是本专利技术的实施方式2中的比较说明用的光纤传感器的光纤的透射率的示 意图。图22是本专利技术的实施方式2中的短周期光栅形成区域的截面示意图。图23是本专利技术的实施方式2中的光纤传感器的光纤的透射率的示意图。图24是本专利技术的实施方式2中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意图。图25是表示本专利技术的实施方式2中的光纤的透射损耗波谱和光源的发光波谱的 示意图。图26是本专利技术的实施方式2中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图27是本专利技术的实施方式2中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图28是本专利技术的实施方式2中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图29是表示本专利技术的实施方式2中的光纤的透射损耗波谱和光源的发光波谱的 示意图。图30是表示本专利技术的实施方式2中的光纤传感器的折射率和输出强度的关系的 示意图。图31是本专利技术的实施方式2中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图32是本专利技术的实施方式2中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图33是本专利技术的实施方式3中的光纤传感器的形成方法的示意图。图34是本专利技术的实施方式3中的比较说明用的光纤传感器的形成方法的示意图。图35是本专利技术的实施方式3中的光纤传感器的形成方法的示意图。图36是本专利技术的实施方式3中的比较说明用的光纤传感器的短周期光栅形成区 域的截面示意图。图37是本专利技术的实施方式3中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图38是本专利技术的实施方式3中的光纤传感器的光纤的透射率的示意图。图39是本专利技术的实施方式4中的光纤传感器的短周期光栅形成区域的截面示意 图。图40是本专利技术的实施方式4中的光纤传感器的形成方法的示意图。图41是用于说明本专利技术的实施方式5中的光纤传感器的示意图。附图标记说明1 光纤；2 光源；3 受光部；4 芯(Core) ；5 包层(Clad) ；6 纤维护套；8 被测 定对象；9 容器；10、11、12 短周期光栅；20 循环器；21 反射光栅；30 光束；31 媒介； 32 容器；40 温度计；41 性质计算单元；50 性质计算单元；90 信号线；100 光纤的中 心轴；101 折射率周期性变动的变动轴之中与光纤的中心轴交叉的线；200 透射损耗峰； 201 包络线。具体实施例方式实施方式1.图1是说明用于实施本专利技术的实施方式1中的光纤传感器的示意图。在图1中，在光纤1的一个端部配置有光源2，在另一个端部配置有受光部3。光纤1具备芯4，主要 传输从光源2入射的光；包层5，为了将光封闭在芯4内而覆盖芯4 ；以及纤维护套6，覆盖 芯4和包层5来进行保护。去除纤维护套6的一部分使得包层5与液体的被测定对象8直 接接触，在与该纤维护套6被去除的部分相对应的芯4中形成有短周期光栅10。光纤传感 器由光纤1、光源2、受光部3、以及经过信号线90连接在受本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤传感器，其特征在于，具备：光源；光纤，具备具有周期不同的多个短周期光栅的芯以及覆盖上述芯的包层；以及受光部，检测从上述光源入射到上述光纤并经过上述短周期光栅的光的强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-12-6 2007-316084一种光纤传感器，其特征在于，具备光源；光纤，具备具有周期不同的多个短周期光栅的芯以及覆盖上述芯的包层；以及受光部，检测从上述光源入射到上述光纤并经过上述短周期光栅的光的强度。2.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于， 多个短周期光栅中的至少任意一个具有倾斜角度。3.根据权利要求2所述的光纤传感器，其特征在于，多个短周期光栅中的第一短周期光栅以及第二短周期光栅具有不同的倾斜角度。4.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，多个短周期光栅中的第一短周期光栅和第二短周期光栅被重叠地设置。5.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，多个短周期光栅中的第一短周期光栅和第二短周期光栅被隔开地设置。6.根据权利要求3所述的光纤传感器，其特征在于，第一短周期光栅以及第二短周期光栅的倾斜角度的正负符号相反。7.根据权利要求3所述的光纤传感器，其特征在于，光纤的中心轴、通过光纤的中心轴的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：西川智志，高林正和，柳生荣治，吉新喜市，三谷干城，濱谷祐多朗，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]