光纤传感器
| 专利类型 | 发明授权 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; 未缴年费; |
| 专利有效性 | 失效专利 | 当前状态 | 权利终止 |
| 申请号 | CN200680018221.5 | 申请日 | 2006-05-22 |
| 公开(公告)号 | CN101194160B | 公开(公告)日 | 2012-01-04 |
| 申请人 | 三菱电机株式会社; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 高林正和; 吉新喜市; 岛仓泰久; 松本贞行; 三谷干城; 金丸茂树; 石井一志; | 第一发明人 | 高林正和 |
| 权利人 | 三菱电机株式会社 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 三菱电机株式会社 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份： | 城市 | 当前专利权人所在城市： |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：日本东京 | 邮编 | 当前专利权人邮编： |
| 主IPC国际分类 | G01N21/41 | 所有IPC国际分类 | G01N21/41 ; B60K15/077 ; G01F23/28 ; G01F23/292 ; G01N21/27 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 19 | 专利文献类型 | B |
| 专利代理机构 | 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 | 专利代理人 | 许海兰; |
| 摘要 | 提供一种即使在振动多的环境中也能够可靠性高地进行液面的 检测或者液体性状的检测的光纤 传感器 。具有：包括具有形成了光栅的区域的纤芯和包层并把形成有光栅的区域的至少一部分在浸渍在液体中的 位置 配置的光纤；向光纤入射形成有光栅的区域的包层模式的 波长 带的光的 光源 ；和检测从光源入射到光纤、透射所述光栅的区域的光的强度的光接收部，该光纤传感器在液体的液面检测或者所述液体的性状检测中使用。 | ||
| 权利要求 | 1.一种光纤传感器，其特征在于具有， |
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| 说明书全文 | 光纤传感器技术领域背景技术[0002] 在常规的燃料计用的液面检测传感器中，在与燃料的液面高度一起位移的浮子(float)连接的杆按液面的高度而旋转，根据在该杆的可动轴上设置的可变电阻的电阻值的变化，检测液面的高度(例如参照专利文献1)。在这样构成的液面检测传感器中，因为与浮子连接的杆比燃料计插入口径大，所以存在把该液面检测传感器安装在燃料计插入口上时的操作性差这样的问题，再有，因为燃料箱内有滑动部分，所以存在有发生金属粉末或者发生可变电阻的短路等不适当的情况的可能性等问题。作为避免上述问题的液面检测传感器，有使用光纤的传感器，例如，有具有在要检测液面高度的位置处设置的光纤、从该光纤的一端照射激光的发光单元、根据在从该发光单元照射的激光的后方散射光的强度而求光纤的温度分布并从该温度分布求液面高度的控制单元的传感器(例如参照专利文献2)。 [0003] 另一方面，在专利文献3中表示出使用检测燃料的性状的光纤。在专利文献3中，公开了一种液体性状判定传感器，其具有传感器探针，该探针具有通过对光纤在规定长度上进行熔融延伸处理而形成的锥形检测部；连接于所述传感器探针的输入端、为向该输入端入射至少两种波长的光而合波至少两种波长的光的合波用光耦合器；连接于所述传感器探针的输出端、分波透射该传感器探针的至少两种波长的光的分波用光耦合器；和检测从所述分波用光耦合器的输出端射出的至少两种波长的光量的光接收单元，所述传感器探针是根据浸渍了该传感器探针的液体性状而从输入端入射的光的透射光量不同的。 [0004] 专利文献1：特开平10-26552号公报(第5页，图4) [0005] 专利文献2：特开2004-294375号公报(第3页，图1) [0006] 专利文献3：特开平6-58878号公报(第5页，图1) [0007] 在使用常规光纤的液面检测传感器中，激光的后方散射光是依赖温度而强度变化的拉曼散射光，在气相部分和液相部分中把温度不同作为前提，在气相部分和液相部分的边界(液面)在光纤中产生温度差，根据由于该温度差引起的后方散射光的强度的变化而检测液面。但是，在气相部分和液相部分的温度差小的场合，因为光纤的温度分布变得平坦，所以后方散射光的强度变化也小，存在液面的检测变得困难的问题。再有，即使气相部分和液相部分的温度差大，在由于振动等液面不断上下变化的场合，因为光纤的温度分布变得平缓，所以后方散射光的强度分布也变得平缓，存在液面高度的检测误差变大这样的问题。 [0008] 另外，在作为检测液体性状的传感器而使用具有通过熔融延伸处理而形成的锥形的检测部的传感器探针的场合，因为在传感器部中形成有直径比熔融延伸前细的部分，所以机械性弱、特别在燃料箱那样振动多的环境中使用的可靠性方面有问题。 [0009] 发明内容 [0010] 本发明是为解决上述课题提出的，目的在于获得即使在振动多的环境中也能够可靠性高地进行液面检测或者液体性状的检测的光纤传感器。 [0011] 本发明的光纤传感器具有包括具有形成了光栅的区域的纤芯和包层并把形成了所述光栅的区域的至少一部分在浸渍在液体中的位置处配置的光纤，以利用所述光栅产生具有某波长带的包层模式的光的方式向所述光纤入射光的光源，和检测从所述光源向所述光纤入射、透射了形成有所述光栅的区域的光的强度的光接收部，该光纤传感器使用于液体液面的检测或者所述液体的性状的检测中。 [0012] 本发明的光纤传感器，因为检测依赖于形成有光栅的区域周围的液体或者气体的折射率的大小的、透射形成有光栅的区域的包层模式的光的强度，所以能够进行液面的检测或者液体性状的检测。因为根据折射率的不同而检测，所以依据该光纤传感器，即使在由于振动等而液面不断变化、气相部分和液相部分的温度差变得平缓的场合也能够检测液面。另外，与通过熔融延伸处理等而形成光纤的粗度大幅变细的部分的方法相比，因为光纤的强度大，即使在振动大的环境中也不容易破损，所以能够可靠性高地检测液面或者检测液体的性状。附图说明 [0013] 图1是本发明的第一实施形态的光纤传感器的模式图。 [0014] 图2是本发明的第一实施形态中的包层模式的说明图。 [0015] 图3是表示本发明的第一实施形态中的光耦合器和频谱分析器的连接的说明图。 [0016] 图4是本发明的第一实施形态中的透射频谱。 [0017] 图5是本发明的第一实施形态中的特性图。 [0018] 图6是本发明的第一实施形态中的特性图。 [0019] 图7是本发明的第二实施形态的光纤传感器的模式图。 [0020] 图8是本发明的第二实施形态中的光滤波器的特性图。 [0021] 图9是本发明的第三实施形态的光纤传感器的模式图。 [0022] 图10是本发明的第三实施形态中的终端器的模式图。 [0023] 图11是本发明的第四实施形态中的包层和液体的界面的说明图。 [0024] 图12是本发明的第四实施形态中的包层和液体的界面的说明图。 [0025] 图13是本发明的第六实施形态的光纤传感器的模式图。 [0026] 图14是本发明的第七实施形态的光纤传感器的模式图。 [0027] 图15是本发明的第七实施形态中的反射用光栅的特性图。 [0028] 图16是本发明的第七实施形态中的光纤传感器的特性图。 [0029] 图17是本发明的第八实施形态的燃料计的模式图。 [0030] 图18是本发明的第九实施形态的燃料计的模式图。 [0031] 图19是本发明的第十实施形态的燃料计的模式图。 [0032] 图20是本发明的第十一实施形态的燃料计的模式图。 [0033] 图21是本发明的第十二实施形态的光纤传感器的模式图。 [0034] 图22是表示关于燃料的折射率比和蒸馏性状的关系的测定结果的图表。 [0035] 图23是表示本发明的第十三实施形态的光纤传感器的结构和使用方法的模式图。 [0036] 图24是表示本发明的第十三实施形态的光栅的透射率的波长特性的图表。 [0037] 图25是表示本发明的第十三实施形态的光栅的透射率的液体的折射率依存性的图表。 [0038] 图26是表示本发明的第十三实施形态的光栅的透射率的液体的折射率依存性的图表。 [0039] 图27是表示本发明的第十三实施形态的液体的折射率和光源的波长的组合的图表。 [0040] 图28是表示本发明的第十四实施形态的光纤传感器的结构和使用方法的模式图。 [0041] 图29是表示本发明的第十四实施形态的液体的折射率和透射率的关系的图表。 [0042] 图30是表示本发明的第十五实施形态的光纤传感器的结构和使用方法的模式图。 [0043] 图31是表示本发明的第十五实施形态的光拾取器300的结构的概略图。 [0044] 图32是表示本发明的第十六实施形态的光纤传感器的光接收部的结构的概略图。 [0045] 图33是表示本发明的第十六实施形态的光纤传感器的光源的结构的概略图。 [0046] 图34是表示本发明的第十六实施形态的液体的折射率和透射率的关系的图表。 [0047] 图35是表示本发明的第十七实施形态的光纤传感器的结构和使用方法的模式图。 [0048] 图36是表示本发明的第十七实施形态的光纤传感器的光接收部的结构的概略图。 [0049] 图37是表示本发明的第十七实施形态的光栅的透射率的波长依存性的图表。 [0050] 图38是表示本发明的第十八实施形态的修正前的光接收部的输出强度和液面位置的关系的图表。 [0051] 图39是表示本发明的第十九实施形态的光纤传感器的安装状态的模式图。 [0052] 图40是表示本发明的第十九实施形态的直接插入液体性状检测传感器的内部构造的概略图。 [0053] 图41是表示本发明的第二十实施形态的光纤传感器的安装状态的模式图。 [0054] 图42是表示本发明的第二十实施形态的光纤传感器的安装状态的模式图。 [0055] 图43是表示本发明的第二十实施形态的光纤传感器的安装状态的模式图。 [0056] 图44是表示本发明的第二十实施形态的光纤传感器的安装状态的模式图。 [0057] 图45是表示本发明的第二十一实施形态的光纤传感器的安装状态的模式图。 [0058] 图46是表示本发明的第二十二实施形态的光纤传感器的光源的特性的图表。 [0059] 图47是表示本发明的第二十二实施形态的光纤传感器的光栅的特性的图表。 [0060] 图48是表示本发明的第二十二实施形态的光纤传感器的特性的 图表。 [0061] 符号说明 [0062] 1光纤，2光源，3光接收部，4纤芯，5包层，6纤维护套，7液面，8液体，9光栅，9a、9b、9c分割光栅，10容器，21空气，22传播光，23反射光，24透射光，25包层方式的光，26界面，27水，28界面，31、33光耦合器，32、34频谱分析器，71光滤波器，91循环器，91a、91b、 91c端口，92终端器，93光纤，101涂层，102接触线，141反射用光栅，142循环器，142a、 142b、142c端口，143、144燃料箱，171a开口部，172燃料部，173排出管，174光纤传感器， 174a、174b光栅，175板，176支持部件，177液面，178罩，179低压侧过滤器，191高压侧过滤器，192燃料泵组件，210鞍形部，250直接插入(inline)液体性状检测传感器，251光传感器探针，252外壳，254燃料泵侧入口，256喷射器侧出口，300光拾取器，301衍射光栅，302、 302a、302b、302c、302d、302e光接收元件，305、305a、305b、305c激光二极管，306半透半反射镜，307准直透镜，308物镜，309光合波部 具体实施方式[0063] 第一实施形态 [0064] 图1是为实施本发明的第一实施形态的液面检测用光纤传感器的模式图。在图1中，在光纤1的一个端部配置光源2，在另一端部配置光接收部3。光纤1具有传播从光源2射出的光的纤芯4、为把光封闭在纤芯4内覆盖纤芯4的包层5、和覆盖保护它们的纤维护套6，为测定液面7的高度而除去纤维护套6的一部分，使得包层5直接接触液体8。把除去了该纤维护套6的一部分的部分大体平行配置在液面7变化的方向上，在与该部分对应的纤芯4上形成光栅9。光纤1在接近贮藏液体8的容器10的底面处呈U形弯曲，光源2和光接收部3配置在容器10的外部。 [0065] 光源1例如可以使用发光二极管(LED)或者激光二极管(LD) 等，光接收部3可以使用频谱分析器或者光电二极管等光接收元件等。在纤芯4和包层5中可以使用石英玻璃等无机玻璃或者有机玻璃等塑料型材料，在纤维护套6中可以使用氟化树脂、尼龙树脂、苯酚树脂、环氧树脂、黑色素树脂等。 [0066] 作为在纤芯4上形成光栅9的方法，例如可以使用：在除去纤维护套6的部分上设置相位掩模，从相位掩模上面照射受激准分子激光，在纤芯4上形成与相位掩模的凹凸(relief)对应的光栅的图形的方法。相位掩模是在用石英玻璃制成的平行平板的一面上形成称为凹凸的多个一定间隔的槽的部件，通过凹凸周期地调制激光。在纤芯4中，因为产生照射激光的部分的折射率比未照射的部分变高的光感生折射率变化，所以形成折射率周期性地变化的光栅9。此外，通过改变相位掩模的凹凸的间距或者槽的深度，可以在纤芯4上形成希望的图形的光栅9。此外，对于光栅一般分为其折射率变化的周期为0.1～1μm左右的短周期光栅、和100～1000μm左右的长周期光栅。本发明中的光栅限于前者的短周期光栅，本说明书中描述的光栅意味短周期光栅。 [0067] 下面说明本实施形态中的动作。一般在光通信系统中，为取出在光纤传输路径中传播的某特定波长的光信号，使用仅能反射某信号的光栅。在光栅的透射特性中存在后述的包层模式，该包层模式因为成为损失波动而成为问题。本发明反过来利用在光通信系统中作为不需要的方式对待的包层模式。测定液面的原理是利用在纤芯4内传播的光在光栅9反射或者透射时产生的称为包层模式的光的强度由于接触包层5的外侧的材质的折射率而不同的事实。在纤芯4内传播的光是在未形成光栅9的部分在纤芯4和包层5的边界面重复被反射，同时仅在纤芯4内传播，当该光到达光栅9时，分为透射光栅9在纤芯4内传播的光、在光栅9被包层反射、在纤芯4内在相反方向传播的光、和从纤芯4飞出并在包层 5内相同地沿相反方向传播的后方传输包层模式的光。这样在本发明中使用的短周期中包层模式是把光向后方传输，在长周期光栅上发生的包层模式是把光向前方传输。 [0068] 图2是用于说明包层模式的光和与包层的外侧接触的材质的折射率的关系的说明图。以下，作为液体8以水为例、作为气体以空气为例说明。图2(a)图解表示与包层外侧接触的材质是空气的场合的光的传播，图2(b)图解表示与包层外侧接触的材质是水的场合的光的传播。空气的折射率是1.0，水的折射率是1.3，设纤芯4的折射率为1.36，包层 5的折射率为1.35。如图2(a)所示，在包层5的外侧是空气21的场合，从光源传播来的传播光22被分为由光栅9布拉格反射的反射光23、透射光栅9在纤芯4内传播的透射光24、和在光栅9上发生的包层模式的光25。因为包层5和空气21的折射率的差是0.35是较大的，所以包层模式的光25在包层5和空气21的界面被反射，在包层5内传播。因为光被封闭在包层内所以在透射特性中表现出包层模式特有的损失波动。另一方面，如图2(b)所示，在包层5的外侧是水27的场合，因为包层5和水27的折射率的差是0.05，是较小的，所以在光栅9的端部发生的包层模式的光25在包层5和水27的界面几乎不反射，通过界面28向水24一方传播，在包层5内几乎不传播。因此，光不会被封闭在包层内，不表现包层模式特有的透射特性中的损失波动。 [0069] 进一步详细说明本实施形态的动作。在图1中，在光纤1的光源2和液面7之间的A点上如图3所示，连接2×2的光耦合器31，用频谱分析器32测定从光栅9反射的光的反射频谱，另外，在光纤1的液面7和光接收部3之间的B点上如图3所示，连接2×2的光耦合器33，用频谱分析器34测定透射光栅9来的光的透射频谱。图4是这样测定后的反射频谱和透射频谱。图4(a)是表示与包层的外侧接触的材质是空气的场合、即容器10中未放入水的场合的反射频谱和透射频谱，图4(b)是表示与包层的外侧接触的材质是水的场合、即容器10中装满水的场合的反射频谱和透射频谱。如从图4(a)可知，在与包层的外侧接触的材质是空气的场合，在与在透射频谱的中央看到的损失大的波长区域相比短的波长侧，看到从数个到数十个由于包层模式引起的损失的尖峰。另一方面，如从图4(b)可知，在与包层 的外侧接触的材质是水的场合，在透射频谱中看不到在图(4)中所看到那样的由于包层模式引起的损失的尖峰。 [0070] 这样，通过根据与包层的外侧接触的材质的折射率的不同而产生由于包层模式引起的透射频谱中的损失的尖峰，能够检测液体的有无。另外，在光栅的一部分浸渍在水中的场合，因为由于包层模式引起的透射频谱中的尖峰的高度与该被浸渍的长度成比例地变化，所以根据其尖峰的高度能够测定液面的高度。 [0071] 图5是表示作为光源2使用利用了EDFA(Erbium Doped FiberAmplifier)的自然射出光的宽带光源、作为光接收部3要使用频谱分析器的场合的、与光栅9对液体的浸渍长度对应的液面的高度和用频谱分析器测定的透射光的透射频谱的关系的图。在波长1547～1556nm的区域中多数看到的低谷状的尖峰是由于包层方式引起的损失，各尖峰的深度与液面的高度对应地变化。 [0072] 图6是表示相当于用光接收部3的频谱分析器测定的一个损失尖峰的波长1547.4nm的光的相对强度和液面的高度的关系的特性图。在液面高时，因为浸渍在水中的光栅的长度长，包层模式的发生少，所以由于包层模式引起的损失少，光接收部处的光的强度变大。当液面降低时，由于包层模式损失增加，光接收部处的光的强度变小。因此，通过测定通过包层模式引起的透射频谱的损失尖峰的深度可以检测液面的高度。 [0073] 另外，在作为光接收部使用光电二极管的场合，因为对应通过包层模式引起的透射频谱的尖峰的深度而透射光的强度降低，所以通过测定透射光的相对强度可以检测液面的高度。 [0074] 在这样构成的液面检测用光纤传感器中，因为根据由于作为气相部分的空气和作为液相部分的水的折射率的不同而透射光的强度变化的事实来检测液面，所以即使气相部分和液相部分的温度差小也能检测液面。另外，即使在由于振动等而液面不断变化的场合，因为包层外侧的折射率是气体或者液体的折射率中之一，不取中间值，所以能够正确地检测液面的高度。因此，在液面变化时只要把形成有光栅 的区域配置在该液面横切的位置即可，配置的方向不需要一定与液面变化的方向平行，也可以倾斜或与液面平行。例如，在把形成光栅的区域在液面横切的位置上与液面大体平行地设置的场合，能够通过透射光的强度检测液面在该位置上面还是下面。 [0075] 此外，在本实施形态中，作为液体以折射率是1.35的水为例进行了说明，但是在液体是水以外的场合，需要配合成为测定对象的液体的折射率适宜设定包层的折射率。此时，因为在纤芯内封闭传播的光，所以也需要同时适宜设定纤芯的折射率。例如，汽油的折射率约为1.4，液化丙烷以及三氯乙烷的折射率约为1.45，在作为这些液体的液面检测用光纤传感器使用的场合，需要选择具有与这些液体的折射率大体相等的折射率的包层。 [0076] 另外，在本实施形态中，使用折射率周期性变化的称为折射率调制型的光栅，但是也可以使用使槽周期地排列那样加工的光栅。 [0077] 第二实施形态 [0078] 在第一实施形态中，在到达光接收部的光中也包含有与包层模式的发生无关的在透射频谱的中央看到的损失大的波长区域的光。在光接收部中测定光强度。例如在使用光电二极管的场合，测定的光强度的一部分是与包层模式的发生无关的光的强度，有时由于通过包层模式引起的损失光强度变化的量变得相对小，不能提高灵敏度。在第二实施形态中，从测定中除去与包层模式的发生无关的波长区域的光。 [0079] 图7是本实施形态中的液面检测传感器的模式图。在本实施形态中，在和第一实施形态相同的结构中，在光纤1与光接收部3连接部分配置光滤波器71。光接收部3使用测定光强度的光电二极管。图8是表示光滤波器71的反射频谱和包含通过包层模式引起的损失的透射光的频谱的关系的特性图。如从图8可知，光滤波器71具有这样的特性，它不反射在光频谱中看到的包含通过包层模式引起的损失的尖峰的波长区域、而反射其以外的波长区域，在包含通过包层模式引起的损失的尖峰的波长区域中反射特性为25dB，是较低的。 [0080] 这样通过做成在包层模式的波长区域中有透射区域的光波长滤 波器的结构，从光源2射出的光在透射光栅9后在光纤1中传播到达光接收部3，但是在光接收部3前配置的光滤波器71只使包含通过包层模式引起的损失的波长区域的光透射到达光接收部，而反射其以外的波长区域的光。其结果，因为在光接收部3中只测定包含通过包层模式引起的损失的尖峰的波长区域的光强度，所以光强度的变化量相对变大，能够提高检测变化量的灵敏度。 [0081] 第三实施形态 [0082] 在第二实施形态中，光滤波器反射的光有时返回光源或者光栅，使得发生不需要的干涉成为噪声成分。在第三实施形态中，不使光滤波器反射的光返回光源或者光栅侧。 [0083] 图9是本实施形态中的液面检测用光纤传感器的模式图。在本实施形态中，构成为在和第二实施形态同样的结构中，在液面7和光滤波器71之间配置循环器91，用该循环器91使从光滤波器71反射的光导向终端器92。循环器91具有91a、91b以及91c三个端口。终端器92是直径10mm以下的光纤线圈。光接收部3使用测定光强度的例如光电二极管。 [0084] 下面说明本实施形态的动作。从光源2射出的光在透射光栅9后在光纤1内传播入射端口91a，进而从端口91b向光滤波器71侧射出。在光滤波器71中透射包含通过包层模式引起的损失的尖峰的波长区域的光并使其向光接收部3侧前进，但是其以外的波长区域的光被反射返回端口91b。返回端口91b的光，从端口91c射出到达终端器92。终端器92防止入射的光的反射。 [0085] 图10是本实施形态中的终端器92的模式图。把在端口91c上连接的光纤93以直径D卷绕多匝。通过以使直径D在10mm以下的方式卷绕，使光纤93的弯曲损失增大，能够防止反射。 [0086] 在这样构成的液面检测传感器中，通过在光接收部3的入射侧配置光滤波器71而能够提高检测灵敏度，同时能够防止由光滤波器71反射的光返回光源或者光栅9而使发生不需要的干涉成为噪声成分。另外，在光纤1和光接收部3之间设置循环器91，在图9中即使是没 有光滤波器71的结构，因为防止在从光纤1入射光接收部3的光中、由光接收部3的表面反射再次入射光纤1的光返回光源2侧，所以有同样的效果。 [0087] 此外，在本实施形态中，作为终端器使用光纤线圈，但是也可以在光纤的终端上形成反射防止膜来防止反射。 [0088] 第四实施形态 [0089] 图11是说明光纤的包层5和液体8的界面的状态的说明图。在图11中，在接触液体8的包层5的表面上，由于液体8的表面张力或者和包层5的可湿性，有时液体上升到比液面7高的位置。通常这样的液体的上升达到1～2mm，但是在可湿性高的场合会更高。当发生这样的现象时，测定比实际液面高度高的位置作为液面。在第四实施形态中，使液体和包层的接触角增大，正确地测定液面的高度。 [0090] 图12是说明本实施形态中的包层5和液体8的界面的状态的说明图。在图12中，在用石英系玻璃制造的包层5的表面上形成对于液体8具有防水性的涂层101。该涂层101需要根据作为测定对象的液体8的种类而分别使用。例如，在液体是汽油的场合，因为汽油2 2 的临界表面张力约为30mJ/m，所以临界表面张力为6～20mJ/m 的氟化树脂、或者临界表面 2 张力约为45mJ/m 的石墨等等材料是适合的。在涂层101的膜厚太厚时涂层101和包层5的折射率的差显著而发生包层模式，所以不能太厚。为不使发生包层模式而且使接触角增大，涂层101的膜厚理想的是在50～1000 的范围。使用形成这样的涂层的光纤，构成和第一实施形态同样的液面检测用光纤传感器。 [0091] 在这样构成的液面检测用光纤传感器中，如图2所示，因为实际的液面7与包层5和液体8接触的接触线102之间的高度的差在1mm以下，所以能够比没有涂层的场合更正确地测定液面的高度。 [0092] 此外，在本实施形态中，使用用石英系玻璃制造的包层进行了说明，但是使用用有机玻璃制造的包层也有同样的效果。 [0093] 第五实施形态 [0094] 在第五实施形态中，规定第一到第四实施形态中的纤维护套的材 质。通常，光纤的纤芯和包层用无机系列或者有机系列的玻璃材料构成，但是即使轻微的接触也容易在包层的表面形成损伤，而且形成的损伤容易扩展。因此，为保护包层在包层的周围形成用有机系材料构成的纤维护套。在本实施形态中，规定液体的种类和纤维护套的材质的组合，使得用对于液体在化学性上稳定的材料构成纤维护套。例如，在液体是汽油的场合，纤维护套使用对于汽油在化学性上稳定的氟化树脂系列、尼龙系列、苯酚系列、环氧系列、黑色素系列等材料。 [0095] 通过这样构成，纤维护套在汽油中不会溶解，能够稳定地测定液面高度，在液体中也不会混有不需要的物质。 [0096] 第六实施形态 [0097] 图13是第六实施形态中的液面检测用光纤传感器的模式图。在本实施形态中，在和第一实施形态相同的结构中，在光纤1上形成的光栅9被分割成4个区域。光栅9从接近光源2的一方开始，分别用分割光栅9a、9b、9c以及9d构成。在各个分割光栅之间具有不形成光栅的区域。 [0098] 下面说明本实施形态中的液面检测用光纤传感器的动作。在本实施形态中，在5个阶段上检测液面的高度的场合有效。在液面7位于比最接近容器10的底面的分割光栅9d下面的位置时，在所有的分割光栅中发生包层模式，透射光的强度成为最小值。接着，液面7上升，当液体8慢慢浸渍到分割光栅9d时，对应该液面7的高度而透射光的强度上升，但是当液面到达在分割光栅9d和9c之间未形成光栅的区域时，透射光的强度成为一定的值。当液面7再上升，到达分割光栅9c时，透射光的强度开始上升。这样，液面7在到达各个分割光栅的区域时透射光的强度分段变化。 [0099] 这样，因为在各个分割光栅之间有未形成光栅的区域，所以随着液体8浸渍分割光栅，透射光的强度分段变化。因此，即使在光接收部3中使用分辨率低的光接收元件的场合，也能够检测到强度分段变化，在5个阶段上检测液面的高度。 [0100] 另外，通过构成为使各个分割光栅的格子间隔不同，在各分割光 栅中发生的包层损失尖峰波长不同，所以通过在光接收部中使用频谱分析器检测损失的尖峰波长，也能够在5个阶段上检测液面的高度。 [0101] 第七实施形态 [0102] 图14是第七实施形态中的液面检测用光纤传感器的模式图。在图14中，把光纤1的纤维护套6的一部分被除去的部分大体平行于液面7变化的方向配置，在对应该部分的纤芯4上形成光栅9。在光纤1浸渍在液体8中的一端上，形成用于反射透射光栅9来的透射光的反射用光栅141。对于形成光栅9的区域而言在和光源2相反侧的光纤1上设置反射用光栅141，反射用光栅141的布拉格反射的波长带包含包层模式的光的波长，反射透射形成光栅9的区域的包层模式的波长带的光。光纤1的另一端连接循环器142的端口 142b。在循环器142的端口142b上，通过光纤143连接光源2，在端口143c上，通过光纤 144连接光接收部3。 [0103] 下面说明本实施形态中的动作。从光源2射出的光通过光纤143进入端口142a，从端口142b向光纤1射出。在光纤1的纤芯4内传播的光分为透射光栅9在纤芯4内传播的光、布拉格反射的光、和包层模式的光。包层模式的光对应光栅9在液体8内浸渍的长度而其强度变化，结果，在纤芯4内传播的透射光的强度变化。透射光栅9的透射光由反射用光栅141反射，在纤芯4内向循环器142侧传播。该反射的光在再次通过光栅9时，对应光栅9在液体8内浸渍的长度而其强度变化。到达循环器142的光从端口142b向142c发送，通过光纤144，入射光接收部3。对于形成光栅9的区域而言在和反射用光栅141相反侧的光纤1的端部具有循环器142，该循环器142是来自从光源2的光从光纤1的端部入射、在光接收部侧接收从该光纤端部射出的光那样起作用。 [0104] 图15是本实施形态中的反射用光栅141的反射频谱。反射用光栅141反射波长1548.1nm附近的光。图16是作为光源2和第一实施形态同样使用利用EDFA的自然射出光的宽带光源、在光接收部3中使用频谱分析器、改变液面7的高度用光接收部3测定1548.1nm附 近的光的强度时的特性图。在本实施形态中，通过变化包层模式存在的区域，随着液面的高度升高通过包层模式引起的损失增加，透射光栅的透射光的强度减小。因此，和第一实施形态相反，如图16所示，随着液面的高度升高用光接收部3测定的光的强度降低。 [0105] 在这样构成的光纤传感器中，因为透射光栅的光由反射用光栅反射后二次透射光栅，所以光的强度变化成为二倍，测定灵敏度升高。另外，因为不需要折叠光纤，构造简便，所以能够使装置小型化。 [0106] 第八实施形态 [0107] 图17是第八实施形态中的使用液面检测用光纤传感器的燃料计的模式图。在车载用燃料箱171的开口部171a处配置装备了燃料泵172、排出管173以及光纤传感器174的板175。光纤传感器174是和第一实施形态同样的液面检测用光纤传感器，和燃料泵172一起用支持部件176固定在板175上。用在该板175上固定的燃料泵172、排出管173以及光纤传感器174构成燃料计。把形成有光纤传感器174的光栅174a的部分大体平行于燃料箱171内部的汽油的液面177变化的方向而配置。另外，为保护用穿孔罩178而覆盖光纤传感器174。在补给汽油时，经由通往燃料箱171的燃料供给管(未图示)给燃料箱供给汽油。 [0108] 在燃料箱171内贮藏的汽油在发动机工作时用燃料泵172吸上来，经由排出管173供给发动机。为防止燃料箱171内的尘埃等异物进入燃料泵172，在燃料泵172的吸入口上安装低压侧过滤器179。通过汽油的补给或者使用，汽油的液面上升下降，但是用和液面变化的方向大体平行配置的光栅174a来如在第一实施形态中说明的那样检测液面177的高度，能够测定燃料箱171内的汽油的量。 [0109] 在这样构成的燃料计中，因为能够用光纤传感器174检测汽油的液面177上升下降，所以即使汽油52和燃料箱171的气相部分(通常是空气)的温度差小也能够检测液面，同时即使在由于振动汽油的液面177不断变化的场合也能够正确地检测液面的高度。 [0110] 另外，因为燃料计的插入截面积(光纤传感器和燃料泵宽度和纵 深)小，所以可以使燃料箱的开口部171a的面积小，同时提高安装燃料计时的操作性。 [0111] 再有，因为在光纤传感器上没有可动部分，所以没有由于伴随滑动的磨损而产生尘埃等不适当的情况。 [0112] 第九实施形态 [0113] 图18是第九实施形态中的使用液面检测用光纤传感器的燃料计的模式图。在本实施形态中，在第八实施形态中在燃料泵172上卷绕未形成光纤传感器174的光栅的部分的光纤。把形成有光纤传感器174的光栅174a的部分大体平行于燃料箱171内部的汽油的液面177变化的方向而配置。 [0114] 通过这样构成，能够更加使燃料计小型化。 [0115] 第十实施形态 [0116] 图19是第十实施形态中的使用液面检测用光纤传感器的燃料计的模式图。给用燃料泵172吸上来的汽油加压向排出管173传送，但是在本实施形态中，在燃料泵172的出口侧配置高压侧过滤器191，防止在燃料泵172内发生的尘埃等异物向排出管173传送。燃料泵172或者高压侧过滤器191收容在燃料泵组件192内。光纤传感器174用支持部件 176固定在燃料泵组件192上。把形成有光栅传感器174的光栅174a的部分大体平行于燃料箱171内部的汽油的液面177变化的方向而配置。 [0117] 在通过这样构成的燃料计中，和第八实施形态同样，因为能够用光纤传感器174检测汽油的液面174上升下降，所以即使汽油和燃料箱171的气相部分(通常是空气)的温度差小也能够检测液面，同时即使在由于振动等汽油的液面174不断变化的场合也能够正确地检测液面的高度。 [0118] 第十一实施形态 [0119] 图20是第十实施形态中的使用液面检测用光纤传感器的燃料计的模式图。在本实施形态中，在第十实施形态中在燃料泵组件192上卷绕未形成光纤传感器174的光栅的部分的光纤。把形成有光纤传感 器174的光栅174a的部分大体平行于燃料箱171内部的汽油的液面177变化的方向而配置。 [0120] 通过这样构成，能够更加使燃料计小型化。 [0121] 第十二实施形态 [0122] 图21是第十二实施形态中的使用液面检测用光纤传感器的燃料计的模式图。在汽车的燃料箱中，为避开在汽车中央部分配置的驱动轴，有具有燃料箱的底面的一部分向内侧突出的鞍形部210的箱。在这样的复杂形状的燃料箱中，存在不能配置常规浮子式燃料计或者装入费工费时这样的问题。在本实施形态中，把光纤传感器174从燃料箱171的内侧侧面使跨越鞍形部210那样沿燃料箱171的内面配置，把形成了光栅174a的部分大体平行于液面177变化的方向而配置。 [0123] 通过这样构成，在复杂形状的燃料箱或者小型的燃料箱内也能安装燃料计。 [0124] 第十三实施形态 [0125] 在作为汽车用发动机的燃料使用的纯正汽油中，有以庚烷、戊烷等碳化氢为主成分的轻汽油、以苯等碳化氢为主成分的重汽油、和在其中间的中质汽油(通常的普通汽油)。例如在与轻汽油匹配而控制点火时期等那样设定的发动机中，在作为燃料使用重汽油的场合不仅发生着火时期延迟、低温时的起动性能恶化、发生喘息现象等驾驶性能恶化，而且存在由于不完全燃烧而在排出的气体中有害成分增大等问题。在美国或欧洲等各国，为谋求减低石油的消费量，正在普及在汽油中混合酒精的燃料用于汽车。当把这样的酒精混合燃料在与汽油燃料的空燃比匹配的发动机中按原样使用时，由于酒精与汽油相比理论空燃比小等而引起空燃比倾斜化，所以需要检测酒精混合燃料中的酒精含有率并控制燃料喷射阀等的调节器，对应酒精含有率而调整空燃比、点火时期等。从上述可知需要检测汽油的轻、重或者酒精浓度，进而需要伴随其检测值而控制空燃比或点火时期等。 [0126] 图22是表示普通汽油、在普通汽油中混合20％的乙醇的汽油、在普通汽油中混合40％的甲苯的汽油各个汽油中的、对于普通汽油的 折射率比和作为蒸馏性状的50％馏出温度的关系的图表。此外，蒸馏性状根据JIS K 2254“石油产品的蒸馏试验方法”测定。 在混合甲苯的场合，如结果所示成为折射率比变大、50％馏出温度也变大的重汽油。另一方面，在混合乙醇的场合，成为折射率比变小、50％馏出温度也变小的轻汽油。如上所述，汽油的重、轻与其折射率相关，重汽油折射率变大，轻汽油折射率变小。因此可知通过检测折射率能够检测液体性状。 [0127] 图23是表示第十三实施形态的液体性状检测用光纤传感器的结构和使用方法的模式图。光纤传感器具有光源2、光接收部3、光纤1。在光纤1的一端配置光源2，在另一端配置光接收部3。光纤1具有传播从光源2射出的光的纤芯4、为把光封闭在纤芯4内而覆盖纤芯4的包层5、和覆盖并保护它们的纤维护套6，为检测液体的性状而除去纤维护套6的一部分，使得包层5直接接触液体8。在与除去了该纤维护套6的一部分的部分对应的纤芯4上形成光栅9。 [0128] 该光纤传感器例如如图23那样，除去光纤1的纤维护套6的一部分，把形成光栅9的部分浸渍在放入容器10内的液体8中使用。光纤1在接近用于贮藏液体8的容器10的底面处弯曲成U形，光源2和光接收部3配置在容器10的外面。为与容器10内的液体 8的量无关地测定液体8的性状，希望尽可能接近容器10的底面配置光栅。例如也可以构成为沿底面配置光栅9。 [0129] 此外，除去纤维护套6的一部分的部分如果处于浸渍在液体8内的状态，则对于液面在任何方向都可以检测。 [0130] 另外，即使是除去了纤维护套6的部分，在不是形成有光栅的区域的部分，因为几乎不产生包层模式，所以几乎不受周围的折射率的影响。 [0131] 光源2例如可以使用LED或者LD等，光接收部3可以使用光电二极管等光接收元件等。在纤芯4以及包层5中，可以使用石英玻璃等无机玻璃或者有机玻璃等的塑料系列的材料，在纤维护套6中，可以使用氟化系列、尼龙系列、苯酚系列、环氧系列、黑色素系列等 的树脂。 [0132] 从光源2入射光纤1的光在光纤的纤芯内传播，到达光栅9。到达光栅9的光根据其波长被分为透射光栅9在纤芯内传播的光、由光栅9布拉格反射在纤芯内在相反方向上传播的光、和从纤芯飞出在包层内传播的包层模式的光。因为在传播光纤1的光的目的地处具有光接收部3，所以能够检测透射光栅9在纤芯内传播的光和从纤芯射出在包层内传播的包层模式的光的光的强度。 [0133] 特别地，如果使从光源2入射光纤1的光的波长带或者在光接收部3前接收的光的波长带通过插入光滤波器等方法而成为仅是传播包层模式的光的波长带，则可以仅检测从纤芯飞出在包层内传播的包层模式的光的透射光强度。 [0134] 形成有光栅的部分的包层模式的透射光强度的波长特性如上所述，具有周期性地具有损失尖峰的透射特性。该损失的尖峰依赖于包层和其外侧的介质的折射率的差而其大小变化。 [0135] 在第一实施形态中，根据液体和气体的大的折射率的不同而包层模式的透射光强度很大地变化，但是即使在外侧的介质是稍微不同的液体的场合，包层模式的透射光强度也不同。在图23中因为形成光栅9的区域其整体浸渍在液体中，所以光栅部分的透射光强度成为与液体的折射率对应的值。 [0136] 图24是表示使液体的折射率变化时的光栅的透射率的波长特性的图表。此外，作为光栅，使用具有纤芯折射率1.459、包层折射率1.444、光栅长度10mm、光栅周期274nm、和在约796nm附近的布拉格反射波长的光栅。在测定光栅的透射率的波长特性时作为光源使用覆盖图表的波长区域的宽带光源，作为光接收部使用频谱分析器。此外，对于透射率，在透射光强度成为最大的条件-在这里是把光栅部分浸渍在具有比包层的折射率大的折射率的液体中的场合-下的透射光强度作为1.0的基准值而计算透射率。如图24所示，存在这样的倾向，随着液体的折射率从1.43慢慢变大到1.436，包层模式的损失的尖峰从低波长侧慢慢变小，不久消失。另外，因为当包层外的液 体的折射率成为包层以上时，包层模式被放射而不存在，所以该包层模式的损失的尖峰全部消失。通过使用这些现象利用图23的结构来测定包层模式的波长带的光栅的透射光强度，能够检测液体的折射率亦即液体的性状。 [0137] 图25是表示取入射光纤1的光的波长带为791±0.2nm的场合的、光栅的透射率对于液体的折射率的依存性的图表。791±0.2nm的波长带是包含在图24的图表上从左起第三包层损失尖峰的波长带。在光源1的波长带宽的场合，在光接收器的前级等中配置仅使791±0.2nm的波长带透射的光滤波器也能得到同样的结果。 [0138] 如图25所示，在使液体的折射率变化的场合的光栅的透射光强度，在液体的折射率在1.43以下时透射率为0.933而恒定，但是在液体的折射率在1.432以上1.434以下的范围内透射率急剧增加，在1.434以上大体为1而恒定。该透射率的波长依存特性与在图24的图表上从左起第三包层模式的损失的尖峰大小的变化对应。 [0139] 这样在设定光源2或者光接收部3以检测包含某一包层模式的损失尖峰的波长带的透射率的场合，透射光强度以特定的折射率为界以阶梯状变化。因此，通过判别液体比某折射率大还是小来能够判别例如汽油是轻还是重等的性状。 [0140] 在这种场合，首先，为了检测包含强度以想要检测性状的液体的折射率-例如在图25中为1.433-为界大幅度变化的适当的一个包层模式的损失尖峰的波长带的透射率，而作为光源2使用该波长的LD或者在光接收部3前设置仅透射该波长的光的光滤波器。进而，在光接收部3中装备在用光接收部3检测的透射光强度超过适当的阈值-例如在图25的场合折射率相当于0.96的透射光强度-的时刻发生信号的电路。由此，在浸渍的液体的折射率比特定的折射率大的场合，因为从光接收部3输出信号，所以能够容易地检测液体的性状。 [0141] 图26是表示取入射光纤1的光的波长带为791±0.5nm的场合的、光栅的透射率对于液体的折射率的依存性的图表。791±0.5nm的波长带是包含在图24的图表上从左起第一到第五包层模式损失尖峰的波 长带。在光源1的波长带宽的场合，也可以在光接收器的前级等中配置仅使791±0.5nm的波长带透射的光滤波器。 [0142] 在这样的场合，使用光接收器检测如下波长区域整体的透射光强度，所述波长区域包含随着图24的图表上左起从第一到第五的液体的折射率变化而顺序生成或者消失的包层模式的损失的尖峰。因此如图26所示，对于在使液体的折射率变化的场合的光栅的透射光强度，在液体的折射率在1.431以下时透射率是0.936而恒定，而在液体的折射率在1.431以上1.435以下的范围内时对于液体的折射率、透射率直线增加，在1.435以上时大体为1.0而恒定。 [0143] 这样可知在设定光源2或者光接收部3的波长带以检测包含多个包层模式的损失的尖峰的波长带的透射率的场合，对于液体的折射率的透射率变化成为线性。和在包含一个包层模式的损失的尖峰的波长带中检测透射率的图25的场合比较，对于处于更广折射率范围内的液体，可以连续地测定其折射率的大小。 [0144] 在该场合，为了使透射率在想要检测性状的液体的折射率的范围-例如在图26中从1.431到1.435-内线性变化，而选择包含多个包层模式的损失的尖峰的波长带，作为光源2使用该波长的LD或者在光接收部3前设置仅使该波长的光透射的光滤波器，用光接收部3检测包层模式的透射光强度。在浸渍形成有光栅的区域的液体的折射率在上述折射率的范围内的场合，使用光接收部3检测对应折射率而与透射率0.936到1.0相当的透射光强度，所以能够检测折射率或者液体的性状。如果装备把表示用光接收部3检测到的透射光强度的输出信号变换为表示折射率或者液体的性状的信号的电路等，则更容易检测。 [0145] 在上述中，取纤芯折射率为1.459、包层折射率为1.444，但是通过改变这些折射率，可以调整可测定的液体的折射率，能够应对各种液体。图27是表示在使包层折射率变化的场合能够检测的液体的折射率和此时使用的光源的波长的组合的例子的图表。设折射率差为1％而决定纤芯的折射率。如图27的图表所示，随着包层的折射率变 大，可以检测的液体的折射率也变大。此时，因为波长频谱整体地向高波长侧移动，所以伴随这点光源的波长也如图27那样变长。汽油类的折射率，小的是1.4，大的是1.46左右，通过调整包层的折射率，能够检测汽油的重、轻以及酒精浓度。此外，即使在图27的图表所示以外的组合，通过改变光栅的周期等，也能够改变能够检测的液体的折射率。 [0146] 如上所述，因为设定成使形成有光栅的区域整体浸渍在液体中，所以通过用光接收部3检测通过形成有光栅的区域的包层模式的光的强度从而可以检测液体的性状。另外，因为没有通过熔融延伸处理等而光纤的粗度大幅变细的部分，所以强度大，不容易由于振动产生的应力而破损。因此即使在振动大的环境中也能够可靠性高地检测液体的性状。 [0147] 此外，这里使用与800nm带附近的波长对应的光栅，但是也可以使用第一实施形态那样的1500nm带等与其他波长对应的光栅。 [0148] 第十四实施形态 [0149] 在第十三实施形态中，采用一次透射光栅的透射型的结构，但是也可以采用对于形成有光栅的区域在和光源2相反侧的光纤1上设置反射部件、把从光源入射的光用反射部件返回的反射型的结构。图28是表示第十四实施形态的液体性状检测用光纤传感器的结构和使用方法的模式图。在图28中，使除去光纤1的纤维护套6的一部分的部分整体浸渍在液体8中，在与该部分对应的纤芯4上形成光栅9。在光纤1的浸渍到液体8的一端上，形成用于反射透射光栅9来的透射光的反射用光栅141。对于形成有光栅9的区域在和光源2相反侧的光纤1上设置反射用光栅141，反射用光栅141的布拉格反射的波长带包含包层模式的光的波长，反射透射形成有光栅9的区域的包层模式的波长带的光。光纤1的另一端部连接有循环器142的端口142b。在循环器142的端口142a上通过光纤143连接有光源2，在端口143c上通过光纤144连接有光接收部3。 [0150] 下面说明动作。从光源2射出的光通过光纤143进入端口142a， 从端口142b向光纤1射出。在光纤1的纤芯4中传播的光分为透射光栅9在纤芯4内传播的光、布拉格反射的光、和包层模式的光。包层模式的光对应浸渍光栅9的液体8的折射率强度而变化，作为结果，在纤芯4内传播的透射光的强度变化。透射光栅9的透射光由反射用光栅141反射，在纤芯4内向循环器142侧传播。该反射的光在再次通过光栅9时对应浸渍光栅9的液体8的折射率而其强度变化。到达循环器142的光从端口142b向142c传送，通过光纤144，入射光接收部3，其强度被检测。因此，如果预先研究好液体8的折射率和入射光接收部3的光的强度的关系，就可以从入射光接收部3的光的强度检测液体8的折射率。 [0151] 作为反射部件，代替反射用光栅141也可以使用在光纤的末端金蒸的部件等。 [0152] 在作为反射部件使用反射用光栅141的场合，不需要一定设在光纤的末端，只要对于形成有光栅的区域在和光源相反侧光纤的某个地方形成反射用光栅141即可。 [0153] 如上所述对于形成有光栅的区域在和光源相反侧的光纤上设置反射部件的结构中，因为光二次通过光栅所以作为传感器的灵敏度提高。图29是表示对于形成有光栅的区域在和光源相反侧的光纤上设置反射部件的反射型的结构、和图23那样的不设置反射部件的透射型的结构中液体的折射率和透射率的关系的一例的图表。如图29所示，可知反射型结构一方，对于液体的折射率的变化的透射率的变化大，容易检测折射率的变化。 [0154] 另外，通过作为反射部件使用在布拉格反射的波长区域内具有包层模式的光的波长区域的光栅，和图7中在光接收部3前插入光滤波器的场合同样，有除去成为噪声的包层模式以外的光的效果。 [0155] 第十五实施形态 [0156] 图30是表示第十五实施形态的液体性状检测用光纤传感器的结构和使用方法的模式图。用光拾取器300来置换第十四实施形态的图28的光源2、光纤142a、142c、循环器142、光接收部3而构成。这 样，在使用反射部件的场合在设置循环器而分离入射光和射出光的方法以外，也可以使用把光接收元件作为一体的光拾取器等。 [0157] 图31是表示光拾取器300的结构的概略图。光拾取器300是在读取或者写入CD等中使用的单元，由光接收元件302、激光二极管305、半透半反射镜306、准直透镜307、物镜308等构成。来自激光二极管305的光由半透半反射镜反射以使其入射光纤，另一方面，从光纤射出的光透射半透半反射镜306入射光接收元件302。通过用由半透半反射镜306分离入射光纤的光和从光纤射出的光的简单的结构来集成各元件，能够得到小而轻的单元。另外，因为使光纤和光源或者光接收部等连接部件做得小而轻来可以减轻在振动大的环境中该部分发生的应力，所以有提高可靠性的效果。此外，用光拾取器300置换第七实施形态表示的液面检测用光纤传感器的光源2、光纤142a、142c、循环器142、光接收部3也有同样的效果。 [0158] 第十六实施形态 [0159] 图32是表示第十六实施形态的液体性状检测用光纤传感器的光接收部的结构的概略图，图33是表示第十六实施形态的液体性状检测用光纤传感器的光源的结构的概略图。第十六实施形态的液体性状检测用光纤传感器是用图32的光接收部3置换第十三实施形态的图23的光接收部3、用图33的光接收部2置换光源1的部件。 [0160] 图32的光接收部3具有衍射光栅301和三个光接收元件302a、302b、302c。利用衍射光栅301、根据光的波长而改变从光纤1射出的光的行进方向。把光接收元件302a、302b、302c各个配置在不同波长的包层模式的光行进的位置，接收不同波长的包层模式的光。 [0161] 图33的光源2具有把3处的输入光汇总成一个而输出的光合波部309、发生不同波长的光的3个LD 305a、305b、305c。设置为3个LD各个发生的光通过光合波部309汇总而入射光纤1。3个LD305a、305b、305c各个发生的光的波长是不同波长的包层模式的光的波长，使得和3个光接收元件302a、302b、302c接收的光的波长一致。通过这样的结构能够检测多个波长的光中的光栅的透射光强度。 [0162] 图34是表示第十六实施形态的通过液体性状检测用光纤传感器的3个光接收元件而检测不同的液体的折射率时的透射率的一例的图表。此外，对于透射率，使用把在具有比包层的折射率大的折射率的液体中浸渍光栅部分时的各个光接收元件的输出值作为基准进行比较计算处理的方法。3个LD以及3个光接收元件检测的波长带是789+0.2nm、791+0.2nm、793+0.2nm，在各个波长带中包含一个包层损失尖峰。 [0163] 因为包层损失的尖峰伴随液体的折射率的上升而从低波长侧顺序消失，所以当把输入光的波长设定为低波长时可判别的折射率变小，当把输入光的波长设定为长波长时可判别的折射率变大。因此，从图34可知，对于各个波长，存在透射率急剧变化的液体的折射率。 [0164] 因为通过这样的结构检测多个波长的包层模式的透射光强度，所以能够比第十三实施形态检测更宽范围的液体的折射率。 [0165] 此外，在第十六实施形态中，使用3个LD作为光源，但是也可以置换为例如像LED那样具有宽波长带的发光元件。 [0166] 另外，通过在作为光源使用多个LD、作为光接收部使用一个光接收元件的结构中装备错开LD的发光时间的单元，也可以从光接收元件以时间顺序输出LD的各个波长带的透射光强度。 [0167] 另外，如上所述，通过装备具有多个波长带的发光元件、或者接收不同的波长带的多个光接收元件来检测多个波长带的包层模式的透射光强度的结构，即使如图28那样在光纤的尖端形成反射部分的场合也能够实现。 [0168] 第十七实施形态 [0169] 图35是表示第十七实施形态中的把液面检测用光纤传感器和液体性状检测用光纤传感器做成一体的光纤传感器的结构以及使用方法的模式图。在本实施形态中，是组合第六实施形态的使用分割光栅的液面检测用光纤传感器、和第十三实施形态的液体性状检测用光纤传感器的结构。光栅9a、9b、9c、9d是液面检测用光纤传感器，它们需要在液面的变化方向上排列。另一方面，9e是液体性状检测用的光栅，只要是浸在液体8中的状态，则对于液面在任何方向上都可以检测。光纤1在用于贮藏液体8的容器10的底面附近弯曲，光源2和光接收部3配置在容器10的外部。通过在容器10的底面附近配置光栅9e，能够与容器10内的液体8的量无关地测定液体8的性状。 [0170] 在本实施形态中，为分开液面的变化和液体性状的变化，液面检测用光纤传感器和液体性状检测用光纤传感器构成为能够分别检测不同的波长的透射光强度。因此作为光源LED等宽带的元件适合。图36是表示第十七实施形态的光纤传感器的光接收部3的结构的概略图。这样设置衍射光栅301，即使检测液面检测用的光栅的透射损失的波长区域的光分离到液面检测用光接收元件302d，使检测液体性状检测用的光栅的透射损失的波长区域的光分离到液体性状检测用光接收元件302e。 [0171] 这里作为光源使用宽带的LED，在光接收部中利用衍射光栅分离各波长，但是也可以在通过光合波器合波不同波长的LD的光束、使用纤维型的分波器分波后用光接收元件进行检测。 [0172] 另外，因为使包层模式出现的波长范围在液面检测用光纤传感器和液体性状检测用光纤传感器中在不同的波长范围内出现，所以也可以使光栅的周期分别不同。 [0173] 通过上述那样的结构能够检测与液面检测和液体性状检测对应的两种波长的光中的光栅的透射光强度。图37是表示液面检测用的光栅以及液体性状检测用的光栅的透射率的波长特性的图表。液面检测用的光栅以及液体性状检测用的光栅的周期分别设为274nm、270nm。如图37所示各个包层模式在不同的波长带中出现，通过对于液面检测使用 790nm附近、对于液体性状检测使用780nm附近的波长的光源能够独立地检测液面和液体性状两方。这样通过设定使与液面检测用光纤传感器和液体性状检测用光纤传感器对应的光栅周期分别不同，能够制造在一根光纤中形成两方的传感器，能够实现小型化和低价格化。 [0174] 第十八实施形态 [0175] 由于液体的折射率的不同而包层模式的透射光强度不同，所以与从液面检测用光纤传感器的光接收部输出的透射光强度对应的信号强度由于液体的折射率而大小不同。 [0176] 因此在第十八实施形态中，在第十七实施形态中装备根据液体性状检测用光纤传感器的输出信号强度而修正液面检测用光纤传感器的输出信号强度的部件。 [0177] 图38(a)是表示在第十八实施形态的对于修正前的重汽油、普通汽油、轻汽油，液面检测用光纤传感器的光接收部的输出强度和液面位置的关系的图表。这样汽油的折射率由于种类而稍有不同，所以如图38(a)所示，对于液面位置的信号强度的关系有偏离。因为把读取液面位置时得到的信号强度换算为液面位置，所以在液体的折射率变化时产生的信号强度的偏离成为测定误差。 [0178] 在第十八实施形态中，在第十七实施形态的图35以及图36的结构之外，连接成使液面检测用光接收元件302d的输出信号以及液体性状检测用光接收元件302e的输出信号分别输入液面修正运算装置，根据液体性状检测用光接收元件302e的信号强度、利用液面修正运算装置来修正运算液面检测用光接收元件302d的信号强度后输出。在液面修正运算装置中预先在存储器中保存在进行修正运算以便即使具有不同折射率的液体也成为表示相同液面的输出信号强度时的、比例系数的表。 [0179] 该表是预先取得图38(a)那样的数据、从各个液面位置和信号强度的关系求比例常数而制成的表。例如，取重汽油的比例常数为a，取普通汽油的比例常数为b，取轻汽油的比例常数为c。在该场合，在液面修正运算装置中如下进行运算。例如，在液面修正运算装置内在判断液体性状检测用光接收元件302e的输出信号和重汽油相同的场合，在通过表选择a得到的液面检测用光接收元件302d的信号强度上乘以a。同样，如果判断和普通汽油相同，则乘以b，如果判断和轻汽油相同，则乘以c。因为a、b、c各个是预先对于具有不同折射率的液体通过相乘使其成为相同液面的输出信号的比例系数，所以 如图38(b)那样，即使对于不同折射率的液体也从液面修正运算装置输出对于相同液面相同的信号强度的信号。如上所述，光纤1在浸渍在液体中的位置具有形成液体性状检测用的光栅9e的区域以及在液面横切的位置具有液面检测用光栅9a、9b、9c、9d，另外，在光接收部中具有检测透射形成有液体性状检测用光栅9e的区域的、光栅9e的包层模式的波长区域的光的强度的液体性状检测用光接收元件302e、以及检测透射形成有液面检测用光栅9a、9b、9c、9d的区域的、光栅9a、9b、9c、9d的包层模式的波长区域的光的强度的液面检测用光接收元件302d，因为具有根据液体性状检测用光接收元件302e的信号强度和液面检测用光接收元件302d的输出强度而输出表示液面的位置的信号的液面修正运算装置，所以能够减少由于折射率的不同引起的液面位置的误差。 [0180] 此外，在进行修正的场合，如图35所示，不需要一定用一根光纤构成检测液面的光纤和检测液体的折射率的光纤，也可以是使用分别的光纤的光纤传感器。 [0181] 此外，在本实施例的波长带以外，也可以使用例如1550nm带的光源和光栅构成。 [0182] 第十九实施形态 [0183] 图39是表示第十九实施形态的、在燃料箱的外部设置的液体性状检测用光纤传感器的安装状态的模式图。在车载用的燃料箱171的开口部171a处配置具有燃料泵172、排出管173的板175。燃料泵172用支持部件176固定在板175上，设置成使其浸在燃料的液面中。液体性状检测传感器装入直接插入液体性状检测传感器250内。直接插入液体性状检测传感器250在燃料泵侧入口254连接排出管173，在喷射器侧出口256处连接向喷射燃料的喷射器连接的管等(未图示)。图40是表示直接插入液体性状检测传感器250的内部构造的概略图。直接插入液体性状检测传感器250是在一端有燃料泵侧入口254、另一端有喷射器侧出口256的外壳252中插入光传感器探针251，在光传感器探针251的外壳252的出口部分固定由以光学方式连接到光传 感器探针251的光纤的光源以及光接收部等构成的光拾取器300。这里，光传感器探针251是在第十四实施形态的图30中表示的、在一部分上形成光栅9的光纤1，除去光栅9部分的纤维护套6，使该部分的光纤1的包层5接触燃料的液体。此外，因为在图40中外壳252中是几乎被燃料填满，所以形成了光栅9的包层5接触燃料。另外，在第十九实施形态中，光传感器探针251在与连接光拾取器300侧相反侧的端附近，形成有布拉格反射包含光栅9的包层模式的损失尖峰的波长在内的波长带的光栅141。此外，也可以如第十三实施形态的图23那样，在光传感器探针25上不设置反射包层模式的损失尖峰的部分，代替光拾取器300而采用使用光源2和光接收部3的透射型的结构。 [0184] 燃料箱171内贮藏的燃料在发动机运行中从燃料泵172的下部经过低压侧过滤器179被吸上来，经由排出管173向发动机的喷射器传送。此时，燃料通过直接插入液体性状检测传感器250的光传感器探针251周围。 [0185] 因为在这样的结构中设置有液体性状检测用光纤传感器，所以能够检测燃料的折射率。根据检测出的燃料的折射率也能够检测燃料的折射率以外的性状，例如汽油是轻或重等的种类、或者在汽油中包含的酒精浓度等的组成。此外，在进行这些检测时，通过装备预先把燃料的种类和折射率的关系、或者燃料的组成和折射率的关系作为表保存，比较检测到的折射率与存储器的表，输出折射率最近的种类、或者组成那样的单元，检测变得容易。 [0186] 在这样构成的直接插入液体性状检测传感器250中，因为设置位置是燃料管的一部分，所以在燃料泵驱动中光传感器探针接触流动的燃料。因为利用燃料清洁光纤表面，所以作为传感器的特性劣化变小，能够进行稳定的性状检测。另外，因为在管间连接，所以容易安装拆卸直接插入液体性状检测传感器250。 [0187] 第二十实施形态 [0188] 在第二十实施形态中，把作为液体性状检测用光纤传感器的一部 分的光传感器探针251插入燃料箱171内，把连接光传感器探针251的光拾取器300固定在燃料箱171的外部。 [0189] 下面说明表示具有上述那样结构的液体性状检测用光纤传感器的安装状态的多个例子。 [0190] 图41是表示第二十实施形态的在燃料箱的一部分上设置的液体性状检测用光纤传感器的安装状态的例子的模式图。图42是表示第二十实施形态的在燃料箱的一部分上设置的液体性状检测用光纤传感器的安装状态的另一例子的模式图。图43是表示第二十实施形态的在燃料箱的一部分上设置的液体性状检测用光纤传感器的安装状态的再一例子的模式图。图44是表示第二十实施形态的在燃料箱的一部分上设置的液体性状检测用光纤传感器的安装状态的再一例子的模式图。 [0191] 在任何一个安装状态下，光传感器探针251都插入燃料箱171的底部附近，设置为使在光传感器探针251上形成的光栅区域位于燃料箱1 71的底部附近。因此，光栅区域全部浸渍在燃料中。 [0192] 在图41表示的安装状态下，光传感器探针251插入燃料箱171上部的专用的安装孔，并到达燃料箱171的底部附近。另外，光拾取器300固定在封闭专用孔的盖的上部。 [0193] 在图42表示的安装状态下，光传感器探针251插入在燃料箱171上部的板175上形成的安装孔，并到达燃料箱171的底部附近。另外，设置成使光传感器探针251的一部分在燃料箱171内部被保持在保持燃料泵172的支持部件176的一部分上。另外，光拾取器300固定于在板175上形成的安装孔的上部。 [0194] 在图43表示的安装状态下，光传感器探针251插入在燃料箱171上部的板175上形成的安装孔，并到达燃料箱171的底部附近。另外，设置成使光传感器探针251的一部分在燃料箱171内部被保持于在板175上保持的燃料泵组件192的一部分上。另外，光拾取器300固定于在板175上形成的安装孔的上部。此外燃料泵组件192具有燃料泵172和在泵的燃料出口侧的高压侧过滤器，并把它们作成一体。 [0195] 在图44表示的安装状态下，光传感器探针251插入在燃料箱171上部的板175上形成的安装孔，经过燃料泵组件192的内部的贯通孔，到达燃料箱171的底部附近那样被设置。光传感器探针251的一部分从贯通孔的底部朝向燃料箱底部延伸，在该部分上形成光栅区域。另外，光拾取器300固定于在板175上形成的安装孔的上部。 [0196] 通过做成以上那样的任何一种状态，液体性状检测用光纤传感器向燃料箱的安装、取下变得容易。在任何一种安装状态下，因为把形成有光栅的区域在燃料箱的底部设置，所以能够稳定地检测燃料的性状。另外，在图42到图44表示的安装状态下因为在燃料箱内和燃料泵一起固定光纤，光传感器探针251不容易受燃料的流动的影响，所以能够进行可靠性高的检测。 [0197] 第二十一实施形态 [0198] 图45是表示第二十一实施形态的把液面检测用光纤传感器的光栅区域和液体性状检测用光纤传感器的光栅区域在一根光纤上形成并进行液面检测和液体性状检测的光纤传感器安装在燃料箱上的状态的模式图。 [0199] 光传感器探针251从燃料箱171的上部的开口部插入到底部附近。在开口部的盖上固定光拾取器300，把光拾取器300连接在光传感器探针251以进行光的输入输出。在光传感器探针251上形成液面检测用的光栅174a和液体性状检测用的光栅174b。把液面检测用的光栅174a在燃料箱171内部的汽油的量变化时液面177横切的位置处、在液面的变化方向上配置。把液体性状检测用的光栅174b在接近燃料箱171的底部的部分设置。 [0200] 液面检测用的光栅174a和液体性状检测用的光栅174b的光栅周期不同，以使它们的包层模式成为不同的波长带。另外，光拾取器300具有包含各个包层模式的波长带的宽带发光元件、通过衍射光栅接收光那样设置的两个光接收元件，以使能够分别检测液面检测用的光栅174a的包层模式以及液体性状检测用的光栅174b包层模式的透射光强度。 [0201] 在这样构成的燃料计以及光纤传感器中，可以用液面检测用的光栅174a的包层模式的透射光强度来检测汽油的液面177上升下降，再有即使汽油少也可以用液体性状检测用的光栅174b的包层模式的透射光强度来检测汽油的性状。另外，假定即使由于汽油的性状不同而液面的精度恶化时，如果如第十八实施形态装备进行修正的单元，则可以根据性状修正高度，能够提高液面的精度。 [0202] 如上所述，因为装备了：包括具有形成了光栅的区域的纤芯和包层且把形成有光栅的区域的至少一部分在浸渍在液体中的位置配置的光纤、向所述光纤入射光栅的包层模式的波长带的光的光源、检测从光源入射并透射形成有光栅的区域的光的强度的光接收部，所以能够实现通过测定通过包层和液体或者包层和气体之间的折射率的不同而产生的光栅部分的包层模式的透射光强度，能够作为液面检测用或者液体性状检测用来使用的光纤传感器。 [0203] 这样，因为通过光纤和液体或者光纤和气体之间的折射率的不同而进行检测，所以即使在光纤中由于振动等而液面不断变化从而气相部分和液相部分的温度差变得平缓的场合也能够检测液面。另外，因为不形成通过熔融延伸处理等而光纤的粗度大幅变细的部分，所以与在光纤中形成细的部分的方式相比强度大，即使在振动大的环境中也能够可靠性高地检测液面或者检测液体的性状。 [0204] 如上所述，液面检测用光纤传感器和液体性状检测用光纤传感器是以利用形成有光栅的部分的包层外部的折射率和包层模式的透射特性的关系这样的基本相同的原理来进行检测操作。因此，也可以两者调换使用。 [0205] 另外，在上述实施形态中，主要用光接收部检测基于包层损失的尖峰的大小的透射光强度，但是也可以检测包层损失的尖峰和相邻的波长的损失的尖峰之间的波长带的光的透射光强度。从表示液面检测用光纤传感器的透射频谱的图5可知，因为损失的尖峰和相邻波长的损失的尖峰之间的波长带的光的透射光强度有损失的尖峰越小越慢慢变低的倾向，所以液面的位置或者液体的折射率和透射光强度的大 小关系成为和检测包含损失的尖峰的波长带的透射光强度的场合相反的倾向，但是通过检测损失的尖峰和相邻波长的损失的尖峰之间的波长带的光的透射光强度能够进行液面的检测或者液体折射率的检测。 [0206] 第二十二实施形态 [0207] 本第二十二实施形态的液体性状检测用光纤传感器有下述结构：以第十三实施形态的液体性状检测用光纤传感器为基础，把具有比由于包层模式产生的损失的尖峰出现的包层模式的波长带宽的发光波长区域的LED作为光源，把检测比该包层模式的波长带宽的波长区域整体的光强度的光电二极管作为光接收部3。因此，光源2的发光波长区域以及光接收部3的检测波长区域比光栅的包层模式的波长带宽。另外，对于LED使用发光波长为800nm带的LED，对于光纤1使用在800nm带中成为单模的纤芯的直径约2微米、纤芯和包层的折射率差约2％的光纤。 [0208] 图46是表示本第二十二实施形态的光源2的发光频谱的图表。光源2大体以795nm为中心，取半幅值约40nm的宽度，具有从775nm到815nm的发光波长区域。该光源2在光强度最大的波长下的光输出是-45dBm，在发光波长区域整体下的光输出比1mW小。取光输出不到1mW以防止通过在液体侧散射的包层模式的光使温度上升。 [0209] 图47(a)是表示在形成光栅9的包层5的周围接触折射率1.362的液体的场合来自入射光纤1的光源2的光经过光栅9向光接收部3射出的光的频谱的图表。包层5的周围是空气的场合也成为和图47(a)大体相同的频谱，该频谱在接触折射率1.362以下的液体的场合也几乎无变化。如图47(a)所示，该光栅9的包层模式的波长带是约从780nm到约800nm的区域。因此光源2的发光波长区域比包层模式的波长带宽且包含该包层模式的波长区域整体。另外，因为使用纤芯和包层的折射率差约为2％比较大的光纤，所以也能够增大光栅形成时的纤芯的光感应折射率变化。本第二十二实施形态的光栅采用这样的光栅，其如上述使用纤芯和包层的折射率差大的光纤，增大从 在纤芯内传播的模式向包层模式的耦合，以使包层模式的损失的尖峰变大，例如与相邻的损失的尖峰之间的透射率相比损失的尖峰的光的透射率在包层模式的波长带的中央附近为1/10以下变小。 [0210] 图47(b)以及(c)分别是表示在形成光栅9的包层5的周围接触折射率1.429、1.497的液体时在光接收侧检测到的光频谱的图表。光频谱随着接触包层5的液体的折射率变大而在短波长侧的吸收的尖峰消失那样变化。另一方面，相邻的吸收的尖峰之间的透射率随着接触包层5的液体的折射率变大而慢慢减小。 [0211] 光接收部3检测的光强度受与接触包层5的液体的折射率对应的光栅9的LED的发光波长区域整体的透射率的影响。图48是表示接触包层5的液体的折射率和光接收部3的光电二极管的输出电压的关系的图表。液体的折射率在从1.36到1.39之间以及在从 1.47到1.50之间输出电压几乎不变化，但是折射率在从1.39到1.47之间随折射率上升而输出电压降低。这表示伴随液体的折射率的上升而包层模式特有的损失的尖峰消失，另一方面，相邻吸收的尖峰之间透射率减小的结果，光栅9的包层模式的波长区域的整体的透射率降低。这样因为接触包层5的液体的折射率变化而光接收部3的输出电压变化，反之通过检测光接收部3的输出电压来能够检测接触包层5的液体的折射率变化。 [0212] 以上那样的当接触包层5的液体的折射率升高时包层模式的波长区域整体的透射率降低的现象被认为是显著的，这是因为本第二十二实施形态的光栅使用纤芯和包层的折射率差约为2％比较大的光纤1而形成，使纤芯的光感应折射率变大的缘故。 [0213] 把本第二十二实施形态的光纤传感器设为液体性状检测用光纤传感器，但是只要在同样的结构中把形成有光栅的区域配置在液面变化时在液面横切的位置处，也可以设为液面检测用光纤传感器。 [0214] 如本第二十二实施形态那样，因为光源2的发光波长区域以及光接收部3的检测波长区域比光栅的包层模式的波长带宽，所以能够制造结构简单、对于温度或者振动等环境变化不容易受其影响的光纤传 感器。 [0215] 也可以在本第二十二实施形态中组合其他实施形态，例如也可以像第七或者第十四实施形态那样在光纤1的一端装备反射单元。在该场合，通过把反射单元做成把包层模式的波长区域的一部分的区域作为布拉格反射的波长区域的反射用光栅，能够提高该波长区域中的检测灵敏度。 [0216] 另外，在以上从第一到第二十二实施形态中使用的光栅是使用所述的短周期光栅。在短周期光栅中，即使接触包层的液体的折射率变化，包层模式损失的尖峰的波长几乎不变化，尖峰的大小变化。因此不需要评价尖峰的波长移位的单元，只要检测透射的光的强度就可以检测液体的液面位置或者性状，所以结构简单。 |
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