JPH01197634A - 流体屈折計およびこれを用いた流体密度計 - Google Patents

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］ この発明は液体や気体などの流体屈折計およびこれを用
いた流体密度計に関し、センサプローブを直接試料流体
内に浸漬することによって、試料流体のサンプリングを
行うことなく直接試料流体の屈折率および密度を常時オ
ンラインで計測できるようにしたものである。

［従来技術とその課題］ 従来、流体たとえば液体の屈折率を測定ずろ装置として
は、プリズムによる光の屈折角を測定するアツベ法、最
小偏角法のほか、試料の屈折率により変化した焦点距離
を測定するデュク・ド・ショルヌ法等の光の屈折法則に
基づく屈折率計が多く知られている。

しかしながら、上記の液体屈折率計はいずれも試料の屈
折率を検出するセンサ部が他の機器と直接接続されてお
りセンサ部のみの分離が困難である。したがって、測定
時には試料液体をその都度サンプリングしなければなら
ないので、液体の屈折率を常時オンラインで計測するこ
とは不可能であった。

また、試料液体から直接、密度をｉ＋＋定する場合には
、さらにサンプリングが困難であり、液体の密度が屈折
率により与えられることを利用したとしても、上述した
ように液体の屈折率を常時オンラインで計測することが
不可能であるので、密度の常時オンライン計測もまた不
可能であった。

この発明は上記課題を解決するためになされたもので、
センサプローブのみを直接試料流体内に浸漬して常時オ
ンラインで流体の屈折率を計測することができるような
流体屈折計およびこれを用いた流体密度計を提供するこ
とを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明は、光源からの測定光を導波するライトガイド
と、このライトガイドにより導波された測定光を屈折さ
け、基礎プリズムと補助プリズムとを流体導入のための
空隙を介して対向させてなるセンサ部と、上記センサ部
より出射した測定光を受光して検出部に導波するイメー
ジファイバをセンサプローブ内に収容したことを解決手
段とした。

また、本発明の流体密度計は、光源からの測定光を導波
するライトガイドと、このライトガイドにより導波され
た測定光を屈折させ、基礎プリズムと補助プリズムとを
流体導入のための空隙を介して対向させてなるセンサ部
と、上記センサ部より出射した測定光を受光して検出部
に導波するイメージファイバをセンサプローブ内に収容
し、計測された試料流体の屈折率から密度を算出する演
算部を上記検出部に接続したことを解決手段とした。

［作用　］ センサプローブ内に、測定光を導波するライトガイドと
、このライトガイドにより導波された測定光をその内部
で屈折させて、試料流体の屈折率を検出するセンサ部と
、このセンサ部から出射した測定光を受光し導波するイ
メージファイバとを収容したので、測定時に試料流体の
サンプリングを行わずに、センサプローブのみを直接試
料流体内に浸漬することができるので、常時オンライン
で流体の屈折率を計測することができる。

さらに、検出部に演算部を接続したので、計測された流
体の屈折率から流体の密度を算出し、常時オンラインで
流体の密度を計測することができる。

［実施例］ 以下、この発明の詳細な説明する。

第１図に、この発明を液体の屈折率を測定するために用
いた一実施例を示す。この液体屈折計は、センサプロー
ブ内に収められたセンサ部の基礎プリズムと補助プリズ
ムとの間に試料液体を介在させることにより、センサ部
から出射する測定光の出射角が変化することを利用して
試料液体の屈折率を求めるものであり、光の屈折法則に
基づく透明物質の屈折率測定法のアラ、べ法を利用した
ものである。

この液体屈折計は、一端に光源ｌが、他端にレンズ３ａ
が取り付けられたライトガイド２と、このライトガイド
２により導波された測定光を屈折さける基礎プリズム４
と補助プリズム５からなるセンサ部６と、一端に検出部
７および演算部１６が、他端にレンズ３ｂが取り付けら
れたイメージファイバ８とをセンサプローブ９内に収容
して大略構成されるものである。

センサプローブ９は光源ｌからの測定光を導波するライ
トガイド２の一端部と、このライトガイド２により導波
された測定光を屈折させる、基礎プリズム４と補助プリ
ズム５からなるセンサ部６と、このセンサ部６から出射
した測定光を集光するレンズ３ｂが取り付けらだイメー
ジファイバ８の一端部を収納する管体であり、ライトガ
イド２とイメージファイバ８とは液化ガスの極低温や外
部応力等から保護するために、管状のステンレススチー
ルなどからなる保護部材内に収容されている。

このライトガイド２には、低損失の光ファイバが用いら
れ、イメージファイバ８には、画像イメージ伝送に適し
た多数のコア／クラッド型光ファイバを束ね、溶融一体
化したものが使用される。

さらに、センサプローブ９内に収容されたライトガイド
２とイメージファイバ８とは、センザブローブ９の保護
部材を延長してなる保護管！０内を導かれ、ライトガイ
ド２の他端には光源Ｉが接続され、イメージファイバ８
の他端には検出部７が接続されている。

上記光源ｌには、単色性の良好なナトリウムランプ、レ
ーザ、ＬＥＤ等が好適に用いられ、白色光等を使用する
場合には、単色フィルタによって単色光に分離して用い
ることが好ましく、測定光は光源ｌからライトガイド２
によって、センサプローブ９まで導波され、センサ部６
内に導かれる。

センサ部６はプリズムによる光の屈折角を測定するアツ
ベの屈折計の原理を用いたものであり、基礎プリズム４
と補助プリズム５との２つのプリズムからなり、これら
のプリズム内を透過する測定光の屈折によって視界内に
生じる明暗境界を検出するものである。

この基礎プリズム４と補助プリズム５とは、試料液体導
入のための一定の空隙を介して対向して配置されており
、この空隙は試料液体の屈折率により選択されるが、通
常０　、１　ｍｍ程度に保たれている。

この空隙に試料液体を導入するために、補助プリズム５
が収納されている部位のセンサプローブ９の外側部には
、蝶番！ｌが取り付けられており、この蝶番１１によっ
て補助プリズム５およびソレノイド１２とが固定されて
いる補助プリズムセル１３がセンサプローブ９の先端部
に開閉可能に取り付けられている。この補助プリズムセ
ル１３の開閉はソレノイドＩ２の駆動ビン１４をソレノ
イド１２の長平方向に移動させることにより行なわれる
。

また１、基礎プリズム４内を透過した測定光が出射する
センサプローブ９の内壁には、基礎プリズム４より出射
した測定光がイメージファイバ８の一端に取り付けられ
たレンズ３ｂに集光されるように、ミラー１５が設置さ
れている。基礎プリズム４より出射した測定光はミラー
！５により反射されたのち、レンズ３ｂで集光され、イ
メージファイバ８の他端に接続されている検出部７に導
波されるようになっている。

検出部７には、ＣＣＤアレイ等の受光素子が内蔵されて
おり、センサ部１で分離された測定光の投影画像を光信
号として受光、検出した後、電気信号に変換し、光屈折
の法則式を用いて試料液体の屈折率が演算されるように
なっている。

このような構成の液体屈折計を用いて極低温の液化ガス
等の液体の屈折率を計測するには、まずセンサプローブ
９を液化ガス内に浸漬する。ついで、補助プリズムセル
１３内に収められたソレノイド１２の駆動ビン１４を前
進させて、補助プリズムセル１３を開き、センサ部６の
基礎プリズム４と補助プリズム５との間の空隙に試料液
体を導入した後、駆動ビン１４を後退させて補助プリズ
ムセル１３を閉じてセンサ部６に所望の厚さの試料液体
の液相を形成する。

次に、ランプｌａを発光させ単色フィルタｌｂによって
波長を選択したのち、ライトガイド２によって測定光を
導波する。ライトガイド２内を導波された測定光は、試
料液体相を介し対向する補助プリズム５および基礎プリ
ズム４内に導波される。

この測定光は、基礎プリズム４の測定光との臨界角に相
当する出射角を境界として、視界内に明暗境界として分
離されて基礎プリズム４から出射される。この視野内の
明暗境界の画像は、ミラー１５で反射されたのち、イメ
ージファイバ８に取り付けられているレンズ３ｂにより
集光され、検出部７までイメージファイバ８内を導波さ
れる。

導波された測定光は、検出部７により光信号として検出
されたのち、種々の受光素子によって電気信号に変換さ
れる。電気信号に変換されたデータを下記（１）式を用
いて演算し、試料液体の屈折率ｎを求めることができる
。

ｎ＝５ｉｎψ−ｒｍ’−５ｉｎ″β＋ＣＯ８ψｓｉｎβ
−（１）ここで、ｎ：試料液体の屈折率 ψ：基礎プリズムの頂角 ｍ：基礎プリズムの屈折率 次に、この発明を液体の密度を測定するために用いた例
について説明する。

この液体密度計では検出部７に接続された演算部１６で
、上述の液体屈折計により計測された試料液体の屈折率
から密度を算出するようになっている。この演算部１６
は上記液体屈折計のセンサプローブ外に設置されており
、液体屈折計により計測された試料液体の屈折率を常時
オンラインで受信し、屈折率のデータから試料液体の密
度を演算算出するものである。

このような構成の液体密度計では、まず上述した液体屈
折計の検出部７により試料液体の屈折率を計測したのち
、この試料液体の屈折率のデータを、検出部７に接続さ
れた演算部１６に送信し、ここで下記（２）式を用いて
試料液体の密度ρを求めることかできるようになってい
る。

ｐ　＝　（ｎ”　−１）／　ｒ（ｎ”＋　２　）−（２
）ここで、ρ；試料液体の密度、 ｎ：試料液体の屈折率、 ｒ：試料液体の比屈折率差 以上、実施例においては液体の屈折率および密度を測定
する例について説明したが、気体の屈折率および密度を
測定する場合にも同様になしうる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の流体屈折計は、光源から
の測定光を導波するライトガイドと、このライトガイド
により導波された測定光を屈折させ、基礎プリズムと補
助プリズムとを流体導入のための空隙を介して対向させ
てなるセンサ部と、上記センサ部より出射した測定光を
受光して検出部に導波するイメージファイバをセンサプ
ローブ内に収容したものであるので、センサプローブの
みを直接試料流体内に浸漬することか可能となる。

したがって、測定時に流体のサンプリングを行わずに、
直接試料流体内にセンサ部を浸漬することができるので
、通常サンプリングの不可能な液化ガス等の極低温流体
の屈折率測定等を常時オンラインで計測することができ
る。

また、この発明の流体密度計では、計測された試料流体
の屈折率から密度を算出する演算部を上記流体屈折計の
検出部に接続したものであるので、密度を常時オンライ
ンで算出することが可能であるので、液化ガス等の製造
および品質管理等に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液体屈折計およびこれを用いた液体密
度計の一実施例の概略構成図である。 Ｉ・・・光源、　　　　　　　　２・・・ライトガイド
、４・・・基礎プリズム、　　　　５・・・補助プリズ
ム、６・・・センサ部、　　　　　　７・・・検出部、
８・・・イメージファイバ、　　９・・・センサプロー
ブ、１６・・・演算部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの測定光を導波するライトガイドと、 このライトガイドにより導波された測定光を屈折させ、
   基礎プリズムと補助プリズムとを流体導入のための空隙
   を介して対向させてなるセンサ部と、 上記センサ部より出射した測定光を受光して検出部に導
   波するイメージファイバをセンサプローブ内に収容した
   ことを特徴とする流体屈折計。
2. （２）光源からの測定光を導波するライトガイドと、 このライトガイドにより導波された測定光を屈折させ、
   基礎プリズムと補助プリズムとを流体導入のための空隙
   を介して対向させてなるセンサ部と、 上記センサ部より出射した測定光を受光して検出部に導
   波するイメージファイバをセンサプローブ内に収容し、 計測された試料流体の屈折率から密度を算出する演算部
   を上記検出部に接続したことを特徴とする流体密度計。