JPH01299440A - 光式塩分粒子付着量検出センサ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、光学的手法で塩分付＠量を検出するセンサに
関するものである。

［ｂｔ来の技術］ 従来、塩分量を検出する技術としては、以下のものかあ
る。

第１は、抵抗測定による分析であり、ＮａＣｌの含有溶
液の抵抗を測定し、換算表により塩分量を求めるもので
ある。第２は、Ｘ線回折等の光学的分析であり、ＮａＣ
Ｉを含む固体試料にＸ線を照射し、この中の１成分の結
晶のある面からの回折線強度を測定し、定量的に検出す
る。第３は、屈折計法によるもので、ＮａＣＩと　ＫＣ
Ｉの混合溶液中の各成分含有物を屈折計により、その屈
折率を評価し定量的に測定する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来技術においては、以下のような問題が
ある。

（１）多８ｉ類の測定機器を用意しなければならない。

（２）塩分量の経時的変化か検出できない。

（３）リアルタイムでの検出ができない。

（４）測定に熟練を要し、手間かかかる。

（５）高電圧下、高磁界下等の悪環境、危険環境でのＪ
！１１定が難しい。

（６）測定系が大１１Ｆかりとなり、高価のものとなる
。

（７）屈折率法では、含有溶液濃度によって屈折率が変
化する溶２波でしか測定できない。

本発明の目的は、前記したｂｕ来技術の問題点を解決し
、装着性、応答性に優れる塩分量を検出するセンサを提
供することにある。

「課題を解決するための手段］ 本発明の光式塩分汀＠量検出センサは、石英基板に直線
的に消を形成し、この泊に沿って、石英よりも低屈折率
の接着層を介して、石英先導波路を埋め込み一部１ヒし
、該先導波路の一端から入射されて他端から出射する透
過光を受光器で受光し、透過光強度の変化から付着する
塩分量を求めるものである。この場合、石英基板上に埋
め込んだ先導波路の表面を研磨し、平板形状とすること
が好ましい。

曲の形態として、先導波路の外周に、光導波路の屈折率
と同じ屈折率を持つ樹脂を被覆し、該樹脂表面に塩分が
付着したときの透過光強度変化から塩分量を求める構成
とすることもできる。

［作用］ 石英先導波路の周囲（クラッド）は、空気と低屈折樹脂
で覆われているため、塩分粒子の付着がない場合、伝搬
光はほぼ損失なく先導波路の他端に達する。しかし、光
導波路の表面に塩分粒子が付着した場合、その部分では
、伝搬光は大部分外部に放射され、コア・クラッド界面
での反射光は大部分フレネル反射となり、結果的に出射
端では放射損失として検出される。付着量が増えると、
伝搬光の放射モードの数も増えることになり、これによ
り、透過光強度変化をモニタしていれば、付着量が検出
て′きる。

石英基板上に埋め込んだ光導波路の表面を研磨し平板形
状とすると、基板上に付着する塩分付着状況が、導波路
を埋め込んだ前後で変わらなくなるので、付着量の検出
の精度が大巾に向上する。

光導波路の外周に光導波路と同一屈折率の樹脂を被覆し
な構成の場合、樹脂表面に塩分粒子か付着すると、その
界面で伝搬光は外部に漏洩し、放射損失となる。塩分粒
子のけ＠盪が増すつれて放射損失も増加するので、透過
光強度変化から塩分付着量が定量的に検出できる。また
、光導波路は樹脂により保護されるため、その機械的強
度が増大し、センサ部の長期安定性が大巾に向上する６
１実施例１ 以下、本発明を図示の実施例に従って説明する。

第１図は、第２図に示す塩分付着量検出センサのセンサ
部６の断面図である。

第１図に示すセンサ部６は、石英先導波路１゜石英基板
２．及び樹脂３からなる。これは、平板形状の石英基板
２に円弧状断面の講を石英基板２の面方向に直線状に形
成し、この溝内に、溝径より小さな石英導波邦１を、石
英より屈折率の小さな値を持つ樹脂３を介して、埋め込
んだ構造である。埋め込んだ光導波路１は、石英基板２
と同一高さまで表面を研磨され、全体として平板形状と
なっている。

このように平板状に形成することによって、基板２上に
付着する塩分の付着分布状況が、導波路１を埋め込んだ
前後で変わらなくなり、付着量の検出の精度が大ｒ［Ｊ
に向上する。また、使用基板２は小形であるので、応用
範囲が大巾に広がるものである。

センサ部６の製造方法は、先ず、石英基板２上に石英光
導波路１の一部を埋め込むための講を形成し５そこに石
英光導波路１を据え置き、基板と導波路の間に樹脂を注
入し、接着する。接着した後に、石英光導波路１を或い
は石英基板２と石英光導波路１の両方を４１！械的に研
磨し、その断面を、基板面と光導波路面が一致するよう
にする。

次に、上記センサの塩分検出原理について述べる。

光導波路（コア）１の一端から光を入射すると、光導波
路１の周囲（クラッド）は、空気と低屈折樹脂３に覆わ
れており、伝搬光はコア・クラッド界面で全反射し、は
ぼ損失なく、光導波路１の曲端に達する。

しかし、光導波Ｉ￥８１の表面に塩分粒子が付着した場
合、その部分では、伝搬光は大部分外部に放射され、コ
ア・クラッド界面での反射光は大部分フレネル反射とな
り、結果的に出射端では放射損失として検出される。付
着量が増えると、伝搬光の放射モードの数も増えること
になり、これにより、透過光強度変化をモニタしていれ
ば、付着量が検出できることになる。

第２図は、上記構成のセンサ６を用いて構成１７た塩分
付着検出センサを示す。

光源１１からの出射光は、分岐器５で分岐され、一部は
、参照光として第１の受光器７に光ファイバ９で導かれ
、その出力信号は演算器８の一方の入力端子に導かれる
。他の一部は、センサ部６へ光ファイバって導かれ、塩
分付着効果による損失変化を受けた後、測定光として第
２の受光器１１へ導かれ、その出力信号は演算器８の曲
方の入力端子へ導入される。

第１の受光器７より得られる透過光強度は、センサ部６
とは無間隔でほぼ一定であるが、第２の受光器７，１１
より得られる透過光強度は、センサ部６を通ることによ
り受ける光損失の程度、つまり塩分ト［着の有無及びそ
の付着量に対応したものとなる。従って、両者の差及び
その程度から、塩分のけ着の有無及び付＠量を知ること
ができる。

そこで演算器８は、第２の受光器１１より得られる透過
光強度の信号を、第１の受光器７より得られる透過光強
度の信号で割り算し、その演算結果を、予め設定してお
いた換算式に乗せ、実際の１＝ｉ着量を算定する。

上記のように、センサ部６に石英光導波路１及び石英基
板２を用いることにより、Ｋ電圧、高磁界下の環境下で
の検出が可能である。この観点がらは、光導波路１．基
板２の材質は非金属であれば良く、光導波路１について
は光ファイバを用いることができる。また、塩分は着量
の検出には、光源、センサ部、受光器、演算器９分岐器
と言う簡素な装置で足り、センサを安価且つ簡単に構成
できる。

上記実施例では、センサ部６を゛上板状に形成したが、
平らでない場所にセンサ部６を設置する際には、その設
置場所に合わせた形状、基板、光導波路を用いることか
できる。また、先導波路１の本数を増やし、例えば平行
に簡約に並べることにより、より広範囲の面積をセンス
領域とすることができる。

次に、第３図及び第４図に示す実施例について説明する
。

この実施例のセンサ部２６は、第３図に示すように、円
形断面の光導波路２１を、該光導波路２１と同一屈折率
を持つ樹脂２２で覆った構成を有する。この構成により
、光導波路２１の部分を伝播する光は樹脂２２の部分に
全て透過し、樹脂２２と外気の界面で反射を繰り返す。

このため、樹脂２２の表面に塩分が付着すると、光が漏
洩し光損失変化が起きる。

光導波路２Ｉの外周を覆う樹脂２２は、光導波路２１の
機種的強度を増大させ、センサ部２６の長期安定性を大
巾に向上させる。この樹脂２２は、光導波路２１の屈折
率（石英棒ではロー１．４５８　）と同じである必要が
あり、例えばアクリゲート系シリコーン（Ｚ脂を用いる
。

被覆する樹脂２２の厚さは、以下の理由のために限定さ
れる。本実施例の場合、直径１關φの石英棒を用いたと
き、樹脂２２の厚さ（光導波路界面と樹脂界面の厚さ）
は約２００μｍ以下とする。

この理由は、樹脂２２の厚さが、２００μｍ以上になる
と、樹脂２２と光導波路２１．樹脂２２と空気での界面
反射や、樹脂２２中での吸収などにより、伝搬光の損失
が生じ、これにより、塩分量の検出が困難になることが
あるからである。

上記センサ２６を用いた塩分付着量検出センサの横或は
、第４図に示す通りであり、第１図と本質的に変わらな
い。

光源４から出射した光は、光ファイバ９を経て、光分岐
器５で分岐され、一方は直接受光器７へ光ファイバ９で
伝送され、温度変動による光源光強度の参照信号として
演算′８８に入力される。光分岐器５で分岐された他方
の光は、センサ部５へ光ファイバ９により伝送され、そ
こで塩分付着による光強度変化を受けて、受光器１１へ
光ファイバって伝送され、その信号か演算器８ヘセンサ
部信号として入力される。

センサ部２６（コア；屈折率１．４５８　）の樹脂表面
に、屈折率１．４５の塩化ナトリウム（クラッド）か付
着すると、その界面で伝搬光は外部に漏洩し、放射損失
となる。コアに塩化ナトリウム粒子か付着するにつれて
、放射損失も増加するので、透過光強度変化をモニタず
れは、コアに付着した塩分量を定量的に検出できること
になる。

演算器８において受光器７と受光器１１の信号を割算す
ることにより、温度による光源４の出力光の変動の影響
をなくすことができる。

上記センサ部１６．２６の形状は、これを配設すべき検
出湯所の形状に応じた形状とすることが好ましい。これ
は、センサ部の形状の違いにより、センサ部に付着する
塩分の分布状態か異なり、これが検出２」差の原因にな
る可能性かあるからである。また、センサ部を装着すべ
き相手側部材の形状によっては、センサ部の装着容易性
を考慮すべきである。

第５図は、検出湯所が平面形状である場合に、塩分付着
状態がこの検出湯所（平面）と同じ状況になるように、
樹脂２２の表面を平坦に加工した例を示す。このように
、検出湯所と同一の表面形状とすると、塩分付着状態か
同状況になると共に、センサ部の装着も容易になる。

［発明の効果］ 本発明は、上記のように構成されているため、以下の効
果を奏する。

石英基板上に石英光導波路を埋め込んだ構成であるため
、検出部がコンパクトであり、巾広い範囲での測定が可
能である。センサ部は絶縁体で構成されるため、高電界
下、高磁界下での測定、例えば送電線設備の鉤子への塩
分付着の検出が可能である。また、リアルタタイムでの
検出、塩分量の経時変化の検出もできる。

石英基板上に埋め込んだ光導波路の表面を研磨し平板形
状とすると、塩分粒子が均一に付着するため、付着状況
の違いによる測定誤差か最少となり、付着量の検出の精
度が大ＩＪに向上する。

石英光導波路の外周に石英光導波路と同一屈折率の樹脂
を被覆した構成の場合、石英光導波路は樹脂により保護
されるため、その機械的強度が増大し、センサ部の長期
安定性が大巾に向上する。光導波路を被覆する樹脂は、
その形状を容易に変化することかできるため、被測定物
形状に合わせたセンサ部とすることができ、装着容易性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるセンサ部の断面図、第
２図は第１図のセンサ部を用いた光式塩分付着量検出セ
ンサ全体の構成図、第３図は本発明の他の実施例におけ
るセンサ部の断面図、第４図は第３図のセンサ部を用い
た塩分付ｅ景検出センサの構成図、第５図は第３図の変
形例を示す図である。 図中、１は石英先導波路、２は石英基板、３は樹脂、４
は光源、５は光分岐器、６はセンサ部、７は受光器、８
は演算器、９は光ファイバ、１０は接続ケーブル、１１
は受光器、２１は光導波路、２２は樹脂、２６はセンサ
部を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石英基板に直線的に溝を形成し、この溝に沿って、
   石英よりも低屈折率の接着層を介して、石英光導波路を
   埋め込み一体化し、該光導波路の一端から入射されて他
   端から出射する透過光を受光器で受光し、透過光強度の
   変化から付着する塩分量を求めることを特徴とする光式
   塩分付着量検出センサ。 ２、石英基板上に埋め込んだ光導波路の表面を研磨し、
   平板形状としたことを特徴とする請求項１記載の光式塩
   分付着量検出センサ。 ３、光導波路の外周に、光導波路の屈折率と同じ屈折率
   を持つ樹脂を被覆し、該樹脂表面に塩分が付着したとき
   の透過光強度変化から塩分量を求めることを特徴とする
   光式塩分付着量検出センサ。