JPH059657Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案は、電気泳動現象を利用してコロイド溶
液中を透過する光の透過量の変化を測定すること
により電圧を測定する光コロイド電圧センサに関
する。

Ｂ 考案の概要 本考案は、コロイド溶液内に配置した一対の電
極に電圧を印加すると、コロイド溶液内のコロイ
ド粒子が一方の電極の方へ移動する現象、即ち電
気泳動を応用したものである。つまり、一方の電
極の方へ移動するコロイド粒子のコロイド溶液と
の境界面移動速度は、電極に印加される電圧に比
例して増加する。また、コロイド溶液中に光を透
過させた際に透過する光の透過量も、コロイド粒
子の移動と共に増加するので、コロイド溶液中を
透過する光の透過量は、電極に印加される電圧に
比例して増加する。

従つて、予め、電極に印加される電圧と、コロ
イド溶液中を透過する光の透過量との関係を測定
して記憶しておくことにより、コロイド溶液中を
透過する光の透過量から、電極に印加される電圧
（測定電圧）を求めることができる。

Ｃ 従来の技術 従来より電圧測定を行う測定器には、可動コイ
ル形等の各種タイプが用いられている。

しかしながら、従来の電圧測定器はいずれも電
磁ノイズの影響を受けやすいので、電磁ノイズが
多い環境下での電圧測定は測定値に誤差が生じる
不都合があつた。

Ｄ 考案が解決しようとする問題点 本考案は上記した電磁ノイズによつて測定値に
誤差が生じる問題点を解決する目的でなされ、電
気泳動現象を利用してコロイド溶液中を透過する
光の透過量の変化を測定することにより、電磁ノ
イズの影響を受けることなく電圧を測定できる新
規の光コロイド電圧センサを提供しようとするも
のである。

Ｅ 問題点を解決するための手段 前記問題点の解決にあたつて本考案は、少なく
とも内面が電気絶縁材よりなるコロイド溶液を密
封した容器の対向する一方の面に発光部を備えた
送光側光フアイバを接続すると共に、同軸線上に
位置して対向する他方の面に受光部を備えた受光
側光フアイバを接続し、更に前記容器内に、外部
から電圧が印加される一対の電極を、前記送光側
光フアイバと受光側光フアイバ間を通る前記発光
部からの光の進行方に対して直交方向に対設した
ことを特徴とする。

Ｆ 実施例 以下、本考案を図示の実施例により詳細に説明
する。

第１図ａは本考案に係る光コロイド電圧センサ
の第１実施例を示す断面図、第１図ｂは同光コロ
イド電圧センサの斜視図である。同図に示すよう
に、内面が電気絶縁材１ａよりなるパイプ状の容
器１内には、粒径の整つた粒子を等方的に分散さ
せたコロイド溶液２が密封されている。このコロ
イド溶液２としては、シリカ砥粒（SiO₂）等の
表面に電気二重層を形成しやすい粒径の整つた微
粒子を、等方的に分散させた溶液が用いられる。
また、容器１内の対向する上下の面には、長手方
向に沿つて一対の電極３ａ，３ｂが対設されてい
る。更に、この一対の電極３ａ，３ｂに対して直
角方向において、容器１の一方の端には断面円形
状の送光側光フアイバ４を挿入して接続し、他方
の端面には断面円形状の送光側光フアイバ４と同
径の受光側光フアイバ５を、送光側光フアイバ４
に対して同軸線上に位置するように挿入して接続
されている。そして、送光側光フアイバ４の先端
には、レーザー発信器やLED等の発光素子を有
する発光部６が備えられ、受光側光フアイバ５の
先端には、発光部６からの光を受光するフオトダ
イオードやフオトトランジスタ等の受光素子を有
する受光部７が備えられている。尚、８は電極３
ａに接続された端子（正端子）であり、９は電極
３ｂに接続された端子（負端子）である。図では
端子９はアース端子である。

次に、上記のように構成された本考案の光コロ
イド電圧センサの動作について説明する。まず、
電極３ａ，３ｂ間に電圧を印加する前は第２図ａ
に示すように、容器１内のコロイド溶液２中のコ
ロイド粒子２ａは均一に懸濁（分散）した状態と
なつているので、光の透過性が良くない。次に、
第２図ｂに示すように、測定しようとする電圧
（正電圧）V₀を端子（正端子）８を介して電極３
ａに印加すると、前述した電気泳動現象により、
コロイド溶液２中のコロイド粒子２ａは電極３ａ
の方向へ移動する。すると、コロイド溶液２中に
境界面２ｂが形成されてコロイド粒子２ａを含ん
だ不透明の上部境界層２ｃと、コロイド粒子２ａ
を含まない透明の下部境界層２ｄとに分離され、
時間の経過とともに境界面２ｂは電極３ａ方向に
移動する（第１図ａ参照）。つまり、コロイド粒
子２ａを含まない透明な下部境界層２ｄの領域は
時間の経過に比例して増大し、光を透過しやすく
なる。このため、発光部６より出射された光Ａ
は、送光側光フアイバ４中を伝播して容器１内の
下部境界層２ｄ中を透過し、受光側光フアイバ５
中を伝播して受光部７に導入される。この際、受
光部７に導入される光A′は時間に比例して増加
し、受光部７からの出力電圧V₁も増加する。こ
のことにより、第３図に示すように、コロイド溶
液２中の下部境界層２ｄの移動と共に移動する境
界面２ｂの移動速度ｖは、電極３ａに印加される
測定電圧V₀に比例する。また、コロイド溶液２
中のコロイド粒子２ａの径が大きいほど境界面２
ｃの移動速度ｖは速くなる。

以上、前記したように、予め電極３ａに印加さ
れる測定電圧V₀と、コロイド溶液２中を透過す
る発光部６から出射される光Ａの透過量（出力電
圧V₁）との関係を測定して記憶しておくことに
より、測定時におけるコロイド溶液２中を透過す
る光A′の透過量（出力電圧V₁）から電極３ａに
印加される測定電圧V₀を求めることができる。
また、受光素子７から出力される出力電圧V₁を
コンピユータ（不図示）に入力し、単位時間で分
割してサンプリングすることにより、高精度の測
定を行うことができる。そして、送光側光フアイ
バ４及び受光側光フアイバ５は、適当な長さに形
成して発光部６及び受光部７を電界の影響のない
場所に設置する。

尚、電極３ｂに設けた端子（負端子）９はアー
ス端子に限られるものではなく、端子（正端子）
８に対する負極側の端子である。更に、前記実施
例とは逆に端子８を負端子、端子９を正端子とし
た場合は、コロイド粒子２ａの移動方向が前記実
施例とは逆方向になり、負電圧を測定することが
てきる。

また、容器１、送光側光フアイバ４、受光側光
フアイバ５は、断面円形状に限られるものでな
く、断面形状がだ円形状や角形状でも良い。

更に、第３図に示したように、コロイド粒子２
ａの粒子径の大きさによつて、測定電圧V₀と境
界面移動速度ｖとの関係が異なるので、適当なコ
ロイド粒子２ａの径を選択することにより、測定
する電圧のレベルに応じたセンサを得ることがで
きる。

第４図ａは本考案の第２実施例を示す断面図、
第４図ｂはそのＢ−Ｂ線断面図である。尚、第１
図ａ，ｂで示した第１実施例と同一部分には、同
一符号を付してその説明は省略する。

この実施例においては、断面円形状の送光側光
フアイバ１３及び受光側光フアイバ１４は、コロ
イド粒子２ａを含まない透明な下部境界層２ｄの
領域に相当する位置に対向して設けられている。
そして、前記実施例と同様にして測定電圧V₀を
測定することができる。

また、容器１と送光側光フアイバ１３との接合
面１ｂにレンズ系（不図示）を配置することによ
り、コロイド溶液２中を透過する発光部６からの
光の指向性を高めることができる。

更に、第４図ｃに示すように、複数の小径の光
フアイバ束を用いて、電極３ａに電圧を印加した
際に形成される下部境界層２ｄの断面形状に対応
した送光側光フアイバ束（不図示）及び受光側光
フアイバ束１４′を容器１に接続しても良い。こ
れによつて、コロイド溶液２中を透過する発光部
６から出射される光の光量の増加を図ることがで
きる。

第５図ａは本考案の第３実施例を示す断面図、
第５図ｂはそのＣ−Ｃ線断面図である。尚、第１
図ａ，ｂで示した第１実施例と同一部分には、同
一符号を付してその説明は省略する。

この実施例においては、容器１′を断面四角状
に形成し、この容器１′を挟んでコロイド溶液２
の上部境界層２ｃ及び下部境界層２ｄにそれぞれ
２本づつの送光側光フアイバ１５ａ，１５ｂ，１
５ｃ，１５ｄ及び受光側光フアイバ１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，１６ｄが対向するようにして配設す
る。各送光側光フアイバ１５ａ〜１５ｄにはそれ
ぞれ発光部６が接続され、各受光側光フアイバ１
６ａ〜１６ｄにはそれぞれ受光部７が接続されて
いる。そして、前記実施例と同様にして測定電圧
V₀を測定することができる。この際、上部境界
層２ｃにおける各受光部７での出力電圧V₁₁と、
下部境界層２ｄにおける各受光部７での出力電圧
V₁₂との平均値を求めることにより更に精度良く
測定電圧V₀を測定することができる。

尚、この実施例に限らず、上部境界層２ｃ及び
下部境界層２ｄに、それぞれ１本づつ又は３本以
上の送光側光フアイバ及び受光側光フアイバを配
設してそれに対応した発光部及び受光部をそれぞ
れ設ける構成でも良い。

Ｇ 考案の効果 以上実施例とともに具体的に説明したように本
考案によれば、電気泳動現象を利用してコロイド
溶液中を透過する光の透過量の変化を測定するこ
とによつて測定電圧を求める構成により、電磁ノ
イズ等の影響を受けることなく高精度の測定がで
きる。

また、構造が簡単なのでコストの低減及び小
型・軽量化を図ることができる。

更に、コロイド粒子の種類を選ぶことにより、
測定電圧を正電圧用又は負電圧用に容易に切替え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本考案に係る光コロイド電圧センサ
の第１実施例を示す断面図、第１図ｂは同光コロ
イド電圧センサの斜視図、第２図ａは電極に電圧
を印加する前の状態を示す第１図ａのＡ−Ａ線断
面図、第２図ｂは電極に電圧を印加した後の状態
を示す第１図ａのＡ−Ａ線断面図、第３図は測定
電圧と境界面移動速度との関係を示す図、第４図
ａは本考案の第２実施例を示す断面図、第４図ｂ
は第４図ａのＢ−Ｂ線断面図、第４図ｃは第２実
施例に係る他の実施例を示す断面図、第５図ａは
本考案の第３実施例を示す断面図、第５図ｂは第
５図ａのＣ−Ｃ線断面図である。 図面中、１は容器、１ａは電気絶縁材、２はコ
ロイド溶液、２ａはコロイド粒子、２ｂは境界
面、２ｃは上部境界層、２ｄは下部境界層、３
ａ，３ｂは電極、４は送光側光フアイバ、５は受
光側光フアイバ、６は送光部、７は受光部、８，
９は端子である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 少なくとも内面が電気絶縁材よりなるコロイド
   溶液を密封した容器の対向する一方の面に発光部
   を備えた送光側光フアイバを接続すると共に、同
   軸線上に位置して対向する他方の面に受光部を備
   えた受光側光フアイバを接続し、更に前記容器内
   に、外部から電圧が印加される一対の電極を、前
   記送光側光フアイバと受光側光フアイバ間を通る
   前記発光部からの光の進行方向に対して直交方向
   に対設したことを特徴とする光コロイド電圧セン
   サ。