CN101542274B - 氢传感器和氢气检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢传感器和氢气检测装置。在氢传感器的平板光传送路径表面形成有薄膜层，在薄膜层的表面形成有催化剂层。在平板光传送路径与薄膜层之间形成第一分界面，通过向平板光传送路径的背面接合基板而在平板光传送路径与基板之间形成第二分界面。来自光源的光从射入部一边向平板光传送路径的第一端侧扩散一边射入后，在第一分界面与第二分界面之间被交替反射，并向平板光传送路径的第二端侧传送。然后，使该光从第二端侧射出后由射出聚光部向光传感器传送。这时，当利用与氢接触的催化剂层使薄膜层氢化时，则来自第一分界面的反射光量降低。由光传感器检测该降低了的光量，由此来检测氢气。

Description

氢传感器和氢气检测装置
技术领域
本发明涉及用于检测氢气的氢传感器和氢气检测装置。
背景技术
作为能够抑制二氧化碳的排出的能源，氢正受到广泛关注。但是，若氢气被泄漏到环境中(例如氢气制造装置或氢气贮藏装置的周边、或者以氢作为燃料的车辆的停车场)，则有可能发生爆炸。因此，必须迅速检测氢气的泄漏并制止该泄漏。
于是，用于检测氢气的氢传感器被开发，例如在日本国特开2005-083832号公报(专利文献1)中就有公开。如图8所示，该氢传感器10′在玻璃等透射光的部件11表面形成具有薄膜层12和催化剂层13的调光膜(反射膜)14。在常温下当催化剂层13与环境中的氢气接触，则该催化剂层13使薄膜层12可逆地氢化而使薄膜层12的光学反射率变化。
图9表示使用这种氢传感器10′的氢气检测装置20′的简略结构。如图9所示，氢气检测装置20′中来自光源21的光21a被氢传感器10′的调光膜14反射，该反射光被光传感器22接收。光传感器22根据接收的反射光的光量变化就能够检测到泄漏的氢气。
该氢气检测装置20′中，来自光源21的光21a在环境中传播并到达光传感器22。因此，来自光源21以外的光源的光(例如来自地下停车场顶棚的照明灯或汽车头灯等的干扰光)有可能射入光传感器22，或是被氢传感器10′反射等而射入光传感器22。另外，在从光源21到氢传感器10′的光路中或是从氢传感器10′到光传感器22的光路中有尘土漂浮，有可能妨碍光传感器22的受光。并且，氢传感器10′有可能被尘土等附着而妨碍光传感器22的受光。
上述氢气检测装置20′中氢传感器仅在光21a照射的狭窄区域(几乎是点区域)中检测伴随氢化的透射率变化。因此，上述氢气检测装置20′的氢气检测灵敏度还有改善的余地。
发明内容
本发明是鉴于该课题而开发的，本发明的目的在于提供一种氢传感器和氢气检测装置，能够不受干扰光和环境中尘土等的影响地检测氢气。本发明另一个目的在于提供一种氢传感器和氢气检测装置，能够实现高的氢气检测灵敏度和更可靠的检测。优选地，本发明的目的在于提供一种氢传感器和氢气检测装置，能够任意设定氢气的检测时间。
为了达到上述目的，本发明的氢传感器包括：平板光传送路径、所述平板光传送路径的表面形成的薄膜层、所述薄膜层的表面形成的催化剂层、与所述平板光传送路径的背面接合的基板、使从光源发出的光向所述平板光传送路径的第一端侧导入的射入部、使从所述平板光传送路径的第二端侧射出的光进行聚光并向光传感器传送的射出聚光部。在所述平板光传送路径与所述薄膜层之间形成第一分界面，在所述平板光传送路径与所述基板之间形成第二分界面。
因此，向平板光传送路径的第一端侧导入的光交替地向第一分界面和第二分界面射入并分别被分界面反射而向平板光传送路径的第二端侧传送。这样，向第二端侧传送的光被从平板光传送路径射出，进而被射出聚光部聚光而向光传感器传送。
在此，催化剂层与氢气接触而使薄膜层氢化，使薄膜层和第一分界面的光学反射率(以下单称为“反射率”)可逆地减少。因此，在接触了氢气的催化剂层附近，薄膜层和第一分界面的反射率降低，薄膜层和第一分界面的透射率变高。其结果是，射入光的一部分或大部分从薄膜层向催化剂层透射而向平板光传送路径的外部泄漏，因此向射出聚光部射出的光量降低。根据该光量的降低氢传感器能够检测到氢气。
这样，所述氢传感器利用被第一分界面和第二分界面反射并以被封闭在两分界面之间的状态沿平板光传送路径传送的光量的降低来检测氢气，因此，能够不受干扰光和环境中的尘土等的影响地检测氢气。
在所述氢传感器具有向平板光传送路径的厚度方向扩散光而使光向平板光传送路径内导入的机构时，在平板光传送路径长度方向的直线上的位置，光被第一分界面和第二分界面交替反射而向平板光传送路径的第二端侧传送，并从第二端侧射出。这样从第二端侧射出的光虽然向平板光传送路径的厚度方向扩散，但被射出聚光部聚光而向光传感器传送。这种结构的氢传感器，由于能够以射出光的光量降低的形式，向光传感器传送上述直线上任一部分的薄膜层的反射率变化，所以能够高灵敏度地更可靠地检测氢气。
另一方面，在所述氢传感器具有向平板光传送路径的宽度方向扩散光而使光向平板光传送路径内导入的机构时，在平板光传送路径的长度方向上具有一定间隔的多条直线上的位置，光被第一分界面和第二分界面交替反射而向平板光传送路径的第二端侧传送，并从第二端侧射出。这样从第二端侧射出的光向平板光传送路径的宽度方向扩散，被射出聚光部聚光而向光传感器传送。这种结构的氢传感器，由于能够以射出光的光量的降低的形式，向光传感器传送上述多条直线上的任一部分薄膜层的反射率变化，所以能够高灵敏度地更可靠地检测氢气。
进而，在所述氢传感器同时具有向平板光传送路径的厚度方向和平板光传送路径的宽度方向扩散光，而使光向平板光传送路径内导入的机构时，在平板光传送路径的长度方向和宽度方向延伸的面上的位置，光被第一分界面和第二分界面交替反射而向平板光传送路径的第二端侧传送，并从第二端侧射出。这种结构的氢传感器，由于能够以射出光的光量降低的形式，向光传感器传送上述面上任一部分薄膜层的反射率变化，所以能够高灵敏度地更可靠地检测氢气。
即，本发明的氢传感器具有：使从光源发出的光向平板光传送路径的厚度方向扩散并向平板光传送路径内射入的机构和/或向平板光传送路径的宽度方向扩散并向平板光传送路径内射入的机构，能够高灵敏度地更可靠地检测氢气。
优选的是本发明的氢传感器中，所述平板光传送路径和所述基板构成光的射入角和射出角不限定为特定的一个角度的平面光波导(スラブ光導波路)。该结构适合光向平板光传送路径的厚度方向或宽度方向中的一个方向或双方向扩散并射入的情况。
优选的是本发明的氢传感器中，所述基板具有在其表面形成的反射膜，通过经由所述反射面而与所述平板光传送路径的背面接合，在所述平板光传送路径与所述反射膜的表面之间形成所述第二分界面。
这时，由于利用平板光传送路径与反射膜的表面之间形成的第二分界面来反射光，所以能够确保在第二分界面的稳定的反射。因此，通过将在第二分界面的反射紊乱抑制得较低，能够使高精度反映第一分界面反射率变化的光向光传感器传送。其结果是能够更高精度地检测氢气。
优选的是本发明的氢传感器中，所述反射膜由镍构成。这时，由于第二分界面处的光反射实质上成为全反射，所以能够确保在第二分界面的更加稳定的反射。其结果是能够更高精度地检测氢气。由于由镍构成的反射膜成为对于薄膜层和催化剂层的氧化保护膜，所以能够提高氢传感器的可靠性和耐久性。
优选的是本发明的氢传感器中，所述催化剂层与氢气接触而使所述薄膜层氢化时，所述薄膜层从使向所述薄膜层射入的光在所述第一分界面进行镜面反射的镜面反射状态转变到使所述光在所述第一分界面附近的所述薄膜层处进行吸收的吸收状态，然后，向使所述光向所述催化剂层透射的透射状态转变。所述薄膜层从所述镜面反射状态转变到所述透射状态的时间取决于向所述第一分界面射入的光的波长。
因此，这种结构的氢传感器能够选择从射出聚光部射出的光的波长而来适当设定薄膜层从镜面反射状态转变到透射状态的时间。其结果是例如能够设定由于泄漏等而在环境中存在的氢气的检测时间。
优选的是本发明的氢传感器中，所述催化剂层由钯形成，所述薄膜层由镁-镍合金薄膜层形成。这种结构的氢传感器中，薄膜层能够从所述镜面反射状态经过吸收状态而向透射状态转变，能够实现该状态转变的时间取决于向第一分界面射入的光的波长的氢传感器。
为了达到所述目的，本发明的氢气检测装置在使从光源发出的光向氢传感器内导入后，由所述光传感器来检测从所述氢传感器射出的光，这样来检测环境中的氢气，其中，所述氢传感器是上述结构。因此，能够排除干扰光和环境中灰尘等的影响，且实现氢气检测灵敏度优良的氢气检测装置。
优选的是本发明的氢气检测装置中，所述氢传感器的所述平板光传送路径和所述基板构成光的射入角和射出角不限定为特定的一个角度的平面光波导。该结构如前所述，适合光向平板光传送路径的厚度方向或宽度方向中的一个方向或双方向扩散并射入的情况。
优选的是本发明的氢气检测装置中，所述氢气传感器的基板具有在其表面形成的反射膜，通过经由所述反射面而与所述平板光传送路径的背面接合，在所述平板光传送路径与所述反射膜的表面之间形成所述第二分界面。
这时，由于利用平板光传送路径与反射膜的表面之间形成的第二分界面来反射光，所以能够确保在第二分界面的稳定的反射。因此，通过将第二分界面的反射紊乱抑制得较低，能够使高精度地反映在第一分界面的反射率变化的光向光传感器传送。其结果是能够更高精度地检测氢气。
优选的是本发明的氢气检测装置中，所述反射膜由镍构成。这时，由于在第二分界面的光反射实质上成为全反射，所以能够确保在第二分界面的更加稳定的反射。其结果是能够更高精度地检测氢气。由于由镍构成的反射膜成为对于薄膜层和催化剂层的氧化保护膜，所以能够提高氢传感器的可靠性和耐久性。
优选的是本发明的氢气检测装置中，所述氢传感器的薄膜层如上所述能够从镜面反射状态经过吸收状态而向透射状态转变，从所述镜面反射状态转变到所述透射状态的时间取决于向第一分界面射入的光的波长。并且，所述氢气检测装置具有：向所述氢传感器的射入部照射光的光源和接收从所述氢传感器的射出部传送的光的光传感器，使所述光传感器接收的光量与预先设定的界限值进行比较来检测氢气。并且，所述氢气检测装置至少具备下列部件中的一个：使所述光源发出的光的波长分布进行变化的机构、配置在所述光源到所述光传感器的光路上的滤色片、使用光电转换特性具有波长依赖性的光电转换元件的作为所述光传感器的光传感器。
在氢气检测装置具有使光源发出的光的波长分布变化的机构时，通过改变光源发出的光的波长分布，能够选择是使薄膜层迅速进行状态转变的波长的光，或是使薄膜层慢慢进行状态转变的波长的光。
在氢气检测装置具有上述滤色片时，通过改变向光传感器射入的光的波长分布，能够选择是使薄膜层迅速进行状态转变的波长的光，或是使薄膜层慢慢进行状态转变的波长的光。或者能够从氢传感器射出的光中选择是与薄膜层迅速进行状态转变相对应的波长的光，或是与薄膜层较慢地进行状态转变相对应的波长的光。
在氢气检测装置具有使用光电转换特性具有波长依赖性的光电转换元件的光传感器时，能够从氢传感器射出的光中选择是与薄膜层迅速进行状态转变相对应的波长的光，或是与薄膜层较慢地进行状态转变相对应的波长的光。
在这样选择光波长的基础上，只要使光传感器接收的光量与预先任意设定的界限值进行比较，氢气检测装置就能够任意设定检测氢传感器射出的光的光量降低的时间，即，能够任意设定例如由于泄漏等而在环境中存在的氢气的检测时间。
优选的是本发明的氢气检测装置中，所述氢传感器的催化剂层由钯形成，所述薄膜层由镁-镍合金薄膜层形成。这种结构的氢气检测装置中，薄膜层能够从所述镜面反射状态经过吸收状态而向透射状态转变，该状态转变的时间取决于向第一分界面射入的光的波长，能够实现具备这种氢传感器的氢气检测装置。
如上所述，本发明的氢传感器和氢气检测装置能够排除干扰光和环境中灰尘等的影响。本发明的氢传感器和氢气检测装置能够高灵敏度地更可靠地检测氢气。
附图说明
图1是本发明第一实施例的氢传感器和氢气检测装置的简略结构图；
图2是表示图1的氢传感器的射入部周边的简略俯视图；
图3是表示图1氢传感器的光传送路径的截面的简略结构图；
图4是表示催化剂层与氢气接触时薄膜层吸收率变化特性的曲线；
图5是本发明第二实施例的氢传感器和氢气检测装置的简略结构图；
图6A是表示薄膜层的响应特性与氢气检测时间关系的曲线；
图6B是表示氢传感器的界限值与氢气检测时间关系的曲线；
图7是本发明第三实施例的氢传感器和氢气检测装置的简略结构图；
图8是现有的氢传感器的简略结构图；
图9是使用图8的氢传感器的现有的氢气检测装置的简略结构图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的氢气检测装置。
下面，使用图1和图2说明本发明第一实施例的氢传感器和氢气检测装置。与现有的氢传感器具有同样功能的结构要件标注同一附图标记。
图1是氢传感器10和氢气检测装置20a的简略结构图。
氢传感器10在芯部11的表面形成薄膜层12，在薄膜层12的表面形成催化剂层13。由这些薄膜层12和催化剂层13来构成调光膜14。包层15与芯部11的背面相连接，由芯部11(平板光传送路径)和包层15(基板)构成平面光波导。在芯部11的表面与薄膜层12的分界处形成第一分界面12a，在芯部11的背面与包层15的分界处形成第二分界面15a。
棱镜16a被粘接在芯部11的一端侧即第一端侧11a的表面，与使光向棱镜16a导入的透镜17a一起形成射入部18。棱镜16b被粘接在芯部11的另一端侧即第二端侧11b的表面，与使从棱镜16b射出的光进行聚光的透镜17b一起形成射出聚光部19。
薄膜层12能够通过喷溅法、真空蒸镀法、电子束蒸镀法、电镀法等形成。薄膜层12的组成例如是MgNix(0≤x＜0.6)，其厚度例如是1nm到100nm。催化剂层13例如能够通过向薄膜层12的表面涂覆钯而形成。催化剂层13的厚度例如是1nm到100nm。薄膜层12、催化剂层13的组成等并不限定于上述情况，根据需要能够进行各种变更。
除上述结构的氢传感器10之外，氢气检测装置20a还具有光源21和光传感器22。
从光源21发出的光由沿光源21的光轴向射入部18射入的光21a和通过光轴以外的路径向射入部18射入的光构成。图1中，将通过距光轴为最上方的路径而向射入部18射入的光表示为光21b，将通过距光轴为最下方的路径而向射入部18射入的光表示为光21c。使包括光21a、21b、21c的从光源21发出的所有光表示为光21r。向射入部18射入后的光也同样地表示。
光21r一边被透镜17a聚光一边向棱镜16a射入，在芯部11的第一端侧11a的表面被聚光成一点后向芯部11射入。这时，光21r向芯部11的厚度方向扩散而射入。因此，光21a、21b、21c分别以不同的射入角向芯部11射入。于是，在芯部11中向第二端侧11b传送的光21a、21b、21c的各自的射入角不同，由此，如图1所示，在芯部11的长度方向的直线L(图1中连结11p与11q的直线)上的第一分界面12a与第二分界面15a之间交替地被反射，向芯部11的第二端侧11b传送。然后，光21a、21b、21c从芯部的第二端侧11b的表面射出，一边被由棱镜16b和透镜17b构成的射出聚光部19聚光一边向光传感器22传送。
即，在第一分界面12a，由于在芯部11的长度方向的直线L上光21r被反射，因此氢气检测装置20a能够检测直线L上任一部分的第一分界面12a的反射率变化。其结果是氢气检测装置20a能够高灵敏度更可靠地检测氢气。
取代这种结构，也可以是例如射入部18具有与芯部11的长度方向平行且使光21r向芯部11的宽度方向扩散的机构(例如两面凸透镜或环带透镜)，使光21r向芯部的第一端侧11a的表面射入。如图2中的点划线和两条虚线所示，在光21r不向芯部11的厚度方向扩散而仅向宽度方向W扩散地向芯部11射入时(这时被扩散的两端的光是光21d、21e)，图1中光21r的路径成为仅由点划线表示的路径。
因此如图2所示，在芯部11的长度方向上具有一定间隔d的多条直线PL上的位置，光21r被第一分界面12a与第二分界面15a交替地反射，向芯部11的第二端侧11b传送。然后，光21r从第二端侧11b表面射出，被射出聚光部19聚光后向光传感器22传送。因此，氢气检测装置20a能够检测多条直线PL上任一部分的第一分界面12a的反射率变化。其结果是氢气检测装置20a能够高灵敏度更可靠地进行检测。
进而，使光21r在向芯部11的厚度方向和宽度方向扩散的基础上向芯部的第一端侧11a的表面射入，在这样构成氢传感器10的情况下，在具有芯部11的长度方向L和宽度方向W的第一分界面12a的长方形面与第二分界面15a之间，光21a交替地被反射，向芯部11的第二端侧11b传送。然后，光21a从第二端侧11b的表面射出，被射出聚光部19聚光后向光传感器22传送。因此，氢气检测装置20a能够检测上述长方形面上任一部分的第一分界面12a的反射率变化。其结果是氢气检测装置20a更能够高灵敏度更可靠地进行检测氢气。
以上说明的氢传感器10和氢气检测装置20a具备射入部18，而射入部18具有使从光源21发出的光21r向芯部11的厚度方向扩散并射入的机构和/或使从光源21发出的光21r向芯部11的宽度方向扩散并射入的机构，能够实现高的氢气检测灵敏度。上述氢传感器10和氢气检测装置20a利用被第一分界面12a和第二分界面15a封闭而在芯部11中传送的光21r来检测薄膜层12被氢化的情况，因此能够不受干扰光和环境中尘土等的影响地检测氢气。
以下使用图3到图6说明本发明第二实施例的氢传感器和氢气检测装置。与上述第一实施例具有同样功能的结构要件标注同一附图标记而省略其说明。
在具有由镁-镍合金构成的薄膜层12和由钯构成的催化剂层13的调光膜14中，在利用与氢气接触的催化剂层13而使薄膜层12被氢化时，薄膜层12如下地进行状态转变。即薄膜层12从镜面反射状态转变到吸收状态，在镜面反射状态下，从芯部11射入的光21r在第一分界面12a进行镜面反射；在吸收状态下，光21r在第一分界面12a附近的薄膜层12的区域12b(参照图3)处进行吸收。然后，薄膜层12从上述吸收状态向透射状态转变；在该透射状态下光21r向催化剂层13透射。
当薄膜层12向上述吸收状态转变，则向第一分界面12a射入的光21r的一部分向薄膜层12的区域12b射入，被薄膜层12吸收而衰减，剩余的光则被第一分界面12a反射。其结果是到达芯部11的第二端侧11b的光21r的光量降低。
当薄膜层12向上述透射状态转变，则光21r不被第一分界面12a反射而向薄膜层12射入，一边衰减一边透射薄膜层12，从催化剂层13向氢传感器10的外部射出。因此，到达芯部11的第二端侧11b的光21r的光量进一步降低。
图4是催化剂层13与氢气接触，薄膜层12从光21r被第一分界面12a镜面反射的状态转变为吸收状态，进而向透射状态转变时，表示调光膜14吸收率特性的曲线。薄膜层12处于光21r被第一分界面12a镜面反射的状态下时，吸收率是零，当薄膜层12向吸收状态转变时则吸收率开始增加。进而，当薄膜层12向透射状态转变时，则光21r透射薄膜层12和催化剂层13而向外部泄漏。图4中使调光膜14的吸收率作为纵轴，使向第一分界面射入的光的波长(在空气中的波长)作为横轴，使催化剂层13与氢气接触后经过的时间作为参数来表示吸收率相对波长的特性。
如图4所示，例如在500nm波长的光的情况下，当催化剂层13与氢气接触，则吸收率在两秒钟后约成为0.145，10秒钟以后达到约0.445。在接近400nm波长的光的情况下，则吸收率在两秒钟后约成为0.345，10秒钟以后达到约0.445。即在仅着眼于波长约400nm到500nm范围的情况下，可知波长越短则薄膜层12从镜面反射状态转变到透射状态的时间就越短(即薄膜层12的响应变快)，调光膜14的吸收率迅速变高。
这样，薄膜层12的响应是射入光的波长越短就越快，波长越长就越慢(例如在图4的曲线中波长从接近400nm到800nm的波长区域)。
图5是本发明第二实施例的氢气检测装置20b的简略结构图。氢传感器10是从镜面反射状态转变到透射状态的时间取决于向第一分界面12a射入光的波长的结构。
氢气检测装置20b在氢传感器10之外还具备光源21、电源30和光传感器22。光源21具有红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管，构成为例如在400nm到700nm的波长区域内，发出具有大致平坦的波长分布的光。电源30控制上述各发光二极管的驱动电流，能够控制光源21发出的光21r的波长分布。光传感器22使接收的光量与预先任意设定的界限值进行比较，通过接收的光量比界限值低的情况而检测氢气。
通过操作电源30而分别调整蓝色发光二极管、红色发光二极管和绿色发光二极管的发光强度，由此能够变更光源21发出的光21r的色温度。例如只要使蓝色发光二极管发出的光强、使红色发光二极管和绿色发光二极管发出的光弱，就能够提高光源21发出的光21r的色温度。另一方面，例如只要使红色发光二极管发出的光强、使蓝色发光二极管和绿色发光二极管的发出的光弱，就能够降低光源21发出的光21r的色温度。
因此，例如只要提高光源21发出的光21r的色温度，则在芯部11中传送的光21r中，蓝色发光二极管发出的光(例如400nm到500nm的波长区域的光)的能量就变强。其结果是薄膜层12迅速响应与氢气接触的催化剂层13，调光膜14的吸收率变高(即光传感器22接收的光量迅速降低)。氢气检测装置20b能够迅速检测到例如由于泄漏等而在环境中存在的氢气。
另一方面，只要降低光源21发出的光21r的色温度，则在芯部11中传送的光21r中红色发光二极管发出的光(例如比大约600nm长的波长的光)的能量就变强。其结果是与上述高色温度的情况相比，薄膜层12的响应变慢(即光传感器22接收的光量的降低变慢)。
通过这样设定在芯部11中传送的光21r的波长分布，则能够改变薄膜层12从上述镜面反射状态转变到透射状态的时间，能够改变光传感器22的受光量降低的时间。因此，与光传感器22界限值的设定相结合，能够设定光传感器22的氢气检测时间。
图6A是表示在时刻t0氢气与氢传感器10的催化剂层接触时薄膜层12的响应特性与氢气检测时间之间关系的曲线，薄膜层12的响应特性从快的一侧开始以响应特性x1、x2、x3表示。图6B是表示在时刻t0氢气与氢传感器10的催化剂层接触时光传感器22的界限值与氢气检测时间之间关系的曲线。图6A和图6B都是纵轴是光传感器22的受光量，横轴是时间。
图6A表示使界限值设定为Th1时的响应特性与氢气检测时间之间的关系。例如在响应特性x 1时，界限值Th1与响应特性x1相交的点的时刻t11就是氢气的检测时刻。界限值Th1与响应特性x2相交的点的时刻成为t12，界限值Th1与响应特性x3相交的点的时刻成为t13(t11＜t12＜t13)。由于与各响应特性对应的氢气检测时间是t11-t0、t12-t0、t13-t0，所以薄膜层12的响应越慢，氢气的检测时刻就越慢。
图6B表示将薄膜层12的响应特性设定为x2，使界限值变化成界限值Th1、Th2、Th3(Th1＞Th2＞Th3)时的氢气检测时刻t12、t22、t32(t12＜t22＜t32)。由于与各界限值对应的氢气检测时间是t12-t0、t22-t0、t32-t0，所以界限值越高，氢气的检测时间就越快，换言之，界限值越低，氢气的检测时间就越慢。这样，氢气检测装置20b能够迅速检测到例如由于泄漏等而在环境中存在的氢气，还能够任意设定氢气的检测时间。
在此，氢气检测装置20b也可以在光源21与射入部18之间具有滤色片31。如果利用滤色片31使光源21发出的光21r的波长区域中、400nm到500nm波长区域的光向芯部11射入，薄膜层12就迅速响应与氢气接触的催化剂层13，氢气检测装置20b能够迅速地检测到氢气。另一方面，如果利用滤色片31使比600nm长的波长的光向芯部11射入，薄膜层12的响应就变慢。这样，氢气检测装置20b能够任意设定氢气检测时间。
在此，滤色片31的插入位置并不限于在光源21与射入部18之间。例如也可以使滤色片31配置在射入部18与射出聚光部19之间的任意位置，也可以配置在射出聚光部19与光传感器22之间。该结构的氢气检测装置20b能够利用滤色片31使向光传感器22传送的光限定为是使薄膜层12迅速反应(被氢化)的波长的光，或者能够限定为是使薄膜层12缓慢反应(被氢化)的波长的光。
氢气检测装置20b中，也可以使用光传感器22，该光传感器22使来自射出聚光部19的光21r通过光电转换特性具有波长依赖性的光电转换元件来受光。该氢气检测装置20b适当选择光电转换元件的光电转换特性，如果检出与薄膜层12迅速氢化相对应的波长的光，就能够迅速检测氢气。或者如果检出与薄膜层12缓慢氢化相对应的波长的光，就能够比较慢地检测氢气。
上述的第一和第二实施例中，由芯部11和包层15来构成平面光波导，但光波导并不限定于平面光波导。下面说明使用与平面光波导不同的光波导的氢传感器和氢气检测装置。
图7是本发明第三实施例的氢气检测装置20c的简略结构图。氢气检测装置20c具有与上述第一实施例同样的光源21和光传感器22，对于这些光源21和光传感器22，省略其详细的说明。氢气检测装置20c具有与第一实施例在结构上部分不同的氢传感器30。
如上所述，氢传感器30的光波导部分与第一实施例不同，其他结构与第一实施例实质上相同。下面与第一实施例同样的结构要件标注同一附图标记而省略其详细说明。
如图7所示，氢传感器30在由SiO2构成的芯部31的表面与第一实施例同样地形成薄膜层12，且在薄膜层12的表面形成催化剂层13。与第一实施例同样，由这些薄膜层12和催化剂层13来构成调光膜14，在芯部31的表面与薄膜层12的分界处形成第一分界面12a。另一方面，在其表面形成有由镍构成的反射膜32的玻璃基板35以将上述反射膜32夹在当中的方式与芯部31的背面接合，由此在芯部31的背面与反射膜32的分界处形成第二分界面32a。这样，氢传感器30就由芯部31和反射膜32来构成光波导。
与第一实施例同样，棱镜16a被粘接在芯部31的一端侧即第一端侧31a的表面，与使光向棱镜16a导入的透镜17a一起形成射入部18。与第一实施例同样，棱镜16b被粘接在芯部31的另一端侧即第二端侧31b的表面，与使从棱镜16b射出的光进行聚光的透镜17b一起形成射出聚光部19。
与上述第一实施例同样，来自光源的光21r在第一端侧31a向芯部31射入，在芯部31内在第一分界面12a与第二分界面32a之间交替地被反射。向第二端侧31b传送的光21r与第一实施例同样地从第二端侧31b射出，向光传感器22被传送。因此，氢气检测装置20c也与第一实施例同样地能够检测第一分界面12a的反射率变化，能够高灵敏度更可靠地检测氢气。与第一实施例同样，由于利用在芯部31内传送的光21r来检测薄膜层12被氢化的情况，所以能够不受干扰光和环境中尘土等影响地检测氢气。
由于氢气检测装置20c使用由镍构成的反射膜32来形成第二分界面32a，所以光21r实质上被第二分界面32a全反射。因此能够确保在第二分界面32a的稳定的反射，使高精度反映第一分界面12a处反射率变化的光21r向光传感器22传送。其结果是能够高精度检测氢气。由于由SiO2构成的芯部31和由镍构成的反射膜32成为对调光膜14的氧化保护膜，所以能够提高氢传感器30的可靠性和耐久性。
反射膜32的材质并不限定于镍，例如也可以使用铬形成反射膜。这时也能够得到与上述第三实施例同样的效果。
也可以使反射膜32由具有与芯部31不同的折射率的透射光的原料形成，由此在第二分界面32a进行镜面反射。这时虽然不能得到上述那样光全反射的优良效果，但能够得到与上述第一实施例同样的效果。
进而，芯部31的材料也并不限于SiO2，例如也可以由玻璃、丙烯树脂或聚乙烯等来形成芯部31。
如上所述，第三实施例的氢气检测装置20c是将第一实施例的氢气检测装置20a的氢传感器10置换成氢传感器30的结构。同样地也可以将第二实施例的氢气检测装置20a的氢传感器10置换成上述的氢传感器30。这时，在上述第二实施例的效果之外，利用第二分界面32a的全反射，能够得到更高精度地检测氢气的效果。并且，由于芯部31和反射膜32成为对调光膜14的氧化保护膜，所以可以得到能够提高氢传感器30的可靠性和耐久性的效果。
以上详细说明了本发明，但本发明并不限于上述各实施例，在不脱离其主旨的范围内能够适当变形实施。
例如，如上所述，薄膜层和催化剂层的组成和厚度等并不限定于实施例所记载的数据，在本发明的范围内可以有各种变形。
另外，例如也可以在光源与氢传感器的射入部之间设置光纤等光传送机构，使从光源发出的光经由光传送机构向氢传感器的射入部传送。或也可以在氢传感器的射出聚光部与光传感器之间设置光纤等光传送机构，经由该光传送机构使光从氢传感器的射出聚光部向光传感器传送。这时，也可以在上述氢传感器的射出聚光部与光传感器之间与光纤等光传送机构一起加入其他氢传感器，构成具有多个氢传感器的氢气检测装置。
例如也可以使构成射入部的棱镜由甘油液滴(グリセリンドロツプ)代替，且代替透镜而在芯部上设置光纤。这时，使光纤直接向甘油液滴插入，使光经由光纤向芯部射入。

Claims (12)

1.一种氢传感器，其特征在于，包括：
平板光传送路径；
薄膜层，其形成在所述平板光传送路径的表面且在其与所述平板光传送路径之间形成第一分界面；
催化剂层，其形成在所述薄膜层表面；
基板，其与所述平板光传送路径的背面接合且在其与所述平板光传送路径之间形成第二分界面；
射入部，其使从光源发出的光向所述平板光传送路径的第一端侧射入；
射出聚光部，其对射入所述第一端侧后而在所述平板光传送路径中传送且从所述平板光传送路径的第二端侧射出的光进行聚光并向光传感器传送；
所述射入部具有：使从所述光源发出的光向所述平板光传送路径的厚度方向扩散并射入的机构和/或使从所述光源发出的光向所述平板光传送路径的宽度方向扩散并射入的机构，
所述平板光传送路径使向所述第一端侧射入的光通过所述第一分界面和所述第二分界面交替地进行反射并传送，
当所述催化剂层与环境中含有的氢气接触时，使所述薄膜层氢化，使所述薄膜层和所述第一分界面的光学反射率可逆地变化。
2.如权利要求1所述的氢传感器，其特征在于，所述平板光传送路径和所述基板构成光的射入角和射出角不限定为特定的一个角度的平面光波导。
3.如权利要求1所述的氢传感器，其特征在于，所述基板具有在其表面形成的反射膜，通过经由所述反射膜而与所述平板光传送路径的背面接合，在所述平板光传送路径与所述反射膜的表面之间形成所述第二分界面。
4.如权利要求3所述的氢传感器，其特征在于，所述反射膜由镍构成。
5.如权利要求1所述的氢传感器，其特征在于，所述催化剂层与氢气接触而使所述薄膜层氢化时，
所述薄膜层从使向所述薄膜层射入的光在所述第一分界面进行镜面反射的镜面反射状态转变到使所述光在所述第一分界面附近的所述薄膜层处进行吸收的吸收状态，然后，向使所述光向所述催化剂层透射的透射状态转变，
所述薄膜层从所述镜面反射状态转变到所述透射状态的时间取决于向所述第一分界面射入的光的波长。
6.如权利要求5所述的氢传感器，其特征在于，所述催化剂层由钯形成，所述薄膜层由镁-镍合金薄膜层形成。
7.一种氢气检测装置，具有：光源、氢传感器和光传感器，将从所述光源发出的光导入所述氢传感器内后，由所述光传感器检测从所述氢传感器射出的光，由此检测环境中的氢气，其特征在于，
所述氢传感器包括：
平板光传送路径；
薄膜层，其形成在所述平板光传送路径的表面且在其与所述平板光传送路径之间形成第一分界面；
催化剂层，其形成在所述薄膜层表面；
基板，其与所述平板光传送路径的背面接合且在其与所述平板光传送路径之间形成第二分界面；
射入部，其使从光源发出的光向所述平板光传送路径的第一端侧射入；
射出聚光部，其对射入所述第一端侧后而在所述平板光传送路径中传送且从所述平板光传送路径的第二端侧射出的光进行聚光并向光传感器传送；
所述射入部具有：使从所述光源发出的光向所述平板光传送路径的厚度方向扩散并射入的机构和/或使从所述光源发出的光向所述平板光传送路径的宽度方向扩散并射入的机构，
所述平板光传送路径使向所述第一端侧射入的光通过所述第一分界面和所述第二分界面交替地进行反射并传送，
当所述催化剂层与环境中含有的氢气接触时，使所述薄膜层氢化，使所述薄膜层和所述第一分界面的光学反射率可逆地变化。
8.如权利要求7所述的氢气检测装置，其特征在于，所述平板光传送路径和所述基板构成光的射入角和射出角不限定为特定的一个角度的平面光波导。
9.如权利要求7所述的氢气检测装置，其特征在于，所述基板具有在其表面形成的反射膜，通过经由所述反射膜而与所述平板光传送路径的背面接合，在所述平板光传送路径与所述反射膜的表面之间形成所述第二分界面。
10.如权利要求9所述的氢气检测装置，其特征在于，所述反射膜由镍构成。
11.如权利要求7所述的氢气检测装置，其特征在于，所述催化剂层与氢气接触而使所述薄膜层氢化时，
所述薄膜层从使向所述薄膜层射入的光在所述第一分界面进行镜面反射的镜面反射状态转变到使所述光在所述第一分界面附近的所述薄膜层处进行吸收的吸收状态，然后，向使所述光向所述催化剂层透射的透射状态转变，
所述薄膜层从所述镜面反射状态转变到所述透射状态的时间取决于向所述第一分界面射入的光的波长，
所述光传感器将所接收的从所述氢传感器传送来的光的光量与预先设定的界限值进行比较来检测氢气，
该氢气检测装置至少具备下列部件中的一个：使所述光源发出的光的波长分布进行变化的机构即配置在所述光源到所述光传感器的光路上的滤色片、使用光电转换特性具有波长依赖性的光电转换元件的所述光传感器。
12.如权利要求11所述的氢传感器，其特征在于，所述催化剂层由钯形成，所述薄膜层由镁-镍合金薄膜层形成。
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