JP2005143906A - Optical fiber for expiration sensor, optical fiber expiration sensor and expiration detecting system - Google Patents

Optical fiber for expiration sensor, optical fiber expiration sensor and expiration detecting system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber expiration sensor and an expiration detecting system capable of detecting an expiration without affected by humidity conditions of outside air. <P>SOLUTION: This optical fiber expiration sensor and the expiration detecting system can greatly change the transmitted light intensity to the change in humidity under high humidity conditions by having an optical fiber core and a humidity response layer which covers the surface of the optical fiber core and includes a hydrophobic material and a hydrophilic material, and at least, forming the hydrophobic material into a meshed matrix layer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、呼気センサ用光ファイバ、光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムに関し、特にプラスチック光ファイバを利用した光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムに関する。   The present invention relates to an optical fiber for an exhalation sensor, an optical fiber exhalation sensor and an exhalation detection system, and more particularly to an optical fiber exhalation sensor and an exhalation detection system using a plastic optical fiber.

プラスチック光ファイバを利用した従来の湿度センサとして、例えば特許文献1に於いて、光ファイバを覆うクラッドの一部にポリビニルアルコールを主体として、酢酸カリウム、塩化マグネシウム、硫酸ナトリウムを含んだ感湿層を形成させて、透過光強度変化を検知する湿度センサが示されている。
特開平5−60689号公報
As a conventional humidity sensor using a plastic optical fiber, for example, in Patent Document 1, a moisture-sensitive layer containing mainly potassium alcohol, potassium acetate, magnesium chloride, and sodium sulfate is formed on a part of a clad covering an optical fiber. A humidity sensor is shown which is formed to detect changes in transmitted light intensity.
JP-A-5-60689

しかし、上記従来の湿度センサでは、湿度の上昇に伴う透過光強度の変化がS字型の曲線を示し、即ち、高湿度下に於ける湿度変化に対する透過光強度変化の感度及び応答速度が不十分であり、外気の湿度変化に影響されやすかった。   However, in the above conventional humidity sensor, the change in transmitted light intensity with an increase in humidity shows an S-shaped curve, that is, the sensitivity and response speed of the change in transmitted light intensity with respect to the humidity change under high humidity are poor. It was sufficient and susceptible to changes in the humidity of the outside air.

本発明は、上記の問題に鑑み、外気の湿度条件に影響されることなく呼気を検知できる光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical fiber expiration sensor and an expiration detection system that can detect expiration without being affected by humidity conditions of outside air.

本発明に係る呼気センサ用光ファイバは、光ファイバコアと、当該光ファイバコアの表面を被覆し、疎水性物質と親水性物質とを含む湿度応答層とを有し、少なくとも前記疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成し、前記湿度応答層は、気体中の水分量に応じて、前記光ファイバコアの一端から入射した光の他端への到達量を変化させることを特徴とする。   An optical fiber for breath sensor according to the present invention includes an optical fiber core, a humidity response layer that covers a surface of the optical fiber core and includes a hydrophobic substance and a hydrophilic substance, and at least the hydrophobic substance is A network-like matrix layer is formed, and the humidity response layer changes the amount of light incident from one end of the optical fiber core to the other end in accordance with the amount of moisture in the gas.

また、本発明に係る呼気センサ用光ファイバに於いて、前記親水性物質は親水性ポリマーであり、前記疎水性物質は非水溶性材料であってもよい。   In the breath sensor optical fiber according to the present invention, the hydrophilic substance may be a hydrophilic polymer, and the hydrophobic substance may be a water-insoluble material.

また、本発明に係る呼気センサ用光ファイバに於いて、前記湿度応答層は、前記親水性ポリマーと非水溶性材料との重量混合比が1:1.5〜1:5の溶液を用いて形成されてもよい。   In the breath sensor optical fiber according to the present invention, the humidity response layer uses a solution having a weight mixing ratio of the hydrophilic polymer and the water-insoluble material of 1: 1.5 to 1: 5. It may be formed.

また、本発明に係る呼気センサ用光ファイバに於いて、前記湿度応答層は、前記親水性ポリマーが0.4重量%以上の濃度で含まれる溶液を用いて形成されてもよい。   In the breath sensor optical fiber according to the present invention, the humidity response layer may be formed using a solution containing the hydrophilic polymer at a concentration of 0.4 wt% or more.

また、本発明に係る光ファイバ呼気センサは、前記の呼気センサ用光ファイバを用いて呼気を検知する。   An optical fiber breath sensor according to the present invention detects breath using the breath sensor optical fiber.

また、本発明に係る呼気検知システムは、前記光ファイバ呼気センサを用いる。   The breath detection system according to the present invention uses the optical fiber breath sensor.

本発明によれば、高湿度下における透過光強度変化の感度及び応答速度が向上し、外気の湿度条件に影響されることなく呼気を検知できる光ファイバ呼気センサ及び呼気検知システムを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sensitivity and response speed of the transmitted light intensity change under high humidity can improve, and the optical fiber exhalation sensor and the exhalation detection system which can detect exhalation without being influenced by the humidity conditions of external air can be provided.

本発明に係る呼気センサ用光ファイバは、コアとなる物質をクラッドとなる物質で覆って構成される。即ち、呼気センサ用光ファイバは、光ファイバコアと、この光ファイバコアの表面を被覆する湿度応答層(クラッド層)とを有し、湿度応答層は、疎水性物質と親水性物質とを含み、少なくとも疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成する。   An optical fiber for breath sensor according to the present invention is configured by covering a core material with a clad material. That is, the breath sensor optical fiber has an optical fiber core and a humidity response layer (cladding layer) that covers the surface of the optical fiber core, and the humidity response layer includes a hydrophobic substance and a hydrophilic substance. At least the hydrophobic substance forms a network matrix layer.

例えば、親水性物質としては親水性ポリマーが用いられ、疎水性物質としては非水溶性材料が用いられる。この場合、親水性ポリマーと非水溶性材料を適切な溶媒に溶解し、この溶液を光ファイバコアの表面に塗布し、乾燥させることで湿度応答層を形成する。ここで、親水性ポリマー及び非水溶性材料を溶解する溶媒は、これらの均一な溶液が得られれば特に限られないが、好ましくは、ジメチルスルホキシド、エタノール或いはこれらと水との混合溶媒が挙げられる。   For example, a hydrophilic polymer is used as the hydrophilic substance, and a water-insoluble material is used as the hydrophobic substance. In this case, the moisture-responsive layer is formed by dissolving the hydrophilic polymer and the water-insoluble material in an appropriate solvent, applying this solution to the surface of the optical fiber core, and drying. Here, the solvent for dissolving the hydrophilic polymer and the water-insoluble material is not particularly limited as long as a uniform solution thereof can be obtained, but preferably, dimethyl sulfoxide, ethanol, or a mixed solvent of these and water is used. .

親水性物質として用いる親水性ポリマーには制限はないが、例えばアクリル系やセルロース系のポリマー、特にセルロース系ポリマーを用いれば良好である。セルロース系ポリマーには制限はないが、好ましくはヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース等が挙げられ、特に好ましくは、ヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。   There is no limitation on the hydrophilic polymer used as the hydrophilic substance. For example, an acrylic or cellulose polymer, particularly a cellulose polymer is preferable. The cellulose polymer is not limited, but preferably includes hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl cellulose sodium, hydroxypropyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl ethyl cellulose, and particularly preferably hydroxyethyl cellulose. It is done.

疎水性物質として用いる非水溶性材料としては、使用する溶媒に対して均一に溶解するポリマーであれば制限はないが、例えば、疎水性ポリマー、特にフッ素系ポリマーを用いると良好である。フッ素系ポリマーには制限はないが、好ましくはポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル等が挙げられ、特に好ましくは、ポリフッ化ビニリデンが挙げられる。   The water-insoluble material used as the hydrophobic substance is not limited as long as it is a polymer that can be uniformly dissolved in the solvent to be used. For example, it is preferable to use a hydrophobic polymer, particularly a fluorine-based polymer. Although there is no restriction | limiting in a fluorine-type polymer, Preferably a polyvinylidene fluoride, a polychloro trifluoroethylene, a polyvinyl fluoride etc. are mentioned, Especially preferably, a polyvinylidene fluoride is mentioned.

湿度応答層は、気体中の水分量(例えば、湿度)に応じて、光ファイバコアの一端から入射した光の他端への到達量(以下、透過光強度)を変化させる。   The humidity response layer changes the amount of light incident from one end of the optical fiber core to the other end (hereinafter referred to as transmitted light intensity) according to the amount of moisture in the gas (for example, humidity).

例えば、低湿度の環境下に於いては、呼気センサ用光ファイバの透過光強度は低い。これは、低湿度下では湿度応答層の屈折率は光ファイバコアの屈折率よりも高く、光ファイバコアは光の導波路として機能できないためである。即ち、この場合、光ファイバの一方の端から入ってその中を通る光は湿度応答層付近から光ファイバコア外に漏れ出し、他端への光の到達量は入射光量に比べて減少する。   For example, in a low-humidity environment, the transmitted light intensity of the breath sensor optical fiber is low. This is because the refractive index of the humidity response layer is higher than the refractive index of the optical fiber core under low humidity, and the optical fiber core cannot function as an optical waveguide. That is, in this case, light entering from one end of the optical fiber and passing through it leaks out of the optical fiber core from the vicinity of the humidity response layer, and the amount of light reaching the other end is reduced compared to the amount of incident light.

さらに、少なくとも疎水性物質を含むマトリクス層が網目状に形成されていることにより、光を散乱する効果があると考えられ、上述の低湿度下に於ける透過光強度の低下を促進する。   Further, it is considered that the matrix layer containing at least a hydrophobic substance is formed in a mesh shape, so that it has an effect of scattering light, and promotes the reduction of the transmitted light intensity under the low humidity described above.

一方、高湿度下に於いては、湿度応答層の親水性物質は気体中の水分を吸収して膨潤し、その屈折率は光ファイバコアの屈折率よりも低くなるため、光ファイバコアは光の導波路として機能するようになる。即ち、高湿度下に於いては、光ファイバコアの一端から入ってその中を通る光は、光ファイバコアと湿度応答層との境界で全反射され、大幅に損失することなく他端に到達するため、低湿度下の場合に比べて透過光強度が増加する。   On the other hand, under high humidity, the hydrophilic substance in the humidity response layer absorbs moisture in the gas and swells, and its refractive index is lower than the refractive index of the optical fiber core. It will function as a waveguide. That is, under high humidity, light that enters from one end of the optical fiber core and passes through it is totally reflected at the boundary between the optical fiber core and the humidity response layer, and reaches the other end without significant loss. Therefore, the transmitted light intensity increases as compared with the case of low humidity.

このように、低湿度下と高湿度下での湿度応答層、特に親水性物質の屈折率の変化を利用して、気体中の水分量の変化を透過光強度の変化として検知することが可能になる。例えば、人間又は動物が呼吸する際に吐き出す呼気が湿度応答層に吹きかけられると、呼気センサ用光ファイバの透過光強度が増加するため、呼吸を検知することができる。   In this way, it is possible to detect a change in the amount of moisture in the gas as a change in the transmitted light intensity by utilizing the change in the refractive index of the humidity response layer, particularly a hydrophilic substance, at low and high humidity. become. For example, when exhaled air exhaled when a human or animal breathes is blown to the humidity response layer, the transmitted light intensity of the optical fiber for the exhalation sensor increases, so that respiration can be detected.

特に、湿度応答層が、網目状に形成された疎水性のマトリックス層と、マトリックス層の網目の間に分散された親水性物質を含む分散層とを有するように形成されることで、後述するように高湿度下に於いても湿度の変化に対して透過光強度を大きく変化させることができ、また湿度変化に対する透過光強度の応答速度(変化速度)も向上させることができる。   In particular, the humidity response layer is formed so as to have a hydrophobic matrix layer formed in a mesh shape and a dispersion layer containing a hydrophilic substance dispersed between the meshes of the matrix layer, which will be described later. Thus, even under high humidity, the transmitted light intensity can be greatly changed with respect to the change in humidity, and the response speed (change speed) of the transmitted light intensity with respect to the change in humidity can be improved.

また、湿度応答層は、好ましくは親水性ポリマー:非水溶性材料(重量混合比)=1:1.5〜1:5、より好ましくは1:2〜1:4の溶液を用いて形成されれば、湿度変化に対する呼気センサ用光ファイバの応答性が向上し、高湿度下でも大きな透過光強度変化が得られる。   The humidity response layer is preferably formed using a solution of hydrophilic polymer: water-insoluble material (weight mixing ratio) = 1: 1.5 to 1: 5, more preferably 1: 2 to 1: 4. As a result, the responsiveness of the breath sensor optical fiber to changes in humidity is improved, and a large change in transmitted light intensity can be obtained even under high humidity.

即ち、非水溶性材料の親水性ポリマーに対する重量混合比が1.5以下であると、非水溶性材料が十分な量ではないために、疎水性物質は、網目状に形成されず粒子状(島状)に分散してしまい、高湿度下に於いて湿度変化に対する透過光強度変化の感度が低くなる(透過光強度の変化量が小さくなる)ため、好ましくない。   That is, if the weight mixing ratio of the water-insoluble material to the hydrophilic polymer is 1.5 or less, the water-insoluble material is not a sufficient amount. It is not preferable because it is dispersed in the form of islands, and the sensitivity of the change in transmitted light intensity with respect to the change in humidity becomes low (the amount of change in transmitted light intensity becomes small) under high humidity.

また、非水溶性材料の親水性ポリマーに対する重量混合比が5以上であると、親水性ポリマーが少なすぎて湿度変化に対する透過光強度の変化が十分得られないため好ましくない。   In addition, if the weight mixing ratio of the water-insoluble material to the hydrophilic polymer is 5 or more, the hydrophilic polymer is too small and the change in transmitted light intensity with respect to the change in humidity cannot be obtained sufficiently.

また、湿度応答層は、好ましくは親水性ポリマーが0.4重量%以上、より好ましくは1.0重量%以上の濃度で含まれる均一溶液を用いて形成されれば、少なくとも疎水性物質による好適な網目状のマトリクス層が形成され、高湿度下に於ける透過光強度変化及び湿度変化に対する応答速度の向上を図ることができる。   In addition, the humidity response layer is preferably made of at least a hydrophobic substance if it is formed using a uniform solution containing a hydrophilic polymer at a concentration of 0.4% by weight or more, more preferably 1.0% by weight or more. As a result, a reticulated matrix layer is formed, and the response speed to transmitted light intensity change and humidity change under high humidity can be improved.

また、呼気センサ用光ファイバを用いて、その一端に光源を接続し、他端に受光器を接続する等すれば、呼吸時の呼気を検知する光ファイバ呼気センサを提供できる。   Further, if an optical fiber for breath sensor is used and a light source is connected to one end and a light receiver is connected to the other end, an optical fiber breath sensor that detects breath during breathing can be provided.

また、この光ファイバ呼気センサを用い、さらにマイコンによるデータ処理機能、液晶ディスプレイ及びパソコンモニタへの表示機能を備えることによって、被験者(人間又は動物)の呼吸に伴う湿度変化を簡便に検知することが可能な呼気検知システムを組むことができる。この呼気検知システムは、液晶ディスプレイ等に無呼吸(呼吸が所定時間以上行われない状態)カウントデータを表示する機能をもたせることで、呼吸の様子を視覚的に捉えることができ、より明確に呼吸状態をモニタリングすることができる。また、さらに、この呼気検知システムの別の態様として、光電変換素子等を用いて実際の呼吸による透過光強度を電圧に変換し、この電圧変化をパソコンモニタ等のディスプレイ上に波形として表示するようにすれば、呼吸の様子を視覚的に捉えることができ、より明確に呼吸状態をモニタリングすることができる。   Further, by using this optical fiber breath sensor and further providing a data processing function by a microcomputer, a display function on a liquid crystal display and a personal computer monitor, it is possible to easily detect a change in humidity associated with breathing of a subject (human or animal). Possible breath detection systems can be built. This exhalation detection system has a function to display apnea (a state in which breathing is not performed for a predetermined time or more) count data on a liquid crystal display or the like, so that the state of breathing can be visually grasped and breathing can be performed more clearly. The condition can be monitored. Further, as another aspect of the breath detection system, the transmitted light intensity due to actual breathing is converted into a voltage using a photoelectric conversion element or the like, and the voltage change is displayed as a waveform on a display such as a personal computer monitor. By doing so, it is possible to visually grasp the state of breathing and to monitor the breathing state more clearly.

また、さらに、光ファイバ呼気センサを引き回し用POF(プラスチック光ファイバ)に接続し、両耳にかけて固定するようにすれば、長時間の使用に際しても顔から外れる可能性を極力抑えることができる。また、さらにセンサ部(湿度応答層を形成させた部分)を2つもったU字型の光ファイバ呼気センサとすれば、2つのセンサ部をそれぞれ鼻と口の位置に合わせて保持することで、鼻と口いずれによる呼吸にも対応することができる。   Furthermore, if the optical fiber breath sensor is connected to a routing POF (plastic optical fiber) and fixed to both ears, the possibility of coming off the face even when used for a long time can be minimized. Further, if a U-shaped optical fiber breath sensor having two sensor parts (parts where the humidity response layer is formed) is held, the two sensor parts are respectively held in accordance with the positions of the nose and mouth, It can handle breathing through either the nose or mouth.

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。なお、本発明はこれらにより限定されるものではない。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described. In addition, this invention is not limited by these.

[呼気センサ用光ファイバの作製]
市販のプラスチック光ファイバ(POF)のスーパーエスカ(登録商標、以下同じ)(0.5mm径、三菱レイヨン製)を25cmの長さに切り出し、鼻用のセンサ部となる部分は3cm、口用のセンサ部となる部分は2.5cmに渡って被覆を剥がした。さらに、これらセンサ部となる部分のクラッドを有機溶媒(ジオキサン等)に浸漬させることによって除去し、ポリメチルメタクリレート(PMMA)の光ファイバコアのみとした。次いで、40gのジメチルスルホキシド(DMSO)に0.48gのヒドロキシエチルセルロース(HEC)、1.44gのポリビニリデンフロライド(ポリフッ化ビニリデン、PVDF)をそれぞれ攪拌しながら溶解し、溶媒(DMSO)に対するHECが重量%濃度で1.2%、HEC:PVDF(重量混合比)=1:3の溶液を作製した(第一の実施形態)。また、同様に、40gのDMSOに0.24gのHEC、0.48g又は0.72gのPVDFをそれぞれ攪拌しながら溶解し、溶媒に対するHECの重量%濃度が0.6%、HEC:PVDF(重量混合比)=1:2(第二の実施形態)又は1:3(第三の実施形態)の溶液をそれぞれ作製した。これら3種類の溶液のそれぞれに上記のクラッドを剥がした光ファイバコアを浸漬し、さらにこの光ファイバコアを50℃で12時間、真空乾燥機内で乾燥させて溶媒を蒸発させ、3種類の呼気センサ用光ファイバを作製した。その後、呼気センサ用光ファイバの両端面を研磨して鏡面とし、一部を曲率半径1cmで折り返した構造とした。
[Production of optical fiber for breath sensor]
A commercially available plastic optical fiber (POF) Super Esca (registered trademark, the same shall apply hereinafter) (0.5 mm diameter, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) is cut into a length of 25 cm. The sensor part was peeled off over 2.5 cm. Furthermore, the clad of the part which becomes these sensor parts was removed by immersing in an organic solvent (dioxane or the like), and only an optical fiber core of polymethyl methacrylate (PMMA) was obtained. Next, 0.48 g of hydroxyethyl cellulose (HEC) and 1.44 g of polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride, PVDF) were dissolved in 40 g of dimethyl sulfoxide (DMSO) with stirring, and the HEC for the solvent (DMSO) was A solution having a weight% concentration of 1.2% and HEC: PVDF (weight mixing ratio) = 1: 3 was prepared (first embodiment). Similarly, 0.24 g of HEC, 0.48 g, or 0.72 g of PVDF was dissolved in 40 g of DMSO with stirring, and the weight percent concentration of HEC relative to the solvent was 0.6%. HEC: PVDF (weight Solutions of mixing ratio = 1: 2 (second embodiment) or 1: 3 (third embodiment) were prepared, respectively. The optical fiber core from which the above-mentioned clad has been peeled is immersed in each of these three types of solutions, and the optical fiber core is further dried in a vacuum dryer at 50 ° C. for 12 hours to evaporate the solvent. An optical fiber was prepared. Thereafter, both end faces of the breath sensor optical fiber were polished into mirror surfaces, and a part was folded back with a curvature radius of 1 cm.

[光ファイバ呼気センサの湿度応答性、呼気応答性の評価]
上述のように作製した呼気センサ用光ファイバの一端を発光ダイオード(LED)等の光源を有する光源装置に、他端をフォトダイオード(PD)等を有する受光装置に、それぞれ接続して光ファイバ呼気センサ(以下、単に呼気センサと呼ぶ)を作製した。呼気センサが接する空気中の湿度を変化させ、それに伴う透過光強度の変化を光パワーメータにて測定した。
[Evaluation of humidity response and breath response of optical fiber breath sensor]
One end of the optical fiber for the breath sensor manufactured as described above is connected to a light source device having a light source such as a light emitting diode (LED), and the other end is connected to a light receiving device having a photodiode (PD) or the like. A sensor (hereinafter simply referred to as an exhalation sensor) was produced. The humidity in the air in contact with the breath sensor was changed, and the change in transmitted light intensity was measured with an optical power meter.

この結果を図1に示す。図1に於いて、横軸は相対湿度(%)を、縦軸は透過光強度相対値を示す。透過光強度相対値は、相対湿度35%に於いて光パワーメータにより検出された透過光強度(μW)を1とした場合の各相対湿度下での透過光強度、即ち、各相対湿度に於ける透過光強度の、相対湿度35%に於ける透過光強度に対する比率を算出したものである。図1には、HEC重量%濃度が1.2%且つHEC:PVDF=1:3(黒塗り四角印)、HEC重量%濃度が0.6%且つHEC:PVDF=1:3(中抜き丸印)、HEC重量%濃度が0.6%且つHEC:PVDF=1:2(黒塗り三角印)の溶液をそれぞれ用いて形成した湿度応答層を有する上述の3種類の呼気センサの測定結果が示されている。図1から明らかなように、呼気センサの透過光強度は、相対湿度の上昇に伴って増加し、特に80%以上の高湿度下に於いて著しく増加した。即ち、通常の外気中に相当する湿度下よりも、呼気中の湿度(一般に80%以上)に相当する高湿度下に於いて、呼気センサの透過光強度は湿度変化に伴って急激に変化しており、外気の影響を受けず呼気に高感度に応答する呼気センサとしての優れた湿度応答性が示された。   The result is shown in FIG. In FIG. 1, the horizontal axis represents relative humidity (%), and the vertical axis represents the relative value of transmitted light intensity. The relative value of transmitted light intensity is the transmitted light intensity under each relative humidity when the transmitted light intensity (μW) detected by the optical power meter is 1 at 35% relative humidity, that is, at each relative humidity. The ratio of the transmitted light intensity to the transmitted light intensity at a relative humidity of 35% is calculated. FIG. 1 shows that the HEC weight percent concentration is 1.2% and HEC: PVDF = 1: 3 (black square mark), the HEC weight percent concentration is 0.6%, and HEC: PVDF = 1: 3 (outlined circle). The measurement results of the above-described three types of breath sensors having humidity response layers formed using solutions each having a HEC weight% concentration of 0.6% and HEC: PVDF = 1: 2 (black triangle mark) are shown below. It is shown. As is clear from FIG. 1, the transmitted light intensity of the breath sensor increased with an increase in relative humidity, and particularly increased under high humidity of 80% or more. In other words, the transmitted light intensity of the breath sensor changes more rapidly with changes in humidity at a high humidity corresponding to the humidity during expiration (generally 80% or more) than under the humidity corresponding to normal outside air. It showed excellent humidity responsiveness as an exhalation sensor that responds to exhalation with high sensitivity without being affected by outside air.

また、上述の呼気センサに人間の呼気を吹きかけた場合の透過光強度の時間的変化を上述の場合と同様に光パワーメータで測定した結果を図2に示した。図2に於いて、横軸は測定時間(秒、s)、縦軸は、透過光強度変化率(%)を示している。透過光強度変化率は、通常の何も呼吸をしていない状態の透過光強度を0%、呼気を吹きかけた時に変化した透過光強度の最大値を100%として、各測定時間に於ける透過光強度の割合を算出したものである。透過光強度変化率が100%となってから50%まで低下する時間を応答時間として評価すると、図2から明らかなように、呼気センサの透過光強度は、呼気の吹きかけに伴って急激に増加し、応答時間は数秒以内であった。即ち、呼吸のタイミングに合わせた迅速な透過光強度の変化が可能であることが示された。   Further, FIG. 2 shows the result of measuring the temporal change in transmitted light intensity when human breath is blown on the above-described breath sensor, using an optical power meter in the same manner as described above. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the measurement time (seconds, s), and the vertical axis indicates the transmitted light intensity change rate (%). The rate of change in transmitted light intensity is 0% for the transmitted light intensity in a state where no breathing is normal, and 100% for the maximum value of the transmitted light intensity that is changed when exhalation is blown. The ratio of light intensity is calculated. When the response time is evaluated as the response time when the rate of change in transmitted light intensity decreases from 100% to 50%, as shown in FIG. 2, the transmitted light intensity of the breath sensor increases rapidly as the breath is blown. The response time was within a few seconds. That is, it was shown that the transmitted light intensity can be quickly changed in accordance with the breathing timing.

図1及び図2より、本発明に係る呼気センサは、気体中の水分量に応じて高感度に且つ高い応答速度(短い応答時間)で透過光強度を変化させ、特に外気中よりも高い湿度下で優れた呼気センサ特性を有していることが示された。   1 and 2, the breath sensor according to the present invention changes the transmitted light intensity with high sensitivity and high response speed (short response time) according to the amount of moisture in the gas, and in particular, has a higher humidity than in the outside air. It was shown that it has excellent breath sensor characteristics below.

[光ファイバ呼気センサの表面観察]
図3、図4は、それぞれHEC重量%濃度が1.2%且つHEC:PVDF=1:3、HEC重量%濃度が0.6%且つHEC:PVDF=1:3の溶液を用いて形成した湿度応答層の表面を走査型電子顕微鏡S−3000N(日立製作所製)によって観察した結果を示している。走査型電子顕微鏡によって観察された光ファイバ呼気センサ表面をエネルギー分散型エックス線分析装置(EMAX ENERGY、株式会社堀場製作所製)を使用した元素分析に於いて、フッ素の分布状況を確認することで、PVDFの存在を確認した。即ち、図3及び図4に於いては、少なくともPVDFを含むマトリクス層が2次元或いは3次元状の白い網目状に示され(矢印A)、マトリクス層の網目の間にはHECを含む分散層が島状に分散して黒く示されている(矢印B)。
[Surface observation of optical fiber breath sensor]
FIGS. 3 and 4 were formed using solutions each having a HEC weight percent concentration of 1.2% and HEC: PVDF = 1: 3, a HEC weight percent concentration of 0.6% and HEC: PVDF = 1: 3. The result of having observed the surface of the humidity response layer with the scanning electron microscope S-3000N (made by Hitachi, Ltd.) is shown. In the elemental analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EMAX ENERGY, manufactured by HORIBA, Ltd.), the surface of the optical fiber breath sensor observed by a scanning electron microscope is used to confirm the distribution of fluorine. The existence of That is, in FIGS. 3 and 4, the matrix layer containing at least PVDF is shown as a two-dimensional or three-dimensional white mesh (arrow A), and the dispersion layer containing HEC is located between the matrix meshes. Are dispersed in islands and shown in black (arrow B).

[光ファイバ呼気センサの顔への固定]
次に、上述の呼気センサを人間の顔に固定して使用する方法について説明する。図5は、その一例を示す説明図である。呼気センサ10は、湿度応答層で被覆された鼻用センサ部12及び口用センサ部14、これらをつなぐ湾曲した湾曲部16とを有し、湾曲部16の一部は曲率半径1cmで折り曲げられている。
[Fixing optical fiber breath sensor to face]
Next, a method of using the above-described exhalation sensor fixed to a human face will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example thereof. The breath sensor 10 has a nasal sensor part 12 and a mouth sensor part 14 covered with a humidity response layer, and a curved part 16 that connects these parts, and a part of the curved part 16 is bent with a radius of curvature of 1 cm. ing.

図5に示すように、呼気センサ10の鼻用センサ部12及び口用センサ部14は、それぞれ被験者の鼻N及び口Mの前に位置するように配され、湾曲部16の折り曲げられた部分は引き回し用の紐18と接続され、両端(鼻用センサ部12又は口用センサ部14の一端)はそれぞれ引き回し用のPOF20と接続され、これら引き回し部(引き回し用の紐18及び引き回し用のPOF20)を両耳Eにかけて顎Cの下で束ねることによって顔に固定する。2本の引き回し用POF20は、それぞれ図示しない上述の発光装置又は受光装置にそれぞれ接続されている。さらに、呼気センサ10の両頬に位置する辺りをテープ等で留めることによってより強く固定することが可能であり、長時間センサを顔に取り付けていても外れる心配がなくなる。また、束ねる部分は上下に可動になっており、サイズの調整が可能となっている。   As shown in FIG. 5, the nose sensor part 12 and the mouth sensor part 14 of the breath sensor 10 are arranged so as to be located in front of the subject's nose N and mouth M, respectively, and the bent part of the bending part 16 Are connected to the drawing string 18, and both ends (one end of the nose sensor unit 12 or the mouth sensor unit 14) are respectively connected to the drawing POF 20, and these drawing parts (the drawing string 18 and the drawing POF 20). ) Over both ears E and fixed under the jaw C. The two routing POFs 20 are respectively connected to the above-described light emitting device or light receiving device (not shown). Furthermore, it is possible to fix the breath sensor 10 on both cheeks with a tape or the like so that the breath sensor 10 can be more firmly fixed. Moreover, the part to bundle is movable up and down, and the size can be adjusted.

[呼気検知システムの作製]
次に、本発明に係る呼気検知システムの一例について説明する。その概略の構成を図6に示した。図6に示す呼気検知システムは、例えば図5に示したような呼気センサ10を含む呼気センサ部30、発光部40、受光部回路50、マイコン回路60、液晶表示部70、A/D(アナログ/デジタル)変換部80、ディスプレイ部90を有する。発光部40には例えばLEDを、受光部回路50には例えばPDを利用し、これらの間に呼気センサ部30が接続されている。発光部40から呼気センサ部30に入射され、その中を通ってきた光を受光部回路50に於いて電流に変換することによって電圧を発生させる。この電圧は、上述の呼気センサの性質に応じて、呼気を吹きかけることによって透過光強度が変化することによって増減する。発生した電圧を増幅回路によって増幅し、A/D変換素子等を含むA/D変換部80を通してデジタル信号を生成することにより、呼吸による電圧の増減をパソコンモニタ等のディスプレイ部90に波形として表示できる。
[Production of exhalation detection system]
Next, an example of the breath detection system according to the present invention will be described. The schematic configuration is shown in FIG. The exhalation detection system shown in FIG. 6 includes, for example, an exhalation sensor unit 30 including an exhalation sensor 10 as shown in FIG. 5, a light emitting unit 40, a light receiving unit circuit 50, a microcomputer circuit 60, a liquid crystal display unit 70, an A / D (analog) / Digital) conversion unit 80 and display unit 90. For example, an LED is used for the light emitting unit 40 and a PD is used for the light receiving unit circuit 50, for example, and the breath sensor unit 30 is connected therebetween. The light that enters the breath sensor unit 30 from the light emitting unit 40 and passes through it is converted into a current in the light receiving unit circuit 50 to generate a voltage. This voltage is increased or decreased by changing the transmitted light intensity by blowing exhalation according to the property of the above-described exhalation sensor. The generated voltage is amplified by an amplifying circuit, and a digital signal is generated through an A / D conversion unit 80 including an A / D conversion element, thereby displaying a voltage increase / decrease due to respiration as a waveform on a display unit 90 such as a personal computer monitor. it can.

図7に、上述の呼気検知システムに於いて、呼気の吹きかけに伴う電圧変化をディスプレイ部90に波形として表示した結果の一例を示す。図7に於いて、横軸は測定時間(s)を、縦軸は呼気センサ部30への呼気の吹きかけによって発生した電圧(V)を示す。図7に於いて、上述の呼気検知システムは呼吸を高感度且つ高い応答速度で電圧の変化として検出でき、さらにこの電圧の変化を視覚的に明確に表示できることが示されている。   FIG. 7 shows an example of the result of displaying the voltage change accompanying the exhalation on the display unit 90 as a waveform in the above-described exhalation detection system. In FIG. 7, the horizontal axis represents the measurement time (s), and the vertical axis represents the voltage (V) generated by blowing exhalation to the exhalation sensor unit 30. In FIG. 7, it is shown that the above-described breath detection system can detect respiration as a change in voltage with high sensitivity and high response speed, and can further clearly display this change in voltage visually.

また、受光部回路50からの出力に対する、マイコン回路60のマイコンによるデータ処理により、例えば、無呼吸のカウント数、無呼吸状態の時間(単位:秒)、現在の電圧(単位:V)の3つの状態を液晶ディスプレイ等の液晶表示部70に表示でき、呼気検知システムによる無呼吸状態の診断が可能になる。   Further, by the data processing by the microcomputer of the microcomputer circuit 60 with respect to the output from the light receiving unit circuit 50, for example, the apnea count number, apnea time (unit: second), current voltage (unit: V) 3 The two states can be displayed on the liquid crystal display unit 70 such as a liquid crystal display, and the apnea detection system can be diagnosed by the breath detection system.

また、マイコン回路60に於けるマイコンによるデータ処理プログラムは、例えば次のようになっている。即ち、呼吸による電圧の変化量或いは変化率が、設定されたある一定の閾値を下回った場合に、無呼吸状態であると判断し、時間を計測する。その状態が10秒以上続いた場合に、無呼吸のカウントを+1とする。無呼吸状態時に呼吸によって電圧が一定の閾値を越えた場合には、無呼吸状態は直ちにリセットされる。   The data processing program by the microcomputer in the microcomputer circuit 60 is, for example, as follows. That is, when the amount of change or rate of change in voltage due to respiration falls below a certain threshold value that has been set, it is determined that the patient is in an apnea state, and the time is measured. When the state continues for 10 seconds or more, the apnea count is set to +1. If the voltage exceeds a certain threshold due to breathing during an apneic state, the apneic state is immediately reset.

以上説明したように、本発明によれば、疎水性物質と親水性物質とを含み、少なくとも疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成している湿度応答層で光ファイバコアの表面を被覆し、湿度応答層は、気体中の水分量に応じて、光ファイバコアの一端から入射した光の他端への到達量を変化させる光ファイバ呼気センサとすることによって、高感度、高応答性で、外気の湿度条件に左右されることなく呼気を検知できる。   As described above, according to the present invention, the surface of the optical fiber core is coated with a humidity response layer that includes a hydrophobic substance and a hydrophilic substance, and at least the hydrophobic substance forms a network-like matrix layer. The humidity response layer is an optical fiber breath sensor that changes the amount of light incident from one end of the optical fiber core to the other end according to the amount of moisture in the gas. The expiration can be detected without being influenced by the humidity condition of the outside air.

また、プラスチック光ファイバ呼気センサとマイコンによるデータ処理機能、液晶ディスプレイへの無呼吸カウント表示及びパソコンモニタへの波形表示機能を備えた呼気検知システムとすることによって、視覚的に呼吸の様子をモニタすることができ、またデータを保存することによって様々な診断への応用が可能となる。   In addition, the breathing state is visually monitored by providing an expiration detection system with a plastic optical fiber breath sensor and a microcomputer data processing function, an apnea count display on a liquid crystal display, and a waveform display function on a personal computer monitor. It is possible to apply to various diagnosis by storing data.

また、センサ部を2つ持ち、これらをつなぐ部分をU字に折り曲げたセンサとし、そのセンサを引き回し用POFに接続し、それを両耳にかけて固定するセンサの取り付け方法とすることによって、口と鼻の呼吸をカバーし、なおかつ長時間使用してもはずれない安定性を得ることができる。   In addition, the sensor unit has two sensor parts, the sensor connecting the two parts is a U-shaped sensor, the sensor is connected to the routing POF, and the sensor is attached to both ears. It can cover the breathing of the nose and can provide stability that does not come off even when used for a long time.

また、本発明に係る呼気センサは、高感度、高応答性であることから、被験者に直接的に接触させることなく呼吸を検知できる非接触型の呼気センサとしても利用することが可能であり、接触箇所に創傷がある被験者や意識的に接触保持し続けることが困難な新生児や乳幼児、小動物を対象とすることもでき、さらにこれらの微弱な呼吸変化をも検知することが可能である。   In addition, since the breath sensor according to the present invention is highly sensitive and highly responsive, it can also be used as a non-contact breath sensor that can detect respiration without directly contacting the subject. It is also possible to target a subject with a wound at the contact location, a newborn infant, an infant, or a small animal that is difficult to keep consciously in contact with. It is also possible to detect these slight changes in breathing.

[比較実験例]
次に、本発明に対して比較実験を行った結果を示す。
[Comparative experiment example]
Next, the result of a comparative experiment performed on the present invention will be shown.

[呼気センサ用光ファイバの作製]
市販プラスチック光ファイバのスーパーエスカ(0.5mm径、三菱レイヨン製)を25cmの長さに切り出し、鼻用のセンサ部となる部分は3cm、口用のセンサ部となる部分は2.5cmに渡って被覆を剥がした。その後、センサ部となる部分のクラッドをジオキサンに浸漬させることによって除去して、PMMAのコアのみとした。
[Production of optical fiber for breath sensor]
A commercially available plastic optical fiber Super Esca (0.5 mm diameter, manufactured by Mitsubishi Rayon) is cut to a length of 25 cm, the sensor part for the nose is 3 cm, and the sensor part for the mouth is 2.5 cm. The coating was removed. Then, the clad of the part which becomes a sensor part was removed by immersing in dioxane, and only the core of PMMA was obtained.

次いで、第一の比較例(比較例1)として、40gのDMSOに0.48gのHEC、0.32gのPVDFをそれぞれ攪拌しながら溶解し、溶媒に対するHECの濃度が重量で1.2%、HEC:PVDF(重量混合比)=3:2の溶液を作製した。作製した溶液を攪拌しながら上記のコアを浸漬した後に、真空オーブン内にて50℃、15時間乾燥させることによってPMMAのコア上に湿度応答層を形成させた呼気センサ用光ファイバを作製した。   Next, as a first comparative example (Comparative Example 1), 0.48 g of HEC and 0.32 g of PVDF were dissolved in 40 g of DMSO while stirring, and the concentration of HEC relative to the solvent was 1.2% by weight, A solution of HEC: PVDF (weight mixing ratio) = 3: 2 was prepared. After immersing the above core while stirring the prepared solution, it was dried in a vacuum oven at 50 ° C. for 15 hours to produce an optical fiber for a breath sensor in which a humidity response layer was formed on the PMMA core.

また、第二の比較例(比較例2)として、水:エタノール(重量混合比)=1:1の混合溶媒40gに、0.48gのHEC、0.32gのPVDFを混合し、溶媒に対するHECの濃度が重量で1.2%、HEC:PVDF(重量混合比)=3:2の溶液を作製した。作製した溶液を攪拌しながら上記のコアを浸漬した後に、22℃、15時間乾燥させることによってPMMAのコア上に湿度応答層を形成させた呼気センサ用光ファイバを作製した。   Further, as a second comparative example (Comparative Example 2), 0.48 g of HEC and 0.32 g of PVDF were mixed in 40 g of a mixed solvent of water: ethanol (weight mixing ratio) = 1: 1, and HEC for the solvent was mixed. A solution having a concentration of 1.2% by weight and HEC: PVDF (weight mixing ratio) = 3: 2 was prepared. After immersing the above-mentioned core while stirring the prepared solution, it was dried at 22 ° C. for 15 hours to produce an optical fiber for a breath sensor in which a humidity response layer was formed on the core of PMMA.

また、第三の比較例(比較例3)として、40gのDMSOに0.12gのHEC、0.28gのPVDFをそれぞれ攪拌しながら溶解し、溶媒に対するHECの濃度が重量で0.3%、HEC:PVDF(重量混合比)=1:2.33の溶液を作製した。作製した溶液を攪拌しながら上記のコアを浸漬した後に、真空オーブン内にて50℃、15時間乾燥させることによってPMMAのコア上に湿度応答層を形成させた呼気センサ用光ファイバを作製した。   As a third comparative example (Comparative Example 3), 0.12 g of HEC and 0.28 g of PVDF were dissolved in 40 g of DMSO while stirring, and the concentration of HEC relative to the solvent was 0.3% by weight, A solution of HEC: PVDF (weight mixing ratio) = 1: 2.33 was prepared. After immersing the above core while stirring the prepared solution, it was dried in a vacuum oven at 50 ° C. for 15 hours to produce an optical fiber for a breath sensor in which a humidity response layer was formed on the PMMA core.

[光ファイバ呼気センサの湿度応答性評価]
上述のように作製した呼気センサ用光ファイバの両端面を研磨して鏡面とし、両端をそれぞれ光源装置Photom370H−S(ハクロトニクス製)と受光装置Photom228(ハクロトニクス製)とに接続して光ファイバ呼気センサを作製し、湿度35%〜95%の範囲に於ける透過光強度変化を光パワーメータで測定した。この時、光ファイバ呼気センサは直線状態で測定した。
[Humidity response evaluation of optical fiber breath sensor]
Both ends of the breathable sensor optical fiber manufactured as described above are polished to be mirror surfaces, and both ends are connected to the light source device Photo370HS (made by Hacrotonics) and the light receiving device Photo228 (made by Hacrotonics), respectively. The change in transmitted light intensity in the range of 35% to 95% humidity was measured with an optical power meter. At this time, the optical fiber breath sensor was measured in a linear state.

比較例1及び2について、これらの湿度と透過光強度変化の相関を図8に示した。図8の横軸及び縦軸は図1と同様である。図8より、比較例1(中抜き丸印)及び比較例2(黒塗り三角印)のいずれの光ファイバ呼気センサも、湿度依存的な透過光強度を示してはいるが、高湿度付近での透過光強度変化は、図1の結果と比べて極めて小さく、高湿度下に於いて呼気を検出するためのセンサ特性は不十分であることが示されている。   For Comparative Examples 1 and 2, the correlation between humidity and transmitted light intensity change is shown in FIG. The horizontal and vertical axes in FIG. 8 are the same as those in FIG. FIG. 8 shows that both the optical fiber breath sensors of Comparative Example 1 (outlined circle mark) and Comparative Example 2 (black triangle mark) show humidity-dependent transmitted light intensity, but in the vicinity of high humidity. The change in transmitted light intensity is extremely small as compared with the result of FIG. 1, and it is shown that the sensor characteristics for detecting exhalation under high humidity are insufficient.

また、比較例3について、これらの湿度と透過光強度変化の相関を図9に示した。図9に於いて、湿度変化に対する透過光強度の変化の度合い(透過光強度変化率)は、図1に示した結果に比べて格段に小さく、HECの濃度が0.3%以下の溶液を用いて形成される湿度応答層を有する光ファイバ呼気センサは、呼気の検出には不十分であることが示されている。   For Comparative Example 3, the correlation between the humidity and the change in transmitted light intensity is shown in FIG. In FIG. 9, the degree of change in transmitted light intensity with respect to humidity change (transmitted light intensity change rate) is much smaller than the result shown in FIG. 1, and a solution having an HEC concentration of 0.3% or less is used. An optical fiber breath sensor with a humidity response layer formed using it has been shown to be insufficient for detection of breath.

[呼気センサ用光ファイバの表面観察]
次に、上述の呼気センサ用光ファイバの湿度応答層表面を走査型電子顕微鏡S−3000N(日立製作所製)によって観察した結果を図10及び図11に示す。図10及び図11より、PMMAのコア上に疎水性物質であるPVDFが粒子状に分散されていること、即ち疎水性物質は網目状には形成されず、湿度応答層表面に粒子状に形成されていることが認められる(矢印A)。疎水性物質の粒径はおよそ1μm〜10μmであった。
[Surface observation of breath sensor optical fiber]
Next, the result of having observed the humidity response layer surface of the optical fiber for breath sensors mentioned above with the scanning electron microscope S-3000N (made by Hitachi, Ltd.) is shown in FIG.10 and FIG.11. 10 and 11 that PVDF, which is a hydrophobic substance, is dispersed in the form of particles on the PMMA core, that is, the hydrophobic substance is not formed in a mesh shape, but is formed in a particle shape on the surface of the humidity response layer. (Arrow A). The particle size of the hydrophobic material was approximately 1 μm to 10 μm.

このように、湿度応答層に於いて少なくとも疎水性物質が網目状のマトリクス層を形成していない呼気センサは、高湿度下における透過光強度の応答性が小さく、外気の影響を受けやすい。   As described above, an exhalation sensor in which at least a hydrophobic substance does not form a mesh-like matrix layer in the humidity response layer has a small response to transmitted light intensity under high humidity and is easily affected by the outside air.

本発明の第一乃至第三の実施形態に係る光ファイバ呼気センサについて、相対湿度に対する透過光強度変化を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the transmitted light intensity change with respect to relative humidity about the optical fiber breath sensor which concerns on the 1st thru | or 3rd embodiment of this invention. 本発明の第一乃至第三の実施形態に係る光ファイバ呼気センサについて、呼気の吹きかけに伴う透過光強度の時間変化を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the time change of the transmitted-light intensity | strength accompanying blowing of expiration | expiration about the optical fiber breath sensor which concerns on the 1st thru | or 3rd embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態に係る光ファイバ呼気センサの湿度応答層を走査型顕微鏡で観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the humidity response layer of the optical fiber breath sensor which concerns on 1st embodiment of this invention with the scanning microscope. 本発明の第三の実施形態に係る光ファイバ呼気センサの湿度応答層を走査型顕微鏡で観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the humidity response layer of the optical fiber breath sensor which concerns on 3rd embodiment of this invention with the scanning microscope. 本発明の一実施形態に係る光ファイバ呼気センサの顔への取り付け方法を示す図である。It is a figure which shows the attachment method to the face of the optical fiber breath sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る呼気検知システムの概略の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhalation detection system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る呼気検知システムについて、呼吸に伴う電圧の時間的変化を波形として表示した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having displayed the time change of the voltage accompanying respiration as a waveform about the breath detection system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明に対する第一及び第二の比較例に係る光ファイバ呼気センサについて、相対湿度に対する透過光強度変化を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the transmitted light intensity change with respect to relative humidity about the optical fiber breath sensor which concerns on the 1st and 2nd comparative example with respect to this invention. 本発明に対する第三の比較例に係る光ファイバ呼気センサについて、相対湿度に対する透過光強度変化を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the transmitted light intensity change with respect to relative humidity about the optical fiber breath sensor which concerns on the 3rd comparative example with respect to this invention. 本発明に対する第一の比較例に係る光ファイバ呼気センサの湿度応答層を走査型顕微鏡で観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the humidity response layer of the optical fiber breath sensor which concerns on the 1st comparative example with respect to this invention with the scanning microscope. 本発明に対する第二の比較例に係る光ファイバ呼気センサの湿度応答層を走査型顕微鏡で観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the humidity response layer of the optical fiber breath sensor which concerns on the 2nd comparative example with respect to this invention with the scanning microscope.

符号の説明Explanation of symbols

10 呼気センサ、12 鼻用センサ部、14 口用センサ部、16 湾曲部、18 引き回し用紐、20 引き回し用POF、30 呼気センサ部、40 発光部、50 受光部回路、60 マイコン回路、70 液晶表示部、80 A/D変換部、90 ディスプレイ部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exhalation sensor, 12 Nasal sensor part, 14 mouth sensor part, 16 Curved part, 18 Routing string, 20 Routing POF, 30 Exhalation sensor part, 40 Light emitting part, 50 Light receiving part circuit, 60 Microcomputer circuit, 70 Liquid crystal Display unit, 80 A / D conversion unit, 90 display unit.

Claims (6)

光ファイバコアと、当該光ファイバコアの表面を被覆し、疎水性物質と親水性物質とを含む湿度応答層とを有し、
少なくとも前記疎水性物質は網目状のマトリクス層を形成し、
前記湿度応答層は、気体中の水分量に応じて、前記光ファイバコアの一端から入射した光の他端への到達量を変化させることを特徴とする呼気センサ用光ファイバ。
An optical fiber core, and a humidity response layer that covers a surface of the optical fiber core and includes a hydrophobic substance and a hydrophilic substance;
At least the hydrophobic substance forms a network-like matrix layer;
The breathing sensor optical fiber, wherein the humidity response layer changes the amount of light incident from one end of the optical fiber core to the other end in accordance with the amount of moisture in the gas.
前記親水性物質は親水性ポリマーであり、
前記疎水性物質は非水溶性材料であることを特徴とする請求項1に記載の呼気センサ用光ファイバ。
The hydrophilic substance is a hydrophilic polymer;
The breathable sensor optical fiber according to claim 1, wherein the hydrophobic substance is a water-insoluble material.
前記湿度応答層は、前記親水性ポリマーと非水溶性材料との重量混合比が1:1.5〜1:5の溶液を用いて形成されることを特徴とする請求項2に記載の呼気センサ用光ファイバ。   The breath according to claim 2, wherein the humidity response layer is formed using a solution having a weight mixing ratio of the hydrophilic polymer and the water-insoluble material of 1: 1.5 to 1: 5. Optical fiber for sensors. 前記湿度応答層は、前記親水性ポリマーが0.4重量%以上の濃度で含まれる溶液を用いて形成されることを特徴とする請求項2又は3に記載の呼気センサ用光ファイバ。   The breathable sensor optical fiber according to claim 2 or 3, wherein the humidity response layer is formed using a solution containing the hydrophilic polymer at a concentration of 0.4 wt% or more. 請求項1乃至4のいずれかに記載の呼気センサ用光ファイバを用いて呼気を検知することを特徴とする光ファイバ呼気センサ。   An optical fiber breath sensor that detects breath using the breath sensor optical fiber according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の光ファイバ呼気センサを用いることを特徴とする呼気検知システム。
An expiration detection system using the optical fiber expiration sensor according to claim 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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