JP2005505767A - 屈折率プローブ装置およびシステム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
【0001】
本発明は、一般に光ファイバに基づくセンサに関する。より詳細には、本発明は、周囲の媒質の屈折率およびその変化を検出するための光ファイバ・プローブに関する。
【背景技術】
【0002】
多くのプロセスで、流体または他の物質(すなわち、媒質)の状態の変化を検出することが必要とされる。この変化は、媒質の状態の不連続変化(例えば、液体が存在するまたはしない)または媒質の物理的または化学的性質の連続変化(例えば、溶液もしくは複合流体の1成分の濃度、または流体の温度変化)であり得る。かかる検出は、測定、制御、または試験運転および調整の実施など様々な用途で使用される。
【0003】
媒質の特性と屈折率の間に相関関係が存在するときは、様々な光学的方法によって屈折率の変動を検出することによってこれらの特性の変化を検出することが既に提案されている。光学的方法の大部分は、臨界角近くで生じる反射および屈折現象を利用することに基づいている。それらの方法は本質的に、媒質中に浸漬された透明な導光構造体を通って光を伝送し、それによって、光を構造体の壁で多重内部反射させることからなっている。多重反射によってこのように伝送された光の強度および臨界角付近でのこの強度の急激な変動を測定することにより、その媒質の屈折率を測定することが可能となる。
【0004】
屈折率を連続的に測定するために、例えば、まっすぐな透明ロッドからなるタイプのセンサがあり、その一方の端部には、明確に確定された入射角で光束をロッド内に入射させるための光学機械系を備え、他方の端部には、明確に確定された入射角で、多重内部反射によってロッドを通って伝送された光の強度を測定するための光電検出器を備える。測定する媒質中にロッドを浸漬して、伝送された光の強度を観測しながらロッド内に入射される光束の入射角を連続的に減少させる。多重反射の入射角が媒質に関する臨界角を超えたときに生じる強度の急激な落ち込みにより、臨界角を、したがって媒質の屈折率を求めることが可能となる。
【0005】
このタイプのセンサは、とりわけ、光学的手段によって平行な入射光束を確保し機械的手段によってこの光束の入射角の連続的な変化を確保しなければならない、かなり精巧な光入射システムを必要とすることから、極めて複雑であるという大きな欠点を有する。
【0006】
他の公知のセンサは、1つおよび複数の通常の光ファイバを使用している。光ファイバは通常は、ガラス製の光を伝送する光ファイバコアと、コアとは異なる屈折率を有しコアからの光損失を防止するための外側クラッド層(例えば、ドープガラス)と、外側保護層(例えば、プラスチック)とを含む。米国特許第4,851,817号、第5,005,005号、第5,995,686号および第5,026,134号に開示されているすべてのセンサがその例である。
【0007】
米国特許第4,851,817号および第5,005,005号(Brossia他)には、外側保護層およびクラッド層の一部を除去して、コアを露出させた光ファイバを有するセンサが開示されている。露出したコアには、サンドペーパなどで摩耗または砂かけすることにより細い筋(striation)が付されている。かかる発明によれば、この表面凹凸により光のファイバから周囲の媒質中への屈折が生じ、光損失量は周囲の媒質の屈折率に応じて決まる。光検出器は、そのファイバに沿って細い筋の入った部分を通って伝送された光の量を検出する。伝送された光量の変化は、周囲の媒質の変化の指標となる。
【0008】
前述のセンサの重大な欠点は、ある長さの露出したファイバ・コアを通過する際の光損失が非常に大きいことである。したがって、このセンサは、周囲の媒質の屈折率の総変化を検出できるだけである。
【0009】
米国特許第5,995,686号では、外側保護層の一部分のみを除去した、類似のセンサが開示されている。クラッド層の露出部分も、そのクラッド層を通って延びるスクラッチを付けるために、「粗面化される」。
【0010】
前述のセンサは、’817号および’005号特許で開示されたセンサより感度が高いが、センサの感度はスクラッチの特性に直接依存し、感度はセンサごとに変わり得、ほとんどの場合は実際に変わる。
【0011】
米国特許第5,026,139号では、周囲の媒質の屈折率の関数として光の制御された漏れを生じる、多孔質の薄膜金属クラッドを有する光ファイバ・コアを備えたセンサが開示されている。このセンサの欠点は、特定の分析のために異なったクラッド材料を選択しなければならないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
したがって、本発明の課題は、通常の光学系センサによって、上記で論じた欠点を克服する光ファイバ屈折率プローブを提供することである。
【0013】
本発明の別の課題は、化学反応生成物、化学溶液、溶媒および溶媒混合物、およびその他の物質を含む、多くの異なった液体および固体、およびそれらの混合物の屈折率およびその変化をin situで検出するための屈折率プローブを提供することである。
【0014】
本発明のさらに別の課題は、共沸蒸留ストリームの直接的な実時間計測をもたらす屈折率プローブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記課題、およびこれから述べ以下で明らかになる課題に従って、本発明による屈折率装置は、(i)検出領域を有するプローブ部材;ならびに(ii)屈折領域と、一方の端部に近接して配設され、前記ファイバを通って伝送された(transmitted)前記光の方向を実質的に変えるようになされた反射面とを備える、ある長さの光ファイバであって、実質的に前記プローブ部材中に配設され、屈折領域が検出領域に近接して配設されている光ファイバを備えている。
【0016】
本発明の屈折率システムは、(i)光源;(ii)検出領域を有するプローブ部材;(iii)光源からの光が伝送されるようになされたある長さの光ファイバであって、屈折率領域と、前記ファイバを通って伝送された光の方向を実質的に変更するようになされた、遠位末端に近接して配設された反射面とを備えており、実質的にプローブ拡張部内に配設されており、屈折率領域が検出領域に近接して配設されている光ファイバ;ならびに(iv)前記ファイバを通る、方向を変更された光の量を検出するための検出器、を備えている。
【0017】
本発明による媒質の屈折率を検出する方法は、(i)プローブ部材を前記媒質中に設置するステップ、ここで前記プローブ部材は、検出領域と、実質的に前記プローブ部材中に配設された、第1および第2の端部を有するある長さの光ファイバとを有し、前記光ファイバは、前記第1および第2の端部の間に配設された屈折領域と前記第2端部に近接して配設された反射面とを備えており、前記屈折領域は前記検出領域に近接して配置されている;(ii)前記光ファイバの前記第1端部に光を入射し、前記光ファイバ中を第1の方向に伝送させるステップ、その際、前記光の第1の部分が前記検出領域を通って前記媒質に透過し、伝送される;(iii)前記光の方向を、前記反射面によって前記光ファイバを通る第2の方向に変更するステップ、その際、前記光の第2の部分が前記検出領域を通って前記媒質に透過し、伝送される;(iv)前記光ファイバの前記第1端部で受光される前記光の強度を検出するステップ;ならびに(v)前記検出された光の強度を用いて、前記媒質の屈折率を決定するステップを含む。
【0018】
さらなる特徴および利点は、添付図面に図示されている本発明の好ましい実施形態についての以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。添付図面では、同じ参照符号は図面を通して同一の部分または要素を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明の屈折率プローブは、従来技術の光学に基づくセンサに伴う欠点および短所を実質的に低減または解消させる。この屈折率プローブは、通常、プローブ・コネクタと、プローブ拡張部(extension)と、光を周囲の媒質に供給するようになされた光ファイバとを含む。本明細書では、「媒質」という用語は、それだけには限定するものではないが、化学的溶液および化学配合物、溶媒および溶媒混合物、ならびに蒸留ストリーム(stream)を含めて、周囲のまたは包囲する液体もしくは固体またはそれらの混合物を意味するものとする。
【0020】
以下で詳細に論じるように、この屈折率プローブは、従来技術のセンサと比較して感度および信号対雑音比(SN比)の大幅な改善をもたらす。このプローブはまた、流体およびその他の物質の直接の、実時間「オンライン」測定および狭い通路を通る媒質へのアクセスを容易にする。
【0021】
最初に図1を参照すると、屈折率プローブ10の一実施形態の分解透視図が示されている。プローブ10は、プローブ・コネクタ12、プローブ拡張部16、および光ファイバ40を含む。図1に示されるように、プローブ拡張部16は、好ましくは実質的に同様の第1の長形部分18および第2の長形部分19を備えている。
【0022】
本発明によれば、事実上どの従来型の光ファイバでも、本発明の範囲内で使用することができる。図3に示されるように、そのようなファイバは、通常、石英ガラスなどの光を伝送(透過)するファイバ・コア41と、コア41の外への光透過を防止または制限するためのクラッド層42と、プラスチックまたは同様の材料製の外側保護層43とを備えている。本発明の好ましい一実施形態では、ファイバ40は、シリカ・コア41と、シリカまたはゲルのクラッド層42と、ポリマー(例えば、アラミド(登録商標)、テフロン(登録商標))外層43とを含む。
【0023】
当技術分野で周知のように、一般に光ファイバには、2つの異なる曲げ半径値、すなわち、瞬間半径(momentary radius)(RM)および長期半径(long term radius)(RLT)が伴っている。前述の半径は、通常、以下の式から求められる。
【0024】
式1 RM=MM×RC
上式中、
MM=瞬間係数(momentary coefficient)(または乗数)、通常は100以下、
RC=クラッド半径
式2 RLT=MLT×RC
上式中、
MLT=長期係数(long term coefficient)、通常は600以下。
【0025】
本発明によれば、本発明の光ファイバ40のクラッド半径(RC)は、10μm〜0.1cmの範囲であり得る。ただし、瞬間半径(RM)がほぼRC×100以下であり、屈折領域44(以下で詳細に論じる)の近傍の長期半径(RTL)がほぼRC×600以下であることが前提条件となる。より好ましくは、屈折領域44の近傍の長期半径は、9.5cm〜10.5cmの範囲にある。
【0026】
当技術分野でさらに周知のように、光ファイバの動作原理は、コア界面における材料の屈折率に依存する。コアが効率よく光を伝送するためには、コアをそのコアよりも低い屈折率の材料で覆わなければならない。クラッド層を除去すると、光の伝送効率は非常に悪くなる。コアを様々な媒質中に配置すると、その媒質の屈折率に応じた効率で、前記光が伝送される。媒質は、本質的に、クラッド層になる。媒質の屈折率が低いほど、多くの光がコアを通って伝送される。媒質がコアよりも高い屈折率である場合、反射は全く起こらず、すべての光が失われることになる。
【0027】
ここで図5を参照すると、本発明によれば、光ファイバ40はさらに、光を周囲に伝送(または、解放)するようになされた屈折領域44を備えている。図5に示すように、屈折領域44は、好ましくは外側の層43およびクラッド層42の一部を除去してコア41を実質的に露出させることによって形成される。本発明の好ましい一実施形態では、コア41の約20〜40%が除去されて実質的に滑らかで平坦な、好ましくは楕円形の屈折領域44を形成する。
【0028】
本発明によれば、外側の層43およびクラッド層42(好ましい一実施形態では、さらにコア41)が除去される屈折領域44の長さは、0.1〜5.0cmの範囲にある。本発明の好ましい一実施形態では、屈折領域44の長さは、実質的にプローブ拡張部16(以下で詳細に論じる)の検出領域24の長さに等しい。
【0029】
ここで図4を参照すると、光ファイバ40は、その光ファイバ40の遠端45に近接して配設されたミラー48または他の反射手段(例えば、反射面)も含む。以下で詳細に論じるように、ミラー48は、光ファイバ40を通って伝送された光を反射するように、したがって、その光の方向を変えるように、位置決めされ、適合される。
【0030】
ここで図6を参照すると、プローブ・コネクタ12の部分断面平面図が示されている。図6に示されるように、プローブ・コネクタ12は光ファイバ40を受けるようになされた貫通ルーメン13を有する。
【0031】
当業者なら理解されるように、プローブ・コネクタ12は、様々な形状を備えることができ、様々な材料から作製し得る。好ましい一実施形態では、プローブ・コネクタ12は、揮発性および/または浸食性(腐食性)材料を実質的に浸透させない、ステンレス鋼などの材料で作製される。
【0032】
次に図7Aおよび7Bを参照すると、図1および2に示したプローブ拡張部16の第1長形部分18が示されている。簡単のために、第1長形部分18のみを詳細に述べる。しかし、プローブ拡張部16の第2長形部分も、好ましくは同様の構造であること、および第1長形部分18の記述は、長形部分18、19の両方に等しく適用できることを理解されたい。
【0033】
図7Bに示されるように、プローブ拡張部16の第1長形部分18は、プローブ・コネクタ12(図2参照)の前端部14を受けるようになされたプローブ・コネクタ台座20を一端に備えている。第1長形部分18は、さらに光ファイバ40を受けるようになされた光ファイバ台座または凹部22を含む。光ファイバ台座22は、好ましくはプローブ・コネクタ台座20から第1長形部分18の遠端17まで延びている。
【0034】
次に図2および7Aを参照すると、第1長形部分18の遠端17に近接して検出領域24が配設されている。本発明によれば、検出領域24は、実質的に光ファイバ40の屈折領域44と位置合せされ、したがって、光ファイバ40の屈折領域44と協働して、光ファイバ40から周囲の媒質への光の透過(transmission)(または解放(release))を容易にする。
【0035】
次に図7Aおよび8Aを参照すると、本発明によれば、検出領域24は様々な寸法および形状をとって、0.01〜0.30cm2の範囲の「有効検出面積」を形成することができる。好ましい一実施形態では、前記検出領域24は前記屈折領域44と実質的に同様の形状であり、0.1〜5.0cm、より好ましくは1.0〜2.0cmの範囲の最大長さ、および0.01〜0.1cmの範囲の最大幅を有する。
【0036】
図7Aおよび7Bに示すように、本発明の一実施形態では、検出領域24は、対向する側面25a、25bの縁部に近接して配設された複数のスロット(またはカットアウト)26も含む。本発明によれば、スロット26は、光ファイバ40とプローブ拡張部16との有効な係合を容易にするように設計され適合されるが、この係合は好ましくは通常のエポキシ樹脂によって達成される。
【0037】
次に図8Aおよび8Bを参照すると、本発明の他の実施形態が示されており、検出領域24の対向する側面25a、25bの縁部が実質的に面取され、斜めに切られている(全体を27aで示す)。前記面取り部分27aはまた、面取り部分27aの下方部分に近接して配設された係合領域27bを含み、係合領域27bは、同様に光ファイバ40とプローブ拡張部16の係合(例えば、エポキシ接着)を容易にするようになされている。
【0038】
本発明によれば、図7Aおよび7Bに示した実施形態におけるスロット26の寸法と数(およびその角度)、および図8Aおよび8Bに示した実施形態における面取り領域27aの寸法およびその角度は、所望の屈折光パターンをもたらすように選択することができる。
【0039】
図7Aおよび8Aで記述し示したように、プローブ拡張部16の第1および第2長形部分18、19は、好ましくは同様の構造とする(すなわち、隣接面25a、25b上の実質的に相似の鏡像となる)。しかし、本発明の考えられる別の実施形態では、組立て中に光ファイバ40を受け固定するために、光ファイバの凹み22のかなりの部分を1つの部分(例えば、第1長形部分18)内に配設することができる。
【0040】
図1に戻ると、プローブ拡張部16の第1および第2長形部分18、19は、係合ねじ30を受けるようになされた、実質的に一列に並んだ複数の穴28a、28bを含む。本発明によれば、第2長形部分19上の各穴28bは、各係合ねじ30とねじ係合し、第1および第2プローブ拡張部の長形部分18、19を一緒に固定するためのねじ山を含む(図2参照)。
【0041】
当業者なら理解するように、第1および第2プローブ拡張部の長形部分18、19を固定するために、様々な追加の従来型の手段を使用することができる。そのような手段には、通常のスナップ・クロージャおよびエポキシ樹脂がある。
【0042】
本発明によれば、プローブ拡張部16は、好ましくは、ステンレス鋼、高密度ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK(商標))など実質的に化学的に不活性な高強度材料から作製される。本発明の好ましい実施形態では、プローブ拡張部16は、PEEK(商標)から作製される。
【0043】
当業者なら理解するように、実質的に露出した光ファイバを有する従来技術によるセンサとは異なり、プローブ拡張部16は、光ファイバ40のためのさらなる保護層を形成し、したがってプローブ10の衝撃抵抗を大幅に高める。
【0044】
当業者ならさらに理解するように、ガラス・コア41、ステンレス鋼プローブ・コネクタ12、およびPEEK(商標)プローブ拡張部16を使用することにより、本明細書で記述する屈折率プローブ10は、大部分の厳しい揮発性および腐食性の環境において、プローブ10の性能に悪影響を及ぼすことなく使用することができる。プローブ拡張部16は、比較的小さな断面積(例えば、0.25〜1cm2)を有し、様々な長さ(例えば、5〜100cm)を有することができるので、プローブ10は、多くの「オンライン」サイトで容易に使用できることも理解されよう。
【0045】
次に図10および11を参照して、屈折率プローブ10の動作について詳しく述べる。本発明によれば、プローブ10は、光ファイバ40を介して、アナライザ50と連絡している。図10に示すように、アナライザ50は、好ましくは光ファイバ40に光を供給するための光源52と、光ファイバ40を通って伝送され、戻ってきた光を検出し、それに対応する少なくとも1つの出力信号を発生するための検出器54と、以下で論じる、光源52、検出器54、およびビーム・スプリッタ58の動作を制御するための制御手段56とを含む。
【0046】
本発明によれば、光源52からの光(例えば、紫外/可視から近赤外まで)は、ビーム・スプリッタ58に伝送される。ビーム・スプリッタ58は、図10に示すように、アナライザ50と一体化していても、または個別の構成部品でもよい。次いで、光は、ビーム・スプリッタ58によって分割され、光ファイバ40中に入り、光ファイバ40を通って伝送される。
【0047】
光は、光ファイバ40を第1の方向(例えば、図5および11の矢印I参照)に進行して屈折領域44に達し、そこで屈折して光ファイバ40から、ミキサ(または他の「オンライン」収容手段)102(図11参照)に収容されている周囲媒質100に進む。当業者なら理解するように、屈折したまたは失われる(全体を矢印Lで示す)光の量は、媒質100の局所屈折率の関数である。
【0048】
光ファイバ40内に残っている光は、光ファイバ40の遠端45に近接して配設されたミラー48(図4参照)によって第2の方向(図5の矢印R参照)に反射され、光ファイバ40を通って戻る。したがって、反射光は、もう一度屈折領域44越しに伝送され、そこで前記光の第2の部分が、光ファイバ40および検出領域24から外に屈折し、残りの反射光は伝送されてビーム・スプリッタ58に戻る。ビーム・スプリッタ58は、次いで、反射光の方向を検出器54に向け、そこで反射光(すなわち、光の強度)に対応する出力信号が形成される。出力信号は、次いで、通常の手段で媒質100の屈折率と相関付けされる。
【0049】
実施例1で説明するように、ここで述べた「二回通過(double pass)」光ファイバ技術は、当技術分野では匹敵するもののない、少なくとも±0.005の感度レベルを実現する。この「二回通過」技術は、多ファイバ・センサと比較して信号対雑音比をも大幅に改善する。
【0050】
図10に示すように、本発明のさらなる実施形態では、アナライザ50は、検出された媒質100の特性値および他の関連情報を表示するようになされた表示手段(60で表し、想像線で示す)を含む。
【0051】
当業者なら理解するように、本発明の屈折率プローブ10は、多くの媒質(例えば、液体、化学的溶液および溶媒)の屈折率(およびその変化)を測定する直接的な実時間手段を提供する。このプローブ10は、特に(i)常圧および減圧蒸留ストリームにおける溶媒比の直接的な実時間測定法を提供し、(ii)共沸蒸留ストリーム(例えば、アセトニトリル、ジオキサン、酢酸エチル、塩化メチレン、トルエンなど、非プロトン性、極性または非極性溶媒を主として含む反応混合物からの共沸蒸留による、水またはメタノールまたはエタノールの除去)の直接的実時間測定法を提供し、(iii)蒸留した発酵飲料前駆体(例えば、バーボン、キルシュ、ラム、ウイスキー、などのエタノール−水前駆体)の直接的な実時間測定法を提供するのに有用である。本発明のプローブは、主要な化学製造業における「溶媒交換」(例えば、塩化メチレンまたはメタノールを酢酸エチルで置き換えること、塩化メチレンまたはメタノールまたはエタノールまたは酢酸エチルをジメチルホルムアミドで置き換えることなど)を監視するために使用できる。前述の用途は新規であると考えられ、したがって、本発明のさらなる態様を形成する。
【0052】
本発明のプローブは、混合装置(例えば、混合ブレード)に取り付けられるか、またはその一体化構成部品として使用できる。
【0053】
以下の実施例は、例示のためのものにすぎず、本発明の範囲を限定するものでは全くない。
【実施例1】
【0054】
以下に述べる実施例において、以下のパラメータを有する本発明の屈折率プローブを使用した:
有効検出面積=〜0.066cm2
光ファイバの長期半径=33.8cm
前述の屈折率プローブを、マグネチック・スターラ上の、屈折率が1.494のトルエンを攪拌棒と共に入れたボリューム・ビーカー中に設置した。シリンジ・ポンプを使用して、屈折率が1.370の等量の酢酸を6時間以上かけて添加した。この時間中、屈折率プローブによって測定された電圧をコンピュータに送った。
【0055】
次に図12を参照すると、屈折率プローブで測定された電圧および計算された屈折率のグラフが示されている。屈折率は、溶媒の初期屈折率(ri)を測定することにより、第2の溶媒の屈折率の容積分率を使用して計算した。すなわち
式3 ri測定値=ri出発+ri添加*(容積添加/容積合計)
図12に示したように、プローブで測定した電圧は正確にかつ有効に溶媒の屈折率を追跡する。媒質の屈折率が希釈によって減少するにつれて、光ファイバ・コアの屈折率(約1.467)から一層外れていくことがさらに見て取れる。したがって、このプローブは、より多くの光をバルク媒質中に「漏らす」。
【0056】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者は、本発明を様々な使用法および条件に適合させるために、本発明に様々な変更および改変を加えることができる。これらの変更および改変は、添付の特許請求の範囲の均等物の全範囲内に含まれるのが、当然であり、公正であり、意図されているところである。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】本発明による屈折率プローブの一実施形態の分解透視図である。
【図2】本発明による、図1に示した屈折率プローブの組立て透視図である。
【図3】従来技術の光ファイバの部分透視図である。
【図4】本発明による反射手段を示す、光ファイバの一実施形態の分解部分透視図である。
【図5】本発明による屈折領域を示す、図4に示した光ファイバの部分平面図である。
【図6】本発明によるプローブ・コネクタの部分断面平面図である。
【図7A】図7Aは本発明によるプローブ拡張部の第1長形部分の一実施形態の部分透視図である。
【図7B】図7Bは本発明による図7Aに示したプローブ拡張部第1長形部分の部分側面平面図である。
【図8A】図8Aは本発明によるプローブ拡張部の第1長形部分の別の実施形態の部分透視図である。
【図8B】図8Bは本発明による、図8Aに示したプローブ拡張部第1長形部分の部分側面平面図である。
【図9】本発明による、図7Bおよび8Bに示したプローブ拡張部の第1長形部分の端面図である。
【図10】本発明によるアナライザおよび屈折率プローブ・アセンブリの概略図である。
【図11】本発明による媒質中に浸漬した屈折率プローブの透視図である。
【図12】本発明の屈折率プローブによって検出された電圧と変化する媒質の屈折率(ri)の計算値との関係を示すグラフである。
Claims (23)
- 検出領域を有するプローブ部材と、
光が伝送されるようになされたある長さの光ファイバと
を備えた屈折率装置であって、
前記光ファイバが、第1および第2の端部を有し、かつ前記第1端部と第2端部の間に配設された屈折領域と前記第2端部に近接して配設された反射面とを備えており、前記反射面が、前記光ファイバ中を第1の方向に伝送された光の方向を、前記光ファイバを通る第2の方向に実質的に変更するようになされており、
前記光ファイバは、実質的に前記プローブ部材中に配設され、前記屈折領域が前記検出領域に近接している、屈折率装置。 - 前記光が前記光ファイバ中を前記第1の方向に伝送されるとき、前記光の第1の部分が前記屈折領域を通って伝送され、前記光が前記光ファイバ中を前記第2の方向に伝送されるとき、前記光の第2の部分が前記屈折領域を通って伝送される請求項1に記載の装置。
- 前記屈折領域の長さが、約0.1〜5.0cmの範囲にある請求項1に記載の装置。
- 前記屈折領域の幅が、約0.01〜0.1cmの範囲にある請求項1に記載の装置。
- 前記プローブ部材が、少なくとも約±0.005の感度レベルを有する請求項1に記載の装置。
- 前記プローブ部材が、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK(商標))で作製されている請求項1に記載の装置。
- 前記プローブ部材が、前記光ファイバを受けるようになされたコネクタを備える請求項1に記載の装置。
- 前記反射面がミラーを含む請求項1に記載の装置。
- 光が伝送されるようになされたある長さの光ファイバと、
前記光ファイバを受けるようになされたプローブ・コネクタと、
検出領域を有するプローブ拡張部と
を備えた屈折率装置であって、
前記光ファイバが、第1および第2の端部を有し、かつ前記第1端部と第2端部の間に配設された屈折領域と前記第2端部に近接して配設された反射面とを備えており、前記反射面が、前記光ファイバ中を第1の方向に伝送された光の方向を、前記光ファイバを通る第2の方向に実質的に変更するようになされており、
前記光ファイバは、実質的に前記プローブ拡張部内に配設され、前記屈折領域が前記検出領域に近接している、屈折率装置。 - 前記光が前記光ファイバ中を前記第1の方向に伝送されるとき、前記光の第1の部分が前記屈折領域を通って伝送され、前記光が前記光ファイバ中を前記第2の方向に伝送されるとき、前記光の第2の部分が前記屈折領域を通って伝送される請求項9に記載の装置。
- 前記検出領域の最大長さが、約0.1〜5.0cmの範囲にある請求項9に記載の装置。
- 前記検出領域の最大長さが、約1.0〜2.0cmの範囲にある請求項11に記載の装置。
- 前記検出領域の最大幅が、約0.01〜0.1cmの範囲にある請求項9に記載の装置。
- 前記プローブ拡張部が、約1cm2未満の断面積を有する請求項9に記載の装置。
- 前記屈折率の感度レベルが約±0.005の範囲にある請求項9に記載の装置。
- 前記プローブ部材が、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK(商標))で作製されている請求項9に記載の装置。
- 前記反射面がミラーを含む請求項9に記載の装置。
- 光源と、
検出領域を有するプローブ部材と、
光が伝送されるようになされたある長さの光ファイバと、
検出器と
を備えた屈折率プローブ・システムであって、
前記光ファイバが、第1および第2の端部を有し、かつ前記第1端部と第2端部の間に配設された屈折領域と前記第2端部に近接して配設された反射面とを備えており、前記反射面が、前記光ファイバ中を第1の方向に伝送された光の方向を、前記光ファイバを通る第2の方向に実質的に変更するようになされており、前記光ファイバは、実質的に前記プローブ部材中に配設され、前記屈折領域が前記検出領域に近接しており、
前記検出器は、前記光ファイバと連絡しており、前記光ファイバ中を前記第2の方向に伝送された光の量を検出するためのものである、屈折率プローブ・システム。 - 前記光が前記光ファイバ中を前記第1の方向に伝送されるとき、前記光の第1の部分が前記屈折領域を通って伝送され、前記光が前記光ファイバ中を前記第2の方向に伝送されるとき、前記光の第2の部分が前記屈折領域を通って伝送される請求項18に記載のプローブ・システム。
- 前記検出領域の最大長さが、約1.0〜2.0cmの範囲にある請求項18に記載のプローブ・システム。
- 前記検出領域の最大幅が、約0.01〜0.1cmの範囲にある請求項18に記載のプローブ・システム。
- 前記屈折率プローブ・システムが、約±0.005の範囲の感度レベルを有する請求項18に記載のプローブ・システム。
- 媒質の屈折率を検出する方法であって、
プローブ部材を前記媒質中に設置するステップ、ここで、前記プローブ部材は、検出領域と、実質的に前記プローブ部材中に配設された、第1および第2の端部を有するある長さの光ファイバとを有し、前記光ファイバは、前記第1および第2の端部の間に配設された屈折領域と前記第2端部に近接して配設された反射面とを備えており、前記屈折領域が前記検出領域に近接して配置されている;
前記光ファイバの前記第1端部に光を入射し、前記光ファイバ中を第1の方向に伝送させるステップであって、前記光の第1の部分が前記検出領域を通って前記媒質に透過し、伝送されるステップ;
前記光の方向を、前記反射面によって前記光ファイバを通る第2の方向に変更するステップであって、前記光の第2の部分が前記検出領域を通って前記媒質に透過し、伝送されるステップ;
前記光ファイバの前記第1端部で受光される前記光の強度を検出するステップと、
前記検出された光の強度を用いて、前記媒質の屈折率を決定するステップと
を含む方法。
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