JP2006170709A - Sensor head connection method for optical fiber sensor system and its device - Google Patents

Sensor head connection method for optical fiber sensor system and its device Download PDF

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Hisayuki Sekine
悠超 関根
Toshiaki Kuroba
敏明 黒羽
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吉田  誠
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make only a sensor head disposable, thereby reducing the operation cost of a sensor system in its entirety. <P>SOLUTION: In this sensor head connection device 1 or 2 for an optical fiber sensor system, empty ferrules 15, 15a and 15b are mounted on connectors 11, 11a and 11b fitted with optical fibers and provided on the system body 10 side, with connection end parts 32, 32a and 32b insertable thereinto and extractable therefrom of an optical fiber 31 provided on the sensor head 30 side, via adapters 20, 20a and 20b with built-in sleeves capable of keeping other ferrules coaxially in contact therewith on ends of ferrules 12, 12a and 12b with optical fibers 13, 13a and 13b of the connector housed therein. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、例えば、光ファイバSPR(Surface Plasmon Resonance)センサシステムに用いて好適な光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法と、センサヘッド接続装置に関するものである。   The present invention relates to a sensor head connection method and a sensor head connection device of an optical fiber sensor system suitable for use in, for example, an optical fiber SPR (Surface Plasmon Resonance) sensor system.

近年、表面プラズモン共鳴(SPR:Surface Plasmon Resonance)を利用したセンサ(SPRセンサ)が注目されている。SPRセンサは、近接場光学を用いて屈折率を測定するセンサ(屈折率センサ)であり、タンパク質、DNA、抗原抗体を高感度で検出できるため、バイオ、医療の分野で応用されている。   In recent years, a sensor (SPR sensor) using surface plasmon resonance (SPR) has attracted attention. The SPR sensor is a sensor (refractive index sensor) that measures the refractive index using near-field optics, and can detect proteins, DNA, and antigen antibodies with high sensitivity, and is therefore applied in the fields of biotechnology and medicine.

また、SPRセンサは、センサの表面状態(屈折率)に敏感なため、センサ表面で起きる反応をリアルタイムで検出できるとともに、センサ表面と接する媒体(ガス、液体など)の成分の種類や濃度の違いによる微量な変化を検出できることから、物質の同定や物質濃度の測定用センサとしての応用も期待されている。   In addition, since the SPR sensor is sensitive to the surface state (refractive index) of the sensor, the reaction occurring on the sensor surface can be detected in real time, and the types and concentrations of components of the medium (gas, liquid, etc.) in contact with the sensor surface are different. Therefore, it is expected to be applied as a sensor for substance identification and substance concentration measurement.

図23を用いて、SPRセンサの測定原理について説明する。このSPRセンサは、ガラス基板101の表面に金を蒸着等で堆積させて金属薄膜102を成膜したものであり、ガラス基板101の裏面から入射角θでレーザ光を入射し、その反射光量を受光素子(図示せず)で測定するものである。   The measurement principle of the SPR sensor will be described with reference to FIG. In this SPR sensor, gold is deposited on the surface of the glass substrate 101 by vapor deposition or the like to form a metal thin film 102. Laser light is incident at an incident angle θ from the back surface of the glass substrate 101, and the amount of reflected light is measured. Measurement is performed with a light receiving element (not shown).

このようなSPRセンサの金属薄膜102上に、被測定試料として例えばタンパク質、ペプチド、DNA、ホルモン等の有機化合物からなる媒質103(屈折率n)を固定しておくと、レーザ光の入射によりガラス基板101と金属薄膜102との境界面に発生するエバネセント波(evanescent wave)によって、金属薄膜102と媒質103との境界面に表面プラズモンが励起される。   When a medium 103 (refractive index n) made of an organic compound such as protein, peptide, DNA, hormone or the like is fixed as a sample to be measured on the metal thin film 102 of such an SPR sensor, the glass is irradiated by laser light. Surface plasmons are excited at the boundary surface between the metal thin film 102 and the medium 103 by an evanescent wave generated at the boundary surface between the substrate 101 and the metal thin film 102.

このとき、媒質103上で抗原抗体反応が起きると、媒質103の誘電率εが変化して、エバネセント波の平面方向の波数と表面プラズモンの平面方向の波数とが一致し、共鳴現象が発生するとともに、共鳴角度も変化する。   At this time, when an antigen-antibody reaction occurs on the medium 103, the dielectric constant ε of the medium 103 changes, the wave number in the plane direction of the evanescent wave matches the wave number in the plane direction of the surface plasmon, and a resonance phenomenon occurs. Along with this, the resonance angle also changes.

このエバネセント波と表面プラズモンとの共鳴現象の発生と、共鳴角度の変化にともなって、屈折率も変化する。すなわち、媒質103が反応したときのみ反射光が急峻に減衰するため、この反射光を測定することで、反応の有無を知ることができる。   As the resonance phenomenon between the evanescent wave and the surface plasmon occurs and the resonance angle changes, the refractive index also changes. That is, since the reflected light abruptly attenuates only when the medium 103 reacts, the presence or absence of the reaction can be known by measuring the reflected light.

このように、SPRセンサは、抗原抗体反応をノンラベルで、かつ、リアルタイムでモニタリングできるものである。これを利用して、SPRセンサ表面に溶液を流しながら、選択的にサンプルを混入することで、共鳴角度の変化を経時的に測定して、分子間相互作用を解析することができる。   As described above, the SPR sensor can monitor the antigen-antibody reaction in a non-label and in real time. By utilizing this, a sample is selectively mixed while flowing a solution on the surface of the SPR sensor, whereby a change in resonance angle can be measured over time to analyze an intermolecular interaction.

また、任意のタンパク質を金属薄膜102上に固定し、このレセプタと作用するリガンドアッセイをSPRセンサ表面に流すと、共鳴角度が大きく変化する。このような現象を利用して、様々なタンパク質や化合物の群からレセプタ・リガンドの対を調査したり、組合せの反応速度を解析したりすることができる。   In addition, when an arbitrary protein is immobilized on the metal thin film 102 and a ligand assay that acts on this receptor flows on the surface of the SPR sensor, the resonance angle changes greatly. By utilizing such a phenomenon, it is possible to investigate receptor / ligand pairs from various protein and compound groups and to analyze the reaction rate of the combination.

ところが、このようなSPRセンサは、2次元の薄膜を利用するため、測定のための光学系が複雑になり、装置が複雑で大型化し、それにともなって必然的に高価になるなどの問題がある。   However, since such an SPR sensor uses a two-dimensional thin film, the optical system for measurement becomes complicated, the apparatus becomes complicated and large, and accordingly there is a problem that it is necessarily expensive. .

そこで、最近では、こうした問題を解決するものとして、光ファイバを用いたSPRセンサが開発されている。このような光ファイバを用いたSPRセンサとしては、反射型のもの(例えば、特許文献1参照)と、透過型のもの(例えば、特許文献2、3参照)とがある。   Therefore, recently, an SPR sensor using an optical fiber has been developed as a solution to such a problem. As an SPR sensor using such an optical fiber, there are a reflective type (for example, see Patent Document 1) and a transmission type (for example, see Patent Documents 2 and 3).

図24は、透過型の光ファイバSPRセンサの一例を示す。このバイオセンサ110aは、2種類の異なるコア径を有する光ファイバを接続し、センサ部分となる光ファイバの外周に金属薄膜層を設けたものである。すなわち、コア111とクラッド112からなる第1の光ファイバと、コア113とクラッド114からなる第2の光ファイバを用意し、第2の光ファイバの両端に第1の光ファイバを融着接続し、この融着接続部と第2の光ファイバの外周に金属薄膜115が設けられた構成のものである。   FIG. 24 shows an example of a transmission type optical fiber SPR sensor. In this biosensor 110a, two types of optical fibers having different core diameters are connected, and a metal thin film layer is provided on the outer periphery of the optical fiber serving as a sensor portion. That is, a first optical fiber consisting of a core 111 and a clad 112 and a second optical fiber consisting of a core 113 and a clad 114 are prepared, and the first optical fiber is fused and connected to both ends of the second optical fiber. The metal thin film 115 is provided on the outer periphery of the fusion splicing portion and the second optical fiber.

この構成によれば、金属薄膜115上に被測定試料を配置し、光ファイバに検査光を入射すると、クラッド114と金属薄膜115の境界面116にエバネセント波が発生し、このエバネセント波により被測定試料と金属薄膜115の境界面に表面プラズモンが発生する。そしてこれらの波数の一致により共鳴現象が起き共鳴角度が変化する。これにともない屈折率も変化するので、この特性から反応の有無を知ることができる。またこの構成によれば、屈折率特性の変化から被測定試料の濃度を検出できる他、簡単かつ容易な製造方法でバイオセンサを実現することができるという利点がある。   According to this configuration, when a sample to be measured is disposed on the metal thin film 115 and inspection light is incident on the optical fiber, an evanescent wave is generated at the boundary surface 116 between the clad 114 and the metal thin film 115, and the object to be measured is generated by the evanescent wave. Surface plasmons are generated at the interface between the sample and the metal thin film 115. A resonance phenomenon occurs due to the coincidence of these wave numbers, and the resonance angle changes. Since the refractive index also changes with this, the presence or absence of reaction can be known from this characteristic. Further, according to this configuration, there is an advantage that the biosensor can be realized by a simple and easy manufacturing method in addition to detecting the concentration of the sample to be measured from the change in the refractive index characteristics.

図25は、透過型の光ファイバSPRセンサの別の例を示す。このバイオセンサ110bは、長尺の光ファイバのクラッド層112の一部を除去してコア111を露出させ、このコア111の表面に金属薄膜115を設けたものである。このようなバイオセンサ110bも、上記バイオセンサ110aと同様に、被測定試料と金属薄膜115の境界面で発生した表面プラズモン共鳴現象により、所定の入射角に対する反射光強度が減衰するため、この減衰特性から被測定試料の屈折率を知ることができ、ひいては抗原抗体反応の有無を知ることができる。   FIG. 25 shows another example of a transmission type optical fiber SPR sensor. In this biosensor 110b, a part of the clad layer 112 of a long optical fiber is removed to expose the core 111, and a metal thin film 115 is provided on the surface of the core 111. Similarly to the biosensor 110a, the biosensor 110b also attenuates the reflected light intensity with respect to a predetermined incident angle due to the surface plasmon resonance phenomenon generated at the interface between the sample to be measured and the metal thin film 115. The refractive index of the sample to be measured can be known from the characteristics, and as a result, the presence or absence of the antigen-antibody reaction can be known.

図26は、透過型の光ファイバSPRセンサのさらに別の例を示す。このバイオセンサ120は、長尺の光ファイバ121のクラッド層の一部を除去してコアを露出させ、露出したコアファイバ部を金属層122で被覆して検出部を形成し、この検出部に生化学反応測定用の試料を載置して、光ファイバ121の端からレーザ光を入射させた際に検出部の金属層122に励起されるプラズモン共鳴を利用して試料における生化学反応の有無を検出するものである。この構成によれば、単純な構造で精度良く生化学反応の有無を判定することができる。   FIG. 26 shows still another example of the transmission type optical fiber SPR sensor. In this biosensor 120, a part of the cladding layer of the long optical fiber 121 is removed to expose the core, and the exposed core fiber part is covered with the metal layer 122 to form a detection part. Presence or absence of biochemical reaction in the sample using plasmon resonance excited by the metal layer 122 of the detection unit when a sample for biochemical reaction measurement is placed and laser light is incident from the end of the optical fiber 121 Is detected. According to this configuration, it is possible to accurately determine the presence or absence of a biochemical reaction with a simple structure.

図27は、反射型の光ファイバSPRセンサの一例を示す。このバイオセンサ130は、コアファイバ部134とこの外周を覆うクラッド層133で構成される光ファイバであって、この光ファイバの先端クラッド層133が除去され、これにより露出したコアファイバ部134の外周に金属層135が設けられている。この金属層135の外周にはさらに光ファイバの軸方向と平行に、被検出対象に対して感受性を有する感受性誘電体層132と非感受性誘電体層131が設けられている。   FIG. 27 shows an example of a reflective optical fiber SPR sensor. The biosensor 130 is an optical fiber composed of a core fiber portion 134 and a cladding layer 133 covering the outer periphery, and the outer periphery of the core fiber portion 134 exposed by removing the tip cladding layer 133 of the optical fiber is removed. Is provided with a metal layer 135. On the outer periphery of the metal layer 135, a sensitive dielectric layer 132 and a non-sensitive dielectric layer 131 that are sensitive to the detection target are further provided in parallel with the axial direction of the optical fiber.

この構成によれば、図24〜図26に示した透過型のセンサと同様に、感受性誘電体層132に抗原や抗体を固定化しておくことで、被検査試料が反応した場合にプラズモン共鳴による反射光強度が変化するので、この変化から被測定試料の屈折率を知ることができ、ひいては抗原抗体反応の有無を知ることができる。また、透過型のセンサに比べてセンサ部分を小さくすることができるという利点がある。
特開平11−223597号公報 特開2002−350335号公報 特開2003−57175号公報
According to this configuration, as in the transmission type sensor shown in FIGS. 24 to 26, by immobilizing an antigen or an antibody on the sensitive dielectric layer 132, plasmon resonance occurs when the sample to be tested reacts. Since the reflected light intensity changes, it is possible to know the refractive index of the sample to be measured from this change, and thus the presence or absence of the antigen-antibody reaction. In addition, there is an advantage that the sensor portion can be made smaller than the transmission type sensor.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-223597 JP 2002-350335 A JP 2003-57175 A

しかしながら、上記のような従来の光ファイバSPRセンサには、次のような課題があった。   However, the conventional optical fiber SPR sensor as described above has the following problems.

すなわち、図24〜図26に示した透過型のバイオセンサ110a,110b,120は、金属薄膜115が設けられたセンサ部の直線状態を維持して検査する必要があり、センサ部が大きくなる。また、センサ部を覆う特別な測定容器が必要となるので、装置全体が大型化する。   That is, the transmission-type biosensors 110a, 110b, and 120 shown in FIGS. 24 to 26 need to be inspected while maintaining the linear state of the sensor unit provided with the metal thin film 115, and the sensor unit becomes large. In addition, since a special measurement container that covers the sensor unit is required, the entire apparatus is increased in size.

このようにセンサ部分が大きいと、例えば試験管内の液体試料を検査したい場合や、人体内部に挿入して検査を行いたい場合に、センサを挿入できず使用範囲が限られる。   When the sensor portion is large in this way, for example, when it is desired to inspect a liquid sample in a test tube or when it is desired to be inserted into a human body for inspection, the sensor cannot be inserted and the range of use is limited.

一方、図27に示した反射型のバイオセンサ130は、コアファイバ部134内で複数回反射されたレーザ光を検出するため、光強度の測定が困難であり、プラズモン共鳴による光吸収がどのような条件で生じているのか判定しにくい。   On the other hand, the reflection-type biosensor 130 shown in FIG. 27 detects the laser light reflected a plurality of times in the core fiber part 134, so that it is difficult to measure the light intensity, and how light absorption by plasmon resonance occurs. It is difficult to determine whether it occurs under various conditions.

また、光ファイバの出射端から出力された光を検出する検出素子として、ビームスプリッタやカプラ等が必要になるため、これら検出素子を利用することにより生じる光減衰にともなう感度の低下を避けられず、また、装置全体が小型化できない。   In addition, since a beam splitter, a coupler, or the like is required as a detection element for detecting the light output from the output end of the optical fiber, it is inevitable that the sensitivity is lowered due to light attenuation caused by using these detection elements. In addition, the entire apparatus cannot be reduced in size.

そのうえ、透過型、反射型いずれの場合も、センサ部は被測定物に直接触れるものであるため、使用するたびに洗浄して繰り返し使うか、または、使い捨てにする必要がある。   In addition, in both the transmissive type and the reflective type, the sensor unit directly touches the object to be measured. Therefore, the sensor unit needs to be washed and reused every time it is used, or disposable.

ところが、センサ部を繰り返し使うには、使用するたびに洗浄しなければならないため、手間がかかって不便であり、また、センサ部を1回限りで使い捨てにするには、コストが嵩むため、センサシステム全体の運用にも支障をきたす虞れがある。   However, since the sensor unit must be cleaned each time it is used repeatedly, it is troublesome and inconvenient, and the cost of using the sensor unit only once is high. There is a risk that the operation of the entire system may be hindered.

この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、センサヘッドだけをディスポーザブルにすることが可能で、それにより、センサシステム全体の運用コストを低減することのできる光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法およびその装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to dispose only the sensor head, thereby reducing the operation cost of the entire sensor system. It is an object of the present invention to provide a sensor head connection method and an apparatus therefor.

この発明の請求項1に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法は、光ファイバセンサシステムにセンサヘッドを接続する方法であって、システム本体側に備えた光ファイバ付きコネクタに、当該コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、空のフェルールを取り付け、前記空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部を挿入して、前記コネクタのフェルールに収容された光ファイバと光学的に接続することを特徴とするものである。   A sensor head connection method for an optical fiber sensor system according to a first aspect of the present invention is a method for connecting a sensor head to an optical fiber sensor system, wherein an optical fiber connector provided on the system body side is connected to an optical fiber of the connector. An empty ferrule is attached to the tip of the ferrule containing the fiber via an adapter with a built-in sleeve that can be held against another ferrule coaxially, and the connection end of the optical fiber provided on the sensor head side to the empty ferrule And optically connected to the optical fiber accommodated in the ferrule of the connector.

この発明の請求項2に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法は、光ファイバセンサシステムにセンサヘッドを接続する方法であって、システム本体側に備えた一対の光ファイバ付きコネクタに、当該各コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、一対の空のフェルールをそれぞれ取り付け、前記一対の空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの一対の接続端部をそれぞれ挿入して、前記一対のコネクタのフェルールに収容された光ファイバと光学的に接続することを特徴とするものである。   A sensor head connection method for an optical fiber sensor system according to claim 2 of the present invention is a method for connecting a sensor head to an optical fiber sensor system, wherein a pair of optical fiber connectors provided on the system main body side is connected to each of the connectors. A pair of empty ferrules are respectively attached to the tip of the ferrule containing the optical fiber of the connector through a sleeve built-in adapter that can be held in contact with another ferrule coaxially. A pair of connection end portions of the provided optical fiber are respectively inserted and optically connected to the optical fiber accommodated in the ferrule of the pair of connectors.

この発明の請求項3に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法は、請求項2記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法において、センサヘッド側に備えた光ファイバの前記一対の接続端部は、システム本体側からセンサヘッド側への入射光ラインと、センサヘッド側からシステム本体側への出射光ラインとに分離されていることを特徴とするものである。   A sensor head connection method for an optical fiber sensor system according to a third aspect of the present invention is the sensor head connection method for an optical fiber sensor system according to the second aspect, wherein the pair of connection end portions of the optical fiber provided on the sensor head side. Is separated into an incident light line from the system main body side to the sensor head side and an outgoing light line from the sensor head side to the system main body side.

この発明の請求項4に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置は、光ファイバセンサシステムにセンサヘッドを接続する装置であって、システム本体側に備えた光ファイバ付きコネクタに、当該コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部を挿抜可能な空のフェルールを取り付けた、ことを特徴とするものである。   A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to a fourth aspect of the present invention is a device for connecting a sensor head to an optical fiber sensor system, and an optical fiber connector provided on the system main body side is connected to an optical fiber of the connector. An empty ferrule capable of inserting and removing the connection end of the optical fiber provided on the sensor head side is attached to the tip of the ferrule containing the fiber via a sleeve built-in adapter that can hold another ferrule coaxially. It is characterized by.

この発明の請求項5に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置は、請求項4記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置において、前記空のフェルールのフランジ部材に、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部を挿入する際のガイドとなるガイド部材を備えたことを特徴とするものである。   A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to a fifth aspect of the present invention is the sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to the fourth aspect, wherein the flange member of the empty ferrule is provided on the sensor head side. A guide member is provided as a guide when the connection end of the optical fiber is inserted.

この発明の請求項6に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置は、請求項4または請求項5記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置において、前記空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部をその先端が前記コネクタのフェルールに収容された光ファイバと光学的に接続されるまで挿入した位置で、当該挿入した光ファイバのケーブルと、前記空のフェルールのフランジ部材または前記ガイド部材とを着脱可能に固定する固定部材を備えたことを特徴とするものである。   A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to a sixth aspect of the present invention is the sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to the fourth or fifth aspect, wherein the empty ferrule is provided on the sensor head side. The inserted optical fiber cable and the flange member of the empty ferrule at a position where the connection end of the optical fiber is inserted until its tip is optically connected to the optical fiber housed in the ferrule of the connector. Alternatively, a fixing member that detachably fixes the guide member is provided.

この発明の請求項7に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置は、光ファイバセンサシステムにセンサヘッドを接続する装置であって、システム本体側に備えた2連の光ファイバ付きコネクタに、当該各コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、センサヘッド側に備えた光ファイバの一対の接続端部を挿抜可能な一対の空のフェルールをそれぞれ取り付けた、ことを特徴とするものである。   A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to a seventh aspect of the present invention is a device for connecting a sensor head to an optical fiber sensor system, and is connected to two connectors with optical fibers provided on the system body side. A pair of connection end portions of the optical fiber provided on the sensor head side can be inserted / removed via an adapter with a built-in sleeve that can coaxially hold another ferrule against the tip of the ferrule containing the optical fiber of each connector. It is characterized by the fact that each empty ferrule is attached.

この発明の請求項8に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置は、請求項7記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置において、前記センサヘッドは光ファイバをU字形に湾曲させたセンサプローブを有し、当該センサプローブの両端に前記一対の接続端部が連なることを特徴とするものである。   A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to an eighth aspect of the present invention is the sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to the seventh aspect, wherein the sensor head is a sensor probe in which an optical fiber is bent in a U-shape. The pair of connection end portions are connected to both ends of the sensor probe.

この発明の請求項9に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置は、請求項7記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置において、前記一対の空のフェルールのフランジ部材に、センサヘッド側に備えた光ファイバの一対の接続端部を挿入する際のガイドとなるガイド部材をそれぞれ備えたことを特徴とするものである。   A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to a ninth aspect of the present invention is the sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to the seventh aspect, wherein the flange member of the pair of empty ferrules is arranged on the sensor head side. Each is provided with a guide member that serves as a guide for inserting a pair of connection end portions of the provided optical fiber.

この発明の請求項10に係る光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置は、請求項7または請求項9記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置において、前記一対の空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの一対の接続端部をその先端が前記2連のコネクタのフェルールに収容された光ファイバとそれぞれ光学的に接続されるまで挿入した位置で、当該挿入した一対の光ファイバのケーブルと、前記一対の空のフェルールのフランジ部材または前記ガイド部材とを着脱可能に固定する固定部材を備えたことを特徴とするものである。   A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to a tenth aspect of the present invention is the sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to the seventh or ninth aspect, wherein the pair of empty ferrules is connected to the sensor head side. A pair of connecting end portions of the optical fiber provided at the position where the tip ends are optically connected to the optical fibers accommodated in the ferrules of the two connectors, respectively. A fixing member that detachably fixes the cable and the flange member of the pair of empty ferrules or the guide member is provided.

この発明は以上のように、システム本体側に備えた光ファイバ付きコネクタに、当該コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、空のフェルールを取り付け、前記空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部を挿入して、前記コネクタのフェルールに収容された光ファイバと光学的に接続するように構成したので、センサヘッドだけをディスポーザブルにすることが可能で、それにより、センサシステム全体の運用コストを低減することができる効果がある。   As described above, the present invention provides a connector with an optical fiber provided on the system main body side, via a sleeve built-in adapter that can hold another ferrule coaxially against the tip of the ferrule that houses the optical fiber of the connector, Since an empty ferrule was attached, and the connection end of the optical fiber provided on the sensor head side was inserted into the empty ferrule so that it was optically connected to the optical fiber accommodated in the ferrule of the connector. Only the sensor head can be made disposable, thereby reducing the operation cost of the entire sensor system.

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1〜図7は、この発明による光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置の一実施形態を示し、この光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置1は、図1に示すように、システム本体10側に備えた光ファイバ付きコネクタ11に、センサヘッド30側に備えた光ファイバ31の接続端部32を接続するものである。   1 to 7 show an embodiment of a sensor head connecting device of an optical fiber sensor system according to the present invention. The sensor head connecting device 1 of the optical fiber sensor system is a system main body 10 side as shown in FIG. The connection end portion 32 of the optical fiber 31 provided on the sensor head 30 side is connected to the connector 11 with the optical fiber provided in FIG.

そのため、光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置1は、図2、図3に示すように、コネクタ11に、このコネクタ11の光ファイバ13を収容したフェルール12の先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタ20を介して、光ファイバ31の接続端部32を挿抜可能な空のフェルール15を取り付けてある。   Therefore, the sensor head connecting device 1 of the optical fiber sensor system, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, projects another ferrule on the connector 11 coaxially with the tip of the ferrule 12 that houses the optical fiber 13 of the connector 11. An empty ferrule 15 into which the connection end portion 32 of the optical fiber 31 can be inserted and removed is attached via the adapter 20 with a built-in sleeve that can be held against.

すなわち、スリーブ内蔵アダプタ20は、図2〜図5に示すように、フェルール12,15の外径寸法に必要最小限のクリアランスを持って適合する内径寸法を有する円筒形のスリーブ21と、フェルール12,15を向かい合わせにして突き当てたときの合計長さより僅かに短い全長を有する金属パイプ22とで構成される。   That is, as shown in FIGS. 2 to 5, the adapter 20 with a built-in sleeve includes a cylindrical sleeve 21 having an inner diameter dimension that fits the outer diameter dimension of the ferrules 12 and 15 with a necessary minimum clearance, and the ferrule 12. , 15 and the metal pipe 22 having a total length slightly shorter than the total length when abutted against each other.

金属パイプ22は、両端部にフェルール12,15を比較的充分なクリアランスを持って挿通可能な開口23を備え、両開口23,23間に、開口23より大径で、スリーブ21の外径寸法に実質的に等しい内径寸法を有する円筒形の中空部24を備えている。   The metal pipe 22 has openings 23 through which the ferrules 12 and 15 can be inserted at both ends with a relatively sufficient clearance. The diameter of the sleeve 21 is larger than the opening 23 between the openings 23 and 23. And a hollow cylindrical portion 24 having an inner diameter dimension substantially equal to.

スリーブ21は、金属パイプ22の中空部24の長さより僅かに短い全長を有するものであり、また、金属パイプ22は、2分割して差し込み可能に構成してある。そのため、金属パイプ22を割った状態で中空部24内にスリーブ21を収容したのち、金属パイプ22を差し込むことで、スリーブ内蔵アダプタ20を組み立てることができる(図4、図5参照)。   The sleeve 21 has an overall length that is slightly shorter than the length of the hollow portion 24 of the metal pipe 22, and the metal pipe 22 is configured to be insertable into two parts. Therefore, after accommodating the sleeve 21 in the hollow portion 24 with the metal pipe 22 broken, the adapter 20 with a built-in sleeve can be assembled by inserting the metal pipe 22 (see FIGS. 4 and 5).

スリーブ内蔵アダプタ20が組み立て状態にあるとき、スリーブ21は、金属パイプ22の両端のどちらにも偏らずにほぼ中央に位置し、また、スリーブ21の軸線は、金属パイプ22の軸線とほぼ一致する位置にある。   When the adapter with a built-in sleeve 20 is in an assembled state, the sleeve 21 is positioned substantially in the center without being biased to either end of the metal pipe 22, and the axis of the sleeve 21 substantially coincides with the axis of the metal pipe 22. In position.

金属パイプ22の外径寸法は、2分割される一方が、コネクタ11の内部でフェルール12の周囲に形成される円筒形の溝穴14に所定深さまで差し込んで固定されるため、この所定深さ分だけが溝穴14に収容可能な薄さに形成されるが、溝穴14から突出する部分の外径寸法にはこのような制約はない。   One of the outer diameter dimensions of the metal pipe 22 is divided into two parts, and is inserted into a cylindrical slot 14 formed around the ferrule 12 inside the connector 11 to be fixed to a predetermined depth. Only the portion is formed to be thin enough to be accommodated in the slot 14, but there is no such restriction on the outer diameter of the portion protruding from the slot 14.

これをまとめると、スリーブ内蔵アダプタ20の各部の寸法は、つぎのように決められている。   In summary, the dimensions of each part of the adapter 20 with a built-in sleeve are determined as follows.

すなわち、図6に示すように、コネクタ11の溝穴14に差し込む端部とは反対側の端部から、フェルール15をそのフランジ部材16が金属パイプ22の端部に当たるまでスリーブ21に挿通したうえ、図7に示すコネクタ11の溝穴14に差し込むと、所定深さに達する直前にフェルール12,15どうしが突き当って密着したのち、フェルール15が僅かに戻されてフランジ部材16が金属パイプ22の端部から離れた位置で、所定深さに達して固定される(図2参照)。   That is, as shown in FIG. 6, the ferrule 15 is inserted into the sleeve 21 from the end opposite to the end inserted into the slot 14 of the connector 11 until the flange member 16 hits the end of the metal pipe 22. 7, when inserted into the slot 14 of the connector 11 shown in FIG. 7, the ferrules 12 and 15 come into contact with each other immediately before reaching a predetermined depth, and then the ferrule 15 is slightly returned and the flange member 16 is moved to the metal pipe 22. At a position away from the end of the plate, it reaches a predetermined depth and is fixed (see FIG. 2).

そして、この状態のとき、スリーブ21のほぼ中央位置で、フェルール12,15どうしが突き当って密着している。   In this state, the ferrules 12 and 15 abut against each other and are in close contact with each other at substantially the center position of the sleeve 21.

また、光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置1は、フェルール15のフランジ部材16に、センサヘッド30側に備えた光ファイバ31の接続端部32を挿入する際のガイドとなるガイドパイプ17を備えている。   Further, the sensor head connection device 1 of the optical fiber sensor system includes a guide pipe 17 serving as a guide when the connection end portion 32 of the optical fiber 31 provided on the sensor head 30 side is inserted into the flange member 16 of the ferrule 15. ing.

また、光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置1は、図3に示すように、フェルール15に、あらかじめフェルール15の長さより長く被覆を除去した光ファイバ31の接続端部32を、その先端がコネクタ11のフェルール12に収容された光ファイバ13と光学的に接続されるまで挿入した位置で、この挿入した光ファイバ31のケーブル33と、フェルール15のガイドパイプ17とを着脱可能に固定する固定部材25を備えている。   Further, as shown in FIG. 3, the sensor head connecting device 1 of the optical fiber sensor system has a ferrule 15 with a connection end 32 of an optical fiber 31 whose coating has been previously removed longer than the length of the ferrule 15, and the tip thereof is a connector. 11 is a fixing member that detachably fixes the cable 33 of the inserted optical fiber 31 and the guide pipe 17 of the ferrule 15 at a position where it is inserted until it is optically connected to the optical fiber 13 accommodated in the 11 ferrule 12. 25.

固定部材25は、例えば、クリップのようなバネ力で挟持する構造のものを利用することができるが、これに限らず、光ファイバ31のケーブル33と、フェルール15のガイドパイプ17(またはフランジ部材16)とを着脱可能に固定するのに適した任意の構成のものとすることが可能である。   As the fixing member 25, for example, a structure having a structure of holding by a spring force such as a clip can be used. However, the fixing member 25 is not limited to this, and the cable 33 of the optical fiber 31 and the guide pipe 17 (or flange member) of the ferrule 15 are used. 16) can be of any configuration suitable for detachably fixing.

さらに、システム本体10側に備えた光ファイバ付きコネクタ11は、例えば、システムの筐体にコネクタ11自体を直接取り付けることもできるが、一般的には、フェルール12に収容した光ファイバ13の他端に適宜のコネクタ18を装着して、このコネクタ18をシステム筐体の入出射ポートに挿入し取り付けるものである。   Further, the connector 11 with an optical fiber provided on the system main body 10 side can be directly attached to the housing of the system, for example. Generally, the other end of the optical fiber 13 accommodated in the ferrule 12 is used. A suitable connector 18 is attached to the connector 18 and the connector 18 is inserted into an input / output port of the system housing.

そのため、コネクタ18の規格は、システム筐体の入出射ポートに適合するものを採用することができる一方、コネクタ11の規格は、システム筐体の入出射ポートの規格には依存しない。   Therefore, the standard of the connector 18 can be adapted to the input / output port of the system casing, while the standard of the connector 11 does not depend on the standard of the input / output port of the system casing.

すなわち、コネクタ18として、例えば、フェルール径φ2.5mmのFCコネクタの他、フェルール径φ3.175mmのSMAコネクタを採用することができる。一方、コネクタ11として、例えば、フェルール径φ2.5mmのSCコネクタの他、フェルール径φ1.25mmのLCコネクタやMUコネクタを採用することができる。   That is, as the connector 18, for example, an SMA connector having a ferrule diameter of 3.175 mm can be employed in addition to an FC connector having a ferrule diameter of 2.5 mm. On the other hand, as the connector 11, for example, an LC connector or a MU connector having a ferrule diameter of 1.25 mm can be employed in addition to an SC connector having a ferrule diameter of 2.5 mm.

コネクタ11のフェルール12は、センサヘッド30側の光ファイバ31の接続端部32を挿入するフェルール15と組み合わせて使用するものであるから、取り扱いが容易で低コストのものが好ましく、このような観点から自由に決定することができる。   Since the ferrule 12 of the connector 11 is used in combination with the ferrule 15 into which the connection end 32 of the optical fiber 31 on the sensor head 30 side is inserted, it is preferable that the ferrule 12 is easy to handle and low in cost. Can be determined freely.

この光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置1は、上記のように構成してあるため、光ファイバ付きコネクタ11にスリーブ内蔵アダプタ20を介して取り付けてある空のフェルール15に、ガイドパイプ17に沿って光ファイバ31の接続端部32を挿入し、接続端部32の先端が、コネクタ11のフェルール12に収容された光ファイバ13と光学的に接続される位置で、光ファイバ31のケーブル33と、フェルール15のガイドパイプ17とを固定部材25で固定する。   Since the sensor head connecting device 1 of this optical fiber sensor system is configured as described above, an empty ferrule 15 attached to the connector with optical fiber 11 via the adapter 20 with a sleeve is provided along the guide pipe 17. The connection end 32 of the optical fiber 31 is inserted, and the end of the connection end 32 is optically connected to the optical fiber 13 accommodated in the ferrule 12 of the connector 11. The guide pipe 17 of the ferrule 15 is fixed with a fixing member 25.

これにより、システム本体10側の光ファイバ13と、センサヘッド30側の光ファイバ31とが光学的に接続され、その結果、センサヘッド30はシステム本体10に光学的に組み込まれて使用されることとなる。   As a result, the optical fiber 13 on the system body 10 side and the optical fiber 31 on the sensor head 30 side are optically connected. As a result, the sensor head 30 is optically incorporated into the system body 10 and used. It becomes.

また、システム本体10に組み込まれたセンサヘッド30を使用後は、固定部材25を外すだけで、センサヘッド30側の光ファイバ31をフェルール15から抜き取ってセンサヘッド30を使い捨てることができる。すなわち、センサヘッド30はディスポーザブルとなる。   Further, after using the sensor head 30 incorporated in the system main body 10, the sensor head 30 can be discarded by simply removing the fixing member 25 and removing the optical fiber 31 on the sensor head 30 side from the ferrule 15. That is, the sensor head 30 is disposable.

図8〜図15は、この発明による光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置の他の実施形態を示し、この光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2は、一対の光ファイバを使用する以外は、図1〜図7に示す光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置1と同様のものであるので、同様の部分には図1〜図7で使用した符号と同一の符号を付けて示すこととする。   FIGS. 8-15 shows other embodiment of the sensor head connection apparatus of the optical fiber sensor system by this invention, The sensor head connection apparatus 2 of this optical fiber sensor system uses except a pair of optical fiber, Since it is the same as the sensor head connecting device 1 of the optical fiber sensor system shown in FIGS. 1 to 7, the same parts are indicated by the same reference numerals used in FIGS. .

この光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2は、システム本体10側に備えた2連の光ファイバ付きコネクタ11a,11bに、センサヘッド30側に備えた光ファイバ31の一対の接続端部32a,32bを接続するものである。   The sensor head connecting device 2 of this optical fiber sensor system includes a pair of optical fiber 31 provided on the sensor head 30 side and a pair of connection end portions 32a, 11b provided on the system body 10 side. 32b is connected.

すなわち、この光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2の場合、センサヘッド30は、図9に示すように、光ファイバ31をU字形に湾曲させたセンサプローブ40を有し、このセンサプローブ40の両端に一対の接続端部32a,32bが連なる構成のものである。   That is, in the case of the sensor head connecting device 2 of this optical fiber sensor system, the sensor head 30 has a sensor probe 40 in which an optical fiber 31 is bent in a U shape, as shown in FIG. A pair of connection end portions 32a and 32b are connected to both ends.

つまり、センサヘッド30は、1本の光ファイバ31を使用してそのほぼ中央にU字形に湾曲させたセンサプローブ40を形成し、このセンサプローブ40の形状を変形させる外力がかからないように保護する保護パイプ35a,35bを備えた一体化部材34によって、センサプローブ40の両端から延びる光ファイバ31のケーブル33a,33bを互いに接近した平行状態に維持するように構成されている。   In other words, the sensor head 30 uses a single optical fiber 31 to form a sensor probe 40 bent in a U shape at substantially the center thereof, and protects the sensor probe 40 from being subjected to an external force that deforms the shape of the sensor probe 40. The integrated member 34 including the protection pipes 35a and 35b is configured to maintain the cables 33a and 33b of the optical fiber 31 extending from both ends of the sensor probe 40 in a parallel state close to each other.

このようなU字形に湾曲させたセンサプローブ40は、表面プラズモン共鳴(SPR:Surface Plasmon Resonance)を利用したセンサ(SPRセンサ)として好適なものであり、そのため、この光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2は、光ファイバSPRセンサシステムに用いてとくに好適なものである。   The sensor probe 40 curved in such a U-shape is suitable as a sensor (SPR sensor) using surface plasmon resonance (SPR), and therefore, the sensor head connection of this optical fiber sensor system. The device 2 is particularly suitable for use in an optical fiber SPR sensor system.

このようなセンサヘッド30側に備えた光ファイバ31の一対の接続端部32a,32bをシステム本体10側に接続するため、この光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2は、図10、図11に示すように、2連のコネクタ11a,11bに、各コネクタ11a,11bの光ファイバ13a,13bを収容したフェルール12a,12bの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタ20a,20bを介して、光ファイバ31の接続端部32a,32bを挿抜可能な空のフェルール15a,15bを取り付けてある。   In order to connect the pair of connection ends 32a and 32b of the optical fiber 31 provided on the sensor head 30 side to the system main body 10 side, the sensor head connection device 2 of the optical fiber sensor system is shown in FIGS. As shown in FIG. 6, the adapter 20a with a built-in sleeve that can hold another ferrule coaxially against and hold the ferrules 12a and 12b accommodating the optical fibers 13a and 13b of the connectors 11a and 11b with the two connectors 11a and 11b. , 20b, the empty ferrules 15a and 15b into which the connection ends 32a and 32b of the optical fiber 31 can be inserted and removed are attached.

スリーブ内蔵アダプタ20a,20bは、図10〜図13に示すように、フェルール12a,15aまたはフェルール12b,15bの外径寸法に必要最小限のクリアランスを持って適合する内径寸法を有する円筒形のスリーブ21a,21bと、フェルール12a,15aまたはフェルール12b,15bを向かい合わせにして突き当てたときの合計長さより僅かに短い全長を有する金属パイプ22a,22bとで構成される。   As shown in FIGS. 10 to 13, the adapters 20 a and 20 b with a built-in sleeve are cylindrical sleeves having an inner diameter dimension that fits with an outer diameter dimension of the ferrules 12 a and 15 a or the ferrules 12 b and 15 b with a minimum clearance. 21a and 21b, and metal pipes 22a and 22b having a total length slightly shorter than the total length when the ferrules 12a and 15a or the ferrules 12b and 15b face each other.

金属パイプ22a,22bは、両端部にフェルール12a,15aまたはフェルール12b,15bを比較的充分なクリアランスを持って挿通可能な開口23a,23bを備え、両開口23a,23a間または両開口23b,23b間に、開口23a,23bより大径で、スリーブ21a,21bの外径寸法に実質的に等しい内径寸法を有する円筒形の中空部24a,24bを備えている。   The metal pipes 22a and 22b have openings 23a and 23b through which the ferrules 12a and 15a or the ferrules 12b and 15b can be inserted with a relatively sufficient clearance at both ends, and between the openings 23a and 23a or between the openings 23b and 23b. There are provided cylindrical hollow portions 24a and 24b having a larger diameter than the openings 23a and 23b and an inner diameter dimension substantially equal to the outer diameter dimension of the sleeves 21a and 21b.

スリーブ21a,21bは、金属パイプ22a,22bの中空部24a,24bの長さより僅かに短い全長を有するものであり、また、金属パイプ22a,22bは、2分割して差し込み可能に構成してある。そのため、金属パイプ22a,22bを割った状態で中空部24a,24b内にスリーブ21a,21bを収容したのち、金属パイプ22a,22bを差し込むことで、スリーブ内蔵アダプタ20a,20bを組み立てることができる(図4、図5参照)。   The sleeves 21a and 21b have an overall length slightly shorter than the lengths of the hollow portions 24a and 24b of the metal pipes 22a and 22b, and the metal pipes 22a and 22b are configured to be inserted into two parts. . Therefore, after accommodating the sleeves 21a and 21b in the hollow portions 24a and 24b in a state where the metal pipes 22a and 22b are broken, the adapters 20a and 20b with built-in sleeves can be assembled by inserting the metal pipes 22a and 22b ( (See FIGS. 4 and 5).

スリーブ内蔵アダプタ20a,20bが組み立て状態にあるとき、スリーブ21a,21bは、金属パイプ22a,22bの両端のどちらにも偏らずにほぼ中央に位置し、また、スリーブ21a,21bの軸線は、金属パイプ22a,22bの軸線とほぼ一致する位置にある。   When the sleeve built-in adapters 20a and 20b are in the assembled state, the sleeves 21a and 21b are positioned substantially in the center without being biased to either end of the metal pipes 22a and 22b, and the axes of the sleeves 21a and 21b are The pipes 22a and 22b are in positions substantially coincident with the axis.

金属パイプ22a,22bの外径寸法は、2分割される一方が、コネクタ11a,11bの内部でフェルール12a,12bの周囲に形成される円筒形の溝穴14a,14bに所定深さまで差し込んで固定されるため、この所定深さ分だけが溝穴14a,14bに収容可能な薄さに形成されるが、溝穴14a,14bから突出する部分の外径寸法にはこのような制約はない。   One of the outer diameters of the metal pipes 22a and 22b is divided into two parts, and is inserted into the cylindrical slots 14a and 14b formed around the ferrules 12a and 12b inside the connectors 11a and 11b and fixed to a predetermined depth. Therefore, only the predetermined depth is formed to be thin enough to be accommodated in the slots 14a and 14b, but there is no such restriction on the outer diameter of the portion protruding from the slots 14a and 14b.

これをまとめると、スリーブ内蔵アダプタ20a,20bの各部の寸法は、つぎのように決められている。   In summary, the dimensions of the respective parts of the adapters 20a and 20b with a built-in sleeve are determined as follows.

すなわち、図14に示すように、コネクタ11a,11bの溝穴14a,14bに差し込む端部とは反対側の端部から、フェルール15a,15bをそのフランジ部材16a,16bが金属パイプ22a,22bの端部に当たるまでスリーブ21a,21bに挿通したうえ、図15に示すコネクタ11a,11bの溝穴14a,14bに差し込むと、所定深さに達する直前にフェルール12a,15aまたはフェルール12b,15bどうしが突き当って密着したのち、フェルール15a,15bが僅かに戻されてフランジ部材16a,16bが金属パイプ22a,22bの端部から離れた位置で、所定深さに達して固定される(図10参照)。   That is, as shown in FIG. 14, the ferrules 15a and 15b are connected to the flange members 16a and 16b of the metal pipes 22a and 22b from the ends opposite to the ends inserted into the slots 14a and 14b of the connectors 11a and 11b. When the sleeve is inserted into the sleeves 21a and 21b until it hits the end, and then inserted into the slots 14a and 14b of the connectors 11a and 11b shown in FIG. After the contact, the ferrules 15a and 15b are slightly returned and the flange members 16a and 16b reach a predetermined depth and are fixed at positions away from the ends of the metal pipes 22a and 22b (see FIG. 10). .

そして、この状態のとき、スリーブ21a,21bのほぼ中央位置で、フェルール12a,15aまたはフェルール12b,15bどうしが突き当って密着している。   In this state, the ferrules 12a and 15a or the ferrules 12b and 15b are in contact with each other and are in close contact with each other at substantially the center position of the sleeves 21a and 21b.

また、光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2は、フェルール15a,15bのフランジ部材16a,16bに、センサヘッド30側に備えた光ファイバ31の接続端部32a,32bを挿入する際のガイドとなるガイドパイプ17a,17bを備えている。   The sensor head connection device 2 of the optical fiber sensor system includes a guide for inserting the connection ends 32a and 32b of the optical fiber 31 provided on the sensor head 30 side into the flange members 16a and 16b of the ferrules 15a and 15b. Guide pipes 17a and 17b are provided.

また、光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2は、図11に示すように、フェルール15a,15bに、光ファイバ31の接続端部32a,32bをその先端がコネクタ11a,11bのフェルール12a,12bに収容された光ファイバ13a,13bと光学的に接続されるまで挿入した位置で、この挿入した光ファイバ31のケーブル33a,33bと、フェルール15a,15bのガイドパイプ17a,17bとを着脱可能に固定する固定部材25a,25bを備えている。   Further, as shown in FIG. 11, the sensor head connecting device 2 of the optical fiber sensor system includes ferrules 15a and 15b, connection end portions 32a and 32b of an optical fiber 31, and ferrules 12a and 12b whose connectors are connectors 11a and 11b. The cables 33a and 33b of the inserted optical fiber 31 and the guide pipes 17a and 17b of the ferrules 15a and 15b can be attached and detached at the position where they are inserted until they are optically connected to the optical fibers 13a and 13b accommodated in the cable. Fixing members 25a and 25b for fixing are provided.

固定部材25a,25bは、例えば、クリップのようなバネ力で挟持する構造のものを利用することができるが、これに限らず、光ファイバ31のケーブル33a,33bと、フェルール15a,15bのガイドパイプ17a,17b(またはフランジ部材16a,16b)とを着脱可能に固定するのに適した任意の構成のものとすることが可能である。   As the fixing members 25a and 25b, for example, a structure that is sandwiched by a spring force such as a clip can be used. However, the fixing members 25a and 25b are not limited thereto, and the cables 33a and 33b of the optical fiber 31 and the guides of the ferrules 15a and 15b. The pipe 17a, 17b (or the flange member 16a, 16b) can be of any configuration suitable for detachably fixing.

さらに、システム本体10側に備えた光ファイバ付きコネクタ11a,11bは、例えば、システムの筐体にコネクタ11a,11b自体を直接取り付けることもできるが、一般的には、フェルール12a,12bに収容した光ファイバ13a,13bの他端に適宜のコネクタ18a,18bを装着して、このコネクタ18a,18bをシステム筐体の入出射ポートに挿入し取り付けるものである。   Furthermore, the connectors 11a and 11b with optical fibers provided on the system main body 10 side can be directly attached to the housing of the system, for example, but are generally accommodated in the ferrules 12a and 12b. Appropriate connectors 18a and 18b are attached to the other ends of the optical fibers 13a and 13b, and the connectors 18a and 18b are inserted and attached to the input / output ports of the system casing.

そのため、コネクタ18a,18bの規格は、システム筐体の入出射ポートに適合するものを採用することができる一方、コネクタ11a,11bの規格は、システム筐体の入出射ポートの規格には依存しない。   Therefore, the standard of the connectors 18a and 18b can be adapted to the input / output port of the system casing, while the standard of the connectors 11a and 11b does not depend on the standard of the input / output ports of the system casing. .

すなわち、コネクタ18a,18bとして、例えば、フェルール径φ2.5mmのFCコネクタの他、フェルール径φ3.175mmのSMAコネクタを採用することができる。一方、コネクタ11a,11bとして、例えば、フェルール径φ2.5mmのSCコネクタの他、フェルール径φ1.25mmのLCコネクタやMUコネクタを採用することができる。   That is, as the connectors 18a and 18b, for example, an SMA connector having a ferrule diameter of 3.175 mm can be employed in addition to an FC connector having a ferrule diameter of 2.5 mm. On the other hand, as the connectors 11a and 11b, for example, an SC connector having a ferrule diameter of φ2.5 mm, an LC connector having a ferrule diameter of φ1.25 mm, or an MU connector can be employed.

コネクタ11a,11bのフェルール12a,12bは、センサヘッド30側の光ファイバ31の接続端部32a,32bを挿入するフェルール15a,15bと組み合わせて使用するものであるから、取り扱いが容易で低コストのものが好ましく、このような観点から自由に決定することができる。   Since the ferrules 12a and 12b of the connectors 11a and 11b are used in combination with the ferrules 15a and 15b for inserting the connection ends 32a and 32b of the optical fiber 31 on the sensor head 30 side, the handling is easy and the cost is low. Those are preferable, and can be determined freely from such a viewpoint.

この光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2は、上記のように構成してあるため、光ファイバ付きコネクタ11a,11bにスリーブ内蔵アダプタ20a,20bを介して取り付けてある空のフェルール15a,15bに、ガイドパイプ17a,17bに沿って光ファイバ31の接続端部32a,32bを挿入し、接続端部32a,32bの先端が、コネクタ11a,11bのフェルール12a,12bに収容された光ファイバ13a,13bと光学的に接続される位置で、光ファイバ31のケーブル33a,33bと、フェルール15a,15bのガイドパイプ17a,17bとを固定部材25a,25bで固定する。   Since the sensor head connecting device 2 of this optical fiber sensor system is configured as described above, the empty ferrules 15a and 15b attached to the connectors 11a and 11b with optical fibers via the adapters 20a and 20b with built-in sleeves are used. The connection ends 32a and 32b of the optical fiber 31 are inserted along the guide pipes 17a and 17b, and the tips of the connection ends 32a and 32b are inserted into the ferrules 12a and 12b of the connectors 11a and 11b. The cables 33a and 33b of the optical fiber 31 and the guide pipes 17a and 17b of the ferrules 15a and 15b are fixed by fixing members 25a and 25b at a position optically connected to 13b.

これにより、システム本体10側の光ファイバ13a,13bと、センサヘッド30側の光ファイバ31とが光学的に接続され、その結果、センサヘッド30はシステム本体10に光学的に組み込まれて使用されることとなる。   Thus, the optical fibers 13a and 13b on the system body 10 side and the optical fiber 31 on the sensor head 30 side are optically connected. As a result, the sensor head 30 is optically incorporated into the system body 10 and used. The Rukoto.

また、システム本体10に組み込まれたセンサヘッド30を使用後は、固定部材25a,25bを外すだけで、センサヘッド30側の光ファイバ31をフェルール15a,15bから抜き取ってセンサヘッド30を使い捨てることができる。すなわち、センサヘッド30はディスポーザブルとなる。   Further, after using the sensor head 30 incorporated in the system main body 10, the sensor head 30 can be disposable by removing the optical fiber 31 on the sensor head 30 side from the ferrules 15a and 15b simply by removing the fixing members 25a and 25b. Can do. That is, the sensor head 30 is disposable.

ここで、上記の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2を、光ファイバSPRセンサシステムに適用した場合におけるセンサプローブ40の一実施形態、すなわち図16に示すSPRセンサプローブ41の製造方法について、図18を参照して説明する。   Here, an embodiment of the sensor probe 40 when the sensor head connection device 2 of the optical fiber sensor system is applied to an optical fiber SPR sensor system, that is, a method for manufacturing the SPR sensor probe 41 shown in FIG. Explanation will be made with reference to FIG.

この場合、SPRセンサプローブ41に用いる光ファイバ31としては、シングルモード光ファイバ(SMF)、マルチモード光ファイバ(MMF)いずれも使用することができる。また、石英系ファイバ、多成分系ファイバ、プラスチッククラッドシリカファイバ(PCS)、全プラスチックファイバなど、いずれの種類の光ファイバでも使用可能である。さらに、グレーデッドインデックス形ファイバ、ステップインデックス形ファイバ、いずれの屈折率分布を有する光ファイバでも使用可能である。   In this case, as the optical fiber 31 used for the SPR sensor probe 41, either a single mode optical fiber (SMF) or a multimode optical fiber (MMF) can be used. In addition, any type of optical fiber such as quartz fiber, multicomponent fiber, plastic clad silica fiber (PCS), all plastic fiber, etc. can be used. Further, any graded index type fiber, step index type fiber, or optical fiber having a refractive index profile can be used.

例えば、石英系ファイバの場合、図18(a)に示すように、コア43を中心としてその周囲をクラッド44が囲み、さらにクラッド44の周囲を被覆45が囲んで構成されている。   For example, in the case of a silica-based fiber, as shown in FIG. 18A, the core 43 is surrounded by a clad 44 and the clad 44 is surrounded by a coating 45.

このような石英系ファイバを使用してSPRセンサプローブ41を製造するには、まず、図18(b)に示すように、被覆45を所要長さ分だけ除去してクラッド44を露出させる。この被覆45の除去方法は、例えば、被覆45を溶解する適宜の薬液に浸漬して除去するか、または、ニッパ等の工具を用いて機械的に除去する。   In order to manufacture the SPR sensor probe 41 using such a silica-based fiber, first, as shown in FIG. 18B, the coating 45 is removed by a required length to expose the clad 44. As a method for removing the coating 45, for example, the coating 45 is removed by immersing in an appropriate chemical solution that dissolves the coating 45, or mechanically removed using a tool such as a nipper.

つぎに、図18(c)に示すように、露出したクラッド44の外周を、例えばガスバーナーを用いて軟化溶融させ、石英系ファイバをU字形に曲げ加工して、ほぼ180°に湾曲した湾曲部46を形成する。   Next, as shown in FIG. 18 (c), the exposed outer periphery of the clad 44 is softened and melted using, for example, a gas burner, and the quartz fiber is bent into a U-shape to bend to approximately 180 °. A portion 46 is formed.

つぎに、図18(d)に示すように、湾曲部46を、例えばフッ化水素酸水溶液に一定時間浸漬させることで、クラッド44の大部分を除去して、図18(e)に示すように、実質的にコア43を露出させる。   Next, as shown in FIG. 18D, most of the cladding 44 is removed by immersing the curved portion 46 in, for example, a hydrofluoric acid aqueous solution for a certain period of time, as shown in FIG. In addition, the core 43 is substantially exposed.

その後、図18(f)に示すように、露出したコア43の表面に、例えば金Au、銀Agなどの導電性材料からなる金属薄膜47を0.1μm以下の厚さで成膜する。この導電性金属薄膜47の成膜方法は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法、熱酸化法などを用いることができる。   After that, as shown in FIG. 18F, a metal thin film 47 made of a conductive material such as gold Au or silver Ag is formed on the exposed surface of the core 43 with a thickness of 0.1 μm or less. As a method for forming the conductive metal thin film 47, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, a thermal oxidation method, or the like can be used.

また、例えば、プラスチッククラッドシリカファイバ(PCS)を使用してSPRセンサプローブ41を製造する場合は、図示してないが、まず、プラスチッククラッドシリカファイバを加熱してクラッド44を分解消失させ、つぎに、露出したコア43を軟化溶融させてU字形に曲げ加工し、その後、湾曲部46の露出したコア43の表面に、導電性金属薄膜47を成膜する。なお、クラッド44を分解消失させる工程と、コア43を軟化溶融させる工程は、同時に行うことも可能である。   For example, when the SPR sensor probe 41 is manufactured using a plastic clad silica fiber (PCS), although not shown, first, the clad 44 is decomposed and disappeared by heating the plastic clad silica fiber. Then, the exposed core 43 is softened and melted and bent into a U shape, and then a conductive metal thin film 47 is formed on the exposed surface of the core 43 of the bending portion 46. Note that the step of decomposing and disappearing the clad 44 and the step of softening and melting the core 43 can be performed simultaneously.

また、上記の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置2を、光ファイバSPRセンサシステムに適用した場合におけるセンサプローブ40の他の実施形態、すなわち図17に示すSPRセンサプローブ42の製造方法について説明する。   In addition, another embodiment of the sensor probe 40 when the sensor head connection device 2 of the optical fiber sensor system is applied to an optical fiber SPR sensor system, that is, a method for manufacturing the SPR sensor probe 42 shown in FIG. 17 will be described. .

この場合は、石英系ファイバを使用してSPRセンサプローブ42を製造するには、SPRセンサプローブ41に比べて被覆45を除去する長さを長くし、露出したクラッド44のほぼ中央部分を軟化溶融させて湾曲部46を形成し、湾曲部46およびこれに続く直線部48を、例えばフッ化水素酸水溶液に一定時間浸漬させることでクラッド44の大部分を除去し、露出したコア43の表面に導電性金属薄膜47を成膜することで、SPRセンサプローブ42を得ることができる。   In this case, in order to manufacture the SPR sensor probe 42 using the silica-based fiber, the length of removing the coating 45 is made longer than that of the SPR sensor probe 41, and the almost central portion of the exposed cladding 44 is softened and melted. The curved portion 46 is formed, and the curved portion 46 and the linear portion 48 that follows the curved portion 46 are immersed in, for example, a hydrofluoric acid aqueous solution for a certain period of time to remove most of the clad 44, and to the exposed surface of the core 43. The SPR sensor probe 42 can be obtained by forming the conductive metal thin film 47.

同様に、プラスチッククラッドシリカファイバ(PCS)を使用してSPRセンサプローブ42を製造する場合は、SPRセンサプローブ41に比べてクラッド44を分解消失させる長さを長くし、露出したコア43のほぼ中央部分を軟化溶融させてU字形に曲げ加工し、湾曲部46およびこれに続く直線部48の露出したコア43の表面に、導電性金属薄膜47を成膜することで、SPRセンサプローブ42を得ることができる。   Similarly, when the SPR sensor probe 42 is manufactured using plastic clad silica fiber (PCS), the length of the cladding 44 to be decomposed and lost is longer than that of the SPR sensor probe 41, and the exposed core 43 is almost at the center. The portion is softened and melted and bent into a U-shape, and a conductive metal thin film 47 is formed on the exposed surface of the core 43 of the curved portion 46 and the subsequent linear portion 48, thereby obtaining the SPR sensor probe 42. be able to.

このようにして作製したSPRセンサプローブ41,42を用いたセンサヘッド30を、光ファイバSPRセンサシステムのシステム本体10に接続して、屈折率測定装置を構成した一例を図19に示す。   FIG. 19 shows an example in which the sensor head 30 using the SPR sensor probes 41 and 42 thus manufactured is connected to the system body 10 of the optical fiber SPR sensor system to constitute a refractive index measuring device.

なお、センサヘッド30とシステム本体10との接続は、上記したスリーブ内蔵アダプタ20a,20bを介して、センサヘッド30側(すなわちSPRセンサプローブ41,42)の光ファイバ31と、システム本体10側の光ファイバ13a,13bとを光学的に接続することで実現される。   The sensor head 30 and the system main body 10 are connected to the optical fiber 31 on the sensor head 30 side (that is, the SPR sensor probes 41 and 42) and the system main body 10 side via the sleeve built-in adapters 20a and 20b. This is realized by optically connecting the optical fibers 13a and 13b.

この屈折率測定装置(光ファイバSPRセンサシステム)50は、システム本体10側の一方の光ファイバ13aの他端コネクタ18aが接続される白色光源51および分光器52と、システム本体10側の他方の光ファイバ13bの他端コネクタ18bが接続される受光素子(フォトマル)53および測定用PC(パーソナルコンピュータ)54とを備えている。   This refractive index measuring device (optical fiber SPR sensor system) 50 includes a white light source 51 and a spectroscope 52 to which the other end connector 18a of one optical fiber 13a on the system body 10 side is connected, and the other on the system body 10 side. A light receiving element (photomal) 53 and a measurement PC (personal computer) 54 to which the other end connector 18b of the optical fiber 13b is connected are provided.

白色光源51は、波長400〜900nmの光を出力するものであり、分光器52は、白色光源51の出力波長を分光するものである。   The white light source 51 outputs light having a wavelength of 400 to 900 nm, and the spectroscope 52 separates the output wavelength of the white light source 51.

光ファイバ13aの一端には、センサヘッド30側の光ファイバ31の一方の接続端部32aが光学的に接続されるため、白色光源51から出力されて分光器52で分光された光は、光ファイバ13aから光ファイバ31の一方の接続端部32aに入射し、SPRセンサプローブ41,42を通って、光ファイバ31の他方の接続端部32bから、これと光学的に接続される光ファイバ13bを経てその他端から出射する。   Since one end 32a of the optical fiber 31 on the sensor head 30 side is optically connected to one end of the optical fiber 13a, the light output from the white light source 51 and dispersed by the spectroscope 52 is light An optical fiber 13b that enters the one connection end 32a of the optical fiber 31 from the fiber 13a, passes through the SPR sensor probes 41 and 42, and is optically connected to the other connection end 32b of the optical fiber 31. And exits from the other end.

受光素子53は、SPRセンサプローブ41,42のコア43内を伝播して出射した透過光強度を電気信号に変換するものであり、測定用PC54は、入射光の波長に対する透過光強度の電気信号を対応づけて記憶し、また、白色光源51の出力強度調節、受光素子53の制御、記憶処理およびデータ処理等を行うものである。   The light receiving element 53 converts the transmitted light intensity transmitted through the core 43 of the SPR sensor probes 41 and 42 into an electric signal, and the measurement PC 54 has an electric signal of the transmitted light intensity with respect to the wavelength of the incident light. Are stored in association with each other, and output intensity adjustment of the white light source 51, control of the light receiving element 53, storage processing, data processing, and the like are performed.

図19に示す屈折率測定装置(光ファイバSPRセンサシステム)50を使用し、SPRセンサプローブ41を用いて濃度の異なる被測定試料を測定した結果を図20に示す。すなわち、図20は、空気中の分光強度(a)をリファレンスとして各水溶液中での入射光(波長)に対する出射光強度を測定した吸収曲線である。   FIG. 20 shows the results of measuring samples to be measured having different concentrations using the SPR sensor probe 41 using the refractive index measuring device (optical fiber SPR sensor system) 50 shown in FIG. That is, FIG. 20 is an absorption curve obtained by measuring the intensity of outgoing light with respect to incident light (wavelength) in each aqueous solution using the spectral intensity (a) in the air as a reference.

各水溶液の濃度は、(b)グリセリン濃度0%(純水)、(c)グリセリン濃度10%、(d)グリセリン濃度20%、(e)グリセリン濃度30%、(f)グリセリン濃度40%である。   The concentration of each aqueous solution is (b) glycerol concentration 0% (pure water), (c) glycerol concentration 10%, (d) glycerol concentration 20%, (e) glycerol concentration 30%, (f) glycerol concentration 40%. is there.

このグリセリン水溶液に、プラスチッククラッドシリカファイバ(PCS)で作製したSPRセンサプローブ41を浸し、白色光源51から出射された光を光ファイバ31の一端から入射しコア43内を伝播させた。   The SPR sensor probe 41 made of plastic clad silica fiber (PCS) was immersed in this glycerin aqueous solution, and the light emitted from the white light source 51 was incident from one end of the optical fiber 31 and propagated through the core 43.

グリセリン水溶液に浸漬されたSPRセンサプローブ41は、水溶液と金属薄膜47の反応に伴う金属薄膜47の誘電率変化により、コア43内部での屈折率が変化する。出射される光を受光素子53で検出し、入射光に対する出射光の強度を測定した。このとき白色光源51から出力される光の波長を400〜900nmの間で可変させ、この波長変化に対応する光ファイバ出射端からの出射光強度を測定した。   In the SPR sensor probe 41 immersed in the glycerin aqueous solution, the refractive index inside the core 43 changes due to the change in the dielectric constant of the metal thin film 47 due to the reaction between the aqueous solution and the metal thin film 47. The emitted light was detected by the light receiving element 53, and the intensity of the emitted light with respect to the incident light was measured. At this time, the wavelength of the light output from the white light source 51 was varied between 400 and 900 nm, and the intensity of light emitted from the optical fiber output end corresponding to this wavelength change was measured.

その結果、図20に示すように、(b)グリセリン濃度0%の場合は、波長610nm付近から光強度の減衰が観測され、波長630nm付近で光強度が最低になった。また、(c)グリセリン濃度10%の場合は、波長650nm付近で光強度が最低となった。また、(d)グリセリン濃度20%の場合は、波長670nm付近で光強度が最低となった。また、(e)グリセリン濃度30%の場合は、波長700nm付近で光強度が最低となった。さらに、(f)グリセリン濃度40%の場合は、波長750nm付近で光強度が最低となった。   As a result, as shown in FIG. 20, when (b) the glycerin concentration was 0%, attenuation of the light intensity was observed from around the wavelength of 610 nm, and the light intensity was the lowest around the wavelength of 630 nm. In the case of (c) glycerin concentration of 10%, the light intensity was lowest at a wavelength of about 650 nm. In the case of (d) a glycerin concentration of 20%, the light intensity was the lowest in the vicinity of a wavelength of 670 nm. In addition, (e) When the glycerin concentration was 30%, the light intensity was the lowest in the vicinity of the wavelength of 700 nm. Furthermore, (f) When the glycerin concentration was 40%, the light intensity was lowest in the vicinity of a wavelength of 750 nm.

以上の結果から、濃度が高くなるにつれ、最大共鳴波長が長波長側にシフトすることが確認された。すなわち、屈折率差に対応して吸収ピークが長波長側にシフトすることが確認できた。   From the above results, it was confirmed that the maximum resonance wavelength shifts to the longer wavelength side as the concentration increases. That is, it was confirmed that the absorption peak shifted to the long wavelength side corresponding to the refractive index difference.

このようなSPRセンサプローブ41を実際に使用する場合は、あらかじめ既知の濃度で測定した分光光度曲線を記憶装置に記憶させておき、濃度不明の水溶液を測定したら、その減衰特性と測定した特性を比較し、一致する特性を分光光度曲線から選び出す。その一致度または差分から、濃度不明の水溶液の濃度を特定することができる。   When such an SPR sensor probe 41 is actually used, a spectrophotometric curve measured at a known concentration is stored in a storage device in advance, and when an aqueous solution of unknown concentration is measured, the attenuation characteristics and the measured characteristics are expressed. Compare and select matching properties from the spectrophotometric curve. From the degree of coincidence or difference, the concentration of the aqueous solution whose concentration is unknown can be specified.

図19に示す屈折率測定装置(光ファイバSPRセンサシステム)50を使用し、SPRセンサプローブ41に代えて、SPRセンサプローブ42を用いて濃度の異なる被測定試料を測定した結果を図21に示す。   FIG. 21 shows the results of measuring samples to be measured having different concentrations using the SPR sensor probe 42 instead of the SPR sensor probe 41 using the refractive index measuring device (optical fiber SPR sensor system) 50 shown in FIG. .

図21に示すように、湾曲部46に続けて直線部48を一定長(例えば9mm長)設けたSPRセンサプローブ42の場合は、直線部48を設けない湾曲部46だけのSPRセンサプローブ41に比べて、分光光度曲線が全体的に下方(光強度の低い方)にシフトし、また、各光度曲線が特徴化した。   As shown in FIG. 21, in the case of the SPR sensor probe 42 in which the linear portion 48 is provided for a certain length (for example, 9 mm length) following the curved portion 46, the SPR sensor probe 41 of only the curved portion 46 without the linear portion 48 is provided. In comparison, the spectrophotometric curve was generally shifted downward (lower light intensity), and each light intensity curve was characterized.

すなわち、ピークを超えた付近から上昇する過程において、ピークとの差が大きくなっている。特に(f)グリセリン40%について注目すると、図20における(f)グリセリン40%は、曲線の変化量が緩やかでありピーク頂とそれ以降に差が生じていないが、図21における(f)グリセリン40%は、ピーク頂からそれ以降に大きく差が生じてピークが明確化している。これはSPRセンサプローブ41よりもSPRセンサプローブ42の感度が向上している証拠といえる。   That is, in the process of rising from the vicinity beyond the peak, the difference from the peak is large. When focusing on (f) glycerin 40% in particular, (f) glycerin 40% in FIG. 20 has a gradual change in the curve and no difference between the peak peak and the following points. For 40%, the peak is clarified with a large difference from the peak top to the subsequent peak. This can be said to be evidence that the sensitivity of the SPR sensor probe 42 is higher than that of the SPR sensor probe 41.

また、図20、図21に示すSPRセンサプローブ41,42の分光光度曲線の比較例として、従来の透過型のセンサ110bでも同様の水溶液を用い、同様の測定を行った。その結果を図22に示す。   Further, as a comparative example of the spectrophotometric curves of the SPR sensor probes 41 and 42 shown in FIGS. 20 and 21, the same measurement was performed using the same aqueous solution in the conventional transmission type sensor 110b. The result is shown in FIG.

図22の分光光度曲線からも分かるように、各曲線のピーク短波長側の光強度がどれも同じ曲線となり特徴化していない。そのため、例えば、単色光源を使用した場合、従来のセンサでは濃度の判別はかなり難しいと考えられる。   As can be seen from the spectrophotometric curve of FIG. 22, the light intensity on the peak short wavelength side of each curve is the same curve and is not characterized. Therefore, for example, when a monochromatic light source is used, it is considered that it is quite difficult to determine the density with a conventional sensor.

すなわち、図21に示すSPRセンサプローブ42であれば、単色光源波長550nmの光を入射させると、(f)グリセリン40%では、光強度0.85の透過光強度が出射端から出射され、(e)グリセリン30%では、光強度0.80の透過光強度が光ファイバの出射端から出射され、(d)グリセリン20%では、光強度0.75の透過光強度が光ファイバの出射端から出射されるので、出射される光強度で水溶液の濃度を特定することができる。   That is, in the case of the SPR sensor probe 42 shown in FIG. 21, when light having a monochromatic light source wavelength of 550 nm is incident, (f) with 40% glycerin, the transmitted light intensity with a light intensity of 0.85 is emitted from the emission end. e) When glycerin is 30%, a transmitted light intensity with a light intensity of 0.80 is emitted from the exit end of the optical fiber. (d) When glycerin is 20%, a transmitted light intensity with a light intensity of 0.75 is emitted from the exit end of the optical fiber. Since it is emitted, the concentration of the aqueous solution can be specified by the emitted light intensity.

これに対し、図22に示す従来のセンサ110bでは、単色光源波長550nmを入射させると、どの水溶液であっても出射される光強度が0.8前後となり、ほとんど差が生じない。そのため、濃度特定はほぼ不可能であり、単色レーザ光源による濃度特定は困難であるといえる。   On the other hand, in the conventional sensor 110b shown in FIG. 22, when a monochromatic light source wavelength of 550 nm is incident, the intensity of emitted light is about 0.8 regardless of the aqueous solution, and there is almost no difference. Therefore, it is almost impossible to specify the density, and it can be said that it is difficult to specify the density with the monochromatic laser light source.

なお、上記の実施形態では、光ファイバSPRセンサシステムに用いてとくに好適なセンサヘッド接続装置として説明したが、この発明はこれに限定するものでなく、SPRセンサシステム以外のさまざまな用途の光ファイバセンサシステムにも広く適用可能である。   In the above-described embodiment, the sensor head connecting device particularly suitable for use in the optical fiber SPR sensor system has been described. However, the present invention is not limited to this, and optical fibers for various uses other than the SPR sensor system. It can be widely applied to sensor systems.

また、上記の実施形態では、センサヘッド30の使用に際して、センサヘッド30側の光ファイバ31の接続端部32,32a,32bを、光ファイバ付きコネクタ11,11a,11bに取り付けてある空のフェルール15,15a,15bに挿入して固定する一方、センサヘッド30を使用後は、センサヘッド30側の光ファイバ31をフェルール15,15a,15bから抜き取ってセンサヘッド30を使い捨てるものである。   In the above embodiment, when the sensor head 30 is used, the empty ferrules in which the connection ends 32, 32a, 32b of the optical fiber 31 on the sensor head 30 side are attached to the connectors 11, 11a, 11b with optical fibers are used. While the sensor head 30 is used, the optical fiber 31 on the sensor head 30 side is removed from the ferrules 15, 15a, 15b and the sensor head 30 is disposable.

すなわち、センサヘッド30はディスポーザブルである。この意味からすれば、本来、センサヘッド30側の光ファイバ31の接続端部32,32a,32bに装着・固定されるべきフェルール15,15a,15bを、光ファイバ付きコネクタ11,11a,11b側に残して何度でも繰り返し使用可能な上記のような構成は、コスト的に最善策であるといえる。   That is, the sensor head 30 is disposable. In this sense, the ferrules 15, 15 a, 15 b that should be attached and fixed to the connection ends 32, 32 a, 32 b of the optical fiber 31 on the sensor head 30 side are originally connected to the optical fiber connectors 11, 11 a, 11 b side. Such a configuration that can be used repeatedly as many times as possible is the best cost measure.

しかし、この発明は上記のような構成に限定されない。すなわち、例えば、センサヘッド30側の光ファイバ31の接続端部32,32a,32bにあらかじめフェルール15,15a,15bを装着・固定してセンサヘッド30を構成しておくことも可能である。このとき、固定部材25,25a,25bは不要となり、ガイドパイプ17,17a,17bも不要となる。   However, the present invention is not limited to the above configuration. That is, for example, the sensor head 30 can be configured by attaching and fixing the ferrules 15, 15a, and 15b to the connection end portions 32, 32a, and 32b of the optical fiber 31 on the sensor head 30 side in advance. At this time, the fixing members 25, 25a and 25b are unnecessary, and the guide pipes 17, 17a and 17b are also unnecessary.

この場合は、センサヘッド30の使用に際して、センサヘッド30側のフェルール15,15a,15bをその先端がフェルール12,12a,12bに突き当たって密着するまで、光ファイバ付きコネクタ11,11a,11bのスリーブ内蔵アダプタ20,20a,20bに挿通すればよい。   In this case, when the sensor head 30 is used, the sleeves of the connectors 11, 11a, 11b with optical fibers are used until the ferrules 15, 15a, 15b on the sensor head 30 side are brought into close contact with the ferrules 12, 12a, 12b. What is necessary is just to insert in the built-in adapter 20, 20a, 20b.

この方法は、センサヘッド30を使い捨てる際に、センサヘッド30側のフェルール15,15a,15bも使い捨てることになる点で、上記の実施形態に比べて不利である。その反面、フェルール15,15a,15bがあらかじめ装着・固定してあることで、光ファイバ31の接続端部32,32a,32b先端を研磨することができる。   This method is disadvantageous compared to the above embodiment in that when the sensor head 30 is disposable, the ferrules 15, 15a, 15b on the sensor head 30 side are also disposable. On the other hand, since the ferrules 15, 15a, 15b are mounted and fixed in advance, the tips of the connection ends 32, 32a, 32b of the optical fiber 31 can be polished.

これにより、センサヘッド30側のファイバ31の接続端部32,32a,32b先端と、システム本体10側の光ファイバ13,13a,13bとの光学的接続特性が、上記の実施形態に比べて確実に向上する。したがって、システム本体10側とセンサヘッド30側との光学的接続特性に高い精度が要求される光ファイバセンサシステムに適用する場合に、とくに好適である。   As a result, the optical connection characteristics between the distal ends of the connection ends 32, 32a, 32b of the fiber 31 on the sensor head 30 side and the optical fibers 13, 13a, 13b on the system body 10 side are more reliable than those in the above embodiment. To improve. Therefore, it is particularly suitable for application to an optical fiber sensor system that requires high accuracy in the optical connection characteristics between the system body 10 side and the sensor head 30 side.

以上の説明から明らかなように、この発明による光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置1,2は、センサヘッド30だけをディスポーザブルにすることが可能で、それにより、センサシステム全体の運用コストを低減することができる。   As is apparent from the above description, the sensor head connecting devices 1 and 2 of the optical fiber sensor system according to the present invention can make only the sensor head 30 disposable, thereby reducing the operation cost of the entire sensor system. can do.

また、この発明による光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置1,2は、従来の透過型のものに比べてセンサ部が小型になり、システム全体の構成を小型化、単純化することができる。   In addition, the sensor head connecting devices 1 and 2 of the optical fiber sensor system according to the present invention have a smaller sensor portion than the conventional transmission type, and the configuration of the entire system can be reduced and simplified.

さらに、従来の反射型のものに比べてビームスプリッタやカプラ等が不要になり、システム全体の測定感度を高感度化することができる。そのうえ、センサヘッド30だけをディスポーザブルにする構成がシンプルであり、センサヘッド30のディスポーザブル化に要するコストを低減することができる。   Furthermore, a beam splitter, a coupler, etc. are unnecessary compared with the conventional reflective type, and the measurement sensitivity of the entire system can be increased. In addition, the configuration in which only the sensor head 30 is disposable is simple, and the cost required for making the sensor head 30 disposable can be reduced.

この発明による光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the sensor head connection apparatus of the optical fiber sensor system by this invention. 図1のものの要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part of the thing of FIG. 図1のものの組立状態を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the assembly state of the thing of FIG. スリーブ内蔵アダプタの展開断面図である。It is an expanded sectional view of an adapter with a built-in sleeve. スリーブ内蔵アダプタの組立断面図である。It is an assembly sectional view of an adapter with a built-in sleeve. スリーブ内蔵アダプタに空のフェルールを挿通した組立態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the assembly state which inserted the empty ferrule in the adapter with a built-in sleeve. スリーブ内蔵アダプタを差し込むコネクタの断面図である。It is sectional drawing of the connector which inserts a sleeve built-in adapter. この発明による光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置の他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of the sensor head connection apparatus of the optical fiber sensor system by this invention. 図8のもののセンサヘッドを示す構成図である。It is a block diagram which shows the sensor head of the thing of FIG. 図8のものの要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part of the thing of FIG. 図8のものの組立状態を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the assembly state of the thing of FIG. スリーブ内蔵アダプタの展開断面図である。It is an expanded sectional view of an adapter with a built-in sleeve. スリーブ内蔵アダプタの組立断面図である。It is an assembly sectional view of an adapter with a built-in sleeve. スリーブ内蔵アダプタに空のフェルールを挿通した組立態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the assembly state which inserted the empty ferrule in the adapter with a built-in sleeve. スリーブ内蔵アダプタを差し込むコネクタの断面図である。It is sectional drawing of the connector which inserts a sleeve built-in adapter. SPRセンサプローブの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a SPR sensor probe. SPRセンサプローブの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a SPR sensor probe. 図16のSPRセンサプローブの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the SPR sensor probe of FIG. 図16,図17のSPRセンサプローブを用いる屈折率測定装置の一例を示す概略的構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the refractive index measuring apparatus using the SPR sensor probe of FIG. 16, FIG. 図16のSPRセンサプローブを用いて濃度の異なる被測定試料を測定した分光強度曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral intensity curve which measured the to-be-measured sample from which a density | concentration differs using the SPR sensor probe of FIG. 図17のSPRセンサプローブを用いて濃度の異なる被測定試料を測定した分光強度曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral intensity curve which measured the to-be-measured sample from which a density | concentration differs using the SPR sensor probe of FIG. 従来のSPRセンサプローブを用いて濃度の異なる被測定試料を測定した分光強度曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral intensity curve which measured the to-be-measured sample from which a density | concentration differs using the conventional SPR sensor probe. SPR現象を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a SPR phenomenon. 従来の透過型センサの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional transmission type sensor. 従来の透過型センサの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the conventional transmission type sensor. 従来の透過型センサのさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the conventional transmission type sensor. 従来の反射型センサの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional reflection type sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1,2 光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置
10 システム本体
11,11a,11b コネクタ(光ファイバ付きコネクタ)
12,12a,12b フェルール(光ファイバを収容したフェルール)
13,13a,13b 光ファイバ
14,14a,14b 溝穴
15,15a,15b フェルール(空のフェルール)
16,16a,16b フランジ部材
17,17a,17b ガイドパイプ
18,18a,18b コネクタ
20,20a,20b スリーブ内蔵アダプタ
21,21a,21b スリーブ
22,22a,22b 金属パイプ
23,23a,23b 開口
24,24a,24b 中空部
25,25a,25b 固定部材
30 センサヘッド
31 光ファイバ
32,32a,32b 接続端部
33,33a,33b ケーブル
34 一体化部材
35a,35b 保護パイプ
40 センサプローブ
41,42 SPRセンサプローブ
43 コア
44 クラッド
45 被覆
46 湾曲部
47 導電性金属薄膜
48 直線部
50 屈折率測定装置(光ファイバSPRセンサシステム)
51 白色光源
52 分光器
53 受光素子(フォトマル)
54 測定用PC(パーソナルコンピュータ)
1, 2 Sensor head connection device 10 of optical fiber sensor system System body 11, 11a, 11b Connector (connector with optical fiber)
12, 12a, 12b ferrule (ferrule containing optical fiber)
13, 13a, 13b Optical fibers 14, 14a, 14b Slots 15, 15a, 15b Ferrule (empty ferrule)
16, 16a, 16b Flange members 17, 17a, 17b Guide pipes 18, 18a, 18b Connectors 20, 20a, 20b Sleeve built-in adapters 21, 21a, 21b Sleeves 22, 22a, 22b Metal pipes 23, 23a, 23b Openings 24, 24a , 24b Hollow portions 25, 25a, 25b Fixing member 30 Sensor head 31 Optical fibers 32, 32a, 32b Connection end portions 33, 33a, 33b Cable 34 Integrated member 35a, 35b Protection pipe 40 Sensor probe 41, 42 SPR sensor probe 43 Core 44 Cladding 45 Covering 46 Bending part 47 Conductive metal thin film 48 Straight line part 50 Refractive index measuring device (optical fiber SPR sensor system)
51 White light source 52 Spectrometer 53 Light receiving element (photomal)
54 PC for measurement (personal computer)

Claims (10)

光ファイバセンサシステムにセンサヘッドを接続する方法であって、
システム本体側に備えた光ファイバ付きコネクタに、当該コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、空のフェルールを取り付け、
前記空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部を挿入して、前記コネクタのフェルールに収容された光ファイバと光学的に接続することを特徴とする光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法。
A method of connecting a sensor head to an optical fiber sensor system, comprising:
An empty ferrule is attached to a connector with an optical fiber provided on the system main body side via an adapter with a built-in sleeve that can hold another ferrule coaxially against the tip of the ferrule that contains the optical fiber of the connector,
A sensor of an optical fiber sensor system, wherein a connection end of an optical fiber provided on the sensor head side is inserted into the empty ferrule and optically connected to an optical fiber accommodated in the ferrule of the connector Head connection method.
光ファイバセンサシステムにセンサヘッドを接続する方法であって、
システム本体側に備えた一対の光ファイバ付きコネクタに、当該各コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、一対の空のフェルールをそれぞれ取り付け、
前記一対の空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの一対の接続端部をそれぞれ挿入して、前記一対のコネクタのフェルールに収容された光ファイバと光学的に接続することを特徴とする光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法。
A method of connecting a sensor head to an optical fiber sensor system, comprising:
A pair of empty ferrules is connected to the pair of connectors with optical fibers provided on the system main body side through an adapter with a built-in sleeve that can hold another ferrule coaxially against the tip of the ferrule containing the optical fiber of each connector. Each attached,
A pair of connection end portions of optical fibers provided on the sensor head side are respectively inserted into the pair of empty ferrules, and optically connected to the optical fibers housed in the ferrules of the pair of connectors, Sensor head connection method for optical fiber sensor system.
センサヘッド側に備えた光ファイバの前記一対の接続端部は、システム本体側からセンサヘッド側への入射光ラインと、センサヘッド側からシステム本体側への出射光ラインとに分離されていることを特徴とする請求項2記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続方法。   The pair of connection ends of the optical fiber provided on the sensor head side are separated into an incident light line from the system main body side to the sensor head side and an outgoing light line from the sensor head side to the system main body side. The sensor head connecting method of the optical fiber sensor system according to claim 2. 光ファイバセンサシステムにセンサヘッドを接続する装置であって、
システム本体側に備えた光ファイバ付きコネクタに、当該コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部を挿抜可能な空のフェルールを取り付けた、
ことを特徴とする光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置。
An apparatus for connecting a sensor head to an optical fiber sensor system,
An optical fiber provided on the sensor head side through an adapter with a built-in sleeve that can hold another ferrule coaxially with the tip of the ferrule that accommodates the optical fiber of the connector provided on the connector with the optical fiber provided on the system main body side Attached an empty ferrule that can be inserted and removed
A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system.
前記空のフェルールのフランジ部材に、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部を挿入する際のガイドとなるガイド部材を備えたことを特徴とする請求項4記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置。   5. The sensor of the optical fiber sensor system according to claim 4, further comprising a guide member serving as a guide for inserting a connection end of an optical fiber provided on the sensor head side into the flange member of the empty ferrule. Head connection device. 前記空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの接続端部をその先端が前記コネクタのフェルールに収容された光ファイバと光学的に接続されるまで挿入した位置で、当該挿入した光ファイバのケーブルと、前記空のフェルールのフランジ部材または前記ガイド部材とを着脱可能に固定する固定部材を備えたことを特徴とする請求項4または請求項5記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置。   The inserted optical fiber is inserted into the empty ferrule at a position where the connecting end of the optical fiber provided on the sensor head side is inserted until the tip is optically connected to the optical fiber accommodated in the ferrule of the connector. 6. A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to claim 4, further comprising a fixing member that detachably fixes the cable of said empty cable and a flange member or said guide member of said empty ferrule. . 光ファイバセンサシステムにセンサヘッドを接続する装置であって、
システム本体側に備えた2連の光ファイバ付きコネクタに、当該各コネクタの光ファイバを収容したフェルールの先端に別のフェルールを同軸に突き当て保持可能なスリーブ内蔵アダプタを介して、センサヘッド側に備えた光ファイバの一対の接続端部を挿抜可能な一対の空のフェルールをそれぞれ取り付けた、
ことを特徴とする光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置。
An apparatus for connecting a sensor head to an optical fiber sensor system,
To the sensor head side through the adapter with a built-in sleeve that can hold another ferrule coaxially against the tip of the ferrule that houses the optical fiber of each connector, on the connector with two optical fibers provided on the system body side A pair of empty ferrules capable of inserting and removing a pair of connection end portions of the provided optical fiber were respectively attached.
A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system.
前記センサヘッドは光ファイバをU字形に湾曲させたセンサプローブを有し、当該センサプローブの両端に前記一対の接続端部が連なることを特徴とする請求項7記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置。   8. The sensor head of the optical fiber sensor system according to claim 7, wherein the sensor head has a sensor probe in which an optical fiber is bent in a U shape, and the pair of connection end portions are connected to both ends of the sensor probe. Connected device. 前記一対の空のフェルールのフランジ部材に、センサヘッド側に備えた光ファイバの一対の接続端部を挿入する際のガイドとなるガイド部材をそれぞれ備えたことを特徴とする請求項7記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置。   8. The light according to claim 7, further comprising a guide member serving as a guide when the pair of connection end portions of the optical fiber provided on the sensor head side is inserted into the flange member of the pair of empty ferrules. Sensor head connection device for fiber sensor system. 前記一対の空のフェルールに、センサヘッド側に備えた光ファイバの一対の接続端部をその先端が前記2連のコネクタのフェルールに収容された光ファイバとそれぞれ光学的に接続されるまで挿入した位置で、当該挿入した一対の光ファイバのケーブルと、前記一対の空のフェルールのフランジ部材または前記ガイド部材とを着脱可能に固定する固定部材を備えたことを特徴とする請求項7または請求項9記載の光ファイバセンサシステムのセンサヘッド接続装置。   Inserted into the pair of empty ferrules is a pair of connection end portions of optical fibers provided on the sensor head side until their tips are optically connected to the optical fibers housed in the ferrules of the two connectors. 8. A fixing member that detachably fixes the inserted pair of optical fiber cables and the flange member or the guide member of the pair of empty ferrules at a position. 10. A sensor head connecting device for an optical fiber sensor system according to claim 9.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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