JP2590129B2 - 液体の物性値測定装置 - Google Patents
液体の物性値測定装置Info
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- JP2590129B2 JP2590129B2 JP62207160A JP20716087A JP2590129B2 JP 2590129 B2 JP2590129 B2 JP 2590129B2 JP 62207160 A JP62207160 A JP 62207160A JP 20716087 A JP20716087 A JP 20716087A JP 2590129 B2 JP2590129 B2 JP 2590129B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、液体の物性値測定装置、より詳細には、液
体の屈折率、吸収係数等を測定する装置に関する。
体の屈折率、吸収係数等を測定する装置に関する。
従来技術 液体試料の屈折率の測定は、例えば、溶媒の成分比の
測定等の重要な手段である。従来、屈折率測定にはアッ
ベの屈折計が用いられているが、液体に色がついている
ときは測定できない。また、オンライン測定も不可能で
ある。液体の吸光度測定は、試料中の染料、顔料の濃度
測定等の重要な手段である。従来、吸光度測定には分光
光度計が用いられているが、染料濃度か非常に濃いと測
定できず、その場合には、希釈しなければならず、場合
によっては、1000倍以上も希釈しなければならず、希釈
の際の誤差も大きくなりがちであり、かつ手間もかか
る。これらの方法にかわる簡便な方法として光ファイバ
を用いたセンサが提案されているが、このセンサの出力
は、屈折率と吸収係数の両方に依存するので、それぞれ
を独立してとり出すことはできない。
測定等の重要な手段である。従来、屈折率測定にはアッ
ベの屈折計が用いられているが、液体に色がついている
ときは測定できない。また、オンライン測定も不可能で
ある。液体の吸光度測定は、試料中の染料、顔料の濃度
測定等の重要な手段である。従来、吸光度測定には分光
光度計が用いられているが、染料濃度か非常に濃いと測
定できず、その場合には、希釈しなければならず、場合
によっては、1000倍以上も希釈しなければならず、希釈
の際の誤差も大きくなりがちであり、かつ手間もかか
る。これらの方法にかわる簡便な方法として光ファイバ
を用いたセンサが提案されているが、このセンサの出力
は、屈折率と吸収係数の両方に依存するので、それぞれ
を独立してとり出すことはできない。
第１図は従来の光ファイバセンサの一例を説明するた
めの図で、図中、１は光源、２は光導波路、３は受光素
子、４は被測定液体で、光源１としてLEDが、受光素子
３としてフォトダイオード（PD）が用いられ、光導波路
２として光ファイバが用いられている。光ファイバ２内
を伝播する光の一部は該光ファイバ２の外へもれて受光
素子３へ到達しないが、このもれる量は光ファイバ２の
まわりの液体４の屈折率、吸収係数に依存する。
めの図で、図中、１は光源、２は光導波路、３は受光素
子、４は被測定液体で、光源１としてLEDが、受光素子
３としてフォトダイオード（PD）が用いられ、光導波路
２として光ファイバが用いられている。光ファイバ２内
を伝播する光の一部は該光ファイバ２の外へもれて受光
素子３へ到達しないが、このもれる量は光ファイバ２の
まわりの液体４の屈折率、吸収係数に依存する。
第２図は、被測定液体の吸収係数ｋが一定の場合の屈
折率ｎとフォトダイオードの出力の関係を示す図、第３
図は、屈折率ｎが一定の場合の吸収係数ｋとフォトダイ
オードの出力との関係を示す図で、これらの図による
と、フォトダイオードの出力は被測定液体の屈折率ｎ、
吸収係数ｋの両方に依存しており、どちらか一方が既知
であれば他方を求めることは可能であるが、両方とも未
知であれば、それぞれを求めることは不可能である。
折率ｎとフォトダイオードの出力の関係を示す図、第３
図は、屈折率ｎが一定の場合の吸収係数ｋとフォトダイ
オードの出力との関係を示す図で、これらの図による
と、フォトダイオードの出力は被測定液体の屈折率ｎ、
吸収係数ｋの両方に依存しており、どちらか一方が既知
であれば他方を求めることは可能であるが、両方とも未
知であれば、それぞれを求めることは不可能である。
上述のように、液体試料の屈折率や吸光度を測る手段
として、従来は、屈折率の測定にはアッベの屈折計が、
吸光度の測定には分光光度計が用いられているが、両者
とも操作が複雑で手間がかかり、又、オンライン計測
や、色の濃い試料の測定は不可能であった。そこで、こ
れらの測定を簡便かつオンラインでできる方法として、
光ファイバを用いたものが提案された。ところが、この
光ファイバを用いた方法はセンサの出力が屈折率と吸光
度の両方に依存するので、どちらか一方が一定であれば
測定できるが、この両者を同時に測定するのは不可能で
あった。
として、従来は、屈折率の測定にはアッベの屈折計が、
吸光度の測定には分光光度計が用いられているが、両者
とも操作が複雑で手間がかかり、又、オンライン計測
や、色の濃い試料の測定は不可能であった。そこで、こ
れらの測定を簡便かつオンラインでできる方法として、
光ファイバを用いたものが提案された。ところが、この
光ファイバを用いた方法はセンサの出力が屈折率と吸光
度の両方に依存するので、どちらか一方が一定であれば
測定できるが、この両者を同時に測定するのは不可能で
あった。
目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、特に、光ファイバを用いて、しかも、屈折率と吸光
度の両方をオンライン測定できるようにすることを目的
としてなされたものである。
で、特に、光ファイバを用いて、しかも、屈折率と吸光
度の両方をオンライン測定できるようにすることを目的
としてなされたものである。
構成 本発明は、上記目的を達成するために、光源と受光素
子とを少なくとも一部が被測定液体に接した光導波路で
結合し、前記受光素子の出力レベルで前記被測定液体の
状態を検出する液体の物性値測定装置において、少なく
とも２つ以上の光源もしくは少なくとも２つ以上の受光
素子又は分光器を有し、前記光源の少なくとも１つは被
測定液体の吸収を有しない波長に設定され、残りの光源
の少なくとも１つは被測定液体に吸収を有する波長に設
定され、もしくは、光源に被測定体に吸収を有しない波
長と吸収を有する波長の両方を含み、前記両波長の光が
前記分光器によって分光されることを特徴としたもので
ある。以下、本発明の実施例に基いて説明する。
子とを少なくとも一部が被測定液体に接した光導波路で
結合し、前記受光素子の出力レベルで前記被測定液体の
状態を検出する液体の物性値測定装置において、少なく
とも２つ以上の光源もしくは少なくとも２つ以上の受光
素子又は分光器を有し、前記光源の少なくとも１つは被
測定液体の吸収を有しない波長に設定され、残りの光源
の少なくとも１つは被測定液体に吸収を有する波長に設
定され、もしくは、光源に被測定体に吸収を有しない波
長と吸収を有する波長の両方を含み、前記両波長の光が
前記分光器によって分光されることを特徴としたもので
ある。以下、本発明の実施例に基いて説明する。
第４図及び第５図は、それぞれ本発明の実施例を説明
するための構成図で、図中、２は第１図に示した従来の
光ファイバセンサと同様の作用をする光ファイバセン
サ、５は光源駆動回路、６は演算処理記憶装置、７は表
示装置、８はプリズム又は回折格子等の分光器、９はPD
アレー、10はハーフミラーを示し、その他、第１図に示
した従来技術と同様の使用をする部分には第１図の場合
と同一の参照番号が付してある。
するための構成図で、図中、２は第１図に示した従来の
光ファイバセンサと同様の作用をする光ファイバセン
サ、５は光源駆動回路、６は演算処理記憶装置、７は表
示装置、８はプリズム又は回折格子等の分光器、９はPD
アレー、10はハーフミラーを示し、その他、第１図に示
した従来技術と同様の使用をする部分には第１図の場合
と同一の参照番号が付してある。
而して、本発明は、光源の波長を被測定液体の吸収を
有しない波長とすることによって屈折率が一意的に求ま
ることに着目してなされたもので、第４図の実施例の場
合は２つの光源1a,1bを設けたものであり、第５図の実
施例の場合は受光部において分光器８で分光するように
したものである。
有しない波長とすることによって屈折率が一意的に求ま
ることに着目してなされたもので、第４図の実施例の場
合は２つの光源1a,1bを設けたものであり、第５図の実
施例の場合は受光部において分光器８で分光するように
したものである。
次に、本発明による測定装置の動作原理について説明
すると、例えば、分光感度特性が第６図に示すような特
性の液体の測定を考えると、光導波路２に入射させる光
の波長の１つをＡに、もう１つをＢに設定する。波長が
Ｂである方の出力と屈折率あるいは溶媒組成比の関係は
例えば第８図に示すようになり、出力がａであれば屈折
率n2あるいは溶媒組成比X2と求まる。一方、波長がＡで
ある方の出力と吸収係数の関係は、屈折率によって違
い、例えば、第９図に示すように屈折率或いは溶媒組成
比毎に求まる。ここで、この出力がｂのとき、従来のセ
ンサであれば、吸収係数は一意的に定まらないが、ここ
では、すでに別のセンサで屈折率n2或いは溶媒組成比X2
と求まっているので、吸収係数がk1と求まる。
すると、例えば、分光感度特性が第６図に示すような特
性の液体の測定を考えると、光導波路２に入射させる光
の波長の１つをＡに、もう１つをＢに設定する。波長が
Ｂである方の出力と屈折率あるいは溶媒組成比の関係は
例えば第８図に示すようになり、出力がａであれば屈折
率n2あるいは溶媒組成比X2と求まる。一方、波長がＡで
ある方の出力と吸収係数の関係は、屈折率によって違
い、例えば、第９図に示すように屈折率或いは溶媒組成
比毎に求まる。ここで、この出力がｂのとき、従来のセ
ンサであれば、吸収係数は一意的に定まらないが、ここ
では、すでに別のセンサで屈折率n2或いは溶媒組成比X2
と求まっているので、吸収係数がk1と求まる。
第４図に示した実施例は、１つの光導波路２に異った
波長の光を入射させるのに、それぞれ別の光源1a,1bを
用意するもので、それぞれの光源はNEDやレーザー等の
単色光源を用いるが、この時、光源を交互に光らしてそ
れぞれの出力を得る。第５図に示した実施例は、１つの
光源１を用い、これを分光するもので、この時、光源１
に白色光源を用い、フィルターを２つ用意してこれらを
切り換えるか、プリズム、回折格子等を設け、これらの
角度を換えて波長を２つ選ぶようにしてもよい。これら
のフィルタ、プリズム、回折格子等は光源−光導波路間
でも光導波路−受光素子間のどちらに設けてもよい。前
者の場合、受光素子は１つであり、時間的に切り換え
る。後者の場合、１つの受光素子で受けてもよいし、光
導波路から出てきた光を２つに分けて、それぞれにフィ
ルター等を設けて２つの受光素子で受けるか、或いは、
第５図に示したように、そのままプリズム、回折格子で
分光して空間的に分けた受光素子で受けてもよい。
波長の光を入射させるのに、それぞれ別の光源1a,1bを
用意するもので、それぞれの光源はNEDやレーザー等の
単色光源を用いるが、この時、光源を交互に光らしてそ
れぞれの出力を得る。第５図に示した実施例は、１つの
光源１を用い、これを分光するもので、この時、光源１
に白色光源を用い、フィルターを２つ用意してこれらを
切り換えるか、プリズム、回折格子等を設け、これらの
角度を換えて波長を２つ選ぶようにしてもよい。これら
のフィルタ、プリズム、回折格子等は光源−光導波路間
でも光導波路−受光素子間のどちらに設けてもよい。前
者の場合、受光素子は１つであり、時間的に切り換え
る。後者の場合、１つの受光素子で受けてもよいし、光
導波路から出てきた光を２つに分けて、それぞれにフィ
ルター等を設けて２つの受光素子で受けるか、或いは、
第５図に示したように、そのままプリズム、回折格子で
分光して空間的に分けた受光素子で受けてもよい。
光導波路２は入射せさようとする光が通れば何でもよ
く、具体的には、ガラス、樹脂等が考えられるが、屈折
率は被測定液体よりも高くなければならない。また、い
ずれの場合でも光源と光導波路は直接結んでもよいし、
光ファイバー、ミラー等を介してもよい。
く、具体的には、ガラス、樹脂等が考えられるが、屈折
率は被測定液体よりも高くなければならない。また、い
ずれの場合でも光源と光導波路は直接結んでもよいし、
光ファイバー、ミラー等を介してもよい。
第４図及び第５図には、Ｕ字型の形状を有する光導波
路を示したが、これは直線でも螺旋状でもよい。しか
し、曲率を有している方が感度がよいので望ましい。な
お、断面形状は丸でも四角でもよく、任意でよい。ま
た、受光素子３は受光しようとする光に対して感度があ
れば何でもよい。
路を示したが、これは直線でも螺旋状でもよい。しか
し、曲率を有している方が感度がよいので望ましい。な
お、断面形状は丸でも四角でもよく、任意でよい。ま
た、受光素子３は受光しようとする光に対して感度があ
れば何でもよい。
演算処理記憶装置６は、第８図、第９図に関して説明
した演算をするもので、それぞれの出力を屈折率或いは
溶媒組成比、吸収係数の値に変換するが、これらは装置
内部に組みこんでもよいし、外部の汎用機器（コンピュ
ータ等）を用いてもよい。
した演算をするもので、それぞれの出力を屈折率或いは
溶媒組成比、吸収係数の値に変換するが、これらは装置
内部に組みこんでもよいし、外部の汎用機器（コンピュ
ータ等）を用いてもよい。
光源の波長を３つ以上の中から２つ選ぶようにすると
更に汎用性が高まる。例えば、第７図において、，
，の３種類の試料を測ろうとする場合、の試料の
ときは、波長C,Dを、の試料のときはD,Eを、のとき
はC,Eを選ぶようにすると分光感度特性の違うものを測
ることができる。なお、このとき、光源、受光素子等、
前述の説明で２個使用したものを３個使用すればよい。
更に汎用性が高まる。例えば、第７図において、，
，の３種類の試料を測ろうとする場合、の試料の
ときは、波長C,Dを、の試料のときはD,Eを、のとき
はC,Eを選ぶようにすると分光感度特性の違うものを測
ることができる。なお、このとき、光源、受光素子等、
前述の説明で２個使用したものを３個使用すればよい。
実 施 例 １ 第10図乃至第12図は、本発明の他の実施例を説明する
ための図で、この実施例は、光源1aに660nmのLED、光源
1bに925nmのLEDを使用し、光導波路２に石英を使用した
もので、第11図に被測定得体の分光特性を示し、第12図
（ａ），（ｂ）に測定結果を示す。
ための図で、この実施例は、光源1aに660nmのLED、光源
1bに925nmのLEDを使用し、光導波路２に石英を使用した
もので、第11図に被測定得体の分光特性を示し、第12図
（ａ），（ｂ）に測定結果を示す。
実 施 例 ２ 第12図乃至第15図は、本発明の他の実施例を説明する
ための図で、この実施例は、光源１にハロゲンランプを
使用し、光導波路２にアクリルを使用し、受光側に回折
格子８及びPDアレー９を使用したものであり、第14図
は、被測定液体，，の分光特性、第15図（ａ），
（ｂ）は、各液体，，の測定結果を示す。
ための図で、この実施例は、光源１にハロゲンランプを
使用し、光導波路２にアクリルを使用し、受光側に回折
格子８及びPDアレー９を使用したものであり、第14図
は、被測定液体，，の分光特性、第15図（ａ），
（ｂ）は、各液体，，の測定結果を示す。
効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、従
来測定が困難であった屈折率と吸光度の同時測定を簡単
に行なうことができる。
来測定が困難であった屈折率と吸光度の同時測定を簡単
に行なうことができる。
第１図乃至第３図は、従来の光ファイバセンサの一例を
説明するための図、第４図及び第５図は、それぞれ本発
明の実施例を説明するための構成図、第６図は、液体の
分光感度特性の一例を示す図、第７図は、３種類の液体
の光分感度特性を示す図、第８図は、屈折率と出力との
関係を示す図、第９図は、相対出力の吸収係数及び屈折
率依存性を示す図、第10図乃至第12図は、本発明の他の
実施例を説明するための図、第13図乃至第15図は、本発
明の他の実施例を説明するための図である。 1,1a,1b……光源、２……光導波路、３……受光素子、
４……被測定液体、５……光源駆動回路、６……演算処
理記憶装置、７……表示装置、８……分光器、９……PD
アレー。
説明するための図、第４図及び第５図は、それぞれ本発
明の実施例を説明するための構成図、第６図は、液体の
分光感度特性の一例を示す図、第７図は、３種類の液体
の光分感度特性を示す図、第８図は、屈折率と出力との
関係を示す図、第９図は、相対出力の吸収係数及び屈折
率依存性を示す図、第10図乃至第12図は、本発明の他の
実施例を説明するための図、第13図乃至第15図は、本発
明の他の実施例を説明するための図である。 1,1a,1b……光源、２……光導波路、３……受光素子、
４……被測定液体、５……光源駆動回路、６……演算処
理記憶装置、７……表示装置、８……分光器、９……PD
アレー。
フロントページの続き (72)発明者 堀家 正紀 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭62−228142（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】光源と受光素子とを少なくとも一部が被測
定液体に接した光導波路で結合し、前記受光素子の出力
レベルで前記被測定液体の状態を検出する液体の物性値
測定装置において、少なくとも２つ以上の光源もしくは
少なくとも２つ以上の受光素子又は分光器を有し、前記
光源の少なくとも１つは被測定液体の吸収を有しない波
長に設定され、残りの光源の少なくとも１つは被測定液
体に吸収を有する波長に設定され、もしくは、光源に被
測定液体に吸収を有しない波長と吸収を有する波長の両
方を含み、前記両波長の光が前記分光器によって分光さ
れることを特徴とする液体の物性値測定装置。 - 【請求項２】吸収を有しない波長に設定された光による
光導波路と結合した受光素子より得られた出力レベルで
被測定液体の屈折率を、この出力レベルと吸収を有する
波長に設定された光による光導波路と結合した受光素子
より得られた出力レベルとで被測定液体の吸収係数を測
定することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記
載の液体の物性値測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62207160A JP2590129B2 (ja) | 1987-08-19 | 1987-08-19 | 液体の物性値測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62207160A JP2590129B2 (ja) | 1987-08-19 | 1987-08-19 | 液体の物性値測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6449942A JPS6449942A (en) | 1989-02-27 |
| JP2590129B2 true JP2590129B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=16535219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62207160A Expired - Lifetime JP2590129B2 (ja) | 1987-08-19 | 1987-08-19 | 液体の物性値測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590129B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5121986A (en) * | 1990-04-17 | 1992-06-16 | Atlantic Richfield Company | Method and apparatus for determining composition of fuel mixtures |
| US7154592B2 (en) * | 2003-02-11 | 2006-12-26 | Bayer Healthcare Llc. | Multiwavelength readhead for use in the determination of analytes in body fluids |
| JP2008089565A (ja) * | 2006-09-06 | 2008-04-17 | Toyohashi Univ Of Technology | 光ファイバ植物センシング装置およびその方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62228142A (ja) * | 1985-12-12 | 1987-10-07 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 光学式濃度計 |
-
1987
- 1987-08-19 JP JP62207160A patent/JP2590129B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6449942A (en) | 1989-02-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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