JP3101671B2 - 酸素感応皮膜の形成方法及びそれを利用した酸素センサー並びに圧力測定方法 - Google Patents
酸素感応皮膜の形成方法及びそれを利用した酸素センサー並びに圧力測定方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温でも高い酸素
感度をもつ酸素反応皮膜の形成方法と、それを利用した
酸素センサー並びに微量酸素雰囲気における圧力測定方
法に関する。
感度をもつ酸素反応皮膜の形成方法と、それを利用した
酸素センサー並びに微量酸素雰囲気における圧力測定方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸素センサーとして酸素感応塗料
が知られている。従来の酸素感応塗料による酸素センサ
ー２０は、図３に示すように、酸素消光特性を有する光
励起物質２１を塩化ビニールやポリメチル等の酸素透過
性樹脂２２に溶かして金属母材２３に塗布したものであ
った。しかしながら、上記従来の酸素感応塗料は、光励
起物質と酸素の直接的な接触が樹脂内の気体の拡散現象
に依存すること等により、その分酸素感度が低下すると
いう問題点があった。また、低温においては樹脂の酸素
透過性が小さくなるため、酸素に対する感度が極めて小
さくなる欠点がある。そのため、従来の酸素感応塗料
は、低温雰囲気での酸素センサーとしては機能しない問
題点があった。従って、従来の酸素センサーは、高層大
気環境での微量酸素検出や物体表面の微小圧力測定や低
温風洞での供試体の表面の圧力分布測定等に利用するこ
とはできなかった。
が知られている。従来の酸素感応塗料による酸素センサ
ー２０は、図３に示すように、酸素消光特性を有する光
励起物質２１を塩化ビニールやポリメチル等の酸素透過
性樹脂２２に溶かして金属母材２３に塗布したものであ
った。しかしながら、上記従来の酸素感応塗料は、光励
起物質と酸素の直接的な接触が樹脂内の気体の拡散現象
に依存すること等により、その分酸素感度が低下すると
いう問題点があった。また、低温においては樹脂の酸素
透過性が小さくなるため、酸素に対する感度が極めて小
さくなる欠点がある。そのため、従来の酸素感応塗料
は、低温雰囲気での酸素センサーとしては機能しない問
題点があった。従って、従来の酸素センサーは、高層大
気環境での微量酸素検出や物体表面の微小圧力測定や低
温風洞での供試体の表面の圧力分布測定等に利用するこ
とはできなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
酸素感応塗料の問題点を解決するために創案されたもの
であって、極めて高い酸素濃度を有し液体窒素温度程度
の極低温雰囲気でも酸素感度を保持する酸素感応皮膜を
容易に得ることができる酸素感応皮膜の形成方法と、該
酸素感応皮膜の形成方法により得られる常温雰囲気及び
低温雰囲気でも高い酸素感度を有する酸素センサーと、
且つそれを利用して特に低温風洞や高層大気環境等の微
酸素雰囲気での微量酸素を検出して物体表面の圧力分布
を高感度で正確に且つ簡単に測定することができる圧力
測定方法を提供することを目的とする。
酸素感応塗料の問題点を解決するために創案されたもの
であって、極めて高い酸素濃度を有し液体窒素温度程度
の極低温雰囲気でも酸素感度を保持する酸素感応皮膜を
容易に得ることができる酸素感応皮膜の形成方法と、該
酸素感応皮膜の形成方法により得られる常温雰囲気及び
低温雰囲気でも高い酸素感度を有する酸素センサーと、
且つそれを利用して特に低温風洞や高層大気環境等の微
酸素雰囲気での微量酸素を検出して物体表面の圧力分布
を高感度で正確に且つ簡単に測定することができる圧力
測定方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記問題点を
解決するために種々研究した結果、酸素感応特性を有す
る化合物を酸素透過性樹脂を介さずに金属母材の表面に
直接吸着させて固定させることを着想し、それにより酸
素が直接酸素感応物質に接触することができ、低温での
樹脂による酸素透過阻害問題が発生することなく、雰囲
気温度に関係なく微量な酸素でも高い感度で酸素を検知
できることを知得し本発明に到達したものである。
解決するために種々研究した結果、酸素感応特性を有す
る化合物を酸素透過性樹脂を介さずに金属母材の表面に
直接吸着させて固定させることを着想し、それにより酸
素が直接酸素感応物質に接触することができ、低温での
樹脂による酸素透過阻害問題が発生することなく、雰囲
気温度に関係なく微量な酸素でも高い感度で酸素を検知
できることを知得し本発明に到達したものである。
【０００５】即ち、本発明の酸素感応皮膜の形成方法
は、金属母材面に多孔質の酸化皮膜を形成する酸化皮膜
形成工程、該酸化皮膜表面に酸素感応物質を電気化学的
に吸着させる酸素感応物質吸着工程からなることを特徴
とする。前記金属母材として、アルミニュウムやチタニ
ュウム等の金属母材、あるいは金属をある厚さに接着し
たその他の材料の採用が可能である。
は、金属母材面に多孔質の酸化皮膜を形成する酸化皮膜
形成工程、該酸化皮膜表面に酸素感応物質を電気化学的
に吸着させる酸素感応物質吸着工程からなることを特徴
とする。前記金属母材として、アルミニュウムやチタニ
ュウム等の金属母材、あるいは金属をある厚さに接着し
たその他の材料の採用が可能である。
【０００６】前記酸化皮膜形成工程では、金属母材を陽
極として電解液中で電気化学的に前記金属母材に酸化皮
膜を形成させ、前記酸素感応物質吸着工程では、酸化皮
膜が形成された前記金属母材を陰極として、酸素感応特
性を有する電解性の光励起物質の溶液に浸して、酸素感
応物質を電気化学的に酸化皮膜の前記微細孔に吸着させ
ることにより、酸素感応皮膜を簡単に且つ均一に形成す
ることができる。前記酸素感応物質吸着工程は、酸素感
応特性を有する光励起物質の極性により、酸化皮膜が形
成された金属母材を陽極にすることも可能である。ま
た、前記酸素感応物質として、ルテニウム、白金、オス
ミウム等の酸素消光特性を有する発光性の金属錯体及び
芳香化合物が好適に採用できるが、ＴＰＰ（テトラフェ
ニルポルフィン）等の光励起三重項寿命が酸素濃度によ
って減衰特性を有する非発光化合物も採用可能である。
極として電解液中で電気化学的に前記金属母材に酸化皮
膜を形成させ、前記酸素感応物質吸着工程では、酸化皮
膜が形成された前記金属母材を陰極として、酸素感応特
性を有する電解性の光励起物質の溶液に浸して、酸素感
応物質を電気化学的に酸化皮膜の前記微細孔に吸着させ
ることにより、酸素感応皮膜を簡単に且つ均一に形成す
ることができる。前記酸素感応物質吸着工程は、酸素感
応特性を有する光励起物質の極性により、酸化皮膜が形
成された金属母材を陽極にすることも可能である。ま
た、前記酸素感応物質として、ルテニウム、白金、オス
ミウム等の酸素消光特性を有する発光性の金属錯体及び
芳香化合物が好適に採用できるが、ＴＰＰ（テトラフェ
ニルポルフィン）等の光励起三重項寿命が酸素濃度によ
って減衰特性を有する非発光化合物も採用可能である。
【０００７】上記の方法で形成された酸素感応皮膜は、
そのまま酸素センサーとして利用でき、直接被測定供試
体金属表面に該酸素感応皮膜を形成してもよく、単体の
金属母材に酸素感応皮膜を形成して単体の酸素センサー
としても良い。また、酸素感応皮膜が形成された金属母
材を光ファイバーの先端に組込み込んで酸素センサーを
形成することによって、ｐｐｍオーダの微量酸素の検出
や酸素漏れの感知を行うことができる。
そのまま酸素センサーとして利用でき、直接被測定供試
体金属表面に該酸素感応皮膜を形成してもよく、単体の
金属母材に酸素感応皮膜を形成して単体の酸素センサー
としても良い。また、酸素感応皮膜が形成された金属母
材を光ファイバーの先端に組込み込んで酸素センサーを
形成することによって、ｐｐｍオーダの微量酸素の検出
や酸素漏れの感知を行うことができる。
【０００８】また、本発明の微量酸素雰囲気における物
体表面の圧力測定方法は、物体表面に金属母材に形成さ
れた多孔性酸化皮膜に酸素消光特性を有する発光化合物
を電気化学的に吸着してなる酸素感応皮膜を設け、該物
体の酸素感応皮膜が微量酸素雰囲気で発するルミネセン
スの強度又は寿命を、光センサーで計測することによっ
て該物体表面の圧力分布を測定することを特徴とする。
該圧力測定方法は、高層大気環境等における微量酸素の
検出及び物体表面の微小圧力分布測定にも利用できるだ
けでなく、低温風洞における低温窒素ガス雰囲気に一定
の割合の微量の酸素を混入して微量酸素雰囲気を形成す
ることによって、低温風洞における供試体表面の圧力分
布測定方法に適用できる。本発明による酸素センサー及
び圧力測定方法は、次のような原理に基づくものであ
る。
体表面の圧力測定方法は、物体表面に金属母材に形成さ
れた多孔性酸化皮膜に酸素消光特性を有する発光化合物
を電気化学的に吸着してなる酸素感応皮膜を設け、該物
体の酸素感応皮膜が微量酸素雰囲気で発するルミネセン
スの強度又は寿命を、光センサーで計測することによっ
て該物体表面の圧力分布を測定することを特徴とする。
該圧力測定方法は、高層大気環境等における微量酸素の
検出及び物体表面の微小圧力分布測定にも利用できるだ
けでなく、低温風洞における低温窒素ガス雰囲気に一定
の割合の微量の酸素を混入して微量酸素雰囲気を形成す
ることによって、低温風洞における供試体表面の圧力分
布測定方法に適用できる。本発明による酸素センサー及
び圧力測定方法は、次のような原理に基づくものであ
る。
【０００９】酸素消光特性を有する光励起物質に、その
吸収スペクトルに相当する波長の励起光を照射すると、
励起状態の物質分子は、基底状態に戻る際に励起光より
長い波長のルミネセンスを発する。しかし、励起状態の
物質分子の周辺に酸素分子が存在すると、励起分子は酸
素エネルギーを奪われ、ルミネセンスを発することなく
基底状態に落ちる。即ち、ルミネセンスの強度（又は寿
命）は、光励起物質の周辺の雰囲気の酸素濃度によって
増減する。これを測定すれば、酸素濃度が測定できる。
従って、もし、被測定体のまわりの気体中の酸素成分の
割合が、地球大気のように一定に保たれているならば、
酸素濃度の測定値を圧力に対応付けることが可能であ
る。
吸収スペクトルに相当する波長の励起光を照射すると、
励起状態の物質分子は、基底状態に戻る際に励起光より
長い波長のルミネセンスを発する。しかし、励起状態の
物質分子の周辺に酸素分子が存在すると、励起分子は酸
素エネルギーを奪われ、ルミネセンスを発することなく
基底状態に落ちる。即ち、ルミネセンスの強度（又は寿
命）は、光励起物質の周辺の雰囲気の酸素濃度によって
増減する。これを測定すれば、酸素濃度が測定できる。
従って、もし、被測定体のまわりの気体中の酸素成分の
割合が、地球大気のように一定に保たれているならば、
酸素濃度の測定値を圧力に対応付けることが可能であ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に示す実施形態は、酸素感応
物質として酸素消光特性を有する発光性の光励起物質を
採用した場合を示す。本発明における酸素感応皮膜の形
成方法は、アルミニュウム又はチタニウム等の金属母
材、又はこれらの金属をある厚さに接着した材料に適用
可能である。まず、図１（ａ）に模式的に示すように、
硫酸、しゅう酸、又はクロム酸などの電解液３を充填し
た反応槽２内に、よく脱脂した前記金属母材からなる供
試体（物品）１を陽極４として、電気化学的に供試体１
の表面に人工的に酸化皮膜を生成する。その際、陽極の
電解液に浸される部分及び金属母材の皮膜形成の必要が
ない箇所はシリコンゴム等の電極カバー８で被覆する。
電流密度は供試体の表面積１００ｃｍ2当り１Ａを目安
とし、通電時間は約５〜６０分の範囲内とする。しか
し、電流密度及び通電時間は、金属母材や電解液の種類
及び電圧等によって相違し、必ずしも上記範囲に限らず
金属母材に形成する酸化皮膜が最適条件となるように適
宜選択すれば良い。なお、図１（ａ）において、５は電
源、６は陰極、７は水素気泡を表している。
物質として酸素消光特性を有する発光性の光励起物質を
採用した場合を示す。本発明における酸素感応皮膜の形
成方法は、アルミニュウム又はチタニウム等の金属母
材、又はこれらの金属をある厚さに接着した材料に適用
可能である。まず、図１（ａ）に模式的に示すように、
硫酸、しゅう酸、又はクロム酸などの電解液３を充填し
た反応槽２内に、よく脱脂した前記金属母材からなる供
試体（物品）１を陽極４として、電気化学的に供試体１
の表面に人工的に酸化皮膜を生成する。その際、陽極の
電解液に浸される部分及び金属母材の皮膜形成の必要が
ない箇所はシリコンゴム等の電極カバー８で被覆する。
電流密度は供試体の表面積１００ｃｍ2当り１Ａを目安
とし、通電時間は約５〜６０分の範囲内とする。しか
し、電流密度及び通電時間は、金属母材や電解液の種類
及び電圧等によって相違し、必ずしも上記範囲に限らず
金属母材に形成する酸化皮膜が最適条件となるように適
宜選択すれば良い。なお、図１（ａ）において、５は電
源、６は陰極、７は水素気泡を表している。
【００１１】上記処理により、供試体１の金属母材表面
に、図２に酸素センサー９として模式的に示すように、
１０〜５０ナノメートル径の微細孔１１が均一に規則正
しく形成された多孔面からなる酸化皮膜１０が形成され
る。次いで、前記供試体１を良く水洗いした後、図１
（ｂ）に示すように、酸素消光特性を有し、かつ水又は
有機溶煤に溶解したルテニウム、白金、オスミウム等の
光励起物質溶液１３の中に浸す。そして、供試体１を陰
極１６とし、電圧をかける。それにより、光励起物質の
主成分が陽イオンとなって図３に模式的に黒丸で示すよ
うに、酸化皮膜表面１０の微細孔１１内に電気化学的に
吸着する。従って、発光化合物１４は微細孔内で直接外
気と接触できる状態にある。それにより、均一で強い発
光化合物皮膜１５が形成される。通電時間は１〜６０分
の範囲が良い。通電時間をこの範囲に限ることによっ
て、光励起物質の濃度消光を防ぎ、酸素に対する感度を
維持することができる。通電時間が長過ぎると、酸素感
度が低下する。なお、図１（ｂ）において、１７は陽
極、１８は電源を表している。
に、図２に酸素センサー９として模式的に示すように、
１０〜５０ナノメートル径の微細孔１１が均一に規則正
しく形成された多孔面からなる酸化皮膜１０が形成され
る。次いで、前記供試体１を良く水洗いした後、図１
（ｂ）に示すように、酸素消光特性を有し、かつ水又は
有機溶煤に溶解したルテニウム、白金、オスミウム等の
光励起物質溶液１３の中に浸す。そして、供試体１を陰
極１６とし、電圧をかける。それにより、光励起物質の
主成分が陽イオンとなって図３に模式的に黒丸で示すよ
うに、酸化皮膜表面１０の微細孔１１内に電気化学的に
吸着する。従って、発光化合物１４は微細孔内で直接外
気と接触できる状態にある。それにより、均一で強い発
光化合物皮膜１５が形成される。通電時間は１〜６０分
の範囲が良い。通電時間をこの範囲に限ることによっ
て、光励起物質の濃度消光を防ぎ、酸素に対する感度を
維持することができる。通電時間が長過ぎると、酸素感
度が低下する。なお、図１（ｂ）において、１７は陽
極、１８は電源を表している。
【００１２】以上のよう形成された発光化合物皮膜１５
は、従来の酸素感応塗料皮膜と相違して、酸素透過性樹
脂を用いることなく、酸素消光特性を有する光励起物質
が直接金属母材の表面に吸着されているので、従来の酸
素感応塗料では不可能であった、酸素濃度の極めて低い
高層大気環境等でのごく微小な酸素でも高感度で測定す
ることが可能である。また、液体窒素温度と同程度の低
温においても前記化合物と酸素の接触を妨げることな
く、極めて高い酸素感度を有する酸素感応皮膜として機
能する。そのため、従来の酸素感応塗料では不可能であ
った、低温でしかも酸素濃度の極めて低い高層大気環境
等でのごく微小な酸素でも高感度で測定することが可能
である。
は、従来の酸素感応塗料皮膜と相違して、酸素透過性樹
脂を用いることなく、酸素消光特性を有する光励起物質
が直接金属母材の表面に吸着されているので、従来の酸
素感応塗料では不可能であった、酸素濃度の極めて低い
高層大気環境等でのごく微小な酸素でも高感度で測定す
ることが可能である。また、液体窒素温度と同程度の低
温においても前記化合物と酸素の接触を妨げることな
く、極めて高い酸素感度を有する酸素感応皮膜として機
能する。そのため、従来の酸素感応塗料では不可能であ
った、低温でしかも酸素濃度の極めて低い高層大気環境
等でのごく微小な酸素でも高感度で測定することが可能
である。
【００１３】また、上記発光化合物皮膜は、窒素の液化
温度程度の極低温雰囲気でも微量の酸素を検出すること
ができるので、種々の用途に適用が可能である。例え
ば、次のようにして低温風洞における供試体表面の圧力
分布の計測に適用できる。低温風洞は、液体窒素の噴射
により冷却しているため、作動気体のほぼ１００％が窒
素ガスであるが、０．１％以下の微量の酸素を意図的に
気流中に混入して、表面に前記光励起物質皮膜を形成し
た供試体の発するルミネセンスの強度を、ＣＣＤ（電荷
結合素子）カメラ、光電管倍増管、シリコンダイオード
等の光センサーで計測し、酸素０％の状態又は気流静止
状態におけるルミネセンス強度と比較すれば、風洞圧力
の範囲内の圧力分布の正確な計測が可能になる。その場
合、風洞気流中の酸素濃度は、ジルコニア式酸素センサ
ー等でモニターして制御すると良い。
温度程度の極低温雰囲気でも微量の酸素を検出すること
ができるので、種々の用途に適用が可能である。例え
ば、次のようにして低温風洞における供試体表面の圧力
分布の計測に適用できる。低温風洞は、液体窒素の噴射
により冷却しているため、作動気体のほぼ１００％が窒
素ガスであるが、０．１％以下の微量の酸素を意図的に
気流中に混入して、表面に前記光励起物質皮膜を形成し
た供試体の発するルミネセンスの強度を、ＣＣＤ（電荷
結合素子）カメラ、光電管倍増管、シリコンダイオード
等の光センサーで計測し、酸素０％の状態又は気流静止
状態におけるルミネセンス強度と比較すれば、風洞圧力
の範囲内の圧力分布の正確な計測が可能になる。その場
合、風洞気流中の酸素濃度は、ジルコニア式酸素センサ
ー等でモニターして制御すると良い。
【００１４】図４は、低温風洞中の圧力分布を測定する
実験に用いた圧力測定装置の模式図である。図の装置に
おいて、液体窒素タンク３１から供給される液体窒素を
飛沫状にして液体窒素噴射系３２を介して風洞内に噴射
することによって、低温風洞３０は、気流の温度を窒素
の液化点近くまで下げることができる。低温風洞内の気
流の速度、温度、圧力は、送風機の回転数、液体窒素噴
射量、ガス排気量の調節によって制御される。低温風洞
の作動気体の気流中に０．１％以下の微量の酸素を酸素
供給源３３から酸素供給系３４を介して一定量混入す
る。気流中の酸素濃度は、ガス排気系３５によって排気
される排気ガスの一部をサンプリングして、ジルコニア
酸素計等の酸素濃度モニター装置３６を用いてモニター
する。供試体３７の表面に前記のようにして酸素感応皮
膜３８を形成し、励起光源３９からその吸収スペクトル
に相当する励起光を集光レンズ４０により供試体３７の
酸素感応皮膜３８に集光する。酸素感応皮膜３８の発す
るルミネセンスを、その波長に相当するバンドパスフィ
ルターを取り付けた高感度ＣＣＤカメラ４１等で撮影す
る。なお、図中４２は励起光源側の励起光バンドパスフ
ィルター、４３は高感度ＣＣＤカメラ側の検出光バンド
パスフィルター、４４はダイロックミラー（波長分離反
射鏡）、４５はレンズである。
実験に用いた圧力測定装置の模式図である。図の装置に
おいて、液体窒素タンク３１から供給される液体窒素を
飛沫状にして液体窒素噴射系３２を介して風洞内に噴射
することによって、低温風洞３０は、気流の温度を窒素
の液化点近くまで下げることができる。低温風洞内の気
流の速度、温度、圧力は、送風機の回転数、液体窒素噴
射量、ガス排気量の調節によって制御される。低温風洞
の作動気体の気流中に０．１％以下の微量の酸素を酸素
供給源３３から酸素供給系３４を介して一定量混入す
る。気流中の酸素濃度は、ガス排気系３５によって排気
される排気ガスの一部をサンプリングして、ジルコニア
酸素計等の酸素濃度モニター装置３６を用いてモニター
する。供試体３７の表面に前記のようにして酸素感応皮
膜３８を形成し、励起光源３９からその吸収スペクトル
に相当する励起光を集光レンズ４０により供試体３７の
酸素感応皮膜３８に集光する。酸素感応皮膜３８の発す
るルミネセンスを、その波長に相当するバンドパスフィ
ルターを取り付けた高感度ＣＣＤカメラ４１等で撮影す
る。なお、図中４２は励起光源側の励起光バンドパスフ
ィルター、４３は高感度ＣＣＤカメラ側の検出光バンド
パスフィルター、４４はダイロックミラー（波長分離反
射鏡）、４５はレンズである。
【００１５】また、他の応用例として、本発明の光励起
物質皮膜を光ファイバーの先端に組み込むことによっ
て、ｐｐｍオーダの微量酸素の検出、酸素洩れの感知等
を行なう酸素検出器或いは酸素スイッチ、酸素アラーム
として利用することができる。この場合、光センサーは
光電子倍増管等のポイントセンサーを使用する。また、
この光励起物質皮膜の発光強度、寿命等を計測すること
によって、酸素濃度を計測することができる。このセン
サーは、常温だけでなく、低温雰囲気においても機能す
る。
物質皮膜を光ファイバーの先端に組み込むことによっ
て、ｐｐｍオーダの微量酸素の検出、酸素洩れの感知等
を行なう酸素検出器或いは酸素スイッチ、酸素アラーム
として利用することができる。この場合、光センサーは
光電子倍増管等のポイントセンサーを使用する。また、
この光励起物質皮膜の発光強度、寿命等を計測すること
によって、酸素濃度を計測することができる。このセン
サーは、常温だけでなく、低温雰囲気においても機能す
る。
【００１６】
【実施例】実施例１ 上記方法により、次の条件でアルミニュウムの金属母材
に発光化合物皮膜を得た。 工程１： 電解液 希硫酸 処理条件 ０．５Ａの電流を２０分間通電する。 工程２： 光励起物質 ルテニュウム錯体の有機溶煤溶液 処理条件 ２０Ｖの電圧を５分間印加する。
に発光化合物皮膜を得た。 工程１： 電解液 希硫酸 処理条件 ０．５Ａの電流を２０分間通電する。 工程２： 光励起物質 ルテニュウム錯体の有機溶煤溶液 処理条件 ２０Ｖの電圧を５分間印加する。
【００１７】また、上記実施例の酸素感応特性を評価す
るために、比較例として前記実施例と同じ光励起物質
（ルテニュウム錯体）を、酸素透過性樹脂であるシリコ
ンポリマーに混ぜて金属母材に光励起物質皮膜を形成し
たものも作成した。
るために、比較例として前記実施例と同じ光励起物質
（ルテニュウム錯体）を、酸素透過性樹脂であるシリコ
ンポリマーに混ぜて金属母材に光励起物質皮膜を形成し
たものも作成した。
【００１８】以上のようにして得られた本実施例の光励
起物質皮膜と比較例の光励起物質皮膜を、低温雰囲気で
の酸素感度特性を低温装置試験により計測した。試験
は、作動気体のほぼ１００％が窒素ガスである低温装置
内に０〜１．０％の微量の酸素を混入して、それぞれの
酸素濃度における発光強度を測定することによって行な
った。その結果を図５に示す。図５は絶対温度１００Ｋ
における場合を示している。図４の線図におけるａは比
較例に対応し、ｉは本発明の実施例に対応している。
起物質皮膜と比較例の光励起物質皮膜を、低温雰囲気で
の酸素感度特性を低温装置試験により計測した。試験
は、作動気体のほぼ１００％が窒素ガスである低温装置
内に０〜１．０％の微量の酸素を混入して、それぞれの
酸素濃度における発光強度を測定することによって行な
った。その結果を図５に示す。図５は絶対温度１００Ｋ
における場合を示している。図４の線図におけるａは比
較例に対応し、ｉは本発明の実施例に対応している。
【００１９】図５のグラフにおいて、縦軸は酸素濃度０
の場合の発光強度と各酸素濃度での発光強度との比（Ｉ
／Ｉ0）を表し、横軸は酸素濃度（％）を表す。この図
から明らかなように、実施例ｉは、酸素量が極微細
（０．１％程度）な状態で発光強度が急激に減少し、低
温雰囲気において極めて高い酸素感度を有し、極微細な
酸素量も検出可能であることが分かる。これに対し、比
較例ａ（即ち従来の酸素感応塗料）の場合は、発光強度
の低下は酸素濃度１％までに僅かしか認められず、低温
においては酸素センサとして全く機能してないことが分
かる。
の場合の発光強度と各酸素濃度での発光強度との比（Ｉ
／Ｉ0）を表し、横軸は酸素濃度（％）を表す。この図
から明らかなように、実施例ｉは、酸素量が極微細
（０．１％程度）な状態で発光強度が急激に減少し、低
温雰囲気において極めて高い酸素感度を有し、極微細な
酸素量も検出可能であることが分かる。これに対し、比
較例ａ（即ち従来の酸素感応塗料）の場合は、発光強度
の低下は酸素濃度１％までに僅かしか認められず、低温
においては酸素センサとして全く機能してないことが分
かる。
【００２０】また、本発明は低温雰囲気のみならず常温
においても従来のものと比較して高い酸素感度を有する
ことも確認された。図６は雰囲気温度２８０Ｋでの酸素
濃度に対する発光強度の低下度を測定したもので、常温
においても、酸素濃度０．１％で約０．６５、０．２％
で約半分に酸素強度が低下しており、常温においても極
めて高い酸素感度を有していることが確認された。
においても従来のものと比較して高い酸素感度を有する
ことも確認された。図６は雰囲気温度２８０Ｋでの酸素
濃度に対する発光強度の低下度を測定したもので、常温
においても、酸素濃度０．１％で約０．６５、０．２％
で約半分に酸素強度が低下しており、常温においても極
めて高い酸素感度を有していることが確認された。
【００２１】実施例２ 図４に模式的に示す低温風洞における圧力測定装置によ
って、厚み１４％の円弧翼上に前記のようにして得られ
た酸素感応皮膜を設けた供試体について、気流温度１０
０Ｋで、気流マッハ数を０．７５と０．８２の場合にお
ける圧力分布を測定する実験を行った。その結果を図７
に示す。図７は、低温風洞で撮影した供試体の円弧翼上
のルミネセンスの分布を、酸素感応皮膜の酸素感度曲線
を基に、圧力分布に変換したグラフである。該グラフに
おいて、マッハ数が０．８２の場合、円弧翼上の流れの
加速によって、圧力が急激に上昇する衝撃波がとらえら
れていることが分かる。この試験により、本発明を用い
ることによって、１００Ｋという極低温においても圧力
分布を測定することが可能であることが確認された。
って、厚み１４％の円弧翼上に前記のようにして得られ
た酸素感応皮膜を設けた供試体について、気流温度１０
０Ｋで、気流マッハ数を０．７５と０．８２の場合にお
ける圧力分布を測定する実験を行った。その結果を図７
に示す。図７は、低温風洞で撮影した供試体の円弧翼上
のルミネセンスの分布を、酸素感応皮膜の酸素感度曲線
を基に、圧力分布に変換したグラフである。該グラフに
おいて、マッハ数が０．８２の場合、円弧翼上の流れの
加速によって、圧力が急激に上昇する衝撃波がとらえら
れていることが分かる。この試験により、本発明を用い
ることによって、１００Ｋという極低温においても圧力
分布を測定することが可能であることが確認された。
【００２２】
【発明の効果】本発明の酸素感応皮膜の形成方法によれ
ば、酸素透過性樹脂を用いることなく、酸素感応物質を
直接金属母材の表面に均一に且つ強く吸着させることが
できるので、従来の酸素感応塗料皮膜と相違して、酸素
感応物質と酸素の接触を妨げることなく、極めて高い酸
素感度を有する酸素感応皮膜を得ることができる。ま
た、この皮膜は極低温においても酸素感度を失わない。
ば、酸素透過性樹脂を用いることなく、酸素感応物質を
直接金属母材の表面に均一に且つ強く吸着させることが
できるので、従来の酸素感応塗料皮膜と相違して、酸素
感応物質と酸素の接触を妨げることなく、極めて高い酸
素感度を有する酸素感応皮膜を得ることができる。ま
た、この皮膜は極低温においても酸素感度を失わない。
【００２３】従って、本発明により得られた酸素反応皮
膜は、従来の酸素感応塗料では不可能であった、酸素濃
度の極めて低い高層大気環境等でのごく微小な酸素でも
高感度で測定することが可能であり、また低温風洞等で
の物体表面の圧力分布を高感度で正確に且つ簡単に測定
することができる圧力測定センサーとしても適用可能で
ある。また、高い酸素感度を有するので、光ファイバー
の先端に装着すれば、極微量の酸素センサー、及び酸素
漏れ検出器や酸素スイッチとしても適用することができ
る。
膜は、従来の酸素感応塗料では不可能であった、酸素濃
度の極めて低い高層大気環境等でのごく微小な酸素でも
高感度で測定することが可能であり、また低温風洞等で
の物体表面の圧力分布を高感度で正確に且つ簡単に測定
することができる圧力測定センサーとしても適用可能で
ある。また、高い酸素感度を有するので、光ファイバー
の先端に装着すれば、極微量の酸素センサー、及び酸素
漏れ検出器や酸素スイッチとしても適用することができ
る。
【図１】（ａ）は本発明の酸素感応皮膜の形成方法の実
施形態に係る第１工程を示す模式図であり、（ｂ）は第
２工程を示す模式図である。
施形態に係る第１工程を示す模式図であり、（ｂ）は第
２工程を示す模式図である。
【図２】本発明の酸素感応皮膜による酸素センサーを示
す模式図である。
す模式図である。
【図３】従来の酸素感応塗料による酸素センサーを示す
模式図である。
模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る低温風洞における圧力
測定装置の模式図である。
測定装置の模式図である。
【図５】絶対温度１００Ｋにおける本発明の実施例と比
較例における酸素濃度と酸素消光特性の関係を示す線図
である。
較例における酸素濃度と酸素消光特性の関係を示す線図
である。
【図６】絶対温度２８０Ｋにおける本発明の実施例の酸
素濃度と酸素消光特性の関係を示す線図である。
素濃度と酸素消光特性の関係を示す線図である。
【図７】本発明に係る低温風洞における圧力測定装置を
用いて測定した気流温度１００Ｋにおける厚み１４％の
円弧翼の表面圧力分布を示す線図である。
用いて測定した気流温度１００Ｋにおける厚み１４％の
円弧翼の表面圧力分布を示す線図である。
１ 供試体（金属母材） ２ 反応槽 ３ 電解液 ４ 陽極 ６ 陰極 ８ 電極カバー ９ 酸素センサー １０ 酸化皮膜 １１ 微細孔 １３ 光励起物質
溶液 １４ 光励起物質 １５ 光励起物質
皮膜 １６ 陰極 １７ 陽極 ３０ 低温風洞 ３２ 液体窒素噴
射系 ３４ 酸素供給系 ３６ 酸素濃度モ
ニター装置 ３７ 供試体 ３９ 励起光源 ４１ 高感度ＣＣＤカメラ
溶液 １４ 光励起物質 １５ 光励起物質
皮膜 １６ 陰極 １７ 陽極 ３０ 低温風洞 ３２ 液体窒素噴
射系 ３４ 酸素供給系 ３６ 酸素濃度モ
ニター装置 ３７ 供試体 ３９ 励起光源 ４１ 高感度ＣＣＤカメラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 31/00 Ｇ０１Ｌ 11/00 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/77 G01N 21/64 G01N 21/78 G01N 31/00 G01L 11/00
Claims (9)
- 【請求項１】 金属母材面に多孔質の酸化皮膜を形成す
る酸化皮膜形成工程、該酸化皮膜表面に酸素感応物質を
電気化学的に吸着させる酸素感応物質吸着工程からなる
ことを特徴とする酸素感応皮膜の形成方法。 - 【請求項２】 前記酸化皮膜形成工程は、金属母材を陽
極として電解液中で電気化学的に前記金属母材に酸化皮
膜を形成させ、前記酸素感応物質吸着工程は、酸化皮膜
が形成された前記金属母材を陰極として、酸素感応特性
を有する金属錯体の溶液に浸して、酸素感応物質を電気
化学的に酸化皮膜の前記微細孔に吸着させる請求項１記
載の酸素感応皮膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記酸素感応物質が、酸素消光特性を有
する光励起物質である請求項１又は２記載の酸素感応皮
膜の形成方法。 - 【請求項４】 金属母材に形成された多孔性酸化皮膜に
酸素感応物質を電気化学的に吸着させて形成してなるこ
とを特徴とする酸素センサー。 - 【請求項５】 前記酸素感応物質が酸素消光特性を有す
る光励起物質である請求項４記載の酸素センサー。 - 【請求項６】 前記酸素感応物質を吸着させた前記金属
母材を光ファイバーの先端に組込んでなる請求項４又は
５記載の酸素センサー。 - 【請求項７】 微量酸素雰囲気における物体表面の圧力
測定方法であって、該物体表面に金属母材に形成された
多孔性酸化皮膜に酸素消光特性を有する光励起物質を電
気化学的に吸着してなる酸素感応皮膜を設け、該物体の
酸素感応皮膜が微量酸素雰囲気で発するルミネセンスの
強度又は寿命を、光センサーで計測することによって該
物体表面の圧力分布を測定することを特徴とする微量酸
素雰囲気における圧力測定方法。 - 【請求項８】 前記微量酸素雰囲気が低温風洞における
低温窒素ガス雰囲気に微量の酸素を混入して形成した雰
囲気であり、低温風洞における供試体表面の圧力分布測
定方法である請求項７記載の圧力測定方法。 - 【請求項９】 前記微量酸素雰囲気が、高層大気環境等
の低圧環境である請求項７記載の圧力測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09207351A JP3101671B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 酸素感応皮膜の形成方法及びそれを利用した酸素センサー並びに圧力測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09207351A JP3101671B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 酸素感応皮膜の形成方法及びそれを利用した酸素センサー並びに圧力測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1137944A JPH1137944A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3101671B2 true JP3101671B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=16538306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09207351A Expired - Lifetime JP3101671B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 酸素感応皮膜の形成方法及びそれを利用した酸素センサー並びに圧力測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101671B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6393190B1 (en) | 2000-06-16 | 2002-05-21 | Corning Incorporated | Chromophores for polymeric thin films and optical waveguides and devices comprising the same |
| US6514434B1 (en) | 2000-06-16 | 2003-02-04 | Corning Incorporated | Electro-optic chromophore bridge compounds and donor-bridge compounds for polymeric thin film waveguides |
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|---|---|---|---|---|
| JP2003270145A (ja) | 2002-03-14 | 2003-09-25 | National Aerospace Laboratory Of Japan | 感圧色素を担持した機能性高分子並びにそれを用いた感圧塗料及び感圧素子 |
| JP5017512B2 (ja) * | 2007-07-23 | 2012-09-05 | 国立大学法人東北大学 | 光学的差圧計測手法および光学的差圧センサー |
| JP4725593B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2011-07-13 | トヨタ自動車株式会社 | 試料濃度検出方法、装置およびプログラム |
| JP4631922B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2011-02-16 | トヨタ自動車株式会社 | 試料濃度検出方法、装置およびプログラム |
| JP5509470B2 (ja) * | 2008-07-23 | 2014-06-04 | 国立大学法人東京農工大学 | 感圧塗料、ならびに物体および物体の表面圧力の測定方法 |
| CN104990903A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-10-21 | 中山欧麦克仪器设备有限公司 | 一种荧光溶解氧传感器 |
| CN108981998B (zh) * | 2018-08-08 | 2020-09-29 | 重庆大学 | 一种静电吸附力测试平台及其测力方法 |
| CN112924489B (zh) * | 2021-02-05 | 2022-04-12 | 西南石油大学 | 一种低温危险液体事故泄漏射流实验装置 |
-
1997
- 1997-07-17 JP JP09207351A patent/JP3101671B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6393190B1 (en) | 2000-06-16 | 2002-05-21 | Corning Incorporated | Chromophores for polymeric thin films and optical waveguides and devices comprising the same |
| US6514434B1 (en) | 2000-06-16 | 2003-02-04 | Corning Incorporated | Electro-optic chromophore bridge compounds and donor-bridge compounds for polymeric thin film waveguides |
| US6584266B1 (en) | 2000-06-16 | 2003-06-24 | Corning Incorporated | Chromophores for polymeric thin films and optical waveguides and devices comprising the same |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1137944A (ja) | 1999-02-12 |
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