JP3799377B2 - 光ファイバ湿度センサ及びこれを用いた湿度検知システムと呼吸検知システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバを利用した光ファイバ湿度センサ及びこれを用いた湿度検知システムと呼吸検知システムとに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチック光ファイバを使った湿度センサには、すでにポリビニールアルコールを主体として酢酸カリウム（または塩化マグネシウム、硫酸水素ナトリウム）を含んだ感湿層をクラッドに用いたものが提案されている（特開平５−６０６８９）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリビニールアルコールを用いたものは吸湿性が弱く、感湿層の表面や感湿層とコアの界面を粗い状態にしたり、ファイバを半円状に曲げる等により透過光強度の変化を促進する工夫が必要であった。そこで、本発明は、さらに湿度変化に応じる透過光強度の変化の大きい高感度の光ファイバ湿度センサ及びこれを用いた湿度検知システムと呼吸検知システムと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】
上記の目的を達成するため、本発明では、プラスチック光ファイバのコアに、共重合体を含むアクリル酸系水溶性ポリマーと潮解性物質を混合して感湿性のクラッドを形成した光ファイバ湿度センサとした。これによって高感度の光ファイバ湿度センサを得ることがでる。
【０００５】
また、前記アクリル酸系水溶性ポリマーを、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、または、ヒドロキシアクリル酸のいずれかとしても同様に高感度の光ファイバ湿度センサを得ることができる。
【０００６】
また、前記潮解性物質を、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸ナトリウム、または、硝酸カリウムのいずれかとしても、同様に高感度の光ファイバ湿度センサを得ることがでる。
【０００７】
また、上記のような光ファイバ湿度センサを用いて湿度検知システムを形成すれば、高感度の湿度検知システムとすることができる。
【０００８】
上記のような光ファイバ湿度センサを用いて呼吸検知システムを形成すれば、高感度の呼吸検知システムとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施例としての光ファイバ湿度センサ１０の部分図で、クラッド２，４は、断面を取っている。
【００１１】
市販のプラスチック光ファイバ１を所定の長さに切り出し、そのクラッド２を有機溶媒（ジオキサン等）を用いて除去し、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）のコア３のみとする。水２０００ｇにポリメタクリル酸（ＰＭＡ）１００ｇと酢酸ナトリウム１００ｇを溶解させた溶液に、前記コア３を浸漬した後、乾燥させることにより湿度検知用のクラッド４をコアの表面に形成させる。ファイバ１の両端面は研磨して鏡面とする。こうして、光ファイバ湿度センサ１０が出来上がる。
【００１２】
こうして得た光ファイバ湿度センサ１０を、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源と受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）との間に置き、湿度を変えて透過光強度を測定した。この湿度と透過光強度の相関図を図２に示す。低湿度においては、光ファイバ湿度センサ１０のクラッド４の屈折率はコア３のそれよりも高く、コア３は導波路として機能しないために一方の端からセンサ内に入射した光はほとんど漏洩してセンサ１０の反対側に届かない。しかし、湿度が上がるにつれてクラッド４は吸水して膨潤し、密度が低下することにより屈折率が小さくなる。クラッド４の屈折率がコア３のそれよりも小さくなるとコアは導波路として機能するようになり、一方の端から入射した光は反対側に届くようになり、ＰＤ等で検知することができるようになる。クラッド４の膨潤の度合いは湿度との相関があるため、光ファイバ湿度センサ１０を透過した透過光強度を測定することにより、湿度をモニターできる。測定した湿度３０％から９５％の範囲でほぼ直線関係が得られており、湿度センサとして優れた特性であることが分かる。また、湿度３０％の時の透過光強度に対し、湿度９５％の時の透過光強度は２００％を越えており、湿度センサとして充分な強度であることが分かる。
【００１３】
次に、上記の光ファイバ湿度センサ１０を用いた湿度検知システム１９の構成例を図３に基づき説明する。
【００１４】
ＬＤ（レーザーダイオード）またはＬＥＤ（発光ダイオード）を組み込んだ発光部回路１１と、ＰＤ（フォトダイオード）を組み込んだ受光部回路１４と、これらの間に配置された上記の光ファイバ湿度センサ１０と、受光部回路１４の出力電圧をあらかじめの実験によって定められた湿度値に変換する電圧値・湿度値変換回路１５と、この湿度値を時間経過に対応させてディスプレイ１７に表示するための表示用回路１６を備える。なお、表示用回路１６は、その時点の電圧値・湿度値変換回路１５からの湿度値のみをディスプレイ１７に表示させる回路であってもよい。
【００１５】
測定するためのある湿度状態に光ファイバ湿度センサ１０が置かれ、発光部回路１１からの信号光は、この光ファイバ湿度センサ１０を通って光強度が変化し受光部回路１４に入る。受光部回路１４は、光強度を電圧値に変換し電圧値・湿度値変換回路１５に出力する。電圧値・湿度値変換回路１５は電圧値を湿度値に変換し、表示用回路１６は、時間経過と対応させてディスプレイ１７に湿度値を表示する。
【００１６】
図４には、上記の光ファイバ湿度センサ１０を用いた本発明による呼吸検知システム２９の構成例を示す。
【００１７】
ＬＤ（レーザーダイオード）またはＬＥＤを組み込んで透過される信号光を送出する発光部回路２１にて出力した信号光を、光ファイバ２２に入射する。光ファイバ２２に入射した信号光は、鼻８の鼻孔下に置かれ、多数の穴を有するカバーを取り付けた光ファイバ湿度センサ１０を透過し、光ファイバ２３からＰＤ（フォトダイオード）を組み込んだ受光部回路２４にて受光される。受光部回路２４は、その受光した透過信号光の強さに応じた出力電圧を透過光強度として検出する。受光部回路２４にて検出される信号はアナログ信号であるためにＡ／Ｄ変換器２５にてデジタル信号に変換し呼吸のデータ取り込みを行い、ディスプレイ２６上に呼吸による透過光強度変化の波形を表示させる。図５に、この呼吸検知システム２９のディスプレイ２６上に表示される検出出力電圧波形を示す。
【００１８】
上記の例ではポリメタクリル酸を用いたがポリアクリル酸、ヒドロキシアクリル 酸のような水溶性ポリマーを用いても同様の効果がある。また、上記の例では潮解性物質に酢酸ナトリウムを用いたが、酢酸カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムのような潮解性のある物質を用いても同様の効果がある。
【００１９】
上記の実施の形態によれば、共重合体を含むアクリル酸系水溶性ポリマーと潮解性物質を混合して、光ファイバ湿度センサのクラッドとして用いることにより、クラッドの表面やクラッドとコアの界面を粗す必要もなく、またファイバを半円状に曲げる必要もなく構造簡単な高感度の湿度センサを得ることができ、またそれを用いた湿度検知システム、呼吸検知システムが作製可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、プラスチック光ファイバのコアに、共重合体を含むアクリル酸系水溶性ポリマーと潮解性物質を混合して感湿性のクラッドを形成した光ファイバ湿度センサとした。これによって高感度の光ファイバ湿度センサを得ることがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例としての光ファイバ湿度センサの部分図で、クラッドは、断面を取っている。
【図２】 図１の光ファイバ湿度センサにおける湿度と透過光強度の相関図である。
【図３】 図１の光ファイバ湿度センサを用いた湿度検知システムの構成図である。
【図４】 図１の光ファイバ湿度センサを用いた呼吸検知システムの構成図である。
【図５】 図４に示すの呼吸検知システムのディスプレイ上に表示される電圧波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１，２２，２３ 光ファイバ、２ クラッド、３ コア、４ クラッド、１０光ファイバ湿度センサ、１１，２１ 発光部回路、１４，２４ 受光部回路、１５ 電圧値・湿度値変換回路、１６ 表示用回路、１７，２６ ディスプレイ、１９ 湿度検知システム、２５ Ａ／Ｄ変換器、２９ 呼吸検知システム。
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバを利用した光ファイバ湿度センサ及びこれを用いた湿度検知システムと呼吸検知システムとに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチック光ファイバを使った湿度センサには、すでにポリビニールアルコールを主体として酢酸カリウム（または塩化マグネシウム、硫酸水素ナトリウム）を含んだ感湿層をクラッドに用いたものが提案されている（特開平５−６０６８９）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリビニールアルコールを用いたものは吸湿性が弱く、感湿層の表面や感湿層とコアの界面を粗い状態にしたり、ファイバを半円状に曲げる等により透過光強度の変化を促進する工夫が必要であった。そこで、本発明は、さらに湿度変化に応じる透過光強度の変化の大きい高感度の光ファイバ湿度センサ及びこれを用いた湿度検知システムと呼吸検知システムと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】
上記の目的を達成するため、本発明では、プラスチック光ファイバのコアに、共重合体を含むアクリル酸系水溶性ポリマーと潮解性物質を混合して感湿性のクラッドを形成した光ファイバ湿度センサとした。これによって高感度の光ファイバ湿度センサを得ることがでる。
【０００５】
また、前記アクリル酸系水溶性ポリマーを、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、または、ヒドロキシアクリル酸のいずれかとしても同様に高感度の光ファイバ湿度センサを得ることができる。
【０００６】
また、前記潮解性物質を、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸ナトリウム、または、硝酸カリウムのいずれかとしても、同様に高感度の光ファイバ湿度センサを得ることがでる。
【０００７】
また、上記のような光ファイバ湿度センサを用いて湿度検知システムを形成すれば、高感度の湿度検知システムとすることができる。
【０００８】
上記のような光ファイバ湿度センサを用いて呼吸検知システムを形成すれば、高感度の呼吸検知システムとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施例としての光ファイバ湿度センサ１０の部分図で、クラッド２，４は、断面を取っている。
【００１１】
市販のプラスチック光ファイバ１を所定の長さに切り出し、そのクラッド２を有機溶媒（ジオキサン等）を用いて除去し、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）のコア３のみとする。水２０００ｇにポリメタクリル酸（ＰＭＡ）１００ｇと酢酸ナトリウム１００ｇを溶解させた溶液に、前記コア３を浸漬した後、乾燥させることにより湿度検知用のクラッド４をコアの表面に形成させる。ファイバ１の両端面は研磨して鏡面とする。こうして、光ファイバ湿度センサ１０が出来上がる。
【００１２】
こうして得た光ファイバ湿度センサ１０を、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源と受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）との間に置き、湿度を変えて透過光強度を測定した。この湿度と透過光強度の相関図を図２に示す。低湿度においては、光ファイバ湿度センサ１０のクラッド４の屈折率はコア３のそれよりも高く、コア３は導波路として機能しないために一方の端からセンサ内に入射した光はほとんど漏洩してセンサ１０の反対側に届かない。しかし、湿度が上がるにつれてクラッド４は吸水して膨潤し、密度が低下することにより屈折率が小さくなる。クラッド４の屈折率がコア３のそれよりも小さくなるとコアは導波路として機能するようになり、一方の端から入射した光は反対側に届くようになり、ＰＤ等で検知することができるようになる。クラッド４の膨潤の度合いは湿度との相関があるため、光ファイバ湿度センサ１０を透過した透過光強度を測定することにより、湿度をモニターできる。測定した湿度３０％から９５％の範囲でほぼ直線関係が得られており、湿度センサとして優れた特性であることが分かる。また、湿度３０％の時の透過光強度に対し、湿度９５％の時の透過光強度は２００％を越えており、湿度センサとして充分な強度であることが分かる。
【００１３】
次に、上記の光ファイバ湿度センサ１０を用いた湿度検知システム１９の構成例を図３に基づき説明する。
【００１４】
ＬＤ（レーザーダイオード）またはＬＥＤ（発光ダイオード）を組み込んだ発光部回路１１と、ＰＤ（フォトダイオード）を組み込んだ受光部回路１４と、これらの間に配置された上記の光ファイバ湿度センサ１０と、受光部回路１４の出力電圧をあらかじめの実験によって定められた湿度値に変換する電圧値・湿度値変換回路１５と、この湿度値を時間経過に対応させてディスプレイ１７に表示するための表示用回路１６を備える。なお、表示用回路１６は、その時点の電圧値・湿度値変換回路１５からの湿度値のみをディスプレイ１７に表示させる回路であってもよい。
【００１５】
測定するためのある湿度状態に光ファイバ湿度センサ１０が置かれ、発光部回路１１からの信号光は、この光ファイバ湿度センサ１０を通って光強度が変化し受光部回路１４に入る。受光部回路１４は、光強度を電圧値に変換し電圧値・湿度値変換回路１５に出力する。電圧値・湿度値変換回路１５は電圧値を湿度値に変換し、表示用回路１６は、時間経過と対応させてディスプレイ１７に湿度値を表示する。
【００１６】
図４には、上記の光ファイバ湿度センサ１０を用いた本発明による呼吸検知システム２９の構成例を示す。
【００１７】
ＬＤ（レーザーダイオード）またはＬＥＤを組み込んで透過される信号光を送出する発光部回路２１にて出力した信号光を、光ファイバ２２に入射する。光ファイバ２２に入射した信号光は、鼻８の鼻孔下に置かれ、多数の穴を有するカバーを取り付けた光ファイバ湿度センサ１０を透過し、光ファイバ２３からＰＤ（フォトダイオード）を組み込んだ受光部回路２４にて受光される。受光部回路２４は、その受光した透過信号光の強さに応じた出力電圧を透過光強度として検出する。受光部回路２４にて検出される信号はアナログ信号であるためにＡ／Ｄ変換器２５にてデジタル信号に変換し呼吸のデータ取り込みを行い、ディスプレイ２６上に呼吸による透過光強度変化の波形を表示させる。図５に、この呼吸検知システム２９のディスプレイ２６上に表示される検出出力電圧波形を示す。
【００１８】
上記の例ではポリメタクリル酸を用いたがポリアクリル酸、ヒドロキシアクリル 酸のような水溶性ポリマーを用いても同様の効果がある。また、上記の例では潮解性物質に酢酸ナトリウムを用いたが、酢酸カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムのような潮解性のある物質を用いても同様の効果がある。
【００１９】
上記の実施の形態によれば、共重合体を含むアクリル酸系水溶性ポリマーと潮解性物質を混合して、光ファイバ湿度センサのクラッドとして用いることにより、クラッドの表面やクラッドとコアの界面を粗す必要もなく、またファイバを半円状に曲げる必要もなく構造簡単な高感度の湿度センサを得ることができ、またそれを用いた湿度検知システム、呼吸検知システムが作製可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、プラスチック光ファイバのコアに、共重合体を含むアクリル酸系水溶性ポリマーと潮解性物質を混合して感湿性のクラッドを形成した光ファイバ湿度センサとした。これによって高感度の光ファイバ湿度センサを得ることがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例としての光ファイバ湿度センサの部分図で、クラッドは、断面を取っている。
【図２】 図１の光ファイバ湿度センサにおける湿度と透過光強度の相関図である。
【図３】 図１の光ファイバ湿度センサを用いた湿度検知システムの構成図である。
【図４】 図１の光ファイバ湿度センサを用いた呼吸検知システムの構成図である。
【図５】 図４に示すの呼吸検知システムのディスプレイ上に表示される電圧波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１，２２，２３ 光ファイバ、２ クラッド、３ コア、４ クラッド、１０光ファイバ湿度センサ、１１，２１ 発光部回路、１４，２４ 受光部回路、１５ 電圧値・湿度値変換回路、１６ 表示用回路、１７，２６ ディスプレイ、１９ 湿度検知システム、２５ Ａ／Ｄ変換器、２９ 呼吸検知システム。
Claims (5)
- プラスチック光ファイバのコアに、共重合体を含むアクリル酸系水溶性ポリマーと潮解性物質を混合して感湿性のクラッドを形成したことを特徴とする光ファイバ湿度センサ。
- 前記アクリル酸系水溶性ポリマーが、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、または、ヒドロキシアクリル酸のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ湿度センサ。
- 前記潮解性物質が、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸ナトリウム、または、硝酸カリウムのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ湿度センサ。
- 請求項１、２、または３のいずれかに記載の光ファイバ湿度センサを用いることを特徴とする湿度検知システム。
- 請求項１、２、または３のいずれかに記載の光ファイバ湿度センサを用いることを特徴とする呼吸検知システム。
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| JP2001324576A JP3799377B2 (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 光ファイバ湿度センサ及びこれを用いた湿度検知システムと呼吸検知システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001324576A JP3799377B2 (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 光ファイバ湿度センサ及びこれを用いた湿度検知システムと呼吸検知システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003130863A JP2003130863A (ja) | 2003-05-08 |
| JP3799377B2 true JP3799377B2 (ja) | 2006-07-19 |
Family
ID=19141282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001324576A Expired - Fee Related JP3799377B2 (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 光ファイバ湿度センサ及びこれを用いた湿度検知システムと呼吸検知システム |
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| Country | Link |
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| JP4918678B2 (ja) * | 2006-09-20 | 2012-04-18 | 国立大学法人山梨大学 | 酢酸濃度検出センサ |
| JP5445668B2 (ja) * | 2010-03-10 | 2014-03-19 | 富士通株式会社 | 環境測定システム及び環境測定方法 |
| CN106618577A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-05-10 | 西北工业大学 | 一种基于二硫化钼纳米涂层的光纤呼吸传感器 |
-
2001
- 2001-10-23 JP JP2001324576A patent/JP3799377B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2003130863A (ja) | 2003-05-08 |
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