JP4246396B2 - Co2センサ用のセンサカプセル - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体中の気体濃度を測定する装置に関するもので、特に、光ファイバプローブの端部に分析対象感受要素を位置決めするのを容易にするセンサカプセルを含む改良されたセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
多くの医療及び工業製品において使用する様々なタイプの分析対象測定装置が設計され開発されてきた。これらの装置は、特定の分析対象に応答する色素を含むセンサー要素の光学特性に依存するものである。色素が分析対象と相互作用するとき、色素は、測定可能でかつサンプリングされる媒体に含まれる分析対象の濃度に直接関係する蛍光の変化のような光学変化を受ける。
【0003】
分析対象感受物質又はインジケータは、分析対象がインジケータに入り込み相互作用するのを可能にする透過膜を通常含むセンサ要素に設置される。従来技術では、インジケータ、通常色素溶液は、透過膜と光学センサ面例えばプローブの端面との間に収容されて保持し、色素保持メッシュを必要とする。これらのセンサの使用の際に必要と認識されているのは、インジケータを含む要素を交換する能力である。様々な理由のため、すなわち、センサプローブが異なるセンシング位置に適用されるときにコンタミネーションの移動を避けるため、又は、センサからしみ出る色素のため、又は、センサ要素を交換することを望ましくする他の理由のため、インジケータを含む要素を変えることが望ましい。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ファイバ光学センサと組み合わせて使用するセンサカプセルを提供する。特に、本発明は二酸化酸素センサに使用するように特別に設計されている。
【0005】
センサカプセルは、外側ハウジング部とそのハウジング内に填る内側ハウジング部とを含む二片の填りキャップを備える。ハウジングと挿入部とは協働して、センサカプセル内の予め決めた位置に、穴あき金属ディスク、センサ膜、カバー膜、サンドイッチ色素層を保持する。
【0006】
センサ膜は、穴あき金属ディスクと係合して位置付けられたシリコーン膜を備え、インジケータ色素溶液を収容する色素井戸を規定する凹みを含む。カバー膜は、色素井戸内に色素溶液を保持するために、シリコーン膜全体にわたって位置づけられたテフロン(登録商標)膜を含んでいる。
【0007】
センサカプセルアセンブリの填りデザインは、色素層を保護する間、センサプローブへの取付け及びセンサプローブからの着脱を容易にする剛性構造にサンドイッチされた(挟まれた)色素層を保持する。
【0008】
従って、本発明の目的は、センサプローブにインジケータ要素を据え付けるのを容易にするセンサカプセルを提供することである。
【0009】
本発明の別な目的は、色素溶液を保持するサンドイッチ層を含むセンサカプセルを提供することである。
【0010】
本発明の別な目的は、サンドイッチ色素層を囲繞する剛性ハウジングを提供するセンサカプセルを提供することである。
【0011】
本発明の他の目的及び利点は、以下の記載、添付の図面及び添付の請求項からあきらかであろう。
【0012】
【発明の実施の形態】
最初に図1を参照すると、本発明はプローブハウジング12上にはまるように適合されたセンサカプセル10を備えており、ここで、センサカプセル10は、、センサカプセル10上に位置しかつハウジング12に取付けたプローブキャップ14によって適所に位置する。プローブハウジング12はファイバ光学センサシステムと共に使用されるタイプのもので、ここで、ファイバ光学要素が、二酸化酸素のような分析対象の濃度を測定する蛍光色素インジケータへ又はインジケータからの光を送り・方向付けするのに用いられる。
【0013】
図2及び図3を参照すると、本発明はセンサカプセル10によって規定された自己完備型を特に指向しており、これによって、インジケータ又はセンサ色素は、従来プローブハウジング12に関連するようになっているか、又は、異なるセンサカプセル10で交換される。センサカプセル10は、ベースアパーチャ19を規定する環状ベース部18を有して形成された外側ハウジング16と、スロット22によって分離された4つの延伸側壁20とを備えている。各側壁20の末端部は、側壁20の基部に近接する環状べース部18上で規定された環状棚28に対して軸方向に離間して配置された下部26を有する径方向内側延伸移動止め部24を含んでいる。
【0014】
センサカプセル10は円筒型内部挿入部材30を含み、該円筒型内部挿入部材30は該部材を貫く32を規定する。さらに、環状溝領域又は環状凹み領域34は挿入部材30の一端に規定され、その挿入部材30は該部材30の外側面36から径方向内側に延伸している。挿入部材30は、外側ハウジング16内に位置するように適合され、棚28近傍に位置する挿入部材30の環状下面38と移動止め部24の下面26が係合する凹み部34とを備えている。さらに、外側ハウジング16は、挿入部材30が挿入されるときに側壁20が外側に曲がるように形成されていること、及び、移動止め部24が、挿入部材30が最終位置に届いてそれによって外側ハウジング16内に挿入部材30を積極的に保持するときに、凹み部34の回りにはまることに注目されたい。挿入部材30の挿入を容易にするために、移動止め部24の上面は、側壁20の外側への曲がりを容易にする内側及び外側への曲がり部40を備えている。
【0015】
外側ハウジング16と挿入部材30とは、穴あき金属ディスク44とシリコーンセンサ膜46とテフロンカバー膜48とを備えたサンドイッチされたセンサ構造42を保持するように協働する。穴あき金属ディスク4は、外側ハウジング16内の棚50上に支持され、シリコーン膜46は穴あき金属ディスク44上に支持される。シリコーン膜46は蛍光色素溶液54を含む色素井戸52を含んでいる。テフロン膜48は色素井戸52内の色素溶液54を保持するように作用する。
【0016】
穴あき金属ディスク44とシリコーン膜46と色素溶液54とテフロン膜48とは外側ハウジング16内に位置する。挿入部材30はその位置にはまる。挿入部材30の下部56はテフロン膜48に係合し、外側ハウジング16の下部に正しい位置にサンドイッチされたセンサ構造42を保持する。それによって、色素溶液54は、外側ハウジング16と挿入部材30との協働を介してシリコーン膜46とテフロン膜48との間に物理的に保持される。
【0017】
プローブハウジング12上に配置するとき、プローブハウジング12の先端58は挿入部材30のアパーチャ32を介してテフロン膜48に延び、色素井戸52はセンサの光の経路を規定する。この光経路構造は、色素保持メッシュを通常必要とする典型的な従来型センサとは対照的なものであって、色素溶液が膜と光学センサ面との間にトラップされてもよい。さらに、本発明は、色素溶液54が先端58においてセンサ面に近接して位置し、又、異なるプローブハウジング12と結合して使用の際に容易に除去され、又、異なるセンサカプセル10によって置換されるように色素溶液54を保持する。シリコーン膜46の圧縮はプローブハウジング12とプローブキャップ14との間のフィット(はまり具合)の許容度(許容量)に依存しないし、かつ、色素井戸52内で色素溶液54によって形成された色素層の境界は、穴あき金属ディスク44とテフロン膜48に位置したプローブ先端58との間に規定される。このようにして、シリコーン膜46の圧縮が互いにセンサ間で一貫するようにセンサカプセル10を構成することが可能である。
【0018】
本発明の特定の実施形態では、外側ハウジング16と挿入部材30とは蒸気滅菌USPクラスVIプラスチックであるPEEKから成る。穴あき金属ディスクは、直径0.010インチでかつ中心間距離で0.015インチ離間した穿孔60を有する0.005インチ厚の316ステンレススチールから成る。シリコーン膜46は、壁厚0.025インチでかつ井戸厚あるいは井戸深さ0.010インチの射出成形され、光の透過が防止されるように黒いことが好ましい。テフロン膜48は0.002インチ厚であり、テフロン膜48とシリコーン膜46との間に閉じこめられた色素溶液は緩衝溶液における感光HPTS色素の測定量である。穴あき金属ディスク44は、色素層54を膨らましかつ分解されたCO2が透過する短い拡散経路を備えるための機械的束縛として作用する。さらに、本設計では、拡散経路の長さを従来型センサに比較して80%だけ低減する。この特徴はセンサの応答時間を低減するのに役立つ。
【0019】
上述から、本発明は以下のような要素を含む従来のセンサに対して利点を有することは明らかである:
1.色素井戸にサンドイッチされた色素層と;
2.センサの光学経路を規定しかつ色素保持メッシュの必要性を排除する色素井戸と;
3.外側又はシリコーン膜に対する穴あき金属支持部であって、ここで、穴あき金属及びプローブ先端がサンドイッチされた色素層の境界を閉じこめる2つの固体面を備えるものである穴あき金属支持部と;
4.組立を容易にしかつ従来のセンサが有するOリングシールの必要性を排除する填りキャップデザインであって、剛性構造におけるサンドイッチされた色素アセンブリを保持する填りキャップデザインと;
5.プローブ先端とプローブキャップとを収容するプローブハウジングの幾何学的許容度に依存しない膜圧縮を供給する構造であって、ここで、センサカプセルの外側ハウジングがプローブ先端のショルダーで静止するものである構造と;
6.多重プローブハウジング上に取り付けるために交換可能なセンサカプセルと。
【0020】
ここに記載された装置の形式は本発明の好適な実施形態を構成するが、装置の精密な形式には限定されないこと、及び、添付のクレームに規定された本発明の範囲から逸脱することなく変更されてもよいことは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のセンサカプセルを組み込んだプローブアセンブリを示す分解斜視図である。
【図2】 センサカプセルの分解斜視図である。
【図3】 組み立てたセンサカプセルの断面立面図である。
【符号の説明】
10 センサカプセル
16 外側ハウジング
19 アパーチャ
30 挿入部材
44 穴あき金属ディスク
46 シリコーンセンサ膜
48 シリコーン膜
52 色素井戸
54 蛍光色素溶液

Claims (9)

  1. 溶液内の分析対象の濃度を測定するセンサであって、
    測定すべき分析対象拡散可能なセンサ膜と;
    前記センサ膜においてウェルを規定する凹みと;
    前記ウェルに位置しかつ色素層を規定する感光色素溶液と;
    前記色素溶液を保持するために前記ウェル全体に位置するカバー膜と;を備えたセンサ。
  2. 前記センサ膜を支持する薄い穴あき要素を含み、前記薄い穴あき要素が前記分析対象の前記センサ膜への通過用の拡散経路を規定する請求項1に記載のセンサ。
  3. ハウジングと挿入部材とを含み、前記カバー膜とセンサ膜と色素層と薄い穴あき要素とが前記ハウジング内に位置しかつ前記挿入部材と前記ハウジングとの間に挟まれている請求項2に記載のセンサ。
  4. 前記ハウジング内に前記挿入部材を保持するために、前記挿入部材がはまった状態で前記ハウジングと協働する請求項3に記載のセンサ。
  5. 前記挿入部材がファイバ光学プローブの先端を受けるアパーチャを含んだ請求項3に記載のセンサ。
  6. 前記薄い穴あき要素が複数の穿孔を有するステンレス鋼部材を備えた請求項2に記載のセンサ。
  7. 前記センサ膜がシリコーンを含んだ請求項1に記載のセンサ。
  8. 前記カバー膜がテフロン(登録商標)を含んだ請求項1に記載のセンサ。
  9. 前記色素溶液が感光HPTS色素を含んだ請求項1に記載のセンサ。
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