JP4658722B2

JP4658722B2 - 光ファイバプローブ及び光測定装置

Info

Publication number: JP4658722B2
Application number: JP2005202522A
Authority: JP
Inventors: 史子樋渡; 泰雄新村
Original assignee: 株式会社システムズエンジニアリング
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP2007024506A

Description

本発明は、光ファイバを用いて測定対象に光を照射することにより、その反射光、透過光などの光を受光して検出部で検出し、電気信号に変換して信号処理することで測定可能な、光ファイバプローブ、及びその光ファイバプローブを利用した光測定装置に関するものである。

従来より、光ファイバプローブ先端に光ファイバで形成した測定部から測定対象に所定の波長の光を照射し、測定対象からの反射光や透過光などを測定部で受光し、受光光を光ファイバで検出部に導いて検出し、吸光度を計測することにより測定対象の管路を被破壊検査したり、あるいはスペクトルを計測することにより測定対象の物質の化学種や濃度等を測定することが行われている。

従来、この測定には、測定対象について行う測定の種類に対し専用の測定部を構成した光ファイバプローブが使用されてきた。その際、検出感度を高めるために、２本乃至偶数本の光ファイバを２本ずつ対で用いて、測定対象に対の形の平行光を照射することも行われる。

ところで、光ファイバプローブの先端部に保護キャップを設け、該保護キャップをプローブ本体に着脱自在としたものが提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１記載の発明によれば、原子力発電所のような放射線環境下で測定対象に光ファイバプローブの先端部を接触して測定する測定法をとった場合に、先端部に放射能汚染が生じる虞があるが、この提案のプローブによれば、先端部の保護キャップをプローブ本体から切り離して廃棄することにより、放射能汚染物を外部に持ち出さないようにすることが可能になる。

特開２００４−３４７３２６号公報

しかしながら、特許文献１記載のプローブでは、交換可能なのは保護キャップだけであり、測定対象についての測定の種類が異なれば、プローブ全体を測定の種類に応じた専用のものに交換して、測定しなければならないという問題があった。

したがって、本発明の課題は、測定対象への接触使用により先端部に汚染が生じても、当該汚染物を外部に持ち出さないようにすることができるのは勿論のこと、測定の種類を変える場合に、プローブの全体を交換することなく測定に供することを可能とした光ファイバプローブ、及び該光ファイバプローブを利用した光測定装置を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明は以下のものを提供する。

（１）平行に配置した２本の光ファイバを対として少なくとも１対内部に設け、外周面にねじが切られている中実円筒状のプローブ本体と、前記プローブ本体の光ファイバと対応する位置に対をなすようにして平行に配置したコアを内部に備え、測定領域を有するコアが内部から外部に突出した、小径と大径の境の段部を有する段付きの中実円筒状の測定部と、前記測定部の段部に嵌る縁付きの開口を備え、前記プローブ本体のねじと螺合するねじが内周面に設けられている中空円筒状のキャップと、からなり、前記プローブ本体のねじと前記キャップのねじとを螺着するとともに、前記キャップの縁が前記測定部の段部に軽圧接触して、前記測定部のコアと前記プローブ本体の光ファイバのコアとを接続することを特徴とする光ファイバプローブ。

本発明によれば、プローブ本体に着脱自在に取り付けられるキャップを外すことにより容易に測定部を取り外すことができるので、測定対象について測定の種類を変える場合に、測定部を測定の種類に応じたものに取り替えることにより、プローブ全体を交換することなく測定に供することができる。また、測定対象への接触使用により先端部に汚染が生じる虞がある場合にも、先端部のキャップ及び測定部を取り外して廃棄することにより、汚染物を外部に持ち出さないようにすることができる。

（２）前記プローブ本体及び測定部の対向側の端面の一方に凸部を、他方に該凸部と嵌合する凹部を設けたことを特徴とする光ファイバプローブ。

本発明によれば、プローブ本体と測定部とを凸部と凹部の嵌合関係で結合するので、測定部のコアをプローブ本体のコアと光軸を一致させて接続することができ、接続損失を低減することができる。

（３）前記プローブ本体及び測定部の対向側の端面の一方にピンを、他方に該ピンと嵌合する孔を設けたことを特徴とする光ファイバプローブ。

本発明によれば、プローブ本体と測定部とをピンと孔の嵌合関係で結合するので、測定部のコアをプローブ本体のコアと光軸一致度をより向上させて接続することができ、接続損失を一段と低減することができる。

（４）前記プローブ本体及び／又は測定部の対向側の端面からコアを突出するとともに、該端面の一方及び／又は他方に、相手側と当接することによって前記プローブ本体及び測定部のコア同士の端面を接触状態に位置させるスペーサを設けたことを特徴とする光ファイバプローブ。

本発明によれば、プローブ本体と測定部とに間隙を開けて、コアを浮かせた状態で接続することができる。また、これにより測定感度を向上することができる。

（５）前記光ファイバプローブを干渉計に取り付けたことを特徴とする光測定装置。

本発明によれば、光ファイバプローブを干渉計自体に取り付けたので、プローブと干渉計とを接続用光ファイバで連結したときのような光路の途中におけるに損失がなく、光測定装置の測定感度を向上することができる。

また、測定部を測定の種類に応じたものに取り替えることで、様々な光測定装置との接続が可能となり、例えば、フーリエ変換赤外分光装置（ＦＴ−ＩＲ）やラマン分光装置といったものに適用することができる。

本発明の光ファイバプローブによれば、先端部の測定部を取り外し可能としたので、測定対象について種類の異なる測定する場合に、測定の種類の測定部に取り替えることにより、プローブ全体を交換しないでも測定に供することができる。また、測定対象への接触使用により先端部に汚染の虞が生じた場合にも、汚染物を外部に持ち出さないようにすることができる。

また、本発明の光測定装置によれば、光ファイバプローブを干渉計自体に取り付けたので、光路の途中におけるに損失をなくして測定感度を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。

図１は本発明の光ファイバプローブの一実施例を示す断面図、図２はプローブの構成部品を示す斜視図、図３はプローブの構成部品を示す端面図である。

本発明の実施の形態に係る光ファイバプローブ１は、プローブ本体２と、測定部３と、該測定部３を収容してプローブ本体２と結合する、該本体２に着脱自在な外筒状キャップ４と、からなっている。

プローブ本体２は、２本の光ファイバ２１Ａを備える段付きの中実円筒体からなり、本体２の先端側の小径部の外周面にはねじ２ａが切られ、本体２の端面に半径方向の浅い溝状凹部２２が設けられ、さらに該端面の中心近くの凹部２２を挟む両側位置に小さく膨出したスペーサ２３が設けられている。２本の光ファイバ２１Ａは、凹部２２を挟んだ直角のプローブ本体２の小径部の外周部寄りの対向位置に対をなすようにして、本体２の長手方向に沿って平行に配置され、その光ファイバ２１Ａは、基端側を残してクラッドが剥離されてコア２１が剥き出されるとともに、剥き出されたコア２１の先端がプローブ本体２の端面の外周部寄りの位置から前方にスペーサ２３の長さ分だけ延出されている。

測定部３は、クラッドを剥ぎ取った２本のコア３１を備える段付きの中実円筒体からなり、２本のコア３１は、測定部３のプローブ本体２のコア２１と対応する位置に対をなすようにして長手方向に平行に配置され、２本のコア３１の先端は、測定部３の前端面から前方に延出されたのち湾曲して１本の滑らかなループをなすように繋がり、測定領域３３に形成されている。コア３１の基端は、測定部３の基端面に同一面上に位置するように臨んでいる。測定部３の基端側は、プローブ本体２の小径部と略同径で、基端面には、プローブ本体２の凹部２２と半径方向に嵌合する突条３２が設けられている。

キャップ４は、測定部３の先端側の小径部に嵌る開口４１を開設した前端面を備える中空円筒体からなり、測定部３の大径部及びプローブ本体２の小径部の外径と略同径の内径を有し、これら大径部及び小径部の全長に亙る長さを有している。キャップ４の基端側の内周面には、プローブ本体２の外周面のねじ２ａと螺合するねじ４ａが設けられている。

測定部３をプローブ本体２に結合するには、まず、測定部３の突条３２を本体２の凹部２２に嵌合して、本体２の端面のスペーサ２２を測定部３の基端面に当接する。この状態で、測定部３の基端面において測定部３の各コア３１の端面と本体２の各コア２１の端面とが接触し、測定部３の各コア３１が本体２の各コア２１と光軸を一致させた状態に接続される。

ついで、キャップ４を測定部３からプローブ本体２の小径部に跨らせて被せ、内周面のねじ４ａがプローブ本体２の小径部の外周面のねじ２ａに螺合したキャップ４を回して、キャップ４の基端がプローブ本体２の小径部と大径部の堺の段部２ｂの前端手前の位置まで目一杯に螺着して、キャップ４を本体２に取り付ける。

キャップ４内の測定部３は、測定領域３３がキャップ４の前端面の開口４１から前方に突出され、キャップ４の開口４１の周囲の縁部４１ａが測定部３の小径部と大径部の堺の段部３ｂの前端に軽圧接触して測定部３が押さえられ、測定部３の基端面のコア３１とプローブ本体２のコア２１の光軸が一致する接続を保持する状態で、測定部３が本体２に結合される。

本実施形態の光ファイバプローブ１は、以上のように構成され、測定部３とプローブ本体２とを突条３２と凹部２２の嵌合関係で結合するので、プローブ本体２と測定部のコア同士の光軸を一致させて接続することができ、接続損失を低減することができる。

また、キャップ４をプローブ本体２から外すことにより容易に測定部３を取り外すことができるので、測定対象について測定の種類を変える場合に、測定部３を測定の種類に応じたものに取り替えることにより、プローブ１の全体を交換せずに測定に供することができる。勿論、放射線環境下での測定対象への接触使用により、プローブ１の先端部に放射能汚染が生じる虞がある場合に、先端部のキャップ４および測定部３を取り外して廃棄することにより、放射能汚染物を外部に持ち出さないようにすることができる。

さらに、光ファイバを２本ずつ対で用いるので、測定対象に対の形の平行光を照射することができ、プローブ１を検出感度が高いものにすることができる。

本発明の他の実施の形態について、図４〜図６により説明する。

図４は、本発明の光ファイバプローブの他の実施形態を示す断面図、図５は、図４のプローブの構成部品を示す斜視図、図６は、図４のプローブの構成部品を示す端面図である。

本実施形態の光ファイバプローブ１Ａでは、プローブ本体２の端面に厚板状のスペーサ２４を２本の光ファイバ２１Ａのコア２１の内側に位置する外径で該本体２の端面と一体に設けるとともに、本体２の端面の外周寄りの位置から延出するコア２１を前方にスペーサ２４の略半分の所定長に延長し、さらに本体２の端面のコア２１同士を結ぶ線と直角の外周部寄りの対向した各位置にスペーサ２４よりも前方に突出したガイドピン２５を植設する。そして、測定部３の基端面のガイドピン２５と対応する位置に該ピン２５を嵌合する孔３４を穿設するとともに、測定部３のコア３１を基端面から延出し、延出したコア３１の長さを本体２の延出したコア２１とでスペーサ２４の厚さとなるように設定した。

本実施形態のその他の構成は図１〜３により説明した実施形態と基本的に同様で、図４〜６において図１〜３に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。

本実施形態の光ファイバプローブ１Ａでは、プローブ本体２の各ガイドピン２５を測定部３の各孔３４に対応する嵌合すると、本体２のスペーサ２４が測定部３の基端面に当接し、測定部３と本体２との間の空間で測定部３の各コア３１の端面と本体２の各コア２１の端面とが接触し、測定部３の各コア３１が本体２の各コア２１と光軸を一致させた状態に接続される。そして、キャップ４を測定部３からプローブ本体２の小径部に被せ、キャップ４を回して本体２の小径部に螺着して、キャップ４の開口４１の周囲の縁部４１ａで測定部３の段部３ｂの前端を軽圧接触して押さえることにより、測定部３の基端面のコア３１とプローブ本体２のコア２１の光軸が一致した接続を保持する状態で、測定部３が本体２に結合される。

本実施形態によれば、測定部３とプローブ本体２とをガイドピン２５と孔３４の嵌合関係で結合するので、測定部３と本体２とのコア同士の光軸の一致度をより向上させて接続することができ、接続損失を一段と低減することができる。また、測定部３とプローブ本体２とに間隙を開けて、コアを浮かせた状態で接続するので、測定感度がより向上する。

以上の実施形態では、いずれも、プローブ本体２の光ファイバ２Ａ（測定部のコア３１）は、２本、つまり１対を設けた例を示したが、これら光ファイバおよびコアは、２本を対として２対以上の複数対設けることもできる。

また、測定部３は、コア３１の先端をループにして測定領域３３を形成したものを例に挙げたが、この測定領域３３を形成するコア３１のループは、測定対象についての測定の種類に応じて長短種々の長さに設けることができる。例えば、コア３１のループが長い測定部を用いることで、測定対象からの光の吸収が大きく感度を上げることができる。また、コア３１のループを渦巻状とすることで、測定対象との接触面積を大きくすることができ、感度を上げることができる。

また、測定部３の測定領域は、種々の形態のものを用いることができ、たとえば、図７に示すように、測定部３の前端面にクリスタル３５を取り付けて、該前端面でコア３１の先端をクリスタル３５に臨ませて測定領域を形成したものでもよい。

本発明の光ファイバプローブを利用した光測定装置を図８に示す。

本実施形態の光測定装置１０は、上述した例えば図１〜３で説明した光ファイバプローブ１を該プローブ１のファイバケーブル６により干渉計５に取り付けたものである。光ファイバプローブ１を干渉計５自体に取り付ければ、従来の光測定装置のように、プローブ１と干渉計５とを接続用光ファイバで連結したときのような光路の途中におけるに損失がなく、光測定装置の測定感度を向上することができる。

本発明の光ファイバプローブの一実施例を示す断面図である。図１のプローブの構成部品を示す斜視図である。図１のプローブの構成部品を示す端面図である。本発明の光ファイバプローブの他の実施例を示す断面図である。図４のプローブの構成部品を示す斜視図である。図４のプローブの構成部品を示す端面図である。本発明のプローブの測定部で使用が可能な測定領域の他の例を示す模式図である。本発明の光測定装置を示す概念図である。

符号の説明

１光ファイバプローブ２プローブ本体
２ａねじ３測定部
３ａねじ４キャップ
５干渉計６ファイバケーブル
１０光測定装置２１Ａ光ファイバ
２１コア２２凹部
２３スペーサ２４スペーサ
２５ガイドピン３１コア
３２突条３３測定領域
３４孔３５クリスタル

Claims

平行に配置した２本の光ファイバを対として少なくとも１対内部に設け、外周面にねじが切られている中実円筒状のプローブ本体と、
前記プローブ本体の光ファイバと対応する位置に対をなすようにして平行に配置したコアを内部に備え、測定領域を有するコアが内部から外部に突出した、小径と大径の境の段部を有する段付きの中実円筒状の測定部と、
前記測定部の段部に嵌る縁付きの開口を備え、前記プローブ本体のねじと螺合するねじが内周面に設けられている中空円筒状のキャップと、
からなり、
前記プローブ本体のねじと前記キャップのねじとを螺着するとともに、前記キャップの縁が前記測定部の段部に軽圧接触して、前記測定部のコアと前記プローブ本体の光ファイバのコアとを接続することを特徴とする光ファイバプローブ。
前記プローブ本体及び測定部の対向側の端面の一方に凸部を、他方に該凸部と嵌合する凹部を設けたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバプローブ。
前記プローブ本体及び測定部の対向側の端面の一方にピンを、他方に該ピンと嵌合する孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバプローブ。
前記プローブ本体及び／又は測定部の対向側の端面からコアを突出するとともに、該端面の一方及び／又は他方に、相手側と当接することによって前記プローブ本体及び測定部のコア同士の端面を接触状態に位置させるスペーサを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の光ファイバプローブ。
請求項１から４のいずれか記載の光ファイバプローブを干渉計に取り付けたことを特徴とする光測定装置。