JPH0210374B2 - - Google Patents

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JPH0210374B2
JPH0210374B2 JP60041318A JP4131885A JPH0210374B2 JP H0210374 B2 JPH0210374 B2 JP H0210374B2 JP 60041318 A JP60041318 A JP 60041318A JP 4131885 A JP4131885 A JP 4131885A JP H0210374 B2 JPH0210374 B2 JP H0210374B2
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JP
Japan
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hydrogen
light absorption
sensor
coating layer
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Application number
JP60041318A
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English (en)
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JPS61201143A (ja
Inventor
Eiji Sudo
Tetsuya Yamazaki
Koichi Nishizawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスセンサーの耐久性を向上する技術
に関する。
〔従来技術の説明〕
水素ガスセンサーとしては大別すると電気式の
ものと光学式のものがあり、電気式のものでは絶
縁体基板上にSnO2やZnOなどの酸化物半導体層、
およびこの半導体層上に間隔をおいて対向させた
一対の電極を設け、上記半導体層の水素ガスとの
接触反応に伴なう電気抵抗変化を測定するものが
知られている。また防爆型の全光学式のものとし
て、透明基板上に光導波路を設け、この導波路上
に、水素を吸着解離する物質例えばパラジウム
(Pd)から成る上層とこの解離された水素から電
子・プロトンを受けて光吸収係数が変化する物質
例えば酸化タングステンから成る下層とで形成さ
れる積層膜を設けてセンサーを構成し、水素との
反応で上記積層膜の下層の光吸収係数が増大して
導波路からの出射光量が減少する現象を利用した
センサーが存在する。
〔従来技術の問題点〕
いずれのタイプのガスセンサーでも、ガスと接
触する検知部は外気にさらされており、水分との
接触によつて検知部に使用されている物質が劣化
するため、センサーとしての寿命が比較的短かい
という問題があつた。
〔従来の問題点を解決する手段〕
ガス検知部を、水素を吸着解離する物質から成
る吸着層と、該層の下に設けられ前記解離水素を
受けて光吸収係数が変化する物質から成る光吸収
層とで形成し、吸着層の露出面を、非親水性の連
続多孔質体からなる被覆層で覆う。上記の被覆層
材質としては特に四弗化エチレン樹脂が好適であ
り、これ以外にポリクロルトリフルオルエチレ
ン、フツ化ビニル、三弗化エチレン、弗化ビニリ
デン、六弗化プロピレン等の耐候性の良好なフツ
素樹脂を用いることができる。
また上記被覆層は有機樹脂以外に無機物質で構
成してもよい。
〔作 用〕
保護被覆層が連続多孔質体で形成されているた
め通気性が有り、被検知ガスを含む雰囲気は自由
に通過することができ、ガス検知部に容易に達す
るのでガスの検知特性は全く影響を受けない。
また、被覆層は非親水性であるため、連続多孔
質であつても毛管現象による水分の透過を生じな
い。また孔径が小さいほど耐水圧は高くなり防水
性は向上する。さらに、上記被覆層をセンサー本
体に接着固定する際に、気孔への接着剤浸み込み
によるアンカー効果でフツ素樹脂のような非接着
性の材質であつても強固に固定することができ
る。
〔実施例〕
以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳
細に説明する。
第1図は本発明を平板光導波路タイプの水素ガ
スセンサーに適用した例を示し、センサー1は透
明誘電体基板2に、この基板よりも屈折率の大な
光導波路3を設け、この光導波路3上にガス検知
部4として、光吸収層5および水素吸着層6の積
層膜を設けて構成される。
表面側にある吸着層6は、水素ガスを吸着解離
する金属の薄膜例えばパラジウム(Pd)あるい
は白金(Pt)で形成され、吸着層6の下にある
光吸収層5は、吸着層6で解離された電子および
プロトンを受けることにより光吸収係数が変化す
る物質例えば酸化タングステン(WO3)で形成
される。
上記構造のセンサーの、光導波路3の両端にそ
れぞれ入力用光フアイバー7Aおよび出力用光フ
アイバー7Bを接続し、入力用フアイバー7Aの
他端をレーザー等の光源8に、出力用フアイバー
7Bの他端をPINフオトダイオード等の受光検出
器9にそれぞれ接続する。
上記のセンサーで、吸着層6に水素ガスが接触
すると該層の水素還元作用によつて電子、プロト
ンが発生し、これらが下方のWO3から成る光吸
収層5に注入されて下記の反応を生じる。
WO3+xH++Xe-→HxWO3 (1) 上記反応が進行するとWO3の光吸収層5が着
色(タングステンブロンズ)して光吸収係数が増
加し、導波路3から浸み出して光吸収層5を通る
エバネツセント波の滅衰が増大し、導波路3から
の出射光量が減少する。この受光量変化を測定す
ることにより水素濃度を検知することができる。
上記構造の水素ガスセンサーでは、吸着層6の
全表面および、吸着層6を吸収層5の表面に部分
的に設けた場合には、光吸収層5の上表面が部分
的に外気に露出することとなり、これら両層5,
6の露出面が水分と接触して劣化するという問題
がある。
そこで本発明では、第1図に示すようにガス検
知部4を成す両層5,6の全表面を覆つて、非親
水性の連続多孔質体から成る保護被覆層10で被
覆する。例えばガス検知部4を基板2表面のほぼ
中央部に設け、別途作成した連続多孔質の被覆膜
10を上記ガス検知部4に覆せて膜10の周辺部
を基板2上面に接着固定する。
一例として、基板2としてLiNbO3を用い、こ
の基板2にTiを熱拡散させて光導波路3を形成
し、この導波路3上にWO3膜を1μmの厚さで真
空蒸着して光吸収層5とする。
WO3は純度99.99%のペレツトを用い、アルミ
ナでコートされたW線ルツボを用いて、1×10-5
Torr以下の真空度で基板温度を100℃として真空
蒸着する。この温度ではWO3はアモルフアスに
なつており、酸素欠陥のために青色を帯びてい
る。WO3膜を付けた基板を酸素雰囲気中で200
℃、1時間のアニールを行ない安定化させる。
次いで上記WO3膜上に水素吸着層6としてPd
を100Åの厚さにスパツタリング法で付着させる。
さらに、この外に保護被覆層10として、一軸あ
るいは二軸の延伸加工を施して連続多孔質とした
四弗化エチレン樹脂フイルムを積層し、外周部で
接着固定する。上記構造とすることにより、水素
ガスを含む雰囲気は被覆層10を自由に通過する
ことができ、検知性能は従来と変らない。
また、被覆層10は非親水性であるので、孔径
が小さくても毛管現象による水分の透過は起ら
ず、さらに孔径が小さいほど耐水圧は高くなり防
水性が向上する。
上記構造のセンサーは10〜2000ppmの水素ガス
濃度範囲を±5%の精度で測定可能であり、長期
にわたり初期の性能を維持することができる。第
2図に本発明の第二実施例を示す。本例は、光導
波路3を、電子およびプロトンを受けることによ
り光吸収係数が変化する物質で形成した、すなわ
ち前述実施例の光吸収層5そのものを光導波路3
とした構造であり、他は前述実施例と同様であ
る。
第3図及び第4図に本発明の第三実施例を示
す。本例は光導波路本体として集束性レンズを適
用した例であり、光導波路を成す本体11は、屈
折率が中心軸上で最大で周辺に向けて漸減する分
布をもつ透明円柱体から成る周知の集束性レンズ
を中心で半割した半円柱体で構成される。そして
その長さは光線蛇行周期の1/2ピツチの整数倍と
してある。
上記の半円柱状本体11の平坦側面11A上に
光吸収層5および吸着層6を設けるとともに、両
層5,6の全体を被覆するように非親水性の連続
多孔質体から成る被覆層10を設け、そして入力
用フアイバー7Aおよび出力用フアイバー7Bを
それぞれ本体11の両端面に接続する。
上記構造のセンサーで、入力フアイバー7Aか
ら本体11内に入射した光線12は略サインカー
ブを描いて平坦側面11Aに向い、ここから出射
して光吸収層5を透過した後、吸着層6と光吸収
層5との界面で反射し再び本体11内を進行した
後出力用フアイバー7Bに入射する。
第5図に本発明の第四実施例を示す。
本例は、高屈折率のコア部13を低屈折率のク
ラツド層14で被覆した光フアイバー15を光導
波路3として用い、このフアイバー15のクラツ
ド層14を一部分除去してコア部13を露出さ
せ、この露出コア部13を囲むように光吸収層
5、水素吸着層6および連続多孔質体の被覆層1
0を設けたものである。
〔効 果〕
本発明によれば、水素ガスセンサーのガス検知
部が水分との接触から保護されると同時に保護被
覆による検出性能の低下を生じることがなく、長
期間にわたり安定した性能を維持することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一実施例を示す側断面図、
第2図は本発明の第二実施例を示す側断面図、第
3図は本発明の第三実施例を示す側断面図、第4
図は同正面図、第5図は本発明の第四実施例を示
す側断面図である。 1……ガスセンサー、3……光導波路、4……
ガス検知部、5……光吸収層、6……水素吸着
層、7A……入力用光フアイバー、7B……出力
用光フアイバー、8……光源、9……受光検出
器、10……連続多孔質体の被覆層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ガス検知部を、水素を吸着解離する物質から
    成る吸着層と、該層の下に設けられ前記解離水素
    を受けて光吸収係数が変化する物質から成る光吸
    収層とで形成し、前記吸着層の露出面を、非親水
    性の連続多孔質体からなる被覆層で覆つたことを
    特徴とする水素ガスセンサー。
JP60041318A 1985-03-04 1985-03-04 水素ガスセンサー Granted JPS61201143A (ja)

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JP60041318A JPS61201143A (ja) 1985-03-04 1985-03-04 水素ガスセンサー

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JP60041318A JPS61201143A (ja) 1985-03-04 1985-03-04 水素ガスセンサー

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JPS61201143A JPS61201143A (ja) 1986-09-05
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