JPH03287050A

JPH03287050A - 光学式屈折率測定装置

Info

Publication number: JPH03287050A
Application number: JP9295090A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kawamura; 川村　雅範
Original assignee: OPUTORO GIKEN KK
Current assignee: OPUTORO GIKEN KK
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1991-12-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は液体の屈折率を測定し、屈折率、濃度、比重
を測定する装置に関する。

〈従来の技術〉液体の屈折率を測定する手段として光を利用しｔａｎ　
２　（ｉ−ｒ）及び受光素子（４）にて構成されている。〈１６印で示
す通り反射屈折を繰り返しながら、一部の光はＣ１１１
の受光素子（４）に向い、一部の光は屈中の境界面では
次の関係が成立する。

５ｉｎｉｎｌ＝ｓｉｎｒｎ２　　　　　　（１）但し、
ｎｌ：センサーの屈折率ｎ２：被測定液体の屈折率ｉ：センサーの側の入射角ｒ：被測定液体側の屈折角一方、境界面での入射光に対する反射光の反射率と入射
角及び屈折角の関係はフレネルの反射の法則により、Ｓ
−偏光の反射ｒｓとＰ−偏光の反射ｒｐを求める次式に
て得られる。

ｒｐ＝（２）ｊａｎ’（ｉ＋ｒ）ｓｉｎ　２　（ｉ−ｒ）ｒｓ＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（３）ｓｉｎ’（ｉ＋ｒ）従って、境界面に於ける反射″４Ｒは入射光の強度Ｌ１
と反射光の強度Ｌ２の比で示され、ｒｐとｒｓを重ねあ
わせた次式で表される。

２Ｒ＝−に　ｒｐ＋ｒｓ　　　　　　　　　（４）１すなわち、（１）式を（２）（３）式に代入すると（４
〉式より被測定液体の屈折率ｎ２は反射率Ｒに比例する
。第３図は屈折ｌｎ２と反射率Ｒとの関係を示す。

また、第２図は光ファイバーを利用した従来技術のセン
サーで、プリズム（２１）、反射＃Ｉ（５）、光ファイ
バー（２２）と（２３）、発光素子（２）、受光素子く
４）で構成されている。（１１〉はセンサー保護カバー
、〈６）は被測定液体の温度補償のための１度センサー
（１６）ｌよ被測定液である。発光素子（２）から発光
された光は発光側光７ｙイｚ、−（２２）を伝１１ＬＴ
プ！ＪＸ’Ａ”ｒ＞に光結合され、反＃４鋺（５〉にて
境界面（１０）に向い、一方の光は屈折光となってａ　
＠−二抜！ブて行く、もう一方の光は反射光となってｂ
ａｔ二向ｂ）と被測定液体く１６）の境界面では前述同
様の関係が成立し、被測定液体の屈折率ｎ２が反射率Ｒ
に比例することにより行われている。

〈発明が解決しようとする問題点〉一般に屈折率の変化を反射率の変化として測定するセン
サーの場合、プリズムを利用して行うのが従来技術であ
る。

第１図に示す構造の場合、発光素子及び受光素子がプリ
ズムに密着した一体構造となっているためにセンサーの
先端形状が発光素子及び受光素子の大きさより小型化出
来ないこと、また千１ツブ化した素子を採用しである程
度小型化が可能になっても構造及び製造技術が複雑にな
ること、発光素子の取り付は位置、すなわち取り付は角
度により液体との境界面に入射する角度が変わるので、
第３図に示す屈折率ｎ２と反射率Ｒとの関係において、
入射角の変化に対する特性が変化する。すなわち、セン
サーの屈折率対反射車特性の製品間誤差の発生率が高い
、また、保護カバーで覆われてはいるが発光素子及び受
光素子はプリズムと一体構造となっているために被測定
液に浸るので液の温度の影響を受け、主に発光出力が変
動して測定精度への影響があること。及び、発光素子と
受光素子が液温に対して熱平衡状態を保つまで、安定時
間が必要なことの欠点がある。また、第１図に於て、発
光素子から出た光は境界面Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ１Ｄで反
射、屈折するため、受光素子に入射される反射光Ｒの検
出感度が低く、液面との接触面積の小さい小型のセンサ
ーを製作するには反射効率が悪く製作が困難となる欠点
がある。また、第１図の構造では検出感度を高くするた
めに、反射率を高くとるように設計すると、例えば、第
３図（イ）の特性に示される希硫酸の比重対反射車の例
の場合、低比重での反射率の変化が大きくなるので、比
重測定範囲が狭くなる欠点があり、容易に校正液となり
帰る比重が１の水での校正ができる装置が得られなかっ
た。すなわち、測定精度が低比重値になるほど悪くなる
欠点があった。従って、容易に校正が出来ず、装置とし
ての使い勝手が悪い欠点があった。

第２図に示すもう一つの従来技術の構造ではプリズムと
光ファイバーが各々個別のパーツのため、光ファイバー
の取り付は位置、すなわち取り付は角度及び光ファイバ
ーの切断面の角度、研磨状態により液体との境界面に入
射する角度が変わり、第１図の場合同様センサーの屈折
率対反Ｉｔ＊特性の製品間誤差の発生率が高い欠点があ
った。

第１図、第２図の場合共、液体との接触境界面にシミ、
汚れがあると反射率に影響するので常に清掃する必要が
ある。また、被測定液体の屈折率、比重、濃度は温度に
よって変化するので、温度補償をする必要がある。

く問題点を解決するための手段〉本発明は前述の問題を解決するため、光フアイバ一部と
プリズム部を一体構造として小型化及び光学的調整手段
を最小限に少なくしたセンサーを供給するものである。

すなわち、光ファイバーは発光、受光側に対し同軸とな
る特徴を有するもので、先端の一部に鏡面及び鏡面の背
部に反射鏡を配置、または先端を角または円錐状の構造
で、その側面に温度センサーを配置し、被測定液の侵入
を防ぐ構造と液面に浸る角度を選択した境界面を持ち、
同境界面での反射光が再び当該ファイバー内を伝播して
、受光素子にて検出することが可能な同軸構造を特徴と
するもので、発光素子の光の一部を参照光とし、光ファ
イバーに入射され、液体との境界面で反射された光と参
照光の比を検出する手段、及びワンチップマイクロコン
ピュタ−により演算、補正する手段を有する。以下、こ
れを第１発明と言う。

また、本発明は、光フアイバ一部とプリズム部を一体構
造にした第１発明と同様の手段を持つセンサーに加えて
、発光素子を二波長として、二波長検出素子の出力の差
と総和の比を検出する手段、ワンチップマイクロコンピ
ュタ〜により演算、補正する手段を有する。以下、これ
を第２発明という。

〈作用〉第１発明においてはセンサーの屈折率対反射車特性の製
品間誤差を回避し、容易に比１ｉ１の標準液となり得る
水による校正が可能な作用を持つ。

すなわち、屈折率ｎ２の測定に際し、参照光と測定光の
比を標＊Ｓで校正した値と被測定液での債との比を４１
滴定液の温度値にて温度補償演算すると、液体の温度に
よる［Ｆｒ＊の変化への影響を回避する作用、及び液面
との境界面でのシミ、汚れ、の影響を軽減する作用を持
つ。

第２発鳴は第１発明の作用に加えて、次の作用を持つ。

すなわち、光ファイバーの屈折率が波長λ１の時ｎ　１
　＋＋＋、波長λ２の時ｎ　１　＋２１　とし、被測定
液の屈折率が波長λ１の時ｎ２°、　波長λ２の時ｎ　
２　＋２１すると、この時の液体との境界面では次の関
係が成立する。

５ｉｎｌｎｌ＋、＋：５ｉｎｒｎ２＋ｚ　　　　　（５
）Ｓｌｎｌｎｌ＋２＋＝Ｓｉｎｒｎ２＋２＋　　　　　
（６）一方、液体との境界面での波長λ１とλ２の場合
の反射はフレネルの反射の法則より、各々Ｓ−偏光の反
射ｒ　Ｓ　＋＋＋、ｒＳ　＋ｔ＋とＰ−偏光の反射ｒｐ
Ｉ＋１、Ｘ’ｐ＋２＋とを各々重ね合わせたものと考え
て良いから、波長λ１における反射率Ｒｚ＋と波長＾２
における反射率Ｒ、、、には次の関係が成立する。

Ｒｚ＋（ｒＰ＋＋＋＋ｒｓｚ＋　　　　（７）ＲＩ２１
　ｃｋＣｒ　Ｐ　＋２１＋　ｒ　Ｓ　＋ｔｌ（８）（７
）（８）式より、第４図（イ）の特性を得ることが出来
る。

また、二液長間の反射率の変化幅はその差成分を総和で
除したものであるから、次の関係が成立する。

Ｒ＋　１　Ｉ−Ｒｔ　ｚＲｒ＝（９）Ｒ＋＋＋　＋　Ｒｔｔすなわち、被測定液体の屈折率ｎ２は各波長での反射率
の比に比例する。第４図は希硫酸を例にした屈折＊ｎ２
、比重、濃度と各波長での反射率Ｒ０，とＲ３２，の相
対値を同図（イ）に示す、また、（９）式の演算による
反射率の比Ｒｒ、　　すなわち相対反射率の関係を同図
（ロ）に示す。

前述した反射率の比Ｒｒを比重１の標準液で校正した時
の債と被測定液体を測定した時の債の比を被測定液体の
温度値により、温度補償演算することで被測定液体の屈
折率の濃度への影響を回避し、また、液体の汚れ及び液
体との境界面での汚れ、シミは各波長検出値に対し同一
比率で作用するのでこの影響が回避される作用を持つ。

〈実施例〉［１］第１発明の実施例第６図は第１発明のセンサーの第１実施例を示すもので
、同図（イ）はセンサー先端部の正面図、（ロ）はセン
サー断面図である。（ハ）は光ファイバーの正面図、に
）は同側面図である。第５図は第１発明の第２実施例を
示すもので、同図（イ）はセンサー先端部の正面図、（
口〉は同先端部断面図である。第７図は第１発明の第３
実施例を示すもので同図はセンサー先端部の断面図を示
すものである。第９図は第５図、第６図及び第７図のセ
ンサーを用いた光学式屈折率測定装置の実施例の構成図
である。

第６図に於て（］）は屈折率ｎ１を有する光ファイバー
である。当該光ファイバーは透明樹脂、または透明ガラ
スの直径的５ｍｍの円柱状のもので、先端部の液面に接
触する境界面の円柱軸方向に対する角度α、すなわち境
界面（１０）に対する入射角ｉを選択し、且つ、この時
の反射光が検出器側に戻る角度βを選択した形状を有し
、また、同図（ハ）及びに）に示す通り、先端部の左右
側面及び上下の一部は平面加工され、当該光ファイバー
を第６図（ロ）の断面図の様に組み立てる時、液の侵入
を防ぐためのエポキシ系樹脂を封入するスペースとして
いる。また、（１３）は発光出力入射面であり、円柱軸
方向に対し４５度に選択され、且つ、円柱軸に平行な部
分を一部平面加工し、反射光を検出器に導く構造として
いる。当該光ファイバー（１）は円筒状の保護カバー（
１１）にて壇われ、空気間１ｉｔ（１２）を構成してい
る。従って、同間隙により光フアイバー内を光が伝播す
ることが可能となる。先端部は当該光ファイバーの軸方
向に対する角度αに対応して、先端カバー（７〉が取り
付けられ、外部からの液の侵入を防止するのに効果があ
る。また、角度βに対応する面には反射ｍ１１１（５）
が蒸着されたもの、または、既に鏡面となったガラス、
あるいはフィルムが貼付けられている。当該光ファイバ
ー（１〉の先端は角度αが液体の屈折ＩＥｎ２と反Ｉｔ
車の特性の製品間バラツキをなくするために、外部から
境界面（１０）を研磨して微妙に角度調整することが容
易となる形状としている。（６）は温度センサーである
。（９）は液の侵入を防止するためにエポキシ系樹脂を
封入し、（８）は（９〉のエポキシ系樹脂が（１）の光
ファイバーと（１１）の保護カバーとの間隙（１２）に
侵入しない様にするために粘土の高い樹脂またはセメン
トを封入して、常に同間隙を保つ様にしている。また、
（１６）は被測定液体、例えば希硫酸等である。（２）
は波長が可視域から近赤外域の１波長を光ファイバー（
１）の屈折率ｎ１に対応して選択した発光素子である。

（３）は参照光検出受光素子、（４）は反射光検出受光
素子である。

第５図は当該センサーの先端部の液体と接触する境界面
（１０）が当該光ファイバー（１）の軸方向に対して平
行となるように反１１１Ｍ（５）の角度βを選択してい
る。この結果的５〜１０ｍｍ程度の非常に液の少ない場
合の測定が容易となる効果がある。同図においてその池
の機能説明は第６図の場合と同様である。

第７図はセンサーの第３の実ｙｔ例であり、同図に於て
（１）は当該光ファイバーであり、その先端部：よ同図
に示すような形の円または角錐状の構造で、その他は第
１実施例と類似のＷ４造をしている。発光素子からの光
は同図に示す通り、液面との境界面で２回屈折を行って
いるので検出される反射効率が第１及び第２実施例より
悪いが実験的に当該光ファイバーの直径が７ｍｍ以上で
は液面に対する角度αに対する選択で充分検出出来るレ
ベルが得られることを確認出来ているので、同寸法より
大きいセンサーの場合は反射鏡が不要になる利点があり
、液層が大きなものの測定の場合に適する。同図におい
てその他の機能説明は第６図の場合と同様である。

第１発明の実施例は第５図、第６図、第７図のセンサー
の先端部を（１６）の液体に浸して液体の屈折率を測定
し、（６）の温度センサーにて測定液の温度を滴定して
、液の温度による影響を演算補正し表示をするものであ
る。

第６図の（ロ）にて動作を説明する。（２〉の発光素子
より出射された光は（１）の光ファイバーに入射する。

〈１３）の同人射面に対しフレネルの反射の法則に従い
同図の矢印で示す通すニ光路に分岐され、一方は検出器
（３〉に参照光として入射し、もう一方は光フアイバー
内に侵入する。

ファイバー内に侵入した光は光ファイバー（１）の屈ｖ
ｆ率ｎ１と保護カバーとの間隙の空気中の屈折率より、
入射角ｍで全反射された光が反射を繰り返しながら先端
部の境界面（１０）に液体面に対して入射角ｉで入射す
る。この時、液体との境界面（１０）では更に二光路に
分岐され、一方は屈折光として屈折角ｒで液体中に抜け
て行き、もう一方は反射光となって（５）の反射鏡面に
向かう。従って、ここでもフレネルの反射の法則により
、液体の屈折率ｎ２の変化が反射率の変化となって、反
射１ｉＲ（５）に到達し、再びファイバー内を全反射を
練り返しながら（１３）の境界面に向う。反射光はこの
境界面でも入射角ｐで全反射をした光が受光素子く４）
に入射し、目的である液体の屈折率が測定可能になる。

第５図及び第７図の動作は先端部の角度が異なる例を示
すものなので第６図の動作例と同様であり、第７図は液
面で二回屈折をする例である。

第９図は第５図、第６図、第７図のセンサーを用いて屈
折率測定装置とした実施例である。同図において、（３
１０）は前述したセンサーである。

（３２０）はワンチップマイクロコンピュタ−からの駆
動パルスを受けて、センサーの発光素子の発光出力を安
定化したドライブ回路であり、パルス光として駆動され
る。発光出力を安定化する方法はサーミスタ等で温度補
償する方法、あるいは（３３０）の参照光増幅出力を（
３２０）に帰還して安定化する方法があるが何れの方法
でも良い。

当該実施例では前者にて行っている。（３４０）は液体
を測定した測定光増幅回路出力であり、（３６）は外来
光を除去するための低周波及び直流域をカットし、信号
パルスを通過させる高域通過フィルタである。〈３５）
は液の温度による影響を補償するための温度センサー駆
動回路及び検出回路である。（３７）はパルス信号レベ
ルを直流レベルに変換するためのサンプルホールド回路
である。（３８）は同直流レベルをデジタル信号に変換
するＡＤ変換器である。（３９）はワンチップマイクロ
コンピュタ−５（４０）は測定値を表示する表示部であ
る。（４１）はプリンタ、あるいはデータ通信のための
インターフェース部である。

当該実施例では（３９）のワンチップマイクロコンピュ
タ−で制御、演算されている。第９図に於て、ワンチッ
プマイクロコンピュタ−（３９〉によって駆動パルスが
出力され、（３２０）の発光出力安定化ドライブ回路に
より、安定化光としてセンサーの発光素子を駆動する。

発光素子からの一方の光は参照光として、モニタされ、
参照光増１１３（３３０）により増幅されてサンプルボ
ールド回路（３７）に加えられ、もう一方の光は百的の
屈折率情報を含む測定光を検出して、測定光増幅器（３
４０）により増幅されて、（３６）の高域通過フィルタ
ーにて外来光を除去して、サンプルホールド回路（３７
）に加えられる。また、（３５）の温度センサー駆動検
出回路により温度検出された温度値は（３８）のＡ／Ｄ
変換回路に加えられる。サンプルホールド回路（３７）
及びＡ／Ｄ変換回路（３８）は（３９）のワンチップマ
イクロコンピュータ−によって、前述した（３３０）（
３４０）（３５）からの入力を順次切り替え、同期信号
毎にサンプルホールドされ、各々、Ａ／Ｄ変換！Ｉ（３
８）によりデジタル信号となって、（３９）のワンチッ
プマイクロコンピュタ−により記憶される。

（３９）の閂コンピュタ−に記憶された値、すなわち参
照光信号と測定光信号の比を標準液で校正した時の値と
被測定液を測定した時の値との比を演算し、さらに温度
値によってリニアライズ補正演算することで精度が高く
安定した屈折＊測定装置となる。当該第１発明は〈３９
）のワンチップマイクロコンピュタ−の演算プログラム
を変えるだけで屈折率のみならず屈折率が変化する液体
の濃度、比重を測定することができる装置である。

第３図（イ）は希硫酸の屈折率、比重、濃度を当該装置
で測定した例、同図（ロ）は池の液の例である。

［２］第２発明の実施例第８図は第２発明のセンサーの実施例を示すもので、同
図（イ〉はセンサー断面図、（ロ）は光合波１（１４）
に発光素子からの光が入射する時の正面図、（ハ〉は光
ファイバー（１）に発光素子からの出力を入射する方法
の第２実施例である。

第１０図は第８図のセンサーを用いた二波長方式の屈折
率測定装置の実施例の構成図である。

第８図（イ）、（ロ）に於て（２ａ）は波長λ１を有す
る発光素子、（２ｂ）は波長λ２を有する発光素子であ
る。（１）は波長λ１とλ２に対する屈折″４ｎ１°、
及びｎ　１１２１を有する光ファイバーである。当該光
ファイバーは透明系樹脂、または透明ガラスの直径的５
ｍｍの円柱状のもので、第６図に示す第１発明の実施例
と同様の先端構造をしている。

すなわち、（５）は反射鏡、（６）は温度センサ（９）
はエポキシ系樹脂、（８）は高粘土エポキシ系樹脂また
はセメント、（７）は前面保護カバー、（１１）は内部
状の保護カバー、（１２）は同保護カハーヒ光ファイバ
ーとの空気間隙である。（４）は波長λ１及び波長λ２
を検出することができる受光素子である。同受光素子は
二通りのものがあって、一つは波長λ１及びλ２を検出
できる分光特性を有する一個の受光素子、もう一つはワ
ンチップ上に二つのフォトダイオードを縦型に組み込み
同時にシリコンの厚みそのものを光学フィルターとして
利用した波長選択特性を有する一個の二波長検出素子で
あり、一般にカラーセンサーとして市販されているもの
であって、そのどちらを使用しても良い。（１４）は発
光素子の光出力を光の全反射角を利用して（１〉の光フ
ァイバーに導くための光学素子であり、透明アクリル樹
脂または透明ガラスの台形または円錐状のもので先端部
は（１〉の光ファイバーに結合し易いファイバーと同径
の円柱構造及び４５度に選択された角度を有する構造の
合波器であり、当該実施例では台形状の場合の例を示し
ている。

第８図の（イ）、（ロ）にて動作説明をする。

く２ａ）の波長λ１の発光素子及び（２ｂ）の波長λ２
の発光素子から出力された光は（１４〉の合波器により
、光ファイバー（１）に導かれる。

すなわち、発光素子（２ａ）から出力された波長λｌの
光は合波器（１４）に入射角に１で入射された光は同図
（ロ）に示す通り、全反射される様に合波器の角度が選
択されているので、光ファイバーとの境界面（１３）に
入射角Ｓ１で入射する。

入射角Ｓ１は賜界角以下番こ選択されているので、この
光は光ファイバー〈１）に誘導され、入射角ｍ１で同フ
ァイバー内にて全反射を繰り返しながら液体との境界面
（１０〉に入射角ｉ１にて入射する。、液体との境界面
ではフレネルの反射の法則に従い、第１発明と同様に波
長λ１での液体の屈折率が得られる。波長λ２の場合も
同様にして波長λ２での液体の屈折率が得られる。

第４図は希硫酸の場合の測定例である。同図（イ）は波
長λ１＝５５０ｎｍと波長λ２＝９５０ｎｍの場合の屈
折率を測定した時の反射″＊Ｒ，，，、Ｒ１２，の測定
例である。同図（ロ）は二波長の反射率の変化比を測定
した例である。

従って、第２発明では二波長とも液体との境界面に到達
するので、各々の波長での液体の屈折率測定値が一様に
作用するので温度による発光出力の変動、被測定液体の
汚れ、液体との境界面での汚れ、シミ、測定液体の汚れ
に対し、軽減される作用を有する。

第８図くハ）は光ファイバーに発光素子からの出力を導
くための第２実施例である。同図に於て（２ａ）及び〈
２ｂ）はプリント基板上に実装されマイクロチップで構
成された波長λ１及びλ２の超小型発光素子である。（
１５）は光ファイバーに導くための小型レンズである。

第２発明に於ても第５図及び第７図に示す先端構造のセ
ンサーも第１発明の場合同様に使用波長を選択して二波
長を用いたセンサーとして適用できる。

第１０図は第８図のセンサーを用いて屈折率測定装置と
した実施例である。（３１１）は前述したセンサー（３
２１）はワンチップマイクロコンピュタ−からの駆動パ
ルスを受けて、センサーの発光素子、波長λ１及びλ２
の発光出力を安定化したドライブ回路であり、パルス光
として駆動される。（３３′１）は波長λ１で測定した
値を増幅する増幅器（３４１）は同λ２の場合の増幅器
（３６）は外来光を除去するための低連波及び直流ルホ
ールド回路に加えられる。また、（３５〉の温度センサ
ー駆動検出回路により濃度検出された温度値はＡ／Ｄ変
換器に加えられる。（３７）のサンプルホールド回路は
（３９）のワンチップマイクロコンピュタ−によって、
前述した（３３１）（３４１）及び（３５）からの入力
を順次切り曽え、同期信号毎にサンプルホールドされ、
（３８）のＡＤ変換器によりデジタル信号となり、（３
９）のワンチップマイクロコンピュタ−により記憶され
る。同コンピュータに記憶された値、すなわち、波長λ
ｌの時の信号と波長λ２の時の信号の比を標準液で校正
した時の値と被測定液を測定した時の比を演算し、さら
に、温度値によりリニアライズ補正演算することで精度
が高く安定した屈折率測定装置となる。

当該第２発明は第１発明と同様に（３９〉のワンチップ
マイクロコンピュタ−の演算プログラムを変えるだけで
屈折率のみならず屈折率が変化する液体の濃度、比重を
測定することができる装置となる。

域をカットし、信号パルスを通過させる高域通過フィル
タである。（３５）は液の濃度による影響を補償するた
めの温度センサー駆動回路及び検出回路である。（３７
）はパルス信号レベルを直流レベルに変換するためのサ
ンプルホールド回路である。（３８）は同直流レベルを
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。（３９）
はワンチップマイクロコンピュータ−２（４０）は測定
値を表示する表示部である。（４１）はプリンタ、ある
いはデータ通信のためのインタフェース部である。

当該実施例では（３９）のワンチップマイクロコンピュ
タ−で制御、演算されている。第８図においてワンチッ
プマイクロコンピュタ−（３９〉によって駆動パルスが
出力され、（３２１）は発光パルス安定化ドライブ１１
ｉｉＴ路により安定化光としてセンサーの発光素子λ１
．λ２を駆動し、センサーで測定された信号を各々（３
３１）（３４１，）の増幅器で増幅し、（３６）の高域
通過フィルターによって、外来光を除去して（３７）の
サンプ〈発明の効果〉本発明の効果は次の通りである。

（イ〉第１及び第２発明とも、−本の光ファイバーでセ
ンサーを実現したので、センサー先端の直径が約７ｍｍ
と非常に小型化することができた。従って、従来滴定出
来なかった例えば自動車用バッテリー等の液入り口の小
さなものの測定が可能なハンディ形の光学式比重測定装
置を得ることが出来る。屈Ｆｒ車、濃度測定装置へ応用
する場合も同様の効果がある。

また、−本の光ファイバーで実現したために光学的調整
箇所が少く、製作精度が向上するため、製品バラツキの
少ない低ＩＩ格の装置の実現に効果がある。

（ロ）第１及び第２発明とも容易に標準校正液となり得
る水での校正が可能になった為、測定前に水校正を行う
ことで、再現性の高い装置の実現と保守点検等使い勝手
の良い比重測定装置、屈折率、濃度測定装置が得られる
。

また、センサー先端部ｔこ温度センサーを配置したこと
で、被測定液体の温度による測定１４Ｍを補償する効果
がある。

（ハ）第１及び第２発明ともワンチップマイクロコンビ
ニターのプログラムを変えるだけで、屈折率、比重及び
濃度を測定することが出来る装置を容易に実現できる。

（二〉第２発明においては液体の汚れ、センサーの液体
面との境界面の汚れ、シミは二波長での測定値に対して
、同一比重で作用するのでこれらの影響が回避される効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の第１実施例であり、（イ）は断面図
、（ロ）は側面図である。第２図は従来技術の第２実施
例の断面図である。第３図は屈折率と反射率の関係を示
す特性図、（イ）は希硫酸の場合の例（ロ）はその他の
一般例である。第４図は二波長の場合の屈折率と反射率
の関係を示す図で、（イ）は波長をパラメータとしたと
きの特性図、（ロ）は二波長の変化率の比を示した特性
図である。いずれも希硫酸の場合を例としている。第５図は第１発明のセンサーの実施例を示す第】実８！
例で（イ）はセンサー先端部正面図、（ロ）はセンサー
断面図である。（ハ〉はセンサーに使用している光ファ
イバーの正面図（二〉は同側面図である。第６図は第１
発明の第２実施例で同図（イ）はセンサー先端部の正面
図、（口〉は同先端部断面図である。第７図は第１発明
の第３実施例である。第９図は第１発明の実施例を示す
動作ブロック図である。第８図は第２発明のセンサーの
実施例な示すもので、（イ〉は同断面図〈口〉は合波器
の正面図、（ハ）は発光素子からの出力を光ファイバー
に入射する方法の第２実施例の断面図、第１０図は第２
発明の実施例を示す動作ブロック図である。（１）・・光ファイバー、（２）・・発光素子（３）（
４）・・受光素子、（５）・・反Ｊ１１鏡、（６）・・
温度センサー、（７）（１１）・・保護カバー（８〉・
・セメント、（９）・・エポキシ樹脂　（１０）・・被
測定液との境界面、（１２）・・空気間隙、（１３）・
・４５度境界面、（１４〉・・合波器、（１５）・・集
光レンズ、（１６）・・被測定液、　（２１）・・プリ
ズム、（２２〉・・発光側光ファイバー、（２３〉受光
側光ファイバー、（３１０）・・同軸型光ファイバーセ
ンサー、（３１１）・・同軸型二波長光ファイバーセン
サー、（３２０）・・発光ドライブ回路、　（３３０）
　・・参照光増幅器、（３４０）・・測定光増幅器、（
３２１）・・二波長発光ドライブ回路、（３３１）　・
・λｌ増幅器、（３４１）・・λ２増輻器、（３５）温
度センサー駆動検出回路、（３６）・・高域フィルター
、（３７）・・サンプルホールド回路、（３８）Ａ／Ｄ
変換器、（３９）・・ワンチップマイクロコンピュタ−
（４０）・・表示部、（４１）・インターファエース部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）保護カバーで覆われた透明樹脂及びガラスとの間
に空気間隙を設け、同空気間隙との光の全反射を用いて
光を伝播せしめる光ファイバーの一端に発光素子からの
光を入射し、その先端の一部に鏡面及び鏡面の背部に温
度センサーを配置、または先端を角または円錐状の構造
で、その側面に温度センサーを配置し、被測定液の侵入
を防ぐ構造と液面に浸る角度を選択した境界面を持ち、
同境界面での反射光が再び当該ファイバー内を伝播して
、受光素子にて検出することが可能な同軸型構造を特徴
とする光ファイバーを用い、被測定液の屈折率を得るこ
とで、液体の屈折率、比重、濃度、温度を測定すること
が可能な光学式屈折率測定装置
（２）保護カバーで覆われた透明樹脂及びガラスとの間
に空気間隙を設け、同空気間隙との光の全反射を用いて
光を伝播せしめる光ファイバーの一端に異なる二波長の
発光素子からの光を入射し、その先端の一部に鏡面及び
鏡面の背部に温度センサーを配置、または先端を角また
は円錐状の構造で、その側面に温度センサーを配置し、
被測定液の侵入を防ぐ構造と液面に浸る角度を選択した
境界面を持ち、同境界面で各波長に於ける反射率が異な
る二波長の反射光が再び当該ファイバー内を伝播して、
受光素子にて検出することが可能な同軸型構造を特徴と
する光ファイバーを用い、被測定液の各波長に於ける反
射光の差と総和の比を得ることで屈折率を測定すること
を特徴とし、同屈折率を得ることで液体の屈折率、比重
、濃度、温度を測定することが可能な光学式屈折率測定
装置