JPH04225143A - 干渉計式化学センサ - Google Patents
干渉計式化学センサInfo
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- JPH04225143A JPH04225143A JP3086930A JP8693091A JPH04225143A JP H04225143 A JPH04225143 A JP H04225143A JP 3086930 A JP3086930 A JP 3086930A JP 8693091 A JP8693091 A JP 8693091A JP H04225143 A JPH04225143 A JP H04225143A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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-
- G—PHYSICS
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- G—PHYSICS
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- G01D5/266—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N35/00—Magnetostrictive devices
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は化学的センサ、特に、
複数の機械式発振器を用いた光学ファイバを用いた干渉
式化学センサに関する。
複数の機械式発振器を用いた光学ファイバを用いた干渉
式化学センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、広範囲に亘って、化学的検知装置
が利用されている。この種の装置は、麻薬性のある及び
不法性のある物質或いは制限物質、及び、爆発物などを
検知するために利用される。連邦政府における、禁止さ
れている不法な薬品（ｄｒｕｇ）の使用及びテロ活動へ
の支出は、増大していることから、薬品（ｄｒｕｇ）及
び搭乗者監視点即ち空港のような領域での爆発物を検知
するために、より効果的、且つ、有益な科学的方法が要
求されている。
が利用されている。この種の装置は、麻薬性のある及び
不法性のある物質或いは制限物質、及び、爆発物などを
検知するために利用される。連邦政府における、禁止さ
れている不法な薬品（ｄｒｕｇ）の使用及びテロ活動へ
の支出は、増大していることから、薬品（ｄｒｕｇ）及
び搭乗者監視点即ち空港のような領域での爆発物を検知
するために、より効果的、且つ、有益な科学的方法が要
求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記目的のために用い
られる化学的検知装置の一種に、分光学に基づく技術が
利用されている。第一に、この種の装置では、化学的蒸
気（分子，成分）を検知するための吸着剤が付加された
表面被膜を有するフィルタによって自身を通過する空気
が標本化される。フィルタは、化学的蒸気の分子を受止
め、検知し、燃焼させる（即ち、気化させる）ことで、
検知された化学的蒸気の有無を示す光スペクトルを生成
させる。分光器は、化学的蒸気の発散によって生じる光
スペクトルの波長成分の種類を区分するために利用され
る。上記分光器は、検知された化学的（蒸気）の有無を
示す特性線パタ−ンを生成する。
られる化学的検知装置の一種に、分光学に基づく技術が
利用されている。第一に、この種の装置では、化学的蒸
気（分子，成分）を検知するための吸着剤が付加された
表面被膜を有するフィルタによって自身を通過する空気
が標本化される。フィルタは、化学的蒸気の分子を受止
め、検知し、燃焼させる（即ち、気化させる）ことで、
検知された化学的蒸気の有無を示す光スペクトルを生成
させる。分光器は、化学的蒸気の発散によって生じる光
スペクトルの波長成分の種類を区分するために利用され
る。上記分光器は、検知された化学的（蒸気）の有無を
示す特性線パタ−ンを生成する。
【０００４】しかしながら、分光学に基づく装置は、化
学的分子の存在を検知するために複雑な分光器の使用を
要求することから、非常にコストがかかる。加えて、こ
の目的のための分光器は、大型であって、且つ、確実性
及び信頼性のために操作に際して十分な調整を要求する
とともに、容易な移動を不可能にする部品を有すること
から据付専用となる。
学的分子の存在を検知するために複雑な分光器の使用を
要求することから、非常にコストがかかる。加えて、こ
の目的のための分光器は、大型であって、且つ、確実性
及び信頼性のために操作に際して十分な調整を要求する
とともに、容易な移動を不可能にする部品を有すること
から据付専用となる。
【０００５】別の形式の化学的検知装置としては、水晶
結晶等が利用された機械式発振器が用いられる。この種
の検知装置は、分子の量によって影響される水晶結晶発
振器の周波数の変化を計測することで検知する。しかし
ながら、上記変化は、水晶結晶発振器は、化学的蒸気を
吸収することから、（上記）量が少ない場合には、発振
器自身の出力変化も小さくなる。このことは、水晶結晶
に基づく検知装置の感度、及び、信頼性を高める多くの
異なる機能を制約する。
結晶等が利用された機械式発振器が用いられる。この種
の検知装置は、分子の量によって影響される水晶結晶発
振器の周波数の変化を計測することで検知する。しかし
ながら、上記変化は、水晶結晶発振器は、化学的蒸気を
吸収することから、（上記）量が少ない場合には、発振
器自身の出力変化も小さくなる。このことは、水晶結晶
に基づく検知装置の感度、及び、信頼性を高める多くの
異なる機能を制約する。
【０００６】この発明の第一の目的は、麻薬、制限物質
、或いは、爆発物などに関連する微細な化学的蒸気を検
知できる化学的検知装置を提供することにある。
、或いは、爆発物などに関連する微細な化学的蒸気を検
知できる化学的検知装置を提供することにある。
【０００７】この発明のさらなる目的は、今日の検知装
置よりも感度が高く、より信頼性の高い、空気中の不法
物質の僅かな形跡を検知できる化学的検知装置を提供す
ることにある。
置よりも感度が高く、より信頼性の高い、空気中の不法
物質の僅かな形跡を検知できる化学的検知装置を提供す
ることにある。
【０００８】この発明のよりさらなる目的は、装置の操
作者、被測定者、或いは、周囲環境に対して杞憂を与え
ることのない化学的検知装置を提供することにある。
作者、被測定者、或いは、周囲環境に対して杞憂を与え
ることのない化学的検知装置を提供することにある。
【０００９】この発明のまたさらなる目的は、技術的に
簡単な即ち可動部分を持たない構成であって、信頼性（
が高く）、且つ、個人の技巧によらない容易なメインテ
ナンス性及び操作性を有する化学的検知装置を提供する
ことにある。
簡単な即ち可動部分を持たない構成であって、信頼性（
が高く）、且つ、個人の技巧によらない容易なメインテ
ナンス性及び操作性を有する化学的検知装置を提供する
ことにある。
【００１０】この発明の別の目的は、比較的低価格であ
って、軽量且つコンパクトな化学的検知装置を提供する
ことにある。
って、軽量且つコンパクトな化学的検知装置を提供する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記或いは他の目的は、
この発明による光学ファイバを用いた干渉計式化学セン
サによって達成される。一般に、上記化学センサは、微
細磁石層センサと分離されて（配置されて）いる基準微
細磁石層からなる。この微細磁石層センサは、化学的蒸
気（分子，成分）を検出するために（化学的蒸気を）収
集する収集手段を自身の上に含んでいる。上記微細磁石
層及び基準微細磁石層は、磁界発生装置によって発生さ
れる磁界にさらされることで、振動状態にある領域を変
化できる。光学ファイバセンサは、上記センサ層に、参
照光学ファイバセンサは、上記基準層に固定されている
。上記光学ファイバ及び参照光学ファイバは、上記微細
磁石層及び基準微細磁石層の発振領域の変化に応じて、
光路長が変化できる。
この発明による光学ファイバを用いた干渉計式化学セン
サによって達成される。一般に、上記化学センサは、微
細磁石層センサと分離されて（配置されて）いる基準微
細磁石層からなる。この微細磁石層センサは、化学的蒸
気（分子，成分）を検出するために（化学的蒸気を）収
集する収集手段を自身の上に含んでいる。上記微細磁石
層及び基準微細磁石層は、磁界発生装置によって発生さ
れる磁界にさらされることで、振動状態にある領域を変
化できる。光学ファイバセンサは、上記センサ層に、参
照光学ファイバセンサは、上記基準層に固定されている
。上記光学ファイバ及び参照光学ファイバは、上記微細
磁石層及び基準微細磁石層の発振領域の変化に応じて、
光路長が変化できる。
【００１２】この発明の化学的センサは、さらに、上記
センサ、及び、光学ファイバ及び参照光学ファイバに光
信号を供給するための光源を含んでいる。上記（複数の
）発振層は、共振周波数を有する基準信号及び光学セン
サの発振によって、各光学ファイバにおける光路長を変
化できる。上記発振センサ（から発生される）光学信号
の共振周波量は、さらに、化学的蒸気の存在に応じて検
知される。
センサ、及び、光学ファイバ及び参照光学ファイバに光
信号を供給するための光源を含んでいる。上記（複数の
）発振層は、共振周波数を有する基準信号及び光学セン
サの発振によって、各光学ファイバにおける光路長を変
化できる。上記発振センサ（から発生される）光学信号
の共振周波量は、さらに、化学的蒸気の存在に応じて検
知される。
【００１３】上記基準光学出力及びセンサ信号は、化学
蒸気の存在を指示する干渉ホログラムを発生させるため
の光学ファイバ（型）ビ−ムスプリッタ／ビ−ムコンバ
イナ集合体に入力される。上記干渉写真（縞）は、上記
化学的蒸気の存在（を検知するための）化学センサのユ
−ザに対して指示を提供できる信号処理回路に出力され
る。
蒸気の存在を指示する干渉ホログラムを発生させるため
の光学ファイバ（型）ビ−ムスプリッタ／ビ−ムコンバ
イナ集合体に入力される。上記干渉写真（縞）は、上記
化学的蒸気の存在（を検知するための）化学センサのユ
−ザに対して指示を提供できる信号処理回路に出力され
る。
【００１４】この発明の実施例によれば、上記収集手段
は、所望の化学的蒸気を容易に検知させるための、特定
の化学的蒸気に反応する抗体層が提供されているセンサ
層からなる。
は、所望の化学的蒸気を容易に検知させるための、特定
の化学的蒸気に反応する抗体層が提供されているセンサ
層からなる。
【００１５】
【実施例】図１には、この発明に関する光学ファイバを
用いた干渉計式化学的検知装置１０が示されている。こ
の装置１０は、光源１２、第１、第２及び第３のビ−ム
スプリッタ１４，１６及び１８、センサ及び参照光学フ
ァイバ２０及び２２、センサ及び微粉磁性層２４及び２
６、コイル２８、発振器３０、第１及び第２のビ−ムコ
ンバイナ３２及び３４、光検出器３６，３８，４０及び
４２、及び、電気的処理回路４５及び表示装置４６を含
む信号処理回路４４から構成されている。
用いた干渉計式化学的検知装置１０が示されている。こ
の装置１０は、光源１２、第１、第２及び第３のビ−ム
スプリッタ１４，１６及び１８、センサ及び参照光学フ
ァイバ２０及び２２、センサ及び微粉磁性層２４及び２
６、コイル２８、発振器３０、第１及び第２のビ−ムコ
ンバイナ３２及び３４、光検出器３６，３８，４０及び
４２、及び、電気的処理回路４５及び表示装置４６を含
む信号処理回路４４から構成されている。
【００１６】上記光源１２は、光学ファイバ５０を介し
て第１ビ−ムスプリッタ１４の入力５２と結合された出
力４８を有している。この発明の実施例では、上記光源
１２は、周囲温度の変化による影響を受けにくい周波数
固定型レ−ザを備えている。上記第１、第２及び第３の
ビ−ムスプリッタ１４，１６及び１８は、好ましくは、
ニュ−ポ−トリサ−チコ−ポレ−ション（Ｎｅｗｐｏｒ
ｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ニュ
−ポ−ト、カリフォルニア州）から入手可能な方向性カ
プラ（Ｎｏ．Ｆ−５０６Ａ）である。
て第１ビ−ムスプリッタ１４の入力５２と結合された出
力４８を有している。この発明の実施例では、上記光源
１２は、周囲温度の変化による影響を受けにくい周波数
固定型レ−ザを備えている。上記第１、第２及び第３の
ビ−ムスプリッタ１４，１６及び１８は、好ましくは、
ニュ−ポ−トリサ−チコ−ポレ−ション（Ｎｅｗｐｏｒ
ｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ニュ
−ポ−ト、カリフォルニア州）から入手可能な方向性カ
プラ（Ｎｏ．Ｆ−５０６Ａ）である。
【００１７】上記第１のビ−ムスプリッタ１４は、上記
ビ−ムスプリッタ１６及び１８のそれぞれの入力５８及
び６０に結合される２つの出力５４及び５６を含んでい
る。第１の光学ファイバ２０は、好ましくは、光学ファ
イバ２０の部分の全長が増大するようにジグザクパタ−
ン状に、センサ微粉磁性層２４の上に配置されている。 このジグザグパタ−ンは、装置１０における感度を向上
させるために有益である。上記光学ファイバ２０は、ジ
ェル或いはエポキシ、例えば、ロシテ（Ｌｏｃｔｉｔｅ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， クリ−ブランド、オハイ
オ州）から入手可能なデュロス−パ−ジェル （ＤＵＲ
Ｏ Ｓｕｐｅｒ Ｇｌｕｅ）によって支持層２４上に固
定される。上記ファイバ２０の固定は、ファイバ２０を
支持層２４と接触させるとともに、支持層２４の表面の
ファイバ２０の長さ方向に沿った複数点で実施される。 上記参照光学ファイバ２２は、上記第２の微粉磁性層２
６に向かって（上記光学ファイバ２０と）同様に配置さ
れるとともに、第３のビ−ムスプリッタ１８の入力６０
に結合される。
ビ−ムスプリッタ１６及び１８のそれぞれの入力５８及
び６０に結合される２つの出力５４及び５６を含んでい
る。第１の光学ファイバ２０は、好ましくは、光学ファ
イバ２０の部分の全長が増大するようにジグザクパタ−
ン状に、センサ微粉磁性層２４の上に配置されている。 このジグザグパタ−ンは、装置１０における感度を向上
させるために有益である。上記光学ファイバ２０は、ジ
ェル或いはエポキシ、例えば、ロシテ（Ｌｏｃｔｉｔｅ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， クリ−ブランド、オハイ
オ州）から入手可能なデュロス−パ−ジェル （ＤＵＲ
Ｏ Ｓｕｐｅｒ Ｇｌｕｅ）によって支持層２４上に固
定される。上記ファイバ２０の固定は、ファイバ２０を
支持層２４と接触させるとともに、支持層２４の表面の
ファイバ２０の長さ方向に沿った複数点で実施される。 上記参照光学ファイバ２２は、上記第２の微粉磁性層２
６に向かって（上記光学ファイバ２０と）同様に配置さ
れるとともに、第３のビ−ムスプリッタ１８の入力６０
に結合される。
【００１８】センサ微粉磁性層２４には、化学的蒸気の
分子の検知する支持層２４における収集を容易にする収
集部材２５が塗布されている。この発明の実施例では、
この収集部材２５は、特定の化学的蒸気に反応する抗体
からなる。この抗体は、概ね１５０，０００の高い分子
量を有する蛋白質であって、ＩＲＴ， Ｉｎｃ． （Ｉ
ＲＴインコ−ポレ−ション） サンディエゴ、カリフォ
ルニア州から入手可能である。
分子の検知する支持層２４における収集を容易にする収
集部材２５が塗布されている。この発明の実施例では、
この収集部材２５は、特定の化学的蒸気に反応する抗体
からなる。この抗体は、概ね１５０，０００の高い分子
量を有する蛋白質であって、ＩＲＴ， Ｉｎｃ． （Ｉ
ＲＴインコ−ポレ−ション） サンディエゴ、カリフォ
ルニア州から入手可能である。
【００１９】センサ支持層２４は、検知される化学的蒸
気の分子を収集するために周囲環境にさらされている。 センサ微粉磁性層２４における機能は、後段に詳細に説
明する。参照微粉磁性層２６は、検知すべき化学的蒸気
から隔離するために、好ましくは、密封容器２７に収容
される。
気の分子を収集するために周囲環境にさらされている。 センサ微粉磁性層２４における機能は、後段に詳細に説
明する。参照微粉磁性層２６は、検知すべき化学的蒸気
から隔離するために、好ましくは、密封容器２７に収容
される。
【００２０】この発明の実施例では、上記センサ微粉磁
性層２４は、好ましくは、約１０ｃｍの長さ、概ね２〜
５インチの範囲にある幅、及び、概ね１０〜２５μｍの
範囲にある厚さを有している。好ましくは、上記センサ
微粉磁性層２４或いは参照微粉磁性層２６のいづれか一
方は、他方より約１ｃｍ短く形成される。この場合、ど
ちらが短く形成されても構わない。上記センサ微粉磁性
層２４と参照微粉磁性層２６との長さの差は、層２４及
び層２６に対して異なる共振周波数を提供する。層２４
は、概ね１０ｋＨｚ．の共振周波数を有している。層２
６は、概ね１１ｋＨｚ．の共振周波数を有している。
性層２４は、好ましくは、約１０ｃｍの長さ、概ね２〜
５インチの範囲にある幅、及び、概ね１０〜２５μｍの
範囲にある厚さを有している。好ましくは、上記センサ
微粉磁性層２４或いは参照微粉磁性層２６のいづれか一
方は、他方より約１ｃｍ短く形成される。この場合、ど
ちらが短く形成されても構わない。上記センサ微粉磁性
層２４と参照微粉磁性層２６との長さの差は、層２４及
び層２６に対して異なる共振周波数を提供する。層２４
は、概ね１０ｋＨｚ．の共振周波数を有している。層２
６は、概ね１１ｋＨｚ．の共振周波数を有している。
【００２１】層２４及び層２６は、好ましくは、発振可
能に構成される。第１の方法では、層２４及び層２６は
、断面形状が泡沫状（に形成される部材）の上に、それ
ぞれ、横倒しにされる。第２の方法では、層２４及び層
２６は、光学ファイバ２０及び２２によって吊下げられ
る。上記第１及び第２の方法の双方とも、上記層２４及
び層２６における発振周波数を上下させることなく発振
可能にする。従って、上記層２４及び層２６における発
振周波数に影響を及ぼすことのない、広範な配置方法が
可能になる。
能に構成される。第１の方法では、層２４及び層２６は
、断面形状が泡沫状（に形成される部材）の上に、それ
ぞれ、横倒しにされる。第２の方法では、層２４及び層
２６は、光学ファイバ２０及び２２によって吊下げられ
る。上記第１及び第２の方法の双方とも、上記層２４及
び層２６における発振周波数を上下させることなく発振
可能にする。従って、上記層２４及び層２６における発
振周波数に影響を及ぼすことのない、広範な配置方法が
可能になる。
【００２２】図１によれば、上記層２４及び層２６は、
さらに、コイル２８によって周囲を取囲まれている。こ
のコイル２８は、一般的な導電線または導体材料であっ
て、発振器３０に結合されている。この発振器３０は、
電気的処理回路４５の入力６４に結合されている参照出
力６２を有している。上記発振器３０は、サイン波の波
形を出力できる発振器或いは一般的な発振回路であって
、概ね１０〜３０ｋＨｚ．の範囲を有する交流電流を発
生できる。この交流電流は、上記コイル２８に対して概
ね１ガウス以下、好ましくは、０．０００１ガウス （
ＲＭＳ＝実効値） 程度の交流磁界を提供できる。上記
発振器３０は、上記層２４及び層２６における感度を向
上させるための、ＤＣバイアス磁界（好ましくは、概ね
２ガウス）を発生させるためのＤＣバイアス電流を有し
ている。
さらに、コイル２８によって周囲を取囲まれている。こ
のコイル２８は、一般的な導電線または導体材料であっ
て、発振器３０に結合されている。この発振器３０は、
電気的処理回路４５の入力６４に結合されている参照出
力６２を有している。上記発振器３０は、サイン波の波
形を出力できる発振器或いは一般的な発振回路であって
、概ね１０〜３０ｋＨｚ．の範囲を有する交流電流を発
生できる。この交流電流は、上記コイル２８に対して概
ね１ガウス以下、好ましくは、０．０００１ガウス （
ＲＭＳ＝実効値） 程度の交流磁界を提供できる。上記
発振器３０は、上記層２４及び層２６における感度を向
上させるための、ＤＣバイアス磁界（好ましくは、概ね
２ガウス）を発生させるためのＤＣバイアス電流を有し
ている。
【００２３】上記第２のビ−ムスプリッタ１６は、光学
ファイバ６８及び７０を介して第１及び第２のビ−ムコ
ンバイナ３２及び３４におけるそれぞれの入力７２及び
７４に結合される出力６４及び６６を含んでいる。第３
のビ−ムスプリッタ１８は、光学ファイバ８０及び８２
を介して第１及び第２のビ−ムコンバイナ３２及び３４
におけるそれぞれの第２の入力８４及び８６に結合され
る第１及び第２の出力７６及び７８を含んでいる。
ファイバ６８及び７０を介して第１及び第２のビ−ムコ
ンバイナ３２及び３４におけるそれぞれの入力７２及び
７４に結合される出力６４及び６６を含んでいる。第３
のビ−ムスプリッタ１８は、光学ファイバ８０及び８２
を介して第１及び第２のビ−ムコンバイナ３２及び３４
におけるそれぞれの第２の入力８４及び８６に結合され
る第１及び第２の出力７６及び７８を含んでいる。
【００２４】上記第１のビ−ムコンバイナ３２は、光学
ファイバ９２及び９４を介して光検出器３６及び３８の
入力に結合される第１及び第２の出力８８及び９０を含
んでいる。同様に、上記第２のビ−ムコンバイナ３４は
、光学ファイバ １００及び １０２を介して光検出器
４０及び４２のそれぞれの入力に結合される２つの出力
９６及び９８を含んでいる。上記光学ファイバ２０，２
２，５０，６８，７０，８０，８２，９２，９４，１０
０ 及び １０２は、好ましくは、複屈折をともなうシ
ングルモ−ド光学ファイバであって、１２５μｍの直径
を有している。
ファイバ９２及び９４を介して光検出器３６及び３８の
入力に結合される第１及び第２の出力８８及び９０を含
んでいる。同様に、上記第２のビ−ムコンバイナ３４は
、光学ファイバ １００及び １０２を介して光検出器
４０及び４２のそれぞれの入力に結合される２つの出力
９６及び９８を含んでいる。上記光学ファイバ２０，２
２，５０，６８，７０，８０，８２，９２，９４，１０
０ 及び １０２は、好ましくは、複屈折をともなうシ
ングルモ−ド光学ファイバであって、１２５μｍの直径
を有している。
【００２５】上記光検出器３６〜４２は、好ましくは、
シリコンフォトダイオ−ドからなり、その出力は、上記
処理回路４５における入力 １０４〜 １１０に電気的
に接続される。 上記処理回路４５は、電気的に接続されている表示装置
４６に対して最終出力信号 １１２を発生する。好まし
くは、この表示装置４６は、高速周波数カウンタ４６に
よって構成される。この発明に利用可能な高速周波数カ
ウンタは、例えば、ヒュ−レットパッカ−ド社 （Ｈｅ
ｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｐａ
ｌｏ Ａｌｔｏ＝パロウト、カリフォルニア州） 等の
企業より入手可能である。
シリコンフォトダイオ−ドからなり、その出力は、上記
処理回路４５における入力 １０４〜 １１０に電気的
に接続される。 上記処理回路４５は、電気的に接続されている表示装置
４６に対して最終出力信号 １１２を発生する。好まし
くは、この表示装置４６は、高速周波数カウンタ４６に
よって構成される。この発明に利用可能な高速周波数カ
ウンタは、例えば、ヒュ−レットパッカ−ド社 （Ｈｅ
ｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｐａ
ｌｏ Ａｌｔｏ＝パロウト、カリフォルニア州） 等の
企業より入手可能である。
【００２６】以下、図１を参照して、装置１０全体の説
明をする。光源１２からのコヒ−レントビ−ムは、第一
に、光学ファイバ５０を通って第１のビ−ムスプリッタ
１４内部に伝達される。ビ−ムスプリッタ１４は、光入
力信号を概ね等しい第１及び第２の成分に分割するとと
もに、光学ファイバ２０及び２２へ伝達する。光学ファ
イバ２０は、ビ−ムスプリッタ１６によって概ね等しい
率でさらに第１及び第２の成分に分割される上記光信号
を（ビ−ムスプリッタ１６）へ伝達する。（上記ビ−ム
スプリッタ１４によって分割された）残りの光信号成分
は、上記光学ファイバ２２を介して出力５６から第３の
ビ−ムスプリッタ１８へ伝達され、さらに、概ね等しい
率を有する第１及び第２の成分に分割される。
明をする。光源１２からのコヒ−レントビ−ムは、第一
に、光学ファイバ５０を通って第１のビ−ムスプリッタ
１４内部に伝達される。ビ−ムスプリッタ１４は、光入
力信号を概ね等しい第１及び第２の成分に分割するとと
もに、光学ファイバ２０及び２２へ伝達する。光学ファ
イバ２０は、ビ−ムスプリッタ１６によって概ね等しい
率でさらに第１及び第２の成分に分割される上記光信号
を（ビ−ムスプリッタ１６）へ伝達する。（上記ビ−ム
スプリッタ１４によって分割された）残りの光信号成分
は、上記光学ファイバ２２を介して出力５６から第３の
ビ−ムスプリッタ１８へ伝達され、さらに、概ね等しい
率を有する第１及び第２の成分に分割される。
【００２７】第１及び第２の支持層２４及び２６は、好
ましくは、微粉磁性体を有する箔状に構成される。上記
箔の磁性体は、磁界が与えられることで、箔の領域を僅
かに変化させる。上記層２４及び２６は、好ましくは、
独立したヒモ状のメタグラス箔（ＭＥＴＧＬＡＳ， Ａ
ｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製
）によって構成される。
ましくは、微粉磁性体を有する箔状に構成される。上記
箔の磁性体は、磁界が与えられることで、箔の領域を僅
かに変化させる。上記層２４及び２６は、好ましくは、
独立したヒモ状のメタグラス箔（ＭＥＴＧＬＡＳ， Ａ
ｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製
）によって構成される。
【００２８】発振器３０は、好ましくは、上記参照微粉
磁性層２６における共振周波数に概ね等しく、且つ、上
記センサ層２４における共振周波数が１ｋＨｚ．の範囲
内にある概ね１１ｋＨｚ．の周波数を有する交流電流を
発生させる。この交流電流は、上記交流電流の周波数に
対応する周波数で上記支持層２４及び２６を励磁させる
ために、上記コイル２８に振動磁界を発生させる。
磁性層２６における共振周波数に概ね等しく、且つ、上
記センサ層２４における共振周波数が１ｋＨｚ．の範囲
内にある概ね１１ｋＨｚ．の周波数を有する交流電流を
発生させる。この交流電流は、上記交流電流の周波数に
対応する周波数で上記支持層２４及び２６を励磁させる
ために、上記コイル２８に振動磁界を発生させる。
【００２９】図１によれば、上記センサ微粉磁性層２４
における振動周波数は、層２４上に収集された化学的蒸
気の分子に対応して僅かに変化する。この周波数の変化
は、ｆをセンサ層２４における共振周波数、ｍをセンサ
層２４の量（体積）、ｃを発振器３０における幾何定数
とヤング率とによって規定される定数、とするとき、以
下の式、ｆ＝ｃ／ｍ１／２ によって現される。従って
、センサ層２４の振動周波数の変化（Δｆ／ｆ）は、実
質的に（Δｍ／２ｍ）となる。このことは、センサ層２
４の共振周波数の変動を計測することで、センサ層２４
を取巻く周囲環境における化学的蒸気の分子の存在を検
知できる。
における振動周波数は、層２４上に収集された化学的蒸
気の分子に対応して僅かに変化する。この周波数の変化
は、ｆをセンサ層２４における共振周波数、ｍをセンサ
層２４の量（体積）、ｃを発振器３０における幾何定数
とヤング率とによって規定される定数、とするとき、以
下の式、ｆ＝ｃ／ｍ１／２ によって現される。従って
、センサ層２４の振動周波数の変化（Δｆ／ｆ）は、実
質的に（Δｍ／２ｍ）となる。このことは、センサ層２
４の共振周波数の変動を計測することで、センサ層２４
を取巻く周囲環境における化学的蒸気の分子の存在を検
知できる。
【００３０】光学ファイバ２０及び２２は、支持層２４
及び２６に接着されているので、ファイバ２０及び２２
の光路長は、コイル２８を介して発振器３０によって発
生される振動磁界の大きさに関連して変化する。このこ
とから、光学ファイバ２０及び２２を介して伝達される
光入力信号の位相が変化される。参照層は、抗体が塗布
されていないとともに、周囲環境から隔離されているの
で、参照層の発振する共振周波数は、一定になる。従っ
て、第３のビ−ムスプリッタ１８は、比較的安定な参照
光学信号を入力６０を介して受取る。しかしながら、セ
ンサ層２４は、抗体２５が塗布され、同時に、周囲環境
にさらされていることから、センサ層から発振される共
振周波数は、上記抗体によって収集された化学的蒸気の
分子に応じて変化する。このことから、光学ファイバ２
０及び２２を介して伝達されたセンサ信号と参照信号と
の間のビ−トが変化され、出力８８，９０，９６及び９
８に、大きさの変動する発振信号、光学信号、及び、セ
ンサ信号が発生される。上記第１の光学ファイバ２０及
びセンサ微粉磁性層２４は、空気中に特定の化学的上記
が存在することを示す上記発振信号、光学信号、及び、
センサ信号を共同して提供する。上記第２の光学ファイ
バ２２及び第２の微粉磁性層２６は、上記発振信号、及
び、ビ−ムコンバイナ３２及び３４を介して上記発振信
号、光学信号、及び、センサ信号が結合され、上記参照
層２６及びセンサ層２４との間の共振周波数の差を著す
発振周波数の変化を提供できる光学参照信号を共同して
提供する。
及び２６に接着されているので、ファイバ２０及び２２
の光路長は、コイル２８を介して発振器３０によって発
生される振動磁界の大きさに関連して変化する。このこ
とから、光学ファイバ２０及び２２を介して伝達される
光入力信号の位相が変化される。参照層は、抗体が塗布
されていないとともに、周囲環境から隔離されているの
で、参照層の発振する共振周波数は、一定になる。従っ
て、第３のビ−ムスプリッタ１８は、比較的安定な参照
光学信号を入力６０を介して受取る。しかしながら、セ
ンサ層２４は、抗体２５が塗布され、同時に、周囲環境
にさらされていることから、センサ層から発振される共
振周波数は、上記抗体によって収集された化学的蒸気の
分子に応じて変化する。このことから、光学ファイバ２
０及び２２を介して伝達されたセンサ信号と参照信号と
の間のビ−トが変化され、出力８８，９０，９６及び９
８に、大きさの変動する発振信号、光学信号、及び、セ
ンサ信号が発生される。上記第１の光学ファイバ２０及
びセンサ微粉磁性層２４は、空気中に特定の化学的上記
が存在することを示す上記発振信号、光学信号、及び、
センサ信号を共同して提供する。上記第２の光学ファイ
バ２２及び第２の微粉磁性層２６は、上記発振信号、及
び、ビ−ムコンバイナ３２及び３４を介して上記発振信
号、光学信号、及び、センサ信号が結合され、上記参照
層２６及びセンサ層２４との間の共振周波数の差を著す
発振周波数の変化を提供できる光学参照信号を共同して
提供する。
【００３１】上記発振信号、光学信号、及び、センサ信
号は、第２のビ−ムスプリッタ１６によって概ね等しい
大きさを有する第１及び第２の成分に分割される。この
２つの成分は、ビ−ムコンバイナ３２及び３４の第１の
入力７２及び７４に、それぞれ、伝達される。第３のビ
−ムスプリッタ１８は、同様に、上記発振信号、及び、
光学参照信号を第１及び第２の成分に分割し、この成分
をビ−ムコンバイナ３２及び３４の第２の入力８４及び
８６に、それぞれ、伝達する。この実施例によれば、好
ましくは、上記ビ−ムコンバイナ３２及び３４は、カナ
ディアンインストメンテ−ションリミテッド、バ−リン
トン、オンタリオ州、カナダ （Ｃａｎａｄｉａｎ Ｉ
ｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｌｔｄ．， Ｂｕｒｌ
ｉｎｇｔｏｎ， Ｏｎｔａｒｉｏ， Ｃａｎａｄａ）
から入手可能なファイバカプラ、 Ｎｏ． ９０４Ｐ−
Ｐ ５０−５０ によって構成される。上記ビ−ムコン
バイナ３２及び３４は、それぞれ、上記発振信号、光学
センサ信号、及び、参照信号の成分を結合させることで
、上記干渉計の参照ア−ム及びセンサア−ムとの間の周
波数の差に等しいビ−ト周波数を提供し、干渉性（ｉｎ
ｔｅｒｆｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ） 及び
分散性（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ） 成分を生成す
るとともに、光学フリンジパタ−ンを出力８８，９０，
９６及び９８に形成する。上記出力８８，９０，９６及
び９８に発生されるフリンジパタ−ンの強度は、光学フ
ァイバ２０及び２２を介してビ−ムスプリッタ１６及び
１８に伝達される光学信号における光路長（即ち位相）
に対応する。上記出力８８，９０，９６及び９８に発生
されるフリンジパタ−ンは、さらに、自身の強度に応じ
て直角位相状態を有している。実際には、上記出力８８
及び９０におけるフリンジパタ−ンは、概ね１８０°の
範囲の位相にあって、強度の変化（が生じた場合）の光
の輝点 （ｄｏｔｓ） がフラットプレ−ン上に投影さ
れる。上記出力９６及び９８におけるフリンジパタ−ン
は、同様に、概ね１８０°の範囲の位相にあって、強度
の変化を有する光の輝点即ち点をフラットプレ−ン上に
投影する。上記出力８８，９０，９６及び９８における
フリンジパタ−ンの正規化されたフリンジ強度Ｉ１ ，
Ｉ２ ，Ｉ３ 及びＩ４ は、 （Δφ） を、センサ
層２４上で化学的蒸気の分子が収集されることで生じる
位相変化 （ΔφＴ ） 及び振動磁界によって誘発さ
れる僅かな位相変化の総和とすると、それぞれ、以下の
式によって、位相の関数として表される。 Ｉ１ ＝１−ｓｉｎΔφ Ｉ２ ＝１＋ｓｉｎΔφ Ｉ３ ＝１−ｃｏｓΔφ Ｉ４ ＝１＋ｃｏｓΔφ 上記ビ−ムコンバイナ３２及び３４は、上記光学出力信
号の強度に関する上記直角位相状の表示を、光学ファイ
バ９２，９４，１００ 及び １０２へ伝達する。上記
ビ−ムコンバイナ３２及び３４は、より詳細には、この
発明の発明者によって譲渡され、現在係争中の米国特許
出願第３４１，００９号、１９８９年４月２０出願、”
Ｓｔａｂｌｅ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｒｅａｄ−ｏｕｔ Ｆ
ｏｒ Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ
ｅｔｅｒ”に開示されている。
号は、第２のビ−ムスプリッタ１６によって概ね等しい
大きさを有する第１及び第２の成分に分割される。この
２つの成分は、ビ−ムコンバイナ３２及び３４の第１の
入力７２及び７４に、それぞれ、伝達される。第３のビ
−ムスプリッタ１８は、同様に、上記発振信号、及び、
光学参照信号を第１及び第２の成分に分割し、この成分
をビ−ムコンバイナ３２及び３４の第２の入力８４及び
８６に、それぞれ、伝達する。この実施例によれば、好
ましくは、上記ビ−ムコンバイナ３２及び３４は、カナ
ディアンインストメンテ−ションリミテッド、バ−リン
トン、オンタリオ州、カナダ （Ｃａｎａｄｉａｎ Ｉ
ｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｌｔｄ．， Ｂｕｒｌ
ｉｎｇｔｏｎ， Ｏｎｔａｒｉｏ， Ｃａｎａｄａ）
から入手可能なファイバカプラ、 Ｎｏ． ９０４Ｐ−
Ｐ ５０−５０ によって構成される。上記ビ−ムコン
バイナ３２及び３４は、それぞれ、上記発振信号、光学
センサ信号、及び、参照信号の成分を結合させることで
、上記干渉計の参照ア−ム及びセンサア−ムとの間の周
波数の差に等しいビ−ト周波数を提供し、干渉性（ｉｎ
ｔｅｒｆｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ） 及び
分散性（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ） 成分を生成す
るとともに、光学フリンジパタ−ンを出力８８，９０，
９６及び９８に形成する。上記出力８８，９０，９６及
び９８に発生されるフリンジパタ−ンの強度は、光学フ
ァイバ２０及び２２を介してビ−ムスプリッタ１６及び
１８に伝達される光学信号における光路長（即ち位相）
に対応する。上記出力８８，９０，９６及び９８に発生
されるフリンジパタ−ンは、さらに、自身の強度に応じ
て直角位相状態を有している。実際には、上記出力８８
及び９０におけるフリンジパタ−ンは、概ね１８０°の
範囲の位相にあって、強度の変化（が生じた場合）の光
の輝点 （ｄｏｔｓ） がフラットプレ−ン上に投影さ
れる。上記出力９６及び９８におけるフリンジパタ−ン
は、同様に、概ね１８０°の範囲の位相にあって、強度
の変化を有する光の輝点即ち点をフラットプレ−ン上に
投影する。上記出力８８，９０，９６及び９８における
フリンジパタ−ンの正規化されたフリンジ強度Ｉ１ ，
Ｉ２ ，Ｉ３ 及びＩ４ は、 （Δφ） を、センサ
層２４上で化学的蒸気の分子が収集されることで生じる
位相変化 （ΔφＴ ） 及び振動磁界によって誘発さ
れる僅かな位相変化の総和とすると、それぞれ、以下の
式によって、位相の関数として表される。 Ｉ１ ＝１−ｓｉｎΔφ Ｉ２ ＝１＋ｓｉｎΔφ Ｉ３ ＝１−ｃｏｓΔφ Ｉ４ ＝１＋ｃｏｓΔφ 上記ビ−ムコンバイナ３２及び３４は、上記光学出力信
号の強度に関する上記直角位相状の表示を、光学ファイ
バ９２，９４，１００ 及び １０２へ伝達する。上記
ビ−ムコンバイナ３２及び３４は、より詳細には、この
発明の発明者によって譲渡され、現在係争中の米国特許
出願第３４１，００９号、１９８９年４月２０出願、”
Ｓｔａｂｌｅ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｒｅａｄ−ｏｕｔ Ｆ
ｏｒ Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ
ｅｔｅｒ”に開示されている。
【００３２】図２には、この発明の信号処理回路４４に
おけるダイアグラムが示されている。回路４５は、以下
の構成物： プリアンプ１１４， １１６， １１８
及び １２０； 差動アンプ １２２及び １２４；
微分器 １２６及び １２８； プロダクト（信号の積
を出力）接続器 １３０及び１３２； オペアンプ １
３６、帰還抵抗 １３８、総和抵抗 １４０及び １４
２からなる総和アンプ １３４； この総和アンプ １
３４によって出力された量の平方根を求める回路 １４
４； 及び、ロックインアンプ １４６を含んでいる。 発振器３０の出力６２は、ロックインアンプ １４６の
入力６４へ結合される。
おけるダイアグラムが示されている。回路４５は、以下
の構成物： プリアンプ１１４， １１６， １１８
及び １２０； 差動アンプ １２２及び １２４；
微分器 １２６及び １２８； プロダクト（信号の積
を出力）接続器 １３０及び１３２； オペアンプ １
３６、帰還抵抗 １３８、総和抵抗 １４０及び １４
２からなる総和アンプ １３４； この総和アンプ １
３４によって出力された量の平方根を求める回路 １４
４； 及び、ロックインアンプ １４６を含んでいる。 発振器３０の出力６２は、ロックインアンプ １４６の
入力６４へ結合される。
【００３３】動作中、上記光検出器３６，３６，４０及
び４２は、量の変化の電気信号を、それぞれのプリアン
プ１１４， １１６， １１８ 及び １２０へ伝達す
る。プリアンプ １１４及び １１６は、それぞれが受
取った僅かな電気信号を増幅し、差動アンプ １２２へ
出力する。プリアンプ １１８及び １２０は、それぞ
れに関連する信号に（対して）同様に機能し、差動アン
プ １２４へ出力する。差動アンプ１２２は、（自身が
）受取った電気信号の差を増幅し、増幅された第１の差
信号を微分器 １２６及びプロダクト接続器 １３２へ
出力する。差動アンプ １２２は、同様にして、第２の
差信号を微分器 １２８及びプロダクト接続器 １３０
へ出力する。プロダクト接続器 １３０は、差動アンプ
１２４からの差信号と微分器 １２６からの出力との
積を計算する。プロダクト接続器 １３２は、同様に、
差動アンプ １２２からの差信号と微分器 １２８から
の出力との積を計算する。プロダクト接続器 １３０及
び １３２は、アナログ逓倍器集積回路 （ＩＣ） で
あって、好ましくは、アナログディバイス社、ノルウッ
ド、マサチュ−セッツ州 （Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃ
ｅｓ， Ｉｎｃ．， Ｎｏｅｗｏｏｄ， Ｍａｓｓａｃ
ｈｕｓｅｔｔｓ） から入手可能な Ｎｏ． ＡＤ５３
２である。
び４２は、量の変化の電気信号を、それぞれのプリアン
プ１１４， １１６， １１８ 及び １２０へ伝達す
る。プリアンプ １１４及び １１６は、それぞれが受
取った僅かな電気信号を増幅し、差動アンプ １２２へ
出力する。プリアンプ １１８及び １２０は、それぞ
れに関連する信号に（対して）同様に機能し、差動アン
プ １２４へ出力する。差動アンプ１２２は、（自身が
）受取った電気信号の差を増幅し、増幅された第１の差
信号を微分器 １２６及びプロダクト接続器 １３２へ
出力する。差動アンプ １２２は、同様にして、第２の
差信号を微分器 １２８及びプロダクト接続器 １３０
へ出力する。プロダクト接続器 １３０は、差動アンプ
１２４からの差信号と微分器 １２６からの出力との
積を計算する。プロダクト接続器 １３２は、同様に、
差動アンプ １２２からの差信号と微分器 １２８から
の出力との積を計算する。プロダクト接続器 １３０及
び １３２は、アナログ逓倍器集積回路 （ＩＣ） で
あって、好ましくは、アナログディバイス社、ノルウッ
ド、マサチュ−セッツ州 （Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃ
ｅｓ， Ｉｎｃ．， Ｎｏｅｗｏｏｄ， Ｍａｓｓａｃ
ｈｕｓｅｔｔｓ） から入手可能な Ｎｏ． ＡＤ５３
２である。
【００３４】上記差動アンプ １２２及び １２４、微
分器 １２６及び １２８、及び、プロダクト接続器１
３０及び １３２は、上記正規化フリンジ出力における
変化分、即ち、Ｉ２ −Ｉ１ 及びＩ４ −Ｉ３ を規
定する。詳細には、上記変化分は、以下の等式 １３１
及び １３３によって規定される。 １３１； δ （Ｉ２ −Ｉ１ ） ＝２ｓｉｎΔφ
Ｔ ・δΔφ，１３３； δ （Ｉ４ −Ｉ３ ）
＝２ｃｏｓΔφ・δΔφ上記プロダクト接続器 １３０
及び １３２の出力は、総和アンプ １３４におけるそ
れぞれの抵抗 １４０及び １４２に電気的に結合され
る。総和アンプ １３４は、プロダクト接続器 １３０
及び １３２からの電気信号の総和（即ち、等式 １３
１及び １３４によって表される）を計算するとともに
、オペアンプ １３６を介してこの総和を増幅する。こ
の発明によれば、オペアンプ １３６は、抵抗１３８，
１４０及び １４２によって形成され、好ましくは、
１〜１０の範囲のゲインを提供する。
分器 １２６及び １２８、及び、プロダクト接続器１
３０及び １３２は、上記正規化フリンジ出力における
変化分、即ち、Ｉ２ −Ｉ１ 及びＩ４ −Ｉ３ を規
定する。詳細には、上記変化分は、以下の等式 １３１
及び １３３によって規定される。 １３１； δ （Ｉ２ −Ｉ１ ） ＝２ｓｉｎΔφ
Ｔ ・δΔφ，１３３； δ （Ｉ４ −Ｉ３ ）
＝２ｃｏｓΔφ・δΔφ上記プロダクト接続器 １３０
及び １３２の出力は、総和アンプ １３４におけるそ
れぞれの抵抗 １４０及び １４２に電気的に結合され
る。総和アンプ １３４は、プロダクト接続器 １３０
及び １３２からの電気信号の総和（即ち、等式 １３
１及び １３４によって表される）を計算するとともに
、オペアンプ １３６を介してこの総和を増幅する。こ
の発明によれば、オペアンプ １３６は、抵抗１３８，
１４０及び １４２によって形成され、好ましくは、
１〜１０の範囲のゲインを提供する。
【００３５】上記オペアンプ １３６の出力は、既に総
和アンプ １３４によって加算された信号の平方根を求
める回路 １４４に入力される。この機能は、以下の式
、 ｛δ（Ｉ２ −Ｉ１ ）２ ＋δ（Ｉ４ −
Ｉ３ ）２ ｝１／２ ＝δΔφ
によって表される。好ましくは、上記回路 １
４４の機能は、アナログディバイス社のＩＣ ＡＤ５３
２によって提供される。上記回路 １４４の出力は、回
路 １４４からの電気信号出力における相の変化を検知
する（ことのできる）相感度検出装置であるロックイン
アンプ １４６へ入力される。 ロックインアンプ １４６は、プリンストンアピ−ルリ
サ−チ社 （Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈ， Ｉｎｃ．， Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ，
Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ ＝プリンストン、ニュ−ジャ
−ジ州） 製から入手可能な Ｎｏ． ５３０１ が好
ましい。ロックインアンプ １４６からの出力は、上記
センサ層２４が上記検出すべき化学的蒸気にされされた
場合の電気信号の大きさの変化を表す。この現象を可視
化するために、上記ロックインアンプ １４６からの出
力は、この実施例では、０．０００１Ｈｚ程度の小さな
周波数変化を監視できる周波数カウンタである表示装置
４６へ結合される。
和アンプ １３４によって加算された信号の平方根を求
める回路 １４４に入力される。この機能は、以下の式
、 ｛δ（Ｉ２ −Ｉ１ ）２ ＋δ（Ｉ４ −
Ｉ３ ）２ ｝１／２ ＝δΔφ
によって表される。好ましくは、上記回路 １
４４の機能は、アナログディバイス社のＩＣ ＡＤ５３
２によって提供される。上記回路 １４４の出力は、回
路 １４４からの電気信号出力における相の変化を検知
する（ことのできる）相感度検出装置であるロックイン
アンプ １４６へ入力される。 ロックインアンプ １４６は、プリンストンアピ−ルリ
サ−チ社 （Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈ， Ｉｎｃ．， Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ，
Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ ＝プリンストン、ニュ−ジャ
−ジ州） 製から入手可能な Ｎｏ． ５３０１ が好
ましい。ロックインアンプ １４６からの出力は、上記
センサ層２４が上記検出すべき化学的蒸気にされされた
場合の電気信号の大きさの変化を表す。この現象を可視
化するために、上記ロックインアンプ １４６からの出
力は、この実施例では、０．０００１Ｈｚ程度の小さな
周波数変化を監視できる周波数カウンタである表示装置
４６へ結合される。
【００３６】所望の化学的蒸気を検出したあとの装置１
０の再使用のために、光学ファイバ２０は、センサ層２
４の両端に着脱可能に配置された結合装置に配置される
。このことは、センサ層２４に固定された抗体層を検出
毎に取外し、または、再設置を可能にする。一方、使用
済みの抗体層は、容易に取外し可能であって、同時に、
上記層２４には、所望の抗体が再び塗布される。この方
法によれば、層２４を移動させることない。
０の再使用のために、光学ファイバ２０は、センサ層２
４の両端に着脱可能に配置された結合装置に配置される
。このことは、センサ層２４に固定された抗体層を検出
毎に取外し、または、再設置を可能にする。一方、使用
済みの抗体層は、容易に取外し可能であって、同時に、
上記層２４には、所望の抗体が再び塗布される。この方
法によれば、層２４を移動させることない。
【００３７】この発明の化学的検知装置１０は、３×１
０−１２ 気圧の存在を検出できる十分な感度を有する
高感度蒸気センサとして機能する。また、装置１０は、
被測定者及び装置の操作者に対して何の障害を与えるこ
となく、且つ、高信頼性、容易なメインテナンス性、搬
出し易さ、及び、容易な操作性等を提供できる。このこ
とは、空港、搭乗者チェック点など、麻薬、爆発物或い
は制限物質等の化学的蒸気を検出すべき場所での装置１
０の使用を可能にする。
０−１２ 気圧の存在を検出できる十分な感度を有する
高感度蒸気センサとして機能する。また、装置１０は、
被測定者及び装置の操作者に対して何の障害を与えるこ
となく、且つ、高信頼性、容易なメインテナンス性、搬
出し易さ、及び、容易な操作性等を提供できる。このこ
とは、空港、搭乗者チェック点など、麻薬、爆発物或い
は制限物質等の化学的蒸気を検出すべき場所での装置１
０の使用を可能にする。
【００３８】上記に開示されたこの発明の方法及び装置
は単なる例に過ぎず、この分野の技術を有するものであ
れば上記説明を基にしてこの発明をいかようにも変形で
きることはいうまでもない。従って、この発明の方法及
び装置は、ここに開示された実施例によって限定される
ものではなく、この発明は、添付の請求の範囲の範囲に
よってのみ制限されるものである。
は単なる例に過ぎず、この分野の技術を有するものであ
れば上記説明を基にしてこの発明をいかようにも変形で
きることはいうまでもない。従って、この発明の方法及
び装置は、ここに開示された実施例によって限定される
ものではなく、この発明は、添付の請求の範囲の範囲に
よってのみ制限されるものである。
【図１】図１は、この発明に関する光学ファイバを用い
た干渉計式化学センサの簡単なブロック図。
た干渉計式化学センサの簡単なブロック図。
【図２】図２は、この発明における信号処理回路のブロ
ック図。
ック図。
１０…検出装置、１２…光源、１４，１６及び１８…ビ
−ムスプリッタ、２０及び２２…参照光学ファイバ、２
４…センサ層、２５…抗体、２６…基準層、２７…密閉
容器、２８…コイル、３０…発振器、３２及び３４…ビ
−ムコンバイナ、３６〜４２…光検出器、４４…信号処
理回路、４５…処理回路、４６…表示装置、５０，６８
〜７０，８０〜８２，９２〜９４及び１００ 〜１０２
…光学ファイバ、５２，５８〜６０，７２〜７４及び８
４〜８６…光学入力、４８，５４〜５６，６４〜６６，
７６〜７８，８８〜９０及び９６〜９８…光学出力。
−ムスプリッタ、２０及び２２…参照光学ファイバ、２
４…センサ層、２５…抗体、２６…基準層、２７…密閉
容器、２８…コイル、３０…発振器、３２及び３４…ビ
−ムコンバイナ、３６〜４２…光検出器、４４…信号処
理回路、４５…処理回路、４６…表示装置、５０，６８
〜７０，８０〜８２，９２〜９４及び１００ 〜１０２
…光学ファイバ、５２，５８〜６０，７２〜７４及び８
４〜８６…光学入力、４８，５４〜５６，６４〜６６，
７６〜７８，８８〜９０及び９６〜９８…光学出力。
Claims (15)
- 【請求項１】光源と、化学蒸気を収集するための収集手
段が置かれ、この化学蒸気にさらされる第一の層と、こ
の第一の層と上記光源とを接続する第一の光学ファイバ
と、上記化学蒸気から分離されている第二の層と、この
第二の層と上記光源とを接続する第二の光学ファイバと
、上記第一及び第二の層を振動磁界に従属させるための
磁界発生手段と、上記第一及び第二の層は、上記振動磁
界に応じて自身の領域が変化するとともに、上記光源か
ら上記第一及び第二の光学ファイバを通過した光の特性
を変化させるよう、且つ、上記第一の層が上記化学蒸気
にさらされている場合に、上記第二の光学ファイバにお
ける上記光の特性と上記第一の光学ファイバにおける上
記光の特性に差が生じるように構成され、上記第一の光
学ファイバが光学センサ信号を提供し、及び、上記第二
の層が光学参照信号を発生する、及び、上記光学センサ
信号と上記光学参照信号とを比較し、この比較結果に基
づいて上記化学蒸気の存在を表す出力信号を提供する比
較手段と、を備える、所望の化学蒸気の存在を検出する
装置。 - 【請求項２】上記光学センサ信号と上記光学参照信号と
を比較し、この比較結果に基づいて上記化学蒸気の存在
を表す出力信号を提供する前記比較手段は、上記光学セ
ンサ及び上記参照信号に対応する干渉写真を発生する干
渉計式手段と、及び、上記化学蒸気の存在を著す上記干
渉写真に対応する信号処理手段と、を備える請求項１記
載の装置。 - 【請求項３】前記光源手段は、周波数が安定化されてい
るレ−ザを備える請求項１記載の装置。 - 【請求項４】前記光源と前記第一及び第二の光学ファイ
バとの間に、上記光源からの上記光を分割するとともに
、上記第二の光学ファイバに対して概ね上記光の半分を
伝達させることのできるのビ−ムスプリッタを、さらに
備える請求項１記載の装置。 - 【請求項５】前記磁界発生手段は、前記第一及び第二の
層を周回するコイルと、及び、このコイルに上記振動磁
界を発生させるための振動電気信号を、上記コイルに提
供できる発振回路と、を備える請求項１記載の装置。 - 【請求項６】前記第一の層に置かれている上記収集手段
は、上記化学蒸気を容易に収集可能にする抗体層を備え
る請求項１記載の装置。 - 【請求項７】前記干渉計式手段は、前記光源の出力と前
記第一の光学ファイバに接続され、上記光を概ね等しい
量を有する第一及び第二の成分に分離する入力ビ−ムス
プリッタと、前記第一の光学ファイバに接続され、上記
光学センサ信号を概ね等しい量を有する第一及び第二の
光学成分に分離できるセンサビ−ムスプリッタと、前記
第二の光学ファイバに接続され、上記光学参照信号を受
信し、且つ、この、光学参照信号を概ね等しい量を有す
る第一及び第二の成分に分離できる基準ビ−ムスプリッ
タと、上記センサビ−ムスプリッタ及び上記基準ビ−ム
スプリッタに接続され、上記光学センサにおける第一の
成分と上記参照信号とを混ぜ合わせることで干渉によっ
て形成される第一及び第二のフリンジパタ−ン出力信号
を上記干渉写真として生じさせる第一のビ−ムコンバイ
ナと、上記光学センサ信号及び光学参照信号とを受信可
能であって、この第二の成分を混ぜ合わせることで干渉
させ、第三及び第四のフリンジパタ−ン出力信号を上記
干渉写真として生じさせる第二のビ−ムコンバイナと、
を備える請求項２記載の装置。 - 【請求項８】前記信号処理手段は、上記干渉写真を読み
とり、上記干渉写真を示す出力を提供するための複数の
光検出器と、この光検出器出力の間の差を規定し、第一
及び第二の差動出力を提供する、上記複数の光検出器出
力に対応する複数の差動増幅器手段と、上記光検出器出
力である上記第一及び第二の差動出力の変化の量を規定
する微分手段と、上記第二の差動出力と上記第二の微分
手段の出力信号との積を選択的に取出す第一の交差結合
手段と、上記一方の差動出力と上記一方の微分手段の出
力信号との積を選択的に取出す第二の交差結合手段と、
上記第一及び第二の結合手段の積の総和を求め、上記積
の和を示す出力信号を提供するための、上記第一及び第
二の結合手段に対応する総和増幅手段と、この総和増幅
手段の出力信号と上記振動電気信号との位相の差を検出
し、位相検知信号を提供する、上記総和増幅手段に対応
する位相検知手段と、及び、この位相検知信号に対応す
る前記第一の層における周波数の変化の表示を提供する
表示装置と、を備える請求項２記載の装置。 - 【請求項９】光学入力信号を発生するレ−ザ手段と、振
動電気信号を発生する発振装置手段と、振動磁界を発生
する上記発振装置手段に接続されるコイルと、第一及び
第二の光学入力信号を発生するための上記光学入力信号
に対応する第一のビ−ムスプリッタ手段と、化学蒸気を
検出するために、この化学蒸気を効率よく検出するため
の塗布物を自身に有し、さらに、化学蒸気の収集に応じ
て振動が変化するとともに、上記発振装置手段によって
発生される振動磁界に応じて振動状態が変化可能である
、検出すべき化学蒸気を収集するために上記コイルに配
置されるセンサ層と、このセンサ層に固定されるととも
に、上記第一のビ−ムスプリッタ手段に結合され、上記
センサ層における上記化学蒸気の収集を示す光学センサ
信号を、上記センサ層における振動変化に応じて提供す
る第一の光学ファイバ手段と、上記振動磁界に対応し、
上記変化領域に対して振動参照信号を提供する基準層手
段と、上記第一のビ−ムスプリッタ手段に結合されると
ともに、上記基準層に固定され、上記基準層における振
動領域の変化に応じて光学参照信号を発生するための第
二の光学ファイバ手段と、上記第一の光学ファイバ手段
に接続され、上記光センサ信号を受信するとともに、第
一及び第二のセンサ出力信号に分割する第二のビ−ムス
プリッタ手段と、上記第二の光学ファイバ手段に接続さ
れ、上記光学参照信号を受信するとともに、第一及び第
二のセンサ出力信号に分割する第三のビ−ムスプリッタ
手段と、上記第二及び第三のビ−ムスプリッタ手段に接
続され、上記第一のセンサ出力信号と上記第一の参照出
力信号とを受信するとともに、混ぜ合わせる第一のビ−
ムコンバイナ手段と、上記第二及び第三のビ−ムスプリ
ッタ手段に接続され、上記第二のセンサ出力信号と上記
第二の参照出力信号とを受信し、混ぜ合わせるとともに
、上記第一のビ−ムコンバイナ手段と共同して、上記光
センサ信号と上記光学参照信号から、上記センサ層に収
集された化学蒸気を示す干渉写真を発生させる第二のビ
−ムコンバイナ手段と、及び、上記第一及び第二のビ−
ムコンバイナに接続され、上記第一及び第二のビ−ムコ
ンバイナからの出力に応じて、上記センサ層における上
記化学蒸気の収集を示す第一出力信号を発生させる信号
処理手段と、を備える、空気中の化学蒸気の存在を検出
する装置。 - 【請求項１０】前記レ−ザ手段は、周波数が安定化され
ているレ−ザを備える請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】前記センサ層手段及び前記基準層手段は
、それぞれ、微細磁石箔を有し、前記第一の光学ファイ
バ手段は、前記センサ層手段の表面に接着され、且つ、
前記第二の光学ファイバ手段は、前記基準層の表面に接
着され、及び、前記第一及び第二のファイバ手段は、そ
れぞれ、前記振動電気信号に応じて、増加或いは減少す
る光路長を有する、請求項９記載の装置。 - 【請求項１２】前記センサ層手段は、共振周波数を有し
、前記振動電気信号の周波数は、前記センサ層手段の上
記共振周波数と概ね等しく、及び、上記共振周波数は、
前記基準層の共振周波数と概ね１ｋＨｚ．の範囲内にあ
る、請求項１１記載の装置。 - 【請求項１３】特定の化学蒸気が塗布されている第一の
磁性層に固定された第一の光学ファイバを提供し、第二
の磁性層に固定された第二の光学ファイバを提供し、上
記第一及び第二の磁性層を振動させるための第一の周波
数の振動磁界を提供し、上記第一及び第二の光学ファイ
バに光学入力信号を提供し、上記第一の磁性層を第二の
周波数で振動させ、化学蒸気を収集するために上記第一
の磁性層を空気中にさらし、及び、上記第一の光学ファ
イバによる光学信号出力と上記第二の光学ファイバによ
る光学信号出力とを同時に処理し、化学蒸気の存在を示
す信号を発生させる、空気中の化学蒸気の存在を検出す
る方法。 - 【請求項１４】光学入力信号を発生するレ−ザ手段と、
振動電気信号を発生する発振手段と、上記発振手段に対
応し、振動磁界を発生するコイルと、化学蒸気の収集量
に対応する周波数であって、上記振動電気信号に対応す
る第一の周波数に領域変化されるとともに、検知すべき
上記化学蒸気を収集するために、上記振動磁界内に配置
されるセンサ層と、このセンサ層手段に固定され、上記
光学入力信号及び上記センサ層手段における上記振動領
域の変化に応じて、上記センサ層手段における振動領域
の変化に対応する光学センサ出力信号及び上記センサ層
手段上の化学蒸気の収集量を示す上記第一の周波数の変
化を提供する光学センサファイバ手段と、上記振動磁界
に応じて領域変化可能であって、振動磁界に対応する振
動参照信号を提供する基準層手段と、この基準層手段に
固定され、上記光学入力信号及び上記基準層手段におけ
る上記振動領域の変化に応じて、振動光学参照出力信号
を発生する光学基準ファイバ手段と、上記振動光学セン
サ信号及び光学参照出力信号に応じて上記振動光学セン
サ信号及び光学参照出力信号との間の周波数の変化を示
す干渉写真を発生する干渉計手段と、及び、この干渉写
真及び上記発振手段に対応するとともに、上記センサ層
手段における化学蒸気の収集量を示す、上記振動光学セ
ンサ信号及び光学参照出力信号との間の周波数の変化を
示す最終出力信号を発生する信号処理手段と、を備える
、空気中の化学蒸気の存在を検出する化学的検知装置。 - 【請求項１５】上記第一の磁性層は、上記化学蒸気を容
易に収集可能にする抗体層を備える請求項１５記載の装
置。請求項１４記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/511,666 US5004914A (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Fiber-optic interferometric chemical sensor |
| US511666 | 1990-04-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225143A true JPH04225143A (ja) | 1992-08-14 |
| JPH07111402B2 JPH07111402B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=24035904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3086930A Ceased JPH07111402B2 (ja) | 1990-04-20 | 1991-04-18 | 干渉計式化学センサ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5004914A (ja) |
| EP (1) | EP0453228A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07111402B2 (ja) |
| KR (1) | KR940008084B1 (ja) |
| CA (1) | CA2039007A1 (ja) |
| FI (1) | FI911927A (ja) |
| NO (1) | NO911529L (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5298755A (en) * | 1993-02-01 | 1994-03-29 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Optical ionization detector |
| US5337376A (en) * | 1993-04-19 | 1994-08-09 | Hughes Aircraft Company | Chemically sensitive fiber optic cable |
| US5396805A (en) * | 1993-09-30 | 1995-03-14 | Halliburton Company | Force sensor and sensing method using crystal rods and light signals |
| US5404222A (en) * | 1994-01-14 | 1995-04-04 | Sparta, Inc. | Interferametric measuring system with air turbulence compensation |
| US5991033A (en) * | 1996-09-20 | 1999-11-23 | Sparta, Inc. | Interferometer with air turbulence compensation |
| US6397661B1 (en) * | 1998-12-30 | 2002-06-04 | University Of Kentucky Research Foundation | Remote magneto-elastic analyte, viscosity and temperature sensing apparatus and associated methods of sensing |
| US7097973B1 (en) | 1999-06-14 | 2006-08-29 | Alpha Mos | Method for monitoring molecular species within a medium |
| US6311557B1 (en) * | 1999-09-24 | 2001-11-06 | Ut-Battelle, Llc | Magnetically tunable resonance frequency beam utilizing a stress-sensitive film |
| US6975944B1 (en) | 1999-09-28 | 2005-12-13 | Alpha Mos | Method and apparatus for monitoring materials used in electronics |
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| US7759134B2 (en) | 2003-09-10 | 2010-07-20 | Auburn University | Magnetostrictive ligand sensor |
| US7492979B2 (en) * | 2004-09-27 | 2009-02-17 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Photonic crystal laser sensors and methods |
| US7289221B2 (en) * | 2004-09-27 | 2007-10-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Mach Zehnder photonic crystal sensors and methods |
| WO2010008789A2 (en) * | 2008-06-23 | 2010-01-21 | University Of South Florida | Interferometric chemical sensor array |
| US8368899B2 (en) * | 2009-08-18 | 2013-02-05 | Ofs Fitel, Llc | Coiled evanescent optical sensor |
| CN105738592A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-06 | 江健良 | 一种海洋水环境监测系统 |
| CN105738593A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-06 | 江健良 | 实时海洋环境监测系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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