JPH04501464A - 光学的サンプリングを行うためのプローブ、及び光学的サンプリング方法、並びに光反射光学プローブ素子 - Google Patents

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】 本発明は光学的に流体特性を感知するための光学プローブに関し、更に詳しくは サンプル室内の流体サンプルの光学的分析に関する。妊らに詳しくは本発明はサ ンプル室内に導入される流体の光学的サンプリングを行う丸めの組合せ光学プロ ーブおよび鎮静化井戸（ｓｚｉｌｌｉｎｇ　ｗｅｌｌ　）に指向されるものでる る。

発明の背景 工業的処理用の光学ファイバーに基づいた連絡および制御の利点は益々よく知ら れるようになって来たので、光学的に感知される物理的パラメーターまたは測定 （ｍｅａｓｕｒａｎｄ　）の簡単で、安価で且つ信頼性のある連絡の洩々の方法 上京める要望が益々増大している。

若干の流体材料の光学的分析は他の技術にも公知の改番を与えている。

流体の光伝達ま九は光散乱特性の測定は通常光のビームまたは放射エネルギーが 流体を通され、次に放射する。このような仕事を行り几めの光学装置はレンズ、 ミラーまたは円部反射ライトガイドのような別々の構成要素がサンプリング装置 に使用されるような分野で使用されて来た。光学ファイバーは光七感知装置に伝 達して検出装置に送り返すのに使用できる。このような技術の例はリュウ（Ｌｅ ！　）　（’２６８　）に付与された米国特許第４．５９１．２６８号、佐藤に 付与された（’９７８）米国特許第４，３２０．９７８号、クッシュナーその他 に付与された（’０７０）米国特許第４，１５２，０７０号に示されている。こ れらの特許の方法は一般に試験流体内に直接に浸漬するのには適していない。何 故ならば光学的表面が流体との接触、すなわち汚損腐食、点食（ｐｔｚｚｉｎｇ 　）および表面の溶解によって損傷さｎるからである。光学７アイパー２イトガ イドを使用することは、問題どしている流体の処理コンテナーまたは問題として いる流体を含むパイプラインのような過酷な環境にて流体の光伝達特性または散 乱特性を測定するのを可能になすことが認められている。従ってヴイロームその 他（’　７４５　）に付与された米国特許第４．０４０，７４３号および未来そ の他に付与された（’７７９）米＠特許第４，５６１，７７９号は流体懸濁液の その場所での（１ｎ−ｓｉｚｕ　）測定用の装ａｔ−記載している。エッチ・ラ ーゾによってテヒニツシエス・メツセン、第５０号、１９８３年（１２月）第４ ７５頁に記載されている同様の探究は若干の流体のその場所での分析のために使 用されている。これらの公知の方法の共通のＰ＃値は光！＃Ａを９０ｕ曲けるよ うに作用する平らな面を有する比較的小さいプリズムを使用していることである 。このようなプリズムは製造が高価で、整合させるのが困難である。

円錐形反射素子は既に文献（例えはエム・リオーその他によるアプライド・オプ ティクス、第１７（１０）号、１９７８年、第１５３２頁）に記載されている。

これの使用は、主として回転円錐形反射素子の軸線に沿って配置される対象物の 結像装置としてであった。

以下の説明から明らかなように、ここに説明される本発明の方法２よび装置はこ ｎらの公知の形態のものとは異なジ、軸外的な方法（ｏｆｆ−ａｘｉｓ　ｍａｎ ｎｅｒ　）で内部円錐形反射面（１ｎｚｅｒｉｏｒ　ｃｏｎｉｃａｌ　ｒｅｆｌ ｅｃｚｉｎｇ　５ｕｒ−ｆａｃｅ　）　ｆ利用するのｔ可能になすものでらる。

さらに、本発明は醗酵技術（ｆｅｒｍｅｎｔａＴＩｉｏｎ　ａｒｔ５＋　）にお ける応用面を有するから、測定部分における泡を最小限にするのに有用であり、 また屡必要であった。

公知の不動態（ｐａｓｓｌｖｅ　）の泡減少技術は醗酵装置の分野に応用される 場合には不適当である。尭泡状サンプルの排出を促進するように設計さｎた通常 の複雑な狭い通路は有効でなく、通常区画に！する（　ｃｅｌｌ−１ａｄｅｎ　 ）溶液による閉塞を生じる傾向がある。このために、本発明は、泡および発泡体 が測定の前に効果的に排出さ几るような弁付き鎮静化井戸室九は鎮静化室を包含 することを企図している。従って組合せプローブは、電気的または空気圧作動的 に弁による調節作動のできる鎮静化井戸室および新規な光学プローブを組込んで いるのである。このような弁付き鎮静化井戸の実施例は、溶液が測定室を通って 自由に通過できる「開放」位置および溶液内の泡および／または発泡体が測定の 前に短時間の間に排出され得る「閉鎖」位置を含んでいる。

ここで行われる制限された説明の目的のために、「７アイパー光学」、「光学７ アイバー」、「ライトガイド」および［放射エネルギー通路Ｊ　（ｒａｄｉａｎ ｔｅｎｅｒｇｙ　ｐａＴ、ｈｗａｙ　）　ｈ一般に光学ファイバーとなされる光 学的パワーｅ＆を示すものとする。ここで使用される用語「放射エネルギー」お よび「光」は３　Ｘ　１０−７ないし１０−９メーターの間の波長の電磁的放射 Ｉｌヲ示し、詳しくは赤外、可視および紫外線光を含むものとする。簡単の几め に、このようなｔａ的放射線は単に「光」と称されることができる。これらの用 語は詳しくは干渉性および非干渉性の両方の光学的パワーを含んでいる。「コリ メート」され次光とは双る線または方向に実質的に平行化され次光Ｓｔ−有する 放射庫パワー七示すものとする。

発明の要約 本発明の目的扛、サンプル室内へ、サンプル室七通Ｄ、またサンプル室からの放 射エネルギーの導入および収集を行うための改番され九装置を提供することであ る。

本発明の他の目的は、測定時に流体サンプル円の泡゛　および／または発泡体を 迅速に効果的に除去する鎮静化機構全組込むことである。

さらに他の目的は費用が安く、過酷な処理条件に耐えることのできる方法および ｉｍｔ−提供することを含んでいる。

本発明のさらに他の目的は、容易に安価に製造できるようになすことである。

本発明のグローブはサンプル室内へ、またサンプル室から外方に放射エネルギー を指向てせるために内部円錐形反射面を使用することに指向されている。本発明 の装置は軸外円錐形反射面を使用することができる。

本発明は、光を放射エネルギー源からサンプル室へ搬送し、この光を被験流体サ ンプルを含む室内に指向させ、このように伝達されてサンプルによって一部分減 衰され、または散乱さｎた光音収集して放射エネルギー検出装置に再指向させる 光学的−機械的構成要素を広く含むものである。

このグローブは、特に流体全自然の処理容器、パイプに閉じ込めるのに必要な場 合、または高過ぎる温度のような環境条件が流体の直接近辺に光源または検出装 置を配置する可能性を排除する情況における流体の光伝達特性ｌたは光散乱特性 の簡単化された遠隔測定上行う九めの光学的方法および装に’に利用するもので ある。本発明は、処理流体内の溶解された不純物のレベルの決定、醗酵装置の溶 解されない固体含有Ｉｌまたは粒子寸法のような流体の混濁度を含むが、これに 制限されない広い範囲の応用面にわたる流体特性の測定を容易にするのである。

他の測定はフィルターベッドの透過性（ｂｒｅａｋｚｈｒｏｕｇｈ　）、水の品 質、飲料中の二酸化炭素、有機物中の砂糖、ガソリン中のメタノール、水中の硫 酸塩および燐酸塩および同様のものを含んでいる。

本発明の方法および装置は光を放射エネルギー源から問題にされている試験流体 を含むサンプル室に搬送し、この光をサンプル室内に指向させ、このように伝達 されて一部分減衰され、’！７ｔは散乱された光を収集して放射エネルギー検出 装置に再指向きせる光学的−機械的構成要素に広く指向されている。

更に詳しくは、この装置は試験室すなわちサンプル室内の流体を光学的にサンプ リングするためのグローブであって、この装置は放射エネルギー源、サンプル室 の部分を取囲む内部円錐形反射面部分でろって、これの第１の反射面部分が放射 エネルギーをサンプル室會通して指向させるのに使用されるよりになっていて、 この円錐形反射面の他の部分が前記室からの放射エネルギーを収集するのに使用 されるようになっている前記内部円錐形反射面、放射エネルギー金前記円錐形反 射面の前記第１の部分に搬送する第１の通路およびこの放射エネルギーを前記サ ンプル室から外方に、前記反射面の他の部分を経て検出装置に向って搬送する第 ２０通路を含んでいる。

本発明の１つの特徴は、放射エネルギー全サンプル室内へ、またこのサンプル室 から外方へ指向させる内部円錐形反射面を利用することである。この円錐形反射 面部分は光学的構成要素の迅速な、経済的な組立および整合七可能になし、光が サンプル室内へ、ま九サンプル室から外方へ伝達される能率を改善するのである 。

測定の邪ｙｔをする泡１友は発泡体？含む流体の醗酵特性の測定は、所望の溶液 の特性を正確に測定できるようにする九めにこのような泡および／または発泡体 の除去を可能とするように鎮静化装ｒＩＬｔ−プローブの設計に組込むことによ って容易にされるのである。従って、本発明のこの特徴は、少なくとも１つの上 部換気ボート、１つまたはそれ以上の下部の側部排出ボートおよびこの下部の側 部排出ボートに閉じる弁装ｆｌｌｌｔ−有するサンプル室（長手方向に配向され ることができる）七含むのでおる。この弁装置は空気圧作動ｌたは電気的作動の 何れかになすことができるが、電気的作動が望ｌしい。

望ｌしい実施例の詳細な説明 第１図、第４図、第５図および第６図は、内部円錐形反射装置セグメント１１を 組込んだプローブ１０力ζ下部鎮静化弁アクチュエーターセグメント１２、上部 流通孔１５を有する上部主本体セグメント１４に接合されていて、また上部主本 体セグメント１４が延長管セグメント１６に接合されるようになされている本発 明の望ましい実施例を示している。このグローブ１０は、延長されるとプローブ １０の中心線に一致する円錐形反射装置セグメント１１０回転＠巌１３’ｔ−含 んでいる。勿論回転輪縁は必ずしもグローブの中心憩である必要はない。

内部円錐形反射装置セグメント１１は内部円錐形反射面１７’ｔ、（望ましくは 壁厚を厚くされた中空の）円筒形本体の中央面積部分に形成することによって作 られるのである。内部円錐形反射面１７０反射装置セグメント１１は旋盤にて簡 単な切削作業にょシ容易に製造されることができる。品質のよい反射面１γはこ れの精密切削作業に引続いて仕上げ研１１１１”ｔ−行うが、またはその他の公 知の光学面仕上げ方法によって得られるのである。反射性被覆（□ｖｅｒｃｏａ ｚ　）　（図示せず）が反射面１Ｔの反射率ヲさらに改善する友めに沈着される ことができる。当業者には、ここに説明された光学素子の光伝達および反射特性 がサンプルの測定を行うのに使用される光の波長、例えばサンプル流体の光散乱 ま友は光伝達特性によって影響を受けることが理解される。さらに、プローブ１ ００反射装置および主不休セグメント１１．１４は処理流体ＣＦ）に露出さｎる ことかでき、従って予期される環境条件の化学的および物理的性質に耐えるよう に選択されなければならない。

プローブ１０のセグメント１１．１２．１４．１６は、他の形状も使用できるけ れども、形状が実質的に細長く、円筒形になされるのである。反射装置セグメン ト１１は内部円錐形反射面１７を組込んでいて、セグメント１１．１４．１６は 、光？遠隔場所に位置する放射エネルギー源（図示せず）から試験流体（Ｆ）た は空気圧作動的）および機械的構成要素を収容している。このサンプル室１８は セグメント１１および１４を接合する中央部分に形成されている。中空の、長手 方向の中央部分金有するガラスの円筒形の透明な部分が使用されている。サンプ ル室１８はセグメント１１．１４の接合部の上方から反射装置°セグメント１１ 同の円錐形反射面１γの下方の点まで伸長している。プローブ１０の中央通路３ ８はそれぞれセグメント１４．１１円でサンプル室１８の上方および下方を伸長 している。

ライトガイド通路２８のような多数の長手方向通路がセグメント１１．１４およ びセグメント１２．１６の部分を通って侵入するライトガイド２０．２１．２６ 全収容してこれを保護するようになっている。これらの通路２８は附加的に反射 装置セグメント１１０回転軸線１３に対応するセグメント１４の中心線から所望 の半径方向角度および半径方向距離にてライトガイド２０．２１．２６の正確な 整合を与えるようになっている。ワイヤー（図示せず〕が弁機構を作動させるの に必要な電力を通路２９を経て接続している。適当と思わ几る場合には空気圧件 部連通通路が代替されることができる。

セグメント１４．１６は当業者にはよく知られているように浴接ま九は接着剤に よることを含む封止状態で接合されることが、できる。セグメント１４．１６に 同心的な段階を付された端ぐＤ’に設けることはこれらのセグメントの機械的な 整合を容易にする。

同様にして、セグメント１１．１４も同心的な段階を付され次端ぐＤ’に設ける ことによって（第６図にて詳細にさらに明瞭に示されるように）接合されること ができる。上部主本体セグメント１４に対する内部円錐形反射装置セグメント１ １の取付けは円周方向の溶接によって行われることができる。サンプルＮ１８は 円錐形反射装置セグメン１−１１および上部主本体セグメント１４０間に配置さ れる透ＢＡ壁部２５ｔ−有する。

接合の前に、この透明壁部２５（円筒形の断面で、高強度の耐熱ガラスのような 強力な透明材料によって形成されている）はこれらの２つのセグメント１１．１ ４の中央に挿入され、これらの２つのセグメント１１．１４は次に所望の圧縮状 態に円形または０リングシール３１．３２ｔ−圧縮するのに過当な圧縮力によっ て一緒に保舟されてサンプル流体の漏ｆｉ’ｔ−阻止する封止作用を行うように なされるのでろる。反射装置セグメント１１および主本体セグメント１４の軸線 方向の整合は組合う面３３および３４によって行われるが、これらの組合う面３ ３および３４は主本体セグメント１４の孔３６に嵌合される段部を付された抱ぐ り３５よシ成っていて、これの円径は反射装置セグメント１１の外径に機械加工 され九段部３７の外径よりも小さぐないようになされている。図示のこの組合う 形状は単な゛　る図屏の九めであって、請求の範囲の限定を行うことは企図され ていない。何故ならば当業者には公知の、他の同様に便利な、セグメントｉ整合 させて接合する形態に［ｉｌ換えることができるからでおる。

第４図は、内部円錐形反射装置セグメント１１の回転軸線１３でもあるセグメン ト１４の中心ａを示すようになされたテンプル室１８の頂部に近い上部主本体セ グメント１４の内部断面を示している。第１、第２および附加的なライトガイド ２０．２１．２６はこの断面を通過している。セグメント１４円にサンプル室１ ８ｔ−形成する円筒形の透明壁部２５は、セグメント１４を通ってライトガイド ２０．２１．２６’！ｌ−取巻いている多数のライトガイド通路（強調するｔめ に拡大されて示されている）２８を含んでいる。鎮静化弁アクチユエータ−セグ メント１２（この図面には示されていない）に対する電気的／空気圧作動的連通 通路を取巻いているさらに他の通路２９が鎮静化弁アクチユエータ−セグメント １２に対して必要な作動制御ラインを支持している。

さて、第５図に転じ、円錐形反射面１７の反射特性および円筒形対称性は、この 反射面１７ｔ−組込んでいる新規な測定プローブ１０の反射装置および主本体セ グメント１１．１４の迅速で簡単な、比較的安価な製造上可能になすのでちる。

これらのセグメント１１．１２．１４．１６は反射装置セグメント１１の回転軸 線１３として役立つ長手方向軸線に沿って配置されていて、上部流通孔１５が透 明壁部分２５によって境界されたサンプル室１８から上方に伸長し、上部ポート ３０に連通し、ここでサンプル流体（Ｆ）がサンプル室１８の上方で主本体セグ メント１４の一側から自由に排出されるようになっている。この実施例は単一の このような上部ボート３０に゛よって示されているが、多数のこのようなポート も使用で在るのでろる。

反射装置セグメント１１は１つ１几はそれ以上の処理流体ＣＦ）の下部ポート３ ９を含んでいる。この下部ポート３９は処理流体ＣＦ）を中央通路３８を経て、 これから上部ボート３０に直接に連通させている。

望ましい実施例においては、反射装置セグメント１１はその下端部に弁作動装置 の若干の部分を含んでいて、これが、サンプル室１８が新規な蒸留井戸としても 間歇的に機能するのを可能になしている。さらに評しくに、反射装置セグメント １１の下端部に、この反射装置セグメント１１の中央通路３８の断面直径の収縮 部を形成する弁座ｌたは制止部４０が形成されている。この弁開止部４０は下部 ポート３９からサンプル室１ｓｔ−通って上部ポート３０に換流通ｆｆ１１１５ を経て行われる処理流体（Ｆ）の自由な連通の遮断を可能になしている。

鎮静化弁アクチユエータ−セグメント１２は反射装置セグメント１１の弁座すな わち制止部４０およびアクチュエーターセグメント１２の中央通路に配置される プシンジャー４１によって形成された鎮静化弁を閉じる役目をなしている。この プランジャーは制止部４０に当接される封止状態に陰影され、このようにして中 央通路３Ｂを閉じるのである。プシンジャ−４１七作動させる動力はこの例では ソレノイドコイル４２による電磁装置として示されていて、空気圧作動駆動装置 が代替されて、プランジャー４１が空気圧作動圧力によって制止部４０に対して 閉鎖を行うようになし得る。ソレノイドコイル４２はプシンジャー４１に埋設さ れている永久磁石４３と電気的に協働してプランジャー４１が弁開止部４０にて 中央通路３８１−閉じるようになす。このプランジャー４１は多数の円弧状隆起 部４４．４５を含み、弁開止制限部４０に対するプシンジャー４１の適正な同軸 的整合を保証するようになされるのが望ましい。ワイヤー（図示せず）がコイル ４２によって弁機構４０．４１に作動さゼるための電力全供給するように連結さ れている。

弁アクチユエータ−セグメント１２は、反射装置セグメント１１が既述のように 主本体セグメント１４に接合されるのと実質的に同様の方法で反射装置セグメン ト１１に城付けられることができる。

プランジャー４１はアクチェエータ−セグメント１２の下端部の上に底部カッ＜ −４６’ｔ−配置することによってアクチュエーターセグメント１２内に保持さ れていて、１つまたはそれ以上の処理流体排出孔４７が底部カバー４６Ｆ３に設 けられて、実質的な排出を可能にし、弁グランジャー４１七弁座４０に対して閉 じるようにプランジャー４１の自由な運動に対する流体圧作動的制限を排除する の全可能になしている。

簡単化された反射装置セグメントが第２図および第３図に示されている。同様の 反射装置セグメント９２會有するさらに基本的なプローブ１９において、円錐形 反射面１７の傾斜角度α（１）は望ましい実施例では約４５°−で８る。主本体 セグメント１４は光学的ライトガイド２０．２１．２６會内蔵している。これら のライトガイド２０．２１．２６は主本体セグメント１４の長さに沿って伸長し 、反射面１７に密接し九位置で終端している。附加的なライトガイド２６．２７ がライトガイド２０に対して種々の角度で配置されることができる。

反射面１７の光反射特性に関する反射装置セグメント９２の詳細な説明が本発明 による一般的な光学プローブ１９の光学的作動金図示して以下に行われる。遠隔 場所の光源（図示せず）からの光は第１の光学ファイバー２０を経てプローブ１ ９に連結されている。この光学ファイバー２０は主不休セグメント１４内の通路 ２８（第４図）円に、この通路２８によって配置され、円錐形反射面１７にｌｊ ｌ接して終端している。この円錐形反射面１γはこの光ｔサンプル室１８内に、 またこれ會通って指向させ、このように伝達されて部分的に減衰され、または散 乱された光を収集して再指向させるようになってい°る。ファイバー２１のよう な他の光学ファイバーが光七遠隔場所に配置される放射エネルギー検出装置（図 示せず）に向って搬送するようになっている。附加的なファイバー２６．２７が 軸外に配置されて光を受けるようにされることができる。

ライトガイド２０円で生じてライトガイド２１に伝”達されるこの装置の光軸に 沿って搬送される光線社、反射面１７および約４５°の傾針角度を有する円錐形 反射装置セグメント９２に対する一連の光線セグメント２２．２３．２４よシ構 成されている。最初の光線部分２２はライトガイド２０會出て、反射面１７の第 １の面部分に入射する光線の部分を示し、サンプリング−１ｉ［２３は約９０’ の角度で反射されてサンプル室１８の透Ｆ！Ａ壁部２５を通過する光線を示し、 この透明壁部２５でサンプリング光線２３が試験サンプル流体ＣＦ　、）に出会 うようになっている。

サンプル流体（Ｆ）および対向するサンプル室１８の壁部２５を通過され九後で 、サンプル光導２３は反射面１７の第２の面部分に出会い、再度約９０°の角度 で偏向されて出口光１！１２４’ｔ−形成するのである。この光線のセグメント ２４は反射面１７の第２の部分からライトガイド２１に向い、これに入射する光 線２３の連続部分を示す。第３囚は第２図の装置を、光線セグメント２３ｔ−含 み、円錐形反射装置セグメント９２の回転軸線１３に垂直な平面円で示している 。

附加的なライトガイド２６．２７がライトガイド２０から生じる光の収集装置と して役立つことができるか、または必要な場合に他の外部の光源に対する光導管 として機能できるのである。これらの附加的なライトガイド２６．２７はサンプ ル室１８の中心から実質的に散乱さｎた光七受入れるようになっている。もし、 角度α（２）が９０°であるならば、この形状は比濁的（ｎｅｐｈｅｌｏｍｅｚ ｒｉｃ　）と命名され、このプローブは比濁的な混濁グローブとして有利に使用 されることができる。附加的なライトガイド２６はライトガイド２０から生じる 光を収集し、この光が引続いて試験流体（Ｆ）によって散乱されるのでろる。ラ イトガイド２０および２１は組合されて汚濁媒体の前進散乱成分（ｆｏｒｗａｒ ｄｓｃａｚｚｅｒｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｚ　）または、さもなけれは均一な 流体内に溶解され友材料の数値密度（ｎｕｍｂｅｒｄｅｎｓｉｚｙ　）の関数と して放射エネルギーの減衰の何れかの測定を可能になすのでおる。

円錐形反射面を使用する光学的グローブの若干の変形実施例が第７図ないし第１ ５因に示されている。第７図の簡単化された光学的グローブ４８は、一部分だけ が示されている処理容器または貯蔵タンク５０のような容器に対して永久的に取 付けられるよりになっている。プローブ４８に（例えば円周方向の溶接リング５ ２によるようにして）取付けられた円周方向フランジ５１はプローブ４８が如何 にして処理容器５０に取付けられ得るかを示している。第２図に示されたプロー ブ９２と同様の簡単化されたグローブが示されている。この処理容器５０は例え ば処理流体ＣＦ）に裏山されるグローブ４８の長さ部分を収容できる一定の寸法 のコンテナーまたはパイプラインになすことができる。円形またはＯＩＪソング ール５３のような封止装置が、処理流体（Ｆ）が外部環境に漏洩するの全阻止す るために使用されている。

このような封止作用を行うための代替例は当業者には公知でらり、この実施例の Ｏリングは制限を与えるものではなく、変形形態のシールの使用全除外するもの ではない。サンプル室１８、反射装置セグメント９０および主本体１４の間の適 当なシールは２つの０リング３１．３２、ガラス対金属配列（ｇｌａｓｓ−ｚｏ −ｍｅｚａｌ　ｇｒａｄｅｄ　）のシールまたに同様のものによって行われるこ とができる。これらの機素は既述のようにして接合され、封止されるのでおる。

処理流体ＣＦ）は下部ボート５４および１つまたはそれ以上の上部ボー　１−３ ０　’に経て自由にサンプル室１８ｔ−流過することができる。測定の手順は既 述の逸りであって、鎮静化井戸弁作動装置を附加することによって連続的または 間歇的になされることができる。

第８図は本発明の他の実施例を示している。この光学的サンプリング装置は円錐 形反射装置セグメント９１およびライトガイド２０．２１に含むグローブ本体５ ５ｔ−含んでいる。このものは円錐形反射装置セグメント９１がパイプ部分５６ （これの少なくとも一部分がサンプル室の位置にて透明である）上に嵌合さ肱こ のパイプ部分はま７’Ｃ１つ１次はそれ以上のフランジ５７によってサンプルラ イン（図示せず）に連結されている。この実施例においては、単一のサービスケ ーブル５８が総ての光学的ライトガイド２０，２１内蔵している。

再度間単に第２囚および第３図を概観すれは、ライトガイド２０を出る光は最初 の光線部分２２に対する最大傾斜角度がライトガイド２０の開口数によって決足 されるような光線を含んでいて、この最大傾斜角度よりも小さい傾斜角度を有す る総ての光線がライトガイド２１に伝達され得る光の許容円錐体（ａｃｃｅｐｚ ａｎｃｓｃｏｎ、ｅ　）　ｋ規定している。このことによって、反射面１７に入 射する多数の光線がサンプル室１８を通るスを出ることによってこの反射面１７ から偏向された後でライトガイド２１の許容円錐体内に入射するわけではない。

このような状況はサンプル室を通る最大放射エネルギーを減少させるのである。

若干の応用面においては、このような放射エネルギーの損失は重大ではない。何 故ならば穫々の可能な光源、ライトガイドおＪぴ放射エネルギー検出装置の内か ら、これらが組合された時にその累積感度および損失が好都合な測定感度？与え るように選択することができるからである。

第２図および第３図に示された本発明の実２１１ｉｉｉ例のさらに他の改良点は 上述の減少された測定感度の状態に指向されるものでおって、第９図の光学的機 構はサンプル室１８を通る光のさらに能率的な伝達を促進する。

さらに、この＊ｍ例は試験流体ＣＦ）’に流過させることが、例えば温度の変化 によって生じるように流体の屈折率の変化によって僅かしか影響を受けない光線 を生じさせるのでらる。

丈に詳しくは、個々のレンズ５９．６０がそれぞれライトガイド２０．２１の端 部６１．６２の間に介装されているのでおる。レンズ５９はライトガイド２〇七 出る光を実質的に平行化するのに枚方ち、平行化され７Ｃ元ビームは今夏は試験 流体（Ｆ）の屈折率には実質的に無関係にサンプル室１８の中心に結像（反射面 １７によって）されるが、このことはさらに’Ｔｈｆｆ１に第１０図に示されて いて、ここではサンプリング光線２３が反射装置セグメント９２の回転軸線１３ に垂直になされてａる。入って来る光線および出て行く戻シ光融はそれぞｎ全体 的に光線ビームの直径６３．６４として示されている。レンズ６０に入射する戻 シ光線ビーム６４はライトガイド２１の端部（すなわち入力面）上に再度結像さ れる。サンプル室１８の中心線（すなわち反射装置セグメント９２０回転軸線） に形成括れる長手方向の線像は直径６３（およびまた直径６４）に実質的に等し い長さを有する。

若干の応用面においては、迷光全除去するか又は減少させることが望ましい。当 業者には多くの光学に基づく測定装置に対する制限が、定義によって企図された 通路とは異なる他の通路によって検出装置に達する光でろるこの迷光が存在する ことにあることを認めている。例として、混濁度測定において、過剰の迷光は低 レベルの懸濁物質に対する分析の際に感度を制限する恐れがおる。光学グローブ における迷光の発生源七策少眼にする１つの方法が第１１図、第１２図および第 １３図に示されている。迷光バッフル７ｏが迷光を除去し、１几は減少させるの に使用できる。このようなバッフル７０は試験サンプル室１８の壁部２５を通る 光の通過角度を制限するのでろる。

レンズ６５を通る附加的な光路が光軸（第２９および第９図の光ＷＭ２３によっ て規定される）に大体垂直でサンプル室１８の中心を通るように配置されている 。

この形状は甚だ低い混濁度レベルを測定するのに使用されるが、またラーマン分 光学に対して適当である。

例えば回転の中心線および軸線１３のような点の近くのサンプル処理流体（’Ｆ ）の容槓部分内の物質によって散乱され次光の部分が集光レンズ６５に向って集 光されるのである。光線６６はこの光を含んでいる。波形の憩の光線６７によっ て示されるような迷い放射線もまた円錐形反射面１７が完全に平滑でない場合に はレンズ６５に到達して、レンズ５９がらこの円錐形反射面１７に入射する光は これの表面の欠点によって、波形の森の光ｉＩＭ６７によつで１つの例しか示さ れていないような多くの方向に散乱されるのである。当業者には、光′ａ６７が 実際には、示されたように曲線的に移動するのではなく、単なる固層的なもので あることが判る。集光レンズ６５に到達してここからライトガイド２６を経て適 当な検出装置（図示せず）に達するこのような光線があることは、試験サンプル 室１８円に（”Ｊ等散乱注物質がない時に有限的な信号が発生されること？水製 するのである。この信号は、充分に大きい場合には、装置の感度を不具合に制限 し、低濃度の正確な測定を全く困難になすのでるる。

このよりな困難全排除する丸めに、多数の半径方向に伸長する通路７１．７２． ７３全含む円形の光制限バッフル７０が反射装置セグメント９２の反射面１７お よび主本体セグメント１４の間に介装されているめζ後者のセグメント１４はレ ンズ５９．６０．６５およびそれぞれのライトガイド金倉んでいる。バッフル７ ０は通路７１會含み、この通路がライトガイド２０からの光を、レンズ５９によ って平行化された後で妨害を受けないでサンプル室１８に通すのを可能にしてい る。他の半径方向の通路１２は直接に伝達された光ビームが妨害を受けないでレ ンズ６０１ｆｒ：通過するのを可能にし、またバックル７ｏの第３の半径方向の 通路７３はサンプルによって散乱された光をさらにレンズ６５に通すの全可能に している。しかし、バッフル７０は迷光６γのような迷光が、バッフル７ｏの通 路７１．７２、γ３およびサンプル室１８を通る以外にレンズ６５に到達するの を阻止するのである。バックル７０の平面図が第１３図に示されている。バッフ ル７０Ｐ”ｉに作られる通路の寸法および形状を変化させることによって、光の 集光角度を制御する目的で如何に多くの光がレンズ６５によって集光されること ができるかと言うような要因全制御することがさらに可能になるのである。

第１４図は本発明のさらに他の実施例を示し、この場合光が円筒形のサンプル室 １８の長手方向の中実軸線に沿って導入されるようになっていて、９０°で散乱 さｎる光が反射面１Ｔによって集光されてライトガイド２０．２１によって示さ れ７ｔ、１つまたはそれ以上の受光ライトガイドに向って指向されるようになっ ている。この場合、保護シース７７円に内蔵されるライトガイド２６は光をサン プル室１８に搬送するが、ここで光は保護透明窓７８を通過するのでおる。この 窓７８から出る光碧７９は徨々の角度で散乱される。第１４図に示された形状の 組立および構造は、入射光が長手方向軸線に沿って導入されてこれに垂直に指向 される以外は実質的に既述のものと同様である。更に詳しくは、光線８０および ８１は試験処理流体ＣＦ）によって入射光線７９に対して約９０’で散乱された 光線ヲ示している。このような約９０’で散乱された放射腿は円錐形の反射装置 セグメント９３の反射面１Ｔによって多数の集光光学ファイバー２０．２１に向 って指向されるのである。この場合、セグメント９３は端部が開放されていて、 先端部全切断された円錐形になされてサンプルが自由にサンプル室内に流入する のを可能にしている。ここでま九サンプル室１８は０リングシール３１．３２の 間に配置さｎているとともに下部ボート８４および上部ボート８５はサンプル室 １８内で試験処理流体（Ｆ）の自由な交換を可能にしている。レンズがライトガ イド２６および窓７８の間に（または窓γ８の代シに）配置されて、これによシ 出て行く光線ビーム７９の形状が種々の広範な測定の要求条件に適応できるよう になされ、従って光線７９円の最大エネルギー集中点がレンズのパワーを適当に 選択することによって窓７８を超えてさらに延長されることができるようになさ ｎるのである。

本発明のさらに他の実施例が第１５図に示されているが、この図面においては光 が長手方向軸線に沿って導入され、これの中上伝達された放射エネルギーが少な くとも１つの附加的なライトガイド２γによって集光されるとともに散乱された 光がライトガイド２０．２１によって集光されるようになっている。この場合、 サンプル室１８は完全完備されていて、附加的なボート８７が附加され、試験処 理流体ＣＦ）がこのサンプル室１８を流過するのを可能にしている。第１５図に 示さｎた形状の組立および構造は既述のものと実質的に同じである。しかし、反 射セグメント９４はボート８γの下方で閉じられている。

このようにして、上述のように本発明は光のサンプル室内への導入およびサンプ ル室からの流出を簡単化してサンプル室を通過さｎて伝達される減衰され、また は散乱された放射エネルギーの変化を監視する目的の方法および装置を提供する ものである。

本発明はここに説明された図屏的な望ましい実施例に制限されるものではない。

多くの修正および変形は当業者にはよく判るところでらる。他の等価的な光連通 通路が使用でき、等価的な材料によって代替されることができ、またここに説明 された部分上形成する特定の方法と等価的な方法が、請求の範囲に請求された本 発明の精神および範囲から逸脱しないで使用できるのである。

図面の簡単な説明 ここに説明される本発明の多くの他の％徴および利点は本例＃１ＩＩｋの部分食 なす若干の図面を論べることによって明らかになる。笑嶽矢印は光線を示すため に使用されている。店ての図面において、同様の符号は対応する部分ま几は構成 要素？示している。

第１図は断面図にて不発明の基本的な特徴による光学的プローブの主な部分を示 す図面である。

第２図は断面図にて不発明の基本的な特徴による他の光学的プローブの部分を示 す図面である。

第３図は本発明の他の特徴による光学グローブ組立体を示す図面である。

第４図は第１図に示され友通りのサンプル室の頂部シールの直接下方に沿う横断 面図である。

第５図は本発明の装置の詳細をさらに示す第１図に示された本発明の縦断面一で ある。

第６図は第５図の装置の詳＃ｌを示す図面である。

第７図はプローブが永久的に取付けられるようになされ次第２図に示された本発 明の縦断面図でおる。

第８図はグローブがパイプラインに挿入するためのフランジを有するパイプの周 囲に永久的に取付けられるようになされた第２図に示ちれた本発明の図面でおる 。

第９図は、内部円錐形反射面から反射される前および後の光ＨＡ全集光するのに レンズが使用さｎている本発明の特５Ｒを示す図面である。

第１０図は第９−の装置を示す他の図面でおる。

第１１因は平面図にて迷光（５ｚｒａｙ　ｌｉｇｈｚ　）の潜在的な問題を解決 する不発明の他の特徴を示す図面である。

第１２図は縦断面図にて第２図の装置と同様の装置全組込んだ第１１図のパンフ ルを示す図面である。

第１３図は第１１囚によるバッフルを示す他の図面である。

第１４図は、放射エネルギーが直接にサンプル試験室内に導入されて散乱され次 数射線が内部円錐形反射素子によって収集されるようにな避れている不発明の％ ｍを示す図面でおる。

第１５図は、放射エネルギーが直接にサンプル試験Ｎ円に導入さｎて散乱された 放射栂が内部円錐形反射素子によって収集されるようになされている代替的装置 を示す図面である。

Ｆｌθ８ ＦＩＧ、　１２ 手続補正書 平成３年１１月２６日

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．放射エネルギー源および光学的検出装置を含む光学的感知装置における光学 的サンプリングを行うためのプローブにおいて、 ａ）光学的入口および光学的出口および流体ポートを有する室と、 ｂ）放射エネルギーを前記放射エネルギー源から前記室内へ、またこの室を通し て出口に指向させる装置と、 ｃ）前記室から出て来る前記放射エネルギーを収集する装置と、 ｄ）前記放射エネルギーを前記室を通して指向させる前記装置に放射エネルギー を搬送する第１の通路装置と、 ｅ）前記室の出口から前記検出装置に放射エネルギーを搬送し去る第２の通路装 置と、 ｆ）前記流体ポートを封止し、これによつて鎮静化井戸を形成する装置と、 を含んでいて、 その際に放射エネルギーを前記室内に指向させ、この室を通して前記出口に指向 させる前記装置および放射エネルギーを収集する前記装置が内部円錐形反射面の 面積部分を含むようになされている、光学的サンプリングを行うためのプローブ 。
2. ２．前記室が液体を含んでいて、前記放射エネルギーが前記液体を通して指向さ れるようによされている請求の範囲第１項記載のプローブ。
3. ３．引続く流体サンプルを前記室を通して導入する装置をさらに含んでいる請求 の範囲第１項記載のプローブ。
4. ４．前記第１の通路および前記指向させる装置の間に光学的レンズ素子をさらに 含んでいる請求の範囲第１項記載のプローブ。
5. ５．前記第２の通路および前記収集する装置の間に光学的レンズ素子をさらに含 んでいる請求の範囲第１項記載のプローブ。
6. ６．前記放射エネルギーの波長が１×１０−７ないし１×１０−４メーターであ る請求の範囲第１項記載のプローブ。
7. ７．光学的入口および光学的出口および第１の流体ポートおよび第２の流体ポー トを有する室内の流体の光学的サンプリングを行うためのプローブにおける光学 的サンプリング方法において、 ａ）放射エネルギー源によつて放射エネルギーを準備し、 ｂ）放射エネルギーを第１の通路装置を経て前記室を通して放射エネルギーを指 向させる装置に搬送し、ｃ）放射エネルギーを前記通路装置から前記室内へ指向 させ、内部円錐形反射装置の表面部分からの反射によつて前記室を通して出口に 指向させ、ｄ）前記室から出て来る前記放射エネルギーを内部円錐形反射装置の 表面部分からの反射によつて収集し、ｅ）放射エネルギーを第２の通路装置を経 て前記室の出口から搬送し去り、 ｆ）前記流体ポートの少なくとも１つを流体が鎮静化されるのに充分な時間の間 封止する、ことを含んでいる光学的サンプリング方法。
8. ８．前記室が流体および前記流体を通して放射エネルギーを指向させる前記さら に他の工程を含んでいる請求の範囲第７項記載の方法。
9. ９．引続く流体サンプルを前記室を通して導入する工程をさらに含んでいる請求 の範囲第７項記載のプローブ。
10. １０．前記光を前記第１の通路および前記指向させる装置の間の光学的レンズ素 子を通過させる工程をさらに含んでいる請求の範囲第７項記載のプローブ。
11. １１．放射エネルギー源および光学的検出装置を含んでいる光学的感知装置にお ける光学的入口および光学的出口を有する室内の流体の光学的サンプリングを行 うためのプローブにおいて、 ａ）放射エネルギーを前記放射エネルギー源から前記室内へ指向させ、この室を 通して前記出口に指向させる装置と、 ｂ）放射エネルギーを前記室を通して指向させる前記装置に放射エネルギーを搬 送する第１の通路装置と、ｃ）前記室から出て来る前記放射エネルギーを収集す る装置と、 ｄ）放射エネルギーを前記室の出口から前記検出装置に搬送し去る第２の通路装 置と、 を含んでいて、 その際に前記放射エネルギーを前記室内に指向させ、この室を通して前記出口に 指向させる前記装置および前記放射エネルギーを収集する前記装置が少なくとも １つの内部円錐形反射面の部分的表面部分を含んでいる、 光学的入口および光学的出口を有する室内の流体の光学的サンプリングを行うた めのプローブ。
12. １２．前記室が液体を含み、前記放射エネルギーが前記液体を通して指向される ようになされている請求の範囲第１１項記載のプローブ。
13. １３．引続く流体サンプルを前記室を通して移動させる装置をさらに含んでいる 請求の範囲第１１項記載のプローブ。
14. １４．前記第１の通路および前記指向させる装置の間に光学的レンズ素子をさら に含んでいる請求の範囲第１１項記載のプローブ。
15. １５．前記第２の通路および前記収集する装置の間に光学的レンズ素子をさらに 含んでいる請求の範囲第１１項記載のプローブ。
16. １６．前記放射エネルギーの波長が１×１０−７ないし１×１０−４メーターの 間にある請求の範囲第１１項記載のプローブ。
17. １７．光学的入口および光学的出口を有する室内の流体の光学的サンプリングを 行うプローブにおける光学的サンプリングを行う方法において、 ａ）放射エネルギー源によつて放射エネルギーを準備し、 ｂ）放射エネルギーを第１の通路装置を経て前記室を通して放射エネルギーを指 向させる装置に搬送し、Ｃ）前記放射エネルギー源からの放射エネルギーを内部 円錐形反射装置の部分的な表面部分によつて前記室内へ指向させ、この室を通し て出口に指向させ、ｄ）前記室から出て来る前記放射エネルギーを収集し、 ｅ）放射エネルギーを第２の通路装置を経て前記室の出口から搬送し去る、 ことを含んでいる光学的サンプリングを行う方法。
18. １８．前記室が流体および放射エネルギーを前記流体を通して指向させる前記さ らに他の工程を含んでいる請求の範囲第１７項記載の方法。
19. １９．引続く流体サンプルを前記室を通して導入する工程をさらに含んでいる請 求の範囲第１７項記載のプローブ。
20. ２０．光を前記第１の通路および前記指向させる装置の間の光学的レンズ素子を 通過させる工程をさらに含んでいる請求の範囲第１７項記載のプローブ。
21. ２１．光学的入口および光学的出口を有する室内の流体の光学的サンプリングを 行うための光反射光学プローブ素子において、 ａ）光を前記室内に指向させる装置と、ｂ）前記室から出て来る光を収集する装 置と、を含んでいて、 その際前記室を出て来る光を収集する前記装置が内部円錐形反射面の表面部分を 含むようになされている、光反射学プローブ素子。
22. ２２．前記室が流体を含み、前記放射エネルギーが前記流体内に指向されるよう になされている請求の範囲第２１項記載のプローブ。
23. ２３．引続く流体サンプルを前記室を通して導入する装置をさらに含んでいる請 求の範囲第２１項記載のプローブ。