JPH05103763A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JPH05103763A JPH05103763A JP4087661A JP8766192A JPH05103763A JP H05103763 A JPH05103763 A JP H05103763A JP 4087661 A JP4087661 A JP 4087661A JP 8766192 A JP8766192 A JP 8766192A JP H05103763 A JPH05103763 A JP H05103763A
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- JP
- Japan
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- pressure
- sensor
- energy
- quenching
- sample
- Prior art date
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- Pending
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-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/0215—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body
- A61B5/02154—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body by optical transmission
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0007—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using photoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
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- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】患者の体内へ電気信号を供給しない簡単で安価
な使い捨て可能な生体内圧力センサ。 【構成】本発明は例えば静脈血圧の測定に用いられ、カ
テーテル・チップをセンサが配置される媒体に印圧され
た圧力を測定するため、蛍光衝突消光またはフォーレス
ター・エネルギ伝達消光を利用して形成する。蛍光衝突
消光の場合、該チップが備える消光剤の濃度の変化を測
定し、周囲環境と水力学的に平衡である。フォーレスタ
ー・エネルギ伝達消光の場合、消光剤と蛍光団の距離の
変化を測定し、センサが配置される周囲環境によって圧
力が変化する。
な使い捨て可能な生体内圧力センサ。 【構成】本発明は例えば静脈血圧の測定に用いられ、カ
テーテル・チップをセンサが配置される媒体に印圧され
た圧力を測定するため、蛍光衝突消光またはフォーレス
ター・エネルギ伝達消光を利用して形成する。蛍光衝突
消光の場合、該チップが備える消光剤の濃度の変化を測
定し、周囲環境と水力学的に平衡である。フォーレスタ
ー・エネルギ伝達消光の場合、消光剤と蛍光団の距離の
変化を測定し、センサが配置される周囲環境によって圧
力が変化する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカテーテル・チップの圧
力センサに関し、例えば、患者のある特定の内部位置で
の血圧測定に有用なセンサに関するものである。
力センサに関し、例えば、患者のある特定の内部位置で
の血圧測定に有用なセンサに関するものである。
【0002】
【従来技術とその問題点】患者の血圧は、患者の容態に
ついての重要な状態を示すものとして周知のものであ
る。これをより詳細にいえば、例えば、とう骨動脈(r
adial artery)内等の患者の体内の特定の
内部位置における血圧は、患者の容態に関するより詳細
な状態を示すものである。
ついての重要な状態を示すものとして周知のものであ
る。これをより詳細にいえば、例えば、とう骨動脈(r
adial artery)内等の患者の体内の特定の
内部位置における血圧は、患者の容態に関するより詳細
な状態を示すものである。
【0003】1987年7月の「Sensors」の1
1〜17ページに、ある種の従来の血圧測定装置が述べ
られている。この従来の血圧測定装置には、使い捨てド
ームを介して与えられる、ダイアフラムに対向して動作
する液体カラム上の圧力に応答して起動される電気的な
ひずみゲージが含まれている。この構成はやや複雑なも
のであるが、ほとんどの臨床アプリケーションのための
十分な精度を有している。しかしながら、装置が適切に
製造されなかった場合、その精度に対して悪影響を及ぼ
し、臨床医学研究アプリケーションの使用が不適当とな
る。比較的複雑であることに加えて、このタイプの従来
技術は高価なものである。
1〜17ページに、ある種の従来の血圧測定装置が述べ
られている。この従来の血圧測定装置には、使い捨てド
ームを介して与えられる、ダイアフラムに対向して動作
する液体カラム上の圧力に応答して起動される電気的な
ひずみゲージが含まれている。この構成はやや複雑なも
のであるが、ほとんどの臨床アプリケーションのための
十分な精度を有している。しかしながら、装置が適切に
製造されなかった場合、その精度に対して悪影響を及ぼ
し、臨床医学研究アプリケーションの使用が不適当とな
る。比較的複雑であることに加えて、このタイプの従来
技術は高価なものである。
【0004】別のタイプの従来技術のセンサは、エッチ
ングされたダイアフラムおよびひずみゲージを含む半導
体圧力センサである。センサ全体が患者の体内に挿入さ
れ、これにより被測定点で圧力の感知を可能とする。不
都合なことに、この従来技術のタイプのセンサは高価か
つ破損しやすく、また、センサとの通信を可能にするた
めに電気的な信号を患者の体内に伝送することが要求さ
れている。これは、繊維性攣縮の危険性のために、冠状
動脈内での血圧を測定する場合、特に望ましくない。
ングされたダイアフラムおよびひずみゲージを含む半導
体圧力センサである。センサ全体が患者の体内に挿入さ
れ、これにより被測定点で圧力の感知を可能とする。不
都合なことに、この従来技術のタイプのセンサは高価か
つ破損しやすく、また、センサとの通信を可能にするた
めに電気的な信号を患者の体内に伝送することが要求さ
れている。これは、繊維性攣縮の危険性のために、冠状
動脈内での血圧を測定する場合、特に望ましくない。
【0005】更に別の従来技術である圧力センサで用い
られる光学ファイバでは、患者の所望の位置に挿入され
るカテーテルのチップに配置された膜に対して光が伝達
される。光学ファイバによって伝達された入射光は、被
測定圧力によって、膜の変位の関数として膜から反射さ
れる。そして、この反射光は患者の外部で検出され、測
定された血圧が電子的に決定される。これらのセンサ
は、反射光の絶対強度が測定される。従って、それらは
光源の強度の変動および曲げ損失(microbend
ing losses)に起因する誤差に影響を受け
る。また、それらは機械的構成の変化および振動、挿入
の損傷、熱膨張等によるダイアフラムの光学的特性によ
る誤差を生じさせる。
られる光学ファイバでは、患者の所望の位置に挿入され
るカテーテルのチップに配置された膜に対して光が伝達
される。光学ファイバによって伝達された入射光は、被
測定圧力によって、膜の変位の関数として膜から反射さ
れる。そして、この反射光は患者の外部で検出され、測
定された血圧が電子的に決定される。これらのセンサ
は、反射光の絶対強度が測定される。従って、それらは
光源の強度の変動および曲げ損失(microbend
ing losses)に起因する誤差に影響を受け
る。また、それらは機械的構成の変化および振動、挿入
の損傷、熱膨張等によるダイアフラムの光学的特性によ
る誤差を生じさせる。
【0006】別のタイプの従来技術における光学ファイ
バの圧力トランスジューサとして、1983年5月の
「Optics Letters」のvol.8,N
o.5,286−288ページに記載されている。この
タイプの従来の光学ファイバの圧力トランスジューサ
は、ダイアフラムの変位よりも血圧によるダイアフラム
の曲率の変化が電子的に検出される。このセンサはファ
イバの束が用いられている。その結果、センサの直径は
極めて大きい。特に、血液が同一のカテーテルを通して
引かれることが必要とされること、または、ある所定の
他のセンサも圧力センサの側に配置されることがしばし
ばあることから、動脈内感知に使用できない。とう骨動
脈の寸法が小さすぎて、このように大きいセンサを備え
る設備には適合されない。
バの圧力トランスジューサとして、1983年5月の
「Optics Letters」のvol.8,N
o.5,286−288ページに記載されている。この
タイプの従来の光学ファイバの圧力トランスジューサ
は、ダイアフラムの変位よりも血圧によるダイアフラム
の曲率の変化が電子的に検出される。このセンサはファ
イバの束が用いられている。その結果、センサの直径は
極めて大きい。特に、血液が同一のカテーテルを通して
引かれることが必要とされること、または、ある所定の
他のセンサも圧力センサの側に配置されることがしばし
ばあることから、動脈内感知に使用できない。とう骨動
脈の寸法が小さすぎて、このように大きいセンサを備え
る設備には適合されない。
【0007】米国特許第4,270,050号には、圧
力に比例して変化するバンド・ギャップを有するガリウ
ム・ヒ素化合物等の半導体からなる圧力感知光学的変調
器を用いる圧力測定する構成が説明されている。この技
術は立証されていない。更に、その結果としての寸法は
動脈内感知には大きすぎる。
力に比例して変化するバンド・ギャップを有するガリウ
ム・ヒ素化合物等の半導体からなる圧力感知光学的変調
器を用いる圧力測定する構成が説明されている。この技
術は立証されていない。更に、その結果としての寸法は
動脈内感知には大きすぎる。
【0008】距離等について厳しい公差が必要とされる
ため、上記の全てのセンサを製造することは極めて困難
なことである。
ため、上記の全てのセンサを製造することは極めて困難
なことである。
【0009】
【発明の目的】本発明の目的は上述の問題点を解消し、
患者の体内における電気的信号の誘導を必要としない、
簡単で安価な使い捨て可能生体内圧力センサを提供する
ことにある。
患者の体内における電気的信号の誘導を必要としない、
簡単で安価な使い捨て可能生体内圧力センサを提供する
ことにある。
【0010】
【発明の概要】本発明では、静脈血圧等を測定するとき
に用いるために適切な、光学ファイバ圧力センサが示さ
れている。本発明によれば、センサが配置される媒体に
よって印加される圧力を測定するために、蛍光の衝突消
光またはフォースター(Foerster)エネルギ伝
達(transter)消光現象を利用してカテーテル
・チップが形成される。本発明に係る衝突消光型センサ
を用いる場合、消光剤(quencher)の濃度変化
を測定する。ここで、消光剤は、センサ・チップ内に包
囲され、このセンサ・チップは周囲環境と流体力学的に
平衡である。本発明の係るフォースター消光型のセンサ
を用いる場合、消光剤と蛍光団(fluorophor
e)との間の距離の変化を測定する。そして、センサ
は、センサが配置されている周囲の環境に起因する圧力
変化の影響を受ける。
に用いるために適切な、光学ファイバ圧力センサが示さ
れている。本発明によれば、センサが配置される媒体に
よって印加される圧力を測定するために、蛍光の衝突消
光またはフォースター(Foerster)エネルギ伝
達(transter)消光現象を利用してカテーテル
・チップが形成される。本発明に係る衝突消光型センサ
を用いる場合、消光剤(quencher)の濃度変化
を測定する。ここで、消光剤は、センサ・チップ内に包
囲され、このセンサ・チップは周囲環境と流体力学的に
平衡である。本発明の係るフォースター消光型のセンサ
を用いる場合、消光剤と蛍光団(fluorophor
e)との間の距離の変化を測定する。そして、センサ
は、センサが配置されている周囲の環境に起因する圧力
変化の影響を受ける。
【0011】
【発明の実施例】図1は、蛍光発色団の衝突消光に依存
する本発明に係る圧力センサの一実施例を示す。周知の
ように、ある所定の分子が存在するときの蛍光発色団
は、短い励起状態の持続時間を有し、従って、蛍光の強
度は減少する。この消光は発色団と消光剤との間の衝突
の確率に依存している。図1では、入射光エネルギを生
成し、結果得られた光学的エネルギを検出するため、光
ファイバ101を含むセンサ100が示されている。該
光ファイバ101の端部103は電子光学回路(図示せ
ず)と接続する。光学ファイバ101は患者の体内に挿
入され、カテーテル・チップにおける可撓性のダイアフ
ラム104が圧力の測定される所望の点に位置してい
る。硬質のスリーブ102,光学ファイバ101および
可撓性の気密膜104に包囲される空洞105が形成さ
れている。一実施例においては、硬質のスリーブ102
はステンレス鋼管によって構成される。
する本発明に係る圧力センサの一実施例を示す。周知の
ように、ある所定の分子が存在するときの蛍光発色団
は、短い励起状態の持続時間を有し、従って、蛍光の強
度は減少する。この消光は発色団と消光剤との間の衝突
の確率に依存している。図1では、入射光エネルギを生
成し、結果得られた光学的エネルギを検出するため、光
ファイバ101を含むセンサ100が示されている。該
光ファイバ101の端部103は電子光学回路(図示せ
ず)と接続する。光学ファイバ101は患者の体内に挿
入され、カテーテル・チップにおける可撓性のダイアフ
ラム104が圧力の測定される所望の点に位置してい
る。硬質のスリーブ102,光学ファイバ101および
可撓性の気密膜104に包囲される空洞105が形成さ
れている。一実施例においては、硬質のスリーブ102
はステンレス鋼管によって構成される。
【0012】衝突消光型のセンサ100は、領域105
にある消光剤の濃度変化を測定し、可撓性のダイアフラ
ム104のため、その周囲の環境と流体力学的に平衡と
なる。一実施例においては、領域105内に含まれた蛍
光団は、トリス(4,7−ジフェニル−1,10フェナ
ントロリン)ルテニウムIIジクロライド(〔Ru(p
h2 phen)3 〕Cl2 等の無機染料で構成され、例
えばポリマー・マトリクス106における光学ファイバ
101の未端部上に塗布されたRu(DIP)3 2+ と呼
ばれる。図4にRu(DIP)3 2+ 等の酸素感知染料の
励起および放出スペクトルを示す。このような実施例に
おいては領域105に含まれた消光剤は、例えば、窒素
および酸素の混合気体から構成される。図5に450n
mの励起エネルギに対して、Ru(DIP)3 2+の蛍光
強度が酸素濃度とともにどのように変化するかを示した
ものである。酸素および窒素気体成分は予め決められた
濃度で確立され、気密領域105内に含まれている。窒
素に対する酸素の比はセンサの感度が最大になるように
選択することが好ましい。この感度はセンサが用いられ
る圧力測定の範囲に依存する。
にある消光剤の濃度変化を測定し、可撓性のダイアフラ
ム104のため、その周囲の環境と流体力学的に平衡と
なる。一実施例においては、領域105内に含まれた蛍
光団は、トリス(4,7−ジフェニル−1,10フェナ
ントロリン)ルテニウムIIジクロライド(〔Ru(p
h2 phen)3 〕Cl2 等の無機染料で構成され、例
えばポリマー・マトリクス106における光学ファイバ
101の未端部上に塗布されたRu(DIP)3 2+ と呼
ばれる。図4にRu(DIP)3 2+ 等の酸素感知染料の
励起および放出スペクトルを示す。このような実施例に
おいては領域105に含まれた消光剤は、例えば、窒素
および酸素の混合気体から構成される。図5に450n
mの励起エネルギに対して、Ru(DIP)3 2+の蛍光
強度が酸素濃度とともにどのように変化するかを示した
ものである。酸素および窒素気体成分は予め決められた
濃度で確立され、気密領域105内に含まれている。窒
素に対する酸素の比はセンサの感度が最大になるように
選択することが好ましい。この感度はセンサが用いられ
る圧力測定の範囲に依存する。
【0013】外部圧力の変化により可撓性のダイアフラ
ム104が動かされて、この外部圧力の変化を領域10
5へ結合させる。これは、センサ・チップ領域105に
おける酸素及び窒素の消光ガスの分圧に変化が生じる。
そして、蛍光団と窒素/酸素消光ガスの衝突の確率に影
響を及ぼす。次に、これは所与の励起エネルギ量に対す
る蛍光強度に影響がおよぼされる。蛍光量を測定するこ
とにより、照射された(illuminated)蛍光
団の衝突消光程度を示し、センサ・チップ105が配置
される周囲環境の圧力を直接的に示すものである。図6
では、波長のピーク励起における蛍光強度の逆数関数と
して測定される酸素の分圧力を示すものである。
ム104が動かされて、この外部圧力の変化を領域10
5へ結合させる。これは、センサ・チップ領域105に
おける酸素及び窒素の消光ガスの分圧に変化が生じる。
そして、蛍光団と窒素/酸素消光ガスの衝突の確率に影
響を及ぼす。次に、これは所与の励起エネルギ量に対す
る蛍光強度に影響がおよぼされる。蛍光量を測定するこ
とにより、照射された(illuminated)蛍光
団の衝突消光程度を示し、センサ・チップ105が配置
される周囲環境の圧力を直接的に示すものである。図6
では、波長のピーク励起における蛍光強度の逆数関数と
して測定される酸素の分圧力を示すものである。
【0014】動作時においては、周囲光学信号が外部回
路(図示せず)から光学ファイバ101を介してセンサ
・チップ105に送信される。この周囲光学信号によ
り、蛍光団から蛍光を生じさせる。蛍光の量は、上述さ
れたように、消光の量と関連付けられた分圧に関係す
る。そして、その蛍光の放出は、そのレベルの検出のた
めに、光学ファイバ101を介して外部回路(図示せ
ず)に戻るように連結される。そして、センサ・チップ
105に存在する圧力と相関する。
路(図示せず)から光学ファイバ101を介してセンサ
・チップ105に送信される。この周囲光学信号によ
り、蛍光団から蛍光を生じさせる。蛍光の量は、上述さ
れたように、消光の量と関連付けられた分圧に関係す
る。そして、その蛍光の放出は、そのレベルの検出のた
めに、光学ファイバ101を介して外部回路(図示せ
ず)に戻るように連結される。そして、センサ・チップ
105に存在する圧力と相関する。
【0015】図2aに本発明の他の実施例を示す。ここ
では、圧力センサ200はフォーレスター消光を用いる
ものである。センサ200は、光学的エネルギの外部源
(図示せず)および外部検出回路(図示せず)と連結す
る末端部203を有するファイバ201を含む。センサ
200のチップ202はフォースター消光を用い、発色
団と消光剤間の平均距離に依存している。フォースター
エネルギ伝達は、消光剤(アクセプタ)の吸収帯域と重
なり合った放出帯域を有する蛍光団(ドナー)の間で生
じるものである。この効果はドナーとアクセプタ間の双
極子相互作用に基づき、また、それらの分離の6乗で変
動する。これについては、例えば、1978年の「An
n.Rev.Biochem.」の47,819−46
に記載されている。エネルギの伝達そして蛍光団の消光
は、蛍光団と消光剤間の分離に対して極めて感度が高
い。本発明では、外部圧力がセンサ・チップと結合する
ように構成された圧力センサで、これにより、ドナーと
アクセプタ間の距離に影響がおよぼされる。
では、圧力センサ200はフォーレスター消光を用いる
ものである。センサ200は、光学的エネルギの外部源
(図示せず)および外部検出回路(図示せず)と連結す
る末端部203を有するファイバ201を含む。センサ
200のチップ202はフォースター消光を用い、発色
団と消光剤間の平均距離に依存している。フォースター
エネルギ伝達は、消光剤(アクセプタ)の吸収帯域と重
なり合った放出帯域を有する蛍光団(ドナー)の間で生
じるものである。この効果はドナーとアクセプタ間の双
極子相互作用に基づき、また、それらの分離の6乗で変
動する。これについては、例えば、1978年の「An
n.Rev.Biochem.」の47,819−46
に記載されている。エネルギの伝達そして蛍光団の消光
は、蛍光団と消光剤間の分離に対して極めて感度が高
い。本発明では、外部圧力がセンサ・チップと結合する
ように構成された圧力センサで、これにより、ドナーと
アクセプタ間の距離に影響がおよぼされる。
【0016】本発明の一実施例において、フルオレセイ
ン等の無料染料蛍光団をローダミン6G等の消光剤と用
い、フルオレセインの放出スペクトルはローダミン6G
と重り合う。一実施例においては、蛍光団および消光剤
は、光ファイバ201の末端部に配置された圧縮性マト
リクスで固定され、可撓性の気密エンベロープ202内
に包含される。圧縮性のマトリクスは図2bに示されて
おり、ドナー210およびアクセプタ211は圧縮性マ
トリクスの特定な位置に配置されている。このようなマ
トリクスは、図2bに示される可撓性のあるポリマー鎖
から構成されている。マトリクスが圧縮または伸長する
と、鎖は折りたたまれまたは伸びる。よって、鎖に沿っ
たドナーとアクセプタ間の距離が減少または増加する。
外部圧力の変化はフォーム状マトリクスの量を変化さ
せ、また、蛍光団(ドナー210)と消光剤(アクセプ
タ211)との分子間分離に対応して変化が生じる。よ
って、消光剤の度合により、センサ・チップ202に印
加される外部圧力の度合が定まる。
ン等の無料染料蛍光団をローダミン6G等の消光剤と用
い、フルオレセインの放出スペクトルはローダミン6G
と重り合う。一実施例においては、蛍光団および消光剤
は、光ファイバ201の末端部に配置された圧縮性マト
リクスで固定され、可撓性の気密エンベロープ202内
に包含される。圧縮性のマトリクスは図2bに示されて
おり、ドナー210およびアクセプタ211は圧縮性マ
トリクスの特定な位置に配置されている。このようなマ
トリクスは、図2bに示される可撓性のあるポリマー鎖
から構成されている。マトリクスが圧縮または伸長する
と、鎖は折りたたまれまたは伸びる。よって、鎖に沿っ
たドナーとアクセプタ間の距離が減少または増加する。
外部圧力の変化はフォーム状マトリクスの量を変化さ
せ、また、蛍光団(ドナー210)と消光剤(アクセプ
タ211)との分子間分離に対応して変化が生じる。よ
って、消光剤の度合により、センサ・チップ202に印
加される外部圧力の度合が定まる。
【0017】図3に示されるシステムは、図1の衝突消
光型センサまたは図2のフォーレスター消光型のセンサ
のどちらにも適用できるように構成されたものである。
図3において、光源301からの励起光学エネルギが光
ファイバ302を通って波長分離マルチプレクサ303
に与えられる。この励起光学エネルギは、光ファイバ3
04とサンサ305を結合させる。この励起光学エネル
ギによってセンサ305内で蛍光を生じさせ、蛍光は
(図1に関して上述されたように)衝突消光機構、また
は(図2の実施例に関して上述されたように)フォーレ
スター型の消光機構によって部分的に消光される。セン
サ305からの蛍光エネルギは、光ファイバ304を通
って波長分離マルチプレクサ303に結合される。波長
分離マルチプレクサ303は、これを蛍光光学信号に戻
すように指向させ、その波長は光源301から検出器3
07に供給される励起光学エネルギの波長と異なるもの
である。次に、この帰還光学的エネルギは検出器307
で電子的な信号に変換され、蛍光エネルギの強度に関す
る決定がなされるが、これがセンサ305によって検出
された圧力を指示するものである。
光型センサまたは図2のフォーレスター消光型のセンサ
のどちらにも適用できるように構成されたものである。
図3において、光源301からの励起光学エネルギが光
ファイバ302を通って波長分離マルチプレクサ303
に与えられる。この励起光学エネルギは、光ファイバ3
04とサンサ305を結合させる。この励起光学エネル
ギによってセンサ305内で蛍光を生じさせ、蛍光は
(図1に関して上述されたように)衝突消光機構、また
は(図2の実施例に関して上述されたように)フォーレ
スター型の消光機構によって部分的に消光される。セン
サ305からの蛍光エネルギは、光ファイバ304を通
って波長分離マルチプレクサ303に結合される。波長
分離マルチプレクサ303は、これを蛍光光学信号に戻
すように指向させ、その波長は光源301から検出器3
07に供給される励起光学エネルギの波長と異なるもの
である。次に、この帰還光学的エネルギは検出器307
で電子的な信号に変換され、蛍光エネルギの強度に関す
る決定がなされるが、これがセンサ305によって検出
された圧力を指示するものである。
【0018】本発明によれば、センサ305によって検
出された圧力を測定するために、周波数領域または時間
領域のアプローチが用いられる。ここでは、パルス変調
または正弦波変調のいずれかによる励起光を用いること
が含まれる。そして、その消光の度合は、蛍光団の放出
の減衰時間または位相シフトの関数となる。図7は、蛍
光エネルギの周波数領域での測定から導出され、蛍光の
減衰曲線から導出される周期に相当する。周波数領域ま
たは時間領域のアプローチを用いることにより、基準信
号に対する必要事項が著しく簡略化され、または完全に
排除される。光源301によって供給される光学信号の
強度における変動、光学ファイバの曲がり損失、コネク
タは蛍光の減衰時間または位相シフトの影響を受けるこ
とはない。
出された圧力を測定するために、周波数領域または時間
領域のアプローチが用いられる。ここでは、パルス変調
または正弦波変調のいずれかによる励起光を用いること
が含まれる。そして、その消光の度合は、蛍光団の放出
の減衰時間または位相シフトの関数となる。図7は、蛍
光エネルギの周波数領域での測定から導出され、蛍光の
減衰曲線から導出される周期に相当する。周波数領域ま
たは時間領域のアプローチを用いることにより、基準信
号に対する必要事項が著しく簡略化され、または完全に
排除される。光源301によって供給される光学信号の
強度における変動、光学ファイバの曲がり損失、コネク
タは蛍光の減衰時間または位相シフトの影響を受けるこ
とはない。
【0019】本発明の別の利点は、励起エネルギとサン
セ・チップからの帰還エネルギは蛍光現象によって異な
る波長を有し、これにより単一のファイバ・システムに
対して指向性のある結合が簡略化される。このために、
従来の光ファイバによる圧力センサ・システムでみられ
る、励起信号と同じ波長を有する帰還信号を検出するこ
との困難性が排除される。
セ・チップからの帰還エネルギは蛍光現象によって異な
る波長を有し、これにより単一のファイバ・システムに
対して指向性のある結合が簡略化される。このために、
従来の光ファイバによる圧力センサ・システムでみられ
る、励起信号と同じ波長を有する帰還信号を検出するこ
との困難性が排除される。
【0020】更に、従来の光ファイバによる圧力センサ
とは異なり、その圧力の決定はダイアフラムの偏向また
は変位等の機械的現象よりも量子力学的な現象に基づい
ている。これで導かれることは、本発明によって生成さ
れるセンサ・チップは従来のものよりも遥かに小形にで
きることである。更に、本発明に用いられる量子力学的
な現象がセンサ・チップにおいて配置される材料に固有
のものであることから、センサによって検出される圧力
を表す光学信号は、ダイアフラムの動きやダイアフラム
の湾曲の変化を検出する従来のセンサのようにセンサ・
チップの形状に依存するものではない。よって、本発明
に係るセンサにおいては、従来では必要であった高精度
の機械製造の必要性が排除される。
とは異なり、その圧力の決定はダイアフラムの偏向また
は変位等の機械的現象よりも量子力学的な現象に基づい
ている。これで導かれることは、本発明によって生成さ
れるセンサ・チップは従来のものよりも遥かに小形にで
きることである。更に、本発明に用いられる量子力学的
な現象がセンサ・チップにおいて配置される材料に固有
のものであることから、センサによって検出される圧力
を表す光学信号は、ダイアフラムの動きやダイアフラム
の湾曲の変化を検出する従来のセンサのようにセンサ・
チップの形状に依存するものではない。よって、本発明
に係るセンサにおいては、従来では必要であった高精度
の機械製造の必要性が排除される。
【0021】本発明の更に別の利点は、動作点に関連す
る圧力がこの動作点からの圧力変化に対する感度と同様
に蛍光団および消光剤の適切な種類および濃度を選択す
るだけで適合可能にされるということである。
る圧力がこの動作点からの圧力変化に対する感度と同様
に蛍光団および消光剤の適切な種類および濃度を選択す
るだけで適合可能にされるということである。
【図1】本発明の一実施例である圧力センサの断面図。
【図2a】本発明の他の一実施例である圧力センサの断
面図。
面図。
【図2b】図2aに用いられるマトリクスを説明図。
【図3】本発明の一実施例が適用される装置の概略図。
【図4】本発明の一実施例に用いられる酸素感知染料の
励起および放出スペクトルを表す図。
励起および放出スペクトルを表す図。
【図5】本発明の一実施例に用いられる酸素感知染料の
蛍光強度特性を表す図。
蛍光強度特性を表す図。
【図6】本発明の一実施例に用いられる酸素感知染料の
酸素分圧と蛍光強度の逆数の関係を表す図。
酸素分圧と蛍光強度の逆数の関係を表す図。
【図7】本発明の一実施例に用いられる酸素感知染料の
蛍光減衰曲線を表す図。
蛍光減衰曲線を表す図。
100、200、305:圧力センサ 101、201、302、304、306:光ファイバ 104:ダイヤフラム 202:気密エンベローブ 301:光源 303:波長分離マルチプレクサ 308:検出器
Claims (3)
- 【請求項1】圧力が測定される領域と水力学的に結合す
るサンプル領域と、 前記サンプル領域に励起エネルギを結合させる光ファイ
バと、 前記サンプル領域から蛍光エネルギと結合する光ファイ
バと、 前記サンプル領域に位置する発色団と、 前記発色団は前記励起エネルギに応答して前記蛍光エネ
ルギを供給し、 前記発色団を短い励起状態寿命をもたらす前記サンプル
領域内に位置する消光分子とからなる圧力センサ。 - 【請求項2】請求項第1項記載の圧力センサにおいて、 前記サンプル領域は少なくとも一部は気密可撓性膜で封
入され、前記被測定圧力の領域と結合することを特徴と
する圧力センサ。 - 【請求項3】次の(イ)から(ニ)からなるサンプル領
域内の圧力を決定する方法。 (イ)励起光学エネルギを前記サンプル領域に結合さ
せ、 (ロ)前記励起光学エネルギに応答して蛍光エネルギを
生成し、 (ハ)前記蛍光エネルギの生成の少なくとも一部を前記
サンプル領域内の圧力に応答して消光させ、 (ニ)前記蛍光エネルギを検出し、前記サンプル領域内
に印加された圧力を決定する。
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