JPH0634550A - ガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ

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JPH0634550A
JPH0634550A JP21563092A JP21563092A JPH0634550A JP H0634550 A JPH0634550 A JP H0634550A JP 21563092 A JP21563092 A JP 21563092A JP 21563092 A JP21563092 A JP 21563092A JP H0634550 A JPH0634550 A JP H0634550A
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JP
Japan
Prior art keywords
gas
solution
cell
gas sensor
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP21563092A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayuki Imai
隆之 今井
Shiro Nakayama
四郎 中山
Satoshi Kunimura
智 国村
Katsuhiko Takahashi
克彦 高橋
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.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光ファイバを用いたガスセンサに
係り、特に、センサ寿命の延長を図ったガスセンサを提
供することを目的とする。 【構成】 本発明は、一部がガス透過膜14になったセ
ル15中に被測定ガスに感応して光学的性質が変化する
色素を含有させた溶液16を充填すると共に、当該セル
15に少なくとも1本の投光用および受光用の光ファイ
バ11を導入して、前記溶液16の光学的性質の変化を
検出することによりガス濃度を測定するようにしたガス
センサであって、前記セル15に少なくとも2本の溶液
循環用の細管21,22を導入して、前記溶液16内の
色素濃度を10-6〜10-2mol/リットルに維持する
ガスセンサからなり、この色素濃度の維持により、高精
度で長寿命の優れたセンサ特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いたガ
スセンサに係り、特に、センサ寿命の延長を図ったガス
センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、光ファイバを用いたガスセンサと
しては、例えば単線の光ファイバの先端にガラス細管か
らなるキャピラリを嵌合させてセルを形成し、このセル
の一部にガス透過膜を設けると共に、セル内部には、被
測定ガスに感応して光学的性質が変化する色素を含有さ
せた溶液を充填したものが提案されている。
【0003】このガスセンサでは、ガス透過膜を通して
セル内部の溶液中に被測定ガスが浸入すると、これによ
り色素の光学的性質(吸光度、蛍光強度、屈折率など)
が変化するため、この変化をセル中に導入した光ファイ
バにより、読み出し、検出すれば、被測定ガスの存在、
濃度などが判るようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ガスセンサでは、セル中に充填された、被測定ガスに感
応して光学的性質が変化する色素を含有させた溶液にお
いて、経時的に液中の、含有色素自体が劣化して、セン
サ機能が低下してしまうという問題があった。
【0005】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
なされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用】かゝる本
発明の特徴とする点は、一部がガス透過膜になったセル
中に被測定ガスに感応して光学的性質が変化する色素を
含有させた溶液を充填すると共に、当該セルに少なくと
も1本の投光用および受光用の光ファイバを導入して、
前記溶液の光学的性質の変化を検出することによりガス
濃度を測定するようにしたガスセンサであって、前記セ
ルに少なくとも2本の溶液循環用の細管を導入して、前
記溶液内の色素濃度を10-6〜10-2mol/リットル
に維持するガスセンサにある。
【0007】このようにセル中の溶液を2本の溶液循環
用の細管により、定常的にまたは間欠的に、さらには必
要により、循環供給または取替補給などができるため、
溶液内の色素濃度をセンサ機能が最適に発揮される、1
-6〜10-2mol/リットルに維持することができ、
常に良好なセンサ特性が得られる。
【0008】このような機能を有する本発明に係るガス
センサの構造は、特に限定されないが、図示すると、例
えば図1〜図5の如き構造のものが挙げられる。
【0009】これらの図1〜図5のガスセンサC0 〜C
4 において、11は投光用および受光用の光ファイバ、
15はこの光ファイバ11が種々の形で導入、接続され
る、ガラス材料12などからなるセルで、その一部に
は、ガス透過膜14が付設され、かつ、その内部には、
被測定ガスに感応して光学的性質が変化する色素が含有
された溶液16が充填されてなる。セル15の上記光フ
ァイバ11の接続部分はシール材13で水密に密着させ
てある。上記セル15には、また少なくとも2本の溶液
循環用の細管21,22が導入、接続してあって、定常
的にまたは間欠的に、さらには必要により、溶液16が
循環供給または取替補給などがでるようになっている。
もちろん、この各細管21,22の接続部分もシール材
で水密に密着させてある。
【0010】ここで、図1のガスセンサC0 では、単線
の光ファイバ11をセル15に接続した簡単な構造から
なり、投光は、この光ファイバ11を通じてセル15内
の溶液16中に導かれ、その反射光がこの光ファイバ1
1を通じて、受光されるようになっている。
【0011】図2のガスセンサC1 では、単線の光ファ
イバ11を用いると同時に、この光ファイバ11の光入
力端側にハーフミラー17を設置し、投光は、このハー
フミラー17、光ファイバ11を通じてセル15内の溶
液16中に導かれ、その反射光が上記とは逆に光ファイ
バ11、ハーフミラー17を通じて、受光されるように
なっている。
【0012】図3のガスセンサC2 では、光ファイバ1
1がバンドルとして例えば2本の光ファイバ部11a,
11bからなり、一方が投光部として、他方が受光部と
して機能し、投光は、投光部の光ファイバ部11aを通
じてセル15内の溶液16中に導かれ、その反射光が受
光部の光ファイバ部11bを通じて、受光されるように
なっている。
【0013】図4のガスセンサC3 では、単線の光ファ
イバ11がセル15中を一方から他方にかけて貫通さ
れ、セル15内では、被覆を除去して、コア部11cを
露出させ、例えば、投光は、光入力側の光ファイバ11
を通じて、このコア部11cからセル15内の溶液16
中に導かれ、その反射光がこのコア部11cから光出力
側の光ファイバ11を通じて、受光されるようになって
いる。
【0014】図5のガスセンサC4 では、単線の光ファ
イバ11がセル15の2箇所に導入、接続され、その一
方が投光部として、他方が受光部として使用され、例え
ば、投光は、投光部の光ファイバ11を通じてセル15
内の溶液16中に導かれ、その反射光が受光部の光ファ
イバ11を通じて、受光されるようになっている。
【0015】このようないずれの構造のガスセンサC0
〜C4 であっても、本発明の場合、セル構成部品のすべ
てを投光および受光の波長に対して光透過率が5%以下
としてある。例えば、セル15を透明のガラス材料12
で形成した場合、このガラスの表面(内面、または内外
の両面も可)に黒色のブチルゴムの被覆して、光透過率
を5%以下としてある。また、シール材13としても、
カーボン微粒子を混合することにより、光透過率を5%
以下としたエポキシ樹脂製接着剤を用い、さらに、ガス
透過膜14としては、黒色の酸化第2鉄粉末を混練した
ポリジメチルシロキサンの膜を用いて、やはり光透過率
を5%以下としてある。さらにまた、細管21,22が
透明のガラス材料12からなる場合には、やはりガラス
の表面に黒色のブチルゴムの被覆して、光透過率を5%
以下としてある。もちろん、この細管接続部分のシール
材を上記と同様のエポキシ樹脂製接着剤を用いる。した
がって、セル15の周りに不要な光が存在しても、この
外部の光(ノイズ)による影響が極力排除される。
【0016】また、上記ガス透過膜14の場合、酸化第
2鉄粉末を混練したポリジメチルシロキサンにより、炭
酸ガス(CO2 )対するガス透過係数を、5×10-9
3cm-1-1cmHg-1以上とし、かつその厚さを1
00μm以下としてある。このようにガス透過係数が大
きく、かつ、膜厚さが薄いため、ガスの透過性がよく、
高い応答速度が得られる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の条件を満たすガスセンサ(実
施例1〜2)と、本発明の条件を欠くガスセンサ(比較
例1〜3)について述べ、その特性結果を表1に示す。
【0018】〈実施例1〉このガスセンサは、その構造
が上述した図1の如き構造で、セルはガラス製キャピラ
リの細管(内径=2cm)とし、このガラス製細管の表
面に黒色のブチルゴムを被覆し、光ファイバの接続部お
よび2本の溶液循環用の細管(内径=3mm)の接続部
のシールは低光透過率のエポキシ樹脂で行い、ガス透過
膜は、黒色の酸化第2鉄粉末を混練したポリジメチルシ
ロキサンからなる厚さ10μmの薄膜であり、セル中に
充填した溶液は、被測定ガスがCO2 のとき、CO2
濃度に応じて溶液のpHが変化することから、pH感応
試薬とされる、フルオレセイン水溶液(10-4mol/
リットル)を用いた。なお、このフルオレセインは49
0nm程度の光で励起すると、530nm程度の蛍光を
発する。そして、また上記2本の溶液循環用の細管に
は、ゴム管を介して循環ポンプを接続し、セル内の溶液
が自由に循環できるようにした。ここでの循環は定常的
におこなった。
【0019】〈実施例2〉このガスセンサは、上記実施
例1の場合と同様の構成であるが、溶液の循環を1回の
測定毎に行った。
【0020】〈比較例1〉このガスセンサは、上記実施
例1の場合と同様の構成であるが、溶液中の色素濃度を
10-1mol/リットルとして測定した。
【0021】〈比較例2〉このガスセンサは、上記実施
例1の場合と同様の構成であるが、溶液中の色素濃度を
10-7mol/リットルとして測定した。
【0022】〈比較例3〉このガスセンサは、細管を持
たない他は、上記図1のガスセンサと同様で、測定は、
上記実施例1と同様にして行った。
【0023】このようにして得た各ガスセンサのセル部
分(検知部)を、規定のCO2 濃度(=10%濃度)と
したチャンバ内に置き、アルゴンイオンレーザ(490
nm)で励起させ、これにより発生した蛍光(530n
m)を分光器を介して光パワーメータで測定した。この
測定時、下限の検知ガス濃度とセンサ寿命(CO2 =1
0%のときの光出力が90%に低下した点)を調べた。
【0024】
【表1】
【0025】上記表1から、セルに少なくとも2本の溶
液循環用の細管を導入して、溶液内の色素濃度を10-6
〜10-2mol/リットルに維持した本発明に係るガス
センサ(実施例1〜2)の場合、より小さな下限検知ガ
ス濃度(300ppm)が得られ、高い精度が得られ、
かつ、長い寿命が確保できることが判る。これに対し
て、溶液内の色素濃度が10-6〜10-2mol/リット
ルの範囲外であるときには(比較例1〜2)、S/N比
が悪く、測定精度の低下が避けられず、また、溶液の循
環がないときには(比較例3)、色素の劣化によりセン
サ寿命の大幅な低下があることが判る。
【0026】なお、上記実施例では、被測定ガスに感応
して光学的性質が変化する色素を含有させた溶液とし
て、フルオレセイン水溶液を用いた場合であったが、本
発明は、これに限定されない。また、セル構成部品を光
透過率が5%以下にするにおいて、透明のガラス材料1
2の場合、このガラスの表面(内面、または内外の両面
も可)に黒色のブチルゴムの被覆して行っているが、本
発明は、これに限定されず、ガラス材料中に不透明剤を
添加したりすることもできる。シール材13およびガス
透過膜14の低光透過率化(5%以下)にあたっても、
上記実施例に限定されない。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
係るガスセンサによれば、セルに少なくとも2本の溶液
循環用の細管を導入し、この細管により、定常的にまた
は間欠的に、さらには必要により、循環供給または取替
補給などができるため、10-6〜10-2mol/リット
ルに維持することができ、高精度で、かつ長寿命の優れ
たセンサ特性が得られる。
【0028】また、さらに、本発明に係るガスセンサに
よれば、セル構成部品のすべてを投光および受光の波長
に対して光透過率が5%以下である材料とし、かつ、ガ
ス透過膜の被測定ガスに対するガス透過係数が5×10
-9cm3 cm-1-1cmHg -1以上で、しかも、その厚
さを100μm以下とし、さらに、セルに少なくとも2
本の溶液循環用の細管を導入して、溶液内の色素濃度を
10-6〜10-2mol/リットルに維持すれば、セルの
周りに不要な光が存在しても、この外部の光(ノイズ)
による影響が極力排除され、かつ、被測定ガスの透過性
がよく、高い応答速度が得られ、しかも、高精度で長寿
命の優れたセンサ特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガスセンサの一実施例を示した部
分縦断面図である。
【図2】本発明に係るガスセンサの他の実施例を示した
部分縦断面図である。
【図3】本発明に係るガスセンサの他の実施例を示した
部分縦断面図である。
【図4】本発明に係るガスセンサの他の実施例を示した
部分縦断面図である。
【図5】本発明に係るガスセンサの他の実施例を示した
部分縦断面図である。
【符号の説明】
0 〜C4 ガスセンサ、 11 光ファイバ、 12 ガラス材料、 13 シール材、 14 ガス透過膜、 15 セル、 16 溶液、 21 溶液循環用の細管、 22 溶液循環用の細管、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 克彦 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一部がガス透過膜になったセル中に被測
    定ガスに感応して光学的性質が変化する色素を含有させ
    た溶液を充填すると共に、当該セルに少なくとも1本の
    投光用および受光用の光ファイバを導入して、前記溶液
    の光学的性質の変化を検出することによりガス濃度を測
    定するようにしたガスセンサであって、前記セルに少な
    くとも2本の溶液循環用の細管を導入して、前記溶液内
    の色素濃度を10-6〜10-2mol/リットルに維持す
    ることを特徴とするガスセンサ。
  2. 【請求項2】 一部がガス透過膜になったセル中に被測
    定ガスに感応して光学的性質が変化する色素を含有させ
    た溶液を充填すると共に、当該セルに少なくとも1本の
    投光用および受光用の光ファイバを導入して、前記溶液
    の光学的性質の変化を検出することによりガス濃度を測
    定するようにしたガスセンサであって、前記セル構成部
    品のすべてを投光および受光の波長に対して光透過率が
    5%以下である材料とし、かつ、前記ガス透過膜の被測
    定ガスに対するガス透過係数が5×10-9cm3 cm-1
    -1cmHg-1以上で、しかも、その厚さを100μm
    以下とし、さらに、前記セルに少なくとも2本の溶液循
    環用の細管を導入して、前記溶液内の色素濃度を10-6
    〜10-2mol/リットルに維持することを特徴とする
    ガスセンサ。
JP21563092A 1992-07-21 1992-07-21 ガスセンサ Pending JPH0634550A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102818776A (zh) * 2012-08-08 2012-12-12 赵晓明 一种染液浓度原位在线监测系统
US8909004B2 (en) 2009-01-30 2014-12-09 Claudio Oliveira Egalon Side illuminated multi point multi parameter

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US8909004B2 (en) 2009-01-30 2014-12-09 Claudio Oliveira Egalon Side illuminated multi point multi parameter
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US10876960B2 (en) 2009-01-30 2020-12-29 Claudio Egalon Side illuminated multi point multi parameter optical fiber sensor
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