JPH0694614A - 濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 濃度測定装置の受光側を簡単な構成とするこ
とにより、装置を使いやすくする。 【構成】 変換部分１０の本体１１の中間部分Ｋ１に被
検査液流通容器１３を設け、被検査液流通容器及び隔壁
１２ａ，１２ｂを貫通して管状体の光伝搬部材１６を取
り付ける。光伝搬部材の左端部を、本体の左側部Ｋ２に
てフランジ部１２ａ１及び反射鏡１７により密封する。
光伝搬部材の右端部を、本体の右側部Ｋ３にてフランジ
部１２ｂ１及び窓部材１８により密封する。光伝搬部材
内の媒体は、被検査液流通容器内に流入し触媒により加
熱又は冷却された被検査液により、径方向の屈折率分布
が変えられる。光ファイバ１９を通して入射された光ビ
ームは、媒体により進路が変化し、反射鏡により反射さ
れて光ファイバを通り、変化した光特性が光検出装置に
より検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に化学工業，食品工
業，医薬品工業等又は環境計測等の分野において利用さ
れ、被検査液の濃度を測定するのに適した濃度測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の濃度測定装置は、例えば
特開平３ー１９４４４８号公報及び特開平３ー８１６５
１号公報に示されているように、筒状又は箱状体であっ
て内部に被検査液を流通させるために同筒状又は箱状体
の表面に流入口及び流出口を設けた被検査液流通容器
と、細長い管状体であって被検査液流通容器に少なくと
もその一部が被覆された状態で支持されると共に管状体
の両端が透光性の平板部分を有する透光性の平板部分を
有する窓部材により封止され、かつ同管状体の内部が外
部の温度変化に応じて径方向の屈折率分布が変化する媒
体によって定常的に満たされた光伝搬部材と、光伝搬部
材の外周部に若しくは同光伝搬部材の外周側と被検査液
流通容器の器壁間に又は同被検査液流通容器の外部に設
けられ被検査液に含まれる反応物の反応を促進させる触
媒と、光伝搬部材の一端側に設けられ光ビームを同光伝
搬部材内に入射させる光ビーム入射手段と、光伝搬部材
の他端側から透過した光ビームの特性を検出することに
より被検査液の濃度を測定する濃度測定手段とを備えて
いる（以下、「第１の形式の濃度測定装置」と言う）。

【０００３】また、特開平３ー８１６５１号公報に示さ
れているように、細長い管状体であって支持体に少なく
ともその一部が被覆された状態で支持され、同管状体の
全体又は少なくともその内壁面が触媒により構成される
と共に同管状体の両端が透光性の平板部分を有する窓部
材により封止され、かつ同管状体内部に被検査液を流通
させるために同管状体の両端近傍の表面に流入口及び流
出口を設けた光伝搬部材と、光伝搬部材の一端側に設け
られ光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光ビーム入
射手段と、光伝搬部材の他端側から透過した光ビームの
特性を検出することにより被検査液の濃度を測定する濃
度測定手段とを備えた濃度測定装置がある（以下、「第
２の形式の濃度測定装置」と言う）。

【０００４】しかして、上記濃度測定手段は、光伝搬部
材の他端側に設けられ、透過した光ビームのビーム径，
ビーム焦点位置又は光ビームのエネルギー密度等を検出
することにより、予め定められたこれらの検出データと
被検査液の濃度との関係から、被検査液の濃度を求める
ようにしている。また、濃度測定手段の配置としては、
特開平３ー８１６５１号公報の第６図に示すように、光
伝搬部材の中心軸に対し４５°をなす２枚の反射鏡を互
いに直角をなして対向させ、光伝搬部材の他端からの透
過光の進路を１８０°変更させるようにしたものもあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した濃度
測定装置は、光伝搬部材の受光側に濃度測定手段を設け
たり、又は濃度測定手段の全体ではないが互いに直角を
なす２枚の反射鏡を設けたりする等、受光側に大きなス
ペースを必要とするため、光伝搬部材等を含む被検査液
の濃度特性を光特性に変換する変換部分（以下、変換部
分という）の形状が大きくなり、このため濃度測定装置
の取り扱いが煩雑になるという問題がある。本発明は、
上記した問題を解決しようとするもので、光伝搬部材の
受光側の構成を簡単にして変換部分をコンパクトにし
た、取り扱いの容易な濃度測定装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
為に、前記請求項１に係る発明の構成上の特徴は、前記
第１の形式の濃度測定装置において、濃度測定手段を、
光伝搬部材の他端側にて同光伝搬部材の軸線方向に垂直
に設けられた光反射装置と、光伝搬部材の一端側に設け
られて光反射装置から反射され光伝搬部材を透過した光
ビームの特性を検出する光特性検出手段とにより構成し
たことにある。

【０００７】また、前記請求項２に係る発明の構成上の
特徴は、前記第１の形式の濃度測定装置において、濃度
測定手段を、光伝搬部材の他端側に設けられて同光伝搬
部材から透過した光ビームを屈折させる光ビーム屈折手
段と、同屈折された光ビームを誘導する光ビーム誘導手
段と、同光ビーム誘導手段により導かれた光ビームの特
性を検出する光特性検出手段とにより構成したことにあ
る。

【０００８】また、前記請求項３に係る発明の構成上の
特徴は、前記第１の形式の濃度測定装置において、濃度
測定手段を、光伝搬部材の他端側に設けられた光ビーム
位置検出装置により構成したことにある。

【０００９】また、前記請求項４に係る発明の構成上の
特徴は、前記第１の形式の濃度測定装置において、濃度
測定手段を、光伝搬部材の他端側に設けられて同光伝搬
部材から透過した光ビームを屈折させる光ビーム屈折手
段と、光伝搬部材の他端側であって屈折された光ビーム
の進行位置に設けられた光ビーム位置検出装置とにより
構成したことにある。

【００１０】また、前記請求項５に係る発明の構成上の
特徴は、前記第２の形式の濃度測定装置において、濃度
測定手段を、光伝搬部材の他端側にて同光伝搬部材の軸
線方向に垂直に設けられた光反射装置と、光伝搬部材の
一端側に設けられて光反射装置から反射され光伝搬部材
を透過した光ビームの特性を検出する光特性検出手段と
により構成したことにある。

【００１１】また、前記請求項６に係る発明の構成上の
特徴は、前記第２の形式の濃度測定装置において、濃度
測定手段を、光伝搬部材の他端側に設けられて同光伝搬
部材から透過した光ビームを屈折させる光ビーム屈折手
段と、同屈折された光ビームを誘導する光ビーム誘導手
段と、同光ビーム誘導手段により導かれた光ビームの特
性を検出する光特性検出手段とにより構成したことにあ
る。

【００１２】また、前記請求項７に係る発明の構成上の
特徴は、前記第２の形式の濃度測定装置において、濃度
測定手段を、光伝搬部材の他端側に設けられた光ビーム
位置検出装置により構成したことにある。

【００１３】また、前記請求項８に係る発明の構成上の
特徴は、前記第２の形式の濃度測定装置において、濃度
測定手段を、光伝搬部材の他端側に設けられて同光伝搬
部材から透過した光ビームを屈折させる光ビーム屈折手
段と、光伝搬部材の他端側であって屈折された光ビーム
の進行位置に設けられた光ビーム位置検出装置とにより
構成したことにある。

【００１４】

【発明の作用・効果】上記したように請求項１に係る発
明においては、被検査液流通容器の外部に設けられた触
媒と反応して発熱又は吸熱した被検査液が流入口を通し
て被検査液流通容器内に流入することにより、又は流入
口から被検査液流通容器内に流入した被検査液が光伝搬
部材の外周部に若しくは同光伝搬部材の外周側と前記被
検査液流通容器の器壁間に設けられた触媒と反応して発
熱又は吸熱することにより光伝搬部材の外壁が加熱され
または冷却される。これにより、光伝搬部材内に満たさ
れた媒体の径方向の屈折率分布が変化する。すなわち、
光伝搬部材の外壁が加熱されると、媒体の内側の屈折率
が大きくなり、入射光線は内側に曲げられる。また、光
伝搬部材の外壁が冷却されると、媒体の外側の屈折率が
大きくなり、入射光線は外側に曲げられる。

【００１５】このように径方向の屈折率の変化した媒体
で満たされた光伝搬部材内に光ビーム入射手段によって
入射した光ビームは、内側または外側のいずれかの方向
に曲げられて光伝搬部材の他端から透過する。この透過
した光ビームは、光伝搬部材の他端側にて同光伝搬部材
の軸線方向に垂直に設けられた光反射装置により反射さ
れて再び光伝搬部材内を透過し、光伝搬部材の一端側に
設けられた光特性検出手段により収束点位置，受光量の
変化等光ビーム特性が測定され、その光特性測定結果に
基づいて被検査液の濃度が得られる。その結果、この請
求項１に係る発明によれば、濃度検出手段を分割して光
伝搬部材の他端側を光反射装置のみの簡単な構成とした
ことにより、変換部分をコンパクトな構成にすることが
でき、濃度検出装置の取り扱いが容易になった。また、
請求項１に係る発明においては、光ビームが光反射装置
により反射されて光伝搬部材内を２度通過することにな
るので、実質２倍の長さの光伝搬部材を用いたと同様の
効果が得られ、測定感度の向上を図ることができる。

【００１６】また、上記のように構成した請求項２に係
る発明においては、上記のように径方向の屈折率の変化
した媒体で満たされた光伝搬部材内に光ビーム入射手段
によって入射した光ビームは、内側又は外側のいずれか
の方向に曲げられて光伝搬部材の他端から透過する。こ
の透過した光ビームは、光伝搬部材の他端側に設けられ
た光ビーム屈折手段により屈折させられ、さらに光ビー
ム誘導手段により誘導され光特性検出手段に導かれ、光
特性検出手段により収束点位置，受光量の変化等光ビー
ム特性が測定され、その光特性測定結果に基づいて被検
査液の濃度が得られる。その結果、この請求項２に係る
発明によれば、濃度検出手段を分割して光伝搬部材の他
端側を光ビーム屈折手段及び光ファイバ等の光誘導手段
のみの簡単な構成としたことにより、変換部分をコンパ
クトな構成にすることができ、濃度検出装置の取り扱い
が容易になった。

【００１７】また、上記のように構成した請求項３に係
る発明においては、上記のように径方向の屈折率の変化
した媒体で満たされた光伝搬部材内に光ビーム入射手段
によって入射した光ビームは、内側又は外側のいずれか
の方向に曲げられて光伝搬部材の他端から透過する。こ
の透過した光ビームは、光伝搬部材の他端側に設けられ
た光ビーム位置検出装置により位置の変化が測定され、
その位置変化結果に基づいて被検査液の濃度が得られ
る。その結果、請求項３に係る発明によれば、光伝搬部
材の他端側を光ビーム位置検出装置のみの簡単な構成と
したことにより、変換部分をコンパクトな構成にするこ
とができ、濃度検出装置の取り扱いが容易になった。

【００１８】また、上記のように構成した請求項４に係
る発明においては、上記のように径方向の屈折率の変化
した媒体で満たされた光伝搬部材内に光ビーム入射手段
によって入射した光ビームは、内側又は外側のいずれか
の方向に曲げられて光伝搬部材の他端から透過する。こ
の透過した光ビームは、光伝搬部材の他端側に設けられ
た光ビーム屈折手段により屈折させられ、屈折した光ビ
ームは光伝搬部材の他端側に設けられた光ビーム位置検
出装置により位置の変化が測定され、その位置変化結果
に基づいて被検査液の濃度が得られる。その結果、この
請求項４に係る発明によれば、濃度検出手段を分割して
光伝搬部材の他端側を光ビーム屈折手段及び光ビーム位
置検出装置のみの簡単な構成としたことにより、変換部
分をコンパクトな構成にすることができ、濃度検出装置
の取り扱いが容易になった。

【００１９】上記したように請求項５に係る発明におい
ては、光伝搬部材の管状体部分に流入した被検査液が管
状体内壁面に設けられた触媒と反応して発熱又は吸熱
し、被検査液の径方向の屈折率分布が変化する。この屈
折率分布は、反応系により又は反応物若しくは生成物の
種類，拡散程度等により異なり、更には反応に伴う発熱
吸熱による効果も加わり分布の内容が異なったものにな
るが、それぞれの反応系等に対し固有の特性を示すよう
になっている。このように径方向の屈折率の変化した被
検査液で満たされた光伝搬部材内に光ビーム入射手段に
よって入射した光ビームは、内側または外側のいずれか
の方向に曲げられて光伝搬部材の他端から透過する。こ
の透過した光ビームは、光伝搬部材の他端側にて同光伝
搬部材の軸線方向に垂直に設けられた光反射装置により
反射されて再び光伝搬部材内を透過し、光伝搬部材の一
端側に設けられた光特性検出手段により収束点位置，受
光量の変化等光ビーム特性が測定され、その光特性測定
結果に基づいて被検査液の濃度が得られる。その結果、
この請求項５に係る発明によれば、濃度検出手段を分割
して光伝搬部材の他端側を光反射装置のみの簡単な構成
としたことにより、変換部分をコンパクトな構成にする
ことができ、濃度検出装置の取り扱いが容易になった。
また、請求項５に係る発明においては、光ビームが光反
射装置により反射されて光伝搬部材内を２度通過するこ
とになるので、実質２倍の長さの光伝搬部材を用いたと
同様の効果が得られ、測定感度の向上を図ることができ
る。

【００２０】また、上記のように構成した請求項６に係
る発明においては、上記のように径方向の屈折率の変化
した媒体で満たされた光伝搬部材内に光ビーム入射手段
によって入射した光ビームは、内側又は外側のいずれか
の方向に曲げられて光伝搬部材の他端から透過する。こ
の透過した光ビームは、光伝搬部材の他端側に設けられ
た光ビーム屈折手段により屈折させられ、さらに光ビー
ム誘導手段により誘導され光特性検出手段に導かれ、光
特性検出手段により収束点位置，受光量の変化等光ビー
ム特性が測定され、その光特性測定結果に基づいて被検
査液の濃度が得られる。その結果、この請求項６に係る
発明によれば、濃度検出手段を分割して光伝搬部材の他
端側を光ビーム屈折手段及び光ファイバ等の光誘導手段
のみの簡単な構成としたことにより、変換部分をコンパ
クトな構成にすることができ、濃度検出装置の取り扱い
が容易になった。

【００２１】また、上記のように構成した請求項７に係
る発明においては、上記のように径方向の屈折率の変化
した媒体で満たされた光伝搬部材内に光ビーム入射手段
によって入射した光ビームは、内側又は外側のいずれか
の方向に曲げられて光伝搬部材の他端から透過する。こ
の透過した光ビームは、光伝搬部材の他端側に設けられ
た光ビーム位置検出装置により位置の変化が測定され、
その位置変化結果に基づいて被検査液の濃度が得られ
る。その結果、請求項７に係る発明によれば、光伝搬部
材の他端側を光ビーム位置検出装置のみの簡単な構成と
したことにより、変換部分全体をコンパクトな構成にす
ることができ、濃度検出装置の取り扱いが容易になっ
た。

【００２２】また、上記のように構成した請求項８に係
る発明においては、上記のように径方向の屈折率の変化
した媒体で満たされた光伝搬部材内に光ビーム入射手段
によって入射した光ビームは、内側又は外側のいずれか
の方向に曲げられて光伝搬部材の他端から透過する。こ
の透過した光ビームは、光伝搬部材の他端側に設けられ
た光ビーム屈折手段により屈折させられ、さらに光ビー
ム位置検出装置により光ビーム位置の変化が測定され、
その位置測定結果に基づいて被検査液の濃度が得られ
る。その結果、この請求項８に係る発明によれば、濃度
検出手段を分割して光伝搬部材の他端側を光ビーム屈折
手段及び光ビーム位置検出装置のみの簡単な構成とした
ことにより、変換部分をコンパクトな構成にすることが
でき、濃度検出装置の取り扱いが容易になった。

【００２３】

【実施例】以下本発明の一実施例について図面に基づい
て説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る濃度測
定装置を用いたグルコース水溶液の濃度を測定するため
の測定ブロック図である。この濃度測定装置は、被検査
液の濃度特性を光ビーム特性に変換する濃度・光特性変
換装置１０（以下、変換装置と記す）と、変換装置１０
に試験用のグルコース水溶液を供給する試験液供給部２
０と、変換装置１０に光ビームを入射させまた反射して
きた光ビームの特性を測定する光ビーム処理部３０とを
備えている。変換装置１０は、図２に示すように、円筒
形状のアクリル樹脂製で軸線方向を水平にした本体１１
を備えており、本体１１の周囲は輻射熱反射用アルミニ
ウム箔１４ａを介して断熱用の多孔質ポリエチレン容器
１４で被覆されている。本体１１は、円筒形の周壁部１
１ｃと、左右両端を閉止する左右両壁１１ａ，１１ｂと
を設けており、本体１１内は、左右両壁部の内側近傍に
設けられた左右隔壁１２ａ，１２ｂにより中間部Ｋ１と
左側部Ｋ２及び右側部Ｋ３とに区分けされている。

【００２４】中間部Ｋ１には、本体周壁及び両隔壁１２
ａ，１２ｂに密接して内部が中空の断熱用の多孔質ポリ
エチレン製被検査液流通部１３が設けられており、被検
査液流通部１３の右側底部にはポリエチレン容器１４，
本体１１及び被検査液流通部１３を貫通して、被検査液
を被検査液流通部１３に流入させる流入管１５ａが取り
付けられている。また、被検査液流通部１３の左側上部
には同様にして被検査液を被検査液流通部１３から流出
させる流出管１５ｂが取り付けられている。また、この
被検査液流通部１３の左右両側壁部１３ａ，１３ｂ及び
左右隔壁１２ａ，１２ｂの中心穴部を貫通して両端が開
放されたアルミニウム管製（内径1.1 mmφ×外径1.5 mm
φ×長さ60mm）の光伝搬部材１６が、流通部１３に同軸
的かつ液密的に取り付けられている。光伝搬部材１６の
左端部は、左隔壁１２ａの中心穴の周囲に本体左端に向
けて取り付られたフランジ部１２ａ１と、光伝搬部材１
６の軸線に対して垂直にフランジ部１２ａ１に一体的に
取り付けられた本発明の要部である反射鏡１７とにより
密封されている。また、光伝搬部材１６の右端部は、右
隔壁１２ｂの中心穴の周囲に本体右端に向けて取り付け
られたフランジ部１２ｂ１と、光伝搬部材１６の軸線に
対して垂直にフランジ部１２ｂ１に一体的に取り付けら
れた石英ガラス製の光透過用窓１８とにより密封されて
いる。そして、光伝搬部材１６の内部には、光ビームの
伝搬媒体であるフロン１１３液が、本体１１及びポリエ
チレン容器１４を貫通して左側のフランジ部１２ａ１に
取り付けられた注入管１２ａ２を通して注入され満たさ
れている。本体１１の右側部Ｋ３には、右側壁１１ｂ及
び多孔質ポリエチレン容器１４の中心穴を貫通して取り
付けられた入出力用光ファイバ１９が取り付けられてお
り、光ファイバ１９の先端には光ビームを絞るためのマ
イクロレンズ１９ａが取り付けられている。

【００２５】試験液供給部２０は、供給管Ｑ1 〜Ｑ5 に
より順次接続されたキャリア液（純水）を収容する容器
２１と、キャリア液を供給するポンプ２２と、供給管内
にグルコース液を注入する注入部２３と、供給管内を流
通する被検査液の温度を一定にさせる銅ブロック２４
と、切換弁２５を介して並列に設けられた２個の反応槽
Ｒａ，Ｒｂと、反応槽Ｒａ，Ｒｂの出口側に設けられて
変換装置１０の流入管への被検査液の流量を調節する開
閉弁２６ａ，２６ｂとを備えている。注入部２３は、図
３に示すように、４個の３方コック２３ａ〜２３ｄの開
閉を調節することにより、注入口２３ｅから所定量のグ
ルコース液をキャリア液に注入することが出来るように
なっている。図３においては、注入口２３ｅからグルコ
ース液を注入しようとする状態を示している。

【００２６】光ビーム処理部３０は、一端にて本体１１
の右側壁１１ｂ及び多孔質ポリエチレン容器１４の中心
穴を貫通して取り付けられた入出力用光ファイバ１９
と、入出力用光ファイバ１９の他端部に取り付けられた
光分岐結合器３１と、光分岐結合器３１の他端にそれぞ
れ光ファイバ３２ａ，３３ａを介して接続された光入力
用のレーザダイオード装置３２及び光出力の強度を測定
する光パワーメータ３３とを備えている。光分岐結合器
３１は、レーザダイオード装置３２からの光ビームを光
ファイバ１９を介して変換装置１０に入射させるととも
に、変換装置１０からの反射光を内部にて２本に分けて
その内の１本を選択して光ファイバ３３ａを介して光パ
ワーメータ３３に入力させて反射光出力の強度を測定す
る。この測定結果から、被検査液の濃度を得ることがで
きる。

【００２７】以上のように構成した本実施例の動作につ
いて説明する。まず、反応槽Ｒａを用いた場合を説明す
ると、ポンプ２２の駆動を開始させて容器２１内のキャ
リア液を２ｍｌ／分の割合で汲みだし、注入部２３から
被検査用のグルコース液を３ｍｌ注入する。注入された
被試験液は、銅ブロック２４を通って一定温度にされ、
更に反応槽Ｒａ内に供給されてグルコースオキシターゼ
と反応して発熱する。このように温度の上昇したグルコ
ース被検査液を変換装置１０の被検査液流通部１３内に
流入させる。

【００２８】一方、レーザダイオード装置３２も駆動状
態におかれ、光ビームが光伝搬部材１６内に入射され
る。入射光ビームは、光伝搬部材１６の管状体の外壁が
加熱されることにより、内側の屈折率が大きくなった媒
体内を通過することにより内側に曲げられて光伝搬部材
１６を透過し、左端部に設けられた反射鏡１７により反
射される。反射された光ビームは、再び光伝搬部材１６
を透過して、光分岐結合器３１を介して光パワーメータ
３３に達し、光ビーム強度が測定される。このときのグ
ルコース濃度と受光量の関係を図４に示す。図４の結果
から、グルコース濃度（ｍｇ／ｌ）と受光量（ｄＢ）は
良好な直線関係にあり、この結果を用いて、受光量（ｄ
Ｂ）から濃度の未知な被検査液のグルコース濃度（ｍｇ
／ｌ）を測定することができる。

【００２９】また、カタラーゼを吸着固定した反応槽Ｒ
ｂ内に、キャリア液を２ｍｌ／分の割合で流入させ、注
入部２３から被検査用の過酸化水素溶液を３ｍｌ注入さ
せたときの過酸化水素濃度と受光量の関係を図５に示
す。図５の結果から、過酸化水素濃度（ｐｐｍ）と受光
量（ｄＢ）は良好な直線関係にあり、この結果を用い
て、受光量（ｄＢ）から濃度の未知な被検査液の過酸化
水素濃度（ｐｐｍ）を測定することができる。上記した
ように、第１実施例においては変換装置１０の受光部分
を反射鏡のみにより構成し、光特性測定部分を光ファイ
バを介して分離したことにより変換部分の構成が簡易化
され、測定に際しての濃度測定装置の取り扱いが容易に
なった。また、第１実施例においては、光ビームが反射
鏡により反射されて光伝搬部材内を２度通過することに
なるので、実質２倍の長さの光伝搬部材を用いたと同様
の効果が得られ、測定感度の向上を図ることができる。

【００３０】つぎに、変換装置１０の受光側を光ビーム
位置検出装置により構成した第２実施例について図６，
図７により説明する。変換装置１０は、本体１１及び中
間部Ｋ１の構成は、上記第１実施例と同様である。左側
部Ｋ２は、光伝搬部材１６の左端部が、フランジ部１２
ａ１とこれに一体的に取り付けられた光透過性窓４１と
により密封されている。光透過性窓４１の左側の本体左
側壁１１ａには、本実施例の要部である半導体位置検出
装置４２が取り付けられている。この半導体位置検出装
置４２は、例えば公知のシリコン位置検出素子であって
増幅器、演算回路等の組み合わせにより光ビームの中心
位置からのズレを正確に検出することができる。ただ
し、半導体位置検出装置としては、シリコン位置検出素
子に限るものではなく、電荷結合素子（ＣＣＤ）等を用
いてもよい。右側部Ｋ３は、直接本体右側壁１１ｂにレ
ーザダイオード装置３２が取り付けられている。すなわ
ち、本実施例においては、光ビーム処理部３０は変換装
置１０本体に組み込まれた半導体位置検出装置４２及び
レーザダイオード装置３２によりコンパクトに構成され
ている。つぎに、試験液供給部２０は、図６に示すよう
に、反応槽Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されている部分を除
いて上記第１実施例と同様である。反応槽Ｒ１は、単体
が多孔質ポリエチレン（約３ｍｍφ）の表面にガンマア
ルミナ粉末を糊で塗布したもので、この単体にグルコー
スオキシターゼを吸着固定させたもの５０個が充填され
ている。反応槽Ｒ２も反応槽Ｒ１の単体が用いられ、こ
の単体にカタラーゼを吸着固定させたもの２０個が充填
されている。このように、反応槽Ｒ１，Ｒ２を直列に接
続させることにより、被検査液の触媒反応の効率が高め
られ濃度測定の感度が高められる。

【００３１】以上のように構成した本実施例の動作につ
いて説明する。まず、第１実施例と同様に、ポンプ２２
の駆動を開始させて容器２１内のキャリア液を２ｍｌ／
分の割合で汲みだし、注入部２３から被検査用のグルコ
ース液を１ｍｌ注入する。注入された被試験液は、銅ブ
ロック２４を通って一定温度にされ、更に反応槽Ｒ１内
に供給されてグルコースオキシターゼと反応して過酸化
水素を生成しこの反応により発熱する。つぎに、反応槽
Ｒ２内に供給されてカタラーゼと反応して過酸化水素が
分解し、この反応により発熱する。このように温度の上
昇した被検査液を変換装置１０の被検査液流通部１３に
流入させる。 一方、レーザダイオード装置３２も駆動
状態におかれ、光ビームが光伝搬部材内に入射される。
入射光ビームは、管状体の外壁が加熱されることによ
り、内側の屈折率が大きくなった媒体内を通過すること
により内側に曲げられて光伝搬部材を透過し、左側部に
設けられた半導体位置検出装置４２により光ビームの位
置変化が検出される。

【００３２】このときのグルコース濃度と光ビームスポ
ット変化量の関係を図８に示す。図８の結果から、グル
コース濃度（ｍｇ／ｄｌ）と光ビームスポット変化量
（μｍ）は、直線関係にある。すなわち、光ビームスポ
ット変化量（μｍ）からグルコース濃度（ｍｇ／ｌ）を
測定することができる。上記したように、第２実施例に
おいては変換装置１０の受光部分を半導体位置検出装置
のみにより構成したことにより本体部分の構成が簡易化
され、測定に際して濃度測定装置の取り扱いが容易にな
った。なお、上記第２実施例においては、試験液供給部
２０は反応槽Ｒ１，Ｒ２を直列に接続した構成としてい
るが、上記第１実施例に示すように、２個の反応槽Ｒ
ａ，Ｒｂを並列に接続した構成としてもよい。

【００３３】つぎに、上記各実施例における変換装置の
受光部の変形例１〜４を図９〜図１２により説明する。
変形例１は、図９に示すように、変換装置５０の左側部
Ｋ２の光透過窓の近接位置に直角プリズム５１を、その
一の直角面を光伝搬部材の軸線に直角になるように配設
させ、他の直角面に対向して変換装置の周壁に光ファイ
バ５２を設けるようにした。そして、変換装置１０の右
側部Ｋ３の本体右側壁に取り付けられたレーザダイオー
ド装置５４から入射された光ビームの透過光を直角プリ
ズム５１により９０°に屈折させて光ファイバ５２に導
き、この光ファイバ５２の他端部に取り付けられた光検
出装置５３により光特性を検出し、その結果から被検査
液の濃度を測定することが出来る。その結果、上記変換
装置５０においては、その受光部分（左側部）を直角プ
リズム及び光ファイバのみにより構成したことにより変
換装置１０をコンパクトにすることができ、濃度測定装
置の取り扱いも容易になった。

【００３４】変形例２は、図１０に示すように、変換装
置６０の左側部Ｋ２の光透過窓の近接位置に直角プリズ
ム６１をその斜面６１ａを光伝搬部材の軸線に直角にな
るようにかつ斜面の半分が光透過窓に対向するように配
設する。また、直角プリズム６１の斜面６１ａを残りの
半分が対向する変換装置６０の中間部分Ｋ１に光伝搬部
材の軸線に平行に光ビーム通過路６２を貫通して設け、
光ビーム通過路６２の出口側に光検出装置６３を設ける
ようにした。そして、変換装置６０の右側部Ｋ３の本体
右側壁に取り付けられたレーザダイオード装置６４から
入射された光ビームの透過光を直角プリズム６１により
１８０°屈折させて光ビーム通過路６２に導き、光ビー
ム通過路６２を通過した光ビームの特性を光検出装置に
より検出し、その結果から被検査液の濃度を測定するこ
とが出来る。その結果、上記変換装置６０においては、
変換装置の受光部分（左側部）を直角プリズムのみによ
り構成し、光ビーム通過路を中間部分Ｋ１に設けたこと
により変換装置６０をコンパクトにすることができ、濃
度測定装置の取り扱いも容易になった。

【００３５】変形例３は、図１１に示すように、変換装
置７０の左側部Ｋ２の光透過窓の近接位置に反射鏡７１
をその反射面が光伝搬部材の軸線に対し４５°になるよ
うに配設する。そして、反射鏡７１に対し４５°になる
ように変換装置周壁に光ファイバ７２を設けるようにし
た。そして、変換装置７０の右側部Ｋ３の本体右側壁に
取り付けられた光ファイバ７４を通して入射された光ビ
ームの透過光を反射鏡７１により９０°に屈折させて光
ファイバ７２に導き、この光ファイバ７２の他端部に取
り付けられた光検出装置７３により光特性を検出し、そ
の結果から被検査液の濃度を測定することが出来る。上
記変換装置７０においては、その受光部分（左側部）を
反射鏡及び光ファイバのみにより構成したことにより変
換装置をコンパクトにすることができ、濃度測定装置の
取り扱いも容易になった。

【００３６】変形例４は、図１２に示すように、変換装
置８０の左側部Ｋ２の光透過窓の近接位置に反射鏡８１
を光伝搬部材の軸線に対し４５°になるように配設す
る。そして、反射鏡８１に対し４５°になるように本体
周壁に半導体位置検出装置８２を取り付けた。そして、
変換装置８０の右側部Ｋ３の本体右側壁に取り付けられ
たレーザダイオード装置８４から入射された光ビームの
透過光を反射鏡８１により９０°屈折させて半導体位置
検出装置８２に導き、光ビームの特性を光検出装置によ
り検出し、その結果から被検査液の濃度を測定すること
が出来る。上記変換装置８０においては、受光部分（左
側部）を反射鏡及び半導体位置検出装置とにより構成し
たので変換装置１０をコンパクトにすることができ、濃
度測定装置の取り扱いも容易になった。

【００３７】なお、上記各実施例及び変形例において
は、変換装置として光伝搬部材全体を被検査液流通装置
で囲んだ形式の装置について説明しているが、光伝搬部
材の一部を被検査液流通装置で囲んだ形式の変換装置を
用いてもよい。また、上記各実施例及び変形例において
は、光源としてレーザダイオード装置を用いているが、
代わりに発光ダイオード装置を用いてもよい。

【００３８】なお、上記各実施例及び変形例において
は、被検査液流通部１３を流通する被検査液の温度変化
により、光伝搬部材内に保持した媒体（フロン１１３）
の径方向の屈折率分布を変化させ、この媒体中に光ビー
ムを入射させて同光ビームの光軸を変化させ、その変化
を光パワーメータ等により検出して、被検査液の濃度を
測定する形式の濃度測定装置に対して本発明を適用した
例について説明している。これに対し、光伝搬部材の管
状体の内壁又は管状体自体を触媒で構成し、光伝搬部材
内に被検査液を流通させ、触媒との反応による被検査液
の温度分布に基づく屈折率分布の変化により媒体中に入
射した光ビームの進行方向を変化させ、その変化を光パ
ワーメータ等により検出して、被検査液の濃度を測定す
る第２の形式の濃度測定装置に対して本発明を適用して
もよい。以下、第２の形式の濃度測定装置に対して本発
明を適用した第３実施例について図１３により説明す
る。

【００３９】変換装置１００の構成は、図１３に示すよ
うに、円筒形状のアクリル樹脂製で軸線方向を水平にし
た本体１０１を備えており、本体１０１の周囲は輻射熱
反射用アルミニウム箔１０４ａを介して断熱用の多孔質
ポリエチレン容器１０４で被覆されている。本体１０１
は、円筒形の周壁部１０１ｃと、左右両端を閉止する左
右両壁１０１ａ，１０１ｂとを設けており、本体１０１
内は、左右両壁部の内側近傍に設けられた左右隔壁１０
２ａ，１０２ｂにより中間部Ｋ１と左側部Ｋ２及び右側
部Ｋ３とに区分けされている。中間部Ｋ１には、本体周
壁に密接して多孔質ポリエチレン製断熱部１０３（以
下、断熱部と記す）が設けられている。断熱部１０３及
び左右隔壁１０２ａ，１０２ｂの中心部を貫通して両端
が開放されたアルミニウム管製の光伝搬部材１０６が液
密的に取り付けられている。光伝搬部材１０６の内壁に
は触媒（グルコースオキシダーゼ）が固定されており、
内壁で触媒反応をさせるようになっている。

【００４０】本体１０１の左側部Ｋ２においては、光伝
搬部材１０６の左端部が、左隔壁１０２ａの中心穴の周
囲に本体左側部Ｋ２に向けて取り付られたフランジ部１
０２ａ１と、光伝搬部材１０６の軸線に対して垂直にフ
ランジ部１０２ａ１に一体的に取り付けられた本発明の
要部である反射鏡１０７とにより密封されている。本体
１０１の右側部Ｋ３においては、光伝搬部材１０６の右
端部が、右隔壁１０２ｂの中心穴の周囲に本体右側部Ｋ
３に向けて取り付けられたフランジ部１０２ｂ１と、光
伝搬部材１０６の軸線に対して垂直にフランジ部１０２
ｂ１に一体的に取り付けられた石英ガラス製の光透過用
窓１０８とにより密封されている。そして、光伝搬部材
１０６の内部には、本体１０１及び被検査液流通部１０
２を貫通して右側のフランジ部１０２ｂ１に取り付けら
れた流入管１０２ｂ２を通して被検査液が注入され、本
体１０１及び被検査液流通部１０２を貫通して左側のフ
ランジ部１０２ａ１に取り付けられた流出管１０２ａ２
を通して外部に取り出されるようになっており、光伝搬
部材内部は常に被検査液で満たされている。また、本体
１０１の右側部Ｋ３には、右側壁１０１ｂ及びポリエチ
レン容器１０４に中心穴を貫通して取り付けられた入出
力用光ファイバ１０９が取り付けられており、光ファイ
バ１０９の先端にはマイクロレンズ１０９ａが取り付け
られている。光ファイバ１０９の他端には、光発生装置
（図示しない）及び光検出装置（図示しない）が設けら
れている。

【００４１】次に、上記のように構成した第３実施例の
動作について説明する。流入管１０２ｂ２を通して被検
査液（グルコース）が光伝搬部材１０６の内部に供給さ
れると、光伝搬部材１０６の内壁の触媒と反応して発熱
する。このとき、被検査液の径方向の屈折率分布は、光
伝搬部材の中心側より内壁側のほうが大きくなる。そし
て、光ファイバ１０９を通して光発生装置からの光ビー
ムが光伝搬部材１０６内に入射されると、被検査液の屈
折率分布により外側に曲げられて光伝搬部材１０６の他
端側から透過する。この透過光は、反射鏡１０７により
反射されて再び光伝搬部材１０６内を透過し、光ファイ
バ１０９を通して光検出装置により光ビーム強度等の光
特性が測定され、測定結果から被検査液の濃度が検出さ
れる。

【００４２】上記したように、第２の形式の濃度測定装
置においても、第１の形式の濃度測定装置と同様に被検
査液の濃度を測定することが出来ると共に、上記第１実
施例において得られた変換部分の構成の簡易化による濃
度測定装置の取り扱いの容易化及び反射鏡を用いたこと
による測定感度の改善の効果が同様に得られる。

【００４３】また、第２の形式の濃度測定装置におい
て、その変換部分を上記第２実施例及び第１〜第４変形
例に示したように変更することにより、上記第２実施例
及び各変形例において得られた効果と同様の効果を得る
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る濃度測定装置を用い
た濃度検出システムの概略構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例に係る変換装置の概略断面
図である。

【図３】図１の注入部の詳細を示す正面図である。

【図４】図１の濃度検出システムを用い、グルコースオ
キシダーゼを触媒としてグルコース水溶液の濃度を測定
した測定結果を示す特性図である。

【図５】図１の濃度検出システムを用い、カタラーゼを
触媒として過酸化水素溶液の濃度を測定した測定結果を
示す特性図である。

【図６】本発明の第２実施例に係る変換装置の概略断面
図である。

【図７】本発明の第２実施例に係る濃度測定装置を用い
た濃度検出システムの概略構成を示すブロック図であ
る。

【図８】図７の濃度検出システムを用い、グルコースオ
キシダーゼ及びカタラーゼを触媒としてグルコース水溶
液の濃度を測定した測定結果を示す特性図である。

【図９】本発明の第１変形例に係る変換装置の概略断面
図である。

【図１０】本発明の第２変形例に係る変換装置の概略断
面図である。

【図１１】本発明の第３変形例に係る変換装置の概略断
面図である。

【図１２】本発明の第４変形例に係る変換装置の概略断
面図である。

【図１３】本発明の第３実施例に係る変換装置の概略断
面図である。

【符号の説明】

１０；変換装置、１１；本体、１３；被検査液流通容
器、１５ａ；流入口、１５ｂ；流出口、１６；光伝搬部
材、１７；反射鏡、１８；光透過窓、３２，５４，６
４；レーザダイオード装置、３３；光強度メータ、４
２，８２；半導体位置検出装置、５１，６１；プリズ
ム、７１，８１；反射鏡、６２，８２；光ファイバ、Ｒ
ａ，Ｒｂ，Ｒ１，Ｒ２；反応槽。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水嶋 康之 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 岡田 光史 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 竹村 朱 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状又は箱状体であって内部に被検査液
   を流通させるために同筒状又は箱状体の表面に流入口及
   び流出口を設けた被検査液流通容器と、細長い管状体で
   あって前記被検査液流通容器に少なくともその一部が被
   覆された状態で支持されると共に同管状体の両端が透光
   性の平板部分を有する窓部材により封止され、かつ同管
   状体の内部が外部の温度変化に応じて径方向の屈折率分
   布が変化する媒体によって定常的に満たされた光伝搬部
   材と、同光伝搬部材の外周部に若しくは同光伝搬部材の
   外周部と前記被検査液流通容器の器壁間に又は同被検査
   液流通容器の外部に設けられ前記被検査液に含まれる反
   応物の反応を促進させる触媒と、前記光伝搬部材の一端
   側に設けられ光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光
   ビーム入射手段と、前記光伝搬部材の他端側から透過し
   た光ビームの特性を検出することにより前記被検査液の
   濃度を測定する濃度測定手段とを備えた濃度測定装置に
   おいて、前記濃度測定手段を、 前記光伝搬部材の他端側にて同光伝搬部材の軸線方向に
   垂直に設けられた光反射装置と、 前記光伝搬部材の一端側に設けられて前記光反射装置に
   より反射され同光伝搬部材を透過した光ビームの特性を
   検出する光特性検出手段とにより構成したことを特徴と
   する濃度測定装置。
2. 【請求項２】 筒状又は箱状体であって内部に被検査液
   を流通させるために同筒状又は箱状体の表面に流入口及
   び流出口を設けた被検査液流通容器と、細長い管状体で
   あって前記被検査液流通容器に少なくともその一部が被
   覆された状態で支持されると共に同管状体の両端が透光
   性の平板部分を有する窓部材により封止され、かつ同管
   状体の内部が外部の温度変化に応じて径方向の屈折率分
   布が変化する媒体によって定常的に満たされた光伝搬部
   材と、同光伝搬部材の外周部に若しくは同光伝搬部材の
   外周部と前記被検査液流通容器の器壁間に又は同被検査
   液流通容器の外部に設けられ前記被検査液に含まれる反
   応物の反応を促進させる触媒と、前記光伝搬部材の一端
   側に設けられ光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光
   ビーム入射手段と、前記光伝搬部材の他端側から透過し
   た光ビームの特性を検出することにより前記被検査液の
   濃度を測定する濃度測定手段とを備えた濃度測定装置に
   おいて、前記濃度測定手段を、 前記光伝搬部材の他端側に設けられて同光伝搬部材から
   透過した光ビームを屈折させる光ビーム屈折手段と、 同屈折された光ビームを誘導する光ビーム誘導手段と、 同光ビーム誘導手段により導かれた光ビームの特性を検
   出する光特性検出手段とにより構成したことを特徴とす
   る濃度測定装置。
3. 【請求項３】 筒状又は箱状体であって内部に被検査液
   を流通させるために同筒状又は箱状体の表面に流入口及
   び流出口を設けた被検査液流通容器と、細長い管状体で
   あって前記被検査液流通容器に少なくともその一部が被
   覆された状態で支持されると共に同管状体の両端が透光
   性の平板部分を有する窓部材により封止され、かつ同管
   状体の内部が外部の温度変化に応じて径方向の屈折率分
   布が変化する媒体によって定常的に満たされた光伝搬部
   材と、同光伝搬部材の外周部に若しくは同光伝搬部材の
   外周部と前記被検査液流通容器の器壁間に又は同被検査
   液流通容器の外部に設けられ前記被検査液に含まれる反
   応物の反応を促進させる触媒と、前記光伝搬部材の一端
   側に設けられ光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光
   ビーム入射手段と、前記光伝搬部材の他端側から透過し
   た光ビームの特性を検出することにより前記被検査液の
   濃度を測定する濃度測定手段とを備えた濃度測定装置に
   おいて、前記濃度測定手段を、 前記光伝搬部材の他端側に設けた光ビーム位置検出装置
   により構成したことを特徴とする濃度測定装置。
4. 【請求項４】 筒状又は箱状体であって内部に被検査液
   を流通させるために同筒状又は箱状体の表面に流入口及
   び流出口を設けた被検査液流通容器と、細長い管状体で
   あって前記被検査液流通容器に少なくともその一部が被
   覆された状態で支持されると共に同管状体の両端が透光
   性の平板部分を有する窓部材により封止され、かつ同管
   状体の内部が外部の温度変化に応じて径方向の屈折率分
   布が変化する媒体によって定常的に満たされた光伝搬部
   材と、同光伝搬部材の外周部に若しくは同光伝搬部材の
   外周部と前記被検査液流通容器の器壁間に又は同被検査
   液流通容器の外部に設けられ前記被検査液に含まれる反
   応物の反応を促進させる触媒と、前記光伝搬部材の一端
   側に設けられ光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光
   ビーム入射手段と、前記光伝搬部材の他端側から透過し
   た光ビームの特性を検出することにより前記被検査液の
   濃度を測定する濃度測定手段とを備えた濃度測定装置に
   おいて、前記濃度測定手段を、 前記光伝搬部材の他端側に設けられて同光伝搬部材から
   透過した光ビームを屈折させる光ビーム屈折手段と、 前記光伝搬部材の他端側であって前記屈折された光ビー
   ムの進行位置に設けられた光ビーム位置検出装置とによ
   り構成したことを特徴とする濃度測定装置。
5. 【請求項５】 細長い管状体であって支持体に少なくと
   もその一部が被覆された状態で支持され、同管状体の全
   体又は少なくともその内壁面が触媒により構成されると
   共に同管状体の両端が透光性の平板部分を有する窓部材
   により封止され、かつ同管状体内部に被検査液を流通さ
   せるために同管状体の両端近傍の表面に流入口及び流出
   口を設けた光伝搬部材と、同光伝搬部材の一端側に設け
   られ光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光ビーム入
   射手段と、前記光伝搬部材の他端側から透過した光ビー
   ムの特性を検出することにより前記被検査液の濃度を測
   定する濃度測定手段とを備えた濃度測定装置において、
   前記濃度測定手段を、 前記光伝搬部材の他端側にて同光伝搬部材の軸線方向に
   垂直に設けられた光反射装置と、 前記光伝搬部材の一端側に設けられて前記光反射装置か
   ら反射され同光伝搬部材を透過した光ビームの特性を検
   出する光特性検出手段とにより構成したことを特徴とす
   る濃度測定装置。
6. 【請求項６】 細長い管状体であって支持体に少なくと
   もその一部が被覆された状態で支持され、同管状体の全
   体又は少なくともその内壁面が触媒により構成されると
   共に同管状体の両端が透光性の平板部分を有する窓部材
   により封止され、かつ同管状体内部に被検査液を流通さ
   せるために同管状体の両端近傍の表面に流入口及び流出
   口を設けた光伝搬部材と、前記光伝搬部材の一端側に設
   けられ、光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光ビー
   ム入射手段と、前記光伝搬部材の他端側から透過した光
   ビームの特性を検出することにより、前記被検査液の濃
   度を測定する濃度測定手段とを備えた濃度測定装置にお
   いて、前記濃度測定手段を、 前記光伝搬部材の他端側に設けられて同光伝搬部材から
   透過した光ビームを屈折させる光ビーム屈折手段と、 同屈折された光ビームを誘導する光ビーム誘導手段と、 同光ビーム誘導手段により導かれた光ビームの特性を検
   出する光特性検出手段とにより構成したことを特徴とす
   る濃度測定装置。
7. 【請求項７】 細長い管状体であって支持体に少なくと
   もその一部が被覆された状態で支持され、同管状体の全
   体又は少なくともその内壁面が触媒により構成されると
   共に同管状体の両端が透光性の平板部分を有する窓部材
   により封止され、かつ同管状体内部に被検査液を流通さ
   せるために同管状体の両端近傍の表面に流入口及び流出
   口を設けた光伝搬部材と、前記光伝搬部材の一端側に設
   けられ、光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光ビー
   ム入射手段と、前記光伝搬部材の他端側から透過した光
   ビームの特性を検出することにより、前記被検査液の濃
   度を測定する濃度測定手段とを備えた濃度測定装置にお
   いて、前記濃度測定手段を、 前記光伝搬部材の他端側に設けられた光ビーム位置検出
   装置により構成したことを特徴とする濃度測定装置。
8. 【請求項８】 細長い管状体であって支持体に少なくと
   もその一部が被覆された状態で支持され、同管状体の全
   体又は少なくともその内壁面が触媒により構成されると
   共に同管状体の両端が透光性の平板部分を有する窓部材
   により封止され、かつ同管状体内部に被検査液を流通さ
   せるために同管状体の両端近傍の表面に流入口及び流出
   口を設けた光伝搬部材と、前記光伝搬部材の一端側に設
   けられ、光ビームを同光伝搬部材内に入射させる光ビー
   ム入射手段と、前記光伝搬部材の他端側から透過した光
   ビームの特性を検出することにより、前記被検査液の濃
   度を測定する濃度測定手段とを備えた濃度測定装置にお
   いて、前記濃度測定手段を、 前記光伝搬部材の他端側に設けられて同光伝搬部材から
   透過した光ビームを屈折させる光ビーム屈折手段と、 前記光伝搬部材の他端側であって前記屈折された光ビー
   ムの進行位置に設けられた光ビーム位置検出装置とによ
   り構成したことを特徴とする濃度測定装置。