JPH07111402B2 - 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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- JPH07111402B2 JPH07111402B2 JP3086930A JP8693091A JPH07111402B2 JP H07111402 B2 JPH07111402 B2 JP H07111402B2 JP 3086930 A JP3086930 A JP 3086930A JP 8693091 A JP8693091 A JP 8693091A JP H07111402 B2 JPH07111402 B2 JP H07111402B2
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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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-
- G—PHYSICS
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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。
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。
【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26、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26、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（Newport 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。
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（Newport 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 (DU
RO 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26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。
−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 (DU
RO 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26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. (ＩＲＴ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。
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. (ＩＲＴ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。
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26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26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。
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１０〜３０kH
z.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。
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１０〜３０kH
z.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。
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 1
00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20，22，50，68，70，80，82，92，94，100
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。
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 1
00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20，22，50，68，70，80，82，92，94，100
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 (Hewlett-Packard Co
mpany, Palo 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。
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 (Hewlett-Packard Co
mpany, Palo 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。
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, Allied Signal Corpo
ration製）によって構成される。
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, Allied Signal Corpo
ration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。
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／２
ｍ）となる。このことは、センサ層24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。
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／２
ｍ）となる。このことは、センサ層24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20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8
8，90，96及び98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。
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20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8
8，90，96及び98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 Instrumentation Ltd., Burlington, Ont
ario, Canada) から入手可能なファイバカプラ、 No. 9
04P-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(interferecons
tructively) 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 ，Ｉ
2 ，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 (Δφ
T ) 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9
2，94，100 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３４１，００
９号、１９８９年４月２０出願、"Stable Passive Read
-out For Fiber-Optic Interferometer"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 Instrumentation Ltd., Burlington, Ont
ario, Canada) から入手可能なファイバカプラ、 No. 9
04P-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(interferecons
tructively) 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 ，Ｉ
2 ，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 (Δφ
T ) 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9
2，94，100 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３４１，００
９号、１９８９年４月２０出願、"Stable Passive Read
-out For Fiber-Optic Interferometer"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 136、帰
還抵抗 138、総和抵抗 140及び 142からなる総和アンプ
134; この総和アンプ 134によって出力された量の平方
根を求める回路 144; 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。
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 136、帰
還抵抗 138、総和抵抗 140及び 142からなる総和アンプ
134; この総和アンプ 134によって出力された量の平方
根を求める回路 144; 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 1
16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 1
30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 Devices, Inc., Noewood,
Massachusetts) から入手可能な No. AD532である。
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 1
16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 1
30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 Devices, Inc., Noewood,
Massachusetts) から入手可能な No. AD532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130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 −Ｉ
1 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 ) ＝２ｓｉｎΔφT ・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 131及び 1
34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。
及び 128、及び、プロダクト接続器130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 −Ｉ
1 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 ) ＝２ｓｉｎΔφT ・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 131及び 1
34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 144の機能
は、アナログディバイス社のＩＣ AD532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 Research, 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、０．０００１
Hz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。
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 144の機能
は、アナログディバイス社のＩＣ AD532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 Research, 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、０．０００１
Hz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10
の再使用のために、光学ファイバ20は、センサ層24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。
の再使用のために、光学ファイバ20は、センサ層24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、３×１０
-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10の使用
を可能にする。
-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10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、24…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84〜86…光学入力、48，
54〜56，64〜66，76〜78，88〜90及び96〜98…光学出
力。
ッタ、20及び22…参照光学ファイバ、24…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84〜86…光学入力、48，
54〜56，64〜66，76〜78，88〜90及び96〜98…光学出
力。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・ビー・チャング アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92680、タスティン、リビングストン 14212 (72)発明者 パトリック・シー・ブラウンリッグ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90805、ロング・ビーチ、アトランティッ ク・ナンバーエヌ242 6481
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 JPH04225143A (ja) | 1992-08-14 |
| JPH07111402B2 true 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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| US5337376A (en) * | 1993-04-19 | 1994-08-09 | Hughes Aircraft Company | Chemically sensitive fiber optic cable |
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| US5991033A (en) * | 1996-09-20 | 1999-11-23 | Sparta, Inc. | Interferometer with air turbulence compensation |
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| US6311557B1 (en) * | 1999-09-24 | 2001-11-06 | Ut-Battelle, Llc | Magnetically tunable resonance frequency beam utilizing a stress-sensitive film |
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| 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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| US4678905A (en) * | 1984-05-18 | 1987-07-07 | Luxtron Corporation | Optical sensors for detecting physical parameters utilizing vibrating piezoelectric elements |
| US4678904A (en) * | 1984-07-06 | 1987-07-07 | Technology Dynamics, Inc. | Optical measuring device using a spectral modulation sensor having an optically resonant structure |
| US4703287A (en) * | 1985-08-22 | 1987-10-27 | United Technologies Corporation | Phase modulator for fiber-optic sensors |
| US4818064A (en) * | 1987-09-24 | 1989-04-04 | Board Of Trustees Stanford Junior University | Sensor array and method of selective interferometric sensing by use of coherence synthesis |
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-
1990
- 1990-04-20 US US07/511,666 patent/US5004914A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
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- 1991-04-16 EP EP19910303345 patent/EP0453228A3/en not_active Withdrawn
- 1991-04-18 NO NO91911529A patent/NO911529L/no unknown
- 1991-04-18 JP JP3086930A patent/JPH07111402B2/ja not_active Ceased
- 1991-04-19 KR KR1019910006301A patent/KR940008084B1/ko active IP Right Grant
- 1991-04-19 FI FI911927A patent/FI911927A/fi unknown
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| JPH04225143A (ja) | 1992-08-14 |
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| US5004914A (en) | 1991-04-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A045 | Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment] |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045 Effective date: 20060822 |