JPH0772082A - 化学的感知光ファイバケーブル - Google Patents
化学的感知光ファイバケーブルInfo
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- JPH0772082A JPH0772082A JP6080516A JP8051694A JPH0772082A JP H0772082 A JPH0772082 A JP H0772082A JP 6080516 A JP6080516 A JP 6080516A JP 8051694 A JP8051694 A JP 8051694A JP H0772082 A JPH0772082 A JP H0772082A
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- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
- G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/14—Mode converters
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4439—Auxiliary devices
- G02B6/4457—Bobbins; Reels
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、監視流体を含む環境中のイオン、
原子、分子等の濃度変化を検出する頑丈な構造の化学的
感知センサを提供することを目的とする。 【構成】 光源24と、光検出手段28と、プロ−ブ16と、
光ファイバケーブル18とを具備し、その光ファイバケー
ブル18の第１の光ファイバ20は光源24とプロ−ブ16との
間に接続されるコアのみのファイバで構成され、第２の
光ファイバ26はコア、クラディング層、化学的感知被覆
を具備し、光検出手段28とプロ−ブとの間に接続され、
プロ−ブ16は、コアのみのファイバ部分を囲みこのファ
イバの屈折率よりも高い屈折率を有し、第２の光ファイ
バの複数の巻回を外部表面で支持するクラッド部材36
と、クラッド部材36を機械的に保護し、流体が第２の光
ファイバの被覆と化学的に反応するため侵入することを
許容する多孔性または浸透性の保護コンテナ42とを具備
していることを特徴とする。
原子、分子等の濃度変化を検出する頑丈な構造の化学的
感知センサを提供することを目的とする。 【構成】 光源24と、光検出手段28と、プロ−ブ16と、
光ファイバケーブル18とを具備し、その光ファイバケー
ブル18の第１の光ファイバ20は光源24とプロ−ブ16との
間に接続されるコアのみのファイバで構成され、第２の
光ファイバ26はコア、クラディング層、化学的感知被覆
を具備し、光検出手段28とプロ−ブとの間に接続され、
プロ−ブ16は、コアのみのファイバ部分を囲みこのファ
イバの屈折率よりも高い屈折率を有し、第２の光ファイ
バの複数の巻回を外部表面で支持するクラッド部材36
と、クラッド部材36を機械的に保護し、流体が第２の光
ファイバの被覆と化学的に反応するため侵入することを
許容する多孔性または浸透性の保護コンテナ42とを具備
していることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセンサ、特に環境上の汚
染物質を監視するのに有効な化学的センサに関する。
染物質を監視するのに有効な化学的センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】欧州特許第381612号明細書は酸素感知分
子の多孔性ガラスへの結合とシリコーン樹脂によるガラ
ス被覆について記載している。プロ−ブは酸素濃度の測
定に使用される。この特許明細書はｐＨの測定にも使用
される可能性があることを説明している。しかしながら
本発明を行う過程中に完了した作業によりこの文献で説
明されたような被覆（シリコーン）はこのｐＨ感知応用
に対して水およびイオンに十分に浸透性がないことが示
された。シリコーンは酸素に対しては高い浸透性を有す
るが水または水素イオンに対してはない。
子の多孔性ガラスへの結合とシリコーン樹脂によるガラ
ス被覆について記載している。プロ−ブは酸素濃度の測
定に使用される。この特許明細書はｐＨの測定にも使用
される可能性があることを説明している。しかしながら
本発明を行う過程中に完了した作業によりこの文献で説
明されたような被覆（シリコーン）はこのｐＨ感知応用
に対して水およびイオンに十分に浸透性がないことが示
された。シリコーンは酸素に対しては高い浸透性を有す
るが水または水素イオンに対してはない。
【０００３】ガラスバウンドｐＨ指示薬は文献（“Reus
able glass-bound pH indicators”、Analytical Chemi
stry、Vol.47(2) 、1975年）に説明されている。しかし
ながら、これらの指示薬が光ファイバ装置で使用される
ことの開示または示唆はない。
able glass-bound pH indicators”、Analytical Chemi
stry、Vol.47(2) 、1975年）に説明されている。しかし
ながら、これらの指示薬が光ファイバ装置で使用される
ことの開示または示唆はない。
【０００４】ポリマーの酸塩基指示薬は文献（“Synthe
sis of some polymeric dyes”、Isr. J. Chem、1971
年、９（２））に記載されている。これらは光学的被覆
については記載していない。
sis of some polymeric dyes”、Isr. J. Chem、1971
年、９（２））に記載されている。これらは光学的被覆
については記載していない。
【０００５】環境上の監視用の光ファイバの化学的およ
び生化学のセンサの概論は文献（“Fibre Optic Chemic
al and Biochemical Sensors for Environmental Monit
oring ”、Optoelectronics Environmental Science 、
Plenum Press、ニューヨーク、1989年）に記載されてい
る。
び生化学のセンサの概論は文献（“Fibre Optic Chemic
al and Biochemical Sensors for Environmental Monit
oring ”、Optoelectronics Environmental Science 、
Plenum Press、ニューヨーク、1989年）に記載されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では頑丈な構
造が要求される応用のための装置のパッケージについて
は知られていない。従って、本発明の目的は、環境上の
監視のための化学的感知センサを提供することである。
造が要求される応用のための装置のパッケージについて
は知られていない。従って、本発明の目的は、環境上の
監視のための化学的感知センサを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によって化学的感
知センサがイオンまたは分子の濃度の変化を検出するた
めに提供されている。本発明のセンサは、（ａ）光源を
含む光源部分と、（ｂ）光検出手段を含む光検出器部分
と、（ｃ）少なくとも１つのプロ−ブ部分と、（ｄ）光
ファイバケーブル部分とを具備している。光ファイバ部
分は２つの光ファイバを具備し、第１の光ファイバは光
検出手段とプロ−ブ部分との間に接続されているコアの
みのファイバを有し、第２の光ファイバはコアとクラデ
ィング層とを具備する。第２の光ファイバは化学的感知
被覆を有し、光源とプロ−ブ部分との間に接続されてい
る。さらに第２の光ファイバはプロ−ブ部分のクラッド
部材に巻かれている。各プロ−ブ部分はコアのみのファ
イバ部分を包囲するクラッド部材を有する。このクラッ
ド部材はコアのみのファイバの屈折率よりも高い屈折率
を有する。このクラッド部材はその外部表面上に被覆さ
れた第２の光ファイバの複数の巻線を支持する。各プロ
−ブ部分はまた多孔性のコンテナを具備し、このコンテ
ナはクラッド部材を機械的に保護し、流体が第２のファ
イバの被覆と化学的に反応するため侵入を許容するよう
にクラッド部材を包囲する。
知センサがイオンまたは分子の濃度の変化を検出するた
めに提供されている。本発明のセンサは、（ａ）光源を
含む光源部分と、（ｂ）光検出手段を含む光検出器部分
と、（ｃ）少なくとも１つのプロ−ブ部分と、（ｄ）光
ファイバケーブル部分とを具備している。光ファイバ部
分は２つの光ファイバを具備し、第１の光ファイバは光
検出手段とプロ−ブ部分との間に接続されているコアの
みのファイバを有し、第２の光ファイバはコアとクラデ
ィング層とを具備する。第２の光ファイバは化学的感知
被覆を有し、光源とプロ−ブ部分との間に接続されてい
る。さらに第２の光ファイバはプロ−ブ部分のクラッド
部材に巻かれている。各プロ−ブ部分はコアのみのファ
イバ部分を包囲するクラッド部材を有する。このクラッ
ド部材はコアのみのファイバの屈折率よりも高い屈折率
を有する。このクラッド部材はその外部表面上に被覆さ
れた第２の光ファイバの複数の巻線を支持する。各プロ
−ブ部分はまた多孔性のコンテナを具備し、このコンテ
ナはクラッド部材を機械的に保護し、流体が第２のファ
イバの被覆と化学的に反応するため侵入を許容するよう
にクラッド部材を包囲する。
【０００８】本発明によると、監視される流体を含む環
境中の分子またはイオンの濃度における変化を検出する
方法が、（ａ）化学的感知センサを使用し、（ｂ）環境
にセンサのプロ−ブ部分を露出し、環境中の流体を化学
的に第２のファイバ上の被覆と反応させ、（ｃ）クラッ
ド部材を通ってセンサの第２のファイバに導かれる光源
を提供するため光源をオンに切替え、（ｄ）信号を生成
するために第２のファイバにより光検出手段に伝送され
る光を測定し、（ｅ）信号から流体の分子または原子ま
たはイオンの濃度の変化を決定する段階を含む。
境中の分子またはイオンの濃度における変化を検出する
方法が、（ａ）化学的感知センサを使用し、（ｂ）環境
にセンサのプロ−ブ部分を露出し、環境中の流体を化学
的に第２のファイバ上の被覆と反応させ、（ｃ）クラッ
ド部材を通ってセンサの第２のファイバに導かれる光源
を提供するため光源をオンに切替え、（ｄ）信号を生成
するために第２のファイバにより光検出手段に伝送され
る光を測定し、（ｅ）信号から流体の分子または原子ま
たはイオンの濃度の変化を決定する段階を含む。
【０００９】第２の光ファイバの被覆材料には周囲の環
境の化学種（分子またはイオン）の濃度が変化するとき
色または吸収を変化する能力が与えられている。被覆は
一度濃度が本来の値に戻ると再度本来の色または吸収に
戻る。色または吸収の変化は光検出手段に接続されてい
る第２の光ファイバのコアにより検出される。
境の化学種（分子またはイオン）の濃度が変化するとき
色または吸収を変化する能力が与えられている。被覆は
一度濃度が本来の値に戻ると再度本来の色または吸収に
戻る。色または吸収の変化は光検出手段に接続されてい
る第２の光ファイバのコアにより検出される。
【００１０】
【実施例】本発明はセンサが浸透または埋設されている
環境の分子またはイオンの濃度の変化を検出することが
できる光ファイバセンサに関する。本発明のセンサによ
り検出される変化の例はｐＨ、金属または他のイオン濃
度、有機物の分子濃度、ガス分子濃度等を含む。濃度の
変化に関係する色変化または光吸収の変化が存在しても
よい。
環境の分子またはイオンの濃度の変化を検出することが
できる光ファイバセンサに関する。本発明のセンサによ
り検出される変化の例はｐＨ、金属または他のイオン濃
度、有機物の分子濃度、ガス分子濃度等を含む。濃度の
変化に関係する色変化または光吸収の変化が存在しても
よい。
【００１１】薄いクラッドの光ファイバは液体に浸透性
の化学的感知材料を含むポリマーで被覆されている。こ
のポリマー材料は周囲の環境中で監視される化学種の濃
度が変化するとき色または吸収を変化する能力を有す
る。ポリマーは化学種の濃度が本来の値に戻ると再度、
本来の色または吸収に戻る。色変化は分光計または選択
的に感知光検出器に接続されている光ファイバのコアに
より検出される。コアへの光の結合は外部の光源に加え
て薄いクラッドの光ファイバを使用することにより得ら
れる。ポリマー被覆ファイバと外部光ビームとの結合は
クラッド材料周辺の被覆ファイバの巻きによる反転のマ
イクロベンディング損失により得られる。
の化学的感知材料を含むポリマーで被覆されている。こ
のポリマー材料は周囲の環境中で監視される化学種の濃
度が変化するとき色または吸収を変化する能力を有す
る。ポリマーは化学種の濃度が本来の値に戻ると再度、
本来の色または吸収に戻る。色変化は分光計または選択
的に感知光検出器に接続されている光ファイバのコアに
より検出される。コアへの光の結合は外部の光源に加え
て薄いクラッドの光ファイバを使用することにより得ら
れる。ポリマー被覆ファイバと外部光ビームとの結合は
クラッド材料周辺の被覆ファイバの巻きによる反転のマ
イクロベンディング損失により得られる。
【００１２】本発明のセンサは図１で示されている。セ
ンサ10は光源部分12、光検出器部分14、プロ−ブ部分1
6、光源とプロ−ブ部分と、光検出器部分とを接続する
光ファイバケーブル部分18を具備する。光源部分12は光
源24により与えられる高密度の光22を伝送するコアのみ
のファイバ20を具備する。光検出器部分14は検出器28に
光22´を伝送して戻す被覆センサファイバ26を具備す
る。両者のファイバ20,26 は共に光ファイバケーブル部
分18を構成している。付加的なプロ−ブ16は図２で示さ
れているように数フィートから数マイルの範囲の長さを
カバーするために光ファイバケーブル18と共に接続され
ることができ、プロ−ブ16と直列に接続されている第２
のプロ−ブ16ａを示している。この方法で濃度変化は光
検出器部分14が光時間ドメイン屈折計（ＯＴＤＲ、図示
せず）を含む時、種々のプロ−ブ16,16 ａ等から多重信
号を分離するために同一のケーブル18を使用して異なっ
た位置で感知される。さらに種々の各プロ−ブ16,16 ａ
等の上の化学的に異なった感知被覆を与えることにより
異なった化学種が監視されることが認められる。
ンサ10は光源部分12、光検出器部分14、プロ−ブ部分1
6、光源とプロ−ブ部分と、光検出器部分とを接続する
光ファイバケーブル部分18を具備する。光源部分12は光
源24により与えられる高密度の光22を伝送するコアのみ
のファイバ20を具備する。光検出器部分14は検出器28に
光22´を伝送して戻す被覆センサファイバ26を具備す
る。両者のファイバ20,26 は共に光ファイバケーブル部
分18を構成している。付加的なプロ−ブ16は図２で示さ
れているように数フィートから数マイルの範囲の長さを
カバーするために光ファイバケーブル18と共に接続され
ることができ、プロ−ブ16と直列に接続されている第２
のプロ−ブ16ａを示している。この方法で濃度変化は光
検出器部分14が光時間ドメイン屈折計（ＯＴＤＲ、図示
せず）を含む時、種々のプロ−ブ16,16 ａ等から多重信
号を分離するために同一のケーブル18を使用して異なっ
た位置で感知される。さらに種々の各プロ−ブ16,16 ａ
等の上の化学的に異なった感知被覆を与えることにより
異なった化学種が監視されることが認められる。
【００１３】図２はコア30、クラディング層32、被覆34
を具備する被覆された光ファイバ26の断面図を示してい
る。コア30とクラディング層32は通常のものであって、
本発明の特徴ではない。前述したように原子または分子
の化学種の濃度における変化に化学的感知性の被覆34を
以下詳細に示す。
を具備する被覆された光ファイバ26の断面図を示してい
る。コア30とクラディング層32は通常のものであって、
本発明の特徴ではない。前述したように原子または分子
の化学種の濃度における変化に化学的感知性の被覆34を
以下詳細に示す。
【００１４】化学的感知被覆34を有するファイバ26はコ
アのみの光ファイバ20が通っている透明なプラスティッ
クロッド36のようなクラッド部材に巻付けられている。
透明なプラスティックロッド36は光ファイバ20の屈折率
よりも高い屈折率を有する材料で形成されている。この
ような材料の１例はポリ（メチルアクリル）であり、商
業的にプレキシガラスとして入手可能である。厚さ0.1
〜0.25インチ（0.25〜0.62ｃｍ）のガラス管のような光
透過ガラスはクラッド部材36として代りに使用されるこ
とができる。
アのみの光ファイバ20が通っている透明なプラスティッ
クロッド36のようなクラッド部材に巻付けられている。
透明なプラスティックロッド36は光ファイバ20の屈折率
よりも高い屈折率を有する材料で形成されている。この
ような材料の１例はポリ（メチルアクリル）であり、商
業的にプレキシガラスとして入手可能である。厚さ0.1
〜0.25インチ（0.25〜0.62ｃｍ）のガラス管のような光
透過ガラスはクラッド部材36として代りに使用されるこ
とができる。
【００１５】光22がコアのみのファイバ20を通過すると
き図３で示されているように高屈折率の透明なプラステ
ィックロッド36で放散され、化学的感知ファイバ26に結
合される。プロ−ブが16が位置される環境38で監視され
る化学種が濃度を変化するならば、被覆34の色は変化
し、結合された光22´はセンサファイバ26によりこの色
変化を光検出器28（またはスペクトル計またはＯＴＤ
Ｒ）に伝送して戻す。
き図３で示されているように高屈折率の透明なプラステ
ィックロッド36で放散され、化学的感知ファイバ26に結
合される。プロ−ブが16が位置される環境38で監視され
る化学種が濃度を変化するならば、被覆34の色は変化
し、結合された光22´はセンサファイバ26によりこの色
変化を光検出器28（またはスペクトル計またはＯＴＤ
Ｒ）に伝送して戻す。
【００１６】コアのみのファイバ20は選択的に透明なエ
ポキシ40によりプラスティックロッド36内で接続される
ことができる。これは光伝送の損失なしにファイバ20の
スプライス接続を可能にし、光ファイバとエポキシ周辺
にプラスティックロッド36の形成によりより強力なスプ
ライス接続を与える。光学的に透明なエポキシはよく知
られており、商業的に入手できる。
ポキシ40によりプラスティックロッド36内で接続される
ことができる。これは光伝送の損失なしにファイバ20の
スプライス接続を可能にし、光ファイバとエポキシ周辺
にプラスティックロッド36の形成によりより強力なスプ
ライス接続を与える。光学的に透明なエポキシはよく知
られており、商業的に入手できる。
【００１７】プロ−ブまたは感知構造16を包囲する保護
性コンテナ42は約1,000 〜25,000μｍの範囲の大きさの
孔を有することが好ましいガラスまたはセラミックフィ
ルタのような多孔性材料で構成される。代りに保護性コ
ンテナ42は微細な（0.5 〜10ミルすなわち0.0012〜0.02
5 ｃｍ）のステンレス鋼のようなメッシュケージで構成
されてもよい。いずれにしてもコンテナ42の目的は機械
的に感知装置16を保護し、同時に環境38から流体が被覆
34と反応するように感知構造16に通過することを可能に
することである。
性コンテナ42は約1,000 〜25,000μｍの範囲の大きさの
孔を有することが好ましいガラスまたはセラミックフィ
ルタのような多孔性材料で構成される。代りに保護性コ
ンテナ42は微細な（0.5 〜10ミルすなわち0.0012〜0.02
5 ｃｍ）のステンレス鋼のようなメッシュケージで構成
されてもよい。いずれにしてもコンテナ42の目的は機械
的に感知装置16を保護し、同時に環境38から流体が被覆
34と反応するように感知構造16に通過することを可能に
することである。
【００１８】被覆された光ファイバ26の処理は透水性で
指示薬を含んだポリマー被覆34の形成、被覆およびガラ
スファイバへの硬化を含んでいる。このような被覆の例
は透水性ポリマービークル（水溶性ではないが以下の他
の薬剤と両立性であるように選択され、親水性を有す
る）と、環境に対して安定である浸透性で交差結合被覆
を与えるように選択されたモノマーおよび多重機能の重
合可能なモノマーの混合物と、特定の化学薬剤に反応し
て色および／または吸収を変化する化学的感知プロ−ブ
分子と重合開始剤の組合せにより形成される。このよう
な被覆34と光ファイバへの応用の例について説明する。
この場合、被覆はフェノールフタレンを含み、環境のｐ
Ｈ変化に感応する。
指示薬を含んだポリマー被覆34の形成、被覆およびガラ
スファイバへの硬化を含んでいる。このような被覆の例
は透水性ポリマービークル（水溶性ではないが以下の他
の薬剤と両立性であるように選択され、親水性を有す
る）と、環境に対して安定である浸透性で交差結合被覆
を与えるように選択されたモノマーおよび多重機能の重
合可能なモノマーの混合物と、特定の化学薬剤に反応し
て色および／または吸収を変化する化学的感知プロ−ブ
分子と重合開始剤の組合せにより形成される。このよう
な被覆34と光ファイバへの応用の例について説明する。
この場合、被覆はフェノールフタレンを含み、環境のｐ
Ｈ変化に感応する。
【００１９】乾燥した酸素のないテトラヒドロフラン
（１ｍｌ）中に高分子重量のポリ酢酸ビニル（0.4 ｇ）
と、アクリルアミド（0.4 ｇ）と、メチレンビスアクリ
ルアミド（0.04ｇ）と、フェノールフタレン（0.02ｇ）
と、アゾビスイソブチルニトリル（0.01ｇ）が付加され
る。溶液はよく混合され窒素でガス抜きされる。ガラス
ファイバは溶液で被覆され100 ℃で４時間キュアされ
る。結果的な被覆ファイバ26は水溶液に位置される。溶
液のｐＨは検出器28により被覆ファイバ26により透過さ
れる光22´の量を測定することにより遠隔的に感知され
ることができる。
（１ｍｌ）中に高分子重量のポリ酢酸ビニル（0.4 ｇ）
と、アクリルアミド（0.4 ｇ）と、メチレンビスアクリ
ルアミド（0.04ｇ）と、フェノールフタレン（0.02ｇ）
と、アゾビスイソブチルニトリル（0.01ｇ）が付加され
る。溶液はよく混合され窒素でガス抜きされる。ガラス
ファイバは溶液で被覆され100 ℃で４時間キュアされ
る。結果的な被覆ファイバ26は水溶液に位置される。溶
液のｐＨは検出器28により被覆ファイバ26により透過さ
れる光22´の量を測定することにより遠隔的に感知され
ることができる。
【００２０】被覆34は透水性であるがガラスに対して良
好な粘着を維持し、光学的に透明である。
好な粘着を維持し、光学的に透明である。
【００２１】本発明による化学的感知被覆として有用で
あるものと認められたファイバの他の被覆の例は、ｐＨ
および／または流体の主成分中の酸素の部分的圧力およ
び／または二酸化炭素の部分的圧力を検出するための
（前述の欧州特許第381612号明細書に示されている）ピ
レンブチル酸と、酸素の部分的圧力を検出するための
（1989年４月19日出願の欧州特許第312293号明細書に示
されている）ペリレン−３，９−ジカルボン酸ジイソブ
チルエステルと、（前述のIsr. J. Chemで説明されてい
る）酸塩基指示薬としてのポリフェノールフタレンまた
はポリフロロエッセンをベ−スとしたポリマーダイと、
（Chem. Abstr. 169881w、81巻、２頁、1974年で説明さ
れている）ｐＨ指示薬としてのビニルポリマーである。
あるものと認められたファイバの他の被覆の例は、ｐＨ
および／または流体の主成分中の酸素の部分的圧力およ
び／または二酸化炭素の部分的圧力を検出するための
（前述の欧州特許第381612号明細書に示されている）ピ
レンブチル酸と、酸素の部分的圧力を検出するための
（1989年４月19日出願の欧州特許第312293号明細書に示
されている）ペリレン−３，９−ジカルボン酸ジイソブ
チルエステルと、（前述のIsr. J. Chemで説明されてい
る）酸塩基指示薬としてのポリフェノールフタレンまた
はポリフロロエッセンをベ−スとしたポリマーダイと、
（Chem. Abstr. 169881w、81巻、２頁、1974年で説明さ
れている）ｐＨ指示薬としてのビニルポリマーである。
【００２２】前述の例のリストに加えて他にも多くの例
が存在し数が多いのでここでは説明しない。しかしなが
ら、前述のリストは当業者が本発明の実施で使用する他
の適切な化学感知被覆を選択するのに十分である。
が存在し数が多いのでここでは説明しない。しかしなが
ら、前述のリストは当業者が本発明の実施で使用する他
の適切な化学感知被覆を選択するのに十分である。
【００２３】本発明の装置10はタンク内の化学流出と汚
染物質の感知のような環境的汚染物質の遠隔感知に使用
されることができる。この装置10は簡単で感知性があり
正確で安価である。さらにこの装置は他と異なって劣化
または腐食性材料から作られていないので耐久性があ
る。また、この装置は前述したようにＯＴＤＲと接続す
るとき同一のケーブルを使用して異なった位置でｐＨ濃
度を感知することができる。
染物質の感知のような環境的汚染物質の遠隔感知に使用
されることができる。この装置10は簡単で感知性があり
正確で安価である。さらにこの装置は他と異なって劣化
または腐食性材料から作られていないので耐久性があ
る。また、この装置は前述したようにＯＴＤＲと接続す
るとき同一のケーブルを使用して異なった位置でｐＨ濃
度を感知することができる。
【００２４】本発明の種々の改良が行われてもよい。例
えば粘着促進剤は被覆によりよくガラスを接着するため
に使用されることができる。別の改良は浸透性を改良す
るため被覆構造で他の、より浸透性のあるモノマー（例
えばアクリル酸）を使用することである。多孔性は浸透
性を改良するために被覆に導入されてもよい。また、指
示薬の分子はガラスまたはポリマーの一方に共有結合さ
れるならばより安定である。例えば指示薬の分子または
化学的感知プロ−ブ分子はポリマー被覆に共有結合され
る化学感知プロ−ブ分子によるポリマー被覆を与えるた
めモノマーおよび重合開始剤と重合反応に加わるように
少なくとも１つの機能を含む。
えば粘着促進剤は被覆によりよくガラスを接着するため
に使用されることができる。別の改良は浸透性を改良す
るため被覆構造で他の、より浸透性のあるモノマー（例
えばアクリル酸）を使用することである。多孔性は浸透
性を改良するために被覆に導入されてもよい。また、指
示薬の分子はガラスまたはポリマーの一方に共有結合さ
れるならばより安定である。例えば指示薬の分子または
化学的感知プロ−ブ分子はポリマー被覆に共有結合され
る化学感知プロ−ブ分子によるポリマー被覆を与えるた
めモノマーおよび重合開始剤と重合反応に加わるように
少なくとも１つの機能を含む。
【００２５】他の指示薬も本発明の実施に使用される。
例えば異なったｐＨ指示薬が環境の異なったｐＨ領域を
感知することに使用されることができる。金属のイオン
指示薬と特定の有機分子の指示薬も知られている。これ
らの可能な汚染物質を感知するためにこれらは被覆34に
内蔵される。
例えば異なったｐＨ指示薬が環境の異なったｐＨ領域を
感知することに使用されることができる。金属のイオン
指示薬と特定の有機分子の指示薬も知られている。これ
らの可能な汚染物質を感知するためにこれらは被覆34に
内蔵される。
【００２６】従って化学的感知光ファイバケーブルとそ
れを使用する装置が説明されている。明らかな特性の種
々の変化および変形が行われ、このような全ての変化、
変形が請求の範囲により限定されるように本発明の技術
的範囲内であることが当業者に明白である。
れを使用する装置が説明されている。明らかな特性の種
々の変化および変形が行われ、このような全ての変化、
変形が請求の範囲により限定されるように本発明の技術
的範囲内であることが当業者に明白である。
【図１】部分的に斜視図の本発明のセンサの概略図。
【図２】図１のセンサ部分を有する被覆された光ファイ
バの部分的断面図。
バの部分的断面図。
【図３】コアのみの光ファイバから被覆された光ファイ
バへの光の結合を示した図１のセンサの部分的斜視図。
バへの光の結合を示した図１のセンサの部分的斜視図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・ケイ・ドーアティー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90293、プラヤ・デル・レイ、ナンバー 1417、マンチェスター・ブールバード 7600
Claims (9)
- 【請求項１】 監視される流体を含む環境中のイオン、
原子または分子の濃度変化を検出する化学的感知センサ
において、 （ａ）光生成用の光源を含んでいる光源部分と、 （ｂ）光検出手段を含んでいる光検出部分と、 （ｃ）少なくとも１つのプロ−ブ部分と、 （ｄ）２つの光ファイバを具備する光ファイバケーブル
部分とを具備し、前記２つの光ファイバの第１の光ファ
イバは前記光源と前記少なくとも１つのプロ−ブ部分と
の間に接続されるコアのみのファイバを有し、第２の光
ファイバはコア、クラディング層、化学的感知被覆を具
備し前記光検出手段と前記少なくとも１つのプロ−ブ部
分との間に接続され、前記各プロ−ブ部分は、 （１）前記コアのみのファイバ部分を包囲し、前記コア
のみのファイバの屈折率よりも高い屈折率を有し、前記
第２の光ファイバの複数の巻回を外部表面で支持するク
ラッド部材と、 （２）前記クラッド部材を機械的に保護しながら前記流
体が前記第２の光ファイバ上の前記被覆と化学的に反応
するため前記クラッド部材に侵入することを許容するよ
うに前記クラッド部材を包囲する多孔性または浸透性の
保護コンテナとを具備していることを特徴とする化学的
感知装置。 - 【請求項２】 前記クラッド部材が光透過ガラスとプラ
スティックからなるグル−プから選択された部材である
請求項１記載の化学的感知センサ。 - 【請求項３】 前記被覆が、透水性のポリマービークル
から形成された透水性の指示薬を含んだポリマー被覆
と、浸透性で環境に安定である交差結合をする被覆を与
えるように選択されたモノマーおよび多重機能で重合化
可能なモノマーの混合物と、特定の化学薬剤に反応して
少なくとも色と吸収の一方を変化させる化学的感知プロ
−ブ分子と、重合開始剤とを含む請求項１記載の化学感
知センサ。 - 【請求項４】 前記化学感知プロ−ブ分子がｐＨ、金属
または他のイオン濃度、有機物の分子濃度およびガス分
子濃度の少なくとも１つの変化に感知する請求項３記載
の化学的感知センサ。 - 【請求項５】 前記化学感知プロ−ブ分子が前記第２の
光ファイバの表面または前記ポリマー被覆のいすせれか
一方に共有結合される請求項３記載の化学感知センサ。 - 【請求項６】 前記化学的感知プロ−ブ分子が前記ポリ
マー被覆に共有結合する前記化学的感知プロ−ブ分子を
前記ポリマー被覆に与えるために前記モノマーおよび前
記重合開始剤と重合反応するための少なくとも１つの機
能を含む請求項５記載の化学的感知センサ。 - 【請求項７】 前記保護コンテナがガラスまたはセラミ
ックからなる多孔性材料で構成されている請求項１記載
の化学的感知センサ。 - 【請求項８】 前記保護コンテナが約0.5 〜10ミル（0.
0012〜0.025 ｃｍ）の大きさのメッシュを有する微細な
メッシュケージで構成されている請求項１記載の化学的
感知センサ。 - 【請求項９】 （ａ）請求項１記載の前記化学的感知セ
ンサを使用し、 （ｂ）前記環境に少なくとも１つのプロ−ブ部分を露出
し、前記流体を前記第２のファイバ上の前記被覆と化学
的に反応させ、 （ｃ）前記第２のファイバに導かれる光源を提供するた
め前記光源をオンに切替え、 （ｄ）信号を生成するために前記光検出手段に前記第２
のファイバにより伝送される光を測定し、 （ｅ）前記信号からイオンまたは粒子の濃度の前記変化
を決定することを含む環境中のイオン、原子、分子濃度
の変化の検出方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US049461 | 1993-04-19 | ||
| US08/049,461 US5337376A (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Chemically sensitive fiber optic cable |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP6080516A Expired - Fee Related JP2886447B2 (ja) | 1993-04-19 | 1994-04-19 | 化学的感知光ファイバケーブル |
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| ES (1) | ES2098073T3 (ja) |
| TW (1) | TW260755B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002267607A (ja) * | 2001-03-09 | 2002-09-18 | Tama Tlo Kk | 光ファイバセンサ、センサ用光ファイバ及び光ファイバセンサシステム |
| JP2016080430A (ja) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 住友電気工業株式会社 | 光プローブ及び測定装置 |
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-
1994
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- 1994-04-18 ES ES94106008T patent/ES2098073T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-18 DE DE69401677T patent/DE69401677T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-18 TW TW083103435A patent/TW260755B/zh active
- 1994-04-18 EP EP94106008A patent/EP0621474B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-19 JP JP6080516A patent/JP2886447B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US5337376A (en) | 1994-08-09 |
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